Nghiên cứu ứng dụng LPG cho động cơ Diesel MAZDA WL

Dầu Diesel phải có các tính chất sau đây: - Tính bốc hơi và tự bốc cháy thích hợp để dễ khởi động máy - Cháy ổn định, không làm rung khi động cơ nổ - Có độ nhớt thích hợp để đảm bảo nhiê

LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi kết thúc tất cả các đơn vị học trình, mỗi sinh viên đều có mộtđợt Thực tập Tốt nghiệp để có thể tiếp xúc được với môi trường làm việcthực tế của các cơ quan nhà nước, các doanh nghiệp kinh doanh Đồng thờicũng là cơ sở để cho mỗi sinh viên tìm cho mình một Đề tài phù hợp với khảnăng và nguyện vọng của mình để chuẩn bị cho Đồ án Tốt nghiệp và bảo vệ

ra trường thành một người Kỹ sư thực sự

Với thực trạng hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang được cả thếgiới quan tâm Thiên tai lũ lụt đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng mà conngười không thể lường trước được, mà nguyên nhân chính của nó là do ngàycàng nhiều các chất thải, các khí độc hại không được xử lý triệt để thải ramôi trường làm ô nhiễm bầu khí quyển, mà các phương tiện vận tải cũnggóp một phần vào trong đó Một vấn đề khác cũng cần được quan tâm làkhan hiếm nguồn tài nguyên nhiên liệu như hiện nay trên các phương tiệnvận tải Vì thế vấn đề đặt ra cho các nhà nghiên cứu là phải giảm tối thiểucác chất thải độc hại do các phương tiện vận tải gây ra, và đa dạng hoánguồn nhiên liệu trên các phương tiện vận tải

Các giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện quá trình cháy và tăng cường

xử lý trên đường xả chưa đủ để làm giảm một cách triệt để nồng độ các chất

ô nhiễm trong khí thải động cơ đốt trong Do đó để nâng cao hiệu quả củaviệc chống ô nhiễm môi trường do các phương tiện vận tải gây ra, chúng tacần tác động đến nhiên liệu: như nâng cao tính năng của nhiên liệu truyềnthống hoặc sử dụng các loại nhiên liệu sạch Sử dụng nhiên liệu khí để chạyđộng cơ ngoài việc góp phần đa dạng hoá nguồn nhiên liệu còn góp phầnđáng kể vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

Trên thế giới, việc ứng dụng LPG vào Động cơ đốt trong đã được bắtđầu trong những năm gần đây Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ

ô nhiễm bầu khí quyển như hiện nay, việc ứng dụng LPG vào các phươngtiện vận tải là một thiết yếu nhằm đa dạng hoá nguồn nhiên liệu và giảiquyết hữu hiệu vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện vận tải gâyra

Chính vì lẽ đó mà em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng LPG cho động cơ Diesel MAZDA WL “ để góp phần giải quyết các vấn đề nêu

vụ của mình Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 19 tháng 05 năm 2004

Sinh viên thực hiện:

Trần Hoàng Lâm

MỤC LỤC

1 Tổng quan về nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel 005

1.2 Tổng quan về nhiên liệu khí hoá lỏng LPG 013

2 Khảo sát đặc điểm kết cấu động cơ MAZDA WL 024

2.2 Giới thiệu chung về động cơ MAZDA WL 027 2.3 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL 028 2.4 Đặc điểm hệ thống nạp - thải động cơ MAZDA WL 031

3 Tính toán nhiệt động cơ MAZDA WL khi dùng Diesel 033

3.4 Đồ thị công động cơ MAZDA WL nguyên thuỷ 043 3.5 Xây dựng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 049

4 Tính toán nhiệt động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên

4.3 Thành phần hỗn hợp lưỡng nhiên liệu 054

4.5 Đồ thị công động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên liệu 065 4.6 Xây dựng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 069

5 Tính toán nhiệt động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên

5.3 Thành phần hỗn hợp lưỡng nhiên liệu 077

5.5 Đồ thị công động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên liệu 082 5.6 Xây dựng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 085

6 Tính toán nhiệt động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên

6.3 Thành phần hỗn hợp lưỡng nhiên liệu 089

6.4 Các thông số tính toán 091 6.5 Đồ thị công động cơ MAZDA WL khi dùng lưỡng nhiên liệu 094 6.6 Xây dựng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 097

7 Chọn phương án cấp LPG trên động cơ MAZDA WL 104 7.1 Đặc điểm công tác của động cơ chạy bằng nhiên liệu khí 104 7.2 Nguyên lý quá trình cháy khi dùng lưỡng nhiên liệu 106 7.3 Các phương án cấp LPG cho động cơ MAZDA WL 107 7.3.1 Phun LPG khí vào đường nạp tại họng Ventury 107

8.4 Cắc thiết bị lắp trên hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 126

9 Thí nghiệm cấp LPG khí cho động cơ MAZDA WL 135 9.1 Mục đích, ý nghĩa của việc thí nghiệm 135

1.TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1.TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL

1.1.1.Giới thiệu về nhiên liệu Diesel

Nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ Diesel chủ yếu là những loại sảnphẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ Nó là một hỗn hợp của nhiềuCacbuahydro có kết cấu phân tử khác nhau, quyết định tính chất lý hoá cơbản của nhiên liệu và ảnh hưởng rất nhiều tới quá trình bốc hơi và cháy củanhiên liệu Trong những loại nhiên liệu truyền thống sử dụng trên các

phương tiện vận tải, Diesel là một trong những nguồn nhiên liệu rất quantrọng được sử dụng rất phổ biến bởi những tính năng ưu việt của nó

