i MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG iii
DANH MỤC HÌNH iv
DANH MỤC BIỂU ĐỒ vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2
1.1. Đối tượng phạm vi nghiện cứu 4
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu 4
1.1.2. Phạm vi nhiên cứu 4
1.1.2.1. Về mặt lý thuyết 2
1.1.2.2. Về mặt thực nghiệm 2
1.1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu: 2
1.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng LPG 2
1.3. Định nghĩa LPG, các đặc tính và ưu điểm của LPG 8
1.3.1. Định nghĩa LPG 8
1.3.2. Các đặc tính của LPG 9
1.3.4. Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng động cơ Diesel 10
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHUN LPG CHO
ĐỘNG CƠ. 11
2.1. Khái Quát Chung Về Hệ Thống Sử Dụng Nhiên Liệu Kép:LPG- DO 11
2.2. Giới thiệu về động cơ YANMAR 3SM 12
2.2.1. Khái quát chung động cơ Yanmar 3sm 12
2.2.2. Các bộ phận và hệ thống cơ bản của động cơ Yanmar 3SM 15
2.2.3. Bộ điều tốc động cơ Yanmar 3SM 15
2.2.4. Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu của động cơ Yanmar 3sm 17
4.4.2. Quy trình tiến hành thực nghiệm 59
4.4.3. Kết quả chạy thử nghiệm 60
4.4.4. Nhận xét 63
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65
KẾT LUẬN 65
ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 iii DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1. So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển 9
Bảng 2-2. Thông số kỹ thuật của động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP 14
Bảng 2-3. Các chi tiết hệ thống nhiên liệu động cơ YANMAR 3SM 18
Bảng 2.4 Các chi tiết bơm cao áp 21
Bảng 4-1. Số liệu chạy thực nghiệm chạy không tải đo chi phí nhiên liệu 60
Bảng 4-2. Số liệu chạy thực nghiệm chạy không tải sự ảnh hưởng của LPG đến tốc
độ động cơ 61
Bảng 4-3. số liệu chay thực nghiệm đo khí xả động cơ tại tốc đô n=590 (v/p) 62
iv DANH MỤC HÌNH
Hình 4.2 Sơ sồ bố trí trang thiết bị thực nghiệm 55
Hình 4.3 ECU điều khiển 56
Hình 4.4 Các vị trí lắp đặt cảm biến 56
Hình 4.5 Các thiết bị khác 57
Hình 4.6 Các thiết bị phục phụ quá trình đo lấy số liệu 57 vi DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biển đồ 4-1. Ảnh hưởng của thời gian phun LPG đến chi phí tiêu hao nhiên liệu 61
Biểu đồ 4-2. Sự biến thiên tốc độ động cơ theo sự thay đổi T
f
62
Biểu đồ 4-3. ảnh hưởng của LPG đến hàm lượng CO và CxHy trong khí xả động
cơ tại n=590v/p 63
1 LỜI NÓI ĐẦU
Ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm trên toàn thế giới. Một trong
những nguồn gây ô nhiễm lớn là khí xả động cơ đốt trong nói chung và động cơ
diesel nói riêng. Trong khí xả động cơ diesel có nhiều thành phần độc hại như các
khí NO
x
Sinh viên
Bùi Minh Hậu
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đối tượng phạm vi nghiện cứu
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Động cơ Diesel Yanmar 3SM
1.1.2. Phạm vi nhiên cứu
1.1.2.1. Về mặt lý thuyết
Tìm hiểu về đặc tính của khí hóa lỏng (LPG).
Các giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu nhiên liệu
LPG.
Tìm hiểu phương án điều khiển cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng cho
động cơ.
Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử cung cấp dầu DO và khí hóa lỏng
(LPG) cho động cơ Diesel Yanmar 3sm
1.1.2.2. Về mặt thực nghiệm
Chế tạo bộ điều khiển điện tử cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG)
cho động cơ Diesel Yanmar 3sm
Chạy thử nghiệm động cơ.
Phân tích đánh giá kết quả thu được.
1.1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu:
“Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG
(Liquid Petroleum LPG). Cho động cơ Diesel Yanmar 3sm sử dụng hệ thống
nhiên liệu kép”.
1.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng LPG
tải. Năm 2007 đạt số lượng xe dùng LPG là hơn 4 triệu.
