(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ k20z2 trên xe ô tô honda civic 2 0 i VTEC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO ĐỘNG CƠ K20Z2 TRÊN XE Ô TÔ HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS DƯƠNG VIỆT DŨNG TRẦN SỸ VŨ Đà Nẵng, 2020 TĨM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 xe ô tô Honda Civic 2.0 i-VTEC Sinh viên thực hiện: Trần Sỹ Vũ Số thẻ sinh viên: 103150261 Lớp: 15C4VA Đồ án tốt nghiệp gồm chương sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu khí động đốt giới thiệu động K20Z2 xe ô tô Honda Civic 2.0 i.VTEC Chương 2: Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động lắp tơ Honda Civic i.VTEC Chương 3: Tính tốn nhiệt động Chương 4: Các triệu chứng hư hỏng hệ thống nhiên liệu CNG biện pháp khắc phục Kết luận ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Sỹ Vũ Số thẻ sinh viên: 103150261 Lớp: 15C4VA Khoa: Cơ khí Giao thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: - Các thông số kỹ thuật phận động K20Z2 xe HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC từ tài liệu nhà sản xuất cung cấp Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu khí động đốt giới thiệu động K20Z2 lắp xe HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC Chương 2: Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC - Chương 3: Tính tốn nhiệt động - Chương 4: Các triệu chứng hư hỏng hệ thống CNG biện pháp khắc phục - Kết luận Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): STT Nội dung vẽ Bản vẽ sơ đồ cung cấp CNG sử dụng hòa trộn kết hợp với van tiết lưu van công suất Bản vẽ sơ đồ cung cấp CNG phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy Bản vẽ sơ đồ cung cấp CNG phương pháp phun CNG đường nạp Bản vẽ sơ đồ cung cấp CNG sử dụng hòa trộn Số lượng/Loại 1/A3 1/A3 1/A3 1/A3 1/A3 Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu động Honda Civic Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG động ô tô Honda Civic i.VTEC Bản vẽ kết cấu giảm áp Bản vẽ bình chưa CNG 1/A3 Bản vẽ kết cấu van bình chứa van nạp 1/A3 1/A3 1/A3 10 11 Bản vẽ kết cấu hòa trộn Bản vẽ kết cấu van không tải, van điện từ, van công suất cấu tiết lưu 1/A3 1/A3 11/A3 Tổng Họ tên người hướng dẫn: PGS TS Dương Việt Dũng Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2020 Ngày hoàn thành đồ án: 26/06/2020 Đà nẵng, ngày 25 , tháng 06 ,năm 2020 Trưởng môn Người hướng dẫn PGS TS Dương Việt Dũng PGS TS Dương Việt Dũng LỜI NÓI ĐẦU Động đốt sử dụng loại nhiên liệu truyền thống với phương tiện giao thông vận tải nguồn gây ô nhiễm chủ yếu nghiêm trọng cho môi trường không khí Hiện nay, với tiến khoa học kỹ thuật trình làm việc động đốt cải tiến cách mạnh mẽ tạo thành công đáng kể cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường Nhưng với khắt khe tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường khí thải động số nước giải pháp khơng đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe Vì cần có giải pháp hữu hiệu để khắc phục vấn đề Một giải pháp sử dụng loại nhiên liệu “sạch” gây ô nhiễm để thay cho loại nhiên liệu truyền thống Với tình hình khan nhiên liệu mức độ nhiễm bầu khí nay, việc ứng dụng CNG vào phương tiện vận tải thiết yếu nhằm đa dạng hoá nguồn nhiên liệu giải hữu hiệu vấn để ô nhiễm môi