Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia vi nhũ thế hệ mới chế tạo tại việt nam tới tính năng kinh tế, kỹ thuật, phát thải và tương thích vật liệu động cơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM TỚI TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI VÀ TƯƠNG THÍCH VẬT LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM TỚI TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI VÀ TƯƠNG THÍCH VẬT LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỮU TUYẾN Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Luận án có sử dụng phần kết tơi nhóm nghiên cứu thực đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ chế tạo phụ gia nhiên liệu vi nhũ hệ dùng cho động diesel“, mã số ĐTĐLCN.03/16, GS.TS Vũ Thị Thu Hà chủ nhiệm đề tài, Phịng thí nghiệm trọng điểm cơng nghệ lọc hóa dầu, Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam chủ trì, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội phối hợp thực Tôi Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu đề tài độc lập cấp Nhà nước vào việc viết luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Giảng viên hướng dẫn Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2020 Nghiên cứu sinh PGS.TS Phạm Hữu Tuyến Nguyễn Hữu Tuấn i GIẤY XÁC NHẬN CỦA CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo Bộ phận đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực Bộ môn Động đốt trong, Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hỗ trợ, giúp đỡ dành cho điều kiện tốt suốt q trình nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến hướng dẫn tơi tận tình chu tơi thực hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài ĐTĐLCN.03/16, Phịng thí nghiệm trọng điểm cơng nghệ lọc hóa dầu, Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam ln giúp đỡ đồng ý cho sử dụng số kết nghiên cứu đề tài để thực luận án Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí, Bộ mơn Kỹ thuật hệ thống cơng nghiệp thầy Khoa hậu thuẫn động viên tơi suốt q trình nghiên cứu học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên, khuyến khích tơi suốt thời gian nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Tuấn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i GIẤY XÁC NHẬN CỦA CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xiii MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài ii Mục đích nghiên cứu iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu iv Phương pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn vi Tính đề tài vii Các nội dung luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU DIESEL 1.1 Đặc điểm tính chất nhiên liệu diesel 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel 1.1.3 Ảnh hưởng số thơng số nhiên liệu diesel tới chất lượng hoạt động động 1.2 Nhiên liệu diesel sinh học 1.2.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học 1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel sinh học 1.3 Phụ gia cho nhiên liệu diesel 11 1.3.1 Giới thiệu chung 11 1.3.2 Phụ gia vi nhũ nước dầu cho nhiên liệu diesel 13 1.3.3 Phụ gia nano oxit kim loại/ kim loại cho nhiên liệu diesel 15 1.3.4 Phụ gia vi nhũ hệ 16 1.4 Các cơng trình nghiên cứu giới Việt Nam phụ gia vi nhũ 18 1.4.1 Các nghiên cứu giới 18 1.4.2 Các nghiên cứu Việt Nam 24 1.5 Kết luận chương 27 iv CHƯƠNG PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA TỚI MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ 28 2.1 Giới thiệu chung 28 2.2 Phụ gia vi nhũ hệ chế tạo Việt Nam 29 2.2.1 Chất hoạt động bề mặt 29 2.2.2 Phụ gia vi nhũ nước dầu 29 2.2.3 Phụ gia nano oxit kim loại 31 2.3 Đánh giá khả phù hợp kết hợp tạo phụ gia vi nhũ hệ 32 2.4 Lựa chọn tỷ lệ thành phần phụ gia vi nhũ hệ 34 2.4.1 Chọn dầu diesel 34 2.4.2 Lựa chọn tỷ lệ thành phần 34 2.4.3 Phương pháp quy trình phối trộn 38 2.5 Đánh giá chất lượng phụ gia pha vào nhiên liệu diesel 39 2.5.1 Đánh giá chất lượng phụ gia 39 2.5.2 Đánh giá chất lượng diesel pha phụ gia 40 2.6 Đánh giá tương thích vật liệu 42 2.6.1 Phương pháp đánh giá 42 2.6.1.1 Các tiêu chuẩn đánh giá tương thích vật liệu 42 2.6.1.2 Xây dựng quy trình thử nghiệm tương thích vật liệu 43 2.6.2 Trang thiết bị đối tượng thử nghiệm 44 2.6.2.1 Thiết bị phục vụ đánh giá 44 2.6.2.2 Các chi tiết sử dụng đánh giá 44 2.6.3 Kết đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu pha phụ gia tới chi tiết 46 2.6.3.1 Đánh giá ngoại quan cấu trúc tế vi 46 2.6.3.2 Đánh giá thay đổi khối lượng 47 2.7 Kết luận chương 49 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI 50 3.1 Cơ sở lý thuyết mô phần mềm AVL – Boost 50 3.1.1 Phương trình nhiệt động học thứ 50 3.1.2 Mơ hình cháy 51 3.1.3 Mơ hình truyền nhiệt 55 3.1.3.1 Truyền nhiệt xy lanh 55 3.1.3.2 Trao đổi nhiệt thành xy lanh 56 3.1.3.3 Trao đổi nhiệt cửa nạp cửa thải 56 3.1.4 Mơ hình tính chuyển vị piston 57 3.1.5 Mơ hình nạp thải 58 3.1.6 Mơ hình lọt khí 58 v 3.1.7 Mơ hình tính tốn hàm lượng thành phần phát thải 58 3.1.7.1 Mơ hình tính lượng phát thải NOx 59 3.1.7.2 Mơ hình tính lượng phát thải bồ hóng (soot) 59 3.1.7.3 Phát thải CO 60 3.1.8 Mơ hình nhiên liệu 60 3.2 Nghiên cứu mô động diesel sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia 61 3.2.1 Đối tượng mô 61 3.2.2 Xây dựng mơ hình mô 62 3.3 Kết tính tốn mơ 64 3.3.1 Đánh giá độ xác mơ hình 65 3.3.1.1 Công suất suất tiêu hao nhiên liệu động 65 3.3.1.2 Áp suất xy lanh 67 3.3.1.3 Phát thải 68 3.3.2 Ảnh hưởng nhiên liệu pha phụ gia 69 3.3.2.1 Công suất suất tiêu hao nhiên liệu 70 3.3.2.2 Phát thải động 71 3.3.2.3 Đặc tính q trình cháy 75 3.3.2.4 Tốc độ hình thành phát thải động 79 3.4 Kết luận chương 80 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 82 4.1 Thử nghiệm động PTN 82 4.1.1 Mục đích thử nghiệm 82 4.1.2 Trang thiết bị thử nghiệm 82 4.1.3 Đối tượng quy trình thử nghiệm động PTN 84 4.1.3.1 Động nhiên liệu thử nghiệm 84 4.1.3.2 Quy trình thử nghiệm 85 4.1.4 Kết thử nghiệm 85 4.1.4.1 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phối trộn phụ gia với nhiên liệu DO 85 4.1.4.2 Kết diễn biến áp suất xy lanh số hạt PM khí thải với nhiên liệu DO, DO-phụ gia 1/8000 92 4.1.4.3 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO, DO-phụ gia 1/8000 theo đặc tính tải 94 4.1.4.4 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phối trộn phụ gia với nhiên liệu B5 96 4.1.4.5 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5, B5-phụ gia 1/8000 theo đặc tính tải 100 4.2 Thử nghiệm trường 102 4.2.1 Quy trình trang thiết bị thử nghiệm 102 4.2.1.1 Quy trình thử nghiệm 102 4.2.1.2 Đối tượng thử nghiệm 104 4.2.