Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN VĨNH THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOFUEL TỪ DẦU HẠT CAO SU Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo Mã số: 60.35 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Lê Duy Khải (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.
Nguyễn Ngọc Dũng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Trần Thanh Thưởng (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 28 tháng 1 năm 2015 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. Nguyễn Hữu Hường 2. Nguyễn Ngọc Dũng 3.
Trần Thanh Thưởng 4. Huỳnh Thanh Công 5. Phạm Tuấn Anh Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc __________________________ ____________________________ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĨNH THANH MSHV: 11134612 Ngày, tháng, năm sinh: 04/09/1981 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo Mã số: 60.
TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu quá trình cháy động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu Biofuel từ dầu hạt cao su”. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ảnh hưởng tính chất của dầu biodiesel đến đặc tính khí thải và quá trình cháy trong động cơ tại Việt Nam và trên Thế Giới. Thiết lập thí nghiệm và quy trình thí nghiệm trên động cơ Kubota RT125 1 xy lanh tại Phòng Thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh.
Tiến hành thí nghiệm cho các nhiên liệu thử B0 (dầu DO), B5, B10 và B20 ở tốc độ động cơ không đổi 1600 vòng /phút tại các chế độ công suất khác nhau, để đánh giá quá trình cháy và đặc tính khí thải. Tiến hành thí nghiệm cho các nhiên liệu thử B0 (dầu DO), B5, B10 và B20 ở chế độ đầy tải của động cơ (thanh răng ở vị trí cực đại) thay đổi tốc độ động cơ bằng dynamometer ở 7 vị trí tốc độ khác nhau, để đánh giá quá trình cháy và đặc tính khí thải. Kết luận và hướng phát triển III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2014 IV.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 14/11/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên ): TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI Tp. HCM, ngày 10 tháng 02 năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký) i LỜI CÁM ƠN Để luận văn hoàn thành và đạt kết quả tốt, ngoài sự cố gắng của chính bản thân mình, em xin chân thành cám ơn tất cả Quý Thầy, Cô, các bạn sinh viên trong Bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực hiện luận văn này.
Đặc biệt, em xin cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Lê Duy Khải đã cung cấp những tài liệu và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy đang công tác tại phòng Thí nghiệm động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ em trong công việc thu thập số liệu thực nghiệm của Động cơ thí nghiệm một xy lanh Kubota RT125. Cuối cùng, em chân thành cảm ơn bạn bè gần xa đã tạo điều kiện, giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của Quý Thầy, Cô, cùng các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và phát triển ở mức cao hơn. Em xin chân thành cám ơn ! Học viên thực hiện, Nguyễn Vĩnh Thanh ii TÓM TẮT Luận văn này nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp biodiesel sản suất từ hạt cao su đến quá trình cháy và khí thải trên động cơ Diesel một xy lanh Kubota RT125 phun nhiên liệu trực tiếp bằng phương pháp thực nghiệm tại Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm ĐCĐT Trường ĐH Bách Khoa TPHCM. Trong nghiên cứu này tất cả các hỗn hợp Biodiesel B5, B10, B20 và B0 (dầu DO) được thử nghiệm theo các 2 chế độ khác nhau: 1.
Số vòng quay không đổi của động cơ (1600 vòng/phút) thay đổi ở 5 giá trị công suất khác nhau. Chế độ đầy tải (thanh răng ở vị trí tối đa) thay đổi tốc độ ở 7 giá trị khác nhau bằng dynamometer. Kết quả thu được so sánh với dầu DO để đánh giá quá trình cháy và thành phần khí thải (CO, CO2, NOx …). Kết quả quá trình thực nghiệm chỉ ra rằng hỗn hợp Biodiesel B5 và B10 cho hiệu suất nhiệt cao hơn dầu DO, độ mờ khói thấp hơn dầu DO.
Tuy nhiên hàm lượng phát thải NOx cao hơn một chút ở tải thấp, lượng CO2 do hỗn hợp biodiesel tạo ra cũng thấp hơn khi sử dụng DO ở chế độ tải trung bình cho đến toàn tải do sự cháy không hoàn hảo. Đây chính là vấn đề đối với nhiên liệu hoá thạch như dầu DO, quá trình cháy luôn tạo ra nhiều CO2 gây ô nhiễm môi trường. ABSTRACT This thesis presents a study on the effects of Biodiesel blends, produced from rubber seed on Engine Combustion Characteristic and Emissions in one cylinder Direct Injection Diesel Engine by experimental method. The study was conducted at Internal Combustion Engine Laboratory (ICE-Lab) belong to the Faculty of Transportation Engineering in HCM University of Technology.
In this study, all Biodiesel blend B5, B10, B20 and B0 (Diesel) has been investigated at 2 different experimental procedures: 1. With varying load at constant speed of 1600 rpm. With varying engine speed at full load (fuel rack is at maximum position) by control dynamometer. The experimental result was compared with mineral Diesel for engine combustion characteristic and emissions (CO, CO2, NOx …).
