Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu sinh học jatropha trên động cơ diesel

Tớnh cấp thiết của ủề tài

Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và giá nhiên liệu liên tục tăng, việc hợp tác nghiên cứu để tìm ra nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo thay thế cho năng lượng truyền thống là rất cần thiết Năng lượng sinh học, một loại năng lượng tái tạo, được xem là một trong những nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường Nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa quan trọng đối với an ninh năng lượng toàn cầu và đặc biệt là đối với Việt Nam.

Việt Nam đang tích cực triển khai nghiên cứu, sản xuất và thử nghiệm nhiên liệu sinh học ethanol nhằm nắm bắt xu hướng toàn cầu và thực hiện chỉ đạo của Chính phủ Tình hình giá dầu bất ổn đã khiến nhiều quốc gia phải áp dụng các chính sách khẩn cấp để tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế cho xăng dầu truyền thống.

Nguồn nhiên liệu sinh học được coi là một lĩnh vực mới mẻ và đầy tiềm năng Các chuyên gia năng lượng gọi nguồn nhiên liệu này là “vàng xanh”, vì nó có thể chiết xuất từ bất kỳ loại cây cỏ nào trên Trái Đất Hiện nay, 30 quốc gia đang trồng hàng loạt các loại cây nông nghiệp ngắn ngày nhằm sản xuất nhiên liệu hoàn toàn có thể thay thế cho xăng và dầu từ dầu thô.

Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn nhiên liệu sinh học là phong phú và vô tận, giúp loài người không còn lo lắng về khủng hoảng nhiên liệu Chính phủ Việt Nam đã yêu cầu từ năm 2010 sử dụng một phần nhiên liệu xăng ethanol E5 và dầu Diesel sinh học B5 Quyết định phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" đã được ký kết Sự cấp thiết của nhiên liệu sinh học ngày càng rõ ràng, bởi nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống như dầu mỏ.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về luận văn thạc sĩ kỹ thuật, nhấn mạnh tính chất thân thiện với môi trường của các loại nhiên liệu sinh học Những nhiên liệu này không chỉ giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính mà còn ít gây ô nhiễm hơn so với nhiên liệu truyền thống Chúng được sản xuất từ hoạt động nông nghiệp và có khả năng tái sinh, giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên không tái sinh.

Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học sẽ trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho việc thay thế Sự phát triển của thế giới dẫn đến nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, trong khi các nguồn tài nguyên thiên nhiên không phải là vô tận Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, nguồn than chỉ còn khoảng 200 năm nữa, và khủng hoảng cạn kiệt dầu lửa sẽ bắt đầu trong vòng 5 năm tới Hơn nữa, năng lượng mặt trời cũng không phải là nguồn tài nguyên vô hạn.

Tìm kiếm nguồn nhiên liệu dồi dào và bền vững không chỉ là nhiệm vụ mà còn là cơ hội để phát triển các nguồn năng lượng mới Đối với các nước phát triển, việc sử dụng nhiên liệu sinh học đã được triển khai từ lâu nhằm hạn chế tác động của khí thải.

Tình trạng ô nhiễm môi trường do khói bụi từ động cơ, đặc biệt là ở các đô thị, đang ngày càng gia tăng tại Việt Nam Do đó, việc đưa xăng dầu sinh học vào lưu thông được xem là một giải pháp cấp bách để hạn chế nạn ô nhiễm.

Để phát triển ngành kinh tế nhiên liệu bền vững, cần bắt đầu từ việc phát triển nguồn nguyên liệu và nghiên cứu công nghệ Theo chỉ đạo của Chính phủ về chương trình nhiên liệu sinh học, mục tiêu là phát triển nguồn năng lượng mới này nhằm thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống Điều này không chỉ góp phần bảo đảm an ninh năng lượng mà còn bảo vệ môi trường, thể hiện định hướng chiến lược rõ ràng Chúng ta hoàn toàn có cơ sở để hy vọng rằng mục tiêu này sẽ trở thành hiện thực trong tương lai gần.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3

Cần định hướng các nhiệm vụ chính trong nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ để triển khai sản xuất thử sản phẩm phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học Điều này bao gồm việc hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng tiềm lực cho sự phát triển này, cũng như thúc đẩy hợp tác quốc tế trong lĩnh vực này.

Các giải pháp chính bao gồm: đẩy mạnh ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất, khuyến khích chuyển giao công nghệ, và tạo môi trường đầu tư cho phát triển nhiên liệu sinh học Cần tăng cường đầu tư, đa dạng hóa nguồn vốn, xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật, và đào tạo nguồn nhân lực phục vụ nhu cầu phát triển Hệ thống chính sách và văn bản pháp luật cũng cần hoàn thiện để hỗ trợ phát triển nhiên liệu sinh học Ngoài ra, mở rộng hợp tác quốc tế để học hỏi kinh nghiệm và nâng cao nhận thức cộng đồng về phát triển nhiên liệu sinh học là rất quan trọng.

Mục ủớch và yờu cầu của ủề tài

Mục ủớch

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha cho động cơ Diesel, đồng thời xây dựng đường đặc tính của động cơ với các hỗn hợp nhiên liệu pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu diesel ở các tỷ lệ khác nhau.

Yờu cầu của ủề tài

Khảo nghiệm động cơ với hỗn hợp nhiên liệu từ đường và tính năng bên ngoài giúp so sánh và đánh giá hoạt động của động cơ Nghiên cứu này cung cấp những nhận định sơ bộ về khả năng ứng dụng của nhiên liệu Jatropha trên động cơ Diesel.

í nghĩa khoa học và thực tiễn ủề tài

Ý nghĩa khoa học

Nghiờn cứu khả năng sử dụng nhiờn liệu Jatropha trờn ủộng cơ Diesel cỡ nhỏ, góp phần phát triển nguồn năng lượng sinh học trong tuơng lai

Ý nghĩa thực tiễn

Đánh giá hiệu quả của nhiên liệu Jatropha trên động cơ cho thấy khả năng thay thế nhiên liệu Diesel truyền thống Nhiên liệu Jatropha có tiềm năng lớn trong việc cung cấp nguồn năng lượng bền vững cho một số loại động cơ Diesel phổ biến tại Việt Nam Việc sử dụng Jatropha không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào an ninh năng lượng quốc gia.

ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu

Dầu Jatropha nguyên chất có màu vàng, được khảo nghiệm trên động cơ Diesel cỡ nhỏ 15 mã lực DongFeng-S1100N Hỗn hợp nhiên liệu được pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu Diesel với các tỷ lệ khác nhau: 20% dầu Jatropha + 80% dầu Diesel, 40% dầu Jatropha + 60% dầu Diesel, 60% dầu Jatropha + 40% dầu Diesel, 80% dầu Jatropha + 20% dầu Diesel và 100% dầu Jatropha.

Phạm vi nghiên cứu

Sử dụng các cơ sở nghiên cứu lý thuyết về thành phần và tính chất nhiên liệu, cùng với lý thuyết động lực học máy, là rất quan trọng trong việc chế tạo và tối ưu hóa các đặc tính của động cơ Việc tính toán và lựa chọn các thông số để xây dựng đường đặc tính động cơ cần dựa trên các cơ sở lý thuyết vững chắc Ngoài ra, nghiên cứu và ứng dụng phần mềm hiện đại như Dayslab 7.0 cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

4.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm ðể ủỏnh giỏ ủược khả năng sử dụng nhiờn liệu Jatropha trờn ủộng cơ Diesel, xõy dựng ủường ủặc tớnh ủộng cơ khi sử dụng cỏc mẫu nhiờn liệu ủược pha trộn phải tiến hành nghiờn cứu thực nghiệm xỏc ủịnh cỏc thụng số làm việc của ủộng cơ như mụ men xoắn trờn trục, tốc ủộ quay, khả năng chịu tải Chỳng tụi sử dụng phương phỏp khảo nghiệm trực tiếp ủộng cơ trờn sa bàn thử nghiệm ủộng cơ với sự trợ giỳp của mỏy tớnh số và phần mềm ủa năng Dasylab 7.0

TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DẦU JATROPHA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL

Quỏ trỡnh phỏt triển và sử dụng ủộng cơ Diesel trờn thế giới và Việt Nam

Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong, trong đó quá trình cháy của nhiên liệu (dầu Diesel) diễn ra trong buồng đốt khi piston gần đạt đến điểm chết trên trong kỳ nén Quá trình này là sự tự cháy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao của không khí nén Động cơ Diesel được phát minh bởi kỹ sư người Đức Rudolf Diesel vào năm 1892 và chu trình làm việc của động cơ này được gọi là chu trình Diesel.

Do những ưu điểm vượt trội của động cơ Diesel so với động cơ xăng, như hiệu suất hoạt động cao hơn và giá nhiên liệu Diesel rẻ hơn xăng, động cơ Diesel đang được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và giao thông vận tải.

Trong đời sống hiện nay, động cơ Diesel công suất nhỏ đóng vai trò quan trọng, góp phần nâng cao tỷ trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt trong các lĩnh vực giao thông vận tải, sản xuất và chế biến nông lâm nghiệp Để động cơ Diesel công suất nhỏ hoạt động hiệu quả hơn, bên cạnh việc cải tiến kết cấu động cơ nhằm nâng cao công suất và các chỉ tiêu kinh tế, cần tiến hành nghiên cứu sản xuất nhiên liệu mới để thay thế nhiên liệu hóa thạch, bổ sung nguồn năng lượng cho tương lai.

Tại Việt Nam, động cơ Diesel thế hệ mới đang được sử dụng phổ biến trong các loại xe sản xuất trong nước như Mercedes Sprinter (CDi) và xe nhập khẩu như Hyundai Santa Fe (CRDi) Các nhà sản xuất đã phân tích mẫu dầu diesel lưu hành tại Việt Nam và khẳng định rằng nó đáp ứng đầy đủ yêu cầu của động cơ Diesel thế hệ mới Hiện nay, xe động cơ Diesel chiếm 21.75% thị trường ô tô mới tại Việt Nam, tương đương gần 40.000 chiếc, tăng đáng kể so với năm 2001 khi tỷ lệ này chỉ dưới 10%.

10%, nhưng phần lớn vẫn sử dụng ủộng cơ Diesel thế hệ cũ với nhược ủiểm tiếng ồn lớn và khớ xả ủộc hại

Xu hướng sử dụng động cơ Diesel thế hệ mới dự báo sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai nhờ vào khả năng tiết kiệm nhiên liệu, công suất lớn, vận hành êm ái và thân thiện với môi trường Nhiều hãng ô tô đang tích cực phát triển các loại động cơ Diesel mới để không bỏ lỡ cơ hội này Tập đoàn Honda cho biết trong 3 năm tới, họ sẽ ra mắt động cơ diesel sạch đáp ứng tiêu chuẩn khí thải tương đương với động cơ xăng.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, động cơ Diesel cỡ nhỏ được sử dụng làm nguồn động lực cho nhiều ứng dụng như bơm nước, bơm thuốc trừ sâu, máy xay xát và nghiền thức ăn gia súc Ngoài ra, chúng còn là nguồn động lực cho xuồng máy và có thể cung cấp điện dự phòng cho các hộ gia đình khi lưới điện không ổn định Hầu hết động cơ diesel cỡ nhỏ hoạt động ở tốc độ ổn định và gần với số vòng quay thiết kế, với công suất chủ yếu dưới 30 kW Đặc điểm nổi bật là phần lớn động cơ diesel cỡ nhỏ là loại một xilanh, mặc dù cũng có trường hợp sử dụng hai hoặc ba xilanh Cấu trúc của các bộ phận như trục khuỷu, thanh truyền và hệ thống điều khiển đơn giản hơn so với động cơ lớn, giúp việc sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn.

Ngày nay, những tiến bộ về vật liệu và công nghệ đã được ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực động cơ Diesel cỡ nhỏ, làm cho cấu tạo và việc sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa máy trở nên phức tạp hơn Các loại động cơ Diesel cỡ nhỏ chủ yếu được sử dụng trong nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp, với đặc điểm là động cơ Diesel bốn kỳ.

