Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Diesel 3 Xy Lanh Phun Gián Tiếp Sử Dụng Biodiesel

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật ô tô máy kéo nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel ba xy lanh phun gián tiếp sử dụng nhiên, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Trần Thanh Vũ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Xuân Mai
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô, máy kéo
• Đề tài: Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel ba xy lanh phun gián tiếp sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu
• 1.2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của đề tài
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• 1.5.1. Phương pháp thống kê, phân tích
• 1.5.2. Phương pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng
• 1.5.3. Phương pháp nghiên cứu tính toán thiết kế
• 1.5.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 1.5.5. Phương pháp chuyên gia
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn mà đề tài mang lại
• 1.6.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.7. Tiến độ thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ NHU CẦU SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL 3 XY LANH Ở NÔNG THÔN VIỆT NAM
• 2.1. Tình hình chung về cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn Việt Nam
• 2.1.1. Quy mô sử dụng đất nông nghiệp và mức độ trang bị máy móc cơ điện nông nghiệp (CĐNN)
• 2.1.2. Nguồn động lực trong sản xuất nông nghiệp
• 2.1.3. Mức độ cơ giới hóa trong hoạt động sản xuất nông — lâm — ngư nghiệp
• 2.2. Các loại động cơ đang sử dụng trong nông nghiệp nông thôn Việt Nam
• 2.2.1. Dãy công suất động cơ
• 2.2.2. Khảo sát các loại động cơ trên thị trường
• 2.3. Nhu cầu sử dụng động cơ Diesel tại Việt Nam
• 2.3.1. Trong hoạt động nông nghiệp
• 2.3.2. Trong hoạt động lâm nghiệp
• 2.3.3. Trong hoạt động ngư nghiệp
• 2.4. Các loại nhiên liệu Biodiesel đang được sử dụng ở Việt Nam
• 2.4.1. Khái quát về nhiên liệu Biodiesel
• 2.4.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Biodiesel
• 2.4.3. Các phương pháp sản xuất Biodiesel
• 2.4.4. Nhu cầu và khả năng ứng dụng Biodiesel
• 2.5. Đánh giá khả năng ứng dụng động cơ diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel tại Việt Nam
• 2.6. Phân tích để lựa chọn sơ bộ các thông số kỹ thuật của động cơ Diesel phù hợp với nhu cầu thực tế VN
• 2.6.1. Mô hình ứng dụng động cơ Diesel nhiều xy lanh trong nông thôn
• 2.6.2. Những yêu cầu cho động cơ Diesel đề xuất
• 2.6.3. Chọn các thông số chính cho động cơ Diesel nhiều xy lanh
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC
• 3.1. Nghiên cứu đề xuất phạm vi ứng dụng của động cơ 3 xy lanh sử dụng các loại nhiên liệu sinh học
• 3.2. Nghiên cứu phạm vi ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ nghiên cứu
• 3.2.1. Các giai đoạn nghiên cứu và ứng dụng của nhiên liệu sinh học
• 3.2.2. Khả năng sản xuất nhiên liệu Biodiesel ở Việt Nam
• 3.2.3. Chọn nhiên liệu biodiesel ứng dụng cho động cơ nghiên cứu
• 3.3. Nghiên cứu phương án bố trí chung cho động cơ 3 xy lanh
• 3.3.1. Chọn kiểu bố trí các xy lanh
• 3.3.2. Chọn số xy lanh cho động cơ
• 3.3.3. Chọn kiểu phun nhiên liệu cho động cơ
• 3.3.4. Chọn kiểu hòa trộn cho động cơ
• 3.4. Tính toán và so sánh phương án thiết kế động cơ nghiên cứu với các động cơ nước ngoài tương tự
• 3.4.1. Thông số kỹ thuật động cơ tham khảo (Kubota D1703-M-E3B)
• 3.4.2. Chọn và tính toán các thông số kết cấu động cơ
• 3.4.3. Chọn phương án cho các hệ thống trên động cơ
• 3.4.4. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang động cơ nghiên cứu
• 3.4.5. Tính toán thiết kế mặt cắt dọc động cơ nghiên cứu
• 3.4.6. So sánh phương án thiết kế với các loại động cơ tương tự
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY
• 4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy
• 4.1.1. Khái quát quá trình cháy trong động cơ Diesel
• 4.1.2. Quá trình cháy trong động cơ Diesel phun gián tiếp
• 4.1.3. Áp suất trong buồng cháy của động cơ phun gián tiếp
• 4.2. Cơ sở lý thuyết quá trình tạo hỗn hợp
• 4.2.1. Định nghĩa dòng xoáy lốc (Vortex)
• 4.2.2. Lịch sử phát triển ba dòng xoáy lốc (Three vortex)
• 4.2.3. Nghiên cứu mô phỏng buồng cháy ba dòng xoáy lốc trong động cơ
• 4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên động cơ khi sử dụng Biodiesel
• 4.4. Những tác động xấu của Biodiesel đến các chi tiết trong động cơ
• 4.5. Buồng cháy Three-Vortex và động cơ sử dụng Biodiesel
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
• 5.1. Giới thiệu chung
• 5.2. Các phần tử của phần mềm AVL Boost
• 5.2.1. Phần tử xylanh (Cylinder)
• 5.2.2. Phần tử điều kiện biên (Boundaries)
• 5.2.3. Phần tử bình ổn áp (Plenum)
• 5.2.4. Phần tử đường ống (Pipes)
• 5.3. Lý thuyết phần mềm AVL Boost
• 5.3.1. Mô hình truyền nhiệt
• 5.3.2. Mô hình hình thành phát thải
• 5.4. Các chế độ mô phỏng
• 5.4.1. Mô hình mô phỏng
• 5.4.2. Nhiên liệu thử nghiệm
• 5.4.3. Các chế độ thử nghiệm
• 5.5. Kết quả mô phỏng
• 5.5.1. Mô phỏng quá trình cháy
• 5.5.2. Tính toán tính năng làm việc của động cơ
• 5.5.3. Mô phỏng tính toán thành phần phát thải của động cơ
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• Phụ lục 1: Danh sách bảng
• Phụ lục 2: Danh sách hình vẽ và đồ thị
• Phụ lục 3: Bài báo khoa học tại Hội Nghị ICAEF12

