Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Ý nghĩa của đề tài: Nguồn tài nguyên của Trái Đất đang ngày càng cạn kiệt, nó có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống, kinh tế chính trị của các nước đặc biệt là các nước đang phát triển. Vì thế đã có các nước mạnh tay đầu tư vào việc nâng cấp công nghệ nhằm đạt được năng suất cao hơn trong quá trình khai thác các khoáng sản như: dầu mỏ khí đốt…Tuy nhiên, một số nước đã dựa vào nghiên cứu khoa học để tìm ra nguồn năng lượng mới và năng lượng sạch có thể tái tạo được nhằm phát triển kinh tế vững bền hơn Hình 1.1: nguồn tài nguyên tái sử dụng được và không tái sử dụng trên thế giới Hình 1.2: Tác nhân gây môi trường bị nhiễm Kinh tế ngày càng phát triển các máy móc thiết bị ngày càng chạy công suất cao nhằm đạt doanh số vì thế ngoài khả năng giảm khí thải, thì các đặc tính động cơ phải phát triển theo hướng có lợi nhất cho động cơ. 10 Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Đồ án tốt nghiệp Một sự thật mà không ai có thể phủ nhận là môi trường chúng ta đang ngày càng ô nhiễm, nó còn tệ hơn đến mức là nhiều nơi đã phải đóng gói không khí sạch đem bán tại các siêu thị.
Các dịch bệnh ngày càng nhiều do hít phải không khí bị ô nhiễm đó. Chúng ta ngày càng sống trong một môi trường ngột ngạt ngay cả thở cũng làm ta mệt mỏi, hiệu ứng nhà kính, mưa axit đang ngày càng gia tăng mà nguyên nhân là do khí thải từ các nhà máy khu công nghiệp và đặc biệt là khí thải từ chính phương tiện giao thông của chúng ta. Vì thế cần nghiên cứu ra nhiên liệu thay thế làm giảm khí thải. Chính vì các lý do trên và một số đề tài đã nghiên cứu, tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG-DIESEL”.
Với đề tài này tôi đánh giá dựa trên các kết quả được thực nghiệm trên động cơ Diesel. Mong muốn của tôi là đem lại những đặc tính tốt của động cơ với môi trường mà vẫn giữ được tính ưu việt khi động cơ sử dụng khí CNG.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: 1.1 Mục tiêu: Tìm hiểu về động cơ cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel và nghiên cứu về lý thuyết quá trình cháy của động cơ. Đánh giá các đặc tính nhiệt của động cơ Diesel sau khi chuyển qua dùng CNG 1.2 Nội dung nghiên cứu: Tổng quan về đề tài nghiên cứu, ý nghĩa đề tài Các nguyên lý làm việc, phương pháp cung cấp nhiên liệu. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy của động cơ cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel.
Đánh gía kết quả nội bật về đặc tính nhiệt của động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel.3 Giới hạn đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu: Nghiên cứu nguyên lí làm việc của động cơ cung cấp nhiên liệu kép Trình bày, thể hiện các đặc tính nhiệt động học của động cơ sử dụng nhiên liệu kép Diesel-CNG 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện đề tài này, tôi đã kết hợp nhiều đề tài nghiên cứu. Đặc biệt, nhóm chúng tôi đã sử dụng phương pháp phân tích- tổng hợp để nghiên cứu lý thuyết về động cơ. Ngoài ra, chúng tôi sử dụng phương pháp thống kê, phương pháp xử lý thông tin,phương pháp nghiên cứu từ thực tiễn để đánh giá tính thiết thực của đề tài. 11 Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Đồ án tốt nghiệp PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU VÀ Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ CNG-DIESEL Ngày nay, nhiên liệu sạch được xem là sự lựa chọn hàng đầu của các nước, vì người ta nhận ra được lợi ích về khí thải lẫn thông số kỹ thuật động cơ như: moment, hiệu suất nhiệt, công suất, … và người ta hướng đến sử dụng công nghệ động cơ chạy hoàn toàn khí thiên nhiên như Biogas, LPG, CNG.
