Đồ án nghiên cứu sử dụng dimetyl ete cho động cơ đốt trong ứng dụng trên động cơ 2KD FTV của Toyota

Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học đặc biệt quan trọng sinh viên ngành kỹ thuật Trong trình làm đồ án sinh viên phải tự cố lại kiến thức kỹ thuật đại cương, kỹ thuật chuyên ngành, tin học ứng dụng Hơn nữa, với đồ án tốt nghiệp yêu cầu sinh viên phải có đầu tư lớn để hồn thành tốt thời gian quy định Trong đợt làm đồ án tốt nghiệp kỳ II năm 2009 – 2010, nhóm sinh viên Nguyễn Minh Hải, Bùi Văn Hội – lớp 05C4A – Khoa Cơ Khí Giao Thơng chọn đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng Dimetyl Ete cho động đốt Ứng dụng động 2KD – FTV Toyota." Tại nước phát triển, hợp chất hóa học dimetyl ete nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực động nhiệt vài năm gần đây; nước ta đề tài mẽ, nguồn cung cấp tài liệu tham khảo chưa có nhiều, chủ yếu tìm hiểu từ nghiên cứu Hoa Kỳ Nhật Bản Vì trình làm đồ án chúng em gặp nhiều khó khăn bỡ ngỡ, nhiên với hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Trần Văn Nam, giúp đỡ thầy TS Lê Minh Đức - khoa Hóa kỹ thuật thầy giáo khoa Cơ Khí Giao Thơng, cộng với cố gắng cá nhân chúng em hoàn thành đồ án Qua chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô giáo giúp đỡ chúng em thời gian qua Đà Nẵng, 02 / 2010 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Bùi Văn Hội Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nhiễm mơi trường phương tiện giao thông vận tải gây 1.1.1 Giới thiệu chung Ơ nhiễm mơi trường - vấn đề nghiêm trọng mà phải đối mặt Thật vậy, sản xuất đời sống, q trình phát triển kinh tế cơng nghiệp với thói quen sinh hoạt, người thải vào bầu khí hàng triệu chất thải độc hại, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người Điều thơi thúc nhà khoa học nghiên cứu để tìm rõ nguồn phát sinh nhiễm chủ yếu từ tìm biện pháp khắc phục, nhằm hạn chế đến mức thấp mức độ phát sinh nhiễm Thủ phạm phát sinh nhiễm mơi trường khơng khí nhà khoa học tìm họ quan tâm là: Khí xả động đốt Đến người ta xác định chất ô nhiễm không khí mà phần lớn khí có mặt khí xả động đốt Nồng độ câc chất gây ô nhiễm môi trường khơng khí có mặt khí xả động : NOx, CO, HC, bồ hóng có xu hướng gia tăng mạnh mẽ với gia tăng câc loại phương tiện giao thông vận tải Các số liệu cho bảng cho thấy gia tăng cách đáng ngại nồng độ số chất ô nhiễm bầu khí Bảng - Sự gia tăng chất nhiễm khí Chất ô nhiễm CO2 N2O CO SO2 Thời kỳ tiền công nghiệp (ppm) 270 0,28 0,05 0,001 Hiện Tốc độ tăng (ppm) 340 0,3 0,13 0,002 (%/năm) 0,4 0,25 Bảng - Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm Nhật (%) Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Nguồn phát nhiễm Ơtơ Sản xuất điện Q trình cháy cơng nghiệp Các q trình cháy khác Cơng nghiệp dầu mỏ Các hoạt động khác Tổng cộng CO 93,0 0,1 0,0 6,3 0,6 100 HC 57,3 0,1 26,4 0,7 14,8 0,7 100 NOx 39 21,5 31,3 0,8 5,1 2,6 100 Bảng - Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm Mỹ (%) Nguồn phát nhiễm Ơ tơ Các phương tiện giao thơng khác Q trình cháy cơng nghiệp Công nghiệp dầu mỏ Các hoạt động khác Tổng cộng CO 64,7 9,0 9,1 5,2 12,5 100 HC 45,7 7,2 16,8 5,3 25,0 100 NOx 36,6 10,5 42,8 1,7 8,4 100 1.1.2 Khí xả động lý thuyết hình thành chất gây nhiễm khí xả động 1.1.2.1 Cơ chế hình thành CO CO sinh q trình cháy khơng hồn tồn hỗn hợp giàu hay phân giải sản phẩm trình cháy Nồng độ CO phụ thuộc mạnh vào thành phần hỗn hợp, hay nói cách khác, phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí  Ở điều kiện hỗn hợp giàu, lượng ơxi có mặt hỗn hợp khơng đủ để ơxi hố hồn tồn cacbon nhiên liệu thành khí CO Mặt khác điều kiện nhiệt độ cao, phản ứng phân giải sản phẩm cháy làm