TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT T.P HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP HYDROGEN-XĂNG GVHD : Th.S. Võ Xuân Thành SVTH : Nguyễn Bùi Tính 10905075 TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12/2014 Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Khoa Cơ Khí Động Lực NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP HYDROGEN-XĂNG GVHD: Th.S.Võ Xuân Thành SVTH : Nguyễn Bùi Tính 10905075 I. NỘI DUNG - Tìm hiểu nhiên liệu kép Hydrogen-Xăng - Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiện liệu kép Hydrogen-Xăng - Tìm hiểu ưu điểm, hạn chế của động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen-Xăng II. TRÌNH BÀY  Thuyết minh đề tài: 1 cuốn báo cáo  1 đĩa CD chứa nội dung “Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- Xăng” III. Thời gian thực hiện  Ngày bắt đầu: 01/10/2014  Ngày hoàn thành: 31/12/2014 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tiểu luận này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả quý thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong hơn bốn năm học qua. Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy trong xưởng điện và xưởng động cơ đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện tiểu luận. Đặc biệt xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.S. Võ Xuân Thành đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện tiểu luận. Cuối cùng là lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã động viên giúp tôi hoàn thành tiểu luận được giao. Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù tác giả đã có những cố gắng song không thể tránh những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp, phê bình của quý thầy cô và các bạn sinh viên Một lần nửa xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn! Người thực hiện MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU………………………………………………………….…………1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU……………………………………………….…………1 PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………….…………5 CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ XĂNG…………………………………………….…… 5 1.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ kiểu piston………….……… 6 1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 2 kỳ kiểu piston….…….………… 8 1.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ Wankel………………………….………10 CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU HYDROGEN-XĂNG…………………… ……… 11 2.1. Xăng……………………………………………………………………… 11 2.2. Hydrogen……………………………………………………………………11 2.3. Hỗn hợp nhiên liệu Hydrogen-xăng……………………………………… 13 CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP HYDROGEN-XĂNG……… … 14 3.1. Hệ thống phân phối nhiên liệu…………………………………………… 15 3.1.1. Bộ chế hòa khí……………………………………………………… 15 3.1.2. Phun nhiên liệu trên đường ống nạp……………………………… 16 3.1.3. Phun nhiên liệu trực tiếp…………………………………………… 19 3.2. Các thông số quan trọng của động cơ Hydrogen-xăng…………………… 21 3.2.1. Momen xoắn………………………………………………………….21 3.2.2. Năng lượng phanh……………………………………… ………… 21 3.2.3. Tiêu thụ nhiên liệu……………………………… ………………….22 3.2.4. Hiệu suất nhiệt…………………………………………………… 23 3.2.5. Tốc độ sinh nhiệt…………………………………………………… 23 3.2.6. Tốc độ gia tăng áp suất……………………………………………….24 3.2.7. Áp suất nén……………………………………………………… …24 3.2.8. Nhiệt độ cháy hòa khí…………………………………………… 25 3.2.9. Nhiệt độ tại thời điểm supap thải mở…………………………………25 3.3. Khí thải động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen-xăng………………… .26 3.4. An toàn của hệ thống nhiên liệu Hydrogen trên xe…………………………27 3.4.1. Loại bỏ các nguồn tia lửa điện……………………………………… 27 3.4.2. Hệ thống thông gió……………………………………………………28 3.4.3. Cảm biến Hydrogen…………… 28 3.4.4. Bình nước ngăn sự cháy trong ống nạp…………………………… 28 CHƯƠNG 4: ƯU ĐIỂM , HẠN CHẾ VÀ XU HƯƠNG PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ HYDROGEN-XĂNG………………………………………………………………29 4.1. Ưu điểm…………………………………………………………………… 29 4.2. Hạn chế…………………………………………………………………… 29 4.3. Xu