Nghiên cứu, ứng dụng khí dầu mỏ hóa lỏng (lpg) trên động cơ diesel

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG X W LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề Tài: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG (LPG) TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL GVHD: TS.NGUYỄN HỮU HƯỜNG HVTH: PHẠM NGỌC HÀ Lớp: CH Kỹ Thuật Ô Toâ MK 2007 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN -YZ - ………………………………………………………………………… TPHCM, ngày… tháng… năm 2011 Giáo viên hướng dẫn TS.NGUYỄN HỮU HƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Tp HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM NGỌC HÀ Ngày sinh: 13 – 02 – 1980 Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo Phái: Nam Nơi sinh: Nam Định MSHV: 01307722 TÊN ĐỀ TÀI: ‘‘ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHÍ DẦU MỎ HĨA LỎNG (LPG) CHO ĐỘNG CƠ DIESEL’’ NỘI DUNG: I Dẫn nhập II Nhiên liệu Diesel, LPG trình cháy hai loại nhiên liệu động Diesel III Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép Diesel LPG cho động Diesel IV Thử nghiệm đánh giá V Kết luận hướng phát triển đề tài NGÀY GIAO ĐỀ TÀI : 02/07/2010 NGÀY HOÀN THÀNH : 01/07/2011 (gia hạn) HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN Ô TÔ MÁY ĐỘNG LỰC (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Trang DẪN NHẬP…………………………………………… CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU DIESEL, LPG VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA CHÚNG TRONG ĐỘNG CƠ ……… 2.1 Nhiên liệu Diesel …………………………………………………… 2.1.1 Đặc tính dầu Diesel………………………………… 2.1.2 Quá trình cháy động sử dụng nhiên liệu Diesel 2.1.3 Ưu nhược điểm nhiên liệu Diesel…………………14 2.2 Nhiên liệu LPG .…………………………………… .15 2.1.1 Đặc tính LPG ……………………………… 15 2.1.2 Quá trình cháy động LPG 19 2.1.3 Ưu nhược điểm tình hình sản xuất LPG Việt Nam 20 2.3 Các phương án chuyển đổi động Diesel sang chạy Dual-fuel Diesel – LPG ………………………………………… 30 a) Chuyển đổi động Diesel sang chạy Dual-fuel cách phun trực tiếp LPG với kiểu vòi phun liên hợp kép Diesel – LPG.30 b) Chuyển đổi động Diesel sang chạy LPG cách phun trực tiếp LPG với kiểu vòi phun LPG vào buồng cháy phụ 31 c) Chuyển đổi động Diesel sang chạy Dual-fuel cách phun trực tiếp LPG với kiểu vòi phun LPG vào buồng thống 32 d) Chuyển đổi động Diesel sang chạy LPG cách phun đường nạp, lượng nhỏ Diesel phun cuối kỳ nén 33 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ Dual-Fuel DIESEL – LPG 37 3.1 Tổng quan vi điều khiển lập trình vi điều khiển 37 3.1.1 Giới thiệu khái quát họ vi điều khiển MSC-51…………… 37 3.1.2 Giới thiệu vi điều khiển AT89C52…………………………… 38 3.1.2.1 Sơ đồ chân ……………………………………… 38 3.1.2.2 Sơ đồ khối…………………………………………….… 39 3.1.2.3 Chức chân…………………………………… 40 3.1.2.4 Khảo sát khối nhớ bên 89C52………………… 44 3.1.3 Bộ định thời (timer) ngắt …………………………………46 3.1.3.1 Bộ định thời (timer)……………………………………….46 3.1.3.2 Hoạt động ngắt (Interrupt)……………………………… 47 3.2 Giới thiệu ADC 0809…………………………………………………….50 3.2.1 Giới thiệu ADC 0809……………………………………… 50 3.2.2 Nguyên lý hoạt động……………………………………….52 3.2.3 Mạch tạo xung clock cho ADC 0809………………………53 3.2.4 Các linh kiện khác………………………………………… 53 3.3 Chọn động tính tốn nhiên liệu cho động cơ……………………… 54 3.3.1 Chọn động cơ, thơng số động cơ, đặc tính động RV125-2N………………………………………… 54 3.3.2 Tính tốn nhiên liệu LPG Diesel mồi cần thiết cung cấp cho động cơ…………………………………………………56 3.2.3 Hệ thống điều khiển lập trình cho động nhiên liệu kép… 59 3.4 Vi điều khiển lập trình vi điều khiển………………………………… 62 3.5 Lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu tiến hành thí nghiệm……………63 3.5.