trường phương tiện vận tải gây ra, lẽ mà em chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe tô HONDA CIVIC 2.0 IVTEC’’ để giải vấn đề Tuy nhiên trình nghiên cứu khảo sát thiết kế, thời gian khả hiểu biết cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong lượng thứ đóng góp ý kiến bổ sung thầy giáo Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Cơ khí Giao thơng, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Và đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Dương Việt Dũng, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án Đà nẵng, ngày 25, tháng 06, năm 2020 Sinh viên thực Trần Sỹ Vũ i CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung tập đồ án em thực hướng dẫn thầy giáo PGS TS Dương Việt Dũng Các nội dung, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu có nội dung thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực Trần Sỹ Vũ ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ K20Z2 TRÊN XE Ô TÔ HONDA CIVIC 2.0 I.VTEC 1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu lỏng truyền thống 1.2 Giới thiệu khí nén thiên nhiên 1.2.1 Nguồn gốc, trình khai thác xử lý khí 1.2.2 Tính chất khí CNG 1.3 Các phương pháp cung cấp khí CNG cho động đốt 1.3.1 Cung cấp CNG cho động sử dụng hòa trộn kết hợp với van tiết lưu van công suất 1.3.2 Cung cấp CNG cho động phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy 1.3.3 Cung cấp CNG cho động phương pháp phun CNG đường nạp 1.3.4 Cung cấp khí CNG cho động sử dụng hòa trộn 1.4 Giới thiệu Honda Civic 2.0 i.VTEC 11 1.5 Giới thiệu động K20Z2 14 1.6 Các cấu động K20Z2 16 1.6.1 Cơ cấu phân phối khí 16 1.6.2 Cơ cấu trục khuỷu, truyền 18 1.6.3 Hệ thống nhiên liệu 19 1.6.4 1.6.5 1.6.6 1.6.7 Hệ thống bôi trơn 20 Hệ thống làm mát 21 Hệ thống đánh lửa 21 Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR) 22 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC 25 iii 2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG 25 2.2 Các phận hệ thống cung cấp khí CNG 27 2.2.1 Bình chứa CNG 27 2.2.2 Van bình chứa 28 2.2.3 Van điện từ 29 2.2.4 Van nạp 31 2.2.5 Bộ hòa trộn 31 2.2.6 Cơ cấu tiết lưu 36 2.2.7 Ziclơ mạch công suất 37 2.2.8 Bộ giảm áp 38 2.2.9 Van công suất 40 2.2.10 Van không tải 41 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ 42 3.1 Tính tốn nhiệt động dùng xăng 42 3.1.1 Các số liệu ban đầu 42 3.1.2 Các thông số chọn 42 3.1.3 Tính tốn chu trình cơng tác 43 3.2 Tính tốn nhiệt động dùng nhiên liệu CNG 50 3.2.1 Các thông số ban đầu 50 3.2.2 Các thông số chọn 51 3.2.3 Tính tốn chu trình cơng tác 51 Chương 4: CÁC TRIỆU CHỨNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG CNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 60 4.1 Sơ đồ bố trí 60 4.2 Các triệu chứng hư hỏng hệ thống nhiên liệu CNG biện pháp khắc phục 62 4.2.1 Động khó khơng khởi động 62 4.2.2 Động công suất tốc độ cao, gia tốc 62 4.2.3 Tiêu thụ nhiều nhiên liệu 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Danh sách bảng Bảng 1.1 Thành phần CNG Bảng 1.2 So sánh đặc tính CNG với xăng Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật xe Honda Civic 2.0 i-VTEC 12 Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật động K20Z2 15 Bảng 1.5 Đường kính tiêu chuẩn cổ pittơng 18 Bảng 1.6 Khe hở cho phép