ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ LÊ HOÀI PHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ DÙNG 100% BIOGAS Chuyên ngành : Kỹ thuật Ôtô, Máy kéo Mã số : 605235 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN NGỌC DŨNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.
HUỲNH THANH CÔNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. ĐẶNG THÀNH TRUNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 26 tháng 07 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Phạm Xuân Mai 2.
Nguyễn Hữu Hƣờng 3. Huỳnh Thanh Công 4. Đặng Thành Trung 5. Nguyễn Ngọc Dũng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG PGS. PHẠM XUÂN MAI TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ LÊ HOÀI PHƢƠNG MSHV : 11136064 Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1988 Nơi sinh : Tây Ninh Chuyên ngành: Kỹ thuật Ôtô, Máy kéo Mã số : 605235 I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc của động cơ dùng 100% biogas II.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Thiết kế mô hình thử nghiệm động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức. Chạy thử nghiệm với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến đặc tính của động cơ dùng 100% biogas đánh lửa cưỡng bức. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 IV.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. Nguyễn Ngọc Dũng Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 07 năm 2013 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS.
NGUYỄN NGỌC DŨNG TS. TRẦN HỮU NHÂN TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời tri ân chân thành và biết ơn sâu sắc đến gia đình đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân: - TS.
NGUYỄN NGỌC DŨNG và Th.S TRẦN ĐĂNG LONG đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. - Quí thầy trong Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Động cơ Đốt trong và Bộ môn Ôtô Máy động lực đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận văn. - Ông NGUYỄN HỮU NHIỆM, chủ trang trại Tân Uyên – Tân Lập, tỉnh Bình Dương và các cô, chú, anh, chị làm việc tại trang trại đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm động cơ. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn: - Các bạn học cùng khóa Cao học 2011, các em sinh viên khóa K09 và khóa K10 đã nhiệt tình hỗ trợ trong công tác thiết lập thử nghiệm tại Bình Dương.
Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 07 năm 2013 VÕ LÊ HOÀI PHƢƠNG i TÓM TẮT Động cơ diesel thử nghiệm, 04 xy-lanh, tỉ số nén 17:1, được chuyển đồi thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức. Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến đặc tính công suất và khí thải của động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức trong điều kiện nghèo nhiên liệu. Động cơ được khảo sát với số vòng quay 1500 vòng/phút tại các mức tải điện và góc đánh lửa khác nhau trong điều kiện nghèo nhiên liệu. Kết quả cho thấy, tại 15kW tải điện, hiệu suất nhiệt động cơ đạt giá trị cực đại 21,64 % tại 10oCA BTDC.
Khi tải điện đạt 17kW, hiệu suất nhiệt cực đại của động cơ tăng lên 22,51% tại 15oCA BTDC. Thành phần HC và CO trong khí thải có giá trị rất nhỏ và hầu như không thay đổi theo góc đánh lửa sớm và tải động cơ. Ngược lại, khi góc đánh lửa sớm động cơ càng tăng thì sự hình thành NOx trong động cơ càng nhiều. Ứng với tải điện 15kW và 17kW, thành phần NOx lần lượt đạt giá trị cực đại 4991ppm và 3819ppm tại góc đánh lửa sớm 25oCA BTDC.
ABSTRACT A four-cylinder diesel engine, compression ratio 17:1, was modified to operate as a biogas operated spark ignition engine. The main objective of this paper is to investigate the effects of ignition timing on performance and emissions characteristics of the biogas engine. The engine was operated at 1500rpm at different ignition timings and loads at lean condition. At 15kW of electric load, maximum thermal efficiency of engine reached 21,64% at 10oCA BTDC of ignition timing.
Increasing electric load to 17kW, maximum thermal efficiency is improved to 22,51% at 15oCA BTDC of ignition timing. There is no significant difference in CO and HC emissions with change in ignition timing and electric load. Conversely, an increase in spark advance results in increased levels of NOx emissions. At 15kW and 17kW of electric load, NOx emissions, respectively, reached the maximum value 4991ppm and 3819ppm at 25oCA BTDC of spark advance.
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 07 năm 2013 VÕ LÊ HOÀI PHƢƠNG iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/F : Tỉ lệ không khí/Nhiên liệu BTDC : Trước điểm chết trên BMEP : Áp suất có ích trung bình CA : Góc quay trục khuỷu CI : Động cơ diesel CDI : Hệ thống đánh lửa điện dung ĐCT : Điểm chết trên ĐCD : Điểm chết dưới ECU : Bộ điều khiển trung tâm EGR : Phương pháp hồi lưu khí thải MBT : Mô-men cực đại SI : Động cơ xăng : Hệ số dư lượng không khí : Hệ số tương đương iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii LỜI CAM ĐOAN.
iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. iv MỤC LỤC. v MỤC LỤC HÌNH. viii MỤC LỤC BẢNG.