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan

Nghiên cứu này tập trung vào mô phỏng động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel. Động cơ diesel ba xy lanh được chọn vì phù hợp với nhu cầu nông thôn Việt Nam, đặc biệt trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Biodiesel được xem là giải pháp thay thế tiềm năng cho nhiên liệu diesel truyền thống, giúp giảm phát thải và tăng tính bền vững. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu suất và khả năng ứng dụng của động cơ diesel khi sử dụng biodiesel từ cây jatropha.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa động cơ diesel 3 xy lanh để sử dụng biodiesel, đồng thời đánh giá hiệu suất và phát thải của động cơ. Nghiên cứu cũng hướng đến việc thiết kế mẫu động cơ phù hợp với nhu cầu nông thôn Việt Nam, đặc biệt là trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào động cơ diesel 3 xy lanh với công suất từ 20-50 HP, sử dụng nhiên liệu biodiesel chiết xuất từ cây jatropha. Phạm vi bao gồm mô phỏng động cơ, đánh giá quá trình cháy, và phân tích khí thải.

II. Khảo sát nhu cầu sử dụng động cơ diesel

Nghiên cứu tiến hành khảo sát nhu cầu sử dụng động cơ diesel trong nông thôn Việt Nam, đặc biệt là trong các hoạt động nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp. Kết quả cho thấy, động cơ diesel 3 xy lanh với công suất từ 20-50 HP là phù hợp nhất. Biodiesel được xem là giải pháp thay thế hiệu quả, giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

2.1. Nhu cầu trong nông nghiệp

Nông nghiệp Việt Nam đòi hỏi nguồn động lực lớn, đặc biệt là các động cơ diesel nhỏ gọn và tiết kiệm nhiên liệu. Biodiesel được kỳ vọng sẽ giúp giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường.

2.2. Ứng dụng trong lâm nghiệp và ngư nghiệp

Trong lâm nghiệp và ngư nghiệp, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị như máy cưa, tàu đánh cá. Biodiesel có thể giúp giảm phát thải khí nhà kính và tăng tính bền vững cho các hoạt động này.

III. Thiết kế và mô phỏng động cơ

Nghiên cứu đề xuất phương án thiết kế động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp, sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel. Quá trình mô phỏng động cơ được thực hiện bằng phần mềm AVL Boost, giúp đánh giá hiệu suất và phát thải của động cơ. Kết quả cho thấy, sử dụng biodiesel không làm thay đổi đáng kể hiệu suất động cơ, nhưng giảm đáng kể lượng khí thải.

3.1. Phương án thiết kế

Phương án thiết kế tập trung vào việc bố trí các xy lanh, hệ thống phun nhiên liệu và quá trình hòa trộn. Động cơ diesel 3 xy lanh được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất khi sử dụng biodiesel.

3.2. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng động cơ cho thấy, sử dụng biodiesel giúp giảm lượng khí thải CO2 và NOx. Hiệu suất động cơ chỉ giảm nhẹ (khoảng 5-8%) khi sử dụng hỗn hợp biodiesel và diesel truyền thống.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu kết luận rằng, động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng biodiesel là giải pháp khả thi cho nông thôn Việt Nam. Biodiesel không chỉ giúp giảm phát thải mà còn tăng tính bền vững trong sản xuất nông nghiệp. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa động cơ và mở rộng ứng dụng biodiesel trong các lĩnh vực khác.

4.1. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh rằng, động cơ diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel có hiệu suất tương đương với động cơ sử dụng diesel truyền thống, đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải.

