Nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu thay thế trên động cơ xăng

Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả Vũ Ngọc Hải Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Lý nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn 10 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 10 Các nội dung luận văn 11 Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Sự cần thiết sử dụng nhiên liệu thay 12 1.2 Các loại nhiên liệu thay 16 1.3 Tình hình sản xuất sử dụng CNG cho động giới Việt Nam 17 1.3.1 Đặc điểm CNG 17 1.3.1.1 Thành phần hóa học .17 1.3.1.2 Công nghệ tích trữ bảo quản CNG .19 1.3.2 Tình hình sản xuất sử dụng CNG cho động 21 1.3.2.1 Trên giới 21 1.3.2.2 Tại Việt Nam 23 1.3.3 Khả ứng dụng khí CNG cho động .26 1.3.4 Sự ô nhiễm môi trường động CNG 27 Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN HÀNH SANG CHẠY CNG 30 2.1 Động chuyển đổi 30 2.1.1 Đặc điểm động 30 2.1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy 30 2.1.3 Mô tả hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy 31 2.2 Nghiên cứu phương pháp cung cấp CNG cho động 33 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST 2.2.1 Các phương pháp cung cấp CNG 33 2.2.1.1 Cung cấp CNG cho động sử dụng hòa trộn .33 2.2.1.2 Phương pháp phun CNG vào đường ống nạp 36 2.2.1.3 Phương pháp phun CNG trực tiếp vào xi lanh .38 2.2.2 Chọn phương pháp cung cấp CNG 39 2.3 Thiết kế bố trí chung hệ thống cung cấp CNG động 39 2.3.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thốngcung cấp CNG 39 2.3.2 Các phận hệ thống 40 2.3.2.1 Bình chứa CNG 40 2.3.2.2 Van đầu bình (van khí, van điện từ) 44 2.3.2.3 Bộ giảm áp 45 2.3.2.4 Bộ hòa trộn 48 2.3.2.5 Van công suất .49 2.4 Tính toán thiết kế chế tạo hoà trộn 49 2.4.1 Tính toán thông số hình học hòa trộn 49 2.4.2 Xây dựng vẽ thiết kế chế tạo .52 Chƣơng 3: THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ 54 3.1 Mục đích thử nghiệm 54 3.2 Trang thiết bị thí nghiệm 54 3.2.1 Băng thử động trang bị kèm 54 3.2.1.1 Cụm phanh APA 100 55 3.2.1.2 Cụm làm mát dầu bôi trơn AVL 554 56 3.2.1.3 Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước AVL 553 .57 3.2.2 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 58 3.2.3 Thiết bị đo tiêu hao không khí .59 3.2.4 Thiết bị phân tích khí thải 60 3.2.4.1 Thiết bị đo CO 60 3.2.4.2 Thiết bị đo HC 61 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST 3.2.4.3 Thiết bị đo NOx NO .63 3.2.4.4 Nguyên lý làm việc hệ thống đo O2 .64 3.3 Nội dung thử nghiệm 66 3.4 Kết thử nghiệm thảo luận 66 3.4.1 Đánh giá công suất động chạy CNG so với chạy xăng 66 3.4.2 Đánh giá tính kinh tế động so với chạy xăng 67 3.4.3 Đánh giá giảm phát thải động chạy CNG so với chạy xăng .68 3.4.3.1 Phát thải CO 68 3.4.3.2 Phát thải HC 69 3.4.3.3 Phát thải NOx .70 3.4.3.4 Phát thải CO2 71 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP CỦA ĐỀ TÀI .73 4.1 Kết luận 73 4.2 Hướng phát triển đề tài 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần CNG .17 Bảng 1.2 Thành phần khí CNG vùng khai thác khác .18 Bảng 1.3 Top mười quốc gia với hầu hết xe CNG -2011 (triệu) .21 Bảng 1.4 So sánh đặc tính CNG với xăng .26 Bảng 1.5 Mức độ ô nhiễm động CNG .28 Bảng 1.6 So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính động dùng xăng, diesel, CNG (gCO2/Km), theo chu trình ECE 28 Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật bình chứa CNG 41 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật van bình chứa .42 Bảng 2.3 Thông số van nạp 44 Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật van điện từ 45 Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật giảm áp 48 