Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn ETHANOL DIESEL đến thành phần khí thải của động cơ DIESEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐOÀN VIỆT BẮC TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN ETHANOL-DIESEL ĐẾN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐOÀN VIỆT BẮC TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN ETHANOL-DIESEL ĐẾN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.0116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS: Dƣơng Việt Dũng Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết tơi trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đồn Việt Bắc NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN ETHANOL – DIESEL ĐẾN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Học viên: Đoàn Việt Bắc Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.01.16 Khóa: K30, Trƣờng 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 nhiễm mơi trường khí thải gây Tuy nhiên để tổng quát hóa việc áp dụng, việc nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Ethanol-diesel đến thành phần khí thải động diesel cần đánh giá thực nghiệm Các kết đạt luận văn cải thiện đánh kể nồng độ chất khí thải động EV2600 dùng nhiên liệu diesel DO0,05S pha thêm 3%, 5%, 7%, 10% Ethanol Động thử nghiệm băng thử công suất Froude Kết thử nghiệm cho thấy nồng độ khí thải CO2[%] NOx[ppm] hỗn hợp DOE7 thấp thấp DO0,05S; Nồng độ khí thải giảm tăng phụ tải đạt giá trị cực tiểu gần với chế độ phụ tải toàn tải (100% phụ tải - bắt đầu nhả khói đen) Từ khóa - Ethanol; Diesel; ô nhiễm môi trường; tỷ lệ phối trộn; nồng độ khí thải EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECT OF MIXING RATIOS OF ETHANOL - DIESEL TO EXHAUST GAS INGREDIENT OF DIESEL ENGINES Summary - 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 on the effect of the mixing ratio of Ethanol-diesel on the exhaust gas composition of the diesel engine should be evaluated experimentally The results of this thesis show an improvement in the emission levels of EV2600 diesel DO0.05S diesel fuel by adding 3%, 5%, 7%, and 10% Ethanol The engine was tested on the Froude test strip Test results showed that the CO2 concentration [%] and NOx [ppm] of the DOE7 mixture were lowest and lower than DO0.05S; The exhaust gas concentration decreases as the load increases and reaches a minimum value close to the full load mode (100% charge - starts to release the black smoke) Key words - Ethanol; Diesel; Environmental pollution; mixing ratio; exhaust gas concentration MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VIỄN CẢNH VỀ NGUỒN NHIÊN LIỆU HĨA THẠCH VÀ VẤN ĐỀ Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG HIỆN NAY 1.1.1 Sự bùng nổ khí hậu tồn cầu 1.1.2 Vấn đề nhiễm mơi trường nguồn lượng hóa thạch gây 1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC ETHANOL NHẰM GIẢM Ô NHIỂM MÔI TRƯỜNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel pha ethanol giới nước khu vực 1.2.2 Tình hình sử dụng nghiên cứu nhiên liệu sinh học diesel pha ethanol Việt Nam 1.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ỨNG DỤNG ETHANOL NHẰM GIẢM Ô NHIỂM MÔI TRƯỜNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TÍNH CHẤT LÝ HĨA CỦA DIESEL PHA ETHANOL 2.1.1 Giới thiệu chung Ethanol 2.1.2 Thành phần hóa học tính chất lý hóa 10 2.2 TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL PHA 11 ETHANOL 2.2.1 Nhiệt trị 11 2.2.2 Tính bay nhiên liệu dùng động Diesel 12 2.2.3 Tính lưu động nhiệt độ thấp tính phun sương 13 2.2.4 Nhiệt độ bén lửa nhiệt độ tự bốc cháy 14 2.2.5 Đánh giá tính tự cháy hỗn hợp nhiên liệu 15 2.2.6 Xác định tỉ lệ hòa trộn hỗn hợp Diesel Ethanol 17 2.2.7 Tính chất hỗn hợp nhiên liệu thực nhiệm 18 2.2.8 Đánh giá ưu nhược điểm nhiên liệu hỗn hợp 19 2.