Ảnh hưởng của tỉ lệ CH4/CO2 đến đặc tính công suất, sự cháy và khí thải động cơ đánh lửa cưỡng bức tỉ số nén cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUỐC KHÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ CH4/CO2 ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠNG SUẤT, SỰ CHÁY VÀ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TỈ SỐ NÉN CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS HUỲNH THANH CÔNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN NGỌC DŨNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 11 tháng năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gầm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hộỉ đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI TS NGUYỄN NGỌC DŨNG TS NGUYỄN VĂN TRẠNG TS HỒNG ĐỨC THƠNG TS NGUYỄN CHÍ THANH Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Quốc Khánh Ngày, tháng, năm sinh: 10/11/1991 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực MSHV: 7140356 Nơi sinh: Tp Vũng Tàu MSHV: 60 52 01 16 I TÊN ĐỀ TÀI: Ảnh hưởng tỉ lệ CH4/CO2 đến đặc tính cơng suất, cháy khí thải động đánh lửa cưỡng tỷ số nén cao II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu tổng quan động tỷ số nén cao sử dụng nhiên liệu CH4/CO2 phương pháp mô Xây dựng mơ hình mơ phỏng, nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ CH4/CO2 thông số vận hành đến thơng số đặc tính kinh tế, kỹ thuật môi trường động nghiên cứu Thiết kế, tính tốn chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas giả lập theo tỉ lệ % CH4/CO2 hệ thống hòa trộn nhiên liệu - khơng khí nạp cho động cơ, làm sở đề xuất cho nghiên cứu thực nghiệm chủng loại động III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THANH NHIỆM VỤ: 5/1/2015 4/1/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS HUỲNH THANH CÔNG Tp HCM, ngày 26 thảng 12 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS HUỲNH THANH CÔNG TS TRẦN HỮU NHÂN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG (Họ tên chư ký) TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn: - Sự nuôi dưỡng, ủng hộ động viên gia đình giành cho tơi suốt thời gian qua - PGS.TS Huỳnh Thanh Công nhiệt tình giảng dạy, dẫn tơi từ ngày đầu bắt đầu học thạc sĩ tạo điều kiện tốt học tập hoàn thành luận văn Với tất lòng biết ơn, tơi xin cảm ơn thầy hỗ trợ động viên lúc gặp khó khăn trở ngại suốt năm vừa qua - Q thầy tồn thể nhân viên Phòng Thí nghiêm Trọng điểm ĐHQG- HCM Động Đốt Bộ mơn Kỹ thuật Ơ tơ - Máy động lực, khoa Kỹ thuật Giao thông, trường Đại học Bách khoa (ĐHQG-HCM) nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập - Tôi xin chân thành cảm ơn em sinh viên ngành Kỹ thuật tơ khóa kl 1, kl2 nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt q trình làm việc Trân trọng Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016 Nguyễn Quốc Khánh TÓM TẮT Luận văn đề cập đến việc đánh giá đặc tính động biogas tỉ số nén cao điều kiện vận hành khác như: thay đổi tốc độ, thay đổi tỉ lệ CH4/CO2 Nhiều nghiên cứu ứng dụng biogas động đánh lửa cưỡng thực nước Tuy nhiên, động tự cháy sức nén sử dụng biogas nghiên cứu Việc nghiên cứu thay đổi đặc tính động điều kiện vận hành khác góp phần đánh giá tối ưu điều kiện hoạt động đòng động Và góp phần nhận dạng tính khả thi việc dùng nhiên liệu biogas động công suất lớn tương lai Việt Nam Trong luận văn này, động diesel xylanh 14HP đối tượng nghiên cứu Một mơ hình động đánh lửa cưỡng sử dụng hỗn hợp biogas giả lập (CH4/CO2) thiết lập phần mềm AVL Boost vận hành với thông số tiêu biểu như: tốc độ, tỉ lệ % CH4/CO2 Tốc độ thay đổi từ 1200 đến 2600 vòng/phút, tỉ lệ %CĨỈ4/CO2 thay đổi từ 50/50 đến 80/20 với bước 5% Kết cho thấy, công suất tối đa động đạt 10,22kW 2600v/ph dùng 80%CH4 - 20%CO2 9,34kW 2600v/ph dùng 50%CH4 - 50%CO2 Khí thải co giảm 22,8%, HC giảm 38,7% NOx tăng 81,6% tốc độ 2600v/ph tăng tỉ lệ từ 50%CH4 50%CO2 đến 80% CH4- 20%CO2 Luận văn tiến hành thiết kế, tính tốn chế tạo hệ thống nhiên liệu theo tỉ lệ % CH4 - %CO2 hệ thống hòa trộn nhiên liệu - khơng khí nạp cho động Bệ thử động thiết lập làm sở cho nghiên cứu thực nghiệm tương lai 11 ABSTRACT The objective of this thesis is to evaluate the characteristics of high compression ratio biogas engine under different operated as: change of speed, change of