Nghiên cứu đặc tính và phát thải động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu LPG thế hệ mới

Luận văn phân tích đặc tính và phát thải động cơ diesel dùng lưỡng nhiên liệu LPG. Đánh giá hiệu quả thực tế của bộ cung cấp LPG thế hệ mới.

• Tác giả: Phạm Việt Cường
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Hữu Tuyến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Tính Và Phát Thải Động Cơ Diesel Khi Sử Dụng Lưỡng Nhiên Liệu Lpg/Diesel Với Bộ Cung Cấp Lpg Thế Hệ Mới
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Đặc tính của Động cơ Diesel sử dụng Nhiên liệu LPG

Động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel là giải pháp tiên tiến trong công nghệ động cơ đốt trong hiện đại. Hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới cho phép động cơ vận hành linh hoạt với hai loại nhiên liệu khác nhau. Đặc tính chính của động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu bao gồm khả năng thích ứng cao, tiêu hao nhiên liệu hiệu quả và hiệu suất công suất ổn định. Khi sử dụng LPG kết hợp với Diesel, động cơ duy trì các thông số kỹ thuật tối ưu ở cả 100% tải và 75% tải. Thành phần chính của LPG gồm propane và butane, với các chỉ tiêu kỹ thuật được quy định theo Quy chuẩn Việt Nam (QUVN 8:2012/3KLCN). Hệ thống giclơ LPG đa dạng với đường kính khác nhau giúp điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu một cách chính xác, nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ.

1.1. Thành phần và tính chất Nhiên liệu LPG

LPG là khí hóa lỏng chứa chủ yếu propane, butane và các chất khác. Tính chất vật lý của LPG khác biệt so với xăng và dầu Diesel, mang lại ưu điểm về mật độ năng lượng cao. Đặc tính LPG cho phép tối ưu hóa quá trình đốt cháy trong buồng cháy. Hệ thống cung cấp LPG hiện đại kiểm soát áp suất tuyệt đối, đảm bảo phun LPG đúng tỷ lệ với Diesel, tạo nên hỗn hợp khí-dầu đồng nhất và hiệu quả.

1.2. Hiệu suất và Công suất Động cơ

Công suất động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu duy trì ổn định khi sử dụng LPG/Diesel ở các mức tải khác nhau. Hiệu suất cụ thể được đánh giá qua chu trình thử ECE R49 - tiêu chuẩn Châu Âu. Kết quả đo cho thấy tỷ lệ thay thế LPG với giclơ khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất công suất. Hệ thống cung cấp LPG thế hệ mới nâng cao khả năng điều chỉnh, cho phép động cơ vận hành tối ưu trong điều kiện khác nhau.

II. Phát thải khí độc hại của Động cơ Diesel LPG

Phát thải khí độc hại từ động cơ Diesel sử dụng LPG là yếu tố quan trọng đánh giá hiệu quả môi trường. Các chỉ tiêu phát thải chính bao gồm CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbons), NOx (oxides of nitrogen) và CO₂ (carbon dioxide). Kết quả thử nghiệm theo chu trình ECE R49 cho thấy phát thải CO giảm đáng kể khi sử dụng LPG kết hợp Diesel. Độ đen khí thải (FSN) cũng cải thiện tại các áp suất LPG khác nhau. Thử nghiệm với 5 loại giclơ có đường kính khác nhau chứng minh rằng việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp LPG giảm thiểu các chất ô nhiễm. Phát thải NOx và HC thay đổi tùy theo điều kiện vận hành, đặc biệt ở 100% tải và 75% tải.

2.1. Giảm thiểu Carbon Monoxide CO và Hydrocarbon HC

Phát thải CO từ động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel giảm 30-40% so với chạy pure Diesel. HC phát thải cũng được kiểm soát tốt nhờ quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn. Sử dụng giclơ LPG thích hợp giúp hình thành hỗn hợp khí lý tưởng, tối ưu hóa phương trình đốt cháy. Kết quả đo thực tế cho thấy mức độ thay đổi phát thải CO và HC là tích cực ở cả mức tải cao và thấp.

2.2. Kiểm soát NOx và Độ đen khí thải

NOx phát thải được kiểm soát thông qua tối ưu hóa góc phun LPG và thời gian phun. Độ đen khí thải (FSN) cải thiện đáng kể do hỗn hợp LPG-Diesel đốt cháy sạch hơn. Thử nghiệm với các áp suất LPG khác nhau cho thấy mối liên hệ giữa áp suất và chất lượng phát thải. Khí thải sạch hơn dẫn đến chi phí bảo dưỡng động cơ giảm và tuổi thọ động cơ tăng.

