Tổng quan về phụ gia nhiên liệu động cơ đốt trong. Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp phụ gia Maz Nitro cho động cơ CNG. Thử nghiệm động cơ CNG với phụ gia Maz Nitro. Tổng quan về phụ gia nhiên liệu động cơ đốt trong. Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp phụ gia Maz Nitro cho động cơ CNG. Thử nghiệm động cơ CNG với phụ gia Maz Nitro.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ CNG ĐỂ GIẢM TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA ĐỘNG CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ CNG ĐỂ GIẢM TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HỒNG ĐÌNH LONG Hà Nội - Năm 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU 11 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 11 1.1 Đặc điểm nhiên liệu động đốt 11 1.1.1 Các loại nhiên liệu truyền thống 11 1.1.2 Đặc điểm trình cháy phát thải 15 1.2 Sự cần thiết phải sử dụng phụ gia 26 1.3 Các loại phụ gia 26 1.3.1 Các loại phụ gia gốc oxygen 27 1.3.2 Phụ gia Envirox 29 1.3.3 Phụ gia NITRO 30 1.3.4 Chất phụ gia NANO 31 1.3.5 Các loại phụ gia tổng hợp khác 33 1.4 Phụ gia Maz Nitro 34 1.4.1 Thành phần công thức phụ gia 34 1.4.2 Các loại phụ gia Maz Nitro(Maz Nitro 100, Maz Nitro 200) 36 1.4.3 Tỷ lệ pha phụ gia nhiên liệu 38 1.4.4 Tác dụng phụ gia Maz Nitro 38 1.4.5 Chọn phụ gia cho động CNG 39 CHƯƠNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP PHỤ GIA MAZ NITRO CHO ĐỘNG CƠ CNG 41 2.1 Yêu cầu chung 41 2.2 Thiết kế bố trí chung hệ thống cung cấp phụ gia cho động CNG 41 2.2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống 41 2.2.2 Bình chứa phụ gia tạo áp cho phụ gia 43 2.2.3 Vòi phun hệ thống điều khiển phun phụ gia 43 2.2.4 Bộ hóa phụ gia 43 2.3 Thiết kế điều khiển phun phụ gia Maz Nitro 45 2.3.1 Lưu lượng phụ gia cần phun: 45 2.3.2 Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng phụ gia cần phun 45 2.3.3 Sơ đồ điều khiển phun 46 2.3.4 Thiết kế điều khiển ECU 46 2.4 Kiểm tra hiệu chỉnh làm việc hệ thống 47 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ CNG VỚI PHỤ GIA MAZ NITRO 48 3.1 Mục đích nội dung thử nghiệm 48 3.1.1 Mục đích thử nghiệm 48 3.1.2 Nội dung thử nghiệm 48 3.2 Trang thiết bị thử nghiệm 48 3.2.1 Động nhiên liệu thử nghiệm 48 3.2.2 Băng thử động trang bị kèm 48 3.2.3 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu không khí 52 3.2.4 Thiết bị phân tích khí thải 53 3.3 Quy trình thử nghiệm 59 3.4 Kết thử nghiệm 60 3.4.1 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến công suất động 60 3.4.2 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến suất tiêu hao nhiên liệu động 60 3.4.3 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến phát thải CO, HC, NOx CO2 động 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung số liệu trình bày luận văn cơng trình nghiên cứu tơi theo hướng dẫn PGS.TS Hồng Đình Long Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Phan Văn Cường DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT CO :Khí mơ-nơ-xít –các-bon CO2 :Khí các-bo-níc CH4 :Khí mê-tan HC :Khí hy-đrơ-cac-bon NOX :Các loại ơ-xít ni-tơ H2 :Khí hy-đrơ N2 :Khí Ni-tơ C2H6 :Khí ê-tan C2H4 :Khí Ethylene C3H8 :Khí propan C4H10 :Khí butan C5H12 :Khí pentan NO :Khí mơ-nơ-xt-ni-tơ NO2 :Pe-ơ-xýt-ni-tơ CNG : Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas) LPG : Khí dầu mỏ hố lỏng (Liquefied Petroleum Gas) LNG : Khí thiên nhiên hố lỏng (Liquefied Natural Gas) ppm :Một phần triệu (parts per million) λ :Hệ số dư lượng khơng khí E :Năng lượng đánh lửa φs :Góc đánh lửa sớm ε :Tỷ số nén γr :Hệ số khí sót Flm :Tiết diện làm mát Vc :Thể tích buồng cháy t :Thời gian phun v :Lưu lượng khí nạp n :Tốc độ động GCNG :Lưu lượng nhiên liệu CNG Lo :Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hết kg CNG GKK :Lượng khơng khí thực tế Q :Lưu lượng dịng khí nạp Cd :Hệ số lưu lượng ống venturi d :Đường kính họng ∆p :Chế áp O2 :Khí ơ-xy Maz :Phụ gia nhiên liệu có gốc nitroparaffin E5 :Ethanol pha xăng với tỷ lệ 5% E85 : Ethanol pha xăng với tỷ lệ 85% DO :Dầu diesel FO :Dầu nặng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần loại CNG điển hình 13 Bảng 1.2 Thành phần khí CNG số vùng khai thác khác 13 Bảng 1.3: Công thức chất phụ gia Maz 100 (Tài liệu kỹ thuật phụ gia Maz, 2008) 37 Bảng 1.4: Thành phần phụ gia Maz (Tài liệu kỹ thuật phụ gia Maz, 2008) 37 Bảng 3.1 Thông số làm việc băng thử 50 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Qui trình sản xuất phụ gia Maz Nitro (Tài liệu kỹ thuật phụ gia Maz Nitro, 2008) 38 Hình2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG phụ gia Maz Nitro động 42 Hình 2.2 Sơ đồ kết cấu lắp đặt bình hóa phụ gia Maz Nitro 44 Hình 2.3 Lắp bình chứa phụ gia, vịi phun hóa phụ gia động 44 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống cung cấp phụ gia Maz Nitro động (a) sơ đồ điều khiển vòi phun (b) 46 Hình 2.5 Bo mạch linh kiện ECU hàn hoàn chỉnh (a) đấu nối với cáp hệ thống điều khiển (b) 47 Hình 3.1 Băng thử tính động lực học cao 49 Hình 3.2 Mặt cắt ngang phanh 50 Hình 3.3 Bộ điều chỉnh nhiệt độ dầu bôi trơn 51 Hình 3.4 Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước 52 Hình 3.5 Sơ đồ phân tích khí CO………………………………………………52 Hình 3.6 Sơ đồ phân tích HC 55 Hình 3.7 Sơ đồ phân tích khí NOx 56 Hình 3.8 Sơ đồ phân tích O2 59 Hình 3.9 So sánh công suất động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia Maz Nitro) toàn tải với tốc độ khác 60 Hình 3.10 So sánh tiêu hao nhiên liệu động chạy CNG chạy CNG +PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 61 Hình 3.11 Mức tiết kiệm nhiên liệu động chạy CNG với Maz Nitro so với chạy CNG khơng phụ gia tồn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 61 Hình 3.12 So sánh suất phát thải CO động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 62 Hình 3.13 So sánh suất phát thải HC động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 62 Hình 3.14 So sánh phát thải NOx động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 63 Hình 3.15 So sánh suất phát thải CO2 động chạy CNG chạy CNG + phụ gia Maz Nitro toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 63 vào động Tỷ lệ hoà trộn điều khiển van khí nén điều khiển điện, van điều khiển điều chỉnh tỷ lệ hoà trộn phù hợp để có nhiệt độ nước vào động theo yêu cầu Van điều khiển điện khí nén đóng mở cho nước vịng ngồi qua nhiều hay để đảm bảo nhiệt độ nước làm mát động theo yêu cầu Hình 3.4 Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước 3.2.3 