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT PHÁT THẢI Ơ NHIỄM CỦA 19 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.3.1 Sự hình thành COx 19 2.3.2 Sự hình thành hydrocarbure (HC) 21 2.3.3 Sự hình thành NOx 24 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HỖN HỢP NHIÊN LIỆU VÀ KHƠNG 26 KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 2.4.1 Hệ thống nhiên liệu động diesel 26 2.4.2 Các phương pháp tạo hỗn hợp nhiên liệu Ethanol Diesel 2.5 CÁC TIÊU CHUẨN VỀ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 2.5.1.Tiêu chuẩn khí thải châu Âu 2.5.2 Tiêu chuẩn khí thải số nước khác 2.5.3 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam 2.5.4 Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải Việt Nam 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục tiêu, yêu cầu thực nghiệm 3.1.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 3.1.3 Hỗn hợp nhiên liệu thí nghiệm 3.2 QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 3.2.2 Qui trình thực nghiệm 3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRÊN BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ 3.3.1 Nhiên liệu diesel(DO) 3.3.2 Nhiên liệu 3% ethanol pha diesel (DOE3) 3.3.3 Nhiên liệu 5% ethanol pha diesel (DOE5) 3.3.4 Nhiên liệu 7% ethanol pha diesel (DOE7) 3.3.5 Nhiên liệu 10% ethanol pha diesel (DOE10) 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 PHÂN TÍCH Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL PHA ETHANOL 3%, 5%, 7%, 10% 4.1.1 Phân tích thành phần CO2 khí thải 4.1.2 Phân tích thành phần NOx khí thải 4.1.3 So sánh khí thải CO2 nhiên liệu DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 nhiên liệu DO vị trí 4.1.4 So sánh khí thải NOx nhiên liệu DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 nhiên liệu DO vị trí 4.1.5 Đánh giá nhiễm môi trường động sử dụng loại nhiên liệu DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 4.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG KẾT LUẬN CHUNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỂ TÀI DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 31 31 34 36 38 39 40 40 40 41 48 48 48 49 50 50 52 53 54 55 56 57 57 57 60 62 66 70 70 72 73 74 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Yêu cầu kỹ thuật Ethanol nhiên liệu biến tính, [3],[22] 2.2 So sánh đặc tính lý hoá Ethanol Diesel 11 2.3 Các thơng số độ nhớt 14 2.4 Bảng tính số cetane hỗn hợp nhiên liệu 17 2.5 Tiêu chuẩn khí thải cho xe khách, g/km [24] 31 2.6 Tiêu chuẩn khí thải xe thương mại hạng nhẹ [24] 32 2.7 Tiêu chuẩn khí thải xe tải xe buýt (Động Diesel, g/kWh) [27] 34 2.8 Tiêu chuẩn liên bang giới hạn độc hại động diesel xe tải 34 2.9 Tiêu chuẩn khí thải cho xe 35 2.10 Tiêu chuẩn khí thải ô tô du lịch sử dụng động Diezen 35 2.11 Tiêu chuẩn khí thải ơtơ vận tải nhẹ sử dụng động xăng hay GPL 35 2.12 Tiêu chuẩn ô nhiễm ô tô chế độ không tải 35 2.13 Giới hạn tối đa cho phép thành phần ô nhiễm xả phương tiện vận tải.