BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG *** LÊ XUÂN CHÍ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN KHÍ HÓA LỎNG LPG ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CHẠY BẰNG HỖN HỢP LPG – DẦU DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nha Trang - 2012 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG *** LÊ XUÂN CHÍ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN KHÍ HÓA LỎNG LPG ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CHẠY BẰNG HỖN HỢP LPG – DẦU DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật tàu thủy Mã số: 60.52.32.05 GV hướng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận Nha Trang - 2012 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung đề tài do tôi nghiên cứu theo hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Văn Nhận. Số liệu thực nghiệm trong đề tài là hoàn toàn trung th ực. 4 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 5 Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8 Danh mục các bảng 12 Chương 1 13 TỔNG QUAN VỀ NHI ÊN LIỆU LPG 13 VÀ SỬ DỤNG LPG CHO ĐỘNG C Ơ ĐỐT TRONG 13 1.1. Yêu cầu đối với nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong .13 1.2. Nhiên liệu Dieles 15 1.3. Khí đốt hóa lỏng 22 1.4. Động cơ đốt trong chạy bằng LPG 27 Chương 2 42 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU VÀ GÓC PHUN SỚM 42 ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI 42 TRONG KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 42 2.1. Các chất độc hại trong khí thải của động c ơ đốt trong 42 2.2. Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải của động c ơ đốt trong 48 2.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ Diesel 59 2.4. Ảnh hưởng của góc phun s ơm nhiên liệu 61 Chương 3 66 THỰC NGHIỆM ẢNH H ƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN LPG 66 ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐÔNG C Ơ D12 66 3.1. Mục tiêu và nội dung thí nghiệm 66 3.2. Trang thiết bị thí nghiệm 66 3.3. Phương pháp thí nghi ệm 73 3.4. Kết quả thực nghiệm 79 3.5. Kết luận và đề xuất ý kiến 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 5 LỜI NÓI ĐẦU Môi trường hiện nay đã trở thành vấn đề cấp bách, không chỉ của một n ước mà của toàn thế giới, không chỉ ri êng cho các nhà khoa h ọc về môi trường mà của tất cả mọi người. Thế nhưng không phải tất cả đã nhận thức được đúng về môi trường. Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ng ày càng bị ô nhiễm trầm trọng do con người. Cùng với sự phát triển của xã hội, sự hủy hoại môi tr ường đang là mối quan tâm không chỉ riêng của quốc gia nào. Bảo vệ môi trường là nghĩa vụ của cộng đồng toàn cầu và của Việt Nam nói ri êng. Chỉ thị số 36/CT-TW ngày 25/06/1998 c ủa Bộ Chính trị Đảng Cộng Sản Việt Nam đ ã thể hiện đường lối chỉ đạo đúng đắn đối với công tác bảo vệ và giữ gìn môi trường sống ở nước ta. Hiện trạng môi tr ường không khí ở nước ta, đặc biệt tại các khu công nghiệp v à đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Đồng Nai, v.v. đang l à mối lo ngại cho các c ơ quan quản lý nhà nước về mặt môi trường cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Việc xây dựng đất nước trên cơ sở công nghiệp hóa, hiện đại hóa c ùng với mức độ gia tăng đáng kể các khu vực đô thị, khu dân c ư không có quy hoạch đồng bộ, tổng thể và thiếu hợp lý lại càng gây phức tạp thêm cho công tác qu ản lý và khống chế ô nhiễm từ các nguồn thải. Các ph ương tiện giao thông công cộng ít hoặc không thuận tiện cho việc đi lại của nhân dân c ùng với hiện trạng quy hoạch về mạng l ưới các tuyến đường không đáp ứng nhu cầu ng ày càng cao của cuộc sống đã góp phần rất lớn gây ô nhiễm môi trường không khí ở các khu đô thị lớn nh ư thành phố lớn. Trong quá trình phát tri ển, nhất là trong thập kỷ vừa qua, vấn đề môi tr ường ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt đã gây ra với mức độ và hàm lượng khác nhau. Trong đó nguồn phát thải các chất ô nhiễm từ động c ơ đốt trong của hoạt động giao thông vận tải cũng là nguồn ô nhiễm đáng kể. Nhằm mục đích củng cố v à mở rộng kiến thức chuy ên môn, đồng thời bước đầu nghiên cứu giải quyết một vấn đề kỹ thuật thực tế trong lĩnh vực công tác của m