III. So sánh Đặc tính Xăng Dầu Diesel và LPG

So sánh đặc tính của ba loại nhiên liệu chính: xăng, dầu Diesel và LPG cho thấy ưu và nhược điểm của mỗi loại. LPG có mật độ năng lượng cao, giá thành rẻ hơn so với xăng trong thị trường hiện nay. Dầu Diesel vẫn là lựa chọn tối ưu cho các động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu do độ nén cao và hiệu suất tốt. Đặc tính LPG về tính bay hơi nhanh, khả năng tự ngắn lửa cao giúp cải thiện quá trình đốt cháy. Thị trường LPG-Autogas năm 2007 cho thấy dự báo cung cầu LPG Việt Nam tăng liên tục. Kết hợp Diesel với LPG là xu hướng phát triển bền vững trong công nghiệp vận tải.

3.1. Đặc tính vật lý và Hóa học của ba loại nhiên liệu

LPG có điểm sôi thấp (-42°C propane, -0,5°C butane), cho phép bay hơi dễ dàng trong điều kiện thường. Dầu Diesel có độ nhớt cao, điểm sôi 180-360°C, thích hợp cho động cơ Diesel. Xăng có tính bay hơi trung bình với chỉ số octane 90-98. Tính chất LPG về an toàn cháy nổ được kiểm soát qua hệ thống cung cấp LPG áp suất cao với các van an toàn.

3.2. Hiệu suất và Chi phí sử dụng

Động cơ lưỡng nhiên liệu sử dụng LPG/Diesel tiết kiệm 20-30% chi phí nhiên liệu so với pure Diesel. Hiệu suất cơ học tương đương do công suất duy trì ổn định. Thị trường LPG Việt Nam phát triển mạnh với dự báo cung cầu tăng hàng năm. Chi phí bảo trì giảm nhờ khí thải sạch hơn và ít tích tụ carbon trong động cơ.

IV. Kết quả thử nghiệm theo Chu trình ECE R49

Chu trình thử ECE R49 là tiêu chuẩn Châu Âu để đánh giá phát thải khí động cơ trong điều kiện vận hành thực tế. Thử nghiệm trên động cơ Diesel D1461 sử dụng LPG kết hợp Diesel theo các vị trí lắp giclơ LPG khác nhau đã cho kết quả tích cực. Kết quả đo phát thải thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong cho thấy mức độ thay đổi phát thải rõ rệt. Tiêu hao nhiên liệu (kg/h) được ghi nhận chính xác qua thiết bị Smoke Meter AVL 415 và hệ thống lấy mẫu chất thải Smart Sampler. Chu trình bao gồm 5 chế độ tải khác nhau, từ không tải đến 100% tải, cung cấp dữ liệu toàn diện về hiệu suất động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel.

4.1. Phương pháp thử nghiệm và Thiết bị đo lường

Chu trình ECE R49 gồm 13 điểm vận hành khác nhau từ không tải đến 100% tải. Thiết bị Smoke Meter AVL 415 đo độ đen khí thải (FSN) với độ chính xác cao. Hệ thống lấy mẫu Smart Sampler thu thập chất thải đạng hạt để phân tích chi tiết. Sơ đồ bằng tín hiệu động cơ ghi nhận toàn bộ thông số trong quá trình thử nghiệm ECE R49.

4.2. Kết quả Phát thải và Tiêu hao Nhiên liệu

Kết quả đo từ chu trình ECE R49 cho thấy phát thải CO giảm trung bình 25-35% khi sử dụng LPG với Diesel. Phát thải HC và NOx cũng được kiểm soát tốt. Tiêu hao nhiên liệu ở 100% tải là 12-15 kg/h, tăng tương đối ở 75% tải. Hình thức báo cáo chi tiết mức độ thay đổi phát thải ở 100% tải và 75% tải cung cấp dữ liệu so sánh rõ ràng cho động cơ Diesel lưỡng nhiên liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT HỆ THÓNG CUNG CÁP LPG THE HE MGI CHIO DỌNG CƠ DIESEL DI146TT 38 2. Hệ thắng cung cập LPG thé hệ cũ 38 2. Hệ thắng cung cap LPG thé hệ mứt s39 2.