[25] 37 2.14 Quy định thành phần khí thải cho phép theo TCVN 6438 – 2001 37 2.15 Quy định thành phần khí thải cho phép cho động xăng 38 3.1 Đặc điểm kỹ thuật máy phân tích khí thải KGENG 46 3.2 Số liệu thực nghiệm nhiên liệu DO 50 4.1 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO vị trí 63 4.2 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO vị trí 64 4.3 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO vị trí 65 4.4 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO vị trí 66 4.5 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO vị trí 67 4.6 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải Nox nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO vị trí 68 4.7 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải Nox nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO vị trí 68 4.8 Bảng so sánh tỷ lệ tăng giảm nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO vị trí 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Tên hình vẽ Trang Hiểm họa gia tăng nhiệt độ trái đất Ô nhiễm khí thải từ loại phương tiện giao thông đến môi trường sức khỏe người Đồ thị sản lượng trữ lượng biodiesel toàn giới Cấu trúc phân tử Ethanol Ảnh hưởng hệ số dư lượng khơng khí đến nồng độ CO So sánh nồng độ CO đường thải cho mơ hình thực nghiệm So sánh nồng độ CO theo góc đánh lửa sớm Biến thiên nồng độ số hydrocarbure theo góc quay trục khuỷa Sự hình thành HC màng lửa thành buồng cháy Nguồn phát sinh HC động đánh lửa cưỡng Biến thiên nông độ NO theo hệ số dư lượng khơng khí Phương án 1: Hịa trộn tự nhiên qua đường nạp Phương án 2: Hòa trộn cưỡng buồng cháy Phương án 3: Hòa trộn trực tiếp Bố trí lắp đặt băng thử Froude động Lắp đặt băng thử Froude động Băng thử thủy lực Froude DPX3 thông số băng thử lực Cấu tạo sơ đồ mạch điện encoder tương đối Cảm biến biến dạng Hình dạng loadcell Kết nối strain gage loadcell Mạch khuếch đại tín hiệu loadcell Card NI-6009 Thiết bị AVL733S Thiết bị đo khí xả KGENG Đặc tính tải Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DO điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DO điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% 10 20 20 21 21 22 23 26 27 28 29 40 40 41 42 43 43 44 44 45 45 46 49 51 52 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE3 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE3 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE5 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE5 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE7 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE7 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải NOx nhiên liệu DOE10 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Đồ thị diễn biến nồng độ khí thải CO2 nhiên liệu DOE10 điểm đo vị trí 10%, 30%, 50%, 70% Diễn biến nồng độ khí thải CO2 DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 10% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải CO2 DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 30% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải CO2 DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 50% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải CO2 DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 70% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải NOx DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 10% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải NOx DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 30% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải NOx DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 50% vị trí Diễn biến nồng độ khí thải NOx DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 70% vị trí Đồ thị so sánh khí thải CO2 nhiên liệu DOE3 với DO vị trí 10%, 30%, 50%, 70% 52 53 53 54 54 55 55 56 57 58 58 59 60 61 61 62 63 34 Euro Tháng 9/2015 2.270 0.160 0,108 0.082 - 0.005 Bảng 2.7 Tiêu chuẩn khí thải xe tải xe buýt (Động Diesel, g/kWh) [27] Tiêu Chu kỳ Ngày CO HC NOx 4.5 1.1 8.0 0,612 4.5 1.1 8.0 0,36 Tháng 10/1996 4,0 1.1 7.0 0.25 Tháng 10/1998 4,0 1.1 7.0 0.15 1.0 0.25 2.0 0.02 2.1 0.66 5.0 