Bên cạnh những động cơ chuyên dùng nhiên liệu thay thế nêu trên, các nhà sản xuất muốn tận dụng động cơ Diesel hay Xăng nên các nhà khoa học đã cải tiến sử dụng nhiên liện kép như CNG-Diesel, CNG- Xăng, LPG-Diesel… dựa trên cơ sở lý thuyết về động cơ Xăng, Diesel. Phương án cung cấp nhiên liệu cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép và một số hình ảnh về động cơ nhiên liệu kép 2. Động cơ Xăng sử dụng nhiên liệu kép Xăng-CNG: Trên cơ sở dộng cơ Xăng, các nhà nghiên cứu đã không cải tiến nhiều chỉ tập trung điều chỉnh tỷ số nén cho phù hợp khi cung cấp nhiên liệu CNG (do chỉ số octan của CNG cao hơn so với Xăng khoảng 10 đến 12, lớn hơn sẽ kích nổ. Trong trường hợp này động cơ xăng không thay đổi thành phần chính cơ khí tức là vẫn giữ nguyên hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng và lắp thêm một hệ thống cung cấp CNG cho động cơ.
Do bản chất tương đối như nhau nên động cơ vừa sủ dụng được xăng vùa sủ dụng được CNG. Tùy vào điều kiện giao thong mà chọn nhiên liệu cho phù hợp. Khi chạy trong thành phố, với lượng xe dày đặc, ta nên chọn CNG để khi phanh đỗ tại các giao điểm tránh tình trạng ô nhiễm cũng như lãng phí nhiên liệu. Khi ra đường trường do cơ sở cung cấp CNG còn hạn chế và xe chạy cần đạt hiệu suất lẫn công suất cao nên dùng xăng làm nhiên liệu.
Trong hệ thống nhiên liệu này, hệ thống vẫn được giữ nguyên các bộ phận chính và lắp đặt thêm hệ thống nhiên liệu CNG mới. Các bộ phận lắp đặt thêm: Bình chứa nhiên liệu CNG, bộ giảm áp, bộ hòa trộn (hoặc hệ thống kim phun và các cảm biến nếu chuyển đổi theo hướng phun khí), đường ống dẫn nhiên liệu CNG, các van vận hành, đồng hồ hiển thị, thiết bị điều khiển cung cấp CNG… 12 Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Đồ án tốt nghiệp Hình 2.1: Phương án cung cấp nhiên liệu cho động cơ Xăng dùng nhiên liệu kép Xăng CNG Phương pháp cung cấp nhiên liệu: CNG được hòa trộn với không khí bằng bộ hòa trộn, sau đó được đưa vào buồng đốt qua supap nạp và Xăng được đưa vào ở cuối quá trình nén và bugi đánh lửa sinh công. CNG được phun trên các đường ống nạp đồng thời với Xăng sau đó được đưa vào buồng đốt và được đốt cháy. CNG được phun trực tiếp trực tiếp và đồng thời với xăng vào buồng đốt ở cuối kỳ nén.
Ưu điểm: Có khả năng dự trữ năng lượng trên động cơ lớn hơn so với hệ thống nhiên liệu lỏng hoặc hệ thống nhiên liệu CNG đơn. Khắc phục được tình trạng tiếp nhiên liệu do sự hạn chế về cơ sở hạ tầng của CNG. Nhược điểm: Cấu tạo động cơ trở nên phức tạp, rất khó khăn trong việc bố trí, lắp đặt hệ thống nhiên liệu mới. Khó khăn trong việc vận hành, bảo trì, sửa chữa động cơ.