Nghiên cứu lắp đặt hệ thẳng cung cấp LPŒ thẻ hệ mới cha động cơ diesel DIH6TI. Các hệ thông chính của đông cơ D1146T1 2.Hệ thông nhiên liệu. Hệ thông hôi trơn TH 45 2. Tiệ thông làm mát 46 3.

Cụm tuabin-máy nén 4? 2. Nghiên cứu lắp đãi hệ thông ELPO lên động cơ ĐI 146TT 4? CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỨ NGHHỆM DỘNG CO DIESEL D1146TT SU DUNG LƯỠNG NHIÊN LIRU LPG/DIESEL TREN BANG THY. Trang thiết hị thử nghiệm 3.

Phanh thử động cơ "¬-. Thiết bị điều chính tay ga THA100 Throttle actuator) "—. Cân nhiên liện "¬ ~.4 “Thiết bị phân tích thành phần phát tái csseeteg susseniinssesseeesansseesinsnasseecansncesineee DL 3. Thử nghiệm động cơ trén băng thú a -.

Phương pháp bố trí thiết bị thử nghiệm. Hiệu chỉnh bộ cung cắp 1PG - - .S7 37 Dinh gia hàm lượng phát thải theo đặc tính tóc độ với các tý lẻ cùng cấp LPG/diasel.59 Dánh giá phát thái động cơ theo chu trinh thử ECE R 49 (tiêu chuẩn Euro II) với gielo số 5 đã chọn. Kết luận chương 3. Kết Mmận chung và kiến nghị.

76 Tải liệu tham khảo. 78 Phụ lục " 80 HV: Phạm Việt Cường, iv MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANII MỤC CÁC ITÌNH VẼ VẢ SƠ ĐÒ Tình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu I.3: Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toản cẳu.3: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toản cầu năm 2006 16 Hình 1.4 Tỷ trọng liều thụ T.PG trên loan edu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 16 linh 1.5: So sánh phảt thải động cơ đạt tiêu chuẩn Iuro 3 và Euro 5 khi sử đụng xăng, diesel va LPG ¬ Tình 1.6: Sơ đỗ hệ thông cung cip LPG cho động cơ linh 1.7: So sánh hảm lượng HC và CÓ (g/KWH). co oceieerre Hình 1.8: So sánh hàm lượng NOx va PM Hình 2.1: Sơ đỏ hệ thống bộ chuyển dỗi LPG thế hệ cñ.3: Sơ đỏ tổng thể hệ thống cung cấp LPG thể hệ mới cho động cơ diesel.3: Sơ đỏ cung cấp LPG vào động cơ 1linh 2.4: Sơ đỏ tín hiệu diều khiến hệ thông cung cấp LPŒ .6 Mặt cắt doc động cơ D1146TI linh 2.7: Mặt cắt ngang động cơ I3114611.8: IIệ thống nhiên liệu động cơ DI116TI Hình 2.9: Hệ thống bôi trơn động cơ D1146TT ‘Linh 2.10: 118 thống làm mát động cơ D1 461 .11: Cụm tuabin- máy nén (hệ thống tăng áp trên động cơ DI 1 46T) Tình 2.12: Lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ D1146TT 1linh 2.13: Vị trí lắp vòi phun LPG và cảm biến áp suất tăng áp.1: Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu cửa nó Hinh 3.2: So dé nguyén ly do cia AVI.

Fuct balance 733s Limh 3.3: 5ơ đỏ câu tao tia bG phn tich CO ceccccsssscscessssssseieeeesssssaneee Hinh 3.4: Sơ đỏ câu lạo của bộ phân lich NO va NO Hình 3.5:5: Sơ để câu lạo hệ thống đo C2Hạ HV: Phạm Việt Cường, vii MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT HỆ THÓNG CUNG CÁP LPG THE HE MGI CHIO DỌNG CƠ DIESEL DI146TT 38 2. Hệ thắng cung cập LPG thé hệ cũ 38 2.

Hệ thắng cung cap LPG thé hệ mứt s39 2. Nghiên cứu lắp đặt hệ thẳng cung cấp LPŒ thẻ hệ mới cha động cơ diesel DIH6TI. Các hệ thông chính của đông cơ D1146T1 2.Hệ thông nhiên liệu. Hệ thông hôi trơn TH 45 2.