0.10 chuẩn kiểm tra Năm 1992 85 kW PM Khói ECE R-49 Euro II Tháng 10/1999 EEV ESC ELR 0.15 Euro III Tháng 10/2000 ESC ELR 0.13 0.8 Euro IV Tháng 10/2005 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5 Euro V Tháng 10/2008 1.5 0.46 2.0 0.02 0.5 Euro VI 31/12/2013 1.5 0.13 0.4 0.01 2.5.2 Tiêu chuẩn khí thải số nƣớc khác Tiêu chuẩn khí thải Mỹ [24] Có hai loại tiêu chuẩn tiêu chuẩn liên bang áp dụng cho 49 bang bang California lại dùng tiêu chuẩn riêng Bảng 2.8 Tiêu chuẩn liên bang giới hạn độc hại động diesel xe tải Đời CO NOx CmHn P-M xe Ghi (g/mã (g/mã (g/mã lực.h) (g/mã lực.h) lực.h) lực.h) 1994 15.5 5.0 1.3 1998 15.5 4.0 1.3 0.1 0.05 (bus) 0.1 0.05 (bus) Nghiêm ngặt P-M Nghiêm ngặt NOx 35 Bảng 2.9 Tiêu chuẩn khí thải cho xe CO CmHn NOx Chất phát thải (g/mile) (g/mile) Liên bang 3.4 0.25 Bang California (áp dụng cho mẫu xe từ 1996 đến 2003) LEV ULEV LEV 3.4 1.7 0.075 P-M C-H-O (g/mile) (g/mile) (g/mile) 0.40 0.08 0.015 ULEV 0.04 0.2 0.04 0.008 Tiêu chuẩn Nhật Bản [24] Bảng 2.10 Tiêu chuẩn khí thải ô tô du lịch sử dụng động Diezen Năm trình thải CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) 10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ 1973 26 - 3.8 - 3.0 - 1975 2.7 20.81 0.39 2.33 1.6 2.7 1976 2.7 20.81 0.39 2.33 1.2 2.20 1978 2.7 20.81 0.39 2.33 0.48 1.47 1988 2.7 20.81 0.39 2.33 0.25 1.47 Bảng 2.11 Tiêu chuẩn khí thải ơtơ vận tải nhẹ sử dụng động xăng hay GPL Năm CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) trình 10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ thải 1974 680 ppm 670 ppm 590 ppm 1977 680 ppm 670 ppm 500 ppm 1979 680 ppm 670 ppm 450 ppm 1982 680 ppm 670 ppm 390 ppm 1983 680 ppm 670 ppm 610 ppm 1987 2.7 680 ppm 0.62 0.98 Các nước khác Bảng 2.12 Tiêu chuẩn ô nhiễm ô tô chế độ không tải Quy Nước Năm CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) trình 1987 FTP 75 2.11 0.25 0.62 1994 FTP 75 2.11 0.15 0.25 36 1982 1986 Quy trình FTP 72 FTP 75 Đài Loan 1987 1988 1989 ECE ECE FTP 75 Singapore Israel A rập xê út 1986 ECE 1983 1984 1987 (1) 1987 (2) 1989 1990 1991 1993 1988 1992 10 C.độ 10 C.độ FTP 75 Nước Hàn Quốc Mêxico Brazil Năm FTP 75 FTP 75 FTP 75 FTP 75 FTP 75 FTP 75 CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) 22.0 9.30 1.91 0.93 1.73 1.90 14.31 14.31 2.11 4.69 (HC+NOx) 4.69 (HC+NOx) 0.25 0.25 Tiêu chuẩn cộng đồng châu Âu 26 18 2.11 21.9 18.22 6.96 2.11 24 12 3.8 2.8 2.1 0.25 1.99 1.79 0.70 0.25 2.1 1.2 3.0 2.5 1.5 0.62 2.29 1.99 1.39 0.62 2.00 1.40 (1) Ơ tơ có động V < 800 cm3 (2) Ơ tơ < 2.5 có động V > 800 cm3 2.5.3 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam Tiêu chuẩn TCVN 5123-90: Ban hành năm 1990 Quy định hàm lượng CO khí thải động xăng chế độ không tải Tiêu chuẩn áp dụng cho tất ôtô sử dụng nhiên liệu xăng có khối lượng lớn 400kg Hàm lượng CO đo trực tiếp ống xả, cách miệng xả 300mm, hai chế độ: nmin 0,6 ndm (ndm tốc độ định mức) Hàm lượng CO không vượt 3,5% chế độ nmin 2,0% chế độ 0,6ndm [32] Tiêu chuẩn TCVN 5418-91: Ban hành năm 1991, quy định độ khói khí thải động Diesel Tiêu chuẩn áp dụng cho tất loại ô tô sử dụng động Diesel Độ khói thải đo chế độ gia tốc tự không vượt qua 40% HSU động không tăng áp 50% HSU động tăng áp [32] Tiêu chuẩn TCVN 6438-98: Ban hành năm 1988, quy định lại cụ thể giới hạn cho phép chất ô nhiễm thải phương tiện vận tải 37 Bảng 2.13 Giới hạn tối đa cho phép thành phần ô nhiễm xả phương tiện vận tải.