Khỏi quỏt về nhiờn liệu sử dụng cho ủộng cơ ủốt trong

Dầu diesel là nhiên liệu lỏng được tinh chế từ dầu mỏ, có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả và dầu bôi trơn Nhiệt độ bốc hơi của dầu diesel thường từ 175 đến 370 độ C, trong khi các nhiên liệu diesel nặng hơn, như dầu Mazut, có nhiệt độ bốc hơi từ 315 đến 425 độ C.

Dầu Diesel ủược ủặt tờn theo nhà sỏng chế Rudolf Diesel, và cú thể ủược dựng trong loại ủộng cơ ủốt trong mang cựng tờn, ủộng cơ Diesel

Cuối thế kỷ trước, các nhà khoa học đã dự báo rằng nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt dần, nhưng không ai có thể xác định chính xác chu kỳ tái tạo và trữ lượng của nó Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch có nhược điểm là không cháy hoàn toàn, dẫn đến việc tạo ra các sản phẩm cháy như CO, CO2, HC, NOx, SOx và PM Những chất này gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, tồn tại ở nhiều dạng khác nhau.

Khí CO: ( CO: Cacbon monoxit )

Monoxyde carbon (CO) là khí không màu, không mùi và không vị, được sinh ra từ quá trình oxy hóa không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu khi thiếu oxy CO ngăn cản sự vận chuyển oxy của hồng cầu, dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong cơ thể Nạn nhân có thể tử vong khi 70% hồng cầu bị ảnh hưởng, đặc biệt khi nồng độ CO trong không khí vượt quá 1000 ppm Ở nồng độ thấp hơn, CO vẫn gây nguy hiểm lâu dài; khi 20% hồng cầu bị ảnh hưởng, người bị nhiễm có thể gặp các triệu chứng như nhức đầu, buồn nôn, và khi tỷ lệ này lên đến 50%, não bộ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Khí CO x : ( CO 2 : Cacbon dioxit )

COx là khí không màu, không mùi và không vị Sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn của các nhiên liệu có chứa cacbon

Khí SO x ( SO 2 : Sunfua dioxit; SO 3 : Sunfua trioxit )

SO2 là khí không màu, khi vào nước mũi sẽ bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium, gây cảm giác hăng cay và mùi khó chịu Khí SO2 có tính hòa tan cao, làm giảm khả năng hô hấp của cơ thể và gia tăng tác động độc hại của các chất ô nhiễm khác đối với sức khỏe con người.

SO2 trong không khí có khả năng chuyển hóa thành SO3 dưới ánh sáng mặt trời khi có sự hiện diện của chất xúc tác Chất này được sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu chứa lưu huỳnh, đặc biệt phổ biến trong các ngành công nghiệp như luyện gang, luyện thép, và sản xuất điện.

Hàm lượng lưu huỳnh thường xuất hiện nhiều trong than ủỏ ( 0,2 – 0,7%) và dầu ủốt ( 0,5 – 4%) nờn trong quỏ trỡnh chỏy sẽ tạo ra khớ SO2

Trữ lượng của SO2 là khoảng 132 triệu tấn/năm, chủ yếu do ủốt than và sử dụng xăng dầu

Khí NO x : ( NO: nitric oxit, NO 2 : nitơ dioxit )

NOx là họ cỏc oxyde nitơ, trong ủú NO chiếm ủại bộ phận NOx ủược hỡnh thành do N2 tỏc dụng với O2 ở ủiều kiện nhiệt ủộ cao (vượt quỏ 1100 0 C) t ≥ 1100 0 C

Làm lạnh nhanh có liên quan đến monoxyde nitơ (NO), một hợp chất không nguy hiểm với x=1, nhưng nó là tiền chất để tạo ra dioxyde nitơ (NO2) NO2 là một khí màu hơi hồng, có mùi đặc trưng và có thể được phát hiện qua khứu giác khi nồng độ đạt khoảng 0,12 ppm NO2 là một chất khí có tính độc hại.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang nghiên cứu về tác động của protoxyde nitơ (N2O) đối với sức khỏe con người, đặc biệt là ảnh hưởng của nó đến hệ hô hấp Chất này có thể gây viêm và hủy hoại tế bào trong phổi, dẫn đến các triệu chứng như mất ngủ, ho và khó thở Đồng thời, N2O cũng là một trong những chất gây ra ô nhiễm ozone ở tầng khí quyển.

Trữ lượng NOx sinh ra khoảng 48 triệu tấn/năm ( chủ yếu là NO2)

Nồng độ NO2 ảnh hưởng đến cây cối và con người ở các mức độ khác nhau Khi nồng độ NO2 vượt quá 100ppm, nó có thể gây tử vong cho cả người và động vật chỉ trong vài phút NO2 cũng là tác nhân gây ra hiện tượng khúi quang hóa.

Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn, đặc biệt khi hỗn hợp nhiên liệu giàu hoặc xảy ra hiện tượng cháy không bình thường Các hydrocarbure thơm, như benzen, gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người, đặc biệt liên quan đến bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ vượt quá 40ppm Ngoài ra, nồng độ benzen lớn hơn 1g/m3 có thể gây rối loạn hệ thần kinh và là nguyên nhân dẫn đến các bệnh về gan.

Bồ húng là chất ụ nhiễm ủặc biệt quan trọng trong khớ xả ủộng cơ Diesel

Nú tồn tại dưới dạng hạt rắn có kích thước trung bình khoảng 0,3mm, dễ dàng xâm nhập sâu vào phổi Bồ hóng không chỉ gây cản trở cho hệ hô hấp như các tạp chất khác trong không khí, mà còn là nguyên nhân gây bệnh ung thư do hấp thụ các hydrocarbon thơm mạch vòng (HAP) trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành.

Chì và các hợp chất của chì

Chì thường xuất hiện trong giao thông do việc sử dụng xăng pha chì với tỷ lệ khoảng 1% Đây là một chất lỏng dễ bay hơi ở nhiệt độ thấp và có mùi thơm đặc trưng Khi chì xâm nhập vào cơ thể, nó gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng đến não, thận và các cơ quan khác.