tăng nồng độ CO hỗn hợp nghèo Khi động làm việc chế độ non tải, điều kiện cháy hỗn hợp khơng thuận lợi, tạo vùng cháy khơng hồn tồn cục bộ, nên nồng độ CO khí xả cao cho dù hệ số dư lượng khơng khí  tạo hỗn hợp điều chỉnh dao động chung quanh giá trị chây hồn tồn lý thuyết Chính lẽ đó, ơtơ hoạt động thành phố phát sinh CO đáng quan tâm nhất, động thường xuyên làm việc chế độ tải thấp 1.1.2.2 Cơ chế hình thành NOx + Cơ chế hình thành monoxyde nitơ (NO) Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Sự hình thành NO ơxy hố nitơ khơng khí mơ tả chế Zeldovich Trong điều kiện hệ số dư lượng khơng khí xấp xỉ 1, phản ứng tạo thành phân huỷ NO là: O + N2  NO + N  (1.1) N + O2   NO + O (1.2)  NO + H  (1.3) N + OH Phản ứng (1.3) xảy hỗn hợp giàu NO tạo thành màng lửa sản phẩm cháy phía sau màng lửa Trong động cơ, trình cháy diễn điều kiện âp suất cao, vùng phản ứng mỏng (khoảng 0,1mm) thời gian chây ngắn, thêm vào áp suất xylanh tăng trình cháy, điều làm cho phận khí cháy trước cao nhiệt độ đạt sau khỏi khu vực màng lửa nên đại phận NO hình thành khu vực sau màng lửa + Cơ chế hình thành dioxyde nitơ (NO2) Dioxyde nitơ NO2 hình thành từ monoxyde nitơ NO chất trung gian sản vật cháy theo phản ứng :  NO2 + OH  NO + HO2 (1.4) Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 bị phân giải theo phản ứng : NO2 + O  NO + O2  (1.5) Trong trường hợp NO2 sinh lửa bị làm mát mơi chất có nhiệt độ thấp phản ứng (1.5) bị khống chế, nghĩa NO tiếp tục tồn sản vật cháy NO2 hình thành đường xả tốc độ thải thấp có diện ơxy + Cơ chế hình thành protoxyde nitơ (N2O) Protoxyde nitơ N2O chủ yếu hình thành từ chất trung gian NH NCO chúng tác dụng với NO NH + NO  N2O + H  NCO + NO  N2O + CO  (1.6) (1.7) Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota N2O chủ yếu hình thành vùng ơxy hóa có nồng độ nguyên tử H cao, mà hyđrô chất tạo phân huỷ mạnh protoxyde nitơ theo phản ứng : N2 O + H  NH + NO  (1.8) N2 O + H  N2 + OH  (1.9) Chính N2O chiếm tỷ lệ thấp khí xả động đốt (khoảng  ppmV ) 1.1.2.3 Cơ chế hình thành HC Hydrocarbure chưa cháy HC trình cháy khơng hồn tồn phận hỗn hợp nằm khu vực lan tràn màng lửa Điều xảy không đồng hỗn hợp dập tắt màng lửa khu vực gần thành hay không gian chết, nghĩa khu vực có nhiệt độ thấp Cơ chế tơi màng lửa với không gian chết nguyên nhân phát sinh HC khí xả động Tôi màng lửa hay dập tắt màng lửa diễn tiếp xúc với thành buồng chây Quá trình tơi màng lửa xảy điều kiện khác nhau: màng lửa bị làm lạnh trình tiếp xúc với thành trình dịch chuyển màng lửa bị dập tắt không gian nhỏ liên thông với buồng cháy 1.1.3 Tác hại chất nhiễm khí xả động 1.1.3.1 Đối với sức khỏe người Tác hại CO : CO ngăn cản dịch chuyển hồng cầu máu làm cho phận thể bị thiếu ôxy Nạn nhân bị tử vong 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO khơng khí lớn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO gây nguy hiểm lâu dài người : 20% hồng cầu bị khống chế nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn tỉ số lên đến 50%, não người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh Tác hại NOx : NOx họ oxyde nitơ NO khơng nguy hiểm mấy, sở để tạo NO2 NO2 chất khí có màu hồng, có mùi, khứu giác phát nồng độ khơng khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 chất khó hồ tan nên theo đường hơ hấp sâu vào phổi gây viêm làm huỷ hoại tế bào quan hô hấp Nạn nhân bị ngủ, ho, khó thở Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Tác hại HC : HC gây tác hại đến sức khoẻ người chủ yếu hydrocarbure thơm Từ lâu người ta xác định vai trò benzen bệnh ung thư máu nồng độ lớn 40ppm gây rối loạn hệ thần kinh nồng độ lớn 1g/m3, nguyên nhân gây bệnh gan Tác hại SO2 : Oxyde lưu