hướng phát triển…………………………………………………………29 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….31 2 PHẦN MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU Trong thế giới hiện đại ngày nay, nơi các công nghệ mới liên tục được giới thiệu, sử dụng năng lượng trong giao thông đang gia tăng nhanh chóng. Nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là nhiên liệu xăng dầu, là nguyên nhân chính để sản xuất năng lượng . Tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đang dần tăng lên là kết quả của sự tăng trưởng dân số cùng với những cải tiến trong các tiêu chuẩn sống. Điều đó có thể được nhìn thấy từ hình 1 khi mà dân số thế giới đã tăng liên tục trong 5 thập kỷ qua, và xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục. Như vậy, tổng mức tiêu thụ năng lượng đã tăng khoảng 36% trong với 15 năm qua. Năng lượng tiêu thụ dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong tương lai, khi dân số thế giới dự kiến sẽ tăng thêm 2 tỷ người trong 30 năm tiếp theo. Những xu hướng năng lượng có thể được nhìn thấy trong hình 2 . Nhu cầu năng lượng tăng đòi hỏi phải gia tăng sản xuất nhiên liệu, do đó trữ lượng nhiên liệu hóa thạch hiện nay giảm với tốc độ nhanh hơn. Ngoài ra, khoảng 60% trữ lượng dầu thế giới hiện nay là ở những vùng trong bất ổn chính trị thường xuyên. Điều này đã dẫn đến biến động giá dầu và sự gián đoạn nguồn cung. Hình 1: Dân số thế giới 1950-2050 3 Nhanh chóng làm cạn kiệt nguồn dầu mỏ dự trữ và giảm chất lượng không khí đặt ra câu hỏi về tương lai, cùng với nhận thức của thế giới để tích cực bảo vệ môi trường thì việc tìm kiếm các giải pháp thay thế cho nhiên liệu xăng dầu đã và đang được tiến hành. Nhiên liệu thay thế như CNG, HCNG, LPG, LNG, bio-diesel, khí sinh học, hydrogen, ethanol, methanol, di-methyl ether, khí sản xuất đã được thử nghiệm trên toàn thế giới. Nhiên liệu thay thế có nguồn gốc từ các nguồn khác ngoài dầu khí. Lợi ích của các loại nhiên liệu này là chúng sinh ra các chất ô nhiễm môi trường ít hơn so với xăng dầu và hầu hết trong số đó có nhiều khả thi về mặt kinh tế so với xăng dầu và có thể tái tạo. Hình 3 cho thấy tỷ lệ phần trăm của các loại nhiên liệu thay thế, sử dụng theo tổng mức tiêu thụ nhiên liệu ô tô trong thế giới như là một cái nhìn tương lai. Hình 2: Tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch 1983 – 2008 4 Hình 3: Tỷ lệ phần trăm của các loại nhiên liệu thay thế so với tổng mức tiêu thụ nhiên liệu ô tô trên thế giới Việc sử dụng hydro làm nhiên liệu trong tương lai cho động cơ đốt trong cũng đang được xem xét. Tuy nhiên, còn một số trở ngại phải vượt qua trước khi thương mại hóa hydro như một nhiên liệu động cơ cho ngành ô tô. Do đó, hỗn hợp Hydrogen- xăng có thể được coi như một nhiên liệu ô tô mà không đòi hỏi những thay đổi lớn trong các động cơ xăng, giúp tiết kiệm nhiên liệu, tăng hiệu suất động cơ đồng thời giảm ô nhiễm môi trường. [...]... vậy đắt tiền 20 3.2 Các thông số quan trọng của động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogenxăng Các thông số dưới đây được thử nghiệm với một động cơ xăng loại nhỏ 4 xi lanh, sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- xăng 3.2.1 Momen xoắn Hình 14: So sánh momen xoắn giữa động cơ xăng và động cơ Hydrogen- xăng theo các tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% Động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- xăng sinh ra momen xoắn cao... CO và NOx so với động cơ xăng 4.4.2 Hạn chế - Không gian lưu trữ nhiên liệu lớn hơn xe chạy bằng xăng vì gồm hệ thống nhiên liệu Hydrogen và xăng - Chi phí sản xuất xe sử dụng động cơ nhiên liệu kép Hydrogen- xăng cao hơn xe động cơ xăng - Phải có trạm bơm Hydrogen nhưng hệ thống trạm nhiên liệu Hydrogen còn hạn chế  Vì cần không gian lưu trữ nhiên liệu lớn hơn xe sử dụng động cơ xăng nên việc bố trí... sinh ra momen xoắn lớn hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, tăng hiệu suất động cơ 3.3 Khí thải động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- xăng