+ Thỗ Nhĩ Kỳ
Năm 1999 có 500.000 taxi chạy LPG (chiếm 92% tổng số). Năm 2007 là 2,1
triệu xe. Là một trong những nước có lượng ôtô chạy sử dụng LPG lớn nhất thế
giới. Giá LPG chạy xe chỉ bằng 34% so với các nhiên liệu khác. Việc chuyển đổi
xe sang dùng LPG diễn ra ồ ạt không kiểm soát được. Hiện nay có khoảng 25% số
lượng ôtô ở Thổ Nhĩ Kỳ được chạy bằng LPG. 4
+ Italia
Là một trong những quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho autogas lớn nhất ở
Châu Âu với lượng tiêu dùng hàng năm đạt 1,3 triệu tấn. Hiện nay có khoảng 1,2
triệu ôtô và hơn 700.000 phương tiện khác sử dụng LPG. Tuy chỉ mới chiếm 4%
tổng số xe nhưng đang phát triển rất nhanh do được chính phủ hỗ trợ bằng các
biện pháp như:
Hạn chế xe xăng dầu tại nơi ô nhiễm.
Hỗ trợ 377USD/xe cho việc chuyển đổi sang dùng LPG.
+ Anh
Thị trường xe dùng LPG hiện tại ở Anh có khoảng 25.000 xe. Theo dự báo
của chính phủ đến cuối năm 2005 sẽ có khoảng 250.000 xe. Chính phủ có quỹ hỗ
trợ cho chuyển đổi xe sang dùng LPG, thuế ưu đãi cho LPG dùng chạy xe, hỗ trợ
mở rộng các trạm bơm LPG cho xe.
Hình 1.1 Xe Volvo S80 dùng động cơ 2 nhiên liệu xăng & LPG (thị trường Anh)
+ Các quốc gia khác
Tại Hồng Kông, Trung Quốc, Malaysia, Đài Loan,… đều có số lượng xe
Công ty cơ khí Ngô Gia Tự Hà Nội đã có đề tài chuyển đổi xe dùng xăng
sang dùng LPG và hiện đã thành lập đội taxi gas 4 chỗ với 30 chiếc (giai đoạn 2 là
80 chiếc).
Năm 2008 công ty Cổ Phần Vận Tải Dầu Khí Đông Dương là một thành viên
nằm trong hệ thống Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam. Đã đầu tư dàn xe Hyundai
Elantra để thành lập đoàn xe Taxi Dầu Khí, sử dụng nhiên liệu sạch (LPG) thân
thiện với môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, giải quyết vấn đề về giá xăng dầu hiện
nay.
Đầu tháng 1/2009, TP.HCM sẽ có 2 chiếc xe buýt được đưa vào chạy thử
nghiệm bằng khí thiên nhiên (CNG-Compressed Natural Gas), thay cho dầu diesel
giúp TP HCM giảm gánh nặng trợ giá, không gây ô nhiễm…. Khi thử nghiệm
thành công, thì đến cuối năm 2011 TP HCM sẽ đưa vào sử dụng khoảng 800 xe
buýt chạy bằng nhiên liệu CNG.
Ngoài ra còn một số dự án về chuyển đổi xe sang dùng LPG của Đại Học
Bách khoa Đà Nẵng cũng như chuyển đổi sang dùng LPG cho Airport taxi của UP
và thị trường đang ngày một sôi động hơn.
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP HCM tác giả Lê Việt Hùng Đỗ Văn
Dũng, Lê Thanh Phúc nghiên cứu thiết kế,
chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu khí
dầu mỏ hoá lỏng (lpg) cho động cơ diesel
VIKYNO
Qua thử nghiệm, động cơ VIKYNO
RV125 chạy nhiên liệu kép có các kết quả:
công suất cực đại đạt 93,6%, đạt được
100% công suất định mức, thành phần bồ
hóng và NOx trong khí thải giảm đáng kể,
lượng LPG thay thế 52,57% diesel, tiêu phí
nhiên liệu giảm 21,32%.
nghiên cứu sử dụng khí hóa lỏng –LPG trên động cơ diesel cỡ nhỏ ” 8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 1.4 sơ đồ cung cấp ga có sử dụng bộ giảm hóa hơi
Kết quả thu được lượng
CO
2
độ đục khí xả giảm, lượng HC, CO có nhưng
không đáng kể so với khi sử dụng nhiên liệu diesel.