Dầu Diesel là phần Hydrocacbon lấy từ dầu mỏ, có nhiệt độ sôi nằmtrong khoảng 200- 3000C Dầu Diesel có màu nâu nhạt, nặng hơn xăng vànhẹ hơn nước Tỉ trọng 0,80-0,86

Dầu Diesel phải có các tính chất sau đây:

- Tính bốc hơi và tự bốc cháy thích hợp để dễ khởi động máy

- Cháy ổn định, không làm rung khi động cơ nổ

- Có độ nhớt thích hợp để đảm bảo nhiên liệu dễ cháy ở nhiệt độthích hợp, đồng thời phải đảm bảo phun sương vào buồng cháy vàbôi trơn cho cặp piston- bơm cao áp được tốt

- Nhiên liệu phải cháy kiệt, xả hết hơi thừa, ít đóng muội ở vòi phun,buồng cháy

- Không có lẫn tạp chất ăn mòn, cặn bẩn, nước và các loại dầu khác

1.1.2.Các tính chất của dầu Diesel

1.1.2.1.Nhiệt trị của nhiên liệu Diesel

Nhiệt trị của nhiên liệu là số nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toànmột đơn vị khối lượng hoặc thể tích (kg hay m3) nhiên liệu

Nhiệt trị là một đặc tính rất phổ biến, rất chung của nhiên liệu, nó xácđịnh lượng nhiên liệu dùng cho tất cả các loại động cơ nhiệt và cho tất cả cácthiết bị động lực khác

Khái niệm về nhiệt trị cần phải chính xác để tránh nhầm lẫn khi sửdụng Trong thực tế, ta cần phân biệt nhiệt trị đẳng áp và nhiệt trị đẳng tích,nhiệt trị thấp với nhiệt trị cao

Nhiệt trị đẳng áp Qp và nhiệt trị đẳng tích Qv có khác nhau :

- Nhiệt trị đẳng áp Qp là nhiệt lượng tỏa ra từ sản vật cháy của mộtđơn vị số lượng nhiên liệu khi làm lạnh nó đến nhiệt độ bằng nhiệt

độ của khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy (thông thường ở 200C) trongđiều kiện áp suất của sản vật cháy đã được làm lạnh bằng áp suấtkhí hỗn hợp trước lúc đốt cháy

- Nhiệt trị đẳng tích Qv được xác định tương tự như vậy nhưng trongđiều kiện giữ cho thể tích sản vật cháy (môi chất sau khi cháy)bằng thể tích hòa khí (môi chất trước khi cháy)

Mối quan hệ giữa Qp và Qv được xác định theo biểu thức sau [1]:

Qp = Qv + pt(Vt - Vs) (1-1)Trong đó :

pt (N/m2)  Là áp suất môi chất trước khi cháy

Vt , Vs (m3)  Thể tích hòa khí trước khi cháy và thể tích sản vậtcháy đã được làm lạnh ở áp suất pt đối với một đơn vị số lượng nhiên liệu

Nhiệt trị cao Qo và nhiệt trị thấp QH có khác nhau: Nhiệt trị cao Qo làtoàn bộ số nhiệt lượng thu được sau khi đốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m3 tiêuchuẩn) nhiên liệu, trong đó có cả số nhiệt lượng do hơi nước được tạo ratrong sản vật cháy ngưng tụ lại thành nước nhả ra, khi sản vật cháy được làmlạnh tới nhiệt độ trước khi cháy được gọi là nhiệt ẩn trong hơi nước Trênthực tế khí xả từ động cơ thải ra ở nhiệt độ khá cao, do đó hơi nước trong khí

xả chưa kịp ngưng tụ đã bị thải mất Do đó khi tính toán động cơ đốt trongngười ta thường dùng nhiệt trị thấp QH, nhiệt trị thấp này nhỏ hơn Qo một trị

số bằng nhiệt ẩn hóa hơi của nước chứa trong sản vật cháy

Mối quan hệ giữa Qo và QH được xác định theo biểu thức sau [1] :

QH = Qo - 2,512.106.(9H + W) (1-2)

2,512.106 (j/kg)  Nhiệt ẩn của một kg hơi nước;

9H  Lượng hơi nước được hình thành khi đốt cháy Hkg hydro cótrong một kg nhiên liệu;

W  Lượng hơi nước chứa trong một kg nhiên liệu

Trị số trung bình về nhiệt trị thấp của nhiên liệu lỏng biểu thị ở bảng1.1 sau:

Bảng 1.1.Thành phần nguyên tố và đặc tính của nhiên liệu Diesel

 Thành phần tính theo trọng lượng:

CHO

 Trọng lượng phân tử nl :

 Nhiệt trị thấp QH , Mj/kg

(Hoặc kcal/kg)

 Nhiệt trị của hỗn hợp khi  = 1,

tính theo Mj/Kmol (Kcal/Kmol)

 Lượng không khí cần thiết lý thuyết để

đốt cháy 1kg nhiên liệu tính theo Kmol

 Độ nhớt động học ở 200C tính theo

xangtixtoc (20)

0,870,1260,004

18020042,5(10150)86,0(20500)0,4962,58,5

QH có thể tính theo công thức Menđêlêép như sau [1]:

QH = [34,013C + 125,6H - 10,9(O - S) - 2,512(9H + W)] j/kg (1-3)Rất dễ cho rằng khi chọn nhiên liệu dùng cho động cơ phải dùng loạinhiên liệu có nhiệt trị lớn, Nhưng trên thực tế gây ảnh hưởng trực tiếp tới

công suất động cơ lại là nhiệt trị của 1m3 không khí Q’H trong điều kiện đốthết O2 (hệ số dư lượng không khí  = 1).