xécmăng 18 Bảng 1.7 Đường kính cổ trục 19 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG 28 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật van bình chứa 29 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật van điện từ 30 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật van nạp 31 Bảng 2.5 Bảng giá trị an 34 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật giảm áp 40 Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật van công suất 41 Bảng 3.1 Thông số ban đầu 42 Bảng 3.2 Thông số chọn 42 Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố C, H, O nhiên liệu xăng 44 Bảng 3.4 Bảng hệ số tổn thất dựa vào loại động 49 Bảng 3.5 Thông số ban đầu 50 Bảng 3.6 Thông số chọn 51 Danh sách hình Hình 1.1 Cung cấp khí CNG dùng hòa trộn kết hợp van tiết lưu Hình 1.2 Cung cấp khí CNG phương pháp phun trực tiếp Hình 1.3 Cung cấp khí CNG phương pháp phun đường nạp Hình 1.4 Cung cấp khí CNG sử dụng hịa trộn 10 Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể xe Honda Civic 2.0 i-VTEC 11 Hình 1.6 Động K20Z2 15 Hình 1.7 Sơ đồ bố trí chi tiết cấu phân phối khí 17 Hình 1.8 VTEC hoạt động tốc độ cao 17 v Hình 1.9 Sơ đồ bố trí chi tiết cấu trục khuỷu, truyền 18 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng động K20Z2 20 Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý mạch dầu bôi trơn 20 Hình 1.12 Sơ đồ bố trí chi tiết hệ thống làm mát 21 Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động K20Z2 22 Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống tuần hồn khí xả (EGR) 24 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xăng động K20Z2 25 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG động K20Z2 26 Hình 2.3 Bình chứa CNG 28 Hình 2.4 Kết cấu van bình chứa 28 Hình 2.5 Kết cấu van điện từ 29 Hình 2.6 Kết cấu van nạp 31 Hình 2.7 Kết cấu hịa trộn 32 Hình 2.8 Các loại hịa trộn 33 Hình 2.9 Bộ hịa trộn trực giao 33 Hình 2.10 Sơ đồ tính tốn đường kính lỗ phun 36 Hình 2.11 Kết cấu tiết lưu 37 Hình 2.12 vẽ chi tiết mạch công suất 37 Hình 2.13 Kết cấu ziclơ mạch công suất 38 Hình 2.14 Bộ giảm áp 39 Hình 2.15 Kết cấu giảm áp 39 Hình 2.16 Kết cấu van công suất 40 Hình 2.17 Kết cấu van không tải 41 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu CNG tô HONDA CIVIC 2.0 i.VTEC 60 Hình 4.2 Sơ đồ gá đặt bình chứa xe 62 vi Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC   1 298 0,09  , 105   ,5  v = 9,6.1,02 − 1,17.1. = 0,8658  9,6 − (298 + 8) 0.1   0.09     - Nhiệt độ cuối trình nạp Ta [oK]:   (Tk + T ) + t  r Tr  pa   pr  Ta = 1+  r m −1 m (298 + 8) + 1,17.0,0467.900. 0,09   0,105  Ta = + 0,0467 1, −1 1, = 336,9753 [oK] - Tính số mol khơng khí để đốt cháy hết 1Kg nhiên liệu: M0 = m r   n + − Cn H mOr  0,21  2 [3.39] Trong đó: CnHmOr - Là thành phần thể tích khí thành phần tương ứng nhiên liệu khí CNG Các số n, m, r số lượng nguyên tử C, H, O tương ứng phân tử nhiên liệu khí CNG có thành phần thể tích gồm 90,42% Methane (CH4); 4,04% Ethane (C2H6); 0,14% Ethylene (C2H4); 2,05% Propane (C3H8); 3,32% Nitrogen (N2) Do ta có: Mo =    6 4 8    1 + .0,9042 +  + .0,0404 +  + .0,0014 +  + .0,0205  0,21   4 4 4     M0= 9,793 [Kmol khơng khí/ Kmol nhiên liệu] - Tính số mol khí nạp M1 [kmol khơng khí/kg nhiên liệu]: M = +  M M1 = + 1.9,793 =10,793 [kmol khơng khí/kg nhiên liệu] b Tính tốn q trình nén - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí m Cvkk [KJ/Kmol.K]: bv TK [KJ/Kmol.K] b 0,00419 = av + v TK = 19,806 + 298 =20,4303[KJ/Kmol.K] 2 m C vkk = a v + m Cvkk - Tỷ nhiệt mol trung bình sản phẩm cháy m C v : m Cv = a v + bv Tr [KJ/Kmol.K] Trong đó: SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 52 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe tô HONDA CIVIC i.VTEC a"v = 19,867 + 1,634 1,634 = 19,867 + = 21,501  184,36  −5  b"v =  427,38 + .10 = 0,0061   m C v = 21,501 + 0,0061 900 = 24,246 [KJ/Kmol.K] - Tỷ nhiệt mol trung bình hỗn hợp công tác mCv [KJ/Kmol.K] m Cv = mCVkk +  r mCV " [KJ/Kmol.K] 1+  r m C v = 20,4303 + 0,0467.24,246 = 20,6 [KJ/Kmol.K] + 0,0467 - Chỉ số nén đa biến trung bình n1: n1 = + 8,314 ' v ( [3.40] ) b a + Ta  n1 −1 + ' v Với: av = av +  r av 1+  r a v = 19,806 + 0,0467.21,501 = 19,8816 + 0,0467 bv = bv +  r bv 1+  r bv = 0,00419 + 0,0467.0,0061 = 0,00427 + 0,0467 Ta có: n1= 1+ 8,314 0,00427 19,8816 + 336,9753 9,6 n1 −1 + ( ) Chọn n1= 1,373 - Nhiệt độ cuối trình nén Tc [K] Tc = Ta  n −1 Tc= 336,9753.9,61,373 -1 = 783,403 [K] - Áp suất cuối trình nén Pc: Pc = pa  n [MN/m2] Pc = 0,09.9,61,373 = 2,0086 [MN/m2] c Tính tốn q trình cháy - Tính lượng thay đổi thể tích khí cháy M: SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 53 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC Đối với nhiên liệu khí ta có cơng thức m r  + − 1Cn H mOr 4  M =  [3.41] 4  6  8  4  M =  − 1.0,9042 +  − 1.0,0404 +  − 1.0,0205 +  − 1.0,0014 4  4  4  4  = 0,0407 [kmol/Kmol nhiên liệu] - Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kmol nhiên liệu]: M = M1 + M M = 10,793 + 0,0407 = 10,8337 [kmol/kmol nhiên liệu] - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết  0 = M2 M1 0 = M 10,8337 = 1,0038 = M 10,793 - Hệ số biến đổi phân tử thực tế  = o +  r 1+  r = 1,0038 + 0,0467 = 1,0036 + 0,0467 - Hệ số biến đổi phân tử  z z z = + o −  z +  r b  z = 1+ 1,0038 − 0,85 =1,0032 + 0,0467 0,95 - Tính hệ số toả nhiệt xz z: xz = z b xz =  z 0,85 = = 0,8947  b 0,95 - Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn QH: QH = 120000(1-)M0 Do  = nên QH = - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất m Cvz z m C vz = a vz + bvz Tz Trong đó: SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 54 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC     + a v M (1 − x z ) a v.M  x z +  o   a vz =    M  x z + r  + M (1 − x z ) o   0,0467   21,501.10,8337. 0,8947 +  + 19,8816.10,793.(1 − 0,8947 ) 1,0038   = 21,3386 a vz = 0,0467   10,8337. 0,8947 +  + 10,793.(1 − 0,8947 ) 1,0038      bv.M  xz +  + bv M (1 − xz ) o   bvz =    M  xz + r  + M (1 − xz ) o   0,0467   0,0061.10,8337. 0,8947 +  + 0,00427.10,793.(1 − 0,8947 ) 1,0038   = 0,0059 bvz = 0,0467   10,8337. 0,8947 +  + 10,793.(1 − 0,8947 ) 1,0038   - Nhiệt độ cực đại chu trình Tz [K] Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy:  z (QH − QH )  Tc =  z m C ' ' vz Tz + m C vc M (1 +  r ) [3.42] Đối với nhiên liệu CNG, nhiệt trị thấp CNG theo [1] tính sau: QH = 12,8CO + 10,8H2 + 35,8CH4 + 56C2H2 + 59,5C2H4 + 63,4C2H6 + 91C3H8 + 120C4H10 + 144C5H12 [MJ/m3] QH = 35,8.0,9042 + 59,5.0,0014 + 63,4.0,0404 + 91.0,0205 = 36,88 [MJ/m 3] Đưa dạng phương trình bậc hai: ATz2 + BTz + C = A=  z bvz = 1,0032.0,0059/2 = 0,00295 B =  z avz = 1,0032 21,3386 = 21,4068 C= − (a v + C =− bv  (Q − Q H ) Tc ).Tc − z H M1 (1 +  r ) 22,4 0,85.36880.22,4 0,00427 − (19,8816 + 783,403).783,403 = -79043,0859 10,793.