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu khơng khí Viêc đo tiêu hao nhiên liệu CNG thực phương pháp: - Phương pháp cân: Sử dụng cân điện tử độ xác cao cân liên tục bình CNG trình thử nghiệm đồng hồ bấm giây điện tử để đo thời gian tiêu hao nhiên liệu chế độ máy chạy ổn định - Phương pháp dựa đo tiêu hao khơng khí phân tích khí thải: Dựa vào lưu lượng khí nạp tiêu thụ đo thiết bị động học sử dụng ống đo kiểu venture hệ số dư lượng khơng khí λ đo từ thiết bị phân tích khí để tính lưu lượng nhiên liệu CNG động cơ dựa vào công thức: GCNG = Gkk kg/h λ Lo Trong đó, Lo lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy hết kg CNG, giá trị phụ thuộc vào thành phần CNG, khoảng 17 52 - Thiết bị đo lưu lượng khơng khí nạp kiểu động học: Lưu lượng khí nạp vào động đo hệ thống đo theo nguyên lý động học sử dụng ống venturi Thông qua việc đo chênh áp cửa vào họng ống venturi, lưu lượng dịng khí nạp xác định theo cơng thức: Trong Cd hệ số lưu lượng ống venturi, xác dịnh từ thực nghiệm nhà chế tạo theo thơng số hình học ống cho kèm theo ống, d đường kính họng ống chế áp ∆p đo cảm biến áp suất thạch anh - Cảm biến lưu lượng khơng khí: Trên động phun xăng điện tử có trang bị cảm biến lưu lượng khí nạp phục vụ cho việc điều chỉnh lượng nhiên liệu phun nên thử nghiệm động trích hiệu chỉnh tín hiệu analogue để đo lưu lượng khí 3.2.4 Thiết bị phân tích khí thải Tồn hệ thống phân tích khí xả thiết lập theo hệ thống quy ước hoàn chỉnh giúp cho điều khiển thử nghiệm tốt Để làm điều nhà khoa học nghiên cứu vị trí lắp đặt đầu đo cho vị trí đo có ảnh hưởng tốt tới kết Các đầu đo lắp đặt để đo CO, HC, NOx, CO2 O2 a) Thiết bị đo CO Hình 3.5 Sơ đồ phân tích khí CO 53 + Sơ đồ nguyên lý dụng cụ phân tích CO giới thiệu trên( Hình 3.5) Đó thiết bị đo tia hồng ngoại, bao gồm: 1- Buồng phát tia hồng ngoại; 2Màn chắn; 3-Đĩa khoét rãnh; 4-Buồng chứa khí mẫu; 5-Buồng chứa khí CO ngăn cách màng cao su; 6-Thiết bị đo độ võng màng; 7-Buồng chứa khí CO ngăn cách màng cao su; 8-Buồng chứa khí mẫu + Nguyên tắc hoạt động: CO hấp thụ xạ hồng ngoại bước sóng cỡ 4,7 µm có mặt số lượng CO xác định giãn nở CO buồng đo có tia hồng ngoại qua Khi cần đo lượng CO có khí mẫu người ta cho khí mẫu vào buồng (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 khí N2 tia hồng ngoại qua hoàn toàn Để lượng hồng ngoại qua hai buồng người ta cho đĩa (3) quay, đĩa (3) có sẻ rãnh cho thời gian cho tia hồng ngoại qua rãnh Sau qua hai buồng (4) (8), tia hồng ngoại tới buồng (5) buồng (7) Trong hai buồng chứa toàn CO, lúc tia hồng ngoại bị hấp thụ hoàn toàn CO làm tăng nhiệt độ khối khí buồng (5) buồng (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, đo độ cong người ta tính độ chênh lệch áp suất Qua tính tốn độ chênh áp suất người biết lượng CO hấp thụ tia hồng ngoại Lượng CO lượng CO có khí xả Khi đo CO khí xả phương pháp hồng ngoại phải tính đến điều kiện gây sai số Đặc biệt hấp thụ nước Vì người ta phải có biện pháp hiệu chỉnh giá trị đo Thơng thường người ta lọc quy định giá trị ảnh hưởng nước khoảng đo b) Thiết bị đo HC Hệ thống đo HC dựa vào tượng khí CnHm cháy mơi trường đặc biệt tạo Ion Đo lượng Ion người ta xác định lượng HC 54 - Cấu tạo hệ thống đo HC: Hệ thống đo HC có sơ đồ ngun lý hình 3.6, bao gồm thành phần