Bảng 2.6 Bảng giá trị an 50 Bảng 3.1 Thông số làm việc băng thử .55 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Trạm dịch vụ công cộng cung cấp CNG cho động 26 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xăng động 1NZ-FE 30 Hình 2.2 Cung cấp CNG sử dụng hòa trộn .33 Hình 2.3 Cung cấp CNG sử dụng hòa trộn điều khiển điện tử .35 Hình 2.4 Cung cấp CNG phương pháp phun đường ống nạp 36 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống nạp nhiên liệu động phun gián tiếp 37 Hình 2.6 Cung cấp khí CNG phương pháp phun trực tiếp 38 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG lắp động 1NZ-FE .39 Hình 2.8 Bình chứa CNG 41 Hình 2.9 Van bình chứa 42 Hình 2.10 Van nạp .43 Hình 2.11 Kết cấu van nạp .43 Hình 2.12 Kết cấu van điện từ 44 Hình 2.13 Bộ giảm áp 45 Hình 2.14 Kết cấu giảm áp 46 Hình 2.15 Sơ đồ hòa trộn 48 Hình 2.16 Van công suất 49 Hình 2.17 Sơ đồ tính toán đường kính lỗ phun 51 Hình 2.18 Bản vẽ thiết kế hoà trộn 52 Hình 2.19 Bộ hoà trộn sau chế tạo lắp lên đường nạp động .53 Hình 2.20 Động thí nghiệm lắp băng thử 53 Hình 3.1 Băng thử tính động lực học cao 54 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Hình 3.2 Mặt cắt ngang phanh 56 Hình 3.3 Bộ điều chỉnh nhiệt độ dầu bôi trơn .56 Hình 3.4 Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước 57 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống 733S 58 Hình 3.6 Sơ đồ phân tích khí CO .60 Hình 3.7 Sơ đồ phân tích HC .62 Hình 3.8 Sơ đồ phân tích khí NOx 63 Hình 3.9 Sơ đồ phân tích O2 64 Hình 3.10 So sánh công suất động chạy xăng CNG tốc độ 66 Hình 3.11 So sánh tiêu hao nhiên liệu chạy xăng CNG tốc độ 68 Hình 3.12 So sánh tiêu hao nhiên liệu chạy xăng CNG chế độ tải 68 Hình 3.13 So sánh phát thải CO chạy xăng CNG tốc độ 69 Hình 3.14 So sánh phát thải CO chạy xăng CNG chế độ tải 69 Hình 3.15 So sánh phát thải HC chạy xăng CNG tốc độ 69 Hình 3.16 So sánh phát thải HC chạy xăng CNG chế độ tải 70 Hình 3.17 So sánh phát thải NOx chạy xăng CNG tốc độ 70 Hình 3.18 So sánh phát thải NOx chạy xăng CNG chế độ tải .71 Hình 3.19 So sánh phát thải CO2 chạy xăng CNG tốc độ 72 Hình 3.20 So sánh phát thải CO2 chạy xăng CNG chế độ tải 72 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST LỜI NÓI ĐẦU Động đốt đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân nguồn động lực cho hầu hết phương tiện giao thông vận tải, hay máy công tác khác máy phát điện, máy xây dựng, máy móc phục vụ nông nghiệp…Năng lượng động đốt phát chiếm khoảng 80% tổng số lượng tiêu thụ toàn giới Tuy nhiên, vấn đề song song với phát triển nguồn nhiên liệu truyền thống cạn dần khí thải động gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Chính vậy, nhà nghiên cứu động muốn tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay phương pháp sử dụng hiệu nhằm khắc phục nguy thiếu nhiên liệu cắt giảm thành phần khí thải độc hại động Nhìn chung biện pháp kiểm soát lượng khí thải độc hại chia thành ba nhóm chính: - Nhóm thứ bao gồm biện pháp giảm tối thiểu nồng độ độc hại cách tối ưu hoá chất lượng đốt cháy thông qua việc tối ưu hoá kết cấu động - Nhóm thứ hai bao gồm biện pháp xử lý khí thải để chuyển đổi khí thải thành khí trơ trước thải môi trường cách sử dụng phương pháp xử lý xúc tác - Nhóm thứ ba bao gồm biện pháp liên quan đến cách thức sử dụng nhiên liệu truyền thống sử dụng nhiên liệu thay Trong nhóm thứ ba, việc sử dụng nhiên liệu thay quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt sử dụng nhiên liệu thay có nồng độ phát thải độc hại thấp khí thiên nhiên nén CNG Vì việc chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu thay động xăng” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao E xin chân thành cảm ơn thày hướng dẫn PGS.TS Hoàng Đình Long tận tình giúp đỡ với giúp đỡ thày cô môn “Động đốt trong” “Phòng thí nghiệm động đốt trong” giúp đỡ em hoàn thành luận văn Hà nội, ngày 24 tháng năm 2013 Học viên thực Vũ Ngọc Hải Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST ĐẶT VẤN ĐỀ Lý nghiên cứu đề tài Động đốt sử dụng loại nhiên liệu truyền thống với phương tiện giao thông vận tải nguồn gây ô nhiễm chủ yếu nghiêm trọng cho môi trường không khí Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật trình làm việc động đốt điện tử hoá, tin học hoá tạo thành công đáng kể cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường Nhưng với khắt khe tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường khí thải số nước giải pháp không đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe Mặt khác, nguồn nhiên liệu truyền thống (xăng diesel) ngày cạn kiệt Dự báo không lâu nguồn nhiên liệu cho động bị thiếu trầm trọng Vì cần có giải pháp hữu hiệu để khắc phục tượng Một giải pháp sử dụng nguồn nhiên liệu gây ô nhiễm để thay bình đẳng thiếu hụt loại nhiên liệu truyền thống Với tình hình khan nhiên liệu mức độ ô nhiểm bầu khí việc ứng dụng nhiên liệu khí CNG vào phương tiện vận tải thiết yếu để đa dạng hóa nguồn nhiên liệu giảm thiểu ô nhiểm môi trường Chính lí việc chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu thay động xăng” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn Mục đích đề tài Nhu cầu sử dụng nhiên liệu cho động đốt Việt nam nước giới ngày gia tăng, nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt Vậy mục đích người cần tìm nguồn lượng thay nhiên liệu hóa thạch Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cấp bách đó, nhà khoa học, công ty, tập đoàn, phủ nước đẩy mạnh nghiên cứu đưa vào sử dụng loại Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST nhiên liệu thay cho động đốt nhằm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường, giảm phụ thuộc nước với việc cung cấp nhiên liệu hóa thạch phục vụ sinh hoạt sản xuất Tuy nhiên nhiên liệu sinh học làm ảnh hưởng tới tính làm việc đặc tính phát thải động Chính mà mục đích đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu chuyển đổi động chạy xăng sang chạy nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG)” với mục đích cụ thể sau: - Nghiên cứu tổng quan tiềm sử dụng CNG cho động đốt - Nghiên cứu toàn hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động xăng hành để chuyển sang sử dụng CNG - Đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật động CNG chuyển đổi Ý nghĩa khoa học thực tiễn Sự gia tăng mạnh số lượng phương tiện vận tải thiết bị động lực trang bị động xăng gây ô nhiễm môi trường trầm trọng đồng thời làm cho nguồn cung nhiên liệu ngày cạn kiệt trở lên đắt đỏ Do đó, việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay động cần thiết Khí thiên nhiên khí nhẹ (thành phần mê tan) có đặc điểm cháy tương tự xăng (đốt cháy tia lửa điện) Mặt khác, tồn dạng khí tỷ lệ H/C lớn xăng nên sản phẩm cháy sạch, gây ô nhiễm môi trường, đồng thời khí thiên nhiên Việt Nam có trữ lượng lớn Chính vậy, việc nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu thay động xăng có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Phạm vi đối tƣợng nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu Phòng thí nghiệm ĐCĐT - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu động ô tô du lịch loại chạy xăng thực nghiệm động 1NZ-FE xe Toyota Vios 10 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST + Một bơm khí nén tạo độ chân không để hút khí cháy Khí mẫu chứa HC Áp suất vào 680 mbar