(1 + 0,0467) Vậy phương trình bậc hai: 0,00295Tz2 + 21,4068Tz − 79043,0859 = Giải phương trình loại nghiệm âm ta có: Tz = 2693,0117 [K] - Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2] SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 55 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC p z = pc Tz  z [MN/m2] Tc Pz = 2,0086 Với  = 2693,0117 1,0032 = 6,9268 [MN/m2] 783,403 2694,7996 Tz 1,0032 = 3,45 z = Tc 786,3295 d Quá trình giãn nở - Tỷ số giãn nở sớm : =1 - Tỷ số giãn nở sau :  =  = 9,6 - Kiểm nghiệm lại trị số n2: 8,314 (b −  z ).(QH − QH ) + a + bz (T + T ) vz z b M1 (1 +  r ). (Tz − Tb ) ) n2 − = Trong đó: Tb = Tz n n2 − = −1 [oK] (0,95 − 0,85).36880.22,4 8,314  2693,0117  10,793.(1 + 0,0467 ).1,0036. 2693,0117 − ) 9,6 n2 −1   + 21,3386 + 0,0059  2693,0117    2693,0117 +  9,6 n2 −1  Vậy chọn n2 = 1,2 - Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb [oK] Tb = Tb =  Tz n2 −1 [oK] 2693,0117 = 1713,105 [oK] 1, −1 9,6 - Áp suất cuối trình giãn nở Pb [MN/m2] pb = Pb = pz n 6,9268 = 0,4589 [MN/m2] 9,6 1, - Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Trtính [oK] P Trt = Tb  r  Pb SVTH: Trần Sỹ Vũ    m −1 m [oK] GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 56 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC  0,105  Trtính = 1713,105.   0,4589  Sai số: 1, −1 1, = 1047,79 [oK] Trtính − Trchon 1047,79 − 900 = = 14,1%  15% Trtính 1047,79 e Tính tốn thơng số chu trình cơng tác Tính tốn thơng số thị: ' - Áp suất thị trung bình P i [MN/m2] P 'i = Pc  λ     1 − n2−1  − 1 − n1−1  [MN/m ]  ε −  n −  ε  n1 −  ε   P'i =   2,0086  3,45   1 1 − 1,2-1  − 1 − 1,373 −1  = 1,1091 [MN/m ]  9,6 − 1,2 −  9,6  1,373 −  9,6  - Áp suất thị trung bình thực tế pi [MN/m2] p i = pi. â [MN/m2] p i = 1,1091.0,965 = 1,0702 [MN/m2] - Hiệu suất thị  i : Với nhiên liệu thể khí ta có: i = 371,15.M1.Tk pi Q H  v p k 103 i = 371,15.10,793.298.1,0702 = 0,4 36880.0,8658.0,1.10 (Với QH tính J/m3) - Suất tiêu hao nhiên liệu thị [m3/kw.h] p k  v Vi = 9700 Vi = 9700 M1.pi Tk [m / kw.h] [3.43] 0,1.0,8658 = 0,2439 [m / kw.h] 10,793.298.1,0702 Tính tốn thơng số có ích: - Tổn thất giới pm [MN/m2] Theo công thức kinh nghiệm: p m = a + b.C m + p r − p a Trong : C m = S n 0,086.6000 = = 17,2 [m/s] 30 30 Tuỳ theo động tỷ số S/D, loại buồng cháy tra giá trị a, b theo bảng [3.4] Vậy: p m = 0,024 + 0,0053.17,2 + 0,105 − 0,09 = 0,1301 [MN/m2] SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 57 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC - Áp suất có ích trung bình p e [MN/m2] p e = p i − p m [MN/m2] p e = 1,0702 - 0,1301 = 0,9401 [MN/m2] - Hiệu suất giới m : m = pe pi m = 0,9401 = 0,8784 1,0702 - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ve [m3/kw.h] Ve = Vi m Ve = [m3/kw.h] [3.44] 0,2439 = 0,2776 [m3/kw.h] 0,8784 - Hiệu suất có ích e  e =  m  i  e =0,8784.0,4 = 0,3513 - Công suất cực đại động dùng nhiên liệu CNG Ne = pe i.n.Vh [kw] 30. [3.45] Với Vh thể tích cơng tác động tính theo cơng thức sau:  D2 3,14.862 86.10−6 = 0,4996 [lít] 4 0,9401.4.6000.0,4996 Ne = = 93,9347 [kw] 30.4 Vh = S = - Độ giảm công suất động dùng CNG so với xăng: N e = N ex - N CNG 144 − 93,9347 100 = 100 = 34,76% N ex 144 Nhận xét: - Từ phương trình hệ số nạp cho ta thấy hệ số nạp chủ yếu phụ thuộc vào áp suất Pa, Pr, Tr, sức cản bầu lọc khơng khí tiết diện đường nạp…Hệ số nạp động sử dụng CNG nhỏ động sử dụng xăng ngồi yếu tố trên, cịn phụ thuộc vào trở lực lắp họng khuếch tán đường nạp, chiếm thể tích nhiên liệu khí lớn nhiên liệu lỏng, dẫn đến có tổn thất - Áp suất cực đại chu trình Pz động chạy nhiên liệu xăng lớn chạy nhiên liệu CNG có thay đổi tương đối số mol khí cháy hỗn SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 58 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC hợp công tác Hệ số biến đổi phân tử áp suất Z (z) Tz nhiên liệu xăng lớn nhiên liệu CNG Từ phương trình Pz=z.Tz/Tc.Pc, ta thấy z tăng dẫn đến Pz tăng - Khi động chạy nhiên liệu CNG cơng suất động giảm 34,76% so với động sử dụng nhiên liệu xăng, chuyển cách dùng nhiên liệu từ động chạy nhiên liệu lỏng sang nhiên liệu khí, động không thay đổi mặt kết cấu lắp thêm họng khuếch tán đường nạp khơng thể tận dụng hết tính chất tốt nhiên liệu khí tính chịu nén cao Nhiên liệu CNG có số Octan cao, ta tăng tỷ số nén động lên cơng suất động sử dụng CNG tăng lên tương đương với dùng xăng SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 59 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC Chương 4: CÁC TRIỆU CHỨNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG CNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 4.1 Sơ đồ bố trí Mục đích việc bố trí hệ thống cung cấp CNG lên ô tô HONDA CIVIC nhằm tạo thêm hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động hoạt động độc lập so với hệ thống nhiên liệu nguyên thuỷ Nhằm đa dạng hố nguồn nhiên liệu, giảm thiểu nhiễm môi trường, tăng khả dự trữ nguồn lượng cho động Yêu cầu lắp đặt hệ thống CNG lên xe không làm ảnh hưởng đến hệ thống nhiên liệu nguyên thủy Các phận hệ thống CNG lắp xe vị trí thuận lợi cho việc tháo, lắp, bảo trì sửa chữa Khơng làm tính ổn định tính an tồn xe vận hành 10 11 12 13 A A Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu CNG ô tô HONDA CIVIC 2.0 i.VTEC 1: Van bình chứa; 2: Van nạp; 3: Bình chứa khí; 4: Giá đặt bình chứa; 5: Cơng tắc chuyển đổi; 6: Van điện từ; 7: Két làm mát; 8: Bộ giảm áp; 9: Van điện từ giảm áp; 10: Van không tải; 11: Bầu lọc không khí; 12: Bộ hịa trộn; 13: Van cơng suất Khoang hành lý có bề rộng 500 mm nên ta bố trí bình chứa Đặc điểm phương án bố trí khoang hành lý dễ dàng lắp tháo bình cần thiết Từ phân tích trên, ta chọn phương án bố trí bình chứa CNG khoang hành lý tơ * Phương pháp gá đặt bình chứa CNG khoang hành lý + Chọn số bình chứa cần lắp đặt lên xe SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 60 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe tơ HONDA CIVIC i.VTEC Khối lượng khí chứa bình là: G= P.V R.T Trong đó: G: Khối lượng khí [Kg] P: Áp suất bình chứa [N/m2] V: Dung tích bình chứa [m3] R: Hằng số chất khí [J/Kg.K] R= R  = 8314   : Phân tử lượng môi chất  CNG = 0,0404  C 2H + 0,9  CH + 0,02  C 3H + 0,0014  C H + 0,033  N  CNG = 0,0404.30 + 0,9.16 + 0,02.44 + 0,0014.28 + 0,033.28 = 17,5 Ta có: G= 17,5.200.10 