Nghiên cứu thiết kế chế tạo động cơ sử dụng hai nhiên liệu biogas/diesel trên cơ sở động cơ diesel một xy lanh tĩnh tại

Lê Minh Tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Đà Nẵng - Năm 2013

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HAI NHIÊN LIỆU

BIOGAS/DIESEL TRÊN CƠ SỞ ĐỘNG CƠ

MỘT XI LANH TĨNH TẠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Lê Minh Tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Đà Nẵng - Năm 2013

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

Mã số: 62 52 34 01

Người hướng dẫn khoa học I: PGS.TS. Trần Văn Nam

Người hướng dẫn khoa học II: GS.TSKH. Bùi Văn Ga

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HAI NHIÊN LIỆU

BIOGAS/DIESEL TRÊN CƠ SỞ ĐỘNG CƠ

MỘT XI LANH TĨNH TẠI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

- 3 -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Lê Minh Tiến

- 4 -

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................- 3 -

MỤC LỤC..............................................................................................................- 4 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................- 8 -

1. CÁC KÝ HIỆU MẪU TỰ LA TINH: ...........................................................- 8 -

2. CÁC KÝ HIỆU MẪU TỰ HY LẠP:.............................................................- 8 -

3. CÁC CHỮ VIẾT TẮT:..................................................................................- 9 -

DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................- 10 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..............................................................................- 11 -

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ......................................................................................1

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI........................................................2

3. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU.................................................................................2

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................3

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN ............................3

6. CẤU TRÚC NỘI DUNG LUẬN ÁN .................................................................3

7. NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN ......................................................4

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ..................................................................5

1.1. VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG .............................................5

1.1.1. Nhiên liệu hóa thạch và sự bùng nổ khí hậu .............................................5

1.1.2. Nhiên liệu thay thế có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời ........................9

1.2. NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG..........10

1.2.1. Tính chất biogas......................................................................................10

1.2.2. Yêu cầu chất lượng biogas để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.....12

1.2.3. Công nghệ lọc tạp chất trong biogas tại Việt Nam [4] ...........................14

1.2.4. Chỉ số mêtan của biogas..........................................................................16

1.3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .....16

1.3.1. Nghiên cứu và ứng dụng biogas trên thế giới .........................................16

1.3.2. Nghiên cứu và ứng dụng biogas tại Việt Nam........................................21

1.4. NHU CẦU ĐỘNG CƠ BIOGAS CỠ NHỎ TẠI VIỆT NAM ......................25

1.4.1. Nhu cầu công suất kéo máy phát điện và máy công tác .........................25

- 5 -

1.4.2. Đặc điểm của công nghệ hai nhiên liệu biogas/diesel Gatec-20.............27

1.4.3. Lựa chọn động cơ nghiên cứu phát triển phù hợp ..................................28

1.5. KẾT LUẬN....................................................................................................29

Chương 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL THÀNH

ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL ..................................................31

2.1. CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI.................................................................31

2.1.1. Giải pháp động cơ đánh lửa cưỡng bức ..................................................31

2.1.2. Giải pháp động cơ nhiên liệu kép ...........................................................32

2.2. TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIOGAS............................................33

2.2.1. Động cơ sử dụng biogas đánh lửa cưỡng bức.........................................33

2.2.2. Động cơ nhiên liệu kép ...........................................................................37

2.3. CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL THÀNH ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU

BIOGAS/DIESEL.................................................................................................38

2.3.1. Phạm vi sử dụng của động cơ hai nhiên liệu biogas/diesel ....................38

2.3.2. Yêu cầu thiết kế chuyển đổi....................................................................38

2.3.3. Xác định phương án nghiên cứu tính toán thiết kế .................................39

2.4. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU .....................................................45

2.4.1. Thông số động cơ....................................................................................45

2.4.2. Kích thước...............................................................................................46

2.4.3. Đặc tính động cơ .....................................................................................47

2.5. KẾT LUẬN....................................................................................................47

Chương 3 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU KÉP

BIOGAS/DIESEL.....................................................................................................49

3.1. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU KHÍ ..............................49

