Nghiên cứu ảnh hưởng góc cung cấp sớm của bơm cao áp đến đặc tính động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel và dầu jatropha

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN QUỐC THƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG GÓC CUNG CẤP SỚM CỦA BƠM CAO ÁP ðẾN ðẶC TÍNH ðỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ DẦU JATROPHA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA NÔNG – LÂM NGHIỆP Mã số: 62.54.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ðẶNG TIẾN HÒA HÀ NỘI - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng các số liệu và kết quả trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa ñược sử dụng trong bất cứ tài tài liệu nào. Mọi sự giúp ñỡ cho việc hoàn thành luận văn ñều ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Quốc Thường Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñược ñề tài này, tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn ðộng lực – khoa Cơ ñiện – trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội. Nhân dịp này, cho phép tôi ñược gởi lời cảm ơn, lời chúc sức khỏe chân thành nhất ñến các thầy cô. Tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS ðặng Tiến Hòa, người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu viết luận văn cũng như trong quá trình thực hiện thí nghiệm cho ñến khi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Hàn Trung Dũng ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong quá trình thí nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể khoa Cơ khí trường Cao ñẳng kinh tế - kỹ thuật Vĩnh Phúc cùng ban Giám hiệu nhà trường ñã tạo mọi ñiều kiện ñể tôi hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất ñến bạn bè, người thân và gia ñình ñã luôn ñộng viên, giúp ñỡ tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành ñề tài này. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Quốc Thường Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vii Danh mục các ký hiệu chữ viết tắt ix MỞ ðẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG ðỘNG CƠ DIESEL 4 1.2. NHIÊN LIỆU DIESEL 4 1.2.1. Khái niệm 4 1.2.2. ðặc tính nhiên liệu 5 1.3. NHIÊN LIỆU SINH HỌC 10 1.3.1. Khái niệm 10 1.3.2. Tính chất dầu Jatropha 14 1.4. QUI TRÌNH ÉP DẦU JATROPHA 19 1.5. HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESL VÀ DẦU JATROPHA 21 1.5.1. Khái niệm 21 1.5.2. Phương pháp pha trộn 21 1.6. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 22 1.6.1. Mục ñích 22 1.6.2. Nhiệm vụ 22 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1. QUÁ TRÌNH CHÁY Ở ðỘNG CƠ DIESL 24 2.1.1. Quá trình tạo thành hỗn hợp ñốt 24 2.1.2. Quá trình phun nhiên liệu 25 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… iv 2.1.3. Quá trình cháy 30 2.2. Ô NHIỄM KHÍ THẢI ðỘNG CƠ DIESEL 36 2.2.1. Lịch sử ñộng cơ diesel 36 2.2.2. Ô nhiễm khí thải 37 2.3. CƠ CHẾ TẠO HẠT THẢI RẮN TRONG BUỒNG CHÁY 38 2.3.1. Hình thành hạt muội than 40 2.3.2. Phát triển hạt muội than 42 2.3.3. Quá trình oxy hóa hạt muội than 42 2.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến ñộ ñộc hại khí xả 43 2.4. ðẶC ðIỂM ðỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ 44 2.4.1 ðộng cơ diesel 44 2.4.2 ðặc ñiểm ñộng cơ diesel sử dụng nhiên liệu thay thế 45 2.4.3. Yêu cầu nhiên liệu và phương pháp pha chế 49 2.5. ðƯỜNG ðẶC TÍNH CỦA ðỘNG CƠ 49 2.6. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ðỘNG CƠ DIESEL 54 2.6.1. Nhiệm vụ chung 54 2.6.2. Bơm cao áp 55 Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 59 3.1. MỤC ðÍCH THÍ NGHIỆM 59 3.2. THIẾT BỊ KHẢO NGHIỆM 59 3.3. ðỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG TẠO TẢI 622 3.3.1. ðộng cơ 622 3.3.2. Hộp số 66 3.3.3. Thiết bị ñiều chỉnh lưu lượng 66 3.3.4. Bộ phận làm mát dầu thủy lực 66 3.4. CÁC LOẠI CẢM BIẾN (SENSOR) 67 3.4.1. Cảm biến tốc ñộ quay 67 3.4.2. Cảm biến ño áp suất thủy lực 68 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… v 3.4.3. Bộ ño chi phí nhiên liệu 68 3.4.4. Thiết bị ño khói 69 3.4.5. Máy tính 69 3.5. NHIÊN LIỆU THÍ NGHIỆM 70 3.6. CHUẨN BỊ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 71 3.6.1 Xây dựng hệ thống ño và xử lý tín hiệu 71 3.6.2. Xây dựng chương trình thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm 71 3.6.3. Kiểm tra hệ thống trước khi thí nghiệm 72 3.6.4. Tiến hành thí nghiệm 73 3.7. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 75 3.7.1. Xử lý số liệu 76 3.7.3. Nhận xét 83 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 85 1. KẾT LUẬN 85 2. ðỀ NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1-1. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel (TCVN 5689:2005) 5 Bảng 1-2. Mối quan hệ giữa tốc ñộ ñộng cơ và chỉ số cetane 7 Bảng 1-3. Thông số của dầu diesel sinh học 11 Bảng 1-4. Kết quả phân tích mẫu dầu Jatropha 16 Bảng 1-5. So sánh một số tính chất của nhiên liệu diesel và dầu Jatropha 17 Bảng 3-1. Giá trị Nemax, Memax, gemin và số vòng quay tương ứng của ñộng cơ 83 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1-1. Chu trình phát triển và sử dụng cây Jatropha 15 Hình 1-2. Dầu Jatropha 16 Hình 1-3. Máy ép dầu kiểu trục vít KK40-2Standar 19 Hình 2-1. Kết cấu vòi phun 25 Hình 2-2. ðặc tính phun vi phân và tích phân 27 Hình 2-3. ðặc tính phun nhiên liệu 28 Hình 2-4. ðồ thị chỉ thị và ñặc tính cấp nhiệt δ và nhả nhiệt λ 31 Hình 2-5. Quá trình tạo muội than trong ñộng cơ Diesel 39 Hình 2-6 Cơ chế trung gian của sự tạo thành muội than từ các phân tử aromatic 40 Hình 2-7. Cơ chế tạo thành hạt muội than từ aromatics và aliphatics 41 Hình 2-8. Kết cấu buồng cháy xoáy lốc 46 Hình 2-9. Các dạng buồng ñốt ñược sử dụng với nhiên liệu thay thế là dầu thực vật và Biodiessel 48 Hình 2-10. ðặc tính tốc ñộ ngoài của ñộng cơ diesel 50 Hình 2-11. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ 53 Hình 2-12. Sơ ñồ hệ thống nhiên liệu ñộng cơ diesel 54 Hình 2-13. Bơm cao áp 56 Hình 2-14. Van cao áp 58 Hình 3-1. Sơ ñồ hệ thống khảo nghiệm ñộng cơ 60 Hình 3-2. Bệ thử ñộng cơ kiểu phanh thủy tĩnh 62 Hình 3-3. Sơ ñồ ñộng cơ D15 64 Hình 3-4. Cảm biến tốc ñộ quay loại quang học E3F-DS 30C4 67 Hình 3-5. Vị trí lắp cảm biến tốc ñộ trên băng thử ñộng cơ 67 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… viii Hình 3-6. Vị trí lắp cảm biến áp suất thủy lực 68 Hình 3-7. Thiết bị ño chi phí nhiên liệu DFL 68 Hình 3-8. Thiết bị ño khói 69 Hình 3-9. Dầu Jatropha và hỗn hợp ñã pha trộn 70 Hình 3-10. Sơ ñồ hệ thống ño 71 Hình 3-11. Xây dựng Worksheet trong phần mềm DasyLab 72 Hình 3-12. Kết nối các thiết bị thí nghiệm 73 Hình 3-13. Hiển thị kết quả thí nghiệm 755 Hình 3-14. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu Do và θs = 15 0 78 Hình 3-15. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J20 và θ s = 18 o 79 Hình 3-16. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J40 và θ s =18 o 79 Hình 3-17. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J40 và θ s =19 o 80 Hình 3-18. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J80 và θ s =18 o 800 Hình 3-19. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J100 và θ s = 18 o 81 Hình 3-20. ðặc tính ñộng cơ với nhiên liệu J100 và θ s = 21 o 811 Hình 3-21. Quan hệ giữa θ s và (g emin ) khi hỗn hợp là Do, J20, J40, J80 và J100 82 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………… ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1) CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi ðơn vị Do Nhiên liệu diesel . - G T Chi phí nhiên liệu giờ …………………………. l/h (g/h) g d Suất tiêu thụ dầu nhờn g/ml.h (g/kW.h) g e Chi phí nhiên liệu riêng ……………………… g/kW.h (g/ml.h) J20 Hỗn hợp nhiên liệu 20%Jatropha và 80%diesel. - J40 Hỗn hợp nhiên liệu 40%Jatropha và 60%diesel. - J60 Hỗn hợp nhiên liệu 60%Jatropha và 40%diesel. - J80 Hỗn hợp nhiên liệu 80%Jatropha và 20%diesel. - J100 Dầu Jatropha . - k Hệ số thích ứng ……………………………… - M e Mô men ……………………………………… Nm N e Công suất ……………………………………… kW, (Hp) n Số vòng quay ………………………………… (v/p) p Áp suất ………………………………………… Bar, (Pa) p c Áp suất môi chất trong xilanh tại thời ñiểm phun P a p f Khối lượng riêng của nhiên liệu tại thời ñiểm phun ……………………………………………. kg/m 3