Hỗn hợp H/He (1050 mbar) Bộ khuyếch đại (Symthetic Air) Đo điện áp Áp suất xác 580 mbar 190 độ C Cảm biến nhiệt độ T100 Luồng khí nén Hình 3.7 Sơ đồ phân tích HC - Nguyên tắc hoạt động Khí mẫu cần đo đưa vào hệ thống với áp suất 580mbar lưu lượng 1500 l/h Nó hoà trộn với khí cháy (hỗn hợp H/He) đưa vào đường ống thứ hai Khí cháy có áp suất 1050 mbar, có lưu lượng 30 l/h Khí mẫu khí cháy trộn với đưa vào buồng cháy với áp suất 680 mbar Trong buồng phản ứng người ta bơm hỗn hợp khí (20% O2, 80% N2) vào làm môi trường cháy Khi khí mẫu khí cháy đưa vào, đánh lửa bật tia lửa đốt cháy Trong điều kiện khí HC không cháy mà bị bẻ gãy thành Ion Các Ion sinh môi trường có từ trường cặp điện cực, bị hút hai cực tạo thành dòng điện mạch Dòng điện khuyếch đại qua khuyếch đại đưa tới đo điện áp Khí cháy hút nhờ độ chân không đầu Độ chân không sinh luồng khí nén thổi qua miệng hút Dựa vào cường độ dòng điện người ta đánh giá lượng HC có khí mẫu 62 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Khi đo lượng HC có khí xả động cơ, điều kiện đo ý, áp suất đầu vào phải đảm bảo xác, lưu lượng phải đầy đủ Có trình đo với Hệ thống đánh lửa 10 lần, 10 lần mà điều kiện không đảm bảo hệ thống không đo Sau 10 lần đánh lửa mà không đo hệ thống dừng lại yêu cầu có kiểm tra sửa chữa 3.2.4.3 Thiết bị đo NOx NO Hình 3.8 Sơ đồ phân tích khí NOx - Cấu tạo: Dụng cụ đo thiết bị xác định cường độ ánh sáng, bao gồm chi tiết chính: 1- thiết bị tạo ôzôn; 2-bộ chuyển đổi NO2 thành NO; 3-buồng phản ứng đo NOx; 4-buồng phản ứng đo NO; 5- hủy ôzôn trước thải môi trường; 6-bộ đo cường độ ánh sáng - Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị hoạt động dựa vào tượng khí quang hoá để xác định hàm lượng NO, NOx Thực chất phương pháp đo cường độ ánh sáng phần tử NO2 hoạt tính sinh NO2 hoạt tính tạo buồng phản ứng qua phản ứng sau: NO + O3 = NO2* + O2 Không khí đưa vào đường cho qua tạo ôzôn, O2 không khí tạo thành O3 nhờ tia lửa điện đưa đến buồng phản ứng Để đo lượng NO có khí xả, người ta đưa trực tiếp khí xả vào phản ứng Trong buồng phản ứng có O3 phần NO có khí xả mẫu phản ứng với O3 tạo 63 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST NO2*, NO2 hoạt tính tồn không lâu điều kiện bình thường tự động NO2 không hoạt tính cách phóng phần lượng dạng tia sáng Người ta đo cường độ tia sáng thu dựa vào để xác định lượng NO phản ứng Từ lượng NO phản ứng người ta tính lượng NO có khí xả mẫu Để đo lượng NOx có khí xả mẫu, người ta cho tất khí xả mẫu phải qua chuyển đổi từ NO2 thành NO Phần lớn NO2 chuyển đổi thành NO, sau tất khí xả qua chuyển đổi đưa tới buồng phản ứng Tương tự với NO, buồng phản ứng lượng NO có khí xả phản ứng với O3 tạo thành NO2 hoạt tính NO2 hoạt tính (NO2 lượng cao) lại tự nhảy mức lượng thấp phát ánh sáng, từ người ta tính lượng NOx có khí xả Trong tất phản ứng phân tích NO NOx xảy với hiệu suất định Vì để biết xác lượng chất có khí xả, người ta phải xác định hiệu suất phản ứng Để xác định hiệu suất phản ứng người ta phải biết lượng chất tham gia phản ứng Vì hệ thống CEBII có phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 hiệu suất phản ứng sinh NO 3.2.4.4 Nguyên lý làm việc hệ thống đo O2 Hình 3.9 Sơ đồ phân tích O2 64 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST - Cấu tạo hệ thống đo O2 (hình3.8): Dụng cụ gồm :1-bộ nam châm vĩnh cửu; 2- lắc đặt từ trường nam châm; 3-tấm gương phản chiếu tia sáng; 4tia sáng từ đèn (Cũng phôtodiot) (Photo-cells); 5-đèn phôtodiot (InfraredDiode); 6-bộ nhận lệnh từ xử lý điều khiển gương (Dumbbell current); 7-bộ xử lý tín hiệu (Procesor); chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số (A/D-converter); 8bộ đánh giá so sánh sai lệch hai chắn (Difference) - Nguyên tắc hoạt động Bộ phận đo O2 dựa nguyên tắc: cho luồng khí O2 vào từ trường nam châm phân tử O2 hạt bụi sắt bị hút vào phân tử nước bị đẩy Ban đầu người ta cho luồng khí có chứa O2 vào dọc theo chiều nam châm Các phân tử O2 bị hút vào từ trường, di chuyển tạo dòng khí Tại từ trường có lắc, tác dụng dòng O2, lắc chịu lực tác dụng làm cho lệch góc Khi có dòng khí qua từ trường, đèn phôtodiot hoạt động, tạo tia sáng chiếu đến gương gắn lắc, tia sáng bị phản chiếu lại thành hai tia chắn chắn Màn chắn phôtodiot, cho dòng điện qua nhiều hay tuỳ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu đến Do gương bị lệch hai tia sáng tới chắn khác nhau, từ dòng điện qua khác Dòng điện qua hai chắn đưa đến so sánh Bộ so sánh đánh giá hai dòng điện đưa giá trị điện gửi tới chuyển đổi Tại chuyển đổi giá trị điện chuyển thành tín hiệu số đưa tới phân tích Bộ phân tích nhận tín hiệu phân tích đánh giá, đưa thị gửi tới phận chấp hành tác dụng lực điều khiển gương Tấm gương điều khiển hai tia sáng có cường độ nhau, lúc phân không điều chỉnh, phận chấp hành giữ nguyên lực tác dụng Và người ta đo lực tác dụng đó, qua người ta phân tích đánh giá giá trị lượng O2 có luồng khí thổi vào 65 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST 3.3 Nội dung thử nghiệm Động Toyota Vios 1NZ-FE hoàn thiện lắp đặt song song hai hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống nhiên liệu nguyên thuỷ hệ thống phun xăng điều khiển điện tử hệ thống cung cấp tạo hoà khí nhiên liệu CNG dùng hòa trộn trình bày chương Việc thực nghiệm đánh giá đặc tính làm việc phát thải động chạy CNG so với chạy xăng nguyên thuỷ thực hệ thống băng thử AVL Phòng thí nghiệm động đốt thuộc Viện Cơ khí động lực - Trường đại học Bách khoa Hà Nội Các thông số công suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải đo chế độ làm việc đường đặc tính (đặc tính tốc độ ứng với bướm ga mở hoàn toàn hay 100% tải) đường đặc tính tải tốc độ 3000v/p Việc thử nghiệm động đặc tính tốc độ với dải tốc độ đến 4000v/p đặc tính tải 3000v/p vùng tốc độ làm việc thường xuyên động xe Đường đặc tính tải cho phép so sánh thay đổi công suất chế độ cấp nhiên liệu ứng với nhiên liệu thí nghiệm Đường đặc tính tải cho phép so sánh mức tiêu thụ nhiên liệu công suất ứng với nhiên liệu thí nghiệm 3.4 Kết thử nghiệm thảo luận 3.4.1 Đánh giá công suất động chạy CNG so với chạy xăng Công suất (kW) 50 40 A92 CNG 30 20 10 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) Hình 3.10 So sánh công suất động chạy xăng CNG tốc độ Hình 3.10 giới thiệu công suất động chế độ toàn tải (bướm ga mở hoàn 66 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST toàn) chạy nhiên liệu CNG chạy nhiên liệu xăng tốc độ khác từ 1000-4000v/p So sánh đường công suất cho thấy chuyển sang chạy nhiên liệu CNG kết cấu động (tỷ số nén) không đổi công suất động bị giảm nhiều so với chạy xăng Ở tốc độ thấp tỷ lệ giảm công suất đáng kể so với tốc độ cao tương ứng từ 50% 1000v/p đến 27% tốc độ 4000v/p Sự giảm công suất chạy CNG việc tạo hỗn hợp bên nhiên liệu khí làm giảm lượng khí nạp vào động phần thể tích xi lanh bị khí thiên nhiên chiếm chỗ (khoảng 10%) Thêm nữa, khí thiên nhiên lẫn số tạp chất không cháy gồm CO2, N2 nước chiếm khoảng 3-10% tuỳ mỏ khí nên nhiệt trị khối lượng nhiên liệu mặt lý thuyết công suất động CNG giảm 20% so với chạy xăng Như chuyển động xăng sang chạy CNG, tính hiệu động giảm 3.4.2 Đánh giá tính kinh tế động so với chạy xăng Tính kinh tế động CNG đánh giá qua so sánh suất tiêu hao nhiên liệu động chạy với mẫu nhiên liệu chế độ tải tốc độ khác Kết trình bày đồ thị hình 3.11 