4.2. Hướng phát triển

Hướng phát triển tiếp theo bao gồm nghiên cứu tối ưu hóa động cơ để tăng hiệu suất và giảm phát thải, cũng như mở rộng ứng dụng biodiesel trong các lĩnh vực công nghiệp và giao thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kinh tế nông thôn đóng vai trò trụ cột trong sự phát triển kinh tế tại Việt Nam khi đóng góp hơn 20,29% vào tổng sản phẩm nội địa danh nghĩa. Tuy nhiên, mức độ cơ giới hóa nông nghiệp vẫn còn hạn chế với tỷ lệ trang bị nguồn động lực bình quân chỉ đạt 1,3 HP/ha canh tác, thấp hơn rất nhiều so với Thái Lan (4,0 HP/ha) và Trung Quốc (6,06 HP/ha). Mặc dù toàn quốc đã đưa vào sử dụng hơn 290.478 máy kéo các loại và 95.735 tàu thuyền khai thác thủy hải sản, nhưng khoảng 60% nguồn máy móc này phải nhập khẩu từ nước ngoài với công nghệ cũ, giá thành cao và phụ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường.

Vấn đề cấp bách đặt ra là cần chủ động làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo động cơ đốt trong nội địa công suất nhỏ và ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo. Luận văn tập trung giải quyết bài toán nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp (IDI) trong dải công suất 20 - 50 HP sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel chiết xuất từ cây Jatropha curcas. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, hướng đến các mục tiêu: vận tải nông thôn, kéo máy công tác và dịch vụ tưới tiêu, phát điện tại chỗ.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc tối ưu hóa các thông số vận hành nhằm đạt công suất 20 - 45 HP, mô-men xoắn 90 - 120 Nm, mức tiêu hao nhiên liệu tối ưu 230 - 270 g/kWh và đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 2 theo Quyết định 249/2005/QĐ-TTg, mở ra giải pháp giảm thiểu phát thải và nâng cao tính tự chủ năng lượng cho khu vực nông thôn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai hệ thống lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật động cơ đốt trong và công nghệ nhiên liệu sinh học:

1. Lý thuyết nhiệt động lực học và quá trình cháy trong động cơ diesel phun gián tiếp: Trọng tâm là mô hình buồng cháy ba dòng xoáy lốc (Three-Vortex Chamber). Lý thuyết này giải thích cơ chế dòng khí nén chuyển động xoáy lốc tốc độ cao trong buồng cháy phụ, hỗ trợ quá trình phân rã chùm tia phun, hòa trộn nhiên liệu với không khí và đẩy hỗn hợp cháy dở sang buồng cháy chính để hoàn tất quá trình cháy.
2. Lý thuyết biến đổi hóa lý và động học phản ứng của nhiên liệu sinh học este hóa (Biodiesel): Dựa trên phản ứng chuyển hóa triglyceride thành các mono alkyl ester (FAME) theo tiêu chuẩn TCVN 7717:2007 và ASTM D6751.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được ứng dụng xuyên suốt bao gồm:

• Buồng cháy xoáy lốc phụ (Swirl Pre-combustion Chamber): Không gian hòa trộn và kích hoạt ngọn lửa mồi.
• Trị số Cetane (Cetane Number - CN): Chỉ số đánh giá khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu (Biodiesel đạt mức trên 51 so với 52,1 của diesel khoáng).
• Nhiệt trị thấp (Low Heating Value - LHV): Năng lượng sinh nhiệt của nhiên liệu (Diesel đạt 43.800 kJ/kg, Biodiesel B100 đạt 37.370 kJ/kg).
• Độ nhớt động học (Kinematic Viscosity): Yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng phun tơi sương (1,9 - 6,0 mm²/s ở 40°C).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và mẫu nghiên cứu sử dụng động cơ chuẩn Kubota D1703-M-E3B với thông số kỹ thuật: 3 xy lanh thẳng hàng, dung tích công tác 1,647 lít, tỷ số nén 22,6:1, công suất định mức 26,1 kW (35 HP) tại 2800 vòng/phút. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm 5 chế độ tải (từ 20% đến 100% tải) trên toàn bộ dải tốc độ làm việc từ 1000 đến 3000 vòng/phút, thực hiện trên 4 cấu hình nhiên liệu gồm diesel khoáng (DO), B10, B20 và B100. Phương pháp chọn mẫu định chuẩn được áp dụng nhằm bám sát chu trình thử nghiệm động cơ nông nghiệp quốc tế ISO 8178.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô phỏng nhiệt động lực học 1D bằng phần mềm chuyên dụng AVL Boost kết hợp mô hình truyền nhiệt Woschni và mô hình cháy Vibe cải tiến. Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng mô phỏng chính xác quy luật cấp nhiệt, biến thiên áp suất và cơ chế hình thành phát thải NOx, bồ hóng (Soot) với độ tin cậy trên 90%, đồng thời tiết kiệm 75% thời gian và chi phí so với chế tạo mẫu thử nghiệm vật lý liên tục. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu được triển khai đồng bộ từ ngày 02/07/2012 đến ngày 30/11/2012.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng trên phần mềm AVL Boost cho thấy việc ứng dụng biodiesel trên động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp mang lại những chuyển biến rõ rệt về đặc tính làm việc:

1. Sự suy giảm nhẹ về công suất và mô-men xoắn: Khi sử dụng 100% nhiên liệu biodiesel Jatropha (B100), công suất cực đại của động cơ giảm khoảng 9 - 12% trên toàn dải vòng tua (từ mức 35 HP xuống xấp xỉ 31,2 HP tại 2800 vòng/phút). Mô-men xoắn cực đại giảm tương ứng từ 105 Nm xuống còn khoảng 93 Nm.
2. Tăng suất tiêu hao nhiên liệu riêng (ge): Mức tiêu hao nhiên liệu của B100 tăng từ 10 - 13% so với dầu diesel thông thường (đạt mức 255 - 280 g/kWh so với mức 230 - 245 g/kWh của DO) do khối lượng nhiên liệu nạp vào mỗi chu trình phải tăng lên để bù đắp mật độ năng lượng.
3. Hiệu quả vận hành vượt trội của hỗn hợp B10: Khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp B10 (tỷ lệ 9:1 giữa diesel khoáng và biodiesel), độ chênh lệch về công suất và mô-men xoắn chỉ còn từ 5 - 8%, suất tiêu hao nhiên liệu chỉ tăng nhẹ 3 - 5%, gần như tương đương với động cơ chạy dầu khoáng nguyên bản.
4. Cải thiện đáng kể chất lượng khí thải: Lượng muội than (Soot/PM) và khí CO trong khí xả giảm từ 15 - 25% ở các chế độ tải cao, trong khi phát thải NOx chỉ tăng nhẹ từ 4 - 7% so với khi chạy bằng diesel truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự sụt giảm 9 - 12% công suất là do nhiệt trị của biodiesel B100 (37.370 kJ/kg) thấp hơn 14,7% so với diesel truyền thống (43.800 kJ/kg). Tuy nhiên, đặc tính buồng cháy Three-Vortex đã bù đắp rất tốt nhược điểm về độ nhớt cao của biodiesel (khoảng 4,5 mm²/s). Dòng xoáy lốc mạnh mẽ trong buồng phụ giúp xé tơi các hạt nhiên liệu sinh học, kết hợp cùng hàm lượng oxy nội tại sẵn có trong FAME (khoảng 10 - 11% trọng lượng) giúp phản ứng oxy hóa diễn ra triệt để hơn, từ đó cắt giảm phát thải muội than tới 25%.

Dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường đặc tính ngoài, phản ánh rõ nét mối tương quan giữa công suất Ne, mô-men Me và suất tiêu hao ge theo tốc độ động cơ. Đồ thị biến thiên áp suất chỉ thị P-phi trong buồng cháy chính và buồng phụ cho thấy áp suất cực đại khi cháy B100 xuất hiện sớm hơn 1,2 - 1,8 độ góc quay trục khuỷu do trị số Cetane cao giúp rút ngắn thời gian cháy trễ. Bảng so sánh các chỉ tiêu phát thải khẳng định cấu hình phối trộn B10 hoàn toàn đáp ứng quy chuẩn Euro 2 mà không đòi hỏi bất kỳ sự thay đổi kết cấu cơ khí nào trên hệ thống cung cấp nhiên liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu mô phỏng, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm hiện thực hóa việc ứng dụng động cơ và nhiên liệu sinh học tại Việt Nam:

1. Tinh chỉnh hệ thống phun nhiên liệu: Tiến hành hiệu chỉnh lùi góc phun sớm từ 1 - 2 độ góc quay trục khuỷu và tăng áp suất mở kim phun thêm 5 - 8% đối với các động cơ sử dụng dải nhiên liệu từ B20 đến B100. Giải pháp này giúp triệt tiêu mức tăng 4 - 7% của khí thải NOx và tối ưu hóa áp suất cháy cực đại trong buồng phụ. Trách nhiệm thực hiện thuộc về các nhóm kỹ sư nghiên cứu phát triển động cơ trong thời gian 6 tháng.
2. Thương mại hóa nhiên liệu phối trộn B10: Chuẩn hóa quy trình pha chế và lưu thông đại trà nhiên liệu B10 đạt chuẩn chất lượng TCVN 7717:2007. Mục tiêu là cắt giảm ngay 15% lượng phát thải độc hại từ máy móc nông nghiệp và giảm 10% kim ngạch nhập khẩu dầu mỏ. Đơn vị chủ trì là các tập đoàn kinh doanh xăng dầu phối hợp cùng Bộ Công Thương trong lộ trình 12 tháng.
3. Chế tạo nguyên mẫu động cơ 3 xy lanh nội địa: Đẩy mạnh dự án sản xuất thử nghiệm động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp công suất 20 - 50 HP với tỷ lệ nội địa hóa đạt trên 60%, đưa giá thành sản phẩm giảm 15 - 30% so với máy nhập khẩu. Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp (SVEAM/VEAM) phối hợp cùng các trường đại học triển khai trong giai đoạn 2 - 3 năm.
4. Quy hoạch vùng nguyên liệu sinh học tập trung: Phát triển diện tích trồng cây Jatropha tại các vùng đất dốc, đồi núi khô cằn thuộc miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên với mục tiêu đạt 300.000 ha, kết hợp tận dụng 600.000 tấn mỡ cá basa tại Đồng bằng sông Cửu Long. Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn chủ trì quy hoạch với tầm nhìn thực thi 3 - 5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên ngành:

1. Kỹ sư nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong: Cung cấp phương pháp luận và dữ liệu mẫu về thiết lập mô hình mô phỏng 1D trên phần mềm AVL Boost, tối ưu hóa kết cấu buồng cháy xoáy lốc phụ và tính toán chu trình công tác của động cơ nhiều xy lanh.
2. Các doanh nghiệp sản xuất máy nông - lâm - ngư nghiệp: Nắm bắt cơ sở khoa học để thiết kế, chế tạo các dòng máy kéo 4 bánh, máy gặt đập liên hợp, máy phát điện và tàu cá công suất 30 - 45 HP với chi phí cạnh tranh, phù hợp khả năng tài chính của nông dân.
3. Các nhà máy chế biến và phân phối năng lượng sinh học: Tham khảo các tiêu chuẩn hóa lý, cơ chế bay hơi, hòa trộn của este dầu thực vật và mỡ động vật nhằm xây dựng tiêu chuẩn pha trộn nhiên liệu sinh học tối ưu cho động cơ tĩnh tại và phương tiện cơ giới.
4. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô - Giao thông: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, học tập chuyên sâu về nhiệt động học động cơ đốt trong, ứng dụng nhiên liệu thay thế và kiểm chứng mô hình mô phỏng bằng số liệu thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại chọn kiểu buồng cháy phun gián tiếp thay vì phun trực tiếp?

Động cơ phun gián tiếp (IDI) với buồng cháy xoáy lốc phụ Three-Vortex tạo ra cường độ xoáy lốc rất mạnh, giúp xé tơi và hòa trộn hoàn hảo các loại nhiên liệu có độ nhớt cao như biodiesel (khoảng 4,5 mm²/s). Ngoài ra, kết cấu hệ thống phun gián tiếp có áp suất phun thấp hơn, chế tạo đơn giản, chi phí bảo dưỡng rẻ và quá trình cháy diễn ra êm dịu, rất phù hợp với điều kiện vận hành tại nông thôn.

Mức độ suy giảm công suất khi dùng Biodiesel nguyên chất B100 có ảnh hưởng xấu đến vận hành không?

Mức giảm công suất từ 9 - 12% của B100 hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép của máy móc nông nghiệp và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng kéo tải nặng. Đối với các loại máy công tác như máy bơm nước, máy cày hay máy phát điện, mô-men xoắn của động cơ vẫn duy trì ở mức 90 - 120 Nm, hoàn toàn đáp ứng tốt chế độ làm việc ổn định liên tục.

Tại sao tỷ lệ phối trộn B10 lại được đánh giá là tối ưu nhất cho động cơ?

Hỗn hợp B10 (10% Biodiesel Jatropha + 90% Diesel khoáng) đạt điểm cân bằng lý tưởng giữa hiệu năng và môi trường. Ở tỷ lệ này, công suất chỉ giảm nhẹ 5 - 8% và tiêu hao nhiên liệu tăng không đáng kể (3 - 5%), trong khi phát thải muội than giảm hơn 15%. Động cơ có thể sử dụng trực tiếp B10 mà không cần cải tạo bình chứa, bơm cao áp hay kim phun.

Nhiên liệu Biodiesel có gây ăn mòn hoặc đóng cặn làm hỏng các chi tiết động cơ không?

Các kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng biodiesel không gây tổn hại đến các chi tiết kim loại trong buồng đốt nhờ độ bôi trơn tốt hơn dầu diesel khoáng, giúp giảm mài mòn piston và xéc-măng. Tuy nhiên, do tính chất tẩy rửa tự nhiên của este, người sử dụng cần vệ sinh lọc nhiên liệu định kỳ sau 50 giờ vận hành đầu tiên và thay thế các ống dẫn cao su bằng vật liệu tổng hợp.

Nguồn cung cấp nguyên liệu sản xuất Biodiesel tại Việt Nam có đảm bảo tính khả thi lâu dài không?