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm 105 4.2.2 Kết thử nghiệm 105 vi 4.2.2.1 Kết thử nghiệm đo lượng nhiên liệu tiêu hao 105 4.2.2.2 Kết thử nghiệm đo phát thải 106 4.3 Kết luận chương 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 Kết luận 110 Hướng nghiên cứu 111 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC Phụ lục Các trang thiết bị thử nghiệm Phụ lục Kết mô động 13 Phụ lục Kết thử nghiệm động 14 Phụ lục Một số hình ảnh thử nghiệm 18 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ La tinh Ký hiệu p Ne Me n ge T-Exh CO HC NOx CO2 PM Soot Giải thích Áp suất xy lanh Công suất Mômen Tốc độ động Suất tiêu hao nhiên liệu Nhiệt độ khí xả Mơnơxit cácbon Hydrocacbon Ôxit nitơ Cácbonníc Chất thải dạng hạt – Particulate Matter Phát thải bồ hóng Đơn vị bar kW N.m Vịng/phút g/kWh C ppm ppm ppm ppm ppm mg/m3 Ký hiệu chữ Hy Lạp Ký hiệu     Giải thích Góc quay trục khuỷu Hệ số dư lượng khơng khí Khối lượng riêng Tỷ số nén Đơn vị độ kg/m3 - Các chữ viết tắt Ký hiệu DO TN MP ĐCT ĐCD PTN HĐBM HCCI Giải thích Nhiên liệu diesel khống Thực nghiệm Mơ Điểm chết Điểm chết Phịng thí nghiệm Hoạt động bề mặt Cháy nén hỗn hợp đồng EGR CRT Luân hồi khí xả Bẫy hạt tái sinh liên tục CR SCR DOC Hệ thống phun nhiên liệu tích áp Thiết bị khử chọn lọc xúc tác Xử lý oxy hóa viii Tiếng Anh Homogeneous Charge Compression Ignition Exhaust Gas Recirculation Continously Regenerating Trap Common Rail Selective Catalytic Reduction Diesel Oxidation Catalyst Các van điều khiển điện khí nén đóng mở nước vịng ngồi qua nhiều hay ít, để đảm bảo nhiệt độ nước làm mát động theo yêu cầu Thông số thiết bị AVL 553 Thông số Giá trị Dải nhiệt độ động (0C) Công suất trao đổi nhiệt (kW) Lưu lượng (m3/h) Nhiệt độ mạch sơ cấp (0C) Nhiệt độ mạch thứ cấp (0C) Áp suất vòng nước làm mát (bar) 70 ÷ 120 18 15 20 ÷ 125 ÷ 85 * Bộ điều khiển tay ga THA 100 Bộ điều khiển tay ga THA 100 có chức thay đổi vị trí cung cấp nhiên liệu: kéo động Diesel, đóng mở bướm ga động xăng THA 100 động biến bước, thay đổi chiều dài đoạn dây kéo ga để thay đổi vị trí cung cấp nhiên liệu tuỳ theo chế độ thử điều khiển từ máy tính * Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S Thi bị AVL 733S đo lượng nhiên liệu tiêu thụ động cách cân lượng nhiên liệu bình chứa AVL 733S đo liên tục lượng nhiên liệu khoảng thời gian từ đầy bình đến nhiên liệu bình giảm tới mức Sai số thiết bị 0,1% Dải đo từ đến 150 (kg/h) Có thể cho phép tới 400kg/h Sơ đồ nguyên lý hình ảnh thực tế AVL Fuel Balance 733S Nhiên liệu cấp vào thùng đo; Nhiên liệu tới động cơ; Nhiên liệu hồi từ động cơ; ống thông hơi; Các ống nối mềm; Thùng đo; Thanh cân; Lị xo lá; Cân bì; 10 Cảm biến lưu lượng; 11 Thiết bị giảm chấn; 12 Van điện từ đường nạp Đường ống cấp nhiên liệu thiết bị nối với đường nhiên liệu vào bơm cao áp động cơ, đường ống hồi nhiên liệu bơm cao áp nối với đường hồi nhiên liệu thiết bị Thông số thiết bị AVL 733S thể bảng sau: PL Thông số thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S [60] Thông số Giá trị Dải đo (kg/h) Lượng nhiên liệu thùng chứa (g) Sai số (%) Nhiệt độ môi trường (0C) Áp suất nhiên liệu cung cấp (bar) Điện áp hoạt động (V, DC) Dòng điện tiêu thụ (A) ÷ 150 1800 0,12 ÷ 60 0,1 ÷ 0,8 24  0,5 1,6 Bắt đầu trình đo nhiên liệu cấp đầy vào thùng đo thông qua đường cấp nhiên liệu Khi lượng nhiên liệu đầy, lúc lực tì lên cảm biến lưu lượng lớn Van điện từ 12 đóng lại ngăn khơng cho dịng