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu………………………… 63 3.5.2 Lắp đặt thiết bị………………………………………… 64 3.5.2.1 Cảm biến điện từ…………………………………… 64 3.5.2.2 Cảm biến đo gió loại dây nhiệt……………………….65 3.5.2.3 Bộ điều khiển…………………………………………67 3.5.2.4 Kim phun…………………………………………… 69 3.5.2.5 Motor bước………………………………………… 70 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM……………………………………………73 4.1 Bố trí sơ đồ thực nghiệm………………………………………… 73 4.2 Kết thực nghiệm……………………………………………….93 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……… 95 5.1 Kết luận……………………………………………………………… 95 5.2 Hướng phát triển đề tài……………………………………………… 96 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 97 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Chương 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng, số lượng xe tham gia lưu thông đường ngày tăng lên Vấn đề ô nhiễm nảy sinh nghiêm trọng thành phố lớn Làm kiểm sốt nhiễm, bảo vệ sức khỏe cộng đồng? Một chiến lược tổng thể đặt : sử dụng xe sạch, sử dụng nhiên liệu qui hoạch chiến lược giao thông, sử dụng đất hợp lý So với trước kia, xe nhiều Các công nghệ ứng dụng xe giảm lượng khí xả độc hại Quá trình cháy động cải thiện, sử dụng công nghệ điều khiển phun xăng, đánh lửa máy tính, xúc tác gắn ống xả Hiện nay, thành phố lớn có qui hoạch tổng thể giao thông nhằm giảm lượng xe tập trung vào thành phố Nhiều tiêu chuẩn nhiên liệu đặt buộc nhà sản xuất nhập phải tuân theo Tuy nhiên, giải pháp đáp ứng phần việc kiểm sốt khí thải cần nhiều nỗ lực từ phía nhà nghiên cứu, sản xuất quản lý Gần đây, nghiên cứu xung quanh vấn đề sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng, LPG, cho cho phương tiện giao thơng có kết khả quan Sử dụng LPG xe chạy xăng, đốt cháy cưỡng giảm nhiễm khói thải mà trì cơng suất động Việc ứng dụng LPG xe chạy dầu Diesel gặp khó khăn riêng kết cấu động chất trình cháy Nghiên cứu, chế tạo lắp đặt thành công hệ thống cung cấp LPG cho động Diesel có ý nghĩa lớn việc giảm ô nhiễm khói thải từ xe Diesel Trong điều kiện Việt Nam, khai thác sử dụng LPG cách rộng rãi Cùng với việc giá xăng dầu ngày tăng cao, sử dụng LPG nguồn nhiên liệu hỗ trợ Do khả thời gian có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn học viên 1.2 Mục đích nghiên cứu - Cải tạo hệ thống nhiên liệu động Diesel cũ hệ thống để sử dụng LPG - Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu kép LPG Diesel lên động Diesel xylanh VIKYNO RV125-2N - Đánh giá tính hoạt động động cơ, cơng suất độ khói để đánh giá khả giảm ô nhiễm môi trường 1.3 Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống nhiên liệu động Tính tốn lượng nhiên liệu LPG cung cấp thích hợp cho chế độ hoạt động động nhiên liệu Diesel mồi Đề tài thực đánh giá động qua tiêu cơng suất khói thải khơng nghiên cứu q trình cháy bên lòng xy lanh 1.4 Phương pháp nghiên cứu phương tiện nghiên cứu Các phương pháp sau sử dụng để thực đề tài: Phương pháp tính tóan số liệu dựa vào nguyên lý động đốt trình cháy động đốt Phương pháp lập trình vi điều khiển để thu thập số liệu, xử lý số liệu xuất số liệu cho cấu chấp hành Phương pháp thực nghiệm đánh giá cơng suất khói thải 1.5 Phân tích cơng trình nghiên cứu liên hệ: - Sử dụng LPG xe gắn máy xe buýt nhỏ - Bùi Văn Ga - Trung tâm nghiên cứu bảo vệ môi trường Đại học Đà Nẵng: Cơng trình liên quan đến nguồn lượng tiềm sử dụng cho giao thông thị Việt Nam : khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Công nghệ chuyển đổi xe gắn máy xe buýt nhỏ chạy xăng sang chạy LPG trình bày Kết nghiên cứu cho thấy tính ưu việt phương tiện chạy LPG so với chạy xăng tính kinh tế kỹ thuật bảo vệ môi trường - Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng dùng vi điều khiển Trần Quốc Cường - Luận văn thạc sỹ, người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM : Luận văn hoàn thành sở thực nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng theo lập trình bước đầu áp dụng cho động Suzuki sản xuất năm 1996 Đây loại động xy lanh sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp phương pháp điều khiển vịng kín với tiêu chuẩn khí xả khắt khe -“Nghiên cứu, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động Diesel”, Lê Thanh Phúc- Luận văn thạc sỹ, trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP.HCM (8-2006) -cải tạo động mazda wl thành động dual fuel sử dụng khí hóa lỏng LPG trường ĐH BK Đà Nẵng -Tham khảo tài liệu: đọc nhiều tài liệu tác giả khác nhau, tài liệu mạng, tạp chí, sách báo, … Ngồi ra, để thực có hiệu quả, người nghiên cứu trao đổi với bạn bè, học tập kinh nghiệm thầy cô người trước 1.6 Phân tích, đề xuất phương án lựa chọn động thực nghiệm: Có nhiều phương án khác sử dụng để cải tạo hệ thống nhiên liệu Diesel sang sử dụng LPG HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG - Hệ thống đánh lửa cưỡng sử dụng Khi đó, thay cho kim phun bugi đánh lửa Với hệ thống này, tính