[25] Phương tiện đăng ký Phương tiện sử dụng lần đầu Phương tiện lắp động xăng Thành phần Phương tiện lắp động Diesel phát thải Phương tiện lắp động Phương tiện lắp động Diesel xăng Mức Mức Mức Mức Mức Mức Mức Mức 2 6.,5 4.5 - - 4.5 - - - Động kỳ - 1.500 1.200 1.200 - Động kỳ - 7.800 7.800 7.800 - - - 72 50 CO (% V) HC (ppm V) Độ khói (% HSU) 85 72 - Tiêu chuẩn TCVN 6438 - 2001: Ban hành năm 2001, thay tiêu chuẩn TCVN 6438:1998 TCVN 5947:1996 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 22, Phương tiện giao thông Tổng cục đường Cục Đăng kiểm Việt Nam biên soạn [25] Bảng 2.14 Quy định thành phần khí thải cho phép theo TCVN 6438 – 2001 Phương tiện lắp động xăng Phương tiện lắp động Thành phần Các loại ô tô Mô tô, xe máy Diesel phát thải Mức Mức Mức 2 CO (% V) 6.5 6.0 4.5 3.5 4.5 4.5 HC (ppm V) Động kỳ 1.500 1.200 600 1500 1.200 Động kỳ 7.800 7.800 7.800 10.000 7.800 Động đặc 3.300 3.300 3.300 biệt Độ khói 85 72 50 (% HSU) 38 Tiêu chuẩn ban hành năm 2005: ( TCVN 6348: 2005) [5] Bảng 2.15 Quy định thành phần khí thải cho phép cho động xăng Thành phần gây Phương tiện lắp động xăng ô nhiễm Các loại ô tơ Mơ tơ, xe máy khí thải tối đa Mức Mức Mức Mức Mức CO (%) 4.5 3.5 3.0 4.5 HC (ppm) - Động kỳ - Động kỳ 1.200 7.800 800 7.800 600 7.800 1.500 7.800 1.200 7.800 Quyết định số 249/2005/QĐ-TTg, ngày 10 tháng 10 năm 2005 Quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải phương tiện giao thông giới đường Mức tiêu chuẩn khí thải giới hạn tối đa khí thải xe giới phép thải môi trường Mức "Euro 2" mức Tiêu chuẩn khí thải châu Âu (gọi Tiêu chuẩn Euro) quy định giới hạn tối đa cho phép khí thải áp dụng loại xe giới sản xuất, lắp ráp xe nhập (xe xe sản xuất, lắp ráp, nhập chưa qua sử dụng) Liên minh châu Âu quy định quy định Tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng 2.5.4 Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải Việt Nam Ngày 1/9/2011, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Tấn Dũng Quyết định số 49/2011/QĐ-TTg, quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải, loại xe ô tô sản xuất, lắp ráp nhập phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải mức (Euro 4) từ ngày 1/1/2017; mức (Euro 5) từ ngày 1/1/2022 Trong đó, loại xe mô-tô hai bánh sản xuất, lắp ráp nhập phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải mức (Euro 3) từ ngày 1/1/2017 Tiêu chuẩn khí thải mức 3, 4, tiêu chuẩn phép thử giới hạn chất gây nhiễm có khí thải tương ứng với mức Euro 3, Euro Euro quy định quy định kỹ thuật khí thải xe giới Ủy ban kinh tế châu Âu Liên Hợp Quốc thị Liên minh châu Âu áp dụng xe giới sản xuất, lắp ráp nhập Cũng Quyết định số 49/2011/QĐ-TTg, Thủ tướng giao Bộ Giao thông vận tải xây dựng, ban hành, cơng bố quy chuẩn quốc gia khí thải xe giới mức 3, 4, bảo đảm có hiệu lực theo lộ trình Bộ Khoa học Cơng nghệ giao sớm xây dựng, ban hành, công bố quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng, nhiên liệu diezel, nhiên liệu sinh học với chất lượng tương ứng tiêu chuẩn khí thải mức 3, đồng thời, xây dựng, ban hành, công bố quy chuẩn kỹ thuật quốc gia loại nhiên liệu với chất lượng tương ứng tiêu 39 chuẩn khí thải mức đảm bảo có hiệu lực từ ngày 1/1/2016; mức có hiệu lực từ ngày 1/1/2021 [25] 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Bản chất hình thành thành phần khí thải nhiễm mơi trường khí xả động đốt sở khoa học để tiến hành nội dung thực nghiệm động sử dụng nhiên liệu sinh học DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 Việc đánh giá tiêu chí khí thải nhiễm mơi trường khí xả động phải dựa kết thực nghiệm Các tiêu chuẩn khí thải để đưa đánh giá khả sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Vì chương sở khoa học cho việc thực thí nghiệm chương 3, đồng thời sở để phân tích đánh giá kết thí nghiệm cách khoa học 40 