Mục tiêu đề tài. Các nội dung thực hiện. Biogas và một số đặc điểm của biogas. Quá trình cháy của động cơ đánh lửa cưỡng bức.
Diễn biến quá trình cháy trong động cơ đánh lửa cưỡng bức. Khí thải trong động cơ đánh lửa cưỡng bức. Lý thuyết hệ thống đánh lửa. Lý thuyết hệ thống đánh lửa trực tiếp CDI (Capacitor Discharged Ignition).
Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm .1 Công suất động cơ .3 Hỗn hợp hòa khí .5 Loại nhiên liệu. Chuyển đổi động cơ biogas. Nhiên liệu sử dụng. Cơ chế đốt cháy.
Tỉ số nén. Điều khiển ổn định tốc độ động cơ. THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ. Quá trình chuyển đổi.
Các hệ thống chính của mô động cơ chuyển đổi. Hệ thống cung cấp biogas điều khiển điện tử .1 Bộ đo lưu lượng không khí nạp .2 Bộ đo lưu lượng biogas cung cấp .3 Bộ trộn kiểu ống venturi .4 Các cụm van điều khiển .5 Mạch điều khiển trung tâm. Hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển điện tử kiểu CDI-DC. Hệ thống giám sát điện tử.
Hệ thống giao tiếp với người dùng. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ. Sơ đồ bố trí và các thiết bị thử nghiệm. Điều kiện thử nghiệm và quy trình thử nghiệm.
Kết quả và thảo luận. Khảo sát ảnh hưởng góc đánh lửa sớm .1 Hiệu suất nhiệt .2 Thành phần khí thải và nhiệt độ khí thải. Khảo sát ảnh hưởng của tải .1 Hiệu suất nhiệt động cơ .2 Khí thải động cơ. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.
Hướng phát triển đề tài. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. iv PHỤ LỤC A. Bài báo đăng trong Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế.
iv PHỤ LỤC B. xxvi PHỤ LỤC C. Bảng vẽ 3D động cơ và các chi tiết khác. xxviii LÝ LỊCH KHOA HỌC.
xxx vii MỤC LỤC HÌNH Hình 1. Phát thải CO2 trên thế giới đến năm 2030. Tiêu thụ của các loại nhiên liệu trên thế giới 1980 – 2030. Bộ chuyển đổi nhiên liệu dùng cho động cơ biogas.
Đồ thị áp suất trong xy-lanh và các giai đoạn cháy của động cơ đánh lửa cưỡng bức. Hiện tượng kích nổ trong động cơ. Sự thay đổi các thành phần khí thải theo hệ số tương đương trong động cơ SI. Các nguồn hình thành khí thải trong động cơ SI.
Quan hệ giữa sự hình thành NOx và thời gian cháy, hệ số tương đương. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp il. Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa.
Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp il và hiệu điện thế thứ cấp U2m. Quy luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m và cường độ dòng điện thứ cấp i2 khi transistor công suất ngắt. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa CDI. Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến công suất và hiệu suất nhiệt của động cơ.
Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến áp suất xy-lanh trong động cơ. Sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ. Tóm tắt công nghệ động cơ dùng biogas chuyển đổi cải tạo từ động cơ truyền thống. Sơ đồ nguyên lý của động cơ chuyển đổi.
Sơ đồ nguyên lý đo của bộ đo lưu lượng không khí nạp. Mô hình mặt cắt 3D của bộ trộn biogas kết hợp bộ đo lưu lượng không khí nạp. Đặc tuyến làm việc của bộ đo lưu lượng không khí nạp. Sơ đồ nguyên lý đo của bộ đo lưu lượng biogas.
Mô hình mặt cắt 3D của bộ đo lưu lượng biogas cung cấp. Đặc tuyến làm việc của bộ đo lưu lượng biogas cung cấp. Sơ đồ nguyên lý thiết kế bộ trộn venturi. Biến thiên vận tốc biogas theo độ chênh lệch áp suất.
Thông số kỹ thuật motor bước điều khiển. Thông số kỹ thuật của cảm biến vị trí kiểu biến trở. So đồ nguyên lý của mạch điều khiển trung tâm. Mạch điều khiển trung tâm.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp CDI-DC. Tín hiệu dạng xung từ cảm biến Ne và Ge. Giao diện màn hình giao tiếp. Sơ đồ nguyên lý bố trí chung thử nghiệm.
