Ảnh hưởng phụ gia vi nhũ thế hệ mới tới tính năng động cơ diesel - Nguyễn Hữu Tuấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM TỚI TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI VÀ TƯƠNG THÍCH VẬT LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM TỚI TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI VÀ TƯƠNG THÍCH VẬT LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỮU TUYẾN Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Luận án có sử dụng một phần kết quả do tôi và nhóm nghiên cứu thực hiện trong đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ chế tạo phụ gia nhiên liệu vi nhũ thế hệ mới dùng cho động cơ diesel“, mã số ĐTĐLCN.TS Vũ Thị Thu Hà là chủ nhiệm đề tài, Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hóa dầu, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam chủ trì, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội phối hợp thực hiện. Tôi đã được Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của đề tài độc lập cấp Nhà nước vào việc viết luận án. Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Phạm Hữu Tuyến Nguyễn Hữu Tuấn i GIẤY XÁC NHẬN CỦA CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo - Bộ phận đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong, Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như luôn hỗ trợ, giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Tuyến đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài ĐTĐLCN.03/16, Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hóa dầu, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã luôn giúp đỡ và đồng ý cho tôi sử dụng một số kết quả nghiên cứu của đề tài để thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí, Bộ môn Kỹ thuật hệ thống công nghiệp và các thầy trong Khoa đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Hữu Tuấn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. i GIẤY XÁC NHẬN CỦA CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI.

ii LỜI CẢM ƠN. iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH MỤC CÁC BẢNG.

x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. xiii MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Tính mới của đề tài.

Các nội dung chính luận án. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU DIESEL .1 Đặc điểm tính chất nhiên liệu diesel .1 Giới thiệu chung .2 Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel .3 Ảnh hưởng của một số thông số chính của nhiên liệu diesel tới chất lượng hoạt động của động cơ .2 Nhiên liệu diesel sinh học .1 Nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học .2 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel sinh học .3 Phụ gia cho nhiên liệu diesel .1 Giới thiệu chung .2 Phụ gia vi nhũ nước trong dầu cho nhiên liệu diesel .3 Phụ gia nano oxit kim loại/ kim loại cho nhiên liệu diesel .4 Phụ gia vi nhũ thế hệ mới .4 Các công trình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về phụ gia vi nhũ .1 Các nghiên cứu trên thế giới .2 Các nghiên cứu tại Việt Nam .5 Kết luận chương 1. 27 iv CHƯƠNG 2 PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA TỚI MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ .1 Giới thiệu chung .2 Phụ gia vi nhũ thế hệ mới chế tạo tại Việt Nam .1 Chất hoạt động bề mặt .2 Phụ gia vi nhũ nước trong dầu .3 Phụ gia nano oxit kim loại .3 Đánh giá khả năng phù hợp khi kết hợp tạo phụ gia vi nhũ thế hệ mới .4 Lựa chọn tỷ lệ các thành phần trong phụ gia vi nhũ thế hệ mới .1 Chọn dầu diesel .2 Lựa chọn tỷ lệ các thành phần .3 Phương pháp và quy trình phối trộn .5 Đánh giá chất lượng phụ gia pha vào nhiên liệu diesel .1 Đánh giá chất lượng từng phụ gia .2 Đánh giá chất lượng diesel pha phụ gia .6 Đánh giá tương thích vật liệu .1 Phương pháp đánh giá .1 Các tiêu chuẩn đánh giá tương thích vật liệu .2 Xây dựng quy trình thử nghiệm tương thích vật liệu .2 Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm .1 Thiết bị phục vụ trong đánh giá .2 Các chi tiết sử dụng trong đánh giá .3 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu pha phụ gia tới các chi tiết .1 Đánh giá ngoại quan và cấu trúc tế vi .2 Đánh giá sự thay đổi khối lượng .7 Kết luận chương 2. 49 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI .1 Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL – Boost .1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất .2 Mô hình cháy .3 Mô hình truyền nhiệt .1 Truyền nhiệt trong xy lanh .2 Trao đổi nhiệt trên thành xy lanh .3 Trao đổi nhiệt tại cửa nạp và cửa thải .4 Mô hình tính chuyển vị piston .5 Mô hình nạp thải .6 Mô hình lọt khí .7 Mô hình tính toán hàm lượng các thành phần phát thải .1 Mô hình tính lượng phát thải NOx .2 Mô hình tính lượng phát thải bồ hóng (soot) .3 Phát thải CO .8 Mô hình nhiên liệu .2 Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia .1 Đối tượng mô phỏng .2 Xây dựng mô hình mô phỏng .3 Kết quả tính toán mô phỏng .1 Đánh giá độ chính xác mô hình .1 Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ .2 Áp suất xy lanh.2 Ảnh hưởng của nhiên liệu pha phụ gia .1 Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu .2 Phát thải động cơ .3 Đặc tính của quá trình cháy.4 Tốc độ hình thành phát thải động cơ .4 Kết luận chương 3.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .1 Thử nghiệm động cơ trong PTN .1 Mục đích thử nghiệm .2 Trang thiết bị thử nghiệm.3 Đối tượng và quy trình thử nghiệm động cơ trong PTN .1 Động cơ và nhiên liệu thử nghiệm .2 Quy trình thử nghiệm .4 Kết quả thử nghiệm .1 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phối trộn phụ gia với nhiên liệu DO .2 Kết quả diễn biến áp suất trong xy lanh và số hạt PM trong khí thải với nhiên liệu DO, DO-phụ gia 1/8000 .3 Kết quả thử nghiệm nhiên liệu DO, DO-phụ gia 1/8000 theo đặc tính tải .4 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phối trộn phụ gia với nhiên liệu B5 .5 Kết quả thử nghiệm nhiên liệu B5, B5-phụ gia 1/8000 theo đặc tính tải .2 Thử nghiệm hiện trường .1 Quy trình và trang thiết bị thử nghiệm .1 Quy trình thử nghiệm .2 Đối tượng thử nghiệm .3 Trang thiết bị thử nghiệm .2 Kết quả thử nghiệm .1 Kết quả thử nghiệm đo lượng nhiên liệu tiêu hao .2 Kết quả thử nghiệm đo phát thải .3 Kết luận chương 4. 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 110 Hướng nghiên cứu tiếp theo. 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

112 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1 Phụ lục 1 Các trang thiết bị thử nghiệm. 1 Phụ lục 2 Kết quả mô phỏng động cơ. 13 Phụ lục 3 Kết quả thử nghiệm động cơ.

14 Phụ lục 4 Một số hình ảnh thử nghiệm. 18 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Ký hiệu bằng chữ cái La tinh Ký hiệu Giải thích Đơn vị p Áp suất xy lanh bar Ne Công suất kW Me Mômen N.m n Tốc độ động cơ Vòng/phút ge Suất tiêu hao nhiên liệu g/kWh T-Exh Nhiệt độ khí xả 0 C CO Mônôxit cácbon ppm HC Hydrocacbon ppm NOx Ôxit nitơ ppm CO2 Cácbonníc ppm PM Chất thải dạng hạt – Particulate Matter ppm Soot Phát thải bồ hóng mg/m3 2. Ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp Ký hiệu Giải thích Đơn vị  Góc quay trục khuỷu độ  Hệ số dư lượng không khí -  Khối lượng riêng kg/m3  Tỷ số nén - 3.