Ngoài ra còn có các khí : NH3, khí CxHy ( mêtan, êtylen, anilin, vv ) cũng rất nguy hiểm

Các chất khói từ ống xả động cơ không chỉ gây hại cho sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và hệ sinh thái.

Thay ủổi nhiệt ủộ khớ quyển

Sự thay đổi của thành phần không khí ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của Trái Đất Trái Đất hấp thụ năng lượng từ mặt trời và phát tán một phần nhiệt vào không gian.

Phổ bức xạ của mặt trời và trỏi ủất ủược trỡnh bày ở (hỡnh 1.1)

Hỡnh 1.1 Phổ bức xạ từ mặt trời và mặt ủất

Bức xạ mặt trời bao gồm hai phần chính: bức xạ nhìn thấy với bước sóng khoảng 0,4-0,75 µm và bức xạ hồng ngoại với bước sóng từ 7-15 µm Sự thay đổi thành phần của khí quyển ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt trời và trái đất.

Các chất khớ khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau Do đó, thành phần của các chất khớ có mặt trong khớ quyển ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian.

Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới

Nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học đã diễn ra từ lâu, chủ yếu trong ngành giao thông vận tải Các nhiên liệu sinh học được sản xuất từ sinh khối có nhiều phương pháp biến đổi khác nhau, bao gồm chiết xuất dầu thực vật và ester hóa để tạo ra dầu Diesel sinh học Nhiều quốc gia, như Brazil, đã áp dụng công nghệ này, với hơn 90% ô tô sử dụng nhiên liệu sạch, giúp tiết kiệm hàng chục tỷ USD cho việc nhập khẩu nhiên liệu Brazil dự kiến sản xuất 1.5 tỷ lít diesel sinh học vào năm 2011 và mở rộng thêm 5 nhà máy sản xuất Tại châu Âu, nghị định Kyoto và các quy định khắt khe về khí thải đã thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu tái tạo, với yêu cầu tối thiểu 6.75% vào cuối năm 2011 Đức, Áo và Pháp đã thực hiện chỉ thị này sớm, trong khi Mỹ cũng khuyến khích xe Diesel chạy bằng dầu thực vật từ dầu ăn thải Argentina đang phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế từ đậu nành với chi phí chỉ bằng 1/2 so với diesel truyền thống.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu về việc sử dụng dầu thực vật như dầu dừa, hướng dương và hạt thầu dầu để phát triển nhiên liệu Diesel cho tàu xe Nghiên cứu của sinh viên tại Đại học Auckland cho thấy động cơ Diesel có thể hoạt động hiệu quả với hỗn hợp Diesel và dầu dừa Theo giáo sư James Steenbock Dumesic từ Đại học Wisconsin Madison, hạt ngũ cốc và nguyên liệu chứa carbohydrate có thể được chuyển đổi thành alkanes không chứa lưu huỳnh, tạo ra phụ gia lý tưởng cho phương tiện Diesel Nguồn năng lượng từ thực vật không chỉ đa dạng mà còn giúp giảm phụ thuộc vào dầu nhập khẩu, đặc biệt là từ Trung Đông Mỹ đã đặt mục tiêu giảm 70% lượng dầu nhập khẩu vào năm 2015, trong khi các nền kinh tế lớn như Trung Quốc, EU và Ấn Độ cũng đang phát triển nhiên liệu sạch Trung Quốc hiện có nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch lớn nhất thế giới với sản lượng 600.000 tấn/năm, trong khi tổng sản lượng Diesel sinh học của nước này khoảng 1.5 triệu tấn/năm Ấn Độ dự kiến sẽ tăng lượng xe tiêu thụ lên 1.5 lần vào năm 2012, dẫn đến tăng nhu cầu nhập khẩu nhiên liệu.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang nghiên cứu về kỹ thuật sản xuất nhiên liệu thay thế từ dầu cọ nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước, do sự phụ thuộc vào nguồn cung dầu mỏ không ổn định Đông Nam Á có điều kiện thiên nhiên ưu đãi với nguồn dầu thực vật phong phú từ nhiều loại cây, chủ yếu là cọ và dừa Thái Lan là một trong những quốc gia tiên phong trong sản xuất nhiên liệu sạch, với mục tiêu sử dụng 10% nhiên liệu sạch trước năm 2012 Malaysia, quốc gia có sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới, đã quyết định sử dụng dầu cọ làm nguyên liệu sản xuất dầu diesel sinh học, và từ năm 2007, nước này đã triển khai B5, pha 5% dầu diesel sinh học vào dầu diesel trên diện rộng.

Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế tại Việt Nam

Việt Nam đã đạt được những bước tiến đáng kể trong nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sạch, đặc biệt là trong việc chế biến dầu thực vật và mỡ động vật thành Diesel sinh học Các nghiên cứu đã thành công trong việc chiết xuất dầu diesel từ dầu mè và sản xuất Diesel sinh học từ mỡ cá basa và cỏ tra, mở ra cơ hội mới cho các nhà đầu tư Bên cạnh đó, phụ phẩm từ cây mỡ có thể được sử dụng làm thuốc hoặc phân bón, trong khi mỡ cá basa và cỏ tra giúp tận dụng nguồn mỡ thải hiện nay thay vì vứt bỏ Đây là công trình nghiên cứu của Phân viện khoa học vật liệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.

Vào ngày 03 tháng 8 năm 2005, theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tham gia thực hiện Nghị định thư Kyoto, xác nhận dự án phát triển dầu Dừa diesel sinh học theo cơ chế phát triển sạch (CDM) tại tỉnh Bình Định.

Nhóm nghiên cứu tại Phân viện Khoa học vật liệu Tp.HCM thuộc Viện Khoa học và Công nghệ VN đã xác nhận khả năng nghiên cứu sản xuất dầu Diesel sinh học (Biodiesel) từ dầu thực vật trong nước Hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức), nhóm đã phân tích thành phần và tính chất các mẫu dầu Diesel sinh học do mình chế biến Kết quả cho thấy, mẫu dầu Diesel sinh học từ dầu hạt cao su Việt Nam đạt tiêu chuẩn châu Âu về Biodiesel.