Q’H tiêu chuẩn được xác định theo biểu thức sau :

Mj/m3 (1-4)

Trong đó :

QH (Mj/m3)  Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

nl (Kg/Kmol)  Phân tử lượng nhiên liệu

M0 (Kmol/Kg)  Lượng không khí lí thuyết cần để đốt kiệt 1kgnhiên liệu

22,4 (m3)  Thể tích phân tử trong điều kiện tiêu chuẩn P = 760mmHg, t = 00C

1.1.2.2.Tính bốc hơi và sự cháy ổn định của nhiên liệu Diesel

Tính bốc hơi của nhiên liệu có ý nghĩa rất quan trọng đối với tất cảcác loại động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng Trong động cơ Diesel, tính bốchơi cung rất quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy củađộng cơ như cháy kiệt, cháy ổn định

Quá trình cháy của dầu Diesel trong Động cơ đốt trong có thể chialàm bốn giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất là thời kỳ cháy trể, tính từ lúc bắt đầu phunnhiên liệu vào xilanh đến khi nhiên liệu bắt đầu tự bốc cháy

- Giai đoạn thứ hai là thời kỳ cháy nhanh, phát triển những trungtâm bốc cháy và lan tràn màng lửa, tính từ cuối thời kỳ cháy trểđến khi áp suất trong xilanh đạt cực đại

- Giai đoạn thứ ba là thời kỳ cháy chính của hỗn hợp khí công tác,tính từ khi áp suất đạt cực đại đến nhiệt độ trong xilanh đạt cực

- Giai đoạn thứ tư là thời kỳ cháy rớt phần hỗn hợp còn lại trongxilanh, từ lúc nhiệt độ đạt cực đại đến khi kết thúc quá trình cháy.Trong bốn thời kỳ trên thì thời kỳ đầu có quan hệ chặt chẽ với sự cháy

ổn định Nếu ở thời kỳ này dầu bốc hơi nhanh, cháy sớm, phun vào chừngnào cháy ngay chừng ấy, tức là cháy ổn định, bình thường không gây ra nổrung, sức máy khỏe, như vậy là thời kỳ chuẩn bị ngắn Ngược lại, thời kỳnày kéo dài tức là dầu bốc hơi chậm, cháy muộn, lượng dầu phun vào trướckhông cháy hết ngay được, cứ ùn dần lại, đến khi bốc cháy được lại cháydồn một lúc làm cho thể hơi nở đột ngột, áp suất và nhiệt độ tăng nhanh, gây

ra hiện tượng động cơ quá nóng, rung mạnh, xả nhiều khói đen và phát ratiếng kêu Động cơ Diesel gây ra nổ rung chính là do thời kỳ chuẩn bị cháyquá dài, nhưng thời kỳ chuẩn bị cháy dài hay ngắn lại có liên quan đến haiyếu tố cơ bản của dầu là tính bốc hơi và khả năng tự bốc cháy của nhiên liệuDiesel

1.1.2.3.Tính tự bốc cháy của nhiên liệu Diesel

Một trong những tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu dùng chođộng cơ Diesel là tính tự cháy Như đã biết, nhiên liệu khi được phun vàoxilanh không phải tự bốc cháy ngay mà phải qua một giai đoạn chuẩn bị để

tự bốc cháy( giai đoạn cháy trể); trong thời gian này nhiên liệu có sự thayđổi về lý và hoá học

Tính tự cháy của nhiên liệu được đánh giá qua các thông số sau:

1.1.2.4.Trị số xêtan của nhiên liệu Diesel

Trị số xêtan của nhiên liệu là số phần trăm tính theo thể tích của chấtxêtan có trong hỗn hợp với chất  - Metylnaptalin, hỗn hợp này có tỉ số néntới hạn giống như của nhiên liệu thí nghiệm

Để xác định trị số xêtan, người ta pha lẫn hai loại nhiên liệu có tínhchất đối lập nhau là: Chất xêtan (C16H34) bảo đảm cho động cơ làm việc ổnđịnh, chống nổ rung, qui ước có độ tự cháy là 100 và chất  - Metylnaptalin( - C10H7CH3) có khả năng gây nổ rung và qui ước có độ tự cháy là 0 Đem

40 phần xêtan (theo thể tích) pha lẫn với 60 phần  - Metylnaptalin thì đượcmột loại nhiên liệu Diesel mẫu với trị số xêtan là 40 Như vậy, trị số xêtan làtrị số qui ước của tính tự bốc cháy của nhiên liệu Diesel, tính bằng phần trămxêtan chứa trong cùng một hỗn hợp với  - Metylnaptalin của loại Dieselmẫu

Các loại động cơ Diesel có tỉ số nén khác nhau, nên đòi hỏi trị sốxêtan của nhiên liệu cũng khác nhau Động cơ có tỉ số nén cao, tốc độ quaynhanh (1000 vòng/phút trở lên) như ở xe ôtô, phải dùng dầu nhẹ, có trị sốxêtan cao, thường là 4050 trở lên Động cơ có tỉ số nén thấp, tốc độ quaychậm (1000 vòng/phút trở xuống) như động cơ máy kéo, phải dùng dầu cótrị số xêtan thấp