The obtained results of this thesis indicate that Brake Thermal Efficiency (BTE) of Biodiesel blend B5, B10 generated higher than mineral Diesel, while the Smoke Density lower than mineral Diesel. However, NOx amount slightly higher at low load, CO2 amount generated by biodiesel blend is lower than mineral Diesel at medium and higher load resulting from the incomplete combustion. The combustion of fossil fuels produces more carbon dioxide which is getting accumulated in atmosphere and leadings to environmental pollution. iii LỜI CAM ĐOAN Luận văn này được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM với sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Lê Duy Khải.
Các kết quả của luận văn này tôi xin cam đoan do chính tôi thực hiện tại phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Động Cơ Đốt Trong, Đại học Bách Khoa TP HCM. Các phần tham khảo tôi xin cam đoan là có trích dẫn đầy đủ. Nếu có khiếu nại về nội dung luận văn, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường, và pháp luật.Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 11 năm 2014 Học viên cam đoan Nguyễn Vĩnh Thanh iv MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn. ii Lời cam đoan.
iii Mục lục…………………………………………………………………. iv Mục lục hình ảnh. ix Mục lục bảng biểu. xii Mục lục phụ lục.
xiii Danh mục các chữ viết tắt. xiv CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 1. Tổng quan nhiên liệu hóa thạch của thế giới và Việt Nam. Tình hình sử dụng nhiên liệu của thế giới.
Tình hình sử dụng nhiên liệu của Việt Nam. Tổng quan về dầu diesel .2 Các tiêu chuẩn về chất lƣợng .1 Trị số cetane .4 Thành phần chƣng cất .5 Hàm lƣợng lƣu huỳnh .3 Tổng quan về biodiesel .2 Phƣơng pháp chuyển hóa dầu mở động thực vật .1 Phƣơng pháp sấy nóng .2 Phƣơng pháp pha loãng .3 Phƣơng pháp cracking .4 Phƣơng pháp nhũ tƣơng hóa .5 Phƣơng pháp este hóa .3 Các đặc tính và tiêu chuẩn của biodiesel .1 Chỉ số CP (Cloud Point) và chỉ số PP (Pour Point) .2 Chỉ số CFPP (Cold Filter Plugging Point) .3 Chỉ số FP (Flash Point) .4 Độ nhớt [xem mục 1.5 Chỉ số cetane [xem mục 1.7 Chỉ số acid .9 Chỉ số Iodine .10 Nhiệt trị (Tham khảo bảng 3.11 Hàm lƣợng lƣu huỳnh (mg/kg).4 Thành phần một số axit béo trong nhiên liệu biodiesel .4 Lý do chọn đề tài .1 Cây cao su và dầu biodiesel từ hạt cây cao su .2 Các nghiên cứu về biodiesel từ dầu hạt cao su .3 Nghiên cứu ảnh hƣởng đặc tính của dầu biodiesel đến quá trình cháy và khí thải trong động cơ diesel trong nƣớc và trên thế giới .4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .5 Phƣơng pháp thực hiện đề tài .6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học của đề tài .5 Giới hạn đề tài. 14 vi CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY 2.1 Khái quát về quá trình cháy trong động cơ Diesel .2 Quá trình cháy trong động cơ Diesel .1 Quá trình cháy trong động cơ phun trực tiếp với vòi phun nhiều tia 17 2.2 Quá trình cháy trong các dạng buồng cháy khác .3 Phân tích áp suất trong buồng cháy .1 Hiệu suất cháy .2 Động cơ phun trực tiếp .4 Thời kỳ cháy trễ .2 Các yếu tố vật lý ảnh hƣởng đến thời kỳ cháy trễ .5 Giai đoạn cháy khống chế bởi tốc độ hòa trộn nhiên liệu - không khí 35 2.1 Cấu trúc nhiên liệu và màng lửa .2 Tốc độ hòa trộn nhiên liệu không khí và tốc độ cháy. 37 CHƢƠNG III : THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM VÀ QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết lập thí nghiệm .1 Nhiên liệu thí nghiệm .3 Động cơ thí nghiệm .4 Bệ thí nghiệm .2 Quy trình thí nghiệm .1 Điều kiện và môi trƣờng thí nghiệm .2 Quy trình thí nghiệm.
45 vii CHƢƠNG IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Ở TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1600 VÒNG/PHÚT VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đặc tính quá trình cháy của hỗn hợp biodiesel và dầu DO trong động cơ .2 Đƣờng cong toả nhiệt (HRR: Heat Release Rate) .3 Áp suất trên đƣờng ống nhiên liệu .4 Nhiệt độ khí xả .5 Ảnh hƣởng nồng độ Biodiesel đến phát thải CO .6 Ảnh hƣởng nồng độ Biodiesel đến phát thải CO2 .7 Ảnh hƣởng nồng độ Biodisel đến phát thải NOX .