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục tiêu, yêu cầu thực nghiệm Đánh giá mức độ khí thải nhiểm động sử dụng loại nhiên liệu DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 Sơ đồ bố trí cụm thiết bị thí nghiệm Hình 3.1 Bố trí lắp đặt băng thử Froude động Vikyno EV2600NB Nền xưởng; Bộ khung đế; Đế băng thử; Băng thử thủy lực; Trục đăng; Động cơ; Chân trụ tăng đơ; Chân trượt khung đế Hình 3.2 Lắp đặt băng thử Froude động * Lắp đặt động hiệu chỉnh: Quá trình lắp đặt động lên băng thử phải tiến hành kiểm tra hiệu chỉnh sai lệch Các thiết bị kiểm tra callip chuẩn để tránh sai số kết thực nghiệm sau này:  Đưa động đến vị trí cần thiết băng thử 41  Lắp đặt 04 giảm chấn chân máy liên kết động với chân bệ thử  Hiệu chỉnh vị trí tương đối động với băng thử  Hiệu chỉnh độ cao dịch chuyển động đảm bảo độ đồng tâm không lớn 1mm theo yêu cầu kỹ thuật  Lắp đặt trục nối nắp bảo vệ, định vị chân bệ hệ thống gá lắp  Lắp đặt cảm biến nhiệt độ vị trí bướm ga lên động hệ thống  Lắp đặt thiết bị cung cấp đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S  Lắp đặt hệ thống đường ống nạp thải cho động thực nghiệm  Nạp dầu bôi trơn cho động cơ, lắp đặt hệ thống điện động hệ thống điều khiển giao tiếp với máy tính 3.1.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm a Băng thử cơng suất Froude DFX3 Hình 3.3 Băng thử thủy lực Froude DPX3 thông số băng thử lực Cảm biến tốc độ encoder [26] Cảm biến lực loadcell [27] Băng thử thủy lực Froude DPX3 (Hình 3.3) có cơng suất làm việc tối đa 200HP Hệ thống ghi nhận liệu thông qua cảm biến điện tử lắp băng thử card AD, có thông số sau: Model: DPX3 Công suất đo lớn nhất: 200 mã lực Cơng thức tính cơng suất: Cơng suất [mã lực] = W N 1300 Trong đó: N Tốc độ quay trục [v/p] W Lực tác dụng [kG] (3.1) 42 b Cảm biến tốc độ động Để xác định tốc độ quay động cơ, động thường sử dụng cảm biến điện từ tín hiệu điện áp từ cuộn dây cảm biến, phạm vi làm việc điện áp tín hiệu cảm biến tốc độ động cao (0 ÷ 36) [V] nên khơng phù hợp với thiết bị kết nối với máy tính Bên cạnh đó, động dùng cảm biến quang để thu nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ quay động cơ, cấu tạo nguyên lý làm việc loại giống với cảm biến góc quay dùng rộng rãi cơng nghiệp encoder Encoder dùng để đo tốc độ, đo chiều dài, đo dịch chuyển, vị trí hay góc quay Dựa theo tín hiệu phát encoder mà có hai loại encoder khác + Encoder tuyệt đối có ưu điểm dùng trường hợp góc quay nhỏ động khơng quay nhiều vịng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng hơn, cần đọc giá trị biết vị trí góc trục quay + Encoder tương đối có cấu tạo gồm đĩa mã có khắc vạch sáng tối, đặt nguồn sáng transistor quang (phototransistor) Trục encoder gắn quay đồng tốc với tốc độ động Sau cấu tạo sơ đồ mạch điện encoder tương đối [21] Hình 3.4 Cấu tạo sơ đồ mạch điện encoder tương đối 1.Trục; 2.Ổ bi; 3.Giá đỡ trục; 4,10 Đĩa mã có khắc vạch; 5.Bộ thu phát hồng ngoại; 6.Vỏ; 7.Lỗ trống nhỏ; 8.Lỗ trống lớn; 9.Điện trở; 11.Điốt quang; 12.Phototransistor; 13.Tín hiệu Nguyên lý encoder đĩa mã có khắc vạch, quay quanh trục, đĩa có lỗ (Rãnh) Bộ thu phát hồng ngoại gồm điốt quang (Đèn led) phototransistor (Mắt thu) Cho đèn led chiếu lên mặt đĩa, đĩa quay, chỗ khơng có lỗ, đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ, đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua tương ứng cho tín hiệu mức tín hiệu mức Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng chiếu qua lỗ mà phototransistor thu nhận 43 Như vậy, encoder tạo tín hiệu xung vng tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay đĩa mã có khắc vạch Do đặc điểm động quay nhiều vòng nên