1.1.2.5.Trị số xêten của nhiên liệu Diesel

Số xêten được xác định giống như số xêtan, chỉ khác là thay số xêtanbằng số xêten, đó là hỗn hợp của các chất đồng vị C16H32 Xêten tự bốc cháykhó hơn xêtan, do đó số xêten lớn hơn số xêtan: số xêtan  0,88 số xêten

Hiện nay đánh giá nhiên liệu theo số xêten không được sử dụng vì rấtkhó thu được một xêten có tính chất ổn định tốt

1.1.2.6.Độ nhớt của nhiên liệu Diesel

So với xăng thì dầu Diesel đặc hơn, cháy chậm hơn, bốc hơi ít hơn vì

có độ nhớt lớn hơn Thông thường dầu có độ nhớt cao thì ít bay hơi trong khibảo quản, và khả năng gây ra tai nạn cháy cũng ít hơn

Muốn cho xe làm việc bình thường, cần phải căn cứ vào cấu tạo củamỗi loại động cơ và thời tiết (mùa hè hay mùa đông) mà sử dụng dầu Diesel

có độ nhớt thích hợp

1.1.2.7.Độ tinh khiết của nhiên liệu Diesel

Dầu Diesel được bơm cao áp bơm tới vòi phun và phun vào buồngcháy với áp suất cao Bơm cao áp, vòi phun và các chi tiết khác có cấu tạorất tinh vi, với độ chính xác cao Vì vậy đòi hỏi nhiên liệu không có tạp chất

và cặn bẩn Nếu trong dầu Diesel có tạp chất, cặn bẩn sẽ gây ảnh hưởngkhông tốt đối với sự làm việc của bơm cao áp và vòi phun Nếu trong dầu cótạp chất ăn mòn như lưu huỳnh, axit, bazơ, nước lã thì chúng sẽ ăn mònkim loại, phá hoại bề mặt ma sát, làm giảm độ chính xác của bộ đôi piston -bơm cao áp, kim phun - đế vòi phun và các chi tiết khác Dầu Diesel loại nhẹtuyệt đối không cho phép có lẫn tạp chất ăn mòn và nước lã, lượng axit chophép không quá 0,2%

Muội than trong dầu Diesel là những chất không cháy được hết, khigặp nhiệt độ cao phân hủy thành muội, bám lại ở cửa xupáp, trong lòngbuồng cháy, đỉnh piston, cạnh secmăng gây tác hại nghiêm trọng cho động

cơ, muội than còn nói lên mức độ tinh chế của dầu Nếu kiểm tra thấy lượngmuội than nhiều, tức là nhiên liệu tinh chế chưa kỹ, chất nhựa còn nhiều,lượng nhựa (muội than) cho phép trong dầu Diesel không quá 0,010,03%.1.2.TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU KHÍ HÓA LỎNG LPG

1.2.1.Giới thiệu về LPG

Các giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện quá trình cháy và tăng cường

xử lý trên đường xả chưa đủ để làm giảm một cách triệt để nồng độ các chất

ô nhiễm trong khí thải động cơ đốt trong Do đó để nâng cao hiệu quả củaviệc chống ô nhiễm môi trường do các phương tiện vận tải gây ra, chúng tacần tác động đến nhiên liệu: như nâng cao tính năng của nhiên liệu truyềnthống hoặc sử dụng các loại nhiên liệu sạch Sử dụng nhiên liệu khí để chạyđộng cơ ngoài việc góp phần đa dạng hoá nguồn nhiên liệu còn góp phầnđáng kể vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

Trên thế giới, việc ứng dụng LPG vào động cơ đốt trong đã được bắtđầu trong những năm gần đây Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ

ô nhiễm bầu khí quyển như hiện nay, việc ứng dụng LPG vào các phươngtiện vận tải là một thiết yếu nhằm đa dạng hoá nguồn nhiên liệu và giảiquyết hữu hiệu vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện vận tải gâyra

Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học,

kỹ thuật, kinh tế và yêu cầu về môi trường, LPG đã được ứng dụng rộng rãi

và đang trở thành loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm nhất hiện nay Theo thống

kê, LPG rẻ hơn khoảng 25% so với xăng và 10% so với Diesel, đồng thời lànhiên liệu sạch vì không chứa Benzen và các Hydrocacbon thơm khác

LPG thực chất là khí dầu mỏ hoá lỏng, có thành phần chủ yếu làButan (C4H10)và Propan (C3H8), tồn tại dưới dạng lỏng với áp suất khoảng 7atm Do không có Benzen và các Hydrocacbon thơm nên khi đốt LPG khônggiải phóng nhiều khí độc như NO, CO , và hầu như không phát sinh bụi.Ngoài ra nó còn không gây đóng cặn tại Bộ chế hoà khí, do đó kéo dài đượcchu kỳ bảo dưỡng động cơ và khi cháy không tạo màng

LPG có thành phần chủ yếu là Butan và Propan chiếm 99% LPG đượchóa lỏng dưới áp suất cao để thuận lợi cho tồn chứa và vận chuyển Vớinhiều đặc tính quí báu, LPG đang được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trongnhiều ngành, nhiều lĩnh vực đã và đang mang lại những hiệu quả thuyếtphục.