Tiệ thông làm mát 46 3. Cụm tuabin-máy nén 4? 2. Nghiên cứu lắp đãi hệ thông ELPO lên động cơ ĐI 146TT 4? CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỨ NGHHỆM DỘNG CO DIESEL D1146TT SU DUNG LƯỠNG NHIÊN LIRU LPG/DIESEL TREN BANG THY.

Trang thiết hị thử nghiệm 3. Phanh thử động cơ "¬-. Thiết bị điều chính tay ga THA100 Throttle actuator) "—. Cân nhiên liện "¬ ~.4 “Thiết bị phân tích thành phần phát tái csseeteg susseniinssesseeesansseesinsnasseecansncesineee DL 3.

Thử nghiệm động cơ trén băng thú a -. Phương pháp bố trí thiết bị thử nghiệm. Hiệu chỉnh bộ cung cắp 1PG - - .S7 37 Dinh gia hàm lượng phát thải theo đặc tính tóc độ với các tý lẻ cùng cấp LPG/diasel.59 Dánh giá phát thái động cơ theo chu trinh thử ECE R 49 (tiêu chuẩn Euro II) với gielo số 5 đã chọn. Kết luận chương 3.

Kết Mmận chung và kiến nghị. 76 Tải liệu tham khảo. 78 Phụ lục " 80 HV: Phạm Việt Cường, iv MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAXN - - cee i LOICAM ON MUC LUC DANH MỤC CÁC KỸ HIỆU VẢ CHỮ VỊ DANH MỤC CÁC BẰNG BIẾU.

wv DANH MỤC: CÁC HÌNH VẼ VẢ ĐỒ THỊ Wil MG DAI I i Mus đích, đổi tượng và phạm vì nghiên cứu gũa để tài 5 i. Phương pháp nghiên cửu 5 đi. Ý nghĩ khos học và ý nghĩa thực tiễn 5 iv, Céendidung chinh trong dé tai. TONG QUAN VE NHIEN LIEU KHi Í BẦU MÔ HÓA LÔNG (LPG) su? 1.

Tính chất cơ bán của khi đầu mé hoa King (LPG) 1. Giới thiệu chung và LPG. Tinh chat vat ly otia LPG 1. Tỉnh chất hóa học của LPŒ 1.

Phân loại LPŒ 12 1. Ưu điểm cia LPG 13 1. Tình hình sẵn xual va sir dụng I.PG trên thế giới và ữ Việt Nam s14 1. Tỉnh hình sản xuất và sử đạng LPG trên thể giới.

Tinh hinh sim xuất và sử dụng TPG ở ViệL Nam. Các nghiên cứu sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ diốt trong. Các phương án chuyển đối động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thông sang sửi dung nhiên ligu khi dau mé hoa long (LPG). Déng oo xing "— Tứ 25 1.

Nghiên cứu ửng đụng nhiên liệu LPG cho đông cơ điesel trên thế giới 29 1. Về tính năng kỹ thuật động cơ sử đụng I. Vẻ chất lượng khi thải động cơ sử đụng LPG. Một số kết quả nghiên cứu sử đụng T.PG trên động cơ đizsel ở Việt Nam 32 1.

Kết luận chương 1. 37 HV: Phạm Việt Cường, ii MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANII MỤC CÁC ITÌNH VẼ VẢ SƠ ĐÒ Tình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu I.3: Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toản cẳu.3: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toản cầu năm 2006 16 Hình 1.4 Tỷ trọng liều thụ T.PG trên loan edu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 16 linh 1.5: So sánh phảt thải động cơ đạt tiêu chuẩn Iuro 3 và Euro 5 khi sử đụng xăng, diesel va LPG ¬ Tình 1.6: Sơ đỗ hệ thông cung cip LPG cho động cơ linh 1.7: So sánh hảm lượng HC và CÓ (g/KWH). co oceieerre Hình 1.8: So sánh hàm lượng NOx va PM Hình 2.1: Sơ đỏ hệ thống bộ chuyển dỗi LPG thế hệ cñ.3: Sơ đỏ tổng thể hệ thống cung cấp LPG thể hệ mới cho động cơ diesel.3: Sơ đỏ cung cấp LPG vào động cơ 1linh 2.4: Sơ đỏ tín hiệu diều khiến hệ thông cung cấp LPŒ .6 Mặt cắt doc động cơ D1146TI linh 2.7: Mặt cắt ngang động cơ I3114611.8: IIệ thống nhiên liệu động cơ DI116TI Hình 2.9: Hệ thống bôi trơn động cơ D1146TT ‘Linh 2.10: 118 thống làm mát động cơ D1 461 .11: Cụm tuabin- máy nén (hệ thống tăng áp trên động cơ DI 1 46T) Tình 2.12: Lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ D1146TT 1linh 2.13: Vị trí lắp vòi phun LPG và cảm biến áp suất tăng áp.1: Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu cửa nó Hinh 3.2: So dé nguyén ly do cia AVI.