1.3. Định nghĩa LPG, các đặc tính và ưu điểm của LPG
1.3.1. Định nghĩa LPG
LPG là từ viết tắt của Liquefied Petroleum Gas, là hỗn hợp hydrocarbon nhẹ,
ở thể khí. LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc giếng gas và cũng có
thể sản xuất ở các nhà máy lọc dầu. Thành phần chính của LPG là Propane
(C3H8) và Butane (C4H10), không màu, không mùi, không vị và không có độc tố.
LPG là loại nhiên liệu thông dụng về tính đa năng và thân thiện với môi
trường. Nó có thể dễ dàng được chuyển đổi sang thể lỏng bằng việc tăng áp suất
thích hợp hoặc giảm nhiệt độ để dễ tồn trữ và vận chuyển được. Nó có thể chuyển
động như chất lỏng như lại được đốt cháy ở thể khí. Việc sản sinh ra chất NOx,
- theo thể tích (MJ/dm3)
42,7
32,0
42,6
35,8
46,0
23,5
45,6
26,4
45,8
25,0
1.3.2. Các đặc tính của LPG
LPG là chất: không màu, không mùi. (Người ta thường làm cho LPG có mùi
bằng cách cho chất tạo mùi vào trước khi cung cấp cho người tiêu dùng để dễ dàng
phát hiện ra khi có sự rò rỉ gas), dễ cháy, nặng hơn không khí. Trọng lượng bằng
khoảng một nửa trọng lượng nước, không chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt
thở. LPG giãn nở khi xì ra ngoài và 1 lít LPG lỏng sẽ tạo ra khoảng 250 lít khí.
1.3.3. Các ưu điểm của LPG
Vì có tương đối ít thành phần hơn nên dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên
liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn. Việc này đã làm cho LPG có các đặc tính
của một nguồn nhiên liệu đốt sạch.Cả Propane và Butane đều dễ hóa lỏng và có
10
11 CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHUN LPG
CHO ĐỘNG CƠ.
2.1. Khái Quát Chung Về Hệ Thống Sử Dụng Nhiên Liệu Kép:LPG- DO
Động cơ Diesel được kiểm soát theo tốc độ và tải dựa vào việc điều khiển
lượng nhiên liệu cung cấp vào trong buồng đốt. Một bộ phận quan trọng của động
cơ là bộ điều tốc. Bộ điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp khi động cơ tốc độ
thấp và giảm nhiên liệu khi tốc độ cao, nhờ đó giúp động cơ chạy ổn định, tránh
trường hợp vượt tốc.
Khi cho LPG vào buồng cháy, nó trở thành một phần nhiên liệu cung cấp cho
quá trình sinh công, làm cho tốc độ động cơ tăng lên. Khi đó, bộ điều tốc sẽ giảm
lượng diesel, giảm đến khi lượng diesel mồi còn lại không đủ đốt cháy LPG, động
cơ tắt máy. Chờ cho tốc độ động cơ giảm xuống, lượng diesel tăng lại, tiếp tục quá
trình cháy và sinh công. Vì vậy, nếu không bỏ bộ điều tốc, động cơ sẽ hoạt động
không ổn định, không kiểm soát được lượng diesel cung cấp. Giải pháp được đưa
ra là can thiệp vào bộ điều tốc bằng cách tăng cường độ cừng của lò xo điều tốc tới
mức loại bỏ hẳn sự can thiệp của bộ điều tốc trong quá trình hoạt động của máy.
Ý tưởng cho thuật toán điều khiển động cơ nhiên liệu kép (dual fuel) xuất
phát từ mục đích giảm nhiên liệu diesel xuống đến mức có thể được. Động cơ
diesel Yanmar 3sm là một động cơ diesel công suất nhỏ. Chỉ cần một lượng nhiên
liệu nhỏ để chạy nó, phần còn lại do LPG đảm nhiệm.
Lượng LPG cung cấp cho động cơ được quyết định bởi thời gian đóng mở
của van điện từ. Thời gian này do bộ điều khiển tính toán dựa vào tín hiệu tốc độ
động cơ từ các cảm biến gửi về. Thành phần diesel và LPG cung cấp phải được
tính toán dựa trên cơ sở đặc tính của dầu diesel, LPG và phản ứng đốt cháy nhiên
liệu trong buồng đốt.