huỳnh chất háo nước, dể hồ tan vào nước mũi, bị ơxy hố thành H2SO4 muối amonium theo đường hô hấp sâu vào phổi Mặt khác, SO làm giảm khả đề kháng thể làm tăng cường độ tác hại chất ô nhiễm khác nạn nhân Tác hại bồ hóng : Bồ hóng tồn dạng hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3m nên dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm bồì hóng, ngồi việc gây trở ngại cho quan hô hấp hợp chất học khác có mặt khơng khí, cịn ngun nhân gây bệnh ung thư hydrocarbure thơm mạch vòng hấp thụ bề mặt chúng trình hình thành Tác hại chì (Pb) : Chì có mặt khí xả Thétráetyl chì Pb(C 2H5)4 pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia vào xăng đề tài bàn cãi giới khoa học Chì khí xả động tồn dạng hạt có đường kính cực bé nên dễ xâm nhập vào thể qua da đường hô hấp Khi vào thể, khoảng từ 30% đến 40% lượng chì vào máu Sự diện chì gây xáo trộn ion não, gây trở ngại cho tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, đặc biệt có tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm người nồng độ máu khơng vượt q 200 đến 250 g/lít 1.1.3.2 Đối với mơi trường + Thay đổi nhiệt độ khí Sự diện chất ô nhiễm, đặc biệt chất gây hiệu ứng nhà kính, khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân nhiệt bầu khí Trong số chất gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2, thành phần sản phẩm cháy nhiên liệu có chứa thành phần carbon Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí diện chất khí gây hiệu ứng nhà kính giải thích sau: Quả đất nhận lượng từ mặt trời xạ không gian phần lượng mà nhận Bức xạ mặt trời đạt cực đại vùng ánh sáng thấy Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota (Có bước sóng khoảng 0,4  0,73m) xạ cực đại vỏ trái đất nằm vùng hồng ngoại (7 15m) Các chất khí khác có dải hấp thụ khác Do đó, thành phần chất khí có mặt khí có ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt mặt trời, đất khơng gian Carbonic chất khí có dải hấp thụ xạ cực đại ứng với bước sóng 15m Vì xem suốt xạ mặt trời chất hấp thụ quan trọng tia xạ hồng ngoại từ mặt đất Một phần tia xạ hồng ngoại từ mặt đất lớp khí CO giữ lại xạ ngược lại trái đất làm nóng lên bầu khí theo hiệu ứng nhà kính Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic bầu khí nay, người ta dự đốn vào kỷ 22, nồng độ khí carbonic tăng lên gấp đơi Khi theo dự tính nhà khoa học, xảy thay đổi quan trọng cân nhiệt đất : Nhiệt độ bầu khí tăng lên từ đến oC Một phần băng vùng Bắc cực Nam cực tan làm tăng chiều cao mực nước biển, làm thay đổi chế độ mưa gió sa mạc hố thêm bề mặt trái đất + Ảnh hưởng đến sinh thái Sự gia tăng NOx, đặc biệt protoxyde nitơ N2O có nguy làm gia tăng hủy hoại lớp ozone thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da gây đột biến sinh học, đặc biệt đột biến sinh vi trùng có khả làm lây lan bệnh lạ dẫn đến huỷ hoại sống sinh vật trái đất giống điều kiện Sao Hỏa Mặt khác chất khí có tính acide như: SO 2, NO2, bị oxy hoá thành acide sulfuric, acide nitric hoà tan nước, tuyết, sương mù làm huỷ hoại thảm thực vật trái đất (mưa acide) gây ăn mịn cơng trình kim loại Như vậy, thấy rõ nguy hại chất gây ô nhiễm môi trường phương tiện giao thông vận tải gây ta, đặc biệt phương tiện sử dụng lại nhiên liệu truyền thống xăng , dầu diesel Mặc dù với phát triển khoa học kỹ thuật, phương tiện trang bị thiết bị ứng dụng kỹ thuật công nghệ điện tử, tin học Điều góp phần nâng cao tính kinh tế kỹ thuật cho phương tiện, giảm ô nhiễm môi trường Nhưng với tốc độ gia tăng loại phương tiện nay, để giảm nhiễm mơi trường ngồi giải pháp kỹ thuật công nghệ cần nghiên cứu sử dụng nguồn lượng mới, nhiên liệu không gây ô nhiễm môi trường hay gây ô nhiễm môi trường để thay cho