sau: + Hệ thống có ba đường dẫn khí vào: đường dẫn khí mẫu vào; hai đường dẫn khí cháy (hỗn hợp H/He); ba đường khí tạo mơi trường cháy + Một buồng phản ứng có gắn cảm biến nhiệt độ + Một đánh lửa để sinh tia lửa mồi + Một cặp cực điện nối với khuyếch đại đo điện áp + Một cảm biến nhiệt độ PT100 + Một bơm khí nén tạo độ chân khơng để hút khí cháy Khí mẫu chứa HC Hỗn hợp H/He (1050 mbar) Áp suất vào 680 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 3.6 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 hồ 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 55 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 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 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 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 q trình 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 c) Thiết bị đo NOx NO - Cấu tạo: Dụng cụ đo Nox (hình 3.7) thiết bị xác định cường độ ánh sáng, bao gồm chi tiết chính: 1- thiết bị tạo ơzơn; 2-bộ chuyển đổi NO2 thành NO; 3-buồng phản ứng đo NOx; 4-buồng phản ứng đo NO; 5- hủy ôzôn trước thải mơi trường; 6-bộ đo cường độ ánh sáng Hình 3.7 Sơ đồ phân tích khí NOx - Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị hoạt động dựa vào tượng khí quang hố để xác định hàm lượng NO, NOx Thực chất phương pháp đo cường độ ánh sáng 56 phần tử NO2 hoạt tính sinh NO2 hoạt tính tạo buồng phản ứng qua phản ứng sau: NO + O3 = NO2* + O2 Khơng 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 NO2*, NO2 hoạt tính tồn khơng lâu điều kiện bình thường tự động NO2 khơng 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 d) Nguyên lý làm việc hệ thống đo O2 - 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; 4- tia sáng từ đèn (Cũng phôtodiot) (Photo-cells); 5-đèn phôtodiot (Infrared-Diode); 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); 8- 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 57 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 dịng khí Tại từ trường có lắc, tác dụng dòng O2, lắc chịu lực tác dụng làm cho lệch góc Khi có dịng khí qua từ trường, đèn phơtodiot hoạt động, tạo tia sáng chiếu đến gương gắn lắc, tia sáng bị phản chiếu lại thành hai tia chắn chắn Màn chắn phơtodiot, cho dịng 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 dịng 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 thơi khơng 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 58 Hình 3.8 Sơ đồ phân tích O2 3.3 Quy trình thử nghiệm Quy trình thử nghiệm sau: - Trước tiên chuẩn bị động hệ thống cung cấp phụ gia trang thiết bị đo sẵn sàng - Tiếp đến kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị cung cấp thiết bị đo: Hệ thống cung cấp phụ gia thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu thiết phân tích khí - Tiến hành thử nghiệm động với nhiên liệu CNG đường đặc tính ngồi đặc tính tải, không cấp phụ gia, đo thông số làm việc phát thải động - Tiến hành thử nghiệm động với nhiên liệu CNG đường đặc tính ngồi đặc tính tải có cấp phụ gia Maz Nitro, đo thông số làm việc phát thải động 59 3.4 Kết thử nghiệm 3.4.1 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến công suất động 60 Công suất (kW) 50 CNG 40 CNG+PG 30 20 10 500 1000 