đặc thù động Diesel, chia điện phải thêm vào Rất nhiều chi tiết động Diesel phải thay đổi Một phương án khác phun lượng Diesel mồi vào buồng đốt động khởi điểm cho trình cháy hỗn hợp LPG, Diesel khơng khí - Đối với phận cung cấp nhiên liệu, sử dụng giảm áp, hòa trộn, gắn đường ống nạp thay cho chế hịa khí Hoặc phun LPG trực tiếp vào đường ống nạp - Động thực nghiệm động xy lanh hay nhiều xy lanh Động nhiều xy lanh có ưu điểm dễ điều khiển bố trí cảm biến Động xy lanh có ưu điểm gọn nhẹ, dễ tính tốn đo đạc Trên sở phân tích trên, phuơng án lựa chọn là: - Động VIKYNO, xy lanh - Sử dụng phun mồi Diesel để khởi tạo trình cháy - Phun LPG đường ống nạp HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Chương 2: NHIÊN LIỆU DIESEL, LPG VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA CHÚNG TRONG ĐỘNG CƠ 2.1 Nhiên liệu Diesel Định nghĩa : Nhiên liệu Diesel sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm dầu hoả (kesosene) dầu bơi trơn (lubricating oil), có nhiệt độ bốc từ 1750C đến 3700C (đối với nhiên liệu Diesel nặng: 3150C ÷ 425C cịn gọi Mazut – Fuel oil) 2.1.1 Đặc tính dầu Diesel Các tính chất nhiên liệu diesel: Các tiêu quan trọng dầu diesel ảnh hưởng lên chất lượng hoạt động động Nhiên liệu phải có độ nhớt phù hợp , có tính chống đơng đặc lưu động tốt Độ nhớt động học nhiên liệu Diesel (2,0 ÷8,0) cSt Độ nhớt ảnh hưởng đến : - Khả bơi trơn bao kín khe hở đôi piston – xy lanh bơm cao áp, kim đế kim phun - Tính lưu động dễ dàng hệ thống nhiên liệu (đặc biệt địa phương có nhiệt độ mơi trường thấp) đảm bảo động hoạt động nhiên liệu phải sẵn sàng cung cấp đầy đủ liên tục - Khả phun tơi tán nhuyễn nhiên liệu khối khơng khí nén, kết ảnh hưởng tới chất lượng hình thành hỗn hợp cháy động diesel Mùa đông Đồ thị cho ta thấy độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG LA: Chiều dài chùm sáng hiệu dụng, phụ thuộc vào thiết bị đo thường có giá trị 0,43 m Độ khói N hệ số hấp thụ ánh sáng K quan hệ theo dạng hàm mũ theo công thức Và chuyển đổi tương đương giá trị đo (%HSU) ( m-1) Kiểm tra khí thảiû động sử dụng nhiên liệu Diesel thực phương pháp đo mẫu khí thải theo chu trình động chế độ gia tốc tự Đây chế độ phát thải lớn động diesel Hàm lượg muội than khí thải tuỳ thuộc vào gia tốc động tăng tốc Khi tăng tốc chậm gia tốc, động tốc độ cao, hạm lượng muội than giảm đáng kể Chu trình kiểm tra gồm 04 giai đoạn: + Nghỉ (không đạp ga) Thiết bị đo yêu cầu để động chế độ tốc độ vòng quay không tải nhỏ khoảng từ 15 đến 30 giây giai đoạn không tác động đến bàn đạp ga, tốc độ phải đạt từ 400 đến 1000 vòng/phút quy trình đo thực Vì giai đoạn ta lưu ý kiểm tra phải tắt máy lạnh ôtô + Đạp ga tăng tốc Bắt đầu đo Lúc người kiểm tra cần đạp nhanh ga để động đạt tốc lớn khoảng thời gian giây (đối vơi loại xe chuyên dùng cỡ lớn giây) Tốc độ động tăng nhanh đến giá trị lớn nhất, động thải độ khói lớn + Giữ ổn định tốc độ lớn Bộ hạn chế tốc độ giữ tốc độ động ổn định giá trị lớn khoảng thời gian từ đến giây Nếu ngăn chu trình bị huỷ + Trở tốc độ nhỏ Người kiểm tra nhả bàn đạp ga động trở lại tốc độ vòng quay không tải nhỏ chu kỳ đo kết thúc 1kết đo khói kết trung bình chu kỳ đo liên tiếp, gọi độ khói trung bình Chú ý: Để thực trình kiểm tra xác ta phải thực qui trình đo lần kết độ khói động diesel đo trung bình cộng lần đo Tuy nhiên để kết kiểm độ khói động diesel đạt khi: Tiêu chuẩn đánh giá: Trong chu kỳ đo liên tiếp tốc độ cực đại không sai lệch 10% tốc độ công suất lớn động nNemax - Độ khói (%HSU) chu kỳ đo không lệch 10%HSU ( chiều rộng dải đo).Nếu độ khói trung bình (%HSU) nhỏ 66 (%HSU) không lệch 6% Nếu độ khói trung bình (%HSU) lớn 66 (%HSU) nhỏ 72 (%HSU) HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 84 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG - Thời gian gia tốc động không vượt giây, thời gian gia tốc động thời gian động tăng tốc từ tốc độ nhỏ đến tốc độ lớn - Tốc độ cầm chừng động nằm khoảng 400 -1000 (v/p) - Độ khói trung bình N(%HSU) nhỏ 72% Hệ số hấp thụ ánh sáng K ( m-1) nhỏ 2,92 ( m-1) Kết đo khói động diesel đạt thoả điều kiện Hình 4.16 Một chu trình kiểm tra khí thải động điêsel Việt Nam Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến kết kiểm tra: Tình trạng động kiểm tra Nhiệt độ động cơ: Nhiệt