5.57.10 −3 8314.300 = [Kg] Thời gian chạy động bình khí chế độ tồn tải là: t= G = = 0,56 [h] 0,004.3600 G nl Vậy ta sử dụng bình để cấp cho tơ thời gian phải nạp lại nhiên ngắn hiệu sử dụng khơng cao Do ta sử dụng nhiều bình để cấp cho động tuỳ thuộc vào khơng gian khoang hành lý Ta chọn đồng thời dùng hai bình để cấp cho động Do bề rộng khoang hành lý hẹp ta khơng thể đặt hai bình dọc song song mà ta phải đặt chồng hai bình lên Với kiểu bố trí hai buồng đặt chồng lên địi hỏi đồ gá đặt phải có kết cấu chắn để giữ bình chứa ổn định trình vận hành xe SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 61 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC A-A A 655 A 490 800 20 310 500 Hình 4.2 Sơ đồ gá đặt bình chứa xe 1: Bình chứa; 2: Bu long định vị bình chứa giá; 3: Tấm đệm cao su; 4: Giá đỡ bình; 5: Bu lơng định vị giá đỡ với xe; 6: Van bình chứa 4.2 Các triệu chứng hư hỏng hệ thống nhiên liệu CNG biện pháp khắc phục 4.2.1 Động khó khơng khởi động a Ngun nhân + Khơng có khí CNG: Bình chứa hết khí rị rĩ đường ống chi tiết hệ thống + Ống dẫn nhiên liệu bị tắc + Van giảm áp giảm áp bị kẹt làm nhiên liệu không cấp vào giảm áp + Hỗn hợp nhạt thiếu CNG b Biện pháp kiểm tra khắc phục + Kiểm tra đồng hồ báo nhiên liệu xem có cịn CNG hay khơng Nếu hết ta nạp vào Nếu bình chứa cịn mà khơng có nhiên liệu cấp cho động ta kiểm tra dọc đường ống dẫn xem có bị rị rĩ hay bị dập khơng sau sửa chữa thay đoạn ống bị hỏng + Kiểm tra độ mở tiết lưu khơng tải nhỏ q ta điều chỉnh lại cho phù hợp 4.2.2 Động công suất tốc độ cao, gia tốc a Nguyên nhân SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 62 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC + Mạch ga bị nghẽn + Van công suất không mở + Tiết diện lưu thơng qua mạch nhỏ b Biện pháp kiểm tra khắc phục + Van công suất không làm việc khơng có nguồn điện cấp vào van bị kẹt Do ta kiểm tra mối đấu dây xem có lỏng hay khơng, lỏng ta đấu chặt lại Van bị kẹt lị xo bị kẹt với chốt dẫn hướng van, ta tháo sửa chữa 4.2.3 Tiêu thụ nhiều nhiên liệu a Nguyên nhân + Tốc độ không tải cao + Tiết diện lưu thông nhiên liệu qua mạch cấp hệ thống lớn b Biện pháp kiểm tra khắc phục + Tốc độ không tải cao tiết lưu mạch không tải điều chỉnh độ mở lớn, để khắc phục tượng ta điều chỉnh vít tiết lưu khơng tải để chỉnh lại độ mở + Điều chỉnh vít tiết lưu mạch để hạn chế bớt tiết diện lưu thông nhiên liệu qua mạch SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 63 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC KẾT LUẬN Với đề tài “Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe tơ HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC”, em hồn thành số nội dung là: + Các phương án cung cấp khí CNG cho động đốt + Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho đơng K20Z2 + Tính tốn số chi tiết hệ thống Do điều kiện tính tốn nằm mức độ lý thuyết mà không kiểm định thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót nội dung đề tài có giá trị định làm tiền đề cho đề tài sau hoàn thiện ứng dụng thực tế Cũng từ tính tốn lý thuyết ta nhận thấy vấn đề khó khăn động sử dụng khí thiên nhiên CNG lắp phương tiện giao thông vấn đề chứa nhiên liệu Do trạng thái CNG chứa bình nén với áp suất cao nên khả chứa nhỏ khơng gian chứa nhiên liệu khối