• Các thành viên của E4VN nên đọc ebook bằng máy đọc sách Kindle để tránh mỏi mắt, hại mắt. Tham khảo các dòng máy đọc sách nổi tiếng tại https://www.maydocsach.vn/may-doc-sach-kindle/ Tất cả tài liệu, ebook đều là miễn phí.
    LƯU Ý: SPAM SẼ BỊ KHÓA TÀI KHOẢN NGAY LẬP TỨC, ĐỒNG THỜI CHẶN LUÔN TÊN MIỀN!!!
  • may doc sach kindle

Luận Văn Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành

kundunvt3

<font color="#CD7F32"><b>Bronze Member</b></font>
#1
Luận án tiến sĩ năm 2014
Đề tài: Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành




-3-

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ . 7
MỞ ĐẦU 12
i. Mục đích nghiên cứu của đề tài 13
ii. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu . 13
iii. Nội dung nghiên cứu 13
iv. Phƣơng pháp nghiên cứu . 13
v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn . 14
vi. Các nội dung chính của đề tài . 14
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LPG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG . 15
1.1 Đặc điểm của LPG . 15
1.1.1 Tính chất lý hóa của LPG 15
1.1.2 Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống 16
1.1.3 Tình hình sản xuất LPG . 17
1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong . 18
1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt cháy cưỡng bức . 20
1.2.2 Các nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ diesel . 29
1.3 Kết luận chƣơng 1 35
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI
TRONG ĐỘNG CƠ LPG/DIESEL 38
2.1 Mở đầu 38
2.2 Đặc điểm quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong động cơ LPG/diesel . 40
2.2.1 Quá trình cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp trong xilanh . 40
2.2.2 Quá trình cháy . 41
2.3 Các giả thiết để nghiên cứu quá trình trình tạo hỗn hợp và cháy 43
2.4 Các mô hình toán . 44
2.4.1 Mô hình phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp . 44
2.4.2 Mô hình cháy và tỏa nhiệt . 46
2.4.3 Mô hình nhiệt động 52
2.4.4 Mô hình truyền nhiệt . 53
2.4.5 Mô hình hình thành phát thải độc hại 53
2.5 Kết quả tính toán mô phỏng 62
2.5.1 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng 64
2.5.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ . 67
2.5.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm . 73
2.6 Kết luận chƣơng 2 76
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG
ĐỘNG CƠ LPG/DIESEL . 78
3.1 Giới thiệu chung . 78
3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402 . 82 3.2.1 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun LPG 82
3.2.2 Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong hệ thống LPG . 89
3.2.3 Thuật toán điều khiển kết nối máy tính . 92
3.2.4 Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG . 92
3.2.5 Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG . 97
3.3 Kết luận chƣơng 3 98
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM . 99
4.1 Mục đích, đối tƣợng và trang thiết bị thử nghiệm 99
4.1.1 Mục đích thử nghiệm . 99
4.1.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm 99
4.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm 99
4.2 Thử nghiệm trên động cơ AVL 5402 103
4.2.1 Nội dung thử nghiệm . 103
4.2.2 Kết quả thử nghiệm và thảo luận . 104
4.3 Thử nghiệm trên động cơ D1146TI 119
4.3.1 Nội dung thử nghiệm . 119
4.3.2 Kết quả thử nghiệm và thảo luận . 120
4.4 Ứng dụng giải pháp nghiên cứu trên xe khách 136
4.4.1 Thiết kế vị trí lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe . 137
4.4.2 Hiệu chỉnh lượng nhiên liệu, góc phun sớm và kiểm tra sau khi lắp đặt. 142
4.4.3 Vận hành và đánh giá 143
4.5 Kết luận chƣơng 4 144
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 145
Kết luận . 145
Hƣớng phát triển 146