3.12 Hình 3.11 so sánh suất tiêu hao nhiên liệu động chạy nhiên liệu CNG nhiên liệu xăng A92 100% tải với tốc độ khác Có thể thấy toàn dải tốc độ thử nghiệm, suất tiêu hao nhiên liệu chạy CNG thấp suất tiêu hao nhiên liệu động chạy với xăng Ở vùng tốc độ kinh tế (2500-3500 v/p), tiêu thụ nhiên liệu động chạy CNG thấp động chạy xăng đến 37% Còn động chạy tốc độ 3000v/p với chế độ tải khác từ trung bình trở lên, mức tiết kiệm nhiên liệu động chạy CNG so với chạy xăng đạt tới 50% thể hình 3.12 67 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Suất tiêu hao nl (g/kW.h) 500 A92 CNG 450 400 350 300 250 200 150 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) Hình 3.11 So sánh tiêu hao nhiên liệu chạy xăng CNG tốc độ Suất tiêu hao nl (g/kW.h) 500 A92 CNG 450 400 350 300 250 200 150 100 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 Hình 3.12 So sánh tiêu hao nhiên liệu chạy xăng CNG chế độ tải 3.4.3 Đánh giá giảm phát thải động chạy CNG so với chạy xăng 3.4.3.1 Phát thải CO Đồ thị hình 3.13 so sánh lưu lượng phát thải CO động chạy CNG so với lưu lượng phát thải thành phần độc hại chạy xăng chế độ toàn tải với tốc độ khác Kết cho thấy lưu lượng phát thải CO chạy CNG giảm khoảng 98% so với chạy xăng truyền thống A92 Còn chế độ tải nhỏ 3000v/p, lưu lượng phát thải CO chạy CNG khoảng 10% so với chạy xăng (hình 3.14), tức giảm khoảng 90% Sự giảm CO nhiên liệu CNG tỷ lệ bon 68 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Lưu lượng CO (g/kW.h) 50 40 30 A92 20 CNG 10 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) Ơ Hình 3.13 So sánh phát thải CO chạy xăng CNG tốc độ Lưu lượng CO (g/kW.h) 50 40 30 A92 20 CNG 10 0 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 Hình 3.14 So sánh phát thải CO chạy xăng CNG chế độ tải 3.4.3.2 Phát thải HC Lưu lượng HC (g/kW.h) 40 35 A92 30 CNG 25 20 15 10 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) Hình 3.15 So sánh phát thải HC chạy xăng CNG tốc độ 69 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Lưu lượng HC (g/kW.h) 25 A92 20 CNG 15 10 0 10 15 20 25 30 35 Công suất động (kW) Hình 3.16 So sánh phát thải HC chạy xăng CNG chế độ tải Đồ thị hình 3.15 so sánh lưu lượng phát thải HC động chạy CNG chạy xăng A92 toàn tải với tốc độ khác nhau, hình 3.16 so sánh lưu lượng phát thải thành phần độc hại 3000v/p với chế độ tải khác Kết biểu diễn hình 3.15 cho thấy lưu lượng phát thải HC động chạy với nhiên liệu CNG thấp từ 50% đến 85% so với lưu lượng phát thải HC động chạy với nhiên liệu xăng A92 toàn tải Còn 3000v/p với chế độ tải khác nhau, mức giảm HC động CNG so với động xăng đạt 85 đến 95% Có thể nói tất chế độ tải tốc độ, phát thải HC động CNG cải thiện cách đáng kể so với động chạy xăng Lưu lượng NOx (g/kW.h) 3.4.3.3 Phát thải NOx 14 12 10 A92 CNG 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) Hình 3.17 So sánh phát thải NOx chạy xăng CNG tốc độ 70 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Lưu lượng NOx (g/kW.h) 30 A92 25 CNG 20 15 10 0 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 Hình 3.18 So sánh phát thải NOx chạy xăng CNG chế độ tải Hình 3.17 hình 3.18 biễu diễn lưu lượng phát thải NOx động chạy với nhiên liệu CNG với nhiên liệu xăng chế độ tải tốc độ khác So sánh đồ thị thấy toàn tải (hình 3.17) phát thải NOx động chạy CNG cao động chạy xăng hầu hết dải tốc độ Còn tải nhỏ phát thải NOx động chạy CNG thấp động chạy xăng nhiệt độ khí cháy thấp Lưu lượng CO2 (g/kW.h) 3.4.3.4 Phát thải CO2 1200 1100 A92 1000 CNG 900 800 700 600 500 400 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) 71 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Hình 3.19 So