Ứng dụng của LPG có thể chia theo mục đích sử dụng thành ba hướngchính:

- Sử dụng LPG như là nguồn nguyên liệu cho các ngành côngnghiệp

- Sử dụng LPG như là nguồn nhiên liệu cho các quá trình sinh nhiệt

- Sử dụng LPG như là nguồn nhiên liệu cho các phương tiện vận tải,các thiết bị chuyển nhiệt năng thành cơ năng

Ở đây ta chỉ đề cập đến mục đích sử dụng LPG như là nguồn nhiênliệu cho

Một ứng dụng khá quan trọng hiện nay là sử dụng LPG làm nhiên liệucho các phương tiện giao thông Với đặc tính cháy hết, chỉ số octan cao,không gây ô nhiễm môi trường, LPG đã và đang được triển khai ứng dụngvào lĩnh vực này Hiện nay, trên thế giới đã và đang sử dụng LPG vào lĩnhvực này và theo đánh giá, LPG sẽ trở thành nguồn nhiên liệu thay thế trongtương lai

Những ứng dụng của LPG vào nhiều lĩnh vực mang lại hiệu quả caocho các ngành kinh tế cho thấy một triển vọng phát triển lớn về sử dụngLPG trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai Việc sử dụng LPG sẽ giúpchúng ta hạn chế được nguy cơ ô nhiễm môi trường và đảm bảo khả năngphát triển bền vững

1.3.2.Trữ lượng LPG và thị trường tiêu thụ

Là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khíhóa lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiênnhiên Vì vậy, nguồn gốc khí hóa lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiên liệu Nóichung trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô.

Sản lượng khí hóa lỏng năm 1995 là 130 triệu tấn, chiếm 2% tổngnăng lượng tiêu thụ dưới các dạng khác nhau Người ta dự kiến trong nhữngnăm đầu của thế kỉ 21, tổng sản lượng LPG trên thế giới sẽ đạt khoảng 200triệu tấn /năm

Phần lớn lượng khí hóa lỏng thu được hiện nay được sử dụng làmnguồn chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay công nghiệp Lượng khí hóa lỏnglàm nhiên liệu cho ô tô đường trường hiện chỉ chiếm một tỉ lệ thấp: 1% ởPháp, 3% ở Mỹ, 8% ở Nhật Tuy nhiên ở một số nước có chính sách khuyếnkhích sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ôtô nhằm mục đích giảm ô nhiễmmôi trường thì tỉ lệ này rất đáng kể, chẳng hạn như ở Hà Lan, Ý (42%)Các số liệu trên chưa kể những động cơ trên các ôtô chuyên dụng sử dụngLPG (ôtô chạy trong sân bay, xe nâng chuyển, máy móc nông nghiệp )

Sự phát triển ôtô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốcgia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường Sự khuyếnkhích sử dụng ôtô LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc giađối với loại nhiên liệu này

Ở một số nước Châu Á, Hàn Quốc, Nhật Bản chẳng hạn, để giảm ônhiễm môi trường đô thị, chính phủ các nước này khuyến khích, tiến tới bắtbuộc taxi phải dùng nhiên liệu khí hóa lỏng Hiện nay toàn bộ taxi Hàn Quốcđều dùng loại nhiên liệu này.

1.3.3.Tính chất hóa lý LPG

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG là hỗn hợp hydrocarbone với thành phầnchính là Butane, Propan Nguồn LPG chủ yếu là sản phẩm phụ của nhà máychế biến dầu mỏ và nhà máy tách khí LPG được hóa lỏng dưới áp suất nhấtđịnh do đó có thể tồn chứa vận chuyển dưới dạng lỏng nhưng ở áp suất khíquyển LPG hóa hơi được sử dụng dưới dạng khí Trong thực tế thành phầnhỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất Tùy theo tiêuchuẩn của các nước, các khu vực mà tỉ lệ thành phần trong LPG khác nhau,

có khi tỉ lệ giữa propan và butan là 50/50 hay 30/70 hoặc có thể lên đến 95/5như tiêu chuẩn HD - 5 của Mỹ

Theo tiêu chuẩn Châu Âu, nhiên liệu khí hóa lỏng phải có từ 19 đến50% hydrocarbure C3 (Propane và propyléne).Ở Châu Á, thành phần nhiênliệu khí hóa lỏng khá ổn định, chứa chủ yếu là hydrocarbure C4, chẳng hạnnhư ở Hàn Quốc chỉ có Butan là khí hóa lỏng được sử dụng chính thức.Ngược lại ở Mỹ thì chỉ có hydrocarbune C3 được sử dụng

Nhiên liệu khí hóa lỏng LPG chứa rất ít lưu huỳnh Thường nó chỉchứa từ 4060ppm, thấp hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn cộng đồng ChâuÂu(200ppm) Do đó, động cơ dùng LPG phát rất ít các chất ô nhiễm gốc lưuhuỳnh và hiệu quả của bộ lọc xúc tác được cải thiện

LPG được hóa lỏng ở nhiệt độ - 420+C, áp suất tuyệt đối của nhiên liệuLPG trong bồn chứa là 4,4 bars ở 150C, là 1,7 bars ở -15 0C và 12,5 bars ở

500C Tỉ số bén lửa của Propane có số octane từ 104110 là từ 2,4%  9,6%trong không khí, nhiệt độ tự bốc cháy là 8550F (4570C).