encoder tương đối lựa chọn sử dụng đề tài c Cảm biến lực (Loadcell) - Cảm biến biến dạng (Strain gage): Cảm biến biến dạng gồm sợi dây dẫn có điện trở suất ρ (Thường dùng hợp kim Niken) có chiều dài l có tiết diện s, cố định phiến cách điện hình vẽ 3.5 Khi đo biến dạng bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt bề mặt Hình 3.5 Cảm biến biến dạng strain gage lên bề mặt cần đo cho bề mặt bị biến dạng strain gage bị biến dạng Điện trở cảm biến: R l s (2.1) Khi cảm biến bị biến dạng, kích thước dây dẫn bị thay đổi nên điện trở cảm biến thay đổi lượng ΔR: R l  s    R l  s Trong đó: (2.2) Δl - Biến thiên chiều dài dây dẫn; Δρ - Biến thiên điện trở suất dây dẫn; Δs - Biến thiên tiết diện dây dẫn; R - Điện trở cảm biến chưa bị biến dạng Ứng dụng cảm biến biến dạng dùng để đo lực, đo mômen xoắn trục, đo biến dạng bề mặt chi tiết khí, dùng để chế tạo cảm biến trọng lượng, cảm biến đo ứng suất … - Cảm biến lực (Loadcell)[15]: Loadcell gồm vật chứng đàn hồi, khối nhôm thép không rỉ xử lý đặc biệt, vật chứng có dán strain gage Khi vật chứng bị biến dạng tác dụng trọng lượng tác động vào loadcell có strain gage bị tác động Tùy vào dạng vật chứng mà loadcell có nhiều loại khác loadell chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, chịu Hình 3.6 Hình dạng xoắn…Sau kết cấu nguyên lý loadcell chịu kéo sử dụng đề tài loadcell 44 Các strain gage loadcell kết nối thành mạch cầu Wheastone, strain gage mạch cầu có tác dụng bù ảnh hưởng nhiệt độ Khi không bị tác động, điện trở strain gage cầu trạng thái cân Khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, strain gage thay đổi điện trở làm cầu lệch cân làm xuất ngõ điện áp V0 Khi loadcell có strain gage tích cực (R2, R4 giãn, R1 = R3 = R cố Hình 3.7 Kết nối strain gage định): loadcell  R2 R3  R R  R  R  V0     V1 V1   V1  2R  R  2R  R 2R  R   R1  R2 R3  R4  (3.6) Khi loadcell có strain gage tích cực (R2 = R4 = R + ΔR, R1 = R3 = R - ΔR) Điện áp cầu V0: R  R  R R  R  V0    V1 V1  R R R   (3.7) Điện áp đặt vào loadcell V0 lấy từ nguồn cổng USB điện áp [V], điện áp ngõ nhỏ, khoảng (1 ÷ 3) [mV] không đặt tải đặt tải nên tín hiệu từ loadcell phải khuếch đại Sơ đồ mạch khuếch đại dùng chip LM358 dùng để khuếch đại tín hiệu loadcell hình 3.8 Hình 3.8 Mạch khuếch đại tín hiệu loadcell 45 d Card thu nhận liệu NI-6009 Các thông số bản: Đọc tối đa kênh analog (độ phân giải 14bit, 48kS/s); Xuất analog (độ phân giải 12 bit, 150S/s); 12 kênh xuất nhập tín hiệu số (digital I/O); đếm 32 bit; Kết nối với PC qua cổng USB; Tải FULL (94 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 3.9 Card NI-6009 đ Thiết bị cấp đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S Thiết bị AVL 733S có số chức sau: cấp đo tiêu hao nhiên liệu cho động thí nghiệm, điều hịa nhiệt độ nhiên liệu, sử dụng hai loại nhiên liệu xăng diesel tạo áp suất ban đầu cho nhiên liệu trước cấp cho động Hình 3.10 Thiết bị AVL733S Các thơng số làm việc hệ thống - Áp suất nhiên liệu cung cấp đạt đến 0,8 bar ; 46 - Phạm vi ứng dụng cho phép : ÷ 80 (kg/h) ; - Phạm vi hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu : -10 ÷ +700C ; - Mức cấp nhiên liệu nhỏ : 25 (kg/h) ; - Mức cấp nhiên liệu bình thường : 150 (kg/h) ; - Mức cấp nhiên liệu lớn : 400 (kg/h) ; - Độ sai lệch cho phép kết đo : 0,1% ; - Dòng điện điều khiển : 24 ± 0,5 V DC (1,6A) ; - Kích thước hệ thống : 640 x 510 x 280 (mm) ; g Thiết bị phân tích khí xả KGENG Hình 3.11 Thiết bị đo khí xả KGENG Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật máy phân tích khí thải KGENG KGENG (4/5GAS: GAS, LPG, Cồn, CNG) Hạng mục đo Phương pháp đo Khoảng đo Độ xác