độ động ảnh hưởng đến hiệu đốt cháy động Nếu tiến hành đo động nguội tăng tiêu phát thải hiệu đốt thấp Cần đảm bảo nhiệt độ động tối thiểu 600C, tốt 800C trước đo khí thải Tình trạng hệ thống khí xả: Hệ thống khí xả bị đọng thành phần khí thải trình hoạt động, không làm làm tăng tiêu phát thải Ngoài ra, hệ thống khí xả bị rò rỉ làm giảm đáng kể tiêu phát thải Tốc độ vòng quay nhỏ nhất: tốc độ vòng quay nhỏ điều chỉnh cao so với qui định nhà sản xuất làm giảm nồng độ phát thải làm giảm thời gian gia tốc động dẫn đến độ khói lớn giảm, làm kết đo không xác Kết đo bị sai lệch Tốc độ vòng quay lớn nhất: Đây yếu tố trọng việc thực chu trình gia tốc tự Nếu tốc độ điều chỉnh nhỏ so với khả thực tế làm giảm khả phát huy công suất, khả tăng tốc động đồng thời độ khói giảm theo Một số chủ phương tiện thường lợi dụng đặc điểm để tạm thời điều chỉnh tốc độ lớn kiểm tra để đạt tiêu chuẩn Vì việc khống chế tốc độ lớn đảm bảo loại trừ khả kết cấu động cơ: Các động có lắp hệ thống tăng áp nạp tốt hơn, hiệu đốt cháy cao nên có hàm lượng muội than nhỏ so với động không tăng áp Tình trạng thiết bị đo HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 85 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Heä thống dẫn khí mẫu: Hệ thống bao gồm đầu lấy mẫu, đường dẫn van lấy khí mẫu vào thiết bị, Hệ thống phải đảm bảo thông suốt, không rò rỉ Nếu bị tắc, thu hẹp, bị kẹt, rò rỉ đầu lấy mẫu lắp vào ống xả không hết độ qui đinh không kẹp theo qui định không đảm bảo đủ lưu lượng khí mẫu vào thiết bị đo hiệu chỉnh giá trị không sau lần đo: Các thiết bị có khả tự hiệu chỉnh giá trị sau lần đo, trường hợp bẩn thiết bị báo lỗi Thao tác đo - Thao tác đạp ga theo chu trình gia tốc tự để kiểm tra khí thải động diesel ảnh hưởng quan trọng đến kết đo Vì thao tác phải đạp nhanh, đạp hết hành trình bàn đạp ga để đảm bảo độ khói tạo lớn Nếu đạp ga từ từ, không dứt khoát không hết hành trình bàn đạp ga độ khói giảm rõ rệt QUY TRÌNH THỬ CỦA MỘT SỐ NƯỚC *CƠ SỞ XÂY DỰNG CÁC QUY TRÌNH ĐO Ô NHIỄM Hiện chưa có quy trình áp dụng chung cho tất nước để đo tiêu ô nhiễm khí xả động đốt Trên giới tồn lại nhiều quy trình đo ô nhiễm khác nhau, chúng xây dựng dựa tiêu chuẩn ô nhiễm nước quan hệ tương đương xác lập tiêu chuẩn Quy trình thử quy phạm quốc gia, phụ thuộc vào điều kiện giao thông nước Nó dựa nhiều yếu tố, mật độ giao thông chất lượng đường sá hai yếu tố quan trọng nhất, bên cạnh yếu tố kỹ thuật ô tô gây mức độ ô nhiễm khác - Mật độ giao thông: Mức độ ô nhiễm cục bầu không khí tổng hợp mức độ phát thải tất phương tiện vận tải khu vực khảo sát gây ra, nghóa mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào mật độ ô tô Mật độ giao thông cao mức độ phát thải phương tiện vận tải nhiều mức độ ô nhiễm cao Ở thành phố lớn, mức độ ô nhiễm vượt giới hạn báo động Người ta khuyến khích dân chúng sử dụng phương tiện vận tải công cộng để giảm bới mật độ xe Ở nơi có mật độ lưu thông bé, ô tô không thiết phải tuân thủ quy định nghiêm ngặt mức độ phát sinh ô nhiễm thành phố có mật độ giao thông cao - Điều kiện đường sá: Tùy vào chất lượng đường sá nước mà chế độ hoạt động phương tiện khác nhau, khả phát ô nhiễm chúng khác Tiêu chuẩn ô nhiễm cần xét đến yếu tố Chất lượng mặt đường xấu mức phát thải ô nhiễm cao Quy trình thử Mỹ Quy trình FTP 72 (Federal test procedure) HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 86 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Hình 4.17 Quy trình thử FTP 72 Mỹ Quy trình thử FTP 72 gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: kéo dài 505 giây, tương ứng với quãng đường 5,78 km với tốc độ trung bình 41,2 km/h - Giai đoạn 2: kéo dài 867 giây bắt đầu sau tạm dừng hoàn toàn động 10 phút Khi bắt đầu thử, động khởi động trạng thái nguội sau đêm trì nhiệt độ môi trường (20°C đến 30o C) Quy trình FTP 75 Quy trình thử FTP 75 gồm ba giai đoạn: - Hai giai đoạn đầu giống chu trình FTP 72 - Giai đoạn giống giai đoạn chu trình trước khởi động lại sau đừng động 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn Quãng đường tương ứng tổng cộng 17,86 km với tốc độ trung bình 34,1 km/h Hình 4.18 Quy trình thử FTP 75 Mỹ - Quy trình FTP 75 ứng với điều kiện giao thông thành phố - Lượng khí ô nhiễm đo riêng cho giai đoạn cách tích khí xả ba bước