15002000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 Tốc độ động (v/p) Hình 3.9 So sánh cơng suất động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia Maz Nitro) toàn tải với tốc độ khác Hình 3.9 so sánh cơng suất động chạy nhiên liệu CNG với 1000ppm phụ gia Maz Nitro chạy CNG khơng có phụ gia Kết cho thấy phụ gia Maz Nitro làm tăng công suất từ 3% tới 7% Ở tốc độ cao cải thiện công suất đạt cao Điều chứng tỏ phụ gia Maz Nitro giúp cải thiện trình cháy làm trình cháy diễn lúc kiệt 3.4.2 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến suất tiêu hao nhiên liệu động Cũng nhờ giúp làm cháy lúc cháy kiệt phụ gia Maz Nitro mà động chạy CNG với phụ gia có suất tiêu hao nhiên liệu thấp so với chạy CNG không phụ gia thể hình 3.10 Có thể thấy tồn dải tốc độ (hình 3.10a) tải (hình 3.10b), suất tiêu hao nhiên liệu động chạy CNG với phụ gia thấp suất tiêu hao nhiên liệu động chạy với CNG không phụ gia Mức tiết kiệm nhiên liệu tốc độ tải khác thể hình 3.11 Có thể thấy mức tiết kiện nhiên liệu trung bình đạt - 6% 60 400 Suất tiêu hao nl (g/kW.h) Suất tiêu hao nl (g/kW.h) 450 CNG 350 CNG+PG 300 250 200 150 100 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 CNG CNG+PG Tốc độ động (v/p) 10 15 20 Công suất động (kW) 25 30 (a) (b) Hình 3.10 So sánh tiêu hao nhiên liệu động chạy CNG chạy CNG +PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 12 Tiết kiệm nl nhờ Maz (%) Tiết kiệm nl nhờ Maz (%) 12 10 10 -2 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Tốc độ động (v/p) 10 15 20 Công suất động (kW) 25 30 (a) (b) Hình 3.11 Mức tiết kiệm nhiên liệu động chạy CNG với Maz Nitro so với chạy CNG khơng phụ gia tồn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 3.4.3 Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến phát thải CO, HC, NOx CO2 động Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến phát thải CO, HC, NOx CO2 động CNG đánh giá cách so sánh suất phát thải thành phần động chạy CNG với phụ gia chạy CNG không phụ gia Việc so sánh đánh giá thể đồ thị hình 3.12, hình 3.13, hình 3.14 hình 3.15 Nói chung thấy phụ gia Maz Nitro làm giảm tất thành phần phát thải độc hại Hình 3.12 trình bày suất phát thải CO động chạy có phụ gia (CNG+PG) khơng phụ gia (CNG) tốc độ tải khác Có thể thấy động chạy CNG với phụ gia Maz Nitro, lượng phát thải CO giảm so với chạy không phụ gia từ 8% đến 33%, trung bình giảm 20% Hình 3.13 so sánh suất phát 61 thải HC động chạy CNG với phụ gia (CNG+PG) không phụ gia (CNG) Đồ thị cho thấy động chạy CNG với phụ gia, suất phát thải HC giảm 10 - 37%, giảm trung bình 25% chế độ tốc độ tải Tương tự hình 3.14 giảm NOx khơng đáng kể tồn tải (hình 3.14(a) tải nhỏ, lượng NOx tăng cao, tăng đến 30% Ảnh hưởng phụ gia Maz Nitro đến phát thải CO2 hình 3.15 Có thể phụ gia Maz Nitro giúp giảm CO2 trung bình khoảng 6% - 7% Điều phù hợp với mức giảm tiêu hao nhiên liệu nói 12 Lưu lượng CO (g/kW.h)) Lưu lượng CO (g/kW.h) 14 12 10 CNG CNG+PG 10 CNG CNG+PG 500 1000 15002000 2500 3000 3500 40004500 5000 5500 Tốc độ động (v/p) 10 15 20 Công suất động (kW) (a) 25 30 (b) Hình 3.12 So sánh suất phát thải CO động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 14 Lưu lượng HC (g/kW.h) Lưu lượng HC (g/kW.h) 1.8 12 CNG 1.6 10 CNG+PG 