loại nhiên liệu truyền thống Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota 1.2 Giải pháp tơ Ơtơ mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo ôtô Có nhiều giải pháp công bố năm gần đây, tập trung hoàn thiện trình cháy động Diesel, sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lượng mặt trời Xu hướng phát triển ôtô tổng hợp sau: 1.2.1 Hồn thiện động diesel Các kỹ thuật để hoàn thiện động Diesel cho phép nâng cao rõ rệt tính bao gồm áp dung hệ thống phun common rail điều khiển điện tử, lọc bồ hóng xử lý khí đường xả xử lý ba chức năng, nâng cao chất lượng nhiên liệu Việc dùng động Diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí nhiên liệu lỏng giải pháp nâng cao tính động Diesel 1.2.2 Ơtơ dùng điện Ơtơ dùng điện giải pháp tối ưu loại phương tiện không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, mặt kỹ thuật ơtơ chạy điện có hai nhược điểm quan trọng : lượng dự trữ thấp (khoảng 100 lần thấp ôtô dùng động nhiệt truyền thống) giá thành ban đầu cao (30 40% cao so với ôtô dùng động nhiệt truyền thống) Với loại ôtô sử dụng nguồn điện trực tiếp đường dây loại ôtô sạch, động, hệ thống cung cấp lượng cho chúng (dây cáp điện trần) làm cảnh quan khơng an tồn Cịn với loại ơtơ điện chạy ác qui có số vấn đề đặt cần giải đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế cách đại trà khả tăng tốc, thời gian nạp điện, bán kính hoạt động, vấn đề sưởi điều hồ khơng khí ơtơ Hình – Ơ tơ lấy điện trực tiếp từ dây cáp điện trần Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota 1.2.3 Ơtơ đa động lực Ơtơ đa động lực sử dụng hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau, nguồn sức kéo : Động điện động nhiệt Động điện hệ thống ắc-qui động Động điện chạy acqui thông thường hay pile nhiên liệu Động nhiệt động Diesel đại với hệ thống lọc bồ hóng sử lý khí xả hay động sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hố lỏng LPG) 1.2.4 Ôtô chạy pile nhiên liệu Một giải pháp nguồn lượng cung cấp cho ôtô tương lai pile nhiên liệu Pile nhiên liệu hệ thống điện hoá biến đổi trực tiếp hoá nhiên liệu thành điện Do khơng có trình cháy xảy nên sản phẩm hoạt động pile nhiên liệu điện, nhiệt nước Vì nói ơtơ hoạt động pile nhiên liệu loại ôtô tuyệt đối theo nghĩa phát thải nhiễm khí xả Ơtơ chạy pile nhiên liệu không nạp điện mà nạp nhiên liệu hydro, khó khăn việc lưu trữ hydro áp suất cao 1.2.5 Ơtơ chạy loại nhiên liệu lỏng thay Các loại nhiên liệu lỏng thay cồn, colza có nguồn gốc tự dầu thực vật Do thành phần C nhiên liệu thấp nên trình cháy sinh chất nhiễm có gốc carbon, đặc biệt giảm CO 2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày việc ứng dụng nguồn nhiên liệu lỏng thay phương tiện giao thông vận tải hạn chế giá thành nhiên liệu cịn cao Hình – Ơ tơ chạy nhiên liệu dầu thực vật Pháp 1.2.6 Ơtơ chạy khí thiên nhiên Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Sử dụng ơtơ chạy khí thiên nhiên sách hữu ích lượng thay tương lai Cho tới có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên ơtơ, khí thiên nhiên dạng khí khí thiên nhiên dạng lỏng Ơtơ chạy khí thiên nhiên thoả mãn dễ dàng qui định khắt khe ô nhiễm môi trường ôtô Mặc dù ngày người ta có nhiều giải pháp cơng nghệ làm giảm nhiễm khí xả động cơ, giải pháp khơng thật bề vững, tính hiệu giảm theo thời gian Trong khí xả động sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên chứa chất độc hại từ nguồn nên giảm tính hệ thống xử lý đường xả không gây ảnh hưởng lớn đến mức độ phát ô nhiễm loại động sử dụng nhiên liệu truyền thống Ưu điểm loại nhiên liệu này, ngồi mức độ phát nhiễm thấp, cịn nguồn nhiên liệu dồi dào, phân bố khắp trái đất Một khó khăn khiến cho nguồn