-12-

MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh của công nghiệp và sự gia tăng nhanh số lượng các
phương tiện giao thông vận tải (GTVT) và thiết bị động lực trang bị động cơ đốt trong, nhu
cầu sử dụng nhiên liệu càng ngày càng tăng cao, đặc biệt là nhiên liệu hóa thạch truyền
thống xăng và dầu diesel. Trung bình mỗi ngày thế giới tiêu thụ hết khoảng 87 triệu thùng
dầu. Trong đó phần lớn được sử dụng trên các phương tiện GTVT. Nhu cầu sử dụng nhiên
liệu tăng đang gây nguy cơ cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu truyền thống và làm giá dầu
mỏ tăng lên, ảnh hưởng trực tiếp đến nền kinh tế toàn cầu. Thêm nữa, mức độ tiêu thụ lớn
nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống đang thải ra môi trường một lượng lớn các chất
độc hại làm ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người và gây ra hiệu ứng nhà kính. Trong đó,
hàm lượng phát thải của các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel chiếm một tỷ lệ đáng
kể. Điều này dẫn đến những tác động xấu đến môi trường sinh thái, biến đổi khí hậu, trái
đất nóng lên và hiện tượng băng tan ở hai địa cực.
Việt Nam là nước đang phát triển nên cũng không nằm ngoài quy luật phát triển
chung của thế giới. Tình trạng thiếu nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ
cũng đã đến mức báo động. Do đó, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu và sử dụng các loại
nhiên liệu thay thế có mức độ phát thải độc hại thấp để một mặt giảm ô nhiễm môi trường,
mặt khác có thể bù đắp phần nhiên liệu truyền thống đang bị thiếu hụt. Các loại nhiên liệu
thay thế được ưu tiên sử dụng là các loại nhiên liệu ―sạch‖ (phát thải độc hại thấp), trữ
lượng lớn, giá thành rẻ và có thể sử dụng dễ dàng trên động cơ mà không cần thay đổi
nhiều về kết cấu. Trong các loại nhiên liệu đó, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) là nhiên liệu có
tiềm năng lớn, đáp ứng được các yêu cầu trên.
LPG là loại nhiên liệu thông dụng và thân thiện với môi trường. Mấy thập kỷ qua nó
được dùng trong công nghiệp và sinh nhiệt gia dụng nhưng ngày nay nó còn được sử dụng
làm nhiên liệu thay thế trên động cơ đốt trong. Do LPG có sản phẩm cháy thân thiện với
môi trường và có năng suất tỏa nhiệt cao nên khi được sử dụng trên động cơ đốt trong nó
không chỉ giúp giảm phát thải độc hại mà còn giảm được gánh nặng về nguồn nhiên liệu
truyền thống xăng và dầu diesel.
Việc sử dụng LPG trên động cơ diesel hiện hành sẽ tận dụng được tính ưu việt về
hiệu suất cao của loại động cơ này và giúp giảm phát thải khói bụi, loại phát thải quan
trọng và rất khó xử lý của động cơ diesel hiện nay. Tuy nhiên, do tính tự cháy của LPG
kém nên chỉ có thể sử dụng LPG thay thế một phần nhiên liệu diesel trên động cơ và như
vậy tính năng làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm cung cấp và tạo hỗn
hợp của lưỡng nhiên liệu LPG/diesel và các thông số điều chỉnh của động cơ. Chính vì
vậy, việc thực hiện đề tài ―Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động
cơ diesel hiện hành‖ để có thể sử dụng hiệu quả nhiên liệu LPG và đáp ứng các yêu cầu
đặt ra về tiết kiệm nhiên liệu diesel, giảm phát thải là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn cao, đặc biệt là ở điều kiện Việt Nam khi mà công nghiệp chế tạo động cơ mới
chuyên chạy nhiên liệu LPG chưa phát triển. -13-

i. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Đánh giá khả năng sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên các động cơ diesel hiện
hành qua đánh giá ảnh hưởng của LPG đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của
động cơ diesel khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
- Đưa ra giải pháp chuyển đổi động cơ diesel hiện hành sang chạy lưỡng nhiên liệu
LPG/diesel.
ii. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel hiện hành, đại diện là động cơ diesel nghiên
cứu AVL 5402 trang bị hệ thống phun nhiên liệu kiểu tích áp điều khiển bằng điện tử
(common Rail) và động cơ diesel D1146TI trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền
thống hiện đang được sử dụng phổ biến trên các xe khách tại Hà Nội.
- Việc nghiên cứu và thực nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Phòng
thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường đại học Bách khoa Hà Nội và
nghiên cứu trên hiện trường.
iii. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp cung cấp lưỡng nhiên liệu LPG/diesel và tạo hỗn hợp cháy
trong động cơ.
- Nghiên cứu đặc điểm quá trình cháy và hình thành phát thải của động cơ LPG/diesel.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến tính năng kinh tế kỹ thuật và phát
thải của động cơ.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng LPG đến góc phun sớm diesel tối ưu của
động cơ.
- Đánh giá sự làm việc ổn định của động cơ chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel khi lắp
lên xe khách.
iv. Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
- Lý thuyết:
 Xây dựng các mô hình lý thuyết mô tả sự tạo hỗn hợp, cháy và hình thành phát
thải của động cơ LPG/diesel.
 Sử dụng phần mềm AVL BOOST và ngôn ngữ lập trình FORTRAN để tính toán
các thông số quá trình cháy và hàm lượng phát thải của động cơ; phân tích kết
quả và định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm.
- Thực nghiệm:
 Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun
LPG, tỷ lệ LPG thay thế và góc phun sớm diesel đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật và
phát thải của các động cơ thí nghiệm sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, từ đó đề xuất chọn tỷ lệ LPG thay thế và các thông số điều chỉnh thích hợp.
 Ứng dụng giải pháp nghiên cứu trên xe khách và đánh giá sơ bộ khả năng ứng
dụng của kết quả nghiên cứu vào thực tế.
v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Phân tích và mô phỏng được quá trình hình thành hỗn hợp, quá trình cháy và hình
thành phát thải trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
- Đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ LPG và góc phun sớm đến tính năng kinh tế, kỹ
thuật và phát thải của động cơ diesel hiện hành sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, từ đó
lựa chọn được các giá trị hợp lý đảm bảo sự hài hòa các tính năng động cơ.
- Đưa ra giải pháp khả thi chuyển đổi động cơ diesel hiện hành sang sử dụng lưỡng
nhiên liệu LPG/diesel.
- Góp phần giảm khói bụi và NO x là các thành phần phát thải quan trọng và khó xử lý,
giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống, cũng như định hướng trong việc nghiên
cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế trên các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt
trong.
vi. Các nội dung chính của đề tài
- Mở đầu
- Chương 1. Tổng quan về sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ đốt trong
- Chương 2. Nghiên cứu lý thuyết quá trình cháy và hình thành phát thải trong động
cơ LPG/diesel
- Chương 3. Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cung cấp LPG trong động cơ
LPG/diesel
- Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm
- Kết luận và hướng phát triển