3.1.1. Lý thuyết cháy của hỗn hợp không hòa trộn trước.....................................50

3.1.2. Lý thuyết quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trước ...................................58

3.1.3. Lý thuyết quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ ......................................64

3.2. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY.........................................70

3.2.1. Thiết lập mô hình tính toán trong Ansys® Fluent ..................................70

3.2.2. Đánh giá quá trình cháy nhiên liệu kép...................................................73

3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vận hành đến tính năng động cơ hai

nhiên liệu biogas/diesel.....................................................................................75

3.3. KẾT LUẬN....................................................................................................87

Chương 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL

- 6 -

VIKYNO EV2600-NB-BIO TRÊN CƠ SỞ MẪU ĐỘNG CƠ VIKYNO EV2600-NB

...................................................................................................................................89

4.1. THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP ...................................................................89

4.1.1. Tính toán thành phần hỗn hợp qua bộ tạo hỗn hợp.................................89

4.1.2. Tính toán các thông số của bộ tạo hỗn hợp.............................................90

4.1.3. Thiết kế bộ tạo hỗn hợp ..........................................................................93

4.1.4. Tính toán mô phỏng bằng phần mềm Ansys® Fluent ............................93

4.1.5. Các thông số chọn và kết quả tính toán điều kiện biên...........................95

4.1.6. Kết quả tính toán: Trường áp suất, thành phần CH4, O2, vector tốc độ..98

4.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU TỐC BIOGAS ...................................108

4.2.1. Đặc điểm ...............................................................................................108

4.2.2. Xác định phương án lắp đặt bộ điều tốc biogas lên cơ cấu chuyển động

quay sẵn có trên động cơ.................................................................................108

4.2.3. Định vị cơ cấu điều tốc lên trục cân bằng trên......................................109

4.2.4. Đo xác định kích thước nắp máy ..........................................................111

4.2.5. Thiết kế nắp máy và các cơ cấu điều khiển ..........................................112

4.2.6. Tính toán bộ điều tốc biogas.................................................................113

4.2.7. Chế tạo lắp đặt nắp máy, càng điều khiển và cơ cấu điều tốc ..............119

4.3. KẾT LUẬN..................................................................................................121

Chương 5 THỬ NGHIỆM TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ............................................122

5.1. THỰC NGHIỆM ĐO ĐẠC TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ ...............................122

5.1.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm..........................................................................122

5.1.2. Các phương án lắp đặt động cơ biogas lên băng thử công suất............123

5.1.3. Vít hạn chế lượng phun tối thiểu...........................................................124

5.1.4. Các thiết bị phục vụ thực nghiệm chính ...............................................125

5.1.5. Bảng thông số thiết bị ...........................................................................127

5.1.6. Các bước tiến hành thực nghiệm...........................................................128

5.1.7. Đo đạc tính năng của động cơ tại nguồn khí.........................................128

5.2. SO SÁNH KẾT QUẢ CHO BỞI MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM.......132

5.2.1. Phạm vi so sánh.....................................................................................132

5.2.2. So sánh ảnh hưởng của độ đậm đặc hỗn hợp........................................133

5.2.3. So sánh ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu đến đường đặc tính ngoài

động cơ............................................................................................................135

- 7 -

5.3. KẾT LUẬN..................................................................................................137

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................139

1. KẾT LUẬN.....................................................................................................140

2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................143

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ........................................................144

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................145

- 8 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. CÁC KÝ HIỆU MẪU TỰ LA TINH:

- Vh [m3

] Dung tích xi lanh

- Vc [m3

] Thể tích buồng cháy

- S [m] Hành trình piston

- D [m] Đường kính xi lanh

- n [vòng/phút] Số vòng quay

- db [m] Đường kính buồng hỗn hợp

- dh [m] Đường kính họng

- an Hệ số dao động của dòng chảy

- vtb [m] Tốc độ trung bình của dòng khí

- lb [m] Chiều dài buồng hỗn hợp

- ph [Pa] Độ chân không tại họng

- i Số xi lanh

- Wi [J] Công chỉ thị

- f Hệ số thành phần hỗn hợp

- ffuel Thành phần nhiên liệu trong hỗn hợp

- fsec Thành phần nhiên liệu thứ cấp trong hỗn hợp

- fox Thành phần chất oxy hóa trong hỗn hợp

- psec Giá trị tương đối của thành phần hỗn hợp thứ cấp

- Sm Đại lượng nguồn chỉ do truyền chất từ các hạt nhiên

liệu lỏng hay các hạt phản ứng vào pha khí

- Suser Đại lượng nguồn do người sử dụng định nghĩa

2. CÁC KÝ HIỆU MẪU TỰ HY LẠP:

- : [độ] Góc quay trục khủy

- s: [độ] Góc đánh lửa sớm (góc phun diesel mồi)

-  Tỉ số nén

- 9 -

-  Số kỳ

- h Hệ số lưu lượng của họng

- biogas [kg/m3

] Khối lượng riêng của biogas

- air [kg/m3

] Khối lượng riêng của không khí

- λ Hệ số dư lượng không khí

-  Hệ số tương đương

- v Hệ số nạp

3. CÁC CHỮ VIẾT TẮT:

- C Carbon

- ĐCT: Điểm chết trên

- SVEAM: CÔNG TY TNHH MTV ĐỘNG CƠ VÀ MÁY NÔNG

NGHIỆP MIỀN NAM

- TBN Chỉ số kiềm tổng (Total Base Number)

- MN Chỉ số mêtan (Methane Number)

- 10 -

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần trung bình các thành phần của biogas [74]...........................11

Bảng 1.2: Sản lượng CH4 theo lý thuyết [74] ...........................................................12

Bảng 1.3: Sản lượng CH4 với nguồn nguyên liệu khác nhau [74]............................12

Bảng 1.4: Thời gian sử dụng động cơ biogas theo số lượng lợn và công suất động cơ

...................................................................................................................................25

Bảng 2.1: Thông số động cơ Vikyno EV2600-NB...................................................46

Bảng 2.2: Kích thước và thông số cơ bản của động cơ Vikyno EV2600-NB ..........47

Bảng 3.1: Giá trị của các hệ số của phương trình (3.42) ..........................................67

Bảng 3.2: Giá trị các hệ số của phương trình (3.44).................................................68

Bảng 3.3: Tương quan giữa f và ϕ (biogas chứa 60% thể tích CH4) ........................77

Bảng 4.1: Hệ số dao động của dòng chảy .................................................................91

Bảng 4.2: Các thống số chọn và kết quả tính toán khối lượng hỗn hợp giả định .....95

Bảng 4.3: Kết quả tính toán áp suất chân không trung bình theo tốc độ động cơ ....96

Bảng 4.4: Bảng thông số chọn và kết quả tính lượng phun mồi...............................96

Bảng 4.5: Lượng không khí cần để đốt kiệt lượng diesel mồi theo tốc độ động cơ .96

Bảng 4.6: Thông số chọn để tính công suất động cơ hai nhiên liệu biogas/diesel dựa

trên khả năng cung cấp của bộ hòa trộn....................................................................96

Bảng 4.7: Thông số nhiên liệu biogas với các thành phần khác nhau ......................97

Bảng 4.8: Quan hệ góc mở và % độ mở bướm ga ....................................................97

Bảng 4.9: Vị trí bướm ga để ϕ=1 khi n=1000 vòng/phút........................................105

Bảng 4.10: Vị trí bướm ga để ϕ=1 khi n=2200 vòng/phút......................................105

Bảng 4.11: Các thông số đo được của bộ điều tốc biogas. .....................................114

Bảng 4.12: Chiều dài càng bướm ga theo từng loại nhiên liệu...............................116

Bảng 4.13: Tốc độ làm việc của động cơ theo biến dạng ban đầu của lò xo điều tốc.

