NGHIEN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ NÉN ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIEN LIỆU XĂNG - ETHANOL. LUẬN VĂN THẠC SY

I HỌC N NG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THÀNH TÀI NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ NÉN ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG - ETHANOL UẬN VĂN THẠC S NGÀNH CƠ Đà Nẵng - Năm 2018 HÍ ĐỘNG ỰC I HỌC N NG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THÀNH TÀI NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ NÉN ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG - ETHANOL C uy số :C ộ : 60.52.01.16 UẬN VĂN THẠC S NGÀNH CƠ ực HÍ ĐỘNG ỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS DƢƠNG VIỆT DŨNG Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CA ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng trình phát triển động Diesel D28 có tỷ số nén thay đổi đề tài luận văn cao học khóa K32,chuyên ngành Kỹ thuật khí động lực Kỹ sư Lê Đức Trọng Nguyễn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa cho động xy lanh có tỷ số nén thay đổi” Kỹ sư Đỗ Phú Ngưu Vì vậy, số liệu kết nêu luận văn hồn tồn trung thực, khơng sửa đổi chưa cơng bố cơng trình trước Tác iả luậ vă P a T Tài LỜI CẢ ƠN Sau thời gian học tập thực luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, nổ lực thân, tác giả chân thành cảm ơn thành viên thực nhóm đề tài luận văn tốt nghiệp thực động Diesel D28, đến luận văn hoàn thành Tác giả vô biết ơn quý thầy Khoa Cơ khí Giao thơng - Trƣờng học Bách Khoa ại Nẵng, đặc biệt Thầy hƣớng dẫn PGS TS Dƣơng Việt Dũng giúp đỡ nhiệt tình đóng góp quan trọng định hƣớng nghiên cứu đề tài Do hạn chế khả năng, đề tài đƣợc thực hoàn toàn, điều kiện thiếu thiết bị kiểm thử, thời gian nhƣ nguồn thông tin nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong tiếp tục nhận đƣợc ý kiến đóng góp để luận văn đƣợc hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn P a T Tài TĨ TẮT ĐỀ TÀI Luận văn trình bày kết nghiên cứu ảnh hƣởng thành phần nhiên liệu , thông số kết cấu động thay đổi tỷ số nén, vận hành động đến q trình cháy tính động thay đổi nhiên liệu cháy ( từ động sử dụng nhiên liệu Diesel sang động Xăng) , đánh lửa cƣỡng chạy nhiên liệu Xăng pha Ethanol Góc đánh lửa sớm tối ƣu động D28là 200 đồng thời thay đổi tỷ số nén nằm dãy : 9.75 , 10 , 10.25 , 10.5 , 11 , cho ta thấy động ổn định khoảng từ 9.75 đến 10.5 phạm vi tốc độ 800 vòng/phút đến 1600 vòng/phút EXECUTIVE SUMMARY The thesis presents the results of the study on the effect of fuel composition, engine performance parameters, compression ratios, engine operation on combustion and the characteristics of the combustion engine from diesel engine to gasoline engine), fueled by Ethanol fuel The optimum ignition timing of the D28 is 200 and the compression ratio in the range 9.75, 10, 10.25, 10.5, 11 shows the steady state of the engine It shows that the engine is stable between 9.75 and 10.5 in the range micro speed 800 rpm to 1600 rpm MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu ối tƣợng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHI N CỨU VÀ ỨNG DỤNG NHI N IỆU SINH HỌC 1.1.1 Tính cấp thiết 1.