Từ tháng 8/2006, công ty Phỳ Xương tại quận Thủ Đức, TP.HCM đã triển khai hệ thống sản xuất nhiên liệu Diesel sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày Dự án này có tổng vốn đầu tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó 1,5 tỷ đồng là vay từ ngân sách Nhà nước Trên thế giới, nghiên cứu về công nghệ sản xuất Biodiesel đang diễn ra, nhưng tại Việt Nam, việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật làm nhiên liệu vẫn chưa được công bố.

Tỡnh hỡnh nghiờn cứu nhiờn liệu Jatropha cho ủộng cơ ủốt trong

Cây Jatropha, thuộc họ Thầu dầu, có tên gọi xuất phát từ tiếng Hy Lạp, kết hợp giữa Iatrós (bác sĩ) và trophé (thức ăn), thể hiện công dụng làm thuốc của nó Ở Malabar, Ấn Độ, cây này được gọi là Physic nut, trong khi tên gọi phổ biến hiện nay là Jatropha Tại Việt Nam, cây này còn được biết đến với nhiều tên khác như Cọc giậu, Cọc rào, Cõy li, Ba ủậu nam và Dầu mố.

Jatropha là một loài cây có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ, với lịch sử kéo dài 70 triệu năm Cây này đã được người Bồ Đào Nha mang qua Cape Verde và sau đó lan rộng ra châu Phi, châu Á, trở thành cây bản địa ở nhiều quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới trên toàn thế giới Hiện nay, nhiều quốc gia đang đẩy mạnh phát triển cây Jatropha để sử dụng làm nguyên liệu sản xuất Diesel sinh học.

Jatropha là cây dại từng được trồng chủ yếu để làm hàng rào và làm thuốc, nhưng nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng nó có tiềm năng giá trị rất lớn Với khả năng phát triển mạnh mẽ và ứng dụng đa dạng, Jatropha xứng đáng nhận được sự quan tâm trong việc khai thác giá trị sinh học của nó.

Hạt Jatropha là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất dầu Diesel sinh học, với hàm lượng dầu lên tới 30% Dầu được chiết xuất từ hạt Jatropha không chỉ có chi phí sản xuất thấp mà còn đạt chất lượng cao, tương đương với dầu Diesel hóa thạch truyền thống Mặc dù có nhiều loại nguyên liệu khác như cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ và mỡ động vật, Jatropha vẫn được xem là lựa chọn tối ưu cho ngành công nghiệp sinh học.

Trên hình 1.3 là hình ảnh phương pháp ép lấy dầu thô trực tiếp từ hạt Jatropha

Hình 1.3 Chiết xuất dầu trực tiếp từ hạt Jatropha

Nếu 1 ha Jatropha ủạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm cú thể sản xuất ủược 3 tấn Diesel sinh học Loại dầu này sẽ thay thế ủược 1 phần dầu Diesel truyền thống ủang cạn kiệt, giảm thiểu ủược lượng khớ thải gõy hiệu ứng nhà kớnh, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường ðặc biệt hạt Jatropha khụng dựng ủể ộp dầu ăn và cú thể mọc trờn những vựng ủất khụ cằn, cho nờn giỏ thành sản xuất sẽ rẻ hơn so với cỏc loại hạt cú dầu truyền thống khác

Chi phí trồng cây nhiên liệu lấy dầu thấp và nguồn nguyên liệu này rất sẵn có trong tự nhiên, giúp sản xuất diesel sinh học với chi phí thấp hơn nhiều so với diesel từ dầu mỏ Diesel sinh học không chỉ giải quyết vấn đề hiệu ứng nhà kính mà còn góp phần giảm thiểu sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch Cụ thể, dầu Jatropha đã được nghiên cứu và chuyển hóa thành biodiesel qua quá trình este hóa, và có thể được sử dụng cho động cơ.

Việc sử dụng trực tiếp dầu Jatropha mà không qua quá trình ester hóa mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tiết kiệm chi phí đầu tư vào thiết bị và công nghệ, đồng thời thúc đẩy phát triển sản xuất nông nghiệp Nghiên cứu về việc sử dụng dầu Jatropha trực tiếp là cần thiết để tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch, giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và bảo vệ môi trường.

Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu về việc sử dụng dầu Jatropha như một sự thay thế cho nhiên liệu Diesel truyền thống trong một số loại động cơ Diesel phổ biến tại Việt Nam Việc kết hợp dầu Jatropha với các nguyên liệu hóa thạch nếu cần thiết sẽ được thực hiện với tỷ lệ hợp lý để tối ưu hiệu suất Do đó, dầu Jatropha đã được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu chính.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phân tích tính chất nhiên liệu

2.1.1 Tính chất nhiên liệu diesel (Do)

Dầu Diesel được đặt theo tên nhà sáng chế Rudolf Diesel và được sử dụng trong loại động cơ cùng tên, động cơ Diesel Các tiêu chí chất lượng của nhiên liệu Diesel được phân tích trên bảng 2.1.

