ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ NHƯ TÙNG

NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DA465QE SỬ DỤNG
BIOGAS-LPG

Chuyên ngành: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 85.20.11.6

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học 1: GS. TSKH. BÙI VĂN GA
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. TRƯƠNG LÊ BÍCH TRÂM

Phản biện 1: TS. LÊ MINH TIẾN

Phản biện 2: TS. PHÙNG XUÂN THỌ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào
ngày 18 tháng 9 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng kết hợp giữa mô phỏng trên phần mềm ANSYS
FLUENT và thực nghiệm trên băng thử công suất APA100 để đánh giá


2
tính năng kỹ thuật của động cơ khi chạy bằng lưỡng nhiên liệu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài khi hoàn thành là một tài liệu nghiên
cứu tổng hợp về lý thuyết mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ
DA465QE khi sử dụng lưỡng nhiên liệu.
- Ý nghĩa thực tiễn: Chuyển đổi động cơ chạy xăng sang sử dụng
lưỡng nhiên liệu Biogas-LPG nhằm tiết kiệm nguồn năng lượng hóa
thạch, giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
6. Dàn ý nội dung
Lời mở đầu
Mục lục
Danh mục các bảng.
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: NHIÊN LIỆU BIOGAS
Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA HỖN HỢP
NHIÊN LIỆU BIOGAS-LPG.
Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

xa về sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện năng mặt trời trực tiếp
hay thông qua nhiên liệu hydrogen và nhiên liệu biogas. Các nguồn
nhiên liệu này là nhiên liệu sạch, không làm tăng chất khí gây hiệu ứng
nhà kính trong bầu khí quyển. Đồng thời chúng là nguồn nhiên liệu bền
vững, vô tận trong thước đo thời gian của hệ mặt trời.


5
1.3. NHỮNG TIỆN ÍCH CỦA Ô TÔ TẢI NHẸ TRƯỜNG HẢI
TOWNER 750
Ngày nay, phương tiện vận chuyển hàng hóa bằng xe tải chắc
hẳn không còn quá xa lạ với mọi người. Vận tải ô tô là hình thức vận
tải phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế ở tất cả quốc
gia. Vậy việc vận tải bằng xe tải Trường Hải Tower 750 sở hữu những
ưu điểm nổi bật như: tính động cơ cao trong thành phố, tốc độ vận
chuyển nhanh, nên xe tải vận nhỏ này chuyển trực tiếp đến người nhận,
không phải thông qua bất kì phương thức vận tải nào khác. Xe tải
Trường Hải Tower 750 có thể hoạt ở nhiều tuyến đường, thậm chí ở
những nơi chưa có đường sá. Tốc độ vận chuyển hàng của xe tải nhanh
hơn đường sắt cả về khoảng cách ngắn và khoảng cách dài. Chính vì
vậy mà việc vận chuyển bằng xe tải nhỏ giữa các thành phố đang phát
triển mạnh.
Mức độ phát thải ô nhiễm của các xe tải cỡ nhỏ cũng ít hơn so
với các dòng xe có công suất động cơ lớn, góp phần hạn chế ô nhiễm
môi trường.
1.4. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ TẢI NHẸ
TRƯỜNG HẢI TOWER 750
1.4.1.Các thông số kỹ thuật




cc

970

Thể tích xilanh
Tỷ số nén
Số vòng quay

9:1
vg/ph

5000

Đường kính xi lanh

mm

65,5

Hành trình piston

mm

72

Thứ tự làm việc

1-3-4-2


nhiên liệu cho động cơ nhiệt trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch đang
cạn kiệt mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm
môi trường.