Việt Nam có tiềm năng sinh thái dồi dào với hơn 9 triệu ha đất hoang hóa phù hợp trồng cây lấy dầu Jatropha (năng suất 3 tấn biodiesel/ha/năm mà không cạnh tranh đất lương thực), cùng hơn 600.000 tấn mỡ cá tra, cá basa phế thải mỗi năm tại ĐBSCL. Nguồn nguyên liệu này hoàn toàn đủ năng lực đáp ứng sản lượng hàng trăm triệu lít nhiên liệu sinh học mỗi năm.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện nhu cầu cấp thiết về nguồn động lực 20 - 50 HP phục vụ hiện đại hóa nông nghiệp và khẳng định tiềm năng thay thế dầu mỏ của nhiên liệu sinh học tại Việt Nam.
• Thiết lập thành công mô hình mô phỏng nhiệt động lực học 1D bằng AVL Boost trên động cơ Kubota D1703-M-E3B, làm chủ phương pháp đánh giá quá trình cháy trong buồng phụ Three-Vortex.
• Xác định định lượng sự thay đổi tính năng công tác: nhiên liệu B100 làm giảm 9 - 12% công suất, tăng 10 - 13% tiêu hao nhiên liệu, trong khi hỗn hợp B10 tối ưu hóa hiệu suất với mức giảm chỉ 5 - 8% và cắt giảm 15 - 25% khói đen.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho việc ứng dụng dầu Jatropha và mỡ cá basa đạt chuẩn TCVN 7717:2007 vào động cơ nhiều xy lanh, hướng đến đạt chuẩn khí thải Euro 2.
• Đề xuất giải pháp kỹ thuật tinh chỉnh góc phun sớm và hoàn thiện lộ trình nội địa hóa động cơ diesel 3 xy lanh trong giai đoạn 12 - 24 tháng tới.

Các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và doanh nghiệp cơ khí cần đẩy mạnh hợp tác chuyển giao công nghệ, đầu tư thử nghiệm thực tế trên băng thử động cơ để sớm thương mại hóa các dòng máy động lực sử dụng nhiên liệu sạch phục vụ nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu từ “đôi ruộng từ ô thửa nhỏ thành ô thửa lớn” ở huyện Ứng Hòa, Hà Nội (2/ 1903). Đến năm 2004 đã có 9 tỉnh, thành phố ở ĐBSH với tông số thửa ban đầu là 21.260 thửa, giảm xuống chỉ còn 10. Như vậy số thửa đã giảm đi hơn nữa so với trước. Từ đó đến nay, nhà nước đã có chủ trương hỗ trợ các địa phương tiếp tục thực hiện dồn điền đổi thửa, song nhìn chung tình trạng manh mún vân là phổ biến.

Điều này đã hạn chế việc xây dựng kết cấu hạ tầng cũng như áp dung co giới hoá trong nông nghiệp. Số lượng máy kéo được trang bị ở 3 vùng trước khi “dồn điền, dồn thửa” là khá chênh lệch nhau. Tuy nhiên việc thực hiện “dồn điền, dồn thửa” cũng đã giúp hộ nông dân có thể yên tâm sống và sản xuất ôn định lâu dài trên mảnh ruộng của mình. Diện tích thửa ruộng tăng lên đã tạo điều kiện thuận lợi cho người dân đầu tư sử dụng máy động lực, máy nông nghiệp tiến hành cơ giới hóa.2 Nguồn động lực trong sản xuất nông nghiệp: Theo tổng cục thống kê tính đến năm 2007, cả nước đã trang bị: 24.380 máy kéo lớn (trên 35 mã lực) và 266.098 máy kéo cỡ nhỏ 2 bánh (dưới 12 mã lực); tăng gần 1,5 lần so với năm 2003; 70.289 ô tô vận tải hàng hóa; gần 800.000 động cơ điện, máy phát điện và động cơ chạy xăng, diesel; 95.735 tàu thuyền khai thác hải sản, trong đó có gần 15% là tàu thuyền đánh bắt xa bờ.

Tổng công suất động lực như bảng 2. Nếu chỉ riêng nguồn động lực di động (mã lực/100 ha) được trang bị ở các vùng thì các tỉnh ĐBSH là cao nhất: 102,§.Tiếp dến là Tp Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh:59,2; Tây Nguyên: 45,67; ĐBSCL: 37,8; Đông Nam Bộ: 26; Đông Bac: 15,6; Duyên Hải Nam Trung Bộ: 13,5; Bắc Trung Bộ:13. [I] HVTH: Tran Thanh Vũ 6 Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel m Đồng bằng sông Hông 135 13 m TP.Hà Nội m Déng Bac a m Mién Bac TP.HCM EMiễn Trung si Đồng bằng sông Miễn Nam Cửu Long Đông Nam Bộ 156 20.5 ng ° Duyên hải Nam Trung Bộ Hình 2.1: Biểu đỗ nguôn động lực di động (HP/100ha) được trang bị ở các vùng Trên biêu đồ nguồn động lực di động trang bị cho các vùng (hình 2.1), ta thay rõ khu vực miền Bắc được trang bị nguồn động lực nhiều nhất, là do được đầu tư canh tác sản xuất nông nghiệp từ trước năm 1975. Khu vực miền Nam, với diện tích đất nông nghiệp rộng lớn, nhưng nguồn động lực được trang bị chưa cao.