Bảng: 2.1 Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005)

TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử

1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max 500 2500

2 Chỉ số Cetane, min 46 ASTM D4737

3 Nhiệt ủộ cất, O C, 90% thể tớch, max 360 TCVN 2698:2002/

4 ðiểm chớp cháy cốc kín, O C, min 55

5 ðộ nhớt ủộng học ở 40 0 C, mm 2 /s 2-4,5 TCVN 3171:2003

Cặn các bon của 10% cặn chưng cất, % khối lượng, max 0,3

7 ðiểm ủụng ủặc, O C, max +6 TCVN 3753:1995/

8 Hàm lượng tro, % khối lượng, max 0,01 TCVN 2690:1995/

9 Hàm lượng nước, mg/kg, max 200 ASTM E203

10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max 10 ASTM D2276

11 Ăn mũn mảnh ủồng ở 50 o C, 3 giờ, max Loại 1 TCVN 2694:2000/

13 ðộ bụi trơn, àm, max 460 ASTM D6079

14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D4176

Lưu huỳnh là thành phần quan trọng trong dầu mỏ và xăng, với hàm lượng vượt quá giới hạn có thể gây ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường do sự hiện diện của H2S Trong dầu thô và sản phẩm của nó, lưu huỳnh tồn tại dưới nhiều dạng như lưu huỳnh nguyên tố, H2S, mercapthane, sulfur, disulfur, và dị vòng, mỗi dạng có khả năng gây ăn mòn khác nhau Trong nhiên liệu xăng, lưu huỳnh chủ yếu ở dạng mercapthane gây ăn mòn trực tiếp, trong khi trong nhiên liệu Diesel, nó chủ yếu ở dạng sulfur và disulfur, không gây ăn mòn trực tiếp nhưng có thể tạo ra SO2 khi cháy, dẫn đến hình thành axit gây ăn mòn trong carter Việc theo dõi hàm lượng lưu huỳnh trong các sản phẩm dầu mỏ và phụ gia có chứa lưu huỳnh là cần thiết để dự đoán tính chất sử dụng và bảo quản Hàm lượng lưu huỳnh tổng có thể được xác định bằng nhiều phương pháp, trong đó ASTM D4294 là phương pháp phổ biến sử dụng phổ huỳnh quang tia X.

Diesel là một loại nhiên liệu đặc trưng cho tính tự bốc cháy, và được đo bằng tỷ lệ phần trăm thể tích hàm lượng n-cetane (C16H34) trong hỗn hợp.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu về trị số cetane của methyl naphthalene trong điều kiện tiêu chuẩn, với trị số cetane của methyl naphthalene là 0 và n-cetane là 100, theo phương pháp thử ASTM D.976 hoặc D.4737 Trị số cetane không chỉ là thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu mà còn ảnh hưởng đến sự cháy kích nổ Yêu cầu về trị số cetane phụ thuộc vào thiết kế và kích thước của động cơ, cũng như thời điểm khởi động và điều kiện môi trường Việc gia tăng trị số cetane vượt quá yêu cầu thực tế không cải thiện hiệu suất động cơ Để tiến hành thử nghiệm, người ta sử dụng động cơ CFR được tiêu chuẩn hóa trong các điều kiện về nhiệt độ không khí, tốc độ và nhiệt độ làm lạnh Chất lượng cháy của nhiên liệu được xác định bởi thời gian trễ cháy thích hợp trong động cơ Một chỉ số cetane cao, trên 48, là cần thiết cho động cơ tốc độ cao, trong khi động cơ tốc độ thấp không yêu cầu chỉ số cao như vậy Nhiệt độ không khí cao hơn hoặc sự trộn lẫn không khí vào nhiên liệu tốt hơn sẽ yêu cầu nhiên liệu có chỉ số cetane thấp hơn ở cùng một tốc độ Mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và chỉ số cetane được thể hiện rõ trong bảng 2.2.

Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa tốc ủộ ủộng cơ và chỉ số Cetane

Tốc ủộ ủộng cơ (v/ph) Chỉ số cetane thớch hợp

Sử dụng nhiên liệu có chỉ số Cetane quá thấp dẫn đến việc tích tụ nhiều nhiên liệu trong xilanh trước khi xảy ra quá trình cháy, gây ra áp lực cao và phát ra tiếng "gừ Diesel" Để cải thiện chỉ số Cetane, người ta thường sử dụng phụ gia như ethyl nitrate, iso-amyl nitrate hoặc acetoperoxide Việc thêm các phụ gia này với tỷ lệ từ 1 đến 1,5% có thể làm tăng chỉ số Cetane từ 23% đến 29% Tuy nhiên, một nhược điểm là các phụ gia này có thể làm cho động cơ khó khởi động trong điều kiện lạnh, do đó, việc sử dụng chúng không được phổ biến.

Nhiệt ủộ bắt chỏy cốc kớn hay cũn gọi là Flash point PMCC (Pensky-Martens

Nhiệt độ bắt cháy đóng cốc (Closed Cup) là nhiệt độ thấp nhất tại áp suất không khí, nơi mẫu nhiên liệu thử nghiệm gần như ngay lập tức bắt cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa và lan truyền nhanh chóng trên bề mặt mẫu Nhiệt độ này được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D.93, sử dụng thiết bị chớp cháy cốc kín Pensky-Martens.

Nếu thiết bị ủo ủộ chớp chỏy dựng cốc hở thỡ sẽ ủược gọi là ðiểm chớp chỏy cốc hở Flash Point COC (Cleveland Open

Nhiệt độ chớp chảy của cốc kín thường thấp hơn nhiệt độ chớp chảy của cốc hở, và sự chênh lệch giữa hai nhiệt độ này sẽ càng lớn khi nhiệt độ chớp chảy chung của phân đoạn càng cao.

Nhiệt độ bắt chỏy xỏc ủịnh xu hướng hỡnh thành hỗn hợp cú thể chỏy dưới điều kiện thớ nghiệm, là một trong các chỉ tiờu để ủỏnh giỏ mức ủộ dễ bắt chỏy của nhiờn liệu cũng như “thời gian cảm ứng” trong ủộng cơ Nhiệt độ chớp chỏy có ý nghĩa quan trọng ủối với quá trình vận chuyển và tồn chứa nhiờn liệu, vì nhiệt độ chớp chỏy quá thấp rất dễ gây cháy nổ Điều này cũng cho thấy nhiờn liệu có thể bị lẫn với các loại khác có ủộ bay hơi cao hơn Nhiệt độ chớp chỏy hầu như không có ý nghĩa ủối với chất lượng của nhiờn liệu khi ủỏnh giỏ trên gúc ủộ tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó Đối với các sản phẩm dầu mỏ, nhiệt độ chớp chỏy khác nhau: xăng có nhiệt độ chớp chỏy khoảng -40 o C, nhiờn liệu cho ủộng cơ phản lực có nhiệt độ chớp chỏy trong khoảng 28-60 o C (trung bình là 40 o C), và Diesel có nhiệt độ chớp chỏy trong khoảng

35 - 80 o C (trung bỡnh là 60 o C) phõn ủoạn dầu nhờn cú nhiệt ủộ chớp chỏy 120-

Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lẫn nhau Nó có liên quan mật thiết đến khả năng thực hiện các quá trình bơm và vận chuyển chất lỏng trong hệ thống ống, cũng như khả năng phun và bay hơi của nhiên liệu trong buồng cháy Độ nhớt cũng ảnh hưởng đến khả năng bôi trơn của các phân đoạn khi sử dụng làm dầu nhờn Có nhiều cách để biểu diễn độ nhớt, bao gồm độ nhớt tuyệt đối (độ nhớt động lực) và độ nhớt động học (kinematic viscosity).