lượng bình chứa lớn nhiều so với nhiên liệu lỏng nên không gian bố trí bình nhiên xe khó khăn Hiện nay, giới sở hạ tầng phát triển, nhiều nước nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí dùng cho động Cịn Việt Nam, việc sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động bắt đầu phát triển từ năm 2008 Trước đây, loại khí chủ yếu sử dụng làm nhiên liệu cho sở công nghiệp lớn nhà máy thép Thủ Đức, thép Biên Hịa, thép Pomina, Cơng ty gạch men Bạch Thanh Tổng Cơng ty Khí Việt Nam (Petro Vietnam Gas – PV Gas) đơn vị cung cấp CNG cho thị trường nước PVGas cam kết đảm bảo cung cấp đủ nhu cầu không cho ngành công nghiệp mà ngành giao thông vận tải CNG sử dụng giao thông vận tải vận chuyển xe bồn có sức chứa khoảng tấn, với áp suất bồn tới 250 bar tới trạm CNG cho xe buýt, taxi phương tiện giao thơng khác sử dụng CNG Vì với thị trường đầy tiềm vậy, nên việc sử dụng nhiên liệu khí CNG thay dần nhiên liệu truyền thống có ý nghĩa thực tế Tuy nhiên thời gian làm đề tài có hạn, thời gian thực tế cịn q ít, tài liệu tham khảo hạn chế chưa cập nhật đầy đủ tài liệu động khí CNG nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót nghiên cứu hiểu sâu hệ thống cần nghiên cứu Em kính mong thầy, bạn đóng góp ý kiến để đồ án em hoàn thiện SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 64 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe tô HONDA CIVIC i.VTEC Cuối cùng, cho em bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo khoa Cơ khí Giao thơng, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Và đặc biệt, em chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Dương Việt Dũng, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 25, tháng 06, năm 2020 Sinh viên thực Trần Sỹ Vũ SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 65 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i.VTEC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Nguyễn Quang Trung, “Giáo trình mơn học nhiên liệu vật liệu bôi trơn” [2] GS.TSKH Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng, “Ơ tơ nhiễm mơi trường” Nhà xuất giáo dục 1999 [3] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến, “Nguyễn lý động đốt trong” Nhà xuất giáo dục, năm 1994 [4] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, “Kết cấu tính tốn động đốt trong” Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1979 [5] PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng, “Bài giảng tính tốn động đốt trong” Bộ môn Máy động lực, Khoa Cơ Khí Giao Thơng, ĐHBKĐN [6] https://fr.scribd.com/ SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 66 ... Dũng 10 Nghiên cứu tính tốn hệ thống cung cấp khí CNG cho động K20Z2 lắp xe ô tô HONDA CIVIC i. VTEC 1.4 Gi? ?i thiệu Honda Civic 2. 0 i. VTEC Xe Honda Civic 2. 0 i- VTEC lo? ?i xe du lịch chỗ ng? ?i Xe trang... quan hệ thống nhiên liệu khí động đốt gi? ?i thiệu động K20Z2 xe ô tô Honda Civic 2. 0 i. VTEC Chương 2: Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động lắp tơ Honda Civic i. VTEC Chương 3: Tính tốn nhiệt... KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN HONDA CIVIC 2. 0 I- VTEC 2. 1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG Ta sử dụng nhiên liệu CNG cho động K20Z2 lắp ô tô HONDA CIVIC theo kiểu hệ thống nhiên