Luận án về ảnh hưởng của chế độ cung cấp nhiên liệu kép LPG-Diesel trong động cơ diesel

• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nhiên Liệu Kép LPG-Diesel Trong Động Cơ Diesel
• Loại tài liệu: Luận án
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.3. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới
• 1.4. Đặc điểm của khí hóa lỏng
• 1.4.1. Tính chất lý hóa của LPG
• 1.4.2. Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống
• 1.5. Tình hình sản xuất LPG
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG – DIESEL)
• 2.1. Quá trình cháy của đ/cơ Diesel và đ/cơ s/dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.1.1. Quá trình cháy của động cơ Diesel
• 2.1.2. Quá trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel)
• 2.2. Các giả thuyết để nghiên cứu về đ/cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel
• 2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán mô phỏng quá trình cháy động cơ LPG - Diesel
• 2.3.1. Phương trình nhiệt động học thứ nhất [84]
• 2.3.2. Mô hình hỗn hợp môi chất
• 2.3.3. Mô hình truyền nhiệt
• 2.3.4. Mô hình cháy Vibe 2 vùng (Vibe 2 Zones)
• 2.3.5. Mô hình hình thành phát thải các chất độc hại
• 2.3.6. Mô hình cháy kích nổ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4. Tính toán mô phỏng động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.1. Phần mềm mô phỏng AVL BOOST
• 2.4.2. Ứng dụng phần mềm AVL BOOST trong tính toán mô phỏng
• 2.4.3. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ Diesel Toyota 3C – TE
• 2.4.3.1. Các thông số cơ bản của động cơ Toyota Diesel 3C - TE
• 2.4.3.2. Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng
• 2.4.4. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ Toyota 3C-TE khi sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel
• 2.4.5. Kết quả mô phỏng động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel
• 2.4.5.1. Ảnh hưởng đến đặc tính Me của đ/cơ sử dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.2. Ảnh hưởng đến đặc tính Ne của đ/cơ sử dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.3. Ảnh hưởng đến nhiệt độ cháy của đ/cơ s/dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.4. Ảnh hưởng đến áp suất quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.5. Phát thải NOx của động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel
• 2.4.5.6. Phát thải CO của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.7. Phát thải muội than của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 2.4.5.8. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến diễn biến áp suất trong xilanh động cơ
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP (LPG - DIESEL)
• 3.1. Hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử của động cơ Diesel
• 3.1.1. Quá trình điều khiển lưu lượng nhiên liệu
• 3.1.2. Quá trình điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
• 3.2. Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ thực nghiệm sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 3.2.1. Sơ đồ nguyên lý cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ
• 3.2.2. Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép Diesel – LPG
• 3.2.3. Cơ sở tính toán lượng nhiên liệu LPG cung cấp cho động cơ
• 3.3. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mạch bộ điều khiển cung cấp khí LPG cho động cơ 3C-TE
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thực nghiệm
• 4.1.1. Mục đích và đối tượng thực nghiệm
• 4.1.2. Điều kiện thực nghiệm
• 4.2. Các quy trình thực nghiệm
• 4.2.1. Thực nghiệm đặc tính kỹ thuật động cơ Diesel 3C – TE
• 4.2.2. Thực nghiệm hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.2.3. Thực nghiệm các đặc tính và thông số ảnh hưởng đến động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.2.4. Thực nghiệm phát thải (HC, CO, NOx và độ mờ khói) khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
• 4.3.1. Đặc tính kỹ thuật động cơ Diesel 3C – TE thực tế
• 4.3.2. Đánh giá h/động của h/thống đ/khiển cung cấp nh/liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.3.3. Đánh giá ảnh hưởng các đặc tính và thông số đến động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.3.4. Đánh giá ảnh hưởng đến phát thải (HC, CO, NOx và muội than) của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)
• 4.4. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu về nhiên liệu kép LPG-Diesel trong động cơ Diesel đã trở thành một chủ đề quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Việc sử dụng LPG như một loại nhiên liệu thay thế cho diesel không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Theo các nghiên cứu, nhiên liệu hóa thạch truyền thống đang dần cạn kiệt, trong khi nhiên liệu sinh học và năng lượng tái tạo đang được khuyến khích sử dụng. Việc chuyển đổi sang nhiên liệu kép không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu phát thải khí độc hại như NOx và CO. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế đã chỉ ra rằng việc sử dụng LPG có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ, đồng thời giảm thiểu lượng khí thải độc hại. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng công nghệ động cơ mới có thể mang lại lợi ích kinh tế và môi trường lớn.