Hình 2.1. Động cơ Yanmar 3SM 45HP
13
Hình 2.2 Động cơ YANMAR 3SM tại phòng động cơ
14 Bảng 2-2. Thông số kỹ thuật của động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP
STT Thông số kỹ thuật Động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP
1 Kiểu động cơ Yanmar 3SMGGE
2 Loại động cơ Diesel 4 kỳ
3 Công suất định mức 45 [HP]
4 Tốc độ piston 8,8 [m/s]
5 Số vòng quay định mức 2200 [vòng/phút]
6 Đường kính xylanh 105 [mm]
7 Tỷ số nén 19
8 Áp lực phun 160 [kg/cm
2
]
9 Kiểu xupap treo
10 Khe hở nhiệt 0,15 [mm]
Hệ thống làm mát.
Hệ thống khởi động.
2.2.3. Bộ điều tốc động cơ Yanmar 3SM
Bộ điều tốc cơ khí hoạt động dựa trên nguyên lý của lực ly tâm, trong ngành
động cơ đốt trong nó được sử dụng nhiều nhất. Nhờ thiết kế chắc chắn, đơn
giản,dễ dàng điều chỉnh và chi phí sản xuất thấp. Bộ điều tốc này luôn được cải
tiến và hoàn thiện nên ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi trong các động cơ
diezel.
Tính đặc thù của bộ điều tốc cơ khí là trực tiếp điều khiển bởi động cơ diesel
trong khi đó tất cả các loại điều tốc khác phải phụ thuộc vào một nguồn năng
lượng khác như (thủy lực, khí nén hoặc điện) để có thể làm việc.
Bộ điều tốc cơ khí ngày nay vẫn được sử dụng trên động cơ diesel với vô số
ứng dụng trong xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiêp. Bộ điều tốc cơ khí sử dụng
các phần tử cơ khí cơ bản tác động trực tiếp vào thanh răng nhiên liệu để điều
khiển tốc độ động cơ. Bộ điều tốc này có cấu tạo đơn giản chỉ gồm các phần tử:
quả văng, lò xo tốc độ, các thanh liên kết và ổ đỡ.
16
Cấu tạo của bộ điều tốc động cơ yanmar 3sm gồm có 2 quả văng được gắn
vào hai nhánh của mâm xoay trên trục cam bơm cao áp và được cố định bằng chốt
định vị. Trục di động truyền chuyển động của các quả văng đến thanh răng nhiên
liệu nhờ khớp nối. Cần gia tốc kết nối với kẹp trượt để điều khiển thanh răng.
Nguyên tắc vận hành: Bộ điều tốc cơ khí vận hành theo nguyên lý sau:
Khi vận tốc động cơ tăng lực ly tâm mạnh làm 2 quả văng bị bung ra kéo cần
điều khiển cơ cấu kết nối để kéo thanh răng về phía giảm nhiên liệu.
Khi vận tốc động cơ giảm lúc này lực ly tâm yếu lò xo điều tốc bị 2 quả văng
ép vào bên trong làm cơ cấu kết nối kéo thanh răng về phía giảm nhiên liệu.
tốt, quy luật phù hợp).
18
Hình 2.3 Hệ thống nhiên liệu động cơ
Bảng 2-3. Các chi tiết hệ thống nhiên liệu động cơ YANMAR 3SM
STT
TÊN CHI TIẾT STT
TÊN CHI TIẾT
1 Bơm dầu 50 Vít xả khí
2 Đệm kín 51 Nút M16
3 Bulông M10x40 52 Bulông M10x100
4 Đệm đàn hồi 10 53 Bulông M10x148
5 Bánh răng truyền động cho bơm
dầu
54 ống dẫn dầu (từ lọc đến bơm)
6 Chốt 5x16 55 Đệm kín
7 Đệm 56 Bulông M8x25
8 Đai ốc M14 57 Đệm đàn hồi 8
9 Bình làm mát dầu 58 ống dẫn dầu (từ xilanh đến lọc)
19 10 Đệm kín cho bình làm mát dầu
(A)
32 Van điều chỉnh 81 Đệm kín 14
Copyright: Tài liệu đại học ©