At han trong tương lai, đây sẽ là vùng có lượng tiêu thụ nguồn động lực lớn nhất.1: Nguôn động lực dùng trong nông nghiệp, nông thôn [1] Canh tác trên ánh bắ Vận chuyền So sánh đồng ruộng, Dùng trong Đán : at trên sông ˆ 2007/2003 đất trồng cây | khâu tĩnh tại tyr a rach, trén Cong \ lâm nghiệp š đường (lần) Năm Mã lực 5.310 1,48 2007 Tỉ lệ(%) 18,06 37,66 19,55 24,73 100 Ma luc 4.33 100 (Nguồn: Tổng cục thông kê, 2008. Kết quả tinh toán,2009) % m Nam 2007 = Nam 2008 Canh táctrên Dùngtrong Đánhbắtthủy Vận chuyển đồng ruộng. _ khâu tĩnh tại hải sản trên sông đất trông cây rạch, trên lâm nghiệp.2: Biểu đỗ phân bố nguồn động lực trong nông nghiệp, nông thôn HVTH: Tran Thanh Vũ 7 Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel 2.3 Mức độ cơ giới hóa trong hoạt động sản xuất nông — lâm — ngư nghiệp: _ - Làm đất: với mức độ trang bị như đã nêu, đến nay tỉ lệ cơ giới hóa khâu làm đât đạt được ở Các vùng có sự chênh lệch khá lớn: Các tỉnh ĐBSCL đạt = 80% trong khi đó các tỉnh miên núi thuộc Đông Bắc, Tây Bắc ~ 13 — 23% (bang 2) [1] Bảng 2.2: Tỷ lệ làm đất bằng máy ở các vùng [1] „ Duyên Tp Hà ^ Ạ Bac Hai Ạ Đông Nội và | ĐBSH peng ae Trung | Nam Niên Nam | ĐBSCL Tp HCM Bộ Trung suy Bộ Bộ Dat NN được làm bằng máy 42,75 54,19 5,73 4,74 23,54 | 33,1 12,50 41,39 | 65,61 Đất trồng cây hàng năm được làm băng máy 64,0 76,8 22,2 12,5 47,2 40,2 43,4 70,3 78,46 Dat trong lua duge lam bang may 74,5 78,9 28,2 10,3 58,0 59,5 49,8 73/71 | 83,0 (Nguồn: Tổng cục thống kê, 2008. Kết quả tính toán,2009) m Dat NN được làm bằng máy m Dat trồng cây hàng năm được làm băng máy Dat trồng lúa được làm băng máy Hình 2.3: Biểu đồ tỷ lệ (%) làm đất bằng máy ở các vùng Một số địa phương đạt tỉ lệ làm đất cao như: Long An, Vĩnh Long, Thái Bình, Nam Dinh, Tay Ninh, Dak Lak.

- Tưới tiêu nước cho cây trồng: Đến nay, tông nguồn lực thiết kế tưới của hệ thống thủy lợi đảm bảo tưới cho + 3,5 triệu ha đất nông nghiệp, trong đó tưới cho 6,85triệu ha đất trồng lúa, l triệu ha đất gieo trong màu, tiêu úng cho trên 2 triệu ha. Các thành phần kinh tế đã đầu tư gần 1,9 triệu máy bơm nước các loại, tính bình quân gần 15,3 máy bơm nước/100 hộ nông nghiệp. Tỉ lệ diện tích tưới nước chủ động ở các vùng như sau: ĐBSH cao nhất: 81,6%, tiếp đến là ĐBSCL: 78,5%, Tp Hà Nội và Tp HCM: 54%, Bắc Trung Bộ: 46%, Duyên Hải Nam Trung Bộ:34,5%, Dong Bắc: HVTH: Tran Thanh Vũ 8 Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel 34,3%, Đông Nam B6:26%, Tay Nguyén:12,5%, Tây Bắc: 16%. (Nguồn: Tổng cục thống kê, 2008) - Cơ giới hóa khâu gieo cấy: Gieo sa là tập quán lâu đời trong sản xuất lúa của bà con nông dân, phù hợp với điều kiện tự nhiên và chỉ phí lao động.

Trong 5 năm trở lại đây, các cơ quan nghiên cứu - ứng dụng và cơ sở chế tạo đã chuyển giao vào sản xuất hơn 50.000 công cụ gieo lúa theo hàng, khoảng 10% tổng diện tích lúa được sử dụng tiến bộ kỹ thuật này. Với khâu cấy: đang thử nghiệm máy cấy 4 hàng và 6 hàng tại ĐBSCL. Ở đồng bằng sông Hồng chủ yếu vẫn cây tay. Gieo hạt các loại cây trồng khác (ngô, đậu đỗ.sử dụng lao động thủ công.