Ngoài hai loại nhớt thông dụng, người ta còn sử dụng nhớt quy ước, với các tên gọi và kết quả khác nhau tùy thuộc vào thiết bị đo Các loại nhớt quy ước bao gồm nhớt Engler (°E), nhớt Saybolt (SSU) và nhớt Redwood.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 29 ðộ nhớt ủộng học

Độ nhớt động lực là tỉ số giữa độ nhớt động học và trọng lượng riêng của chất lỏng Trong hệ thống GCS, đơn vị đo độ nhớt động học được tính bằng Stoke (St), và thường được sử dụng dưới dạng centistokes (cSt) Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt của các phân đoạn dầu mỏ, làm cho nó thay đổi nhiều.

Một tính chất quan trọng của độ nhớt trong hỗn hợp nhiều thành phần là tính chất không cộng tính, điều này cần được chú ý khi pha trộn các phân đoạn có độ nhớt khác nhau Độ nhớt thực tế của hỗn hợp thường thấp hơn so với tính toán dựa trên trung bình thể tích của các thành phần Độ nhớt được đo bằng thời gian cần thiết để một lượng chất lỏng nhất định chảy qua một ống mao quản ở nhiệt độ nhất định, và có thể xác định theo phương pháp thử ASTM D.445 Độ nhớt của nhiên liệu rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng bơm và phun nhiên liệu vào buồng đốt, cũng như kích thước và hình dạng của kim phun Nhiên liệu có độ nhớt quá cao sẽ khó nguyên tử hóa, dẫn đến các tia nhiên liệu không mịn và khó phân tán trong buồng đốt, làm giảm hiệu suất và công suất động cơ Đối với các động cơ nhỏ, tia nhiên liệu có thể chạm vào thành xy lanh, cuốn trôi lớp dầu bôi trơn và làm tăng độ lẫn nhiên liệu trong dầu nhờn, gây ra hiện tượng ăn mòn nhanh chóng cho các chi tiết.

Nhiên liệu có độ nhớt quá thấp khi được phun vào xylanh sẽ tạo ra các hạt quá mịn, không thể tới được các vùng xa kim phun, dẫn đến hỗn hợp nhiên liệu không đồng nhất Điều này khiến nhiên liệu cháy không đều và làm giảm công suất Hơn nữa, nhiên liệu có độ nhớt quá thấp còn có thể gây ra hiện tượng rò rỉ.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt nhiên liệu diesel đến hiệu suất động cơ Độ nhớt của diesel cho các động cơ cao tốc thường nằm trong khoảng 1.8-5.0 cSt ở 37.8°C, và việc giảm độ nhớt có thể dẫn đến mài mòn các chi tiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu Đối với diesel có độ nhớt cao hơn 5.8 cSt, thường được sử dụng cho các động cơ tốc độ thấp hơn, trong khi diesel có độ nhớt đặc biệt cao được áp dụng cho máy tàu thủy và cần có hệ thống gia nhiệt Độ nhớt tối thiểu quy định có lợi cho việc giảm thiểu mất công suất do rò rỉ nhiên liệu, trong khi độ nhớt tối đa phải phù hợp với các thông số thiết kế và đặc điểm của hệ thống bơm phun.

Cặn carbon – Carbon Conradson Residue

Cặn carbon là sản phẩm còn lại sau quá trình bay hơi và nhiệt phân nhiên liệu, gây ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực có và không có cặn, làm tăng ứng suất nội trong vật liệu buồng đốt Điều này có thể dẫn đến biến dạng và hư hỏng buồng đốt Nếu cặn carbon bong ra và theo hỗn hợp khí vào buồng gió, nó có thể gây tắc van, dẫn đến hỏng buồng đốt Ngoài ra, cặn carbon còn là nguyên nhân gây hiện tượng khói xả màu đen và làm giảm hệ số tỏa nhiệt Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc trưng là độ cốc hóa, với các cặn thu được được gọi là cặn Carbon Conradson hoặc cặn Carbon Rabostton, được xác định theo phương pháp ASTM D189 và áp dụng rộng rãi cho các loại nhiên liệu.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 31 ðiểm ủục – Cloud point

Hỗn hợp nhiên liệu

Hỗn hợp nhiờn liệu gồm % dầu Jatropha và % dầu Diesel trộn ủều với nhau tớnh chất ủồng ủều về pha

2.2.2 Phương pháp pha chế dầu Jatropha + Diesel

Ta chọn giải phỏp pha dầu Jatropha vào dầu Diesel sao cho ủược hỗn hợp ủồng nhất

Pha thủ công bằng tay

Phương pháp pha chế thủ công bằng tay không khả thi trong thực tế do không đảm bảo sự đồng nhất của hỗn hợp Hơn nữa, quy trình này không thể áp dụng ở quy mô lớn, chỉ phù hợp cho việc tạo mẫu thử nghiệm.

Pha nhiên liệu theo qui mô công nghiệp

Hỗn hợp nhiên liệu Jatropha và Diesel được pha chế tại các nhà máy quy mô lớn và phân phối đến các điểm cấp nhiên liệu Để sử dụng hỗn hợp này, chỉ cần gia nhiệt đến 80°C và đưa vào sử dụng kết hợp với các thiết bị dùng để hóa lỏng nhiên liệu.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng phương pháp pha trộn thủ công để tạo ra hỗn hợp nhiên liệu từ dầu Jatropha và dầu Diesel Tỷ lệ pha trộn được chọn lựa kỹ lưỡng và quá trình gia nhiệt diễn ra ở nhiệt độ 80°C trong điều kiện lắc đều.