-147-

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu. NXB KHKT, Hà Nội 2005.
[2] Murillo, S. et al. LPG: Pollutant emission and performance enhancement for spark-
ignition four strokes outboard engines. Applied Thermal Engineering, vol. 25 (2005)
p1882–1893.
[3] Domnina Razusa, et.al. Explosion characteristics of LPG–air mixtures in closed
vessels, Journal of Hazardous Materials 165 (2009) 1248–1252.
[4] Kihyung Lee, Jeaduk Ryu, An experimental study of the flame propagation and
combustion characteristics of LPG fuel, Fuel 84 (2005) 1116–1127.
[5] Hakan Ozcan, Jehad A.A. Yamin. Performance and emission characteristics of LPG
powered four stroke SI engine under variable stroke length and compression ratio.
Energy Conversion and Management, Vol. 49, (2008), p1193-1201.
[6] P. Nhi. Khí LPG sẽ đạt mức kỷ lục 260 triệu tấn trong năm 2013. Báo Diễn đàn
doanh nghiệp, 8-7-2013.
[7] Baosheng Liang, et. al., LPG characterization and production quantification for oil
and gas reservoirs, Journal of Natural Gas Science and Engineering 2 (2010) 244-
252.
[8] Sulaiman, M. Y., Ayob, M. Ra and Meran. Performance of Single Cylinder Spark
Ignition Engine Fueled by LPG, Procedia Engineering, vol. 53 ( 2013 ) p579 – 585.
[9] Hakan Bayraktar, Orhan Durgun, Investigating the effects of LPG on spark ignition
engine combustion and performance, Energy Conversion and Management, vol.46
(2005) p2317–2333.
[10] M. Ihsan Karamangil, Development of the auto gas and LPG-powered vehicle sector
in Turkey: A statistical case study of the sector for Bursa, Energy Policy 35 (2007)
640–649.
[11] Massimo Masi, Experimental analysis on a spark ignition petrol engine fuelled with
LPG (liquefied petroleum gas), Energy, vol. 41 (2012), p 252-260.
[12] M.A. Ceviz, F. Yu¨ ksel, Cyclic variations on LPG and gasoline-fuelled lean burn SI
engine, Renewable Energy 31 (2006) 1950–1960.
[13] Gyeung Ho Choi, Seok Choum Bae, A study on the characteristics of cumbustion
with butan and propan in a retrofitted diesel engine, IMechE, 218, part D, p915.
[14] Mohamed Ali Jemni, Gueorgui Kantchev, Mohamed Salah Abid, Influence of intake
manifold design on in-cylinder flow and engine performances in a bus diesel engine
converted to LPG gas fuelled, using CFD analyses and experimental investigations,
Energy 36 (2011) 2701-2715.
[15] Barıs Erkus, Ali Sürmen, A comparative study of carburation and injection fuel
supply methods in an LPG-fuelled SI engine, Fuel 107 (2013) 511–517.
[16] J. W. Lee, H. S. Do, S. I. Kweon, K. K. Park And J. H. Hong, Effect of various LPG
supply systems on exhaust particle emission in spark-ignited combustion engine,
International Journal of Automotive Technology, Vol. 11, No. 6, pp.793−800 (2010).
[17] Emad Elnajjar, Mohammad O. Hamdan, Mohamed Y.E. Selim, Experimental
investigation of dual engine performance using variable LPG composition fuel,
Renewable Energy 56 (2013) 110-116.
[18] Cha-Lee Myung, et. al. Comparative study of regulated and unregulated toxic
emissions characteristics from a spark ignition direct injection light-duty vehicle fueled with gasoline and liquid phase LPG (liquefied petroleum gas), Energy, Vol.
44, (2012), p189-196.
[19] Juwon Kim, Kwanhee Choi, Cha-Lee Myung, Simsoo Park, Experimental evaluation
of engine control strategy on the time resolved THC and nano-particle emission
characteristics of liquid phase LPG direct injection (LPG-DI) engine during the cold
start, Fuel Processing Technology, vol. 106 (2013), p166–173.
[20] Cha-Lee Myung, Juwon Kim, Kwanhee Choi, In Goo Hwang, Simsoo Park,
Comparative study of engine control strategies for particulate emissions from direct
injection light-duty vehicle fueled with gasoline and liquid phase liquefied petroleum
gas (LPG), Fuel 94 (2012) 348–355.
[21] Phạm Quốc Thái, Phan Minh Đức, Nguyễn Văn Minh Trí, Nghiên cứu thiết kế bộ
điều khiển phun LPG cho động cơ đốt cháy cưỡng bức; Tạp chí Khoa học – Công
nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 4 (33) 2009.
[22] M. Gumus, Effects of volumetric efficiency on the performance and emissions
characteristics of a dual fueled (gasoline and LPG) spark ignition engine, Fuel
Processing Technology 92 (2011) 1862–1867.
[23] Philip Price, Shengmin Guo, Martin Hirschmann, Performance of an evaporator for a
LPG powered vehicle, Applied Thermal Engineering 24 (2004) 1179–1194.
[24] Heywood, J. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw Hill,
New York.
[25] Xin Wang, Yunshan Ge, Linxiao Yu, Xiangyu Feng. Comparison of combustion
characteristics and brake thermal efficiency of a heavy-duty diesel engine fueled with
diesel and biodiesel at high altitude. Fuel, Vol. 107, (2013), p852-858.
[26] Burtscher, H., Physical characterization of particulate emissions from diesel engines:
a review. Journal of Aerosol Science, Vol. 36, (2005), p896-932.
[27] Niculae Negurescu, Constantin Pana and Alexandru Cernat, Theoretical and
Experimental Investigations on the LPG Fuelled Diesel Engine, SAE-China and
FISITA, Proceedings of the FISITA 2012 World.
[28] Saleh, H.E., Effect of variation in LPG composition on emissions and performance in
a dual fuel diesel engine, Fuel 87 (2008), p3031–3039.
[29] Lata, D.B., Ashok Misra, S. Medhekar. Effect of hydrogen and LPG addition on the
efficiency and emissions of a dual fuel diesel engine. International journal of
hydrogen energy, vol. 37 (2012), p6084-6096.
[30] Donghui et al, Experimental studies on the combustion characteristics and
performance of a direct injection engine fuelled with a LPG/diesel blend,
Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, vol. 219, (2005), part D,
p253-261.
[31] Cao et al, Comparative investigation of diesel and mixed liquified petrolium
gas/diesel injection engines, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,
vol. 218, (2004), part D, p557-565.
[32] D.H. Qi, Y.ZH. Bian, ZH.Y. Ma, CH.H. Zhang, SH.Q. Liu, Combustion and exhaust
emission characteristics of a compression ignition engine using liquefied petroleum
gas–Diesel blended fuel, Energy Conversion and Management 48 (2007) 500–509.
[33] B.B. Sahoo, N. Sahoo, U.K. Saha, Effect of engine parameters and type of gaseous
fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines—A critical review,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1151–1184.
 
Sửa lần cuối:
Top