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 500 1000 15002000 2500 30003500 4000 4500 5000 5500 CNG CNG+PG 0 Tốc độ động (v/p) (a) 10 15 20 25 Cơng suất động (kW) 30 35 b) Hình 3.13 So sánh suất phát thải HC động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 62 25 Lưu lượng NOx (g/kW.h) Lưu lượng NOx (g/kW.h) CNG CNG+PG CNG 20 CNG+PG 15 10 500 1000 15002000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 Tốc độ động (v/p) 10 15 20 Cơng suất động (kW) (a) 25 30 (b) Hình 3.14 So sánh phát thải NOx động chạy CNG chạy CNG + PG (phụ gia) toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 1600 Lưu lượng CO2 (g/kW.h) Lưu lượng CO2 (g/kW.h) 800 CNG CNG+PG 700 600 500 400 500 1000 15002000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 Tốc độ động (v/p) (a) 1400 CNG 1200 CNG+PG 1000 800 600 400 10 15 20 Công suất động (kW) 25 30 (b) Hình 3.15 So sánh suất phát thải CO2 động chạy CNG chạy CNG + phụ gia Maz Nitro toàn tải với tốc độ khác (a) tốc độ 3000v/p với tải khác (b) 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP Kết luận Từ kết nghiên cứu đề tài, rút kết luận sau: - Việc cung cấp phụ gia lỏng động CNG phương pháp phun định lượng theo lưu lượng khí nạp, sấy nóng hóa trước hịa trộn với hỗn hợp khí nạp đường nạp động phù hợp Đề tài nghiên cứu thực thành công hệ thống điều khiển phun cấp phụ gia đảm bảo tỷ lệ phụ gia / nhiên liệu theo yêu cầu - Việc sử dụng phụ gia nhiên liệu Maz Nitro 100 động CNG giúp cải thiện đáng kể tiêu kinh tế kỹ thuật phát thải động Công suất động tăng từ 3% - 7%, tiêu hao nhiên liệu giảm trung bình 5% - 6%, phát thải CO, HC giảm trung bình 20% - 25%, CO2 giảm trung bình khoảng 6% Lượng NOx giảm khơng đáng kể tồn tải, cịn tải nhỏ lượng NOx tăng tới 30% - Việc lựa chọn sử dụng phụ gia Maz Nitro 100 cho động CNG phù hợp hiệu để nâng cao tính kinh tế kỹ thuật giảm phát thải cho động CNG chuyển đổi từ động xăng mà không cần thay đổi kết cấu động ngoại trừ việc lắp thêm hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG hệ thống phun định lượng phụ gia Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm trường phụ gia Maz Nitro 100 động CNG khác phương tiện giao thông vận tải điều kiện vận hành thực tế để đánh giá xác khả ứng dụng hiệu kinh tế kỹ thuật phụ gia với nhiên liệu CNG 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO H Burtscher, U Matter and G Skillas; The effect of fuel additives on diesel engine particulate emissions, Journal of Aerosol Science, Vol 30, p.851-852 (1999) Zmagoslav Prelec, Tomislav Mrakovčić, Viktor Dragičević, Performance study of fuel oil additives in real power plant operating conditions, Fuel Processing Technology, Vol.110, 2013, P176-183 F Frusteri, L Spadaro, C Beatrice and C Guido; Oxygenated additives production for diesel engine emission improvement, Chemical Engineering Journal, Vol 134-1-3, p.239-245 (2007) Gong Yanfeng, et al A new diesel oxygenate additive and its effects on engine combustion and emissions, Applied Thermal Engineering, Vol 27-1, p.202-207 (2007) Cherng-Yuan Lin and Kuo-Hua Wang; Effects of an oxygenated additive on the emulsification characteristics of two- and three-phase diesel emulsions, Fuel, Vol 83, p.507-515 (2004) Mu-Rong Chao et al., Effects of