.................................................................................................................................116

Bảng 5.1: Thông số các thiết bị thí nghiệm ............................................................127

Bảng 5.2: Bảng nội dung thực nghiệm....................................................................128

- 11 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Con người khai thác nhiên liệu hóa thạch...................................................5

Hình 1.2: Biến thiên nhiệt độ khí quyển và nồng độ CO2 trong 1000 năm gần đây ..6

Hình 1.3: Biến thiên nhiệt độ khí quyển và nồng độ CO2 trong 100 năm gần đây ....6

Hình 1.4: Biến thiên nhiệt độ trung bình thực tế trên mặt đất a: Mô hình có xem xét

yếu tố do hoạt động của con người b: Mô hình không xem xét yếu tố do hoạt động

của con người ..............................................................................................................6

Hình 1.5: Dòng nước luân chuyển trong đại dương....................................................7

Hình 1.6: Sự gia tăng mực nước biển theo các kịch bản khác nhau và các yếu tố làm

tăng mực nước biển.....................................................................................................7

Hình 1.7: Bản đồ ngập mặn do nước biển dâng ở Việt Nam......................................8

Hình 1.8: Nồng độ CO2

trong bầu khí quyển theo các kịch bản phát thải khác nhau 8

Hình 1.9: Sơ đồ trung hòa Carbon của nhiên liệu biogas .........................................11

Hình 1.10: Yêu cầu lọc biogas đối với các phương tiện sử dụng khác nhau............14

Hình 1.11: Các phương án lọc H2S...........................................................................15

Hình 1.12: Hiệu quả lọc hấp phụ H2S bằng các vật liệu lọc khác nhau....................15

Hình 1.13: Động cơ biogas kéo máy phát điện và xay xát .......................................22

Hình 1.14: Giá thành và tiết kiệm khi sử dụng động cơ biogas [13]. .......................26

Hình 1.15: Bộ Gatec-20 ............................................................................................27

Hình 1.16: Động cơ RV70 kéo máy phát 3KVA lắp bộ Gatec-20 ...........................27

Hình 2.1: Giới hạn cháy của hỗn hợp với thành phần CH4 và CO2 khác nhau [44].33

Hình 2.2: Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính năng động cơ [67] ..............34

Hình 2.3: Ảnh hưởng của CO2 đến nhiệt độ ngọn lửa [44] ......................................34

Hình 2.4: Ảnh hưởng của tỉ số nén động cơ đến công suất, nhiên liệu: 100% mêtan

[56] ............................................................................................................................35

Hình 2.5: Góc đánh lửa sớm tối ưu [67] ...................................................................35

Hình 2.6: Ảnh hưởng của thành phần mêtan trong biogas đến tính năng động cơ. Tỉ

số nén =15:1 ............................................................................................................36

Hình 2.7: Bộ tạo hỗn hợp kiểu Venturi.....................................................................40

Hình 2.8: Nguyên lý cấp biogas và điều chỉnh lượng phun mồi...............................41

Hình 2.9: Chế độ làm việc của động cơ gắn điều tốc ...............................................44

Hình 2.10: Nguyên lý cấp biogas tự động bằng điều tốc ly tâm...............................45

Hình 2.11: Kích thước cơ bản của động cơ Vikyno EV2600-NB ............................46

Hình 2.12: Các đặc tính động cơ Vikyno EV2600-NB cho bởi nhà sản xuất. .........47

Hình 3.1: Quan hệ giữa ffuel, fsec và fox ......................................................................51

- 12 -

Hình 3.2: Quan hệ giữa ffuel, fsec và psec .....................................................................51

Hình 3.3: Biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất p(f)................................................55

Hình 3.4: Ví dụ hàm pdf delta kép............................................................................57

Hình 3.5: Sự phụ thuộc logic của các đại lượng trung bình vào , và mô

hình hóa học (hệ thống đoạn nhiệt, một thành phần hỗn hợp)..................................58

Hình 3.6: Ảnh hưởng của áp suất đến biến thiên tốc độ cháy CH4 theo  ở nhiệt độ

400K [50] ..................................................................................................................66

Hình 3.7: Ảnh hưởng của áp suất đến biến thiên tốc độ cháy theo nhiệt độ ở =1 [50]

...................................................................................................................................66

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp CH4/không

khí bị làm bẩn ở p=3,5atm và =1 [28].....................................................................68

Hình 3.9: Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp CH4/không

khí bị làm bẩn ở T=350K và =1 [28] ......................................................................69

Hình 3.10: Kết quả thực nghiệm biến thiên tốc độ cháy chảy tầng theo tỉ lệ các chất

khí làm bẩn hỗn hợp khác nhau (Ngọn lửa CH4/không khí, p = 0.1 MPa, T = 393 K,

= 1) [36] .................................................................................................................69

Hình 3.11: Ảnh hưởng của CO2 đến tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp CH4/không

khí ở 1bar và 298K [69]............................................................................................70

Hình 3.12: Kích thước chi tiết và hình dạng mô hình tính toán.......................................71

Hình 3.13: Chia lưới..................................................................................................72

Hình 3.14: Biến thiên của trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ và trường tốc độ hỗn

hợp trong buồng cháy (ứng với M6C4; n=1400 v/ph; s=30 độ; f=0,14; Vf=2)......74

Hình 3.15: Biến thiên của trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ và trường tốc độ hỗn

hợp trong buồng cháy (ứng với M8C2; n=1400 v/ph; s=30 độ; f=0,088; Vf=2)....75

Hình 3.16: Áp suất chỉ thị ứng với s: 20, 30, 40, 50 (độ);M7C3;n=2000 v/ph.......75

Hình 3.17: Áp suất chỉ thị ứng với ps: 20, 30, 40, 50 (độ); M7C3;n=2000 v/ph ....76

Hình 3.18: Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến công chỉ thị/chu trình Wi(J)

(n=2200 v/ph, M7C3)................................................................................................76

Hình 3.19: Biến thiên nồng độ O2 (M6C4; n=2000 v/ph; s=40 độ)........................77

Hình 3.20: Biến thiên nồng độ CH4 (M6C4; n=2000 v/ph; s= 40 độ)....................77

Hình 3.21: Biến thiên nhiệt độ trung bình môi chất (K) (n=2000 v/ph; s=40 độ;

M6C4) .......................................................................................................................78

Hình 3.22: Áp suất chỉ thị theo dung tích xi lanh (M6C4; s= 40 (độ); n=2000 v/ph)

...................................................................................................................................78

Hình 3.23: Áp suất chỉ thị theo góc quay trục khuỷu (M6C4; s= 40 (độ); n=2000

v/ph) ..........................................................................................................................79

Hình 3.24: Công chỉ thị theo độ đậm đặc của hỗn hợp (M6C4, n=2000 v/ph; s= 40 độ)...79

i

f

2

f '

- 13 -

Hình 3.25: Diễn biến quá trình cháy tại vị trí  =339 độ..........................................80

Hình 3.26: Diễn biến quá trình cháy tại vị trí  =357 độ..........................................80

Hình 3.27: Áp suất chỉ thị theo góc quay trục khuỷu (M6C4;s= 30 độ; ϕ=1)........81

Hình 3.28: Áp suất chỉ thị của động cơ theo dung tích xi lanh ứng với M6C4;s= 30

(độ);ϕ=1.....................................................................................................................81

Hình 3.29: Wi=f(n); n=2000v/ph; s==30 độ; ϕ=1; M6C4 ......................................82

Hình 3.30: Pi=f(n); n=2000v/ph; s==30 độ; ϕ=1; M6C4........................................82

Hình 3.31: Diễn biến nồng độ CH4 theo  n=800 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1..................83

Hình 3.32: Diễn biến nồng độ CH4 theo  n=1400 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1................83

Hình 3.33: Nhiệt độ trung bình môi chất theo ; n=800 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1 ........84

Hình 3.34: Nhiệt độ trung bình môi chất theo ; n=1400 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1 ......84

Hình 3.35: Áp suất chỉ thị chu trình theo  ứng với n=800 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1 ...85

Hình 3.36: Áp suất chỉ thị chu trình theo  ứng với n=1400 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1 .85

Hình 3.37: Áp suất chỉ thị chu trình theo Vh ứng với n=800 v/ph; s= 30 độ; ϕ=1 .85