Thực nghiệm cho thấy động cơ sử dụng nhiên liệu Hydrogen- xăng giảm đáng kể lượng khí CO và NOx sinh ra trong quá trình cháy Hình 22: So sánh lượng khí CO sinh ra giữa động cơ xăng và động cơ Hydrogenxăng theo các tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 26 Hình 23:... hợp nhiên liệu Hydrogen- xăng Nhiên liệu Hydrogen- xăng là sự hòa trộn giữa 2 loại nhiên liệu hydrogen và xăng theo một tỷ lệ nhất định được tính toán trước Để khắc phục một số nhược điểm của nhiên liệu xăng sử dụng trong động cơ đốt trong đồng thời nâng cao hiệu suất động cơ, giảm ô nhiễm môi trường thì người ta hòa trộn thêm nhiên liệu Hydrogen vào nhiên liệu xăng để cải thiện động cơ - Xăng và Hydrogen. .. thống phân phối nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí và phun trên đường ống nạp 28 CHƯƠNG 4: ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP HYDROGEN- XĂNG 4.1 Ưu điểm và hạn chế của động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- xăng 4.4.1 Ưu điểm - Tăng hiệu suất động cơ (khoảng 12,6%) so với động cơ xăng - Giảm tiêu hao nhiên liệu (khoảng 16,9%) so với động cơ xăng - Giảm khí thải... lượng thấp hơn so với một động cơ xăng cùng kích thước Một trong những tính năng quan trọng nhất của động cơ sử dụng nhiên liệu hydrogen- xăng là lượng khí thải độc hại sinh ra ít hơn so với các động cơ sử dụng loại nhiên liệu khác Để cải thiện hiệu suất động cơ, tính kinh tế nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường thì việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu hydrogen- xăng trong động cơ đốt trong là một hướng... ô tô Đã có những nghiên cứu công nghệ sản xuất Hydrogen sạch có sẵn mà không phải từ nguyên liệu hóa thạch và có những bước tiến nhất định Công nghệ sản xuất, hệ thống trạm bơm nhiên liệu và lưu trữ Hydrogen trên xe là những trở ngại lớn nhất để thương mại hóa ô tô sử dụng nhiên liệu kép Hydrogenxăng Tuy vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết để thương mại hóa động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- xăng. .. liệu kép Hydrogen- xăng Thực nghiệm cho thấy, động cơ nhiên liệu kép Hydrogen- xăng với tỉ lệ hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu thích hợp sẽ tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải Trong khi việc tìm nguồn nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạch vẫn còn nhiều thách thức thì việc chuyển đổi động cơ xăng sang động cơ nhiên liệu kép Hydrogen- xăng mở ra một hướng đi mới khả thi trong thời... Tiêu thụ nhiên liệu Hình 16: So sánh tiêu thụ nhiên liệu giữa động cơ xăng và động cơ Hydrogen- xăng theo các tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 22 3.2.4 Hiệu suất nhiệt Hình 16: So sánh hiệu suất nhiệt giữa động cơ xăng và động cơ Hydrogen- xăng theo các tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 3.2.5 Tốc độ sinh nhiệt Hình 17: So sánh tốc độ sinh nhiệt giữa động cơ xăng và động cơ Hydrogen- xăng theo các tỉ lệ Hydrogen. .. phối nhiên liệu Hệ thống phân phối nhiên liệu động cơ sử dụng nhiên liệu hydrogen- xăng có thể phân thành 3 loại chính: bộ chế hòa khí, phun nhiên liệu trong đường ống nạp và phun nhiên liệu trực tiếp Hình 7: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống phân phối nhiên liệu Hydrogen- xăng 3.1.1 Bộ chế hòa khí Đây là phương pháp cổ điển và điều khiển bằng cơ khí tuy nhiên có nhiều hạn chế, không tối ưu nhiên liệu . NỘI DUNG - Tìm hiểu nhiên liệu kép Hydrogen- Xăng - Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiện liệu kép Hydrogen- Xăng - Tìm hiểu ưu điểm, hạn chế của động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- Xăng II. TRÌNH. PHẠM KỸ THUẬT T.P HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP HYDROGEN- XĂNG GVHD : Th.S. Võ Xuân Thành. chứa nội dung Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu kép Hydrogen- Xăng III. Thời gian thực hiện  Ngày bắt đầu: 01/10/2014  Ngày hoàn thành: 31/12/2014 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ Tp.HCM, ngày