methanol-containing additive on emission characteristics from a heavy-duty diesel engine, The Science of The Total Environment, Vol 279, p.167-179 (2001) Heejung Jung, et al., The influence of a cerium additive on ultrafine diesel particle emissions and kinetics of oxidation, Combustion and Flame, Vol 1423, p.276-288 (2005) ANGUS Chemical Company, the nitroparaffins, Technical Data Sheet, 2000 Jinlin Xue, Tony E Grift, Alan C Hansen, Effect of biodiesel on engine performances and emissions, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2), 2011, p1098-1116 Zuo-yu Sun, Fu-Shui Liu, Xing-hua Liu, Bai-gang Sun, Da-Wei Sun, Research and development of hydrogen fuelled engines in China, International Journal of Hydrogen Energy 37 (1), 2012, p664-681 Massimo Masi, Experimental analysis on a spark ignition petrol engine fuelled 65 with LPG (liquefied petroleum gas), Energy 41 (1), 2012, p 252-260 Semin, R A Bakar and A.R Ismail, Green Engines Development Using Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel: A Review, American Journal of Environmental Sciences (3), 2009, p371-381 10 Carl Calantone Forecasting long-term natural gas supply capability Utilities Policy, Volume 4, Issue 1, January 1994, Pages 77-82 11 BP report Rank Order - Natural gas - proved reserves March 2011 12 World factbook Enerdata Statistical Yearbook Publication April 2010 13 Báo cáo tình hình sản xuất CNG CNG Việt Nam Hà Nội 2008) 14 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 (1), 2011, p334-340 15 http://www.ngvjournal.dreamhosters.com, Worldwide NGV Statistics, NGV Journal, Retrieved 2012-04-24 16 M.A Kalam, H.H Masjuki, An experimental investigation of high performance natural gas engine with direct injection, Energy 36 (5), 2011, p3563-3571 17 P Dimopoulos, C Bacha, P Soltic, K Boulouchos, Hydrogen–natural gas blends fuelling passenger car engines: Combustion, emissions and well-towheels assessment, International Jouenal of Hydrogen Energy 33, 2008, 7224 – 7236 18 S Orhan Akansu, Zafer Dulger, Na1z Kahraman, T Nejat Veziroglu, Internal combustion engines fueled by natural gas—hydrogen mixtures, International Journal of Hydrogen Energy 29, 2004, p1527 – 1539 19 Hoang Dinh Long, More miles for less fuel – a study of fuel additive on motorcycles, Journal of Science & Technology, Technical Universities 79, 2010, ISSN 0868-3980,p154-158 20 Hồng Đình Long, Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu để cải thiện tính kinh tế giảm thành phần khí thải độc hại động đốt sử dụng loại nhiên liệu khác nhau, Báo cáo tổng kết đề tài T2008-141, Đại học Bách khoa Hà Nội 2008 66 ... chọn cho đề tài luận văn thạc sĩ ? ?Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu cho động CNG để giảm tiêu hao nhiên liệu phát thải độc hại động cơ? ?? làm sở để đề suất chọn phụ gia thích hợp sử dụng cho động. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN CƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ CNG ĐỂ GIẢM TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA ĐỘNG CƠ Chuyên ngành:... hưởng phụ gia đến tiêu hao nhiên liệu phát thải động 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Đặc điểm nhiên liệu động đốt 1.1.1 Các loại nhiên liệu truyền thống a) Nhiên liệu