vào túi riêng biệt để lấy mẫu phân tích nhân với hệ số điều chỉnh khác cộng thêm vào kết tổng HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 87 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG - Hệ số điều chỉnh là: + 0,43 giai đoạn chạy nguội (giai đoạn đầu); + 1.0 giai đoạn chạy ổn định (giai đoạn 2) + 0.57 giai đoạn độ nóng máy (giai đoạn 3) - Các thao tác làm giống FPT-72 Quy trình thử thành phố ECE Cộng đồng Châu âu (European Economic Community) Quy trình gồm giai đoạn y hệt với: - Quãng đường tổng cộng 4,052 km - Bắt đầu thử trạng thái nguội -Thời gian thử giai đoạn làø 195 giây tương ứng quãng đường 1,013 km với tốc độ trung bình 18,7 km/h - Tốc độ cực đại 50 km/h; - Phần thời gian chạy không tải quy trình thành phố chiếm tới 31%, thử với điều kiện hoạt động xe leo dốc Hình 4.19 Quy trình thử thành phố ECE cộng đồng Châu Âu Quy định thử ngoại thành Cộng đồng Châu âu EUDC - Quy trình EUDC thực cách bổ sung thêm vào qui trình ECE công đoạn thử tương ứng với chế độ vận hành ô tô vùng ngoại thành - Công đoạn bổ sung có tốc độ cực đại 120 km/h, thời gian thử làø 400 giây tương ứng quãng đường 6,955 km với tốc độ trung bình 62,6km/h Công đoạn thử bổ sung tiến hành sau thực chu trình ECE bắt đầu giai đoạn chạy không tải 20 giây Mức độ ô nhiễm cho theo đơn vị g/km thay g/lần thử HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 88 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Hình 4.20 Quy trình thử ngọai thành cộng đồng Châu Âu EUDC Quy trình thử cộng đồng Châu Âu - QTT cộng đồng Châu Âu = QTT thành phố ECE + QTT ngọai thành EUDC - Chiều dài thử: 11,007km - Quy trình thử thành phố ECE = 780 giây - Quy trình thử ngọai thành EUDC = 400 giây - Thời gian thử: 1180 giây ( ECE + EUDC ) - Tốc độ tối đa: 120 km/h - Vận tốc trung bình: 33,6 km/h - Chu kỳ phù hợp với tiêu chuẩn EURO III Hình 4.21 Quy trình thử ECE + EUDC cộng đồng Châu Âu Quy trình thử Nhật Bản Quy trình thử 10 chế độ Hình 4.22 Quy trình thử10 chế độ Nhật Baûn HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 89 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG - Quy trình thử 135s, ứng với quãng đường 0.664 km với tốc độ trung bình 17,7km/h - Quy trình thử lập lại với công đoạn - Xác định lượng khí ô nhiễm riêng biệt cho lần thử sau hệ thống CVS - Nồng độ ô nhtrình thử 10 chế độ ứng với điều kiện giao thông thành phố Thời gian mỗiễm biểu diễn theo g/km Quy trình thử 11 chế độ - Qui trình thể chế độ giao thông xa lộ Động khởi động nguội nhiệt độ khoảng từ 20 đến 30oC chạy không tải 25s, sau tiến hành thử 120s tương ứng với quãng đường 1,021 km với tốc độ trung bình 30,6 km/h , tốc độ Max 60 km/h (hình 2.5) - Quy trình thử lập lại với công đoạn Xác định lượng khí ô nhiễm riêng biệt cho lần thử hệ thống CVS - Mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô tính theo g/lần thử Hình 4.23 Quy trình thử 11 chế độ Nhật Bản Quy trình thử 10-15 chế độ Hình 4.24 Quy trình thử 10-15 chế độ Nhật Bản Quy trình thử 10-15 chế độ: Ứùng với điều kiện giao thông vùng ngoại ô Nhật Bản Quy trình sử dụng công đoạn quy trình thử 10 chế độ kéo dài thêm đoạn có tốc độ cực đại 70 km/h với : - Quãng đường thử tương ứng dài 4,16 km - Thời gian thử 660 giây - Tốc độ thử trung bình 22,7 km/h Để động hâm nóng lên cần chạy khoảng 15 phút với vận tốc 60 km/h Sau kiểm tra khí xả chạy không tải Tiếp tục chạy 05 phuùt HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 90 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG với vận tốc 60 km/h tiến hành thử theo quy trình phối hợp 10-15 chế độ nói Quy trình áp dụng cho: - Ô tô du lịch đời xuất xưởng sau tháng 11/ 1991 - Đối với phương tiện nhập từ 01/ 04/ 1993 - Áp dụng thêm cho xe tải 2,5 từ tháng 10/ 1993 Thiết bị phân tích khí xả động cháy cưỡng MHC222 MAHA Đặc điểm kết cấu thiết bị: * Thông tin chung - Hãng sản xuất: Hermann - Nước sản xuất: Đức - Điện áp sử dụng: 220V/ 50Hz - Chức đo: % Vol CO (đo phần trăm theo thể tích khí CO) % Vol CO2 (đo phần trăm theo thể tích khí CO2) ppm HC (đo phần triệu theo thể tích khí HC) % Vol O2 (đo phần trăm theo thể tích khí O2) λ / AFR (đo hệ số dư lượng không khí λ đo tỉ lệ không khí nhiên liệu AFR) RPM (đo số vòng quay động - vòng/phút) * Cấu tạo thiết bị Hình 4.25 Thiết bị đo