lượng chưa áp dụng rộng rãi phương tiện giao thông vận tải vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên ơtơ Ngày việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên cải thiện nhiều mặt công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố sợi carbon Bình chứa kiểm tra an toàn tuyệt đối theo tiêu chuẩn khắt khe nên khơng thể xảy cố nổ bình Mặt khác ơtơ sử dụng khí thiên nhiên có hệ thống phát rị khí để tránh hoả hoạn khơng có mùi khơng độc Diesel hay Xăng 1.2.7 Ơtơ sử dụng nhiên liệu khí hố lỏng LPG Sử dụng nhiên liệu khí để chạy động ngồi việc đa dạng hố nguồn lượng cịn góp phần đáng kể vào việc giải vấn đề ô nhiễm môi trường phương tiện giao thông vận tải gây Nhiên liệu khí dầu mỏ hố lỏng LPG xem loại nhiên liệu thay loại cho nhiên liệu truyền thống Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, kinh tế yêu cầu môi trường, ứng dụng LPG trở nên rộng rãi trở thành nhiên liệu có nhiều ưu điểm LPG tên viết tắt khí dầu mỏ hố lỏng (Liquefied Petrolium Gas), sản phẩm phụ trình lọc Thành phần chủ yếu C 3H8 (Propan) C4H10 (Butan) nén theo tỷ lệ phần trăm Propan phần trăm Butan 10 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota O R? 2µS O' a2 a3 a4 a1 fs p [MN/m2] z' z '' 200 y 180 y DME DME z '' D D 160 140 c '' c '' DME D T? L? Xích 120 µv = 0.00356 µp = 0.06491 c 100 f 80 60 40 20 b' b r r' b'' a' a r'' 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 185 V [dm3] Vc Vh Va p o Hình – So sánh đồ thị công 101 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota 6.3.1.5 So sánh đặc tính Hình – So sánh đặc tính Ne - Me Hình – So sánh đặc tính ge - Gnl 102 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota 6.3.2 Nhận xét Khi động dùng lưỡng nhiên liệu (diesel + DME) ta thấy: + Áp suất nhiệt độ chu trình cao chứng tỏ hịa trộn khơng khí với DME tốt so với diesel làm cho trình cháy triệt để hơn, sinh cơng nhiều + Để đảm bảo công suất momen theo yêu cầu ta cần lựa chọn phương án cấp DME hợp lý mà không thay đổi nhiều kết cấu động + Công suất động phụ thuộc vào chất lượng DME, động sử dụng nguồn DME tốt làm cho công suất tăng đáng kể Từ hình - ta thấy cơng suất mômen giảm xuống so với sử dụng diesel + Tùy thuộc vào loại động mà lượng %diesel làm mồi khác ứng với %diesel làm mồi khác suất tiêu hao nhiên liệu khác nhau, %diesel thấp suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Ngồi g e cịn phụ thuộc vào chất lượng nguồn DME cung cấp.Từ hình - ta thấy suất tiêu hao nhiên liệu ge lượng tiêu hao nhiên liệu G nl tăng lên so với động sử dụng nhiên liệu diesel 103 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHI DÙNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU 7.1 Yêu cầu thống cung cấp lưỡng nhiên liệu Động 2KD-FTV lắp xe TOYOTA HIACE loại xe có tính động học cao , nên hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu động 2KD-FTV phải đảm bảo trình hình thành hỗn hợp, trình cháy tốt để đảm bảo tính động lực mà ô tô cần phải đạt tính kinh tế động Do phải đảm bảo số yêu cầu sau: - Đảm bảo thành phần hỗn hợp thích hợp với chế độ làm việc động - Tạo thành phần hỗn hợp đồng DME khơng khí - Bình chứa DME phải đảm bảo cho động làm việc khoảng thời gian định - Bơm nhiên liệu DME phải đảm bảo giá trị áp suất cần thiết - Các đầu nối đường ống dẫn DME phải đảm bảo độ kín khít - Các tín hiệu đưa ECU phải xác, kịp thời - Bền có độ tin cậy cao - Đơn giản, dễ chế tạo, điều chỉnh, tháo lắp, bảo dưỡng sửa chữa thuận tiên, giá thành rẻ 7.2 Sơ đồ hệ thống lưỡng nhiên liệu Diesel + DME 12 11 ECU 10 Hình – Phun nhiên liệu dạng khí hố lỏng vào ống góp nạp 1.Lọc khơng khí; 2.Turbo tăng áp; 3.Vịi phun Diesel; 4.Bộ xúc tác ba chức năng; 5.