CH4/CO2 ratio Most researches using biogas on spark ignition engines were reported However, compression ignition engines using biogas as fuel are rarely studied The study of the changing characteristics of the engine in various operating conditions will contribute to assess and optimize the operating conditions of the engine And contribute to identifying the feasibility of using biogas as fuel on high power engines in the future in Vietnam In this thesis, one cylinder 14HP diesel engine is used to convert to operate with biogas One spark ignition engine model use simulated biogas mixture (CH4/CO2) is set on the software AVL Boost operating parameters such as: speed, rate % CH4/CO2 The speed change from 1200 to 2400 rpm, the rate of % CH4/CO2 from 50/50 to 80/20 change with 5% step Results shown, the maximum power of the engine is 10,22kW at 2600rpm when using 80%CH4 - 20%CO2 and 9,34kW at 2600rpm when using 50%CH4 - 50%CO2 Regard to exhaust emissions like co decrease 22,8%, HC decrease 38,7% NOx increase 81,6% at speed 2600rpm increase ratio from 50%CH4- 50%CO2to 80%CH4- 20%CO2 Beside the fuel supply system is designed for charge of CH4 - CO2 and fuel-ah mixing system This system is already manufactured and installed in engine dynamometer to carry out the future experimental researches iii Đặc điểm Thông tin Mã Era 570065 Nhiệt độ sử dụng trang bình ~ 570°C Nguồn 9VDC Áp suất sử dụng lambda < 2,5bar 0,65 -> 00 Hình 3.25 Cảm biến lambda Nhiên liệu nạp vào động thông qua kim phun, lun đồ thuật tốn láy tín hiệu cảm biến điều khiển kim phun trình bày hình 3.24 Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển hệ thống trình bày frên hình 3.25 Hình 3.26 Mạch nguyên lý điều khiển hệ thống hòa trộn phun nhiên liệu 65 Lưu đồ điểu khiển kim phun Khởi đáng: Nhân L1ÚT “Staff Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật điều khiển kim phun 3.2.3» Hệ thống đánh lửa trực tỉếp Trong khuôn khổ luận văn, nội dung nghiên cứu khơng bao gồm việc tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa nghiên cứu chế tạo sẵn phòng thí nghiệm Do vậy, phần trình bày mang tính chất giới thiệu khái quát hệ thống đánh lửa sử dụng luận văn [36] Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng phòng thí nghiệm trọng điểm Động đốt thiết kế có nhiệm vụ đốt 66 cháy hỗn hợp biogas giả lập khơng khí Hệ thống phải đảm bảo tối ưu nguồn lượng điện đánh lửa làm việc tốt buồng cháy động biogas Hệ thống phát triển với khả điều chỉnh lượng dự trữ điều chỉnh góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm điều khiển từ 60° trước ĐCT đến 15° sau ĐCT Hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận hãng Autonics gắn bánh đà để xác định vị trí đánh lửa Như vậy, bánh đà quay hay lần tương ứng với hai lửa bugi 04 chu kỳ Do hai lần đánh lửa, có lần bugi đốt cháy hỗn hợp lần bugi đốt trơ Hê thống đánh lửa true tiếp bao gồm bô phân sau: - Linh kiện: bô bin, dây cao áp, bugi - Mạch tăng áp điện tử - Mạch điều khiển lượng tích lũy sơ cấp - Mạch cơng suất Hình 3.28 Bo mạch đánh lửa Hình 3.29 Bobin hệ thống đánh lửa 3.2.4 Hệ thống giám sát điện tử Hê thống bao £ồm; 67 - Các cảm biến như: encoder, tiệm cận Autonics, cảm biến nhiệt độ để ghi nhận tình trạng làm việc động - Các thiết bị ghi nhận thông số làm việc máy phát điện như: Loadcell, máy đo tải điện - Mạch khuếch đại tín hiệu thu từ cảm biến xử lý tín hiệu ngõ vào Chức nhiêm thống giám sát: - Trạng thái làm việc động cơ: áp suất xylanh, tốc độ trục khuỷu, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ khí thải, nhiệt độ nước làm mát, tình trạng làm việc hệ thống đánh lửa - Trạng thái làm việc máy phát điện: điện áp tạo máy phát, dòng điện kích từ mạch xử lý - Trạng thái làm việc hệ thống cung cấp biogas giả lập: chi biết tình trạng hoạt động kim phun, tỉ lệ hòa trộn tại, lưu lượng khơng khí nạp vào động tức thời 3.2.5 Hệ thống giao tiếp với người dùng Hệ thống giao tiếp với người dùng có chức điều khiển, hiển thị, lưu trữ giá trị công suất, mô men, tốc độ, lưu lượng gió nhiên liệu nạp động bệ thử Nó giúp người dùng trực tiếp điều khiển, kiểm soát nắm bắt trạng thái làm việc thiết bị bệ thử động làm việc Giao diện làm việc đơn giản, dễ thao tác giúp người dùng kiểm soát hệ thống thuận tiện 68 F*y»" LWfl'P I hnlf I Fufl fạiad ír.srcí a Lỉ