Hiển thị Khoảng đo Độ xác Hiển thị Khoảng đo Độ xác CO, HC, CO2, O2, λ (hệ số dư lượng khơng khí), AFR, NOX (tùy chọn) CO, HC, CO2: NDIR Method (Không tán sắc hồng ngoại (NDIR), O2, NOx: Pin điện hoá 0.00 ~ 9.99% ~ 9999 ppm CO CO2 λ 0.01% chữ số đoạn LED 0.0~20.0% 0.1% chữ số đoạn LED 0~2.000 0.001 HC O2 NOx ppm chữ số đoạn LED 0.00~25.00 % 0.01 % chữ số đoạn LED 0~5000ppm 47 chữ số đoạn LED Hiển thị Độ lặp lại Thời gian đáp ứng Thời gian hâm nóng Chất lượng thu thập mẫu thử Nguồn Điện tiêu thụ Nhiệt độ vận hành Kích thước Trọng lượng Phụ kiện Tuỳ chọn Quy trình đo chữ số đoạn LED Ít ± 2% FS Trong 10 giây (hơn 90%) Khoảng 2-8 phút 4-6 L/min AC 110V AC220V only ±10%, 50/60Hz Khoảng 50 W 00C – 400C 285 (W) X 410 (D) X 155 (H) mm Khoảng 4.5 kg Đầu đo, ống đo, cầu chì dự phịng, nắp kiểm tra rị rỉ, lọc dự phòng, tài liệu hướng dẫn, dây điện RS232 cable, Printer, Printer paper Tải FULL (94 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Bước 1: Kết nối đầu đo với máy phân tích khí thải Bước 2: Cấp nguồn 220V cho máy phân tích khí thải Bước Thực đo lấy số liệu: Stt Nội dung công việc Vận hành động cơ, cho động hoạt động ổn định , tăng tốc không tải nhanh trả động trạng thái chạy chậm Nối ống đo với hệ thống xả động (nếu động xe đưa đầu đo vào ống xả sâu hết mức, 300 mm ) Bật cơng tắc nguồn máy phân tích khí thải Chờ thời gian 197 giây để hâm nóng Ấn nút Standby 48 Điều chỉnh động chạy ổn định tốc độ đo Ấn nút Meas để tiến hành đo lấy số liệu Ấn nút Hold để xem số liệu hình Ấn nút Hold sau dùng nút Purge để ghi số thứ tự thí nghiệm Tiếp tục ấn nút Hold (3 lần) để in kết 3.1.3 Hỗn hợp nhiên liệu thí nghiệm Trên sở phân tích phần 2.2.6 điều kiện thí nghiệm chưa có chất phụ gia để hịa trộn nhiên liệu hỗn hợp đồng nhất, hỗn hợp chọn thí nghiệm gồm hai tỷ lệ cồn ethanol Diesel theo thể tích 3%, 5%, 7%, 10% (gọi tắt DOE3, DOE5, DOE7 DOE10) Hỗn hợp hòa trộn bình chứa có gắn thiết bị khuấy trộn liên tục sau đưa vào hệ thống thiết bị thí nghiệm qua đo tiêu hao nhiên liệu AVL733S sau đưa vào hệ thống nhiên liệu động 3.2 QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Đường đặc tính để đánh giá tiêu kỹ thuật động cơ, hoạt động điều kiện khác Đặc tính động hàm số thể thay đổi tiêu cơng tác theo tiêu cơng tác khác theo nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp tới chu trình cơng tác Các đặc tính sử dụng nhiều động gồm có: - Đặc tính tốc độ (có đặc tính ngồi đặc tính phận); - Đặc tính tải; - Đặc tính tổng hợp; Các động dẫn động máy phát điện, máy nén, bơm nước … phải đáp ứng đòi hỏi máy công tác thay đổi tải máy công tác, tốc độ động thay đổi phạm vi hẹp Vì chất lượng hoạt động động đánh giá theo đặc tính khơng thay đổi tốc độ động Đặc tính gọi đặc tính tải Ở ta xây dựng đặc tính tải động Trên đồ thị đặc tính tải, hồnh độ đặt thông số thể tải động (ta chọn vị trí cần điều khiển bướm ga làm thơng số thể tải), cịn tung độ tiêu công tác động Người ta dùng cơng suất Ne, mơmen có ích Me, áp suất có ích trung bình pe làm thông số đặc trưng cho tải 4d34d778 ... giá ảnh hưởng tỷ lệ trộn dầu diesel với Ethanol đến mức độ phát thải ô nhiễm môi trường CẤU TRÚC LUẬN VĂN Đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Ethanol – Diesel đến thành phần khí thải động. .. HỌC ĐÀ NẴNG ĐOÀN VIỆT BẮC TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG TỶ LỆ PHỐI TRỘN ETHANOL- DIESEL ĐẾN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.0116 LUẬN... VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành động diesel máy phát điện EV2600NB với tỷ lệ 3%, 5%, 7%, 10% 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn Ethanol – Diesel