ình, tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm phun khí hóa lỏng LPG đến thải của động c ơ diesel chạy bằng hỗn hợp LPG – dầu diesel” 6 Luận văn được bố cục thành 3 chương: Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu LPG và sử dụng LPG cho động c ơ đốt trong. Chương 2: Ảnh hưởng của nhiên liệu và góc phun sơm đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động c ơ đốt trong. Chương 3:Thực nghiệm ảnh hưởng của thời điểm phun LPG đến khí thải của động cơ D12 . Mặc dù đã rất cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề, tuy nhi ên đây là lần đầu độc lập thực hiện một công tr ình khoa học mang tính tổng hợp , với kiến thức bản thân còn hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên khó tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và đồng nghiệp để luận văn đ ược hoàn thiện hơn. Nhân dịp này, cho phép tôi được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đ ối với PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận, quí T hầy trong khoa Kỹ thuật t àu thủy, trong bộ môn Kỹ thuật ôtô, cùng các bạn và gia đình đã động viên và hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Nha Trang, tháng 12 năm 2011 Học viên Lê Xuân Chí 7 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm phun khí hóa lỏng LPG đến thải của động c ơ diesel chạy bằng hỗn hợp LPG – Dầu diesel. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Hỗn hợp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) – Dầu diesel PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Xác định phương án và th ời điểm cung cấp LPG đến khí thải của động c ơ - Chạy thử nghiệm trên động cơ diesel D12 - So sánh hàm lượng khí thải khi sử dụng hỗn hợp LPG – Dầu diesel với khi động c ơ sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống. DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM American Society for Testing and Materials CN Số Cetane của nhiên liệu (Cetane Number) D Đường kính xylanh của động c ơ DCĐT Động cơ đốt trong DI Chỉ số diesel của nhi ên liệu (Diesel Index) DO Diesel oil LNG Khí tự nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gases – LNG) LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gases - LPG) MON Số Octane Motor (Motor Octane Number ) RON Số Octane Nghiên cứu (Research Octane Number ) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VG Hằng số Độ nhớt - Tỷ trọng của nhiên liệu (Viscosity Gravity Number ) ГОСТ Tiêu chuẩn Cộng hòa liên bang Nga  Tỷ số nén của động c ơ 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ H. 1-1. Quan hệ giữa VG , DI và CN H. 1-2. Đường ngưng tụ và đường sôi của hỗn hợp H 2 O - H 2 SO 4 ở áp suất 0,115 at H. 1-3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến c ường độ ăn mòn của hỗn hợp H 2 O - H 2 SO 4 H. 1-4. Tỷ lệ sử dụng khí hoá lỏng ở Pháp v à ở Hà lan H. 1-5. Bộ chế hoà khí dạng màng H. 1-6. Bộ chế hoà khí dạng van modul hoá H. 1-7. Họng Venturi vạn năng H. 1-8. Tạo hỗn hợp bằng cách dẫn khí ga v ào họng bộ chế hoà khí nguyên thuỷ H. 1-9. Hệ thống cung cấp nhi ên liệu kiểu ống Venturi tr ên ô tô hiện đại H. 1-10. Cung cấp LPG bằng xupap ga H. 1-11. Hệ thống phun nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng H. 1-12: Hệ thống bộc hơi giãn nở LPG H. 1-13. So sánh mức độ phát ô nhiễm của ô tô d ùng xăng và LPG. H. 1-14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô H. 1-15. Biểu đồ sử dụng nhiên liệu LPG của một số quốc gia tr ên thế giới. H. 1-16. Trạm nạp LPG H. 2-1. Phổ bức xạ từ mặt trời v à mặt đất H. 2-2. Hiệu ứng nhà kính H. 2-3. Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nh à kính H. 2-4. Biến thiên tỷ lệ NO 2 /NO theo tải và tốc độ quay của động c ơ diesel H. 2-5. Đặc điểm biến thiên của  theo tải và tốc độ quay của động c ơ xăng H. 2-6. Những khu vực xuất hiện hiện t ượng tôi màng lửa H. 2-7. Đặc điểm phân bố th ành phần hỗn hợp cháy trong tia nhi ên liệu ở động cơ diesel H. 2-8: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí () đến nồng độ monoxide carbon (CO) H. 2-9. Ảnh hưởng của  đến hàm lượng các chất CO, NO x và HC trong khí thải của động cơ xăng H. 2-10. Quá trình tạo bồ hóng trong động c ơ diesel H. 2-11. Cấu trúc chuỗi bồ hóng v à dạng những hạt sơ cấp 9 H. 2-12. Cấu trúc tinh thể graphit v à mô hình cấu trúc hạt sơ cấp H. 2-13. Ảnh hưởng của số cetane đến h àm lượng CO và HC trong khí thải của động cơ diesel H. 2-14. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến áp suất v à nhiệt độ trong xylanh của động cơ diesel H. 2-15. Quan hệ giữa góc phun sớm tối ưu ( opt ) với công suất (N e ), lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (G e ), suất tiêu thụ nhiên liệu (g e ) và tốc độ quay của động c ơ (n). .H. 2-16. Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm ở động cơ diesel H. 2-17. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh C n H m và NO x H. 3-1. Động cơ thí nghiệm D12 H.3-2: Bình LPG sử dụng trong thí nghiệm H. 3-3. ống dẫn LPG H. 3-4. kết cấu Bẩy lửa (Trap lamp) H. 3-5. Đồng hồ đo áp H. 3-6. Van điện từ. H. 3-7. Van điều áp. H. 3-8. Vòi phun điện tử. H. 3-9. Van một chiều. H.3-10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun nhi ên liệu LPG liên tục trên động cơ D12 H.3-11. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun n hiên liệu LPG gián đoạn tr ên động cơ D12 H.3-12. Vị trí đăt vòi phun thực trên D12 H. 3-13 Phác thảo hai vị trí đặt vòi phun H.3-14. Biểu thị nồng độ HSU khi chạy DO thuần túy. H.3-15. Biểu thị nồng độ HSU khi chạy DO _LPG thuần túy. H.3-16. Biểu thị nồng độ HC,CO khi chạy DO _LPG (25%LPG). H.3-17. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun tải 1.2kw,vòi phun LPG đặt tại Lo. H.3-18. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun tải 1.2kw,vòi phun LPG đặt tại L0 H.3-19. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO theo góc phun v à thời gian phun 10 tải 1.2kw,vòi phun LPG đặt tại Lo. H.3-20. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun P tải = 2.4kw, Vòi phun đặt tại Lo H.3- 21. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun. P tải = 2.4kw, Vòi phun đặt tại Lo. H. 3-22. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO th eo góc phun và thời gian phun. P tải = 2.4kw, Vòi phun LPG đặt tại Lo. H.3-23. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun P tải = 1.2kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-24. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun. P tải = 1.2kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-25. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO theo góc phun v à thời gian phun. P tải = 1.2kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-26. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun P tải = 2.4kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-27. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun P tải = 2.4kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-28. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO theo góc phun v à thời gian phun P tải = 2.4kw vòi phun LPG đặt tại L1 H.3-29. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại L0 H.3-30. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại Lo H. 3-31. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại Lo H.3-32. Đồ thị biểu diễn nồng độ HSU theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại vị trí L1 H.3-33. Đồ thị biểu diễn nồng độ HC theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại vị trí L1 H.3-34. Đồ thị biểu diễn nồng độ CO theo góc phun v à thời gian phun P tải = 3.2kw Vòi phun đặt tại vị trí [...]... 1-3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ ăn mòn của hỗn hợp H2O - H2SO4 ( 3 % Vol H2SO4) 1.2.2 PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL Động cơ diesel có thể chạy bằng nhiều loại nhi ên liệu khác nhau, như dầu diesel nhẹ, dầu diesel nặng, dầu hỏa, dầu thực vật, kh í đốt, khí đốt hóa lỏng, bột than đá, v.v Tuy nhiên, nhiên li ệu diesel thơng dụng nhất hiện nay l à một số phân đoạn của dầu mỏ, sau đây gọi chung l à dầu. .. chất phát thải của động c ơ Ptải= 2.4kw, Vòi phun đặt tại Lo Bảng 3-8 Đo số liệu các chất phát thải của động c ơ Ptải= 1.2kw vòi phun LPG đặt tại L1 Bảng 3-9 Đo số liệu các chất phát thải của động c ơ Ptải= 2.4kw vòi phun LPG đặt tại L1 Bảng 3-10 Đo số liệu các chất phát thải của động c ơ Ptải= 3.2kw Vòi phun đặt tại Lo Bảng 3-11 Đo số liệu các chất phát thải của động c ơ Ptải= 3.2kw Vòi phun đặt tại... cấp