LPG có tỉ lệ giãn nở lớn: Một đơn vị thể tích gas lỏng khi bay hơi tạo

ra 250 đơn vị thể tích hơi gas, do vậy LPG rất thuận tiện và kinh tế khi vậnchuyển và tồn chứa ở dạng lỏng

Thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butane nên tính chất củaLPG là tính chất của Propane và Butane LPG có các đặc tính sau :

 Là một chất lỏng không màu, không mùi không vị, tuy nhiên trongthực tế trong quá trình chế biến được pha thêm EthylMecaptan có mùi đặctrưng để dễ phát hiện rò rỉ Nồng độ mùi phải đủ để nhận ra trước khi chúngtạo thành hỗn hợp nổ

 Là loại chất đốt có nhiệt lượng rất lớn, nhiệt độ ngọn lửa cao(189019530C)

 Có tỉ trọng nhẹ hơn nước 0,530,58 kg/lít, nặng hơn không khí(1,52 lần so vơi không khí)

 Nhiệt trị thấp QH = 46Mj/kg (tương đương 11000 Kcal/kg)

 Chỉ số octane : 95105

 LPG không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởngđến thực phẩm và sức khỏe con người Tuy nhiên không nên hít vào với sốlượng lớn và nó có thể làm say hay ngạt thở Cũng không nên bước vàonhững nơi có đầy hơi LPG và ngoài nguy hiểm do tính dễ cháy còn có thểngạt thở do thiếu ôxy

LPG được tồn chứa trong các loại bể chịu áp lực khác nhau, chúng tồntại ở trạng thái bảo hòa LPG lỏng ở dưới , hơi LPG ở phía trên theo qui định

an toàn các loại bể LPG chỉ được phép nhập 8085% thể tích, phần lớn lạiđảm bảo sự giãn nở nhiệt của LPG lỏng.

Đặc trưng lớn nhất của LPG khác với các loại khí khác là chúng tồnchứa ở trạng thái bảo hòa nên với thành phần không đổi (70% Butan  30%Propan) áp suất bảo hòa trong bể chứa cũng như trong hệ thống ống khôngphụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độbên ngoài Thông thường gas Petrolimex có áp suất từ 4,5kg/cm2 7,8kg/cm2 ở nhiệt độ từ 15300C Nếu LPG lỏng bị rò rỉ ra ngoài thì tại chỗ

rò có nhiệt độ thấp và xuất hiện tuyết

Ngoài ra, hàm lượng Propane trong thành phần hóa học của LPG cònquyết định áp suất hơi trong bình chứa LPG Nếu hàm lượng Propane càngnhiều thì áp suất hơi càng cao, nhiệt trị cao,sử dụng triệt để LPG trong bìnhchứa đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp Khi sử dụng vớimột lượng lớn thì bình sẽ hạ nhiệt độ nhanh, do đó nếu loại LPG đang sửdụng có thành phần Propane ít thì do áp suất hơi giảm nhanh làm cho lưulượng LPG thoát ra sẽ giảm nhanh không đáp ứng nhu cầu sử dụng

Một số tính chất của nhiên liệu LPG so với các loại nhiên liệu khácđược trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2.Các tính chất của một số nhiên liệu khí

Loại khí Công thức hóa học

Khối lượngriêng(Kg/m3)

Nhiệt trị(Mj/m3) Tỉ lệ

A/F

SốmêtanThấp Cao

Bảng 1.3.Tiêu chuẩn khí hóa lỏng -LPG (tiêu chuẩn TC01 96/SP)

STT Tên tiêu chuẩn Đơn vị Mức qui

định

Phương phápthử

1 Ap suất hơi ở 37,80C Kpa 7101160 ASTMD1276

ASTMD2163

4 Nhiệt độ bốc hơi 95%

thể tích ở 760mmHg

00C Max 2.2 ASTMD1837

5 Nhiệt trị cao Kcal/kg Min 10,98 ASTMD2598

6 Hàm lượng lưu huỳnh,

Để khắc phục hiện tượng trên, khí hóa lỏng LPG có tiêu chuẩn riêng

về thành phần của nó, tiêu chuẩn này tùy thuộc vào mỗi quốc gia, mỗi khuvực khác nhau

Hình 1.3.Đặc tính hơi bão hoà của Probane và Butane

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí có thể tính theo công thứcMenđêlêep [1]:

QH = (12,8CO + 10,8H2 + 35,8CH4 + 56,0C2H2 + 59,5C2H4 + 63,4C2H6 +

91C3H8 + 120C4H10 + 144C5H12).106 (J/m3)

Trong đó: CO, H 2  số phần trăm tính theo thể tích của các chất thành phần trong hỗn hợp khí.

2.KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ MAZDA WL

2.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL

Động cơ Diesel nói chung là một loại động cơ đốt trong kiểu piston,trong đó quá trình cấp nhiên liệu, hòa trộn hỗn hợp và cháy được thực hiệnchủ yếu trong thể tích buồng cháy động cơ

Động cơ Diesel là loại động cơ hình thành hòa khí bên trong xilanhđộng cơ, khí đưa vào xilanh là không khí, không phải là hỗn hợp khí vànhiên liệu, piston nén không khí với tỉ số nén rất cao (1422) làm không khí

bị nóng đến mức đốt cháy nhanh chóng những hạt nhiên liệu (dầu Diesel)được phun vào với áp suất rất cao, khi hành trình nén sắp kết thúc nhiên liệumới được phun vào xilanh Nhiên

liệu ở đây được phun vào bằng bơm

cao áp

Động cơ Diesel không có hệ

thống đánh lửa, vì tỉ số nén rất cao,

nên nhiệt độ không khí trong xilanh

lên tới 5507500C, áp suất không

khí nén vào khoảng 3050at Do đó

sau khi nhiên liệu được phun vào

xilanh gặp hỗn hợp khí cháy có

nhiệt độ và áp suất cao sẽ nhanh

chóng đạt đến nhiệt độ tự cháy

Nguyên lý làm của động cơ

Diesel 4 kỳ được tiến hành như sau:

c'

b' b"

d 1 r

Ở đầu hành trình nạp piston ở ĐCT, toàn bộ thể tích buồng nén chứađầy sản vật cháy còn sót lại của chu trình trước và được gọi tắt là khí sót,điểm đặc trưng trạng thái của nó là điểm r trên đồ thị công Ap suất khí sótgần bằng áp suất khí trời Khi trục khuỷu quay, piston dịch chuyển từ ĐCTđến ĐCD, do thể tích không gian phía trên tăng, nên trong xilanh hình thànhchân không và dưới tác dụng của hiệu số áp suất ngoài và trong xilanh,không khí được hút vào xilanh qua xupáp nạp trong suốt hành trình nạp.Trong thời gian này xupáp thải đóng.

