NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM TỐI ƯU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU ETHANOL - DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM TỐI ƯU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU ETHANOL - DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng, Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM TỐI ƯU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU ETHANOL - DIESEL Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60.520.116 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS DƯƠNG VIỆT DŨNG Đà Nẵng, Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tơi trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phượng NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM TỐI ƯU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU ETHANOL-DIESEL Học viên: Nguyễn Thị Phượng Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.01.16 Khóa: K30, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Ethanol pha vào diesel DO0,05S để làm nhiên liệu cho động đốt giải pháp làm phong phú thêm nguồn nhiên liệu cho tương lai, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường khí thải gây Tuy nhiên để tổng qt hóa việc áp dụng, việc nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Ethanoldiesel đến mức độ phát thải ô nhiễm động diesel cần đánh giá thực nghiệm Các kết đạt luận văn cải thiện đánh kể nồng độ chất khí phát thải động EV2600 dùng nhiên liệu diesel DO0,05S pha thêm 3%, 5% 7% ethanol Động thử nghiệm băng thử công suất Froude Kết thử nghiệm cho thấy nhiên liệu sinh học Ethanol- diesel có tính ổn định tốt, Ethanol gần hịa tan hồn toàn gần vào dầu diesel với hàm lương pha đến 7% thể tích Nghiên cứu lý thuyết tảng khoa học, định hướng tốt cho việc tiến hành thí nghiệm khơng vấp phải sai lầm, tốn thời gian chi phí Khi khơng thay đổi góc phun sớm thay đổi với góc nhỏ (thay đổi 01 đệm 0,1 [mm] ứng với +/- 1,5 độ) tính kinh tế kỹ thuật gần khơng thay đổi; Tuy vậy, so với dầu diesel, khí xả CO2 NOx có xu hướng giảm từ 2% đến 11% Khi thay đổi góc phun sớm từ 3,0 độ trở lên (tương ứng 02 đệm 0,1[mm] trở lên) tính kinh tế kỹ thuật giảm; Các chất khí xả NOx CO2 giảm mạnh trình cháy diễn STUDY EARLY DETERMINATION OF CORNER INJECTION DIESEL ENGINE OPTIMIZATION FOR MIXED USE ETHANOL-DIESEL FUEL Abstract – Ethanol blends into diesel DO0,05S as a fuel for internal combustion engines as a solution that will enrich the fuel supply for the future, while minimizing the environmental pollution caused by emissions However, in order to generalize the application, the study of the effect of the rate of blending of Ethanoldiesel to the level of pollutant emissions of diesel engines should be evaluated experimentally The results of this master thesis show an improvement in the emission levels of EV2600 diesel DO0.05S diesel fuel by 3%, 5% and 7% ethanol The engine was tested on the Froude test strip Test results show Ethanol-diesel biofuels are very stable, and Ethanol is almost completely soluble in diesel oil with up to 7% wages Theoretical research is a good foundation for conducting experiments without mistakes, less time and money When the angle of injection is not changed or changed with a small angle (change 01 pad 0.1 [mm] +/- 1.5 degrees), the technical economics almost unchanged; However, compared to diesel, CO2 and NOx emissions tend to decrease from 2% to 11% When the angle of injection is increased from 3.0 degrees or more (02 pads 0.1 [mm] or more), the technical economics are reduced; NOx and CO2 emissions are also significantly reduced due to poor combustion MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học 1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học giới 1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học Việt Nam 10 1.3 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL SINH HỌC TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 12 1.4 KẾT LUẬN 14 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU SINH HỌC SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 15 2.1.1 Giới thiệu Ethanol sinh học 15 2.1.2 Một số tính chất lý hóa Ethanol 17 2.2 QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 19 2.2.1 Diễn biến trình cháy động Diesel 19 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy 23 2.3 ĐIỀU CHỈNH GÓC PHUN SỚM CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 