nhiên liệu vào thùng đo đường cấp vào động mở, lượng nhiên liệu đường hồi động (khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử) áp suất bình giữ ổn định nhờ ống thơng Đồng thời với q trình phận đếm thời gian hoạt động Lượng nhiên liệu bình chứa đo liên tục giây dựa Giao diện máy tính hệ thống vào lượng nhiên liệu cịn bình ECU cân nhiên liệu AVL 733S tính lượng nhiên liệu tiêu thụ động Hệ thống đo suất tiêu thụ nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S thực trình đo ghi lại kết trung bình phép đo thời gian phép đo, người thử nghiệm đặt giao diện từ máy tính * Cảm biến Lambda LSU 4.9 Cảm biến sử dụng để đo thông số hệ số dư lượng khơng khí  khí xả, bố trí lắp đặt đầu cụm đường ống thải động Cảm biến thiết kế để đo hệ số dư lượng khơng khí  khí xả động đốt (động xăng động diesel) Đây loại cảm biến dải rộng có dải đo  từ 0,65 ÷ 10,1 Thông số cảm biến thể sau: Thông số cảm biến LSU 4.9 [62] Thông số Dải đo  Nhiên liệu tương thích Áp suất khí xả (bar) Nhiệt độ khí xả (0C) Điện áp nguồn cấp (V) Giá trị 0,65 ÷ 10,1 Xăng/Diesel ≤ 2,5 < 930 10,8 ÷ 16,5 PL Phụ lục 1.2 Thiết bị phân tích khí xả AVL CEB-II Tủ phân tích khí thải CEB-II (Combustion Emission Bench) hệ thống bao gồm tồn mơđun thực q trình phân tích thành phần chất CO, CO2, NO, NOx, HC có khí thải động thiết bị đảm bảo điều kiện làm việc hệ thống như: Khối làm nóng (HSU), khối chuẩn đoán, khối điều khiển Mỗi phân tích chia thành dải đo, tuỳ thuộc vào hàm lượng thực tế chất có khí thải mà phân tích tự lựa chọn dải đo phù hợp Để đảm bảo độ xác phép đo, phân tích hiệu chuẩn trước đo chất khí hiệu chuẩn ứng với dải đo Máy tính tích hợp tủ; Khối SCU; 2a Khối làm nóng; 2b Khối làm lạnh; 2c Khối điều khiển SCU; 2d Vùng dành cho ERG; Vùng đặt phân tích; Bảng đồng hồ khí; Cơng tắc hệ thống; Khối chẩn đốn; 7- Các đường khí nguồn điện Tủ phân tích khí thải AVL CEB-II * Ngun lý hoạt đợng các khối phân tích Tồn hệ thống phân tích khí xả thiết lập theo hệ thống quy ước hoàn chỉnh giúp cho điều khiển thử nghiệm tốt * Nguyên lý làm việc phân tích CO - Cấu tạo hệ thống đo CO: Một buồng phát tia hồng ngoại Màn chắn Đĩa khoét rãnh Buồng chứa khí mẫu Buồng chứa khí CO ngăn chắn màng cao su Thiết bị đo độ võng Buồng chứa khí CO ngăn màng cao su Buồng chứa khí mẫu Sơ đồ cấu tạo đo CO - Nguyên lý hoạt động: CO hấp thụ xạ hồng ngoại bước sóng khoảng 4,7m có mặt nồng độ CO xác định giãn nở CO buồng đo có tia hồng ngoại qua Khi cần đo lượng CO có khí mẫu, khí mẫu đưa vào buồng PL (4) Sau cho đốt đèn hồng ngoại (1) Tia hồng ngoại qua buồng (4) buồng (8), buồng (4) có CO nên phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, buồng (8) có chứa N2 tia hồng ngoại qua hoàn toàn Để lượng hồng ngoại qua hai buồng đĩa (3) điều khiển quay, đĩa (3) có xẻ rãnh cho thời gian để tia hồng ngoại qua rãnh rãnh Sau qua hai buồng (4) (8), tia hồng ngoại tới buồng (5) buồng (7) Trong hai buồng có chứa tồn CO, lúc tia hồng ngoại bị hấp thụ hoàn toàn CO làm tăng nhiệt độ khối khí buồng (5) (7), tương ứng với tăng nhiệt độ tăng áp suất Hai buồng (5) (7) ngăn cách với màng cao su Trong hai chùm tia hồng ngoại chùm tia hồng ngoại qua buồng (4) bị hấp thụ phần hấp thụ tia hồng ngoại buồng (5) buồng (7) có chênh lệch áp suất hai buồng Sự chênh lệch áp suất làm cho màng cao su bị cong, tiến hành đo độ cong tính