ðộng cơ sử dụng nhiên liệu thay thế

Động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu Jatropha có buồng cháy phân cách và buồng cháy trực tiếp Nhiên liệu Jatropha có thể được pha trộn với Diesel ở nhiều tỷ lệ khác nhau khi vận hành trên động cơ Diesel.

Trong khi các động cơ có buồng đốt phân chia sử dụng dầu thực vật không có yêu cầu thay đổi lớn về kết cấu, thì các động cơ phun trực tiếp lại cần nhiều sự thay đổi hơn Nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế cho thấy các tính chất hoạt động của động cơ, bao gồm công suất, chi phí nhiên liệu ổn định, chuyển động và khối thải, đều rất quan trọng.

Hỡnh 2.4 Cỏc phương phỏp tạo thành hỗn hợp chỏy ở ủộng cơ Diesel

Hiệu suất nhiệt của động cơ phụ thuộc vào nhiệt trị thể tích của các loại nhiên liệu khác nhau Lượng phun nhiên liệu trong một chu kỳ được điều chỉnh dựa trên thể tích nhờ vào thiết bị phun Đặc biệt, thể tích của dầu Jatropha thấp hơn 5% so với nhiệt trị của nhiên liệu Diesel.

Khi lượng phun nhiên liệu giảm, công suất động cơ cũng sẽ giảm theo do ảnh hưởng của nhiệt trị Để duy trì công suất hoạt động với nhiên liệu Diesel, cần tăng năng suất cung cấp của bơm nhiên liệu Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến việc tăng chi phí nhiên liệu theo thể tích.

Các thông số quan trọng khi sử dụng dầu Jatropha

Dầu Jatropha là một loại nhiên liệu có hàm lượng oxy cao, cho phép nó cháy hoàn toàn ngay cả trong điều kiện không khí hạn chế Tuy nhiên, dầu Jatropha không hoàn toàn bay hơi, điều này có thể dẫn đến việc hình thành cặn trong buồng cháy.

Chỉ số Cetane thấp của dầu Jatropha làm tăng thời gian cháy trễ, khiến thời điểm bắt đầu bốc cháy và thời gian cháy nhanh lùi về phía sau Khi dầu Jatropha bắt đầu bốc cháy, tốc độ cháy nhanh hơn so với diesel, dẫn đến quá trình cháy kết thúc cùng một lúc như diesel Nếu tăng góc phun sớm lên vài độ, biểu đồ P-V của chúng sẽ tương đương.

Chỉ số Cetane thấp dẫn đến áp suất tăng theo góc quay trục khuỷu DP/D có giá trị cao hơn và PZmax cao hơn Thời gian kéo dài của quá trình cháy ngắn hơn, làm cho đường cong P – V trở nên nhọn hơn.

Có thể cải thiện chỉ số Cetane của dầu Jatropha bằng cách thêm phụ gia, hâm nóng hoặc pha loãng với dầu Diesel Độ nhớt của dầu Jatropha cao hơn Diesel từ 6 đến 17 lần, điều này làm giảm khả năng lọc và ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu, từ đó tác động tiêu cực đến hiệu suất và kinh tế của động cơ.

Giá dầu hạt cải thực tế cao hơn khoảng 13,4%, trong đó khoảng 3,5% là do động cơ Diesel không được thiết kế để sử dụng dầu thực vật, và 9,8% là do nhiệt trị của dầu thực vật thấp hơn.

ðặc ủiểm kết cấu ủộng cơ DongFeng- S1100N

Động cơ DongFeng-S1100N là động cơ Diesel 4 kỳ, với một xy lanh nằm ngang, được làm mát bằng nước và có hệ thống tuần hoàn tự nhiên Động cơ này sử dụng cơ cấu xupáp treo và thiết kế buồng cháy xoáy lốc, mang lại hiệu suất hoạt động tối ưu.

S1100N là nguồn động lực lý tưởng cho máy khoan Bụng sen, được sử dụng để vận hành máy xay sát, máy nghiền thức ăn gia súc, bơm nước, và nắp trên thuyền bơm cỏ hoặc thuyền sụng Các thông số kỹ thuật của động cơ này rất đáng chú ý.

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền gồm: piston 8, thanh truyền 9, trục khuỷu

+ Trục khuỷu 1 bằng thộp, bỏnh ủà

Trục khuỷu được lắp đặt với hai ổ trượt làm bằng hợp kim chịu lực, giúp nâng đỡ và giảm ma sát Bạc trục khuỷu có lỗ thông để dẫn dầu nhờn từ thân động cơ vào cổ chính, sau đó bôi trơn chốt khuỷu Đầu trục khuỷu kết nối với bánh răng, giúp truyền động quay đến hai trục còn lại của động cơ Ngoài ra, cổ chính còn được trang bị phớt cao su để ngăn chặn rò rỉ dầu.

Piston 8 làm bằng hợp kim nhụm, ủỉnh piston cú một vết lừm ủối diện với lỗ thông trên nắp buồng trên nắp buồng cháy xoáy lốc, làm cho nhiên liệu chưa kịp chỏy do thiếu ụxy từ buồng xoỏy lốc phun ra cú nhiều cơ hội hũa trộn ủều

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu về luận văn thạc sĩ kỹ thuật liên quan đến piston và thanh truyền Piston được thiết kế với ba vòng găng dầu nhằm tối ưu hóa khả năng bốc cháy Thanh truyền được làm bằng thép rèn khuân với thân hình chữ I để tăng độ cứng vững Đầu to của thanh truyền được cắt thành hai phần theo mặt cắt nghiêng với góc 45 độ, giúp dễ dàng lắp đặt và tăng cường độ bền của chốt khuỷu Bên trong lỗ của đầu to thanh truyền có hai nửa bằng thép với