Ống phân phối; 6.Bơm cao áp; 7.Lọc nhiên liệu Diesel; 8.Thùng chứa nhiên liệu 104 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Diesel; 9.Vòi phun DME; 10.Bộ điều chỉnh áp suất; 11.ECU điều khiển cấp DME; 12.Bình chứa DME Nguyên lý làm việc: Khi người lái đạp ga, qua cấu điều khiển tay ga thiết kế đặc biệt để vừa cấp Diesel, vừa cấp DME theo tỷ lệ định trước, DME phun vào đường ống nạp Diesel phun vào buồng cháy cuối kỳ nén tự bốc cháy để làm lửa mồi đốt cháy hỗn hợp DME + khơng khí Trong sơ đồ tổng qt trên, ta thấy có hai hệ thống cung cấp nhiên liệu riêng biệt hệ thống cấp Diesel hệ thống cấp DME điều khiển chung cấu điều khiển tay ga 7.3 Thiết kế cấu điều khiển tay ga 7.3.1 Phương án 7.3.1.1 Sơ đồ 45 12 11 Hình – Cơ cấu điều khiển tay ga (Phương án 1) 1.Dây cáp điều khiển tay ga; 2.Cảm biến vị trí tay ga; 3.Vít điều chỉnh khơng tải dùng lưỡng nhiên liệu; 4.Vít hạn chế lượng Diesel; 5.Lò xo xoắn; 6.Tay đòn điều khiển bơm cao áp; 7.Vít điều chỉnh khơng tải dùng Diesel; 8.Đai ốc hãm; 9.Đệm chắn lò xo; 10.Lò xo; 11.Thanh đòn; 12.Tay đòn phụ 7.3.1.2 Nguyên lý làm việc a Trường hợp khơng tải có Diesel sử dụng Trong trường hợp chế độ khơng tải trì có Diesel lúc tay địn điều khiển bơm cao áp tì vào vít khơng tải dùng nhiên liệu diesel tác dụng lò xo xoắn Lò xo 10 trạng thái tự Khi người lái đạp bàn đạp ga, dây cáp điều khiển tay ga dịch chuyển qua trái kéo đòn 11 dịch chuyển Dưới tác dụng lò xo 10, tay đòn điều khiển bơm 105 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota cao áp xoay theo tay địn chạm vào vít hạn chế lượng phun diesel dừng lại, lúc lượng diesel phun vào động không tăng Khi người lái tiếp tục đạp ga, lò xo 10 bị nén lại, đòn 11 tiếp tục dịch chuyển sang trái, tay đòn phụ 12 xoay theo Qua cảm biến vị trí tay ga 2, tín hiệu truyền ECU, ECU điều khiển vịi phun cấp ga để tiếp tục tăng cơng suất động Chế độ không tải động trường hợp du trì nhờ vít điều chỉnh b Chế độ khơng tải có Diesel DME sử dụng Trong trường hợp chế độ khơng tải trì có Diesel DME lúc tay địn phụ 11 tì vào vít khơng tải dùng lưỡng nhiên liệu 3, vít hạn chế lượng phun diesel tì vào tay đòn điều khiển bơm cao áp 6, lò xo 10 trạng thái chịu nén Khi người lái đạp bàn đạp ga, dây cáp điều khiển tay ga dịch chuyển qua trái kéo đòn 11 dịch chuyển Lò xo 10 tiếp tục bị nén lại lượng diesel phun vào buồng cháy khơng tăng lên Thanh địn 11 tiếp tục dịch chuyển sang trái, tay đòn phụ 12 xoay theo Qua cảm biến vị trí tay ga 2, tín hiệu truyền ECU, ECU điều khiển vịi phun cấp ga để tiếp tục tăng cơng suất động Chế độ không tải động trường hợp trì nhờ vít điều chỉnh không tải dùng lưỡng nhiên liệu c Trường hợp hệ thống cấp DME bị cố Trong trường hợp hệ thống cấp DME có cố khơng thể cung cấp ga lúc vít hạn chế lượng phun diesel nới để tay đòn điều khiển bơm cao áp xoay 100% hành trình hệ thống làm việc bình thường hệ thống có diesel 106 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota 7.3.2 Phương án 7.3.2.1 Sơ đồ 45 Hình – Cơ cấu điều khiển tay ga (Phương án 2) 1.Dây cáp điều khiển tay ga; 2.Cảm biến vị trí tay ga; 3.Vít điều chỉnh khơng tải dùng lưỡng nhiên liệu; 4.Vít hạn chế lượng Diesel; 5.Lị xo xoắn; 6.Tay địn điều khiển bơm cao áp; 7.Vít điều chỉnh khơng tải dùng Diesel; 8.Lò xo; 9.Tay đòn phụ 7.3.2.2 Nguyên lý làm việc Tương tự phương án 1, khác lò xo trường hợp chịu kéo trình làm việc Đồng thời kết cấu gọn nhẹ hơn, chi tiết a) Chế độ khơng tải có Diesel sử dụng Trong trường hợp chế độ khơng tải trì có Diesel lúc tay địn điều khiển bơm cao áp tì vào vít khơng tải dùng nhiên liệu diesel tác dụng lò xo xoắn Lò xo trạng thái tự Khi người lái đạp bàn đạp ga, dây cáp điều khiển tay ga dịch chuyển