Hình 3.38: Áp suất chỉ thị chu trình theo Vh ứng với n=1400 v/ph; s= 30 độ; ϕ=186

Hình 3.39: Biến thiên công chỉ thị theo tốc độ động cơ;s= 30 độ; ϕ=1 ..................86

Hình 3.40: Biến thiên công suất chỉ thị theo tốc độ động cơ s= 30 độ; ϕ=1...........87

Hình 4.1: Bộ tạo hỗn hợp biogas không khí .............................................................93

Hình 4.2: Dòng chảy trong bộ tạo hỗn hợp sử dụng để mô phỏng. ..........................94

Hình 4.3: Chia lưới dòng chảy qua bộ tạo hỗn hợp ..................................................94

Hình 4.4: Đặc tính lưu lượng theo độ mở bướm ga ..................................................97

Hình 4.5: Trường áp suất tĩnh (M6C4, bướm ga 87%)............................................98

Hình 4.6: Trường hàm lượng CH4 (M6C4, bướm ga 87%)......................................98

Hình 4.7: Trường hàm lượng CO2 (M6C4, bướm ga 87%)......................................98

Hình 4.8: Trường hàm lượng O2 (M6C4, bướm ga 87%).........................................99

Hình 4.9: Trường tốc độ (M6C4, bướm ga 87%) .....................................................99

Hình 4.10: Biên thiên độ đậm đặc ϕ theo tốc độ động cơ n ứng với nhiên liệu biogas

chứa thành phần CH4 khác nhau. ............................................................................100

Hình 4.11: Biến thiên ϕ=f(n) ứng vớ M6C4, bướm ga ở vị trí 30 độ. ....................100

Hình 4.12: Thay đổi độ đậm đặc của hỗn hợp theo tốc độ động cơ (Bướm ga ở vị trí

50 độ, tiết diện lưu thông 19%)...............................................................................101

Hình 4.13: Biến thiên ϕ=f(n) ứng với M7C3, bướm ga ở vị trí 30 độ ....................101

Hình 4.14: Thay đổi độ đậm đặc của hỗn hợp theo tốc độ động cơ ở các vị trí bướm

ga khác nhau của nhiên liệu M5C5.........................................................................102

Hình 4.15: Thay đổi độ đậm đặc của hỗn hợp theo tốc độ động cơ ở các vị trí bướm

ga khác nhau của nhiên liệu M9C1.........................................................................102

- 14 -

Hình 4.16: Biến thiên độ đậm đặc ϕ theo độ mở bướm ga của các nhiên liệu khác

nhau tại giá trị tốc độ n=1000 vòng/phút ................................................................103

Hình 4.17: Biến thiên độ đậm đặc ϕ theo tốc độ động cơ của các nhiên liệu khác nhau

xuất phát từ giá trị ban đầu ϕ=1 tại n=1000 vòng/phút...........................................103

Hình 4.18: Biến thiên độ đậm đặc ϕ theo độ mở bướm ga của các nhiên liệu khác

nhau tại giá trị tốc độ n=2200 vòng/phút ................................................................104

Hình 4.19: Biến thiên độ đậm đặc ϕ theo tốc độ động cơ của các nhiên liệu khác nhau

với giá trị ϕ=1 tại n = 2200 vòng/phút ....................................................................105

Hình 4.20: Đặc tính ngoài động cơ hai nhiên liệu biogas/diesel dựa trên khả năng

cung cấp của bộ bộ hòa trộn....................................................................................106

Hình 4.21: Đặc tính cục bộ ứng với nhiên liệu M6C4 (ϕ=1, bướm ga mở 87%)...107

Hình 4.22: Đặc tính cục bộ ứng với nhiên liệu M8C2 (ϕ=1, bướm ga mở 56%)...107

Hình 4.23: Sơ đồ dẫn động của các bánh răng. Bánh răng 1,2: 24 răng; Bánh răng 3,4:

45 răng; Bánh răng 5: 48 răng.................................................................................108

Hình 4.24: Bộ con đội quả văng..............................................................................109