khí thải động xăng hiệu MHC222 MAHA Thiết bị kết nối với đầu kẹp tốc độ, cảm biến nhiệt độ dầu bôi trơn ống lấy mẫu khí thải để nhận lấy mẫu khí thải phân tích hiệu để kết sau Trên thiết bị ta khai số xylanh số kỳ động cần kiểm tra Sau phân tích thiết bị lên hình thông số như: số vòng quay động cơ, %CO, ppm HC, %CO2, hệ số lamđa… + Đầu kẹp đo tốc độ Được kẹp vào dây cao áp đánh lửa xylanh Cứ lần đánh lửa đầu kẹp đếm số xung đánh lửa Và thiết bị trung tâm khai báo thông số đầu vào loại xe sử dụng động xăng số xylanh số ky,ø Từ thông số số xung đánh lửa đếm thiết bị trung tâm tính số vòng quay động Hình 4.26Cấu tạo đầu kẹp tốc độ từ dây cao áp cảm biến tốc độ RPM HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 91 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG Đầu cảm biến tốc độ (RPM) đo tốc độ động (vòng/phút) Khi cấm đầu đo tốc độ vào vị trí có “liên quan” đến động (đầu đo có nam châm), cảm nhận âm sau kỳ nổ xylanh âm lan truyền, đầu đo có micro để nhận biết đâu âm lan truyền sau kỳ nổ xylanh Sau đếm số lượng tiếng nổ sau chu kỳ tín hiệu truyền đến thiết bị Tại sau khai báo thông số đầu vào cho động như: số xylanh, số kỳ… tính số vòng quay động -Động đánh lửa điện tử không kẹp day cao áp phải qua chuyển đổi xung đánh lửa từ áp qui Hình 4.28 Bộ chuyển xung đánh lửa từ áp qui -Tiếng ồn động từ đầu đo tốc độ ( RPM ) truyền đến sử lý trung tâm AVL lọc tín hiệu tính số vòng quay động Hình 4.29 Bộ xử lý trung tâm AVL + Đầu ống lấy mẫu Được cấm sâu vào ống xả khoảng 300 mm để tránh loãng khí xả tiếp xúc với không khí làm kết đo bị sai lệch (ống lấy mẫu Máy kiểm tra rò rỉ độ chân không ống ta bịt đầu còm lại ống lúc Máy khởi động) Khí xả theo ống lấy mẫu vòng thiết bị trung tâm buồng phân tích khí xả tính %CO, ppm HC, %CO2, hệ số lamđa… * Phương pháp đo Đo khí xả động xăng phải đo chế độ không tải cầm chừng, chế độ khí thải phát %CO, ppm HC lớn Quy trình đo khí thải động xăng đơn giản nhiều so với động diesel Quy trình đo sau: - Cho ôtô nổ máy, tay số vị trí trung gian, cho phanh đỗ hoạt động, tắt tất thiết bị điều hoà -Để động hoạt động ổn định, đảm bảo nước làm mát, dầu bôi trơn đủ nhiệt độ điều kiện làm việc tốt động -Kiểm tra hệ thống dẫn khí xả động không rò rỉ để kết đo xác HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 92 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG -Xác định: loại nhiên liệu động sử dụng, số xilanh để ta khai báo vào Máy đo - Kẹp đầu đo tốc độ vào dây cao áp động Và tốc độ để đo chế độ không tải cầm chừng từ 400 đến 1000 vòng/phút Vượt qua giới hạn này, quy trình đo không cho đạt - Cắm ống lấy mẫu vào ống xả Trên hình thiết bị trung tâm thông số:số vòng quay động cơ, %CO, ppm HC, %CO2, hệ số lamđa… Để động hoạt động khoảng thời gian cho ổn định, khí ta ghi nhận kết cách ấn nút thiết bị trung tâm để giữ kết Chỉ thực lần cho kết đo Quy trình đo kết thúc Từ kết ta so sánh với tiêu chuẩn đánh giá để đưa kết luận cuối Hình 4.30 Đo khí xả sử dụng động xăng Trung tâm Đ kiểm Việt nam * Đánh giá kết đo: Hình 4.31 Kết đo hiển thị hình - Hàm lượng %CO khí xả không vượt 4,5 % - Hàm lượng ppm HC khí xả không vượt 1200ppm động xăng kỳ 7800ppm động xăng kỳ 3300 động đặc biệt ( Động pitton quay) - Tốc độ cầm chừng trình đo khí xả nằm khoảng 400-1000 vòng/phút Kết đo khí xả đạt thoả mãn điều kiện 4.2 Kết thực nghiệm Bảng 4.1: Đặc tính động tải lớn (n = 2400 v/p) Đặc tính động Momen (kGm) Cơng suất (ML) Suất tiêu hao nhiên liệu (g/ML.giờ) HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Diesel 3,80 12,50 288,75 Dual-Fuel 4,32 14,25 243,43 % tăng 12,20 12,33 -15,70 Trang: 93 Luận văn thạc sỹ Hiệu suất nhiệt (%) GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG 29,62 33,25 Bảng 4.2: Thành phần khí thải tải lớn nhất( n = 2400 ) Thành phần khí thải Diesel Dual-Fuel CO (%v) 102 55 HC (ppm) 118 366 NOx (ppm) 121 52 3,63 giảm 46,08 -248 57,02 Bảng 4.3 : Đặc tính động tải trung bình ( n = 1600 ) Đặc tính động Diesel Dual-Fuel % tăng Mômen (kGm) 4,00 4,83 17,24 Công suất (ML) 9,00 10,83 16,94 Suất tiêu hao nhiên liệu (g/ML.giờ) 337,35 271,11 -19,64 Hiệu suất nhiệt (%) 25,30 29,78 4,48 Bảng 4.4: Thành phần khí thải tải trung bình ( n = 1600 v/p) Thành phần khí thải Diesel Dual-Fuel giảm CO (%v) 81 35 56,79 HC (ppm) 160 281 -121 NOx (ppm) 102 33 69 Độ đục trung bình chu trình lần đo cho đông Diesel là: 30(%HSU), tốc độ động n = 2400(v/p) Độ đục trung bình chu trình lần đo cho đơng dùng nhiên liệu kép Diesel- LPG là: 20(%HSU), tốc độ động n = 2400(v/p) Giảm 33% Tiêu chuẩn Việt Nam ban hành 10/ 10/ 2005 Cục Đăng kiểm Việt nam đề xuất với Bộ giao thông vận tải trình Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 249/ QĐ-TTg, ngày 10 tháng 10 năm 2005 lộ trình áp dụng khí thải phương tiện giao thông giới đường Trong đó, mức tiêu chuẩn áp dụng ôtô lưu hành qui định cho bảng sau: Bảng 4.5 Tiêu chuẩn cho phép khí xả động TT Thành phần khí thải Mức Mức Mức CO (% thể tích) 4,5 3,5 3,0 HC (ppm thể tích) - Động kỳ 1200 800 600 - Động kỳ 7800 7800 7800 - Động đặc biệt 3300 3300 3300 Độ khói (% HSU) 72 60 50 -1 Hệ số hấp thụ ánh sáng (m ) 2,96 2,13 1,61 Giới hạn chất khí thải gây ô nhiễm cho phép Việt nam Chú thích: Động đặc biệt lọai động Wankel số lọai động khác có kết cấu đặc biệt khác với kết cấu động piston, xéc-măng thông dụng HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 94 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG -Tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng mức Kết thực nghiệm nằm tiêu chuẩn cho phép Việt Nam, Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận: Như phân tích trên, có nhiều biện pháp để giải vấn đề ô nhiễm khí xả từ động ơtơ, biện pháp áp dụng rộng rãi nước sử dụng nhiên liệu khí Trong điều kiện Việt Nam nay, việc sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng cho động diesel nói riêng cho động đốt nói chung hợp lý Điều làm giảm lượng lớn chất độc hại có khí xả động diesel, vừa tận dụng nguồn nhiên liệu nước, tiết kiệm chi phí nhập nhiên liệu Khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu LPG-Diesel khả làm việc cuả động cải thiện, nồng độ CO2 giảm, đặc biệt độ đục khí xả mức tải cao thấp, nồng độ chất khác có tăng lượng tăng khơng đáng kể Hệ thống chế tạo thử nghiệm có giá thành chấp nhận được, động hoạt động hai chế độ: đơn nhiên liệu Diesel nhiên liệu kép Diesel-LPG mà không cần cải tạo kết cấu động Đã nghiên cứu vi điều khiển, sở điều khiển động dựa nguyên lý động Diesel Nhiên liệu LPG phun đường ống nạp, hòa trộn trước vào buồng đốt Diesel phun cuối trình nén (ignition pilot) đốt cháy hỗn hợp, sinh công Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ đo gió, tính tốn, xác định khối lượng khơng khí cịn lại sau khí đốt cháy hết nhiên liệu Diesel mồi tính thời gian nhấc kim phun LPG cho phù hợp Đồng thời tay ga >70% tải nặng tăng thời gian phun LPG Trong trình điều khiển động cơ, điều tốc khí động gỡ bỏ, thay vào động bước có nhiệm vụ điều khiển để điều tốc động chạy 100% Diesel hay LPG Diesel cách thay đổi lưu lượng nhiên liệu phun diesel phun vào Qua thử nghiệm trên, động nhiên liệu kép có kết quả: cơng suất cực đại đạt 93,6%, đạt công suất định mức, thành phần khí thải tương đương động chuẩn, lượng NOx giảm đáng kể, lượng LPG thay 52,57% diesel, tiêu phí nhiên liệu giảm 21,32% Sử dụng hai nhiên liệu Diesel-LPG động nén cháy, đặc biệt với tỷ số nén cao có khả gây kích nổ dẫn đến làm giảm hiệu suất tuổi thọ động cơ.Do cần thiết phải có cải tiến phù hợp; Khi kết cấu động không thay đổi, nhiên liệu mồi diesel cần tăng thêm tăng tốc độ động tương cháy kích nổ không xảy HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 95 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG 5.2 Hướng phát triển đề tài: Khó khăn lớn đề tài là: Cần xác định tỷ lệ Diesel- LPG tối ưu để động đạt hiệu tốt nhất, cần nghiên cứu ảnh hưởng tỷ số nén đến tượng hịa khí LPG tự cháy trước nhiên liệu Diesel phun mồi để đốt cháy hịa khí làm q trình cháy điều khiển, gây tác hại xấu đến động Cần phải tiếp tục thử nghiệm động hoạt động chế độ có tải để phân tích khả làm việc ổn định động ôtô thực tế Cần nghiên cứu ảnh hưởng tỉ số nén đến tượng hịa khí LPG tự cháy, trước nhiên liệu Diesel phun vào buồng đốt (kích nổ) làm trình cháy điều khiển, gây tác hại xấu đến động Nghiên cứu trình cháy động dual fuel để hồn thiện q trình cháy Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG phun trực vào buồng đốt tạo hỗn hợp phân lớp, tăng hệ số nạp cho động cơ, tạo hỗn hợp cháy nghèo làm giảm tiêu