qua trái kéo lò xo dịch chuyển theo Lò xo kéo tay đòn điều khiển bơm cao áp xoay theo tay đòn chạm vào vít hạn chế lượng phun diesel dừng lại, lúc lượng diesel phun vào động không tăng Khi người lái tiếp tục đạp ga, lò xo bị giản Tay đòn phụ xoay theo, qua cảm biến vị trí tay ga 2, tín hiệu truyền ECU, ECU điều khiển vịi phun cấp ga để tiếp tục tăng cơng suất động Chế độ không tải động trường hợp trì nhờ vít điều chỉnh không tải 107 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota b) Chế độ khơng tải có diesel DME sử dụng Trong trường hợp chế độ khơng tải trì có Diesel DME lúc tay địn phụ tì vào vít khơng tải dùng lưỡng nhiên liệu 3, vít hạn chế lượng phun diesel tì vào tay địn điều khiển bơm cao áp 6, lò xo trạng thái chịu kéo Khi người lái đạp bàn đạp ga, dây cáp điều khiển tay ga dịch chuyển qua trái kéo tay đòn phụ 12 xoay theo Lò xo tiếp tục bị kéo giản lượng diesel phun vào buồng cháy không tăng lên Qua cảm biến vị trí tay ga 2, tín hiệu truyền ECU, ECU điều khiển vòi phun cấp ga để tiếp tục tăng công suất động c) Trường hợp hệ thống cấp DME có cố Trong trường hợp hệ thống cấp ga có cố khơng thể cung cấp ga lúc vít hạn chế lượng phun diesel nới để tay đòn điều khiển bơm cao áp xoay 100% hành trình hệ thống làm việc bình thường hệ thống có diesel 7.3.3 Chọn phương án điều khiển Trong phương án điều khiển trên, ta thấy phương án có kết cấu gọn nhẹ hơn, chi tiết điều khiển dễ dàng hơn, nên với động 2KD-FTV ta chọn phương án điều khiển cấu điều khiển tay ga phương án 7.3.4 Xác định hành trình cấu điều khiển tay ga Hành trình cấu điều khiển tay ga xác định cho người lái đạp bàn đạp ga, cấu điều khiển tay ga điều khiển cấp lượng Diesel ứng với 30% lượng, sau lượng nhiên liệu Diesel không tăng Để tăng công suất động cơ, cấu điều khiển tay ga tiếp tục điều khiển cấp DME để tăng công suất động 30% lượng Diesel cung cấp tương ứng với 30% hành trình tay địn điều khiển bơm cao áp Dựa vào đặc điểm kết cấu nguyên lý làm việc bơm cao áp động 2KD-FTV ta xác định hành trình tay địn điều khiển bơm cao áp tương ứng với góc xoay tay đòn điều khiển bơm cao áp sau: 108 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Hình – Xác định hành trình cấu điều khiển tay ga O.Tâm tay đòn điều khiển bơm cao áp; 1.Tay đòn vị trí cấp 0% nhiên liệu Diesel; 2.Tay địn vị trí cấp 30% nhiên liệu Diesel; 3.Tay địn vị trí cấp 100% nhiên liệu Diesel Hành trình tay địn điều khiển bơm cao áp từ vị trí chưa cấp nhiên liệu đến vị trí cấp 100% lượng toàn tải 450 Như vậy, để khống chế lượng phun nhiên liệu Diesel mức 30% lượng cung cấp động toàn tải ta khống chế góc xoay tay địn điều khiển bơm cao áp vị trí xoay tương đối 13,50 so với vị trí tay địn chưa cấp nhiên liệu Diesel 7.4 Chọn vị trí lắp đặt vịi phun Vịi phun DME phải đặt vị trí mà khả hồ trộn DME khơng khí phun tốt Với đặc điểm kết cấu ống góp nạp động 2KDFTV ta có phương án đặt vòi phun sau: 109 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Hình – Vị trí lắp đặt vịi phun DME – Phương án Hình – Vị trí lắp vịi phun DME – Phương án Phương án đảm bảo cho vịi phun có độ cứng vững cao điều kiện làm kín tốt hơn, ta chọn phương án 7.5 Các thiết bị lắp hệ thống nhiên liệu 7.5.1 Bình chứa DME lỏng Nhiên liệu DME thông thường nén bình có áp suất khoảng 10bar Bình chứa dạng hình trụ hai đầu hình bán cầu Vỏ bình chế tạo thép dày (3-4) mm, thép phải qua xử lý nhiệt cho phép chịu kéo nén chống nứt bị móp lúc va chạm Tất bình chứa sản xuất kiểm tra áp suất 40 bar trước bán thị trường có kiểm tra cấp giấy phép sử dụng quan có chức ngành 110 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Để đảm bảo an tồn khơng chứa 100 % DME lỏng, bình lắp thiết bị