Trên đồ thị công hành trình nạp ứng với đoạn đường cong rr’a Thôngthường xupáp nạp được bắt đầu mở sớm hơn một chút trước khi piston điđến ĐCT (điểm d1), góc ứng với đoạn d1r được gọi là góc mở sớm xupápnạp Làm như vậy là để khi piston đến ĐCT, tức là lúc bắt đầu nạp xupápnạp đã được mở tương đối lớn , tiết diện lưu thông lớn, do đó giảm được sứccản đảm bảo nạp được nhiều không khí mới hơn Đồng thời xupáp nạp cũngđược đóng muộn hơn so với ĐCD (điểm d2) góc ứng với đoạn ad2 gọi là gócđóng muộn xupáp nạp Làm như vậy là lợi dụng một cách có hiệu quả hiệu

số áp suất p0 - pa và quán tính của không khí lưu động trong ống nạp, để tăngthêm lượng nạp vào xilanh

Do đó quá trình nạp kết thúc ở điểm bắt đầu quá trình nén thực tế, vìvậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian của hành trình nạp

gian để chuẩn bị cho nhiên liệu bốc cháy tốt, góc ứng với đoạn c’c’’ gọi làgóc phun sớm.

2.1.3.Hành trình cháy và giãn nở

Piston đi từ ĐCT đến ĐCD, nó gồm quá trình cháy và giãn nở Saukhi kết thúc giai đoạn chuẩn bị số nhiên liệu có trong xilanh được cháynhanh, áp suất tăng lên mãnh liệt và trên đồ thị công được biểu thị bằngđoạn c’’i Sau đó sự cháy tiến hành tương đối đều hơn vì số nhiên liệu đượcđưa vào sau này bốc cháy nhanh hơn vì nhiệt độ môi chất trong xilanh saukhi cháy phần nhiên liệu ban đầu có cao hơn làm cho nhiên liệu được sấynóng nhanh, giai đoạn này được biểu thị bằng đoạn yz trên đồ thị công Với

áp suất không đổi quá trình cháy được kết thúc hoàn toàn khi áp suất giảm(điểm x), và tiếp đó là quá trình giãn nở của sản vật cháy

2.1.4.Hành trình thải

Piston đi từ ĐCD đến ĐCT và tiến hành đẩy sản vật cháy ra khỏixilanh thông qua xupáp thải Xupáp thải được mở sớm hơn so với ĐCD(điểm b’) để giảm áp suất pr trong xilanh ở giai đoạn thải khí và do đó giảmđược công âm tiêu hao cho việc đẩy khí thải ra ngoài của piston, ngaòi ra khigiảm áp suất pr, lượng khí sót trong xilanh cũng giảm, do đó tăng lượng khínạp mới vào xilanh Góc ứng với đoạn b’b’’ gọi là góc mở sớm xupáp thải.Đồng thời, để thải sạch sản vật cháy, xupáp thải được đóng muộn hơn so vớiĐCT (điểm r’), góc ứng với đoạn rr’ gọi là góc đóng muộn xupáp thải

Sau khi kết thúc hành trình thải, tức là động cơ đã hoàn thành một chutrình công tác và một chu trình công tác mới tiếp sau được bắt đầu

2.2.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MAZDA

Động cơ MAZDA WL lắp trên xe FORD RANGER là động cơ Dieseltăng áp, trong đó người ta lợi dụng năng lượng của dòng khí thải để tăng áp

cho động cơ Động cơ gồm 4 xilanh, là động cơ 4 kỳ, có 2 xupap nạp và 1xupap thải Trục cam của động cơ được đặt trên nắp máy của động cơ và tácđộng trực tiếp lên dàn cò mổ mà không thông qua đũa đẩy, tức động cơkhông có đũa đẩy Nhiên liệu được bơm cao áp nén với áp suất rất cao, quađường ống cao áp tới vòi phun và được phun trực tiếp vào trong buồng cháycủa động cơ vào cuối quá trình nén, hỗn hợp được hình thành ngay bên trongđộng cơ, nhiên liệu tự bốc cháy ở nhiệt độ và áp suất thích hợp với tỷ số néncao Dạng bơm cao áp là bơm phân phối Bơm cao áp, bơm chuyển nhiênliệu và bộ điều tốc được gắn liền thành một khối Việc tắt máy được thựchiện bằng cách cắt dòng điện của van điện từ ngắt không cho nhiên liệu từbơm chuyển nhiên liệu vào bơm cao áp Buồng cháy động cơ có dạng làbuồng cháy ngăn cách, có dây điện trở để sấy nóng vòi phun khi khởi độnglạnh.