1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng LPG trong động cơ Diesel có thể cải thiện hiệu suất và giảm phát thải. Các nghiên cứu trong nước cho thấy, việc chuyển đổi động cơ Diesel sang sử dụng nhiên liệu kép không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới cũng khẳng định rằng LPG có thể thay thế một phần diesel mà không làm giảm hiệu suất động cơ. Việc áp dụng công nghệ động cơ mới, như hệ thống điều khiển điện tử, giúp tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải độc hại.

II. Cơ sở lý thuyết và mô phỏng động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG Diesel

Quá trình cháy trong động cơ Diesel và động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel) có những điểm khác biệt quan trọng. LPG có tính tự cháy kém hơn so với diesel, do đó cần có sự điều chỉnh trong quá trình cung cấp nhiên liệu. Các mô hình mô phỏng như AVL BOOST đã được sử dụng để tính toán và phân tích quá trình cháy, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc sử dụng nhiên liệu kép. Việc mô phỏng giúp đánh giá được các thông số như áp suất, nhiệt độ và phát thải trong quá trình hoạt động của động cơ. Kết quả mô phỏng cho thấy, việc điều chỉnh tỷ lệ LPG và diesel có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ và lượng khí thải phát sinh.

2.1. Quá trình cháy của động cơ Diesel

Quá trình cháy trong động cơ Diesel diễn ra theo nhiều giai đoạn, từ giai đoạn nén đến giai đoạn cháy chính. Sự khác biệt trong quá trình cháy khi sử dụng nhiên liệu kép là rất rõ ràng. Khi sử dụng LPG, nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt có thể thay đổi, ảnh hưởng đến hiệu suất và phát thải. Các nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa tỷ lệ LPG và diesel có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ, đồng thời giảm thiểu phát thải khí độc hại. Việc áp dụng các mô hình mô phỏng giúp hiểu rõ hơn về quá trình cháy và từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc sử dụng nhiên liệu kép.

III. Nghiên cứu hệ thống điều khiển cung cấp LPG trong động cơ nhiên liệu kép LPG Diesel

Hệ thống điều khiển cung cấp LPG cho động cơ Diesel là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải. Việc thiết kế hệ thống điều khiển điện tử giúp điều chỉnh lưu lượng và thời điểm phun nhiên liệu một cách chính xác. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng hệ thống điều khiển điện tử có thể cải thiện đáng kể khả năng hoạt động của động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép. Hệ thống này không chỉ giúp tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp mà còn đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả.

3.1. Hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử của động cơ Diesel

Hệ thống điều khiển điện tử trong động cơ Diesel giúp quản lý và điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu một cách hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ này cho phép động cơ hoạt động với hiệu suất tối ưu, đồng thời giảm thiểu phát thải khí độc hại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh thời điểm phun và lưu lượng LPG có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ. Hệ thống điều khiển điện tử không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động của động cơ.

IV. Thực nghiệm và đánh giá

Thực nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu về nhiên liệu kép LPG-Diesel. Các thí nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá hiệu suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí độc hại. Kết quả thực nghiệm cho thấy, việc sử dụng LPG có thể giúp giảm thiểu phát thải CO, NOx và muội than. Các thông số kỹ thuật của động cơ cũng được cải thiện khi sử dụng nhiên liệu kép. Việc thực hiện các thí nghiệm này không chỉ giúp xác định hiệu suất của động cơ mà còn cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.1. Mục đích đối tượng và trang thiết bị thực nghiệm

Mục đích của các thí nghiệm là đánh giá khả năng sử dụng LPG trong động cơ Diesel và xác định các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất và phát thải. Đối tượng nghiên cứu là động cơ Diesel TOYOTA 3C-TE, được trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng bơm phân phối. Các trang thiết bị thực nghiệm bao gồm các thiết bị đo lường hiện đại, giúp thu thập dữ liệu chính xác về hiệu suất động cơ và lượng khí thải phát sinh. Kết quả thực nghiệm sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu kép trong động cơ Diesel.