chống nạp qua mức cho phép Trong bình chứa Propan trạng thái ngăn cách có tính đàn hồi 7.5.2 Bơm DME lỏng Để đảm bảo DME lỏng vịi phun cần có bơm DME lỏng để tạo áp suất dư đường ống trước vòi phun Ở Việt Nam, nhiệt độ môi trường dao động khoảng từ 100C - 360C từ mùa đông đến mùa hè Theo đặc tính bão hồ DME lỏng để có DME lỏng vịi phun, yêu cầu bơm DME lỏng phải tạo áp suất dư khoảng 10bar Bơm đặt phía bình chứa DME để hút DME lỏng bình chứa tạo áp suất dư 7.5.3 Đồng hồ đo lượng DME lỏng bình Đồng hồ đo lượng DME lỏng có bình chứa dạng phao dùng để độ cao chất lỏng bình chứa, thiết bị sử dụng điện truyền tín hiệu đồng hồ hiển thị buồng lái, sơ đồ mạch sau: 111 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Hình – Sơ đồ mạch dây đồng hồ đo mức chất lỏng 1.Ổn áp; 2.Dây xơng nóng; 3.Kim đồng hồ; 4.Thang đo; 5.Chân kim; 6.Phao; 7.Biến trở; 8.Ắc qui 7.5.3 Van nạp Van an tồn có tác dụng đảm bảo an tồn cho bình chứa áp suất bình tăng cao giới hạn cho phép Van an toàn hoạt động áp suất 26 kg/cm Nếu lý đó, áp suất bình tăng cao đến 26kg/cm tác dụng lên van 11, nén lò xo 13 tác động làm mở đường thơng xả DME ngồi khơng khí, làm áp suất nhiệt độ bình giảm xuống bảo đảm bình chứa khơng bị cố nổ, áp suất bình tăng cao Van nạp có tác dụng mở thơng bình để nạp DME vào bình cách nhanh nhất, đồng thời không cho nạp thêm DME vào bình áp suất bình vượt áp suất làm việc bình 112 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Hình – Kết cấu van an tồn van nạp 1.Đường ga vào bình chứa; 2.Đế van nạp; 3.Thân van nạp; 4.Lò xo van nạp; 5.Chốt van nạp; 6.Đường ga vào van nạp; 7.Đĩa chặn lò xo van an toàn; 8.Nắp van an toàn; 9.Đệm làm kín; 10.Đế van an tồn; 11.Van an tồn; 12.Chốt van an tồn; 13.Lị xo van an tồn 113 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Kết luận Đồ án vào tìm hiểu tính chất hợp chất hóa học Dimetyl Ete, với đặc điểm bật thân thiện với môi trường So sánh với tính chất nhiên liệu dầu mỏ truyền thống để đánh giá khả áp dụng DME vào động đốt để góp phần giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, vấn đề nhức nhối quy mơ tồn cầu nay, đồng thời góp phần làm giảm bớt lo ngại khan nhiên liệu từ dầu mỏ vài chục năm tới Mặc dù cố gắng trình làm đồ án, kiến thức cịn có phần hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong q thầy giáo có ý kiến đóng góp để chúng em củng cố kiến thức Một lần xin gởi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trần Văn Nam thầy cô giáo khoa Cơ Khí Giao Thơng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em thời gian qua Đà Nẵng 05/2010 114 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý động đốt trong” Hà Nội: NXB KHKT [2] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Phạm Văn Thế “Kết cấu tính tốn động đốt –Tập 1,2,3”.Hà Nội: NXB ĐH & THCN-1977 [3] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng “Ơ tơ nhiễm môi trường” NXB Giáo Dục-1999 [4] Nguyễn Quang Trung “Nhiên liệu vật liệu bôi trơn” ĐHBK Đà Nẵng [5] Tài liệu đào tạo kỹ thuật viên TOYOTA [6] Website: www.aboutdme.org www.alfueltechnology.com www.jdf.com 115 ... 23 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota + Bán cho nhà cung cấp khí tự nhiên: 2.3 Sử dụng DME làm nhiên liệu cho động 24 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng. .. Butan 10 Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota LPG hoá lỏng áp suất cao để thuận lợi cho việc tồn chứa vận chuyển Với nhiều đặc tính ưu việt, LPG sử dụng ứng dụng nhiều... khí thiên nhiên Nghiên cứu sử dụng Dimetyl Ete cho ĐCĐT Ứng dụng động 2KD-FTV Toyota Sử dụng ơtơ chạy khí thiên nhiên sách hữu ích lượng thay tương lai Cho tới có hai giải pháp sử dụng khí thiên