sánh phát thải CO2 chạy xăng CNG tốc độ Lưu lượng CO2 (g/kW.h) 1600 1400 A92 1200 CNG 1000 800 600 400 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 Hình 3.20 So sánh phát thải CO2 chạy xăng CNG chế độ tải Hình 3.19 3.20 so sánh lưu lượng phát thải CO2 ứng với đơn vị công suất động chạy nhiên liệu CNG chạy xăng Có thể thấy hầu hết chế độ tải tốc độ thử nghiệm, phát thải CO2 động chạy CNG thấp động chạy với xăng A92 nhiên liệu CNG có tỷ lệ C/H thấp C/H xăng 72 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Đề tài thực hoàn thành mục tiêu nội dung nghiên cứu đề sau: - Nghiên cứu đánh giá kỹ thuật tình hình sử dụng CNG cho động đốt định hướng phù hợp cho hướng nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lựa chọn phương án cung cấp CNG tạo hoà khí phù hợp để chuyển đổi động Toyota Vios sang chạy CNG với chất lượng làm việc tốt chi phí phù hợp với điều kiện Việt Nam, cung cấp tạo hỗn hợp CNG bên dùng hòa trộn - Thiết kế, chế tạo hoà trộn lắp đặt điều chỉnh thành công hệ thống cung cấp tạo hoà khí CNG - Chuyển đổi thành công động Toyota Vios 1NZ-FE từ chạy xăng sang chạy CNG thử nghiệm đánh giá đặc tính làm việc phát thải động chuyển đổi Dựa kết thử nghiệm với động chuyển đổi, đưa kết luận sau: + Động chuyển đổi sang chạy CNG dùng hòa trộn tạo hoà khí không thay đổi dung tích tỷ số nén công suất động giảm khoảng 20% ÷ 30% + Suất tiêu thu nhiên liêu động chạy CNG thấp động 30%÷ 50% + Phát thải CO HC giảm 80% ÷ 90% + Phát thải CO2 giảm + NOx tăng, đặc biệt tải lớn tốc độ cao 4.2 Hƣớng phát triển đề tài - Nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu (hiệu suât động cơ) phương pháp tạo xoáy trình tạo hỗn hợp nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu 73 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST - Nghiên cứu phun CNG vào cửa nạp động để tăng tính hiệu động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Roger Westerholm, Jacob Almén, Hang Li, Ulf Rannug, Åke Rosén Exhaust emissions from gasoline-fuelled light duty vehicles operated in different driving conditions: A chemical and biological characterization Atmospheric Environment Part B Urban Atmosphere, Volume 26, Issue 1, March 1992, Pages 79-90 [2] J.A Paravantis, D.A Georgakellos Trends in energy consumption and carbon dioxide emissions of passenger cars and buses Technological Forecasting and Social Change, Volume 74, Issue 5, June 2007, Pages 682-707 [3] Shahriar Shafiee, Erkan Topal When will fossil fuel reserves be diminished? Energy Policy, Volume 37, Issue 1, January 2009, Pages 181-189 [4] M Pourkhesalian, Amir H Shamekhi, Farhad Salimi Alternative fuel and gasoline in an SI engine A comparative study of performance and emissions characteristics Fuel, Volume 89, Issue 5, May 2010, Pages 1056-1063Ali [5] Le Anh Tuan, et.al 2009: Impacts of using gasohol E5 and E10 on performance and exhaust emissions of in-used motorcycle and car in Vietnam World Alternative Energy Sciences Expo 2009 (WAESE 2009), Bangkok, Mar 2009 [6] E Porpatham, A Ramesh, B Nagalingam Effect of hydrogen addition on the performance of a biogas fuelled spark ignition engine International Journal of Hydrogen Energy, Volume 32, Issue 12, August 2007, Pages 2057-2065 [7] Le Anh Tuan, et.al 2009: Experimental Findings of Biodiesel Fuels on Engines and on Transport Vehicles: A Case Study in Vietnam, Asia Pacific Automotive Conference APAC15 [8] Ghazi A Karim; Hydrogen as a spark ignition engine fuel International Journal of Hydrogen Energy 28 (2003) 569 – 577 74 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST [9] Hakan Ozcan, Jehad A.A Yamin Performance and emission