Động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu kép Diesel-CNG:: Nhiên liệu cơ sở là khí CNG nhưng chúng được thiết kế để hoạt động trong sự tương tác với diesel. Trong đó, diesel đóng vai trò là tia lửa mồi (pilot ignition), sinh ra do nhiệt của quá trình nén chứ không phải do bugi đánh lửa. Những động cơ này có thể chạy 100% diesel. Khi chạy cầm chừng, những động cơ này có khuynh hướng chạy 100% diesel.
Khi động cơ bắt đầu chuyển sang chế độ chạy đầy tải, nhiên liệu CNG được cung cấp tăng lên thay thế dầu Diesel lên đến 80% hay hơn nữa. Điều đó có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường và những lý do kinh tế đặc biệt ở những nơi 13 Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Đồ án tốt nghiệp không có đủ trạm cung cấp nhiên liệu. Việc chuyển đổi động cơ Diesel sang sử dụng nhiên liệu kép cũng tương đối dễ dàng. Phương pháp cung cấp nhiên liệu: CNG được hòa trộn với không khí bằng bộ hòa trộn, sau đó được đưa vào buồng đốt qua supap nạp và được đốt cháy do tiếp xúc với Diesel phun mồi vào cuối kỳ nén.
CNG được phun trên các đường ống nạp sau đó được đưa vào buồng đốt và được đốt cháy khi tiếp xúc với Diesel phun mồi. CNG được phun trực tiếp vào buồng đốt ở cuối kỳ nén, và được phun gần như đồng thời (trễ 2º) so với phun diesel mồi. Nguyên lý làm việc: Đầu tiên bật công tắt khởi động động cơ, hệ thống bắt đầu làm việc: cho phép mở van công tác cho dòng khí CNG đi từ hệ thống bình chứa qua bộ điều áp để giảm áp từ 200 bar xuống khoảng 8 bar), qua bộ trao đổi nhiệt để tránh hiện tượng ga bị lạnh, đóng băng (sử dụng nước nóng từ két làm mát nước), qua van điều chỉnh đưa tín hiệu về bộ điều khiển ECU và khí gas được đưa vào bộ trộn vào đường ống nạp phụ thuộc vào sự điều tiết của bộ điều khiển ECU thông qua bàn đạp ga và bướm ga. Bộ điều khiển này là thiết bị tự động có cảm biến chân không, định lượng sự thay đổi tiết lưu trên đường nạp lắp tại cổ góp nạp của động cơ lấy tín hiệu tại đó để đưa một lượng khí gas hợp lý vào những thời điểm cần thiết, lượng khí gas được hòa trộn với không khí và nạp vào xy lanh động cơ để nén và đốt cháy nhờ bugi đánh lửa.2: Sơ đồ mô tả hệ thống nhiên liệu kép Ưu điểm: 14 Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Đồ án tốt nghiệp Độ tin cậy khi đánh lửa cao, hiệu quả đánh lửa kéo dài và có thể đánh lửa với bất kỳ độ đậm đặc nào của hỗn hợp với điều kiện là mức độ rối của hỗn hợp CNG - không khí đủ lớn.
Dễ dàng chuyển đổi sang lại động cơ diesel khi có sự cố hệ thống khí CNG. Hiệu suất nhiệt động học cao. Ưu điểm lớn nhất là chi phí thấp – hoàn vốn trong một năm. Có thể cài đặt trên động cơ có sẵn.
Độ tin cậy và dễ bảo trì. Động cơ diesel chuyển sang nhiên liệu kép về cơ bản là không thay đổi, dùng diesel đánh lửa đốt cháy NG. Có thể hoạt động bằng 100% diesel nếu cần thiết. Có thể hoạt động lên đến gần 85% NG Đạt tính kinh tế nhiên liệu.
Không tổn thất trong phạm vi hoạt động. Có thể sử dụng CNG hoặc LNG. Không tổn thất công suất khi lên dốc hoặc tăng tốc. Không thay đổi cơ khí và điện so với nguyên bản.
Không giảm giá trị bảo hành động cơ và giá trị bán lại. Giảm phát thải.