độ chênh lệch áp suất Qua tính tốn chênh áp suất biết lượng CO hấp thụ tia hồng ngoại Lượng Sự ảnh hưởng H2O đến CO lượng CO có khí xả CO Khi đo CO khí xả phương pháp hồng ngoại phải tính đến điều kiện gây sai số Đặc biệt hấp thụ nước Vì phải có biện pháp hiệu chỉnh giá trị đo Thông thường hiệu chỉnh giá trị đo cách lọc quy định giá trị ảnh hưởng nước khoảng đo * Nguyên lý làm việc phân tích NO NOx - Cấu tạo hệ thống đo NO NOx Thiết bị đo NO NOx thiết bị xác định cường độ ánh sáng, bao gồm chi tiết chính: Khí ơzơn sinh nhờ thiết bị tạo ơzơn khơng khí Bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO Buồng phản ứng đo NOx có đường dẫn khí ơzơn khí mẫu Buồng phản ứng đo NO có đường dẫn khí ơzơn khí mẫu Bộ phận hủy ơzơn trước đưa ngồi mơi trường Bộ phận đo cường độ sáng Sơ đồ cấu tạo phân tích NO NOx - Nguyên tắc hoạt động Thiết bị hoạt động dựa vào tượng khí quang hóa 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 PL Khơng khí đưa vào đường cho qua tạo ơzơn, O2 khơng khí tạo thành O3 nhờ tia lửa điện đưa đến buồng phản ứng Để đo lượng NO có khí xả, khí xả đưa trực tiếp vào buồng phản ứng Trong buồng phản ứng có O3 Vì vậy, phần NO có khí thải mẫu phản ứng với O3 tạo NO2 hoạt tính (NO2*), NO2 hoạt tính tồn khơng lâu điều kiện bình thường tự động chuyển NO2 khơng hoạt tính cách phóng phần lượng dạng tia sáng Đo cường độ tia sáng thu dựa vào để xác định lượng NO phản ứng Từ lượng NO phản ứng tính lượng NO có khí xả mẫu Để đo lượng NOx có khí xả mẫu, cho tất khí xả mẫu 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 có lượng cao chuyển mức lượng thấp phát ánh sáng, vào cường độ ánh sáng thu ta tính lượng NOx có khí xả * Nguyên lý làm việc phân tích HC - Cấu tạo hệ thống đo CnHm: Hệ thống có ba đường dẫn khí vào Một đường dẫn khí mẫu vào, hai đường dẫn khí cháy (hỗn hợp H/He), ba đường khí tạo mơi trường cháy Buồng phản ứng có gắn cảm biến nhiệt độ Bộ đánh lửa để sinh tia lửa mồi Cặp cực điện nối với khuyếch đại đo điện áp Bộ cảm biến nhiệt độ T100 Bộ bơm khí nén tạo độ chân khơng để hút khí cháy Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo HC - Nguyên lý hoạt động: Khí mẫu cần đo đưa vào hệ thống với áp suất 580mbar lưu lượng 1500l/h Nó hịa trộn với khí cháy (hỗn hợp H/He) đưa vào đường ống thứ hai Khí cháy có áp suất 1050mbar, có lưu lượng 30l/h Khí mẫu khí cháy trộn với đưa buồng cháy với áp suất 680mbar Trong buồng phản ứng hỗn hợp khí (20% O2, 80% N2) bơm vào làm mơi trường cháy Khi khí mẫu khí cháy đưa vào, đánh lửa bật tia lửa đốt cháy Trong điều kiện khí HC khơng cháy mà bị bẻ gãy thành ion Các ion sinh mơi 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 dịng điện sinh đánh giá lượng HC có khí mẫu Khi đo lượng HC có khí xả động cơ, điều kiện đo ý Áp suất đầu vào phải đảm bảo xác, lưu lượng phải vừa đủ Có trình PL đo Hệ thống đánh lửa 10 lần, 10 lần mà điều kiện khơng đảm bảo hệ thống không đo Sau 10 lần đánh lửa mà khơng đo hệ thống dừng lại yêu cầu có kiểm tra sửa chữa * Thiết bị Smoke meter Khi cho lượng khí thải định qua màng giấy lọc chuẩn, P-M bị giữ lại làm giấy lọc bị đen Độ đen giấy lọc xác định phản ánh độ khói khí thải Thiết bị Smoke Meter AVL 515 có dải đo từ đến 9,99 FSN (Filter Smoke Number) từ đến 3199 mg/m3 với độ xác 0,1% Thiết bị đo độ khói AVL 515 hình bên Phụ lục 1.3 Hệ thống đếm hạt Số