characteristics of LPG powered four stroke SI engine under variable stroke length and compression ratio Energy Conversion and Management, Volume 49, Issue 5, May 2008, Pages 1193-1201 [10] M.A Kalam, H.H Masjuki An experimental investigation of high performance natural gas engine with direct injection Energy, Volume 36, Issue 5, May 2011, Pages 3563-3571 [11] Ayhan Demirbas Political, economic and environmental impacts of biofuel: A review Applied Energy, Volume 86, Supplement 1, November 2009, Pages S108-S117 [12] José C Escobar, Electo S Lora, Osvaldo J Venturini, Edgar E Yáñez, Edgar F Castillo, Oscar Almazan Biofuel: Environment, technology and food security Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 13, Issues 6-7, August-September 2009, Pages 1275-1287 [13] Hakan Bayraktar, Orhan Durgun Investigating the effects of LPG on spark ignition engine combustion and performance Energy Conversion and Management, Volume 46, Issues 13-14, August 2005, Pages 2317-2333 [14] Saravanan, G Nagarajan, S Narayanasam An experimental investigation on DI diesel engine with hydrogen fuel Renewable Energy 33 (2008) 415–421 [15] Maher A R Sadiq Al-Baghdadi Effect of compression ratio, equivalence ratio and engine speed on the performance and emission characteristics of a spark ignition engine using hydrogen as a fuel Renewable Energy, Volume 29, Issue 15, December 2004, Pages 2245-2260 [16] Carl Calantone Forecasting long-term natural gas supply capability Utilities Policy, Volume 4, Issue 1, January 1994, Pages 77-82 [17] BP report Rank Order - Natural gas - proved reserves March 2011 [18] World factbook Enerdata Statistical Yearbook Publication April 2010 [19] Báo cáo tình hình sản xuất CNG CNG Việt Nam Hà Nội 2008) 75 Vũ Ngọc Hải Lớp 11BCKĐL-ST [20] H Knapp Knowledge of thermodynamic properties for natural gas processing Gas Separation & Purification, Volume 4, Issue 3, September 1990, Pages 123-136 [21] Mahmood Farzaneh-Gord, Mahdi Deymi-Dashtebayaz, Hamid Reza Rahbari Studying effects of storage types on performance of CNG filling stations Journal of Natural Gas Science and Engineering, Volume 3, Issue 1, March 2011, Pages 334-340 [22] M.I Jahirul, H.H Masjuki, R Saidur, M.A Kalam, M.H Jayed, M.A Wazed Comparative engine performance and emission analysis of CNG and gasoline in a retrofitted car engine Applied Thermal Engineering, Vol 30, October 2010, P2219-2226 [23] Salah E.L Mohammed, M.B Baharom, A Rashid A Aziz Analysis of engine characteristics and emissions fueled by in-situ mixing of small amount of hydrogen in CNG International Journal of Hydrogen Energy, Vol 36, March 2011, P4029-4037 [24] Hoang Dinh Long, Maz 100 & Maz 200 fuel additive – Testing results and evaluation, Conference on Lanlian Maz Oil-saving and Emission – reducing fuel oil additive, Beijing – China 13th June, 2010 [25] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến „„ Kết cấu tính toán động đốt tập 3‟‟ Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1979 76 ... thống sử dụng nhiên liệu thay Trong nhóm thứ ba, việc sử dụng nhiên liệu thay quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt sử dụng nhiên liệu thay có nồng độ phát thải độc hại thấp khí thiên nhiên nén CNG... việc nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu thực nhiều khu vực giới Khí thiên nhiên xem nhiên liệu việc sử dụng để chạy động mục đích đa dạng hóa nguồn nhiên liệu góp phần làm giảm ô... đổi động chạy xăng sang chạy nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) với mục đích cụ thể sau: - Nghiên cứu tổng quan tiềm sử dụng CNG cho động đốt - Nghiên cứu toàn hệ thống cung cấp nhiên liệu