8
CHƯƠNG 2
NHIÊN LIỆU BIOGAS
2.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIOGAS TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM :
Dầu mỏ đang cạn kiệt dần đã thúc đẩy các nước phát triển
nghiên cứu tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế mang tính bền vững
hơn. Cộng Đồng Châu Âu đã kêu gọi các nước trong khối thực hiện
mục tiêu sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học vào năm 2010. Hàng nghìn
trung tâm sản xuất biogas đã được xây dựng ở Châu Âu. Các nước như
Đức, Áo, Đan Mạch và Thụy Điển là những nước đi tiên phong trong
phát triển kỹ thuật biogas.
Công suất điện (MW)

Hình 2.1: Công suất điện chạy bằng Biogas ở Châu Âu
Nước ta có gần 80% dân số sống ở nông thôn. người ta đã sản
xuất thành công một loại bể biogas bằng chất liệu nhựa Composite siêu
bền. Với loại bể biogas mới này, những nhược điểm trên của hầm gạch,
hầm bê tông đã căn bản được khắc phục: Hầm không bị rò khí, không
bị axit ăn mòn… Nước ta hiện nay lượng Biogas chỉ đáp ứng phần nhỏ


9
cho sinh hoạt chứ chưa được áp dụng rộng rãi vì giá thành động cơ chạy
Biogas rất đắt tiền.


Hydrogen sulphide, H2S

0-3

Oxygen, O2

0-2*

CH4 là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của CH4
là 1012 Btu/ft3 (37,71.103KJ/m3).
1m3 CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tương đương với


10
1,3kg than đá, 1,15 lít xăng, 1,7 lít cồn hay 9,7kwh điện.
Nếu sử dụng biogas làm nhiên liệu, 1m3 khí biogas có thể cung
cấp cho động cơ 1 sức ngựa chạy trong 2 giờ.
2.3 Công nghệ sản xuất và lọc tạp chất của Biogas
Thành phần trung bình khí biogas ở một số cơ sở sản suất hiện nay:
CH4%

CO2%

H2S%

N2%

H2O%


2Fe2S3 + 3O2 = 2Fe2O3 +6S



Loại bỏ CO2
Sử dụng nước làm chất hấp thụ:
Ở nhiệt độ thường:


11
H2O + CO2  H2CO3 (hấp thụ)
Ở nhiệt độ cao hơn:
H2CO3  H2O + CO2 (nhả hấp thụ)
2.4 Nén Biogas và bình chứa áp suất cao
Bình chứa biogas nén làm nhiệm vụ lưu trữ và cung cấp biogas
cho hệ thống nhiên liệu của động cơ trong suốt quá trình làm việc của
động cơ. Bình chứa có thể chịu được áp suất đến hơn 250 bar. Do nhiên
liệu biogas chứa trong bình có áp suất cao, nên đòi hỏi công nghệ chế
tạo bình chứa phải đạt các tiêu chuẩn về độ an toàn rất cao và bình chứa
khí biogas được thiết kế theo tiêu chuẩn ASME section 3 devision VIII.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Màu đỏ;
Áp suất chứa: 250 bar;
Dung tích: 30 lít;
Trọng lượng: 33,5 kg;
Kích thước: 220x996 mm

Hình 2.2 Bình chứa Biogas

theo

gian tính toán.
Cài đặt các thông số động cơ, xác định không gian biến dạng
của xi lanh và mặt di chuyển của piston trong menu Dynamic mesh


13
Thiết lập thời điểm đóng, mở xú páp nạp; thời điểm đóng, mở
của các van cấp ga trong menu Event của Dynamic mesh
Lựa chọn mô hình chảy rối k-e tiêu chuẩn
Khai báo các chất khí có mặt trong hỗn hợp nhiên liệu-không
khí
Thiết lập điều kiện biên gồm: áp suất, nhiệt độ, thành phần các
chất khí đi vào cửa nạp và đi vào các vòi phun
Xác lập chế độ hiển thị kết quả tính toán.
3.2 Kết quả mô phỏng:
3.2.1 Mô phỏng biến thiên áp suất theo chế độ vận hành của động
cơ
M8C2, 10%LPG, phun riêng rẽ, j=90 độ
RPM

ÁP SUẤT

Φ

-12.000/0

0/3.5

1500


Mặt cắt zy


15
344
507/784

350
567/2174

356
630/2398

360
670/2423

372
817/2498


16
Bảng trên giới thiệu biến thiên trường nhiệt độ trong quá trình
cháy hỗn hợp nhiên liệu biogas M7C3 pha 20% LPG. Chúng ta thấy khi
màng lửa chưa hình thành thì vùng tâm buồng cháy có nhiệt độ thấp và
vùng có nhiệt độ cao nằm gần thành xi lanh. Khi màng lửa hình thành
thì nhiệt độ cao ở vùng hỗn hợp đã cháy. Khu vực cháy lan dần ra xa
theo góc quay trục khuỷu.
3.2.3 Mô phỏng biến thiên đường đồng mức Nox theo góc quay trục
khuỷu trong quá trình cháy
Nồng độ NOx (M7C3, 20% LPG, n2000, fi=1, fis=20)

Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Trên cơ sở tính toán mô phỏng trong chương 3, chương 4 sẽ
trình bày cách gia công lắp đặt cải tạo hệ thống nhiên liệu của động cơ
DA465QE để phù hợp với nhiên liệu nghiên cứu, trình bày các kết quả
thực nghiệm và phân tích đánh giá, so sánh các kết quả thực nghiệm với
tính toán lý thuyết.
4.1 Chế tạo, lắp đặt bộ cung cấp nhiên liệu Biogas-LPG cho động
cơ DA465QE
4.1.1 Họng Venturi:

Hình 4.1: Hình dạng, kết cấu bộ hòa trộn và van tiết lưu
1. Họng venturi; 2. Thân; 3. Vít điều chỉnh
4.1.2 Van điện từ
1. Van điện từ và vị trí lắp đặt: Van điện từ được lắp sau van xả
trên trên bình chứa Biogas. Nhiệm vụ của van điện từ là đóng mở nguồn
cung cấp Biogas từ bình chứa.

Hình 4.2 Van điện từ


19
4.1.3 Van tổ hợp cung cấp nhiên liệu khí kiểu chân không và van
ngắt ga tự động kiểu cơ khí

(a)

(b)

Hình 4.3: (a): Van tổ hợp cung cấp Biogas-LPG cho động cơ

Pe_thực nghiệm

30

25

20

15
2000

3000

4000

5000

n (vòng/phút)

Hình 4.5: So sánh công suất lý thuyết và thực nghiệm
Kết quả trên cho thấy hệ thống đảm bảo độ tin cậy để chuyển
sang chạy bằng nhiên liệu khí.


21
4.2.2 So sánh công suất lý thuyết và thực nghiệm khi động cơ chạy
bằng hỗn hợp Biogas-LPG
Kết quả cho thấy ứng với thành phần Biogas và hàm lượng LPG
pha vào Biogas cho trước (các bảng dưới các đồ thì công) thì áp suất
cực đại và công chu trình giảm khi tăng tốc độ động cơ. Điều này là do

n(vg/ph)

Hình 4.6: Biểu đồ so sánh công suất cho bởi lý mô phỏng và thực
nghiệm khi động cơ chạy bằng hỗn hợp 50% Biogas+50% LPG
Công suất cho bởi mô phỏng và thực nghiệm khi động cơ chạy
bằng hỗn hợp gồm 50% Biogas M7C3 và 50% LPG được giới thiệu
trên hình 4.6. Chúng ta thấy khi bổ sung LPG vào Biogas thì công suất
động cơ tăng lên so với khi chạy bằng Biogas. Cụ thể công suất động
cơ đạt 33kW khi chạy bằng hỗn hợp Biogas-LPG so với 31kW khi chạy
bằng Biogas chứa 70% CH4.
Thực nghiệm được thực hiện trên băng thử động cơ APA100


22
hiện đại. Công suất ngoài của động cơ khí chạy bằng xăng, đo công suất
ngoài của động cơ khi chạy bằng hỗn hợp Biogas-LPG ở các dải tốc độ.
Mỗi loại nhiên liệu được đo 3 đến 4 lần và lấy trung bình số liệu, đảm
bảo độ tin cậy.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Kết quả nghiên cứu cho phép chúng ta rút ra được những kết luận
sau đây:
• Kết luận 1: Khi làm giàu Biogas bằng LPG thì công suất động
cơ tăng so với khi chạy bằng Biogas. Góc đánh lửa sớm tối ưu
của động cơ chạy bằng Biogas-LPG tăng so với khi chạy bằng
xăng. Công chỉ thị chu trình cực đại đạt được khi hệ số tương
đương của hỗn hợp bằng khoảng 1,09. Tốc độ động cơ tăng thì