lượng hạt hình thành ngưng tụ hợp chất hữu (từ nhiên liệu, dầu bôi trơn) nhạy với điều kiện nhiệt độ độ ẩm khơng khí mơi trường hay khơng khí pha lỗng trình lấy mẫu, gây ảnh hưởng đến độ xác phép đo Vì vậy, u cầu trình lấy mẫu phải loại bỏ hợp chất hữu phép đo thực đếm số lượng hạt rắn khí thải với số hạt phù hợp với dải đo thiết bị đếm hạt [52] Để đáp ứng yêu cầu hệ thống lấy mẫu quy định gồm phận chính: pha loãng thứ nhất, ống bay pha loãng thứ hai Sơ đồ nguyên lý hệ thống lấy mẫu xác định hệ thống đếm hạt khí thải PL Khí thải từ động (hoặc từ hệ thống pha loãng CVS) vào pha lỗng thứ Bộ pha lỗng thứ có nhiệm vụ pha lỗng khí thải với khơng khí sấy khí thải tới nhiệt độ khoảng 150 ÷ 4000C (nhưng không cao nhiệt độ sấy ống bay hơi) để giảm tỷ lệ làm bay hợp chất hữu Sau đó, khí mẫu tiếp tục tới ống bay hơi, khí thải tiếp tục sấy tới nhiệt độ 300 ÷4000C để làm bay hoàn toàn hợp chất hữu Bộ pha lỗng thứ hai có nhiệm vụ tiếp tục pha lỗng khí mẫu với khơng khí để làm giảm tỷ lệ hợp chất hữu cơ, tránh tượng ngưng tụ, đồng thời làm giảm nhiệt độ khí mẫu trước vào thiết bị đếm hạt Dựa yêu cầu trên, Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải - Viện Cơ khí động lực phát triển hệ thống lấy mẫu đếm số hạt Chi tiết hệ thống trình bày NCS sử dụng hệ thống nghiên cứu thử nghiệm phục vụ nội dung luận án Ống bay Khí thừa Khơng khí Vịi phun Mẫu Đếm Máy nén Khơng khí Sơ đồ ngun lý hệ thống đếm hạt Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải - Viện Cơ khí động lực Hệ thống pha lỗng bao gồm giai đoạn: giai đoạn pha lỗng khí pha loãng sấy đến 1500C, ống bay làm nóng đến 300  3500C; giai đoạn pha lỗng thứ hai làm mát khí mẫu xuống khoảng 300C trước khí pha lỗng vào thiết bị đếm số hạt Thơng số thiết bị đếm hạt DiSCmini Thông số Giá trị Model/ hãng sản xuất/ xuất xứ Kích thước hạt (nm) Nồng độ hạt (hạt/cm3) Độ xác (hạt/cm3) Nguồn điện (V) DiSCmini/ Testo/ Đức 10  700 103  106 100 200  240 PL 10 Phụ lục 1.4 Cân bàn đo lượng nhiên liệu tiêu hao Thông số cân bàn Thông số Model/ hãng sản xuất/ xuất xứ Phạm vi đo (kg) Giá trị độ chia (g) Sai số đo lường (g) Kích thước bàn cân Dài x Rộng x Cao (mm) Giá trị CBĐT-300/Nhơn hòa/Việt Nam  300 100 50  150 420 x 520 x 100 Cân bàn Phụ lục 1.5 Thiết bị đo khí thải cầm tay Testo 350 Khí hút vào qua đầu lấy mẫu, khí lọc qua lọc bụi tay cầm đầu dò trước đưa vào máy Khi vào máy tiếp tục lọc qua lọc bụi thứ làm lạnh trước đưa vào làm lạnh để làm lạnh khí xuống khoảng  20C, sau khí tiếp tục lọc qua lọc bụi thứ nằm thân máy qua bơm hút mẫu để đẩy vào cảm biến phân tích hiển thị số liệu hình Máy đo khí thải cầm tay Testo 350 Thơng số kỹ thuật máy đo khí thải cầm tay Testo 350 Thơng số Giá trị Chiều dài ống dẫn khí (m) Điện áp DC đầu vào (V) Lưu lượng bơm (lít/phút) Nhiệt độ xung quanh đầu rò (0C) Áp suất đo (kPa) Phạm vi đo khí CO (ppm) Phạm vi đo khí NOx (ppm) 16,2 11 ÷ 40 ÷ 1760 60 ÷ 115 ÷ 10000 ÷ 4000 PL 11 Phụ lục 1.6 Thiết bị đo độ khói trường Đối với loại nhiên liệu thử nghiệm, khí thải đo vị trí đầu ống khói Máy đo độ khói AVL CDS 450 Thơng số kỹ thuật máy đo độ khói AVL CDS 450 Thơng số Giá trị Tốc độ động (vòng/phút) Chiều dài dải đo (mm) Nhiệt độ khí xả max (0C) Độ mờ đục (%) 400 ÷ 6000 215  200 ÷ 99,9 PL 12 Phụ lục Kết mô động Bảng PL2.1 Kết mô công suất suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu DO DO-phụ gia 1/8000 Tốc độ (vịng/phút) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Cơng suất (kW) DO 13,61 22,88 30,80 37,48 42,92 48,15 Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh) DO-PG 13,86 23,35 31,43 38,71 43,98 50,23 DO 240,71 236,01 232,99 244,13 265,05 290,47 DO-PG 236,36 231,26 228,32 236,37 258,66 278,44 Bảng PL2.2 Kết mô phát thải động sử dụng nhiên liệu DO DO-phụ gia 1/8000 Tốc độ (vòng/phút) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 CO (ppm) DO 480 560 671 743 768 879 DO-PG 448 482 615 654 674 780 NOx (ppm) DO 312 373 371 348 342 337 PL 13 DO-PG 286 331 326 321 306 304 Độ khói (g/kW.h) DO 3,58 3,34 3,19 2,70 2,25 2,55 DO-PG 3,35 3,16 3,12 2,63 2,15 2,35 Phụ lục Kết thử nghiệm động Bảng PL3.1 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO không sử dụng phụ gia Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,37 22,52 30,22 36,85 42,07 47,46 244,65 240,32 237,29 248,70 270,24 295,04 371 457 493 590 673 763 506 592 691 782 785 925 98,7 88,8 83,7 99,2 105,3 111,5 325 391 390 362 355 351 Độ khói (FSN) 3,89 3,78 3,30 3,09 2,65 2,98 Bảng PL3.2 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO-phụ gia tỷ lệ 1/6000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,61 22,76 30,44 37,49 42,85 48,37 233,57 231,59 232,23 243,82 266,47 284,69 341 431 558 616 679 767 465 492 626 762 775 895 93,5 81,7 77,2 88,8 97,5 105,5 322 368 356 340 317 316 Độ khói (FSN) 3,79 3,64 3,28 2,95 2,62 2,90 Bảng PL3.3 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO-phụ gia tỷ lệ 1/7000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,60 22,85 30,53 37,90 42,97 48,70 228,60 227,40 230,90 241,50 261,10 283,49 347 439 544 612 659 762 466 489 622 735 765 876 90,5 79,3 78,3 86,6 94,1 107,5 304 353 349 333 313 313 Độ khói (FSN) 3,71 3,58 3,25 2,94 2,49 2,85 Bảng PL3.4 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO-phụ gia tỷ lệ 1/8000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,59 22,95 30,83 37,97 43,19 49,50 230,18 228,16 225,04 236,86 254,10 277,49 349 441 519 597 662 755 488 508 632 719 703 830 89,6 80,2 76,6 85,3 91,1 103,5 291 342 340 328 312 311 PL 14 Độ khói (FSN) 3,67 3,53 3,24 2,91 2,47 2,76 Bảng PL3.5 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO-phụ gia tỷ lệ 1/9000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,59 23,10 31,00 38,10 43,10 49,50 229,50 223,90 229,30 237,10 253,50 273,80 354 444 517 593 661 752 461 488 607 746 756 864 87,8 78,0 75,8 89,1 95,6 106,3 308 359 363 345 331 320 3,67 3,55 3,29 2,96 2,51 2,73 Bảng PL3.6 Kết thử nghiệm nhiên liệu DO-phụ gia tỷ lệ 1/10000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,76 23,00 30,85 38,00 42,83 48,64 227,72 224,85 226,07 237,62 259,99 285,67 356 449 503 589 661 751 468 519 632 732 7565 899 91,3 80,4 76,6 91,1 98,8 105,0 319 385 385 363 356 345 3,73 3,59 3,32 3,02 2,58 2,74 Bảng PL3.7 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5 không sử dụng phụ gia Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,78 23,04 30,95 38,51 44,18 47,07 240,07 237,70 234,28 244,80 262,60 278,80 392 476 496 599 708 792 519 591 651 723 802 877 95,4 89,2 79,6 81,6 86,9 96,9 337 393 396 368 359 352 3,87 3,78 3,30 3,09 2,64 2,73 Bảng PL3.8 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5-phụ gia tỷ lệ 