hao nhiên liệu giảm lớn thành phần độc hại khí xạ Động xe buýt động Diesel kỳ Với trạng mức độ nhiễm khơng khí thành phố lớn việc sử dụng LPG cho động Diesel dùng xe buýt cần thiết Ở Việt Nam: Nghiên cứu LPG cho động Diesel có ít, có vài nghiên cứu mức độ nhỏ, chưa giải triệt để vấn đề khoa học thực tiễn khách quan đặt Nhưng đề tài thật có tính ứng dụng thực tế cao, đem lại lợi ích kinh tế, phù hợp với tiến trình phát triển tìm nguồn nhiên liệu thay gây nhiễm mơi trường nguồn lượng tương lai HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 96 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TÀI LIỆU THAM KHẢO - - [1] B Stanislav, “The development of gas (CNG, LPG and H2) engines for buses and trucks and their emission and cycle variability characteristics” SAE Transactions, 2001-01-0144, 2001 [2] H.E Saleh, “Effect of variation in LPG composition on emissions and performance in a dual fuel diesel engine" Fuels, Vol 87, No.13-14, 2008, 3031-3039 [3] D.T Hountalas, R.G Papagiannakis, “Development of a simulation model for direct injuction dual fuel Diesel-natural gas engine” SAE Transactions, 200001-0286, 2000 [4] R.G Papagiannakis, D.T Hountalas, “Experimental investigation concerning the effect of natural gas percentage on performance and emissions of a DI dual fuel Diesel engine” Applied Thermal Engineering, Vol 23, No 3, 2003, 353-365 [5] C.V Sudhir, H Vijay, S Desai, Y Kumar, P Mohanan, “Performance and emission studies on the injection timing and diesel replacement on a 4-S LPG-Diesel-fuel engine ” SAE Transactions, 2003-01-3087, 2003 [6] M.P Poonia, “Experimental investigation of the factors affecting the performance of a LPG-Diesel dual fuel mode” SAE Transactions, 1999-011123, 1999 [7] M.P Poonia, “Experimental investigation on the performance of a LPGDiesel dual fuel engine” XV National Conference on I.C Engines and Combustion, Vol.1, 1997, 117 -122 [8] G.H AbdAlla, H.A Soliman, O.A Badr, M.F AbdRabbo, “Effect of pilot fuel quantity on the performance of a dual fuel engine”, Energy Conversion and Manageement, Vol 41, No.6, 2000, 559-572 [9] Karim GA The dual fuel engine In: Evans, L.Robert, editors Automotive Engine Alternatives, New York: Plenum Press, 1987, p 83 - 104 [10] G A Karim, “An Examination of some measures for improving the performance of gas fuelled diesel engine at light load” SAE Transactions, 912366, 1991 [11] H Valland, “Hot surface assisted compression ignition of natural gas in a direct injection of diesel engine” SAE Transactions, 960767, 1996 [12] N.K Miller, G Nagarajan, S Renganarayanan, “LPG fueled diesel engine using diethyl ether with exhaust gas recirculation”, International Journal of Thermal sciences, Vol 47, No 4, 2008, 450 - 457 [13] Trương Ngọc Anh,Vi điều khiển,NXB ĐHSPKT TP Hồ Chí Minh, 2007 [14] Bùi Văn Ga, Q trình cháy động đốt trong, NXB.KHKT, Hà Nội, 2002 [15] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, Ơ tơ nhiễm mơi trường, NXB Giáo dục, Đà Nẵng, 1999 HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 97 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG [16] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 [17] Sử dụng LPG xe gắn máy xe buýt nhỏ - GS.TCKH.Bùi Văn Ga Trung tâm nghiên cứu bảo vệ Môi trường - Đại học Đà Nẵng, 2002 [18] Các Website : http://www.lpg-vehicles.co.uk/cgibin/counter_vehicle/log_redirect.cgi?http://www.lpga.co.uk http://www.autogas.co.uk/latest.htm www.alpga.asn.au www.eere.energy.gov/vehiclesandfuels www.dut.edu.vn http://www.gastek.com.au/cgi-bin/engine.pl?Page=page.html&Rec=9 HVTH: KS PHẠM NGỌC HÀ Trang: 98 ... ĐỀ TÀI: ‘‘ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG (LPG) CHO ĐỘNG CƠ DIESEL? ??’ NỘI DUNG: I Dẫn nhập II Nhiên liệu Diesel, LPG trình cháy hai loại nhiên liệu động Diesel III Nghiên cứu, thiết kế,... ? ?khí dầu mỏ hóa lỏng? ?? Đây cách diễn tả chung propan có cơng thức hóa học C3H8 butan có cơng thức hóa học C4H10, hai tồn trữ riêng biệt chung với hỗn hợp LPG gọi khí dầu mỏ hóa lỏng chất khí hóa. .. đích nghiên cứu - Cải tạo hệ thống nhiên liệu động Diesel cũ hệ thống để sử dụng LPG - Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu kép LPG Diesel lên động Diesel xylanh VIKYNO RV125-2N - Đánh giá tính hoạt động