vào động cơ bằng cách phun ở dạng lỏng trực tiếp vào buồng đốt hoặc ngay trước xupap nạp Ưu điểm của giải pháp phun LPG lỏng l à thời gian mỗi lần phun rất ngắn và dễ kiểm sốt được thành phần hỗn hợp cháy nên có thể áp dụng các biện pháp nâng cao chất l ượng hoạt động của động cơ ở những chế độ q độ Trong phương án đơn nhiên li ệu, hệ thống xăng của ơtơ đ ược thay thế hồn tồn bằng hệ thống LPG và... điều chỉnh nhờ thời gian mở xupap ga hay độ chênh áp giữa ga và khơng khí + Phun nhiên liệu LPG LPG có thể được cung cấp bằng hệ thống phun v ào cổ góp (phun tập trung) hay phun vào trước xupap nạp của từng xylanh (phun riêng rẽ) Áp suất nhiên liệu trước vòi phun của hai kiểu phun này đều cao hơn áp suất khí quyển Nhiên liệu phun vào đường nạp động cơ có thể dưới dạng khí hay lỏng, trong đó phun nhi ên... bốc cháy của hỗn hợp trên đường nạp, hiệu suất của động c ơ được nâng cao và mức độ phát ơ nhiễm giảm đi r õ rệt LPG có thể cung cấp cho động cơ ở dạng khí hay dạng lỏng Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khí là sự đồng nhất hồn hảo của hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí và tránh hiện tượng ướt thành đưòng nạp bởi nhiên liệu lỏng Động cơ rất nhạy cảm với hiện tượng này ở chế độ khởi động và các chế độ... làm giảm ơ nhiễm Tuy nhiên, việc nạp nhiên liệu dưới dạng khí ảnh hưởng xấu đến hệ số nạp làm giảm cơng suất và momen động cơ so với động cơ cùng cỡ chạy bằng nhiên liệu lỏng 33 H 1-9 Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu ống Venturi trên ơ tơ hiện đại H 1-10 Cung cấp LPG bằng xupap ga 34 + Cung cấp LPG trực tiếp bằng xupap ga Đối với động cơ ga cơng suất lớn, ga thường được cung cấp bởi một xupap đặc... trong khí thải Nhược điểm của phương pháp cung cấp nhiên liệu dạng này là q trình điều khiển dài và sự cung cấp LPG liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ khơng khí -LPG, đặc biệt là ở các chế độ q độ của động cơ Cũng cần nhấn mạnh thêm rằng, cơng suất động cơ giảm đi khoảng 5 ÷ 8% do tổn thất lượng khơng khí nạp do nhiên liệu khí chiếm chỗ Hệ thống cung cấp LPG bằng cách phun ở dạng lỏng cho... bộ phận khác của động c ơ để đảm bảo tính năng của ơtơ khơng bị giảm sút Khi sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ĐCĐT thay thế xăng , khí thải có h àm lượng CO giảm 3 4 lần, NO x giảm 15 20 % , khí thải khơng chứa chì và hợp chất của chì do khơng cần phụ gia tăng tính chống kích nổ Về tính năng kỹ tht, nếu lựa chọn ph ương án phun LPG lỏng và cải hốn hợp lý thì cơng suất và hiệu suất của động cơ xăng cổ điển... ơtơ chạy bằng LPG c òn góp phần thúc đẩy ngành cơng nghiệp dầu khí phát triển 1.4.1 PHƯƠNG PHÁP S Ử DỤNG LPG CHO ĐCĐT Có hai dạng động cơ sử dụng nhiên liệu khí hố lỏng hiện nay Dạng thứ nhất ngun thuỷ là động cơ xăng, được lắp đặt thêm hệ thống cung cấp nhiên liệu đặc biệt để làm việc với LPG Dạng thứ hai l à động cơ đánh lửa cưỡng bức được thiết kế để dùng nhiên liệu LPG Trong cả hai trường hợp, ... ào xylanh, còn lượng nhiên liệu lỏng phun mồi vẫn giữ cố định Ng ười ta gọi loại động cơ này là động cơ 29 diezel-gas hay động cơ lưỡng nhiên liệu (dual-fuel engine) Phương pháp này thường chỉ được áp dụng cho động cơ cơng nghiệp cơng suất lớn Các hạt nhiên liệu lỏng phun vào buồng cháy sẽ tự bốc cháy v à tạo ra chừng ấy điểm đánh lửa trong hỗn hợp nhi ên liệu-khơng khí So với hệ thống đánh lửa cổ . TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG *** LÊ XUÂN CHÍ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN KHÍ HÓA LỎNG LPG ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CHẠY BẰNG HỖN HỢP LPG – DẦU DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nha. TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG *** LÊ XUÂN CHÍ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN KHÍ HÓA LỎNG LPG ĐẾN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CHẠY BẰNG HỖN HỢP LPG – DẦU DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên. đến thải của động c ơ diesel chạy bằng hỗn hợp LPG – Dầu diesel. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Hỗn hợp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) – Dầu diesel PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Xác định phương án và th ời điểm