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học đƣợc nghiên cứu sử dụng cho phƣơng tiện giao thông vận tải .6 1.1.2.1 Nhiên liệu lỏng 1.1.2.2 Khí sinh học (Biogas) 1.1.2.3 Nhiên liệu sinh học rắn 1.2.Tính chất lý hóa xăng pha Ethanol .7 1.2.1 Giới thiệu chung Ethanol 1.2.2 Thành phần hóa học tính chất lý hóa 1.2.2.1 Thành phần hóa học 1.2.2.2 Tính chất lý hóa Ethanol .9 1.2.3 ặc trƣng hổn hợp Ethanol-xăng 10 1.2.3.1.Ƣu điểm Ethanol so với xăng 10 1.2.3.2.Nhƣợc điểm Ethanol so với xăng 10 1.3 Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm 11 1.3.1.Phƣơng pháp sản xuất Ethanol (Cồn tuyệt đối) 11 1.3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam etanol nhiên liệu biến tính 12 1.3.2.2 ặc tính kỹ thuật nhiên liệu E10 13 1.4 Tình hình sản xuất ethanol (và xăng sinh học) giới Việt Nam 16 1.4.1Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học Việt Nam 16 1.4.1.1Vấn đề sản xuất Ethanol Việt Nam 16 1.4.1.2Tình hình cung cấp nhu cầu cồn Việt Nam 18 1.4.2 Tình hình sản xuất ethanol (và xăng sinh học) giới 20 CHƯƠNG CƠ SỞ Ý THUYẾT 24 2.1 Giới thiệu động đốt truyền thống 24 2.1.1 ịnh nghĩa 24 2.1.2 Phân loại 24 2.1.2 Một số thuật ngữ khái niệm thông dụng 26 2.1.3 Nguyên lý làm việc động đốt pittông 27 2.1.3.1 ộng xăng kỳ 28 2.1.3.2 ộng Diesel kỳ không tăng áp 31 2.1.4 Các phận động đốt trong: 33 2.2 ặc tính kết cấu động thí nghiệm xylanh có tỷ số nén thay đổi 46 2.3 Tính tốn gia cơng pittong .49 2.3.1 Cơ sở lý thuyết 49 2.3.2 Gia cơng pittong 49 2.4 Hệ thống đánh lửa đƣợc trang bị động thí nghiệm xylanh 52 2.4.1 Phƣơng án thiết kế tƣơng tự HT L bán dẫn không tiếp điểm ô tô 52 2.4.2 Hệ thống đánh lửa thiết kế: 53 2.5 iều chỉnh thay đổi thể tích buồng cháy động thí nghiệm xylanh có tỷ số nén thay đổi 53 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHI N IỆU CHO ĐỘNG CƠ D28 SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG 58 3.1 Tính tốn nhiệt kiểm nghiệm động D28 58 3.1.1 Các số liệu ban đầu 58 3.1.2 Các thông số chọn 58 3.1.3 Tính tốn kiểm nghiệm đƣờng kính xylanh động D28 59 3.2 Tính tốn nhiệt động D28 sử dụng nhiên liệu xăng .66 3.2.1 Các số liệu ban đầu 66 3.2.2 Các thông số chọn 66 3.2.3 Tính tốn chu trình cơng tác 67 3.3.Tính tốn thiết kế hoà trộn 73 CHƯƠNG NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM 77 4.1 MỤC ÍCH THỬ NGHIỆM 77 4.2 ỐI TƢỢNG THỬ NGHIỆM 77 4.3 QUY TRÌNH V PH M VI THỬ NGHIỆM 78 4.3.1 Quy trình thực nghiệm 78 4.3.2 Phạm vi thử nghiệm 78 4.4 SƠ Ồ BỐ TRÍ THỬ NGHIỆM V TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM 78 4.4.1 Giới thiệu thiết bị thử công suất động 78 4.4.2 Trang thiết bị thử nghiệm .79 4.4.2.1 Hệ thống đo lƣờng 79 4.4.2.2 Phanh thủy lực 79 ƣờng nƣớc vào, Nhãn mác, Buồng gây tải, Trục phanh nƣớc, ƣờng nƣớc ra, Ống dẫn nƣớc, Van tải, Vành tốc độ, 80 Núm vú mỡ, 10 Trục 80 4.4.2.3 Các tín hiệu cảm biến đầu vào 80 4.4.2.4 Các thiết bị xử lý tín hiệu .86 4.4.2.5 Tổng quan phần mềm 88 4.5 Kết thử nghiệm 90 4.5.1 Kết đo công suất, momen động sử dụng nhiên liệu E10 băng thử tải .90 4.5.2 Kết đo công suất, momen động sử dụng nhiên liệu E5 băng thử tải 91 4.5.3 Kết đo suất tiêu hao nhiên liêu sử dụng nhiên liệu E10, E5 băng thử tải 93 KẾT LUẬN CHUNG 95 ÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM .95 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ề T I 95 KIẾN NGHỊ .96 DANH MỤC T I LIỆU THAM KHẢO 97 