27 2.3.1 Điều chỉnh góc phun sớm cho động Diesel 27 2.3.2 Các phương pháp điều chỉnh góc phun sớm động Diesel 28 2.3.3 Cách điều chỉnh góc phun sớm động thí nghiệm EV2600 29 2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ 31 2.4.1 Đặc tính tốc độ (đặc tính ngồi đặc tính phận ) 33 2.4.2 Đặc tính tải 42 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46 3.1 PHƯƠNG PHÁP PHỐI TRỘN HỖN HỢP VÀ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MẪU NHIÊN LIỆU TRONG THỰC NGHIỆM 46 3.1.1 Phương pháp phối trộn hỗn hợp Diesel Ethanol theo tỷ lệ 3%, 5%, 7%, thể tích 46 3.1.2 Kết phân tích mẫu nhiên liệu thực nghiệm 47 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 47 3.2.1 Mục tiêu, yêu cầu thực nghiệm 47 3.2.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm 47 3.2.3 Các thiết bị phục vụ thực nghiệm 50 3.2.4 Động thí nghiệm 56 3.2.5 Lắp đặt băng thử động 57 3.2.6 Quy trình thực nghiệm 58 3.2.7 Kết thực nghiệm 64 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 72 Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 73 4.1 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU PHỐI TRỘN DIESEL – ETHANOL 73 4.2 XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM TỐI ƯU CỦA ĐỘNG CƠ THỰC NGHIỆM KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DOE5 73 4.2.1 Cơng suất có ích (Ne) 73 4.2.2 Mơ men có ích (Me) 77 4.2.3 Suất tiêu hao nhiên liệu (ge) 80 4.3 ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI Ô NHIỂM 83 4.3.1 Nồng độ NOx 83 4.3.2 Nồng độ CO2 86 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 88 KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 94 PHỤ LỤC 95 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu La Tinh : ge [kg/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Me [N/m] Mô men đầu trục khuỷu Ne [kW] Cơng suất có ích động pk [N/m2] Áp suất khí nạp pi [N/m2] Áp suất thị trung bình pm [N/m2] Áp suất tổn thất khí gct [kg/chu trình] Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình M [kmol/kg] Lượng thay đổi phân tử môi chất cháy M0 [kmol/kg] Số mol khơng khí M1 [kmol/kg] Số mol khí nạp M2 [kmol/kg] Số mol sản phẩm cháy  QH [kJ/kg] Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn n1 - Chỉ số nén đa biến m - Chỉ số giản nỡ nhiệt khí sót Danh mục ký hiệu Hy lạp : o - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết  - Hệ số biến đổi phân tử thực tế Z - Hệ số biến đổi phân tử z z - Hệ số lợi dụng nhiệt z b - Hệ số lợi dụng nhiệt b  - Tỉ số tăng áp 1 - Hệ số nạp thêm 2 - Hệ số quét buồng cháy đ - Hệ số điền đầy đồ thị Θs - Góc phun sớm Các chữ viết tắt : NLSH Nhiên liệu sinh học NLBT Nhiên liệu biến tính DOE3 Hỗn hợp diesel – ethanol với 97% diesel 3% ethanol DOE5 Hỗn hợp diesel – ethanol với 95% diesel 5% ethanol DOE7 Hỗn hợp diesel – ethanol với 93% diesel 7% ethanol ĐCT Điểm chết DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Tổng sản lượng diezel sinh học số nước giới 2.1 Yêu cầu kỹ thuật Ethanol nhiên liệu biến tính 16 2.2 Kết thử nghiệm DOE5 DOE7 18 2.3 Tổng hợp mối quan hệ đệm góc phun sớm 31 3.1 Đặc điểm kỹ thuật máy phân tích khí thải 53 3.2 Nội dung cơng việc thực đo 54 3.3 Thông số động 56 3.4 Số liệu thí nghiệm động sử dụng dầu diesel 64 3.5 Số liệu thí nghiệm động sử dụng dầu DOE3 66 3.6 Số liệu thí nghiệm động sử dụng dầu DOE5 67 3.7 Số liệu thí nghiệm động sử dụng dầu DOE7 68 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 2.1 Cấu trúc phân tử Ethanol 17 2.2 Diễn biến trình cháy động Diesel 20 2.3 Sơ đồ nguyên lý truyền động bơm cao áp 29 2.4 Bơm cao áp đệm điều chỉnh góc phun sớm 30 2.5 Khuynh hướng biến thiên v  v  v max theo tốc n n độ nn 34 2.6 Biến thiên % gct a động diesel theo n bơm Boschs 36 2.7 Biến thiên ηm theo n động diesel 37 2.8 Biến thiên Pe Me theo n động Diesel 38 2.9 Đặc tính tốc độ động diesel 39 2.10 Đặc tính tốc độ động Diesel 40 2.11 Xu hướng biến thiên ge theo n động diesel 42 2.12 Đặc tính tải động diesel 44 3.1 Mẫu nhiên liệu sinh học DO, DOE3, DOE5, DOE7 46 3.2 Sơ đồ bố trí chung hệ thống băng thử công suất Froude 49 3.3 Băng thử thủy lực Froude DPX3 50 3.4 Card NI-6009 51 3.5 Thiết bị AVL733S 51 3.6 Thiết bị đo khí xả KGENG 52 3.7 Thiết bị kiểm tra góc đánh lửa 56 3.8 Bố trí lắp đặt băng thử Froude động cơEV2600NB 57 3.9a Màn hình theo dõi liệu đo mơ-men tốc độ động 60 3.9b Màn hình ghi nhận liệu đo mô-men tốc độ động 61