Hình 4.25: Khoan lỗ dẫn hướng chốt điều tốc trên trục cân bằng trên ...................109

Hình 4.26: Đế gắn bộ con đội quả văng lên trục cân bằng trên..............................110

Hình 4.27: Gắn bộ con đội quả văng lên chân đế. ..................................................110

Hình 4.28:Vị trí cơ cấu điều tốc diesel và biogas bên trong động cơ. ....................111

Hình 4.29: Đo kích kích thước của nắp máy...........................................................111

Hình 4.30: Kết quả đo kích thước nắp máy ............................................................112

Hình 4.31: Nắp máy mới có gắn các càng điều tốc. ...............................................112

Hình 4.32: Các vị trí điều khiển trên nắp máy mới:................................................113

Hình 4.33: Sơ đồ tính toán điều tốc điều chỉnh van tiết lưu biogas dạng bướm.....113

Hình 4.34: Đặc tính cân bằng điều tốc....................................................................117

Hình 4.35: Công suất động cơ theo độ mở bướm ga ở các tốc độ khác nhau (M6C4)

.................................................................................................................................118

Hình 4.36: Hàn khung và các mặt xung quanh .......................................................119

Hình 4.37: Phay mặt lắp ghép với thân động cơ.....................................................119

Hình 4.38: Phay mặt lắp ghép bơm cao áp .............................................................119

Hình 4.39: Gắn các cơ cấu điều khiển của hai bộ điều tốc .....................................120

Hình 4.40: Lắp đặt nắp máy lên động cơ ................................................................120

Hình 4.41: Cụm động cơ đã được chuyển đổi lắp đặt hoàn chỉnh..........................120

Hình 5.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm............................................................................122

Hình 5.2: Thiết kế bệ máy di động lắp băng thử và động cơ..................................123

Hình 5.3: Cụm động cơ-băng thử lắp đặt cố định trên nền bê tông........................124

Hình 5.4: Cụm động cơ-băng thử lắp đặt trên xe tải để có thể di động. .................124

- 15 -

Hình 5.5: Vít hạn chế lượng phun diesel tối thiểu. .................................................125

Hình 5.6: Băng thử thủy lực FROUDE DPX3 và cảm biến lực, cảm biến tốc độ..125

Hình 5.7: Card NI-6009. .........................................................................................126

Hình 5.8: Bố trí các cảm biến và điều khiển...........................................................126

Hình 5.9: Hệ thống lọc H2S và CO2........................................................................127

Hình 5.10: Gas Data GFM 435 ...............................................................................127

Hình 5.11: Đo suất tiêu hao nhiên liệu diesel .........................................................129

Hình 5.12: So sánh đường đặc tính ngoài động cơ .................................................129

Hình 5.13: So sánh đặc tính ngoài của động cơ diesel và động cơ nhiên liệu kép sử

dụng nhiên liệu biogas có thành phần CH4 thay đổi ở các chế độ tốc độ khác nhau

.................................................................................................................................130

Hình 5.14: Ảnh hưởng của độ mở bướm ga đến đường đặc tính động cơ nhiên liệu

kép (Biogas chứa 65% CH4) ...................................................................................131

Hình 5.15: Ảnh hưởng của độ mở bướm ga đến đường đặc tính động cơ nhiên liệu

kép (Biogas chứa 91% CH4) ...................................................................................131

Hình 5.16: Ảnh hưởng của thành phần CH4 trong biogas đến suất tiêu hao nhiên liệu

diesel của động cơ nhiên liệu kép (100% bướm ga)...............................................132

Hình 5.17: Thay đổi hệ số ϕ bằng thực nghiệm......................................................133

Hình 5.18: So sánh công suất cực đại (n=2000v/ph, s=30 độ, M7C3).................135

Hình 5.19: So sánh công suất mô phỏng và thực nghiệm (M8C2).........................136

Hình 5.20: So sánh công suất mô phỏng và thực nghiệm (M7C3).........................137

Hình 5.21: So sánh công suất mô phỏng và thực nghiệm (M6C4).........................137