Động cơ MAZDA WL lắp trên xe PORD RANGER là một loại xe cótính cơ động cao Dưới đây là thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL:

Bảng 2.1.Các thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL

2.3.ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ MAZDA WL

2.3.1.Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL

Cũng giống như hệ thống nhiên liệu của các động cơ Diesel nóichung, hệ thống nhiên liệu của động cơ MAZDA WL có nhiệm vụ và cácyêu cầu cơ bản sau đây:

- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động trong mộtkhoảng thời gian nhất định

- Lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu

- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế

độ làm việc quy định của động cơ

- Cung cấp nhiên liệu vào xilanh động cơ đúng lúc theo một quy luật

2.3.2.Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL

Hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL gồm các bộ phận chínhsau: thùng chứa nhiên liệu, lọc nhiên liệu, điều tốc, bơm chuyển nhiên liệu,bơm cao áp phân phối, đường ống cao áp, vòi phun, đường dầu hồi Các bộphận: bơm cao áp, bơm chuyển nhiên liệu, điều tốc được gắng kết với nhautrong một kết cấu rất gọn Việc tắt máy được thực hiện bằng cách ngắt dòngđiện của van điện từ cắt không cho nhiên liệu từ bơm chuyển nhiên liệu vàobơm cao áp phân phối

Hình 2.2.Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL

1 Vòi phun; 2.Đường ống cao áp; 3.Cần điều khiển bơm cao áp; 4.Đường dầu hồi; 5.Van điện từ; 6.Piston bơm cao áp; 7.Bơm chuyển nhiên liệu; 8.Lọc nhiên liệu; 9.Van an toàn; 10.Lưới lọc; 11.Thùng chứa nhiên liệu; 12.Ống quan sát mức nhiên liệu; 13.Buồng cháy phụ; 14.Nắp thùng chứa phụ

2 4

7

1 2 3 4

8 9 10

7 6 5

Hình 2.3.Hệ thống nạp thải động cơ MAZDA WL

1.Lọc không khí; 2.Turbo; 3.Kĩt lăm mât không khí nạp; 4.Bộ xúc tâc ba chức năng; 5.Ống góp nạp; 6.Xupap nạp; 7.Vòi phun Diesel; 8.Buồng chây phụ; 9.Xupap thải; 10.Ống góp thải

E

E F

F

F - F TỶ LỆ : 1:1

E - E TỶ LỆ : 1:1

2.4.ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG NẠP ĐỘNG CƠ MAZDA WL

2.4.1.Sơ đồ hệ thống nạp- thảiđộng cơ MAZDA WL

Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL bao gồm: Bầu lọc gió 1, mây nĩnkhí 3, kĩt lăm mât không khí nĩn 5, câc đường ống dẫn không khí nạp vă cơcấu phối khí Không khí nạp được mây nĩn khí nĩn lín với âp suất cao hơn

âp suất khí trời trước khi được nạp văo xilanh động cơ Mây nĩn được dẫnđộng bằng Tuabin nhờ lợi dụng năng lượng của dòng khí thải lăm quayTuabin trước khi khí thải được thải ra ngoăi Không khí nạp ra khỏi mây nĩnđược lăm mât bởi kĩt lăm mât không khí nạp 5 để giảm nhiệt độ không khínạp trước khi văo xilanh động cơ nhằm mục đích tăng hệ số nạp cho độngcơ

Sinh viín thực hiện: TRẦN HOĂNG LĐM - Lớp 99C4A Trang 29

3.TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ MAZDA WL KHI DÙNG DIESEL

3.1.CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

Động cơ MAZDA WL lắp trên xe FORD RANGER là động cơ Dieseltăng áp Động cơ gồm 4 xilanh, là động cơ 4 kỳ, có 2 xupap nạp và 1 xupapthải Buồng cháy động cơ có dạng là buồng cháy ngăn cách, có dây điện trở

để sấy nóng vòi phun khi khởi động lạnh

Động cơ MAZDA WL lắp trên xe PORD RANGER là một loại xe cótính cơ động cao Dưới đây là thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL:

Bảng 3.1.Các thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL

3.2.CÁC THÔNG SỐ CHỌN CỦA ĐỘNG CƠ

Dựa vào đặc điểm kết cấu, tính năng động lực học và điều kiện làmviệc của động cơ MAZDA WL lắp trên xe FORD RANGER, theo [1] tachọn các thông số cho việc tính toán nhiệt của động cơ MAZDA WL nhưsau:

Bảng 3.2.Các thông số chọn của động cơ

Bảng 3.3.Các thông số của quá trình nạp

4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1

Chọn trước n1 , thay vào vế phải phương trình:

Tỷ nhiệt của không khí mCvkk KJ/Kmol 0 K 20,4345

(3-21)Trong đó:

(3-22)(3-23)

9 Nhiệt độ cực đại của chu trình TZ , [0K]

(3-24)Đưa phương trình về dạng : A.TZ2 + B.TZ + C = 0

A=

B=

C=

Giải phương trình và loại nghiệm âm ta được TZ

10.Ap suất cực đại của chu trình

Bảng 3.5.Các thông số quá trình cháy

3 Kiểm nghiệm lại trị số n2

Chọn trước n2 , thay vào vế phải phương trình

(3-28)

4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

5 Ap suất cuối quá trình giãn nở Pb.

6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót

Sai số : <15%

Bảng 3.6.Các thông số quá trình giãn nở

Ap suất chỉ thị TB Lthuyết p' i MN/m 2 1,3910

Gnl = , [kg/h] (3-46)

Bảng 3.8.Các thông số có ích

3.4.ĐỒ THỊ CÔNG CỦA ĐỘNG CƠ MAZDA WL NGUYÊN THUỶ

Theo tính toán nhiệt ở trên:

Tỉ số nén đa biến trung bình n1 = 1,369