1/6000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,55 22,85 30,79 38,46 43,79 48,79 238,25 243,17 231,53 245,94 256,43 255,62 361 450 544 615 680 775 567 610 620 683 720 837 88,9 78,3 71,0 79,4 87,8 101,8 362 366 406 381 368 367 3,83 3,71 3,28 2,95 2,51 2,96 PL 15 Bảng PL3.9 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5-phụ gia tỷ lệ 1/7000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,62 22,89 31,10 38,35 43,72 48,50 238,20 237,40 230,70 244,50 258,60 262,70 360 450 531 617 685 775 565 612 636 689 693 772 87,4 77,7 72,5 76,7 87,6 97,4 372 386 409 376 370 341 3,78 3,66 3,25 2,93 2,49 2,93 Bảng PL3.10 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5-phụ gia tỷ lệ 1/8000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,67 22,92 32,21 38,31 43,70 47,28 239,02 237,57 231,48 244,22 258,14 264,44 360 448 504 620 685 774 560 611 653 693 670 738 86,6 76,5 70,8 77,4 85,0 97,0 360 401 413 380 367 344 3,73 3,61 3,14 2,91 2,46 2,87 Bảng PL3.11 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5-phụ gia tỷ lệ 1/9000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,51 22,85 31,30 38,33 43,52 48,70 237,90 238,30 229,70 244,60 259,80 260,80 361 451 515 616 683 773 564 597 632 708 688 772 86,8 80,9 75,0 78,5 84,3 91,5 347 385 427 399 364 349 3,71 3,59 3,21 2,88 2,43 2,82 Bảng PL3.12 Kết thử nghiệm nhiên liệu B5-phụ gia tỷ lệ 1/10000 Tốc độ (vòng/phút) Ne (kW) ge (g/kWh) T-Exh (0C) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Độ khói (FSN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 13,47 22,81 30,82 38,37 43,44 49,43 237,69 242,66 230,91 244,93 255,68 255,43 363 452 540 615 683 769 563 586 644 727 708 799 86,8 81,1 76,4 79,1 84,8 89,8 335 383 441 406 373 358 3,68 3,56 3,20 2,86 2,42 2,71 PL 16 Bảng PL3.13 Kết thử nghiệm đếm hạt theo đường đặc tính ngồi Tốc độ (vịng/phút) DO (hạt/cm3) DO-Phụ gia 1/8000 (hạt/cm3) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 241.946.957 243.025.694 213.387.448 268.629.262 318.360.363 349.056.775 131.469.278 119.743.260 157.470.404 212.867.440 290.585.560 504.267.483 Bảng PL3.14 Kết thử nghiệm đếm theo đường đặc tính tải chế độ khơng tải Tốc độ (vòng/phút) 2000 3500 800 900 1000 DO (hạt/cm3) DO-Phụ gia 1/8000 (hạt/cm3) 25% tải 50% tải 75% tải 25% tải 50% tải 75% tải 561.246.595 296.996.507 670.431.941 320.177.571 190.432.454 221.607.638 546.196.750 514.465.743 544.084.425 544.789.487 497.007.768 514.763.993 754.159.261 379.891.899 749.639.953 492.707.152 770.227.303 823.803.712 PL 17 Phụ lục Một số hình ảnh thử nghiệm a b Hình PL 4.1 Thiết bị thử nghiệm PTN trường a) Động D4BB PTN ; b) Ơ tơ tải CAT 769D trường Hình PL 4.2 Đo phát thải trường Hình PL 4.3 Quá trình thử nghiệm phịng thí nghiệm PL 18 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VI? ??T NAM TỚI TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI VÀ TƯƠNG THÍCH VẬT... dụng phụ gia vi nhũ hệ chế tạo Vi? ??t Nam iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Phụ gia nhiên liệu vi nhũ hệ Vi? ??n Hóa học cơng nghiệp Vi? ??t Nam chế tạo, loại phụ gia vi nhũ nước... CHƯƠNG PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VI? ??T NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA TỚI MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ 28 2.1 Giới thiệu chung 28 2.2 Phụ gia vi nhũ