Fuct balance 733s Limh 3.3: 5ơ đỏ câu tao tia bG phn tich CO ceccccsssscscessssssseieeeesssssaneee Hinh 3.4: Sơ đỏ câu lạo của bộ phân lich NO va NO Hình 3.5:5: Sơ để câu lạo hệ thống đo C2Hạ HV: Phạm Việt Cường, vii MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANII MỤC CÁC ITÌNH VẼ VẢ SƠ ĐÒ Tình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu I.3: Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toản cẳu.3: Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toản cầu năm 2006 16 Hình 1.4 Tỷ trọng liều thụ T.PG trên loan edu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 16 linh 1.5: So sánh phảt thải động cơ đạt tiêu chuẩn Iuro 3 và Euro 5 khi sử đụng xăng, diesel va LPG ¬ Tình 1.6: Sơ đỗ hệ thông cung cip LPG cho động cơ linh 1.7: So sánh hảm lượng HC và CÓ (g/KWH). co oceieerre Hình 1.8: So sánh hàm lượng NOx va PM Hình 2.1: Sơ đỏ hệ thống bộ chuyển dỗi LPG thế hệ cñ.3: Sơ đỏ tổng thể hệ thống cung cấp LPG thể hệ mới cho động cơ diesel.3: Sơ đỏ cung cấp LPG vào động cơ 1linh 2.4: Sơ đỏ tín hiệu diều khiến hệ thông cung cấp LPŒ .6 Mặt cắt doc động cơ D1146TI linh 2.7: Mặt cắt ngang động cơ I3114611.8: IIệ thống nhiên liệu động cơ DI116TI Hình 2.9: Hệ thống bôi trơn động cơ D1146TT ‘Linh 2.10: 118 thống làm mát động cơ D1 461 .11: Cụm tuabin- máy nén (hệ thống tăng áp trên động cơ DI 1 46T) Tình 2.12: Lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ D1146TT 1linh 2.13: Vị trí lắp vòi phun LPG và cảm biến áp suất tăng áp.1: Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu cửa nó Hinh 3.2: So dé nguyén ly do cia AVI. Fuct balance 733s Limh 3.3: 5ơ đỏ câu tao tia bG phn tich CO ceccccsssscscessssssseieeeesssssaneee Hinh 3.4: Sơ đỏ câu lạo của bộ phân lich NO va NO Hình 3.5:5: Sơ để câu lạo hệ thống đo C2Hạ HV: Phạm Việt Cường, vii MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MUC CAC KY DIEU VẢ CHỮ VIET TAT LPG Khi dâu mé héa lang HY Nhiệt trị theo thể tích của LPG AF Tỷ lệ không khí / nhiên liệu LNG Khí tự nhiền hóa lỏng CNG Khí tư nhiên nén. ELC Bộ diều khiển diện Lử hệ thống cung cấp I.PŒ May tinh Câm biên Đô chuyển đối tín hiểu tương tự sang tin hiệu số Cổng nẻi tiếp để kết nói máy tỉnh và vi xứ lý Vi xử lý Chỉ số Wobbe Tượng lượng riêng của LPGŒ HV: Phạm Việt Cường, v MHV: CA120113 VIÊN CƠ KHÍ ĐỘNG LỤC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT HỆ THÓNG CUNG CÁP LPG THE HE MGI CHIO DỌNG CƠ DIESEL DI146TT 38 2.

Hệ thắng cung cập LPG thé hệ cũ 38 2. Hệ thắng cung cap LPG thé hệ mứt s39 2. Nghiên cứu lắp đặt hệ thẳng cung cấp LPŒ thẻ hệ mới cha động cơ diesel DIH6TI. Các hệ thông chính của đông cơ D1146T1 2.Hệ thông nhiên liệu.

Hệ thông hôi trơn TH 45 2.