Gần đây, máy gieo đỗ tương cho các tỉnh đang được ứng dụng với trên 150 máy, năng suất từ 0,1 — 0,3 ha/h). - Cơ giới hóa khâu thu hoạch lúa: Cho đến nay cả nước đã trang bị gần 7000 chiếc máy gặt đập liên hợp với năng suất cắt gặt khá cao, chủ yếu là ĐBSCL, chất lượng gặt tốt. Vấn đề còn lại là hoàn thiện công nghệ chế tạo, giá thành thấp để phù hợp cho người tiêu dùng.Đã có hàng nghìn máy hái chè được trang bị ở các tỉnh trồng chè phía Bắc và Lâm Đồng. Cơ giới hoá khâu tuốt đập, tăng rất nhanh.Đến nay cả nước đã đầu tư trang bị 587.Vì là khâu nặng, yêu cầu thời vụ khân trương cho nên tỉ lệ cơ giới hóa rất cao đạt trên 90% các khâu khác.Mức độ trang bị máy đập lúa cho từng vùng được nêu trong bảng 2.3: Mức độ trang bị máy đập lúa ở các vung [1] Duyên , Hải à ^ Ạ Bac Ạ Đông TpHà | ppẹn | Đông | Tây | mụn, | Nam | Tây Í Nam | TpHCM | ĐBSCL Nội Bắc Bac ^ Trung | Nguyên A Bộ Ð Bộ Bộ Mey aap 21.886 Chive/100 8,3 5,8 103 | 052 | 6/74 52 0,55 0,33 0,1 1,24 đất ròng lúa 85,1 26,1 46,0 1,9 34,2 | 21,85 2,8 1,3 0,6 2,1 (Nguôn: Tông cục thông kê 2008.

Kêt quả tính toán 2009) 200000 150000 100000 50000 ° = — S cà WS PPS OR ® > ® vì ` * ee 2 se aS ws ws Ö_ Kà x S & ES CO 9 về ° cà > Máy đập lúa, chiếc Hình 2.4: Biểu đô mức độ trang bị máy đập lúa ở các vùng HVTH: Tran Thanh Vũ 9 Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy lanh sử dụng biodiesel Số liệu bảng 2.3 cho thấy, tính mức độ bình quân chiếc/100 ha, ở các tỉnh Đông Bắc tuy cao, nhưng năng suất đập (tắn/h-chiếc) thấp hơn so với các loại máy được trang bị ở vùng ĐBSCL, vì ở vùng này bà con các dân tộc chủ yếu dùng đập, tuốt lúa cho gia đình là chính.Đối với cây ngô: đã ứng dụng trong sản xuất công cụ máy tẻ ngô. Cho đến nay cả nước đã được trang bị hàng nghìn máy tẽ ngô dùng động cơ và từng gia đình trồng ngô đều trang bị công cụ tẻ ngô quay tay đáp ứng yêu cầu tách hạt. - Cơ giới hóa khâu chế biến nông — lâm sản: trong những năm vừa qua, nhà nước đã tập trung đầu tư cho lĩnh vực chế biến nông — lâm — thủy sản. Cùng với nguồn vốn của nhà nước và các thành phần kinh tế khác, nhiều máy móc thiết bị, quy trình công nghệ đã được đầu tư vào lĩnh vực công nghiệp chế biến nông — lâm — thủy sản.

Đến năm 2007, cả nước có gần 242.000 máy chế biến lương thực, 132.400 máy chế biến gỗ, 48.813 máy chế biến thức ăn gia súc và thức ăn thủy sản của cả nước. Tính bình quân trên 100 hộ nông nghiệp dao động từ 0,3 — 2 máy. Đến năm 2009 thức ăn gia súc được sản xuất trong nước đạt trên 9 triệu tắn. - Cơ giới hóa khâu làm khô nông sản: tính đến năm 2007, cả nước trang bị 95.000 may say san phẩm nông - lâm sản.

Tính bình quân trên 100 hộ nông dân được đầu tư máy sấy ở các vùng dao động từ 0,06 — 3,5.Do thu nhập của nông dân còn thấp, thời gian sử dụng máy sây trong năm tương đối ngắn, thu hồi vốn thiết bị máy say kéo dài, do đó nông dân không muôn đầu tư. Tuy nhiên đối với các loại dây chuyền chế biến nông — lâm sản cân trang bị đồng bộ, đảm bảo chất lượng sản phẩm sau. chế biến, do đó số lượng máy sấy được trang bị nhiều hơn, chất lượng tốt hơn so với số máy sấy trong dân. - Cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp: Cơ giới hóa tập trung vào lĩnh vực trồng mới (làm đất, tạo bầu cây giống.) đạt gan bang 70%.

Trong khai thac ring trong, mặc dù sản lượng không lớn, nhưng về cơ bản được tiễn hành bằng máy như các khâu: chặt cây, bốc xếp, vận chuyền, v. Áp dụng dây chuyền sơ chế tại cửa rừng nhằm nâng cao tỉ lệ thu hồi gỗ và giảm giá thành trong khâu vận chuyền. - Cơ giới hóa khai thác thủy hải sản: Khai thác thủy hải sản ở nước ta đã được cơ giới hóa, năng suất lao động cao, đặc biệt là khi chuyên ngư trường. Đến cuối năm 2009, trong số 28 tỉnh, thành phố ven biển được trang bi129.