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc phân tử Ethanol Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza 12 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động đốt 26 Hình 2.2 Nguyên lý làm việc động đốt pittơng sử dụng xăng 28 Hình 2.3 thị công động xăng kỳ .28 Hình 2.4 thị pha phân phối khí 29 Hình 2.5 Nguyên lý làm việc động diesel kỳ không tăng áp 31 Hình 2.6 thị cơng động diesel kỳ .31 Hình 2.7 Bộ phận cố định động 34 Hình 2.8 Thân xy lanh lót xy lanh a xy lanh đúc liền với khối xy lanh b.Lót xy lanh khơ 35 Hình 2.9 Nhóm pittơng – truyền – trục khuỷu 36 Hình 2.10 Kết cấu pittông 37 Hình 2.11 Các biên dạng đỉnh pitttông động xăng diesel .37 Hình 2.12 Thanh truyền 39 Hình 2.13 Kết cấu trục khuỷu 39 Hình 2.14 Hệ thống bôi trơn cƣỡng cacte ƣớt 41 Hình 2.15 Hệ thống bôi trơn cƣỡng cacte khô .42 Hình 2.16 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu động Diesel 44 Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu động Xăng 45 Hình 2.18 ộng sau gia cơng .47 Hình 2.19 Cơ cấu cần liên động điều chỉnh độ mở cánh bƣớm ga ( Bộ chế hịa khí ) 48 Hình 2.20 Pittơng động thí nghiệm xilanh có tỷ số nén thay đổi động hoạt động theo phƣơng pháp tự cháy 50 Hình 2.21 Pittơng động thí nghiệm xilanh có tỷ số nén thay đổi động hoạt động theo phƣơng pháp đốt cháy cƣỡng 51 Hình Các loại hồ trộn 73 Hình Bộ hồ trộn trực giao 74 Hình 4.1 Các phận băng thử cơng suất POWER TEST 500HP 79 Hình 4.2 Cấu tạo phanh thủy lực 80 Hình 4.3 Cảm biến lực cánh tay đòn 81 Hình 4.4 Cảm biến tốc độ 82 .82 Hình 4.5 Cảm biến tiêu hao nhiên liệu .82 Hình 4.6 Cảm biến áp suất nhớt .83 Hình 4.7 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát 84 Hình 4.8 Cảm biến nhiệt độ nƣớc phanh thủy lực 84 Hình 4.9 Cảm biến áp suất nƣớc vào 85 Hình 4.10 Hệ thống điều khiển ga tự động 85 Hình 4.11 Biến tần điều khiển động điện 86 Hình 4.12 Thiết bị hiệu chuẩn cảm biến lực 87 Hình 4.13 Máy tính để thu thập xử lý tín hiệu 87 Hình 4.14 Giao diện phần mềm 88 Hình 4.15 Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm thủ cơng 89 Hình 4.16 Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm tự động 89 Hình 4.17 thị thể mối quan hệ công suất số vịng quay động 90 Hình 4.18 thị thể mối quan hệ Momen số vịng quay động 91 Hình 4.19 thị thể mối quan hệ công suất số vịng quay động 92 Hình 4.20 thị thể mối quan hệ Momen (Nm) số vịng quay động 92 Hình 4.21 thị thể mối quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay động sử dụng E10 .93 Hình 4.22 thị thể mối quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay động sử dụng E5 .94 96 - Nghiên cứu mài mòn để đánh giá tuổi thọ động sử dụng nhiên liệu sinh học có Ethanol cao IẾN NGHỊ - Hiện nay, việc triển khai ề án phát triển nhiên liệu sinh học cịn gặp nhiều khó khăn Một số doanh nghiệp kinh doanh xăng sinh học gặp khó khăn thua lỗ, ngƣời tiêu dùng chƣa quen với sản phẩm nhiên liệu sinh học Hơn nữa, doanh nghiệp tiên phong lĩnh vực chƣa có hệ thống phân phối, rào cản để đƣa xăng sinh học đến với ngƣời tiêu dùng Do Nhà Nƣớc cần sớm ban hành lộ trình bắt buộc sử dụng xăng sinh học( E5, E10) tồn quốc, nhƣ ban hành sách hỗ trợ phát triển sản xuất tiêu thụ nhiên liệu sinh học nhƣ: giảm thuế tiêu thụ, miễn thuế môi trƣờng… - Lập trạm cung cấp nhiên liệu sinh học trạm cung cấp xăng có - ẩy mạnh công tác quảng bá tuyên truyền rộng khắp phƣơng tiện truyền thông để ngƣời dân tiếp cận nắm bắt thông tin kịp thời việc sử dụng nhiên liệu sinh học cho loại phƣơng tiện giao thông 97 DANH ỤC TÀI IỆU THA HẢO * Tiếng Việt: [1] GS.TS.Nguyễn Tất Tiến.“Nguyên lý động đốt trong” Hà Nội, NXB Giáo Dục, 2003 [2] Bùi Văn Ga: “Quá trình cháy động đốt trong”, NXB Khoa học Kỹ thuật, (2002) [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, Phạm Xn Mai: “Tính tốn nồng độ sản vật cháy”, Thông tin Môi trƣờng, Sở KHCN Môi trƣờng QN– N, No 7,8,9/1996, trang 21–23 17–19 [4] Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997), Mơ hình hóa q trình cháy động đốt trong, NXB Giáo dục, Nẵng [5] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1999), Ơtơ nhiễm mơi trƣờng, NXB Giáo dục, Nẵng [6] Nguyễn ức Phú: “Nhiên liệu sinh học”, Tạp chí ăng kiểm, 10-2004 [7] Trần Vũ An,Thái Thị Thu Hà (chủ biên), Nguyễn Lê Quang.“Kỹ thuật đo lƣờng tập 2” NXB ại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh,2001 [8] Dƣơng Việt Dũng.“Thí nghiệm động đốt trong” Tài liệu hƣớng dẫn vận hành thiết bị AVL, Trung tâm thí nghiệm động tơ, ại học Nẵng, 2000 [9] Dƣơng Việt Dũng.“Quy trình vận hành hệ thống trang thiết bị phịng thí nghiệm động cơ…” Tài liệu hƣớng dẫn vận hành thiết bị AVL, Trung tâm thí nghiệm động tô, ại học Nẵng, 2000 [10] Văn Thị Bông, Vy Hữu Thành, Nguyễn ình Hùng (2007), Hƣớng dẫn đồ án môn học động đốt trong, NXB HQG thành phố Hồ Chí Minh [11] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn ức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến (2000), Kết cấu tính tốn động đốt trong, NXB H&THCN, Hà Nội [12] Dƣơng Việt Dũng (2004), Hƣớng dẫn tính tốn chu trình nhiệt động cơ, giáo trình giảng dạy, trƣờng ại học bách khoa, ại học Nẵng [13] Trần Văn Nam (1997), Nghiên cứu hình thành Carbon monoxyde (CO) trình cháy động xăng, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Nẵng 98 [14] Trần Văn Nam, Bùi Văn Ga (2004), ịnh hƣớng sử dụng nguồn nhiên liệu “sạch” cho phƣơng tiện giao thông công cộng Việt Nam, Kỷ yếu Hội Nghị Khoa Học lần thứ – Nẵng [15] Hoàng Thị Lan Phƣơng (2005), Phƣơng pháp luận nghiên cứu khoa học, Giáo trình giảng dạy học viên Cao học, ại học Nẵng [16] Trung Tâm NC PT Chế Biến Dầu Khí-Viện Dầu Khí Việt Nam (2008), Nghiên cứu dùng cồn Etylic sản xuất nƣớc pha chế xăng thƣơng phẩm có trị số octan cao- giai đoạn 2, ề tài NCKH, PVPro, Tập ồn Dầu Khí Việt Nam [17] Nguyễn Huỳnh Hƣng Mỹ (2009), Nghiên cứu dùng cồn Etylic sản xuất nƣớc pha chế xăng thƣơng phẩm có trị số octan cao- giai đoạn 3, ề tài khoa học, PVPro, 06/2009 - Tập ồn Dầu Khí Việt Nam [18] Trần ức Lƣơng (2007), “Hiểm họa biến đổi khí hậu tồn cầu Việt Nam nhìn từ Việt Nam”, Hà Nội * Tiếng Anh: [19] Adraneda, K (2007, January 19) Greenpeace backs use of biofuels, but warns of “land use implications.” The Philippine Star, p 13 [20] AVL LIST GmbH Graz (2002) Training material HUT Viet Nam [21] Daewoo Motor Co.LTD, Service Training Manual_ Electrical Wiring Diagram, tập 1, 2, [22] Daewoo Motor Co.LTD, Service Training Manual_ Nubira Service Manual, tập 1, 2, *Các tra Web báo iện tử: [23] Nhiên liệu sinh học: Lựa chọn tƣơng lai [24] Nghiên cứu khả ứng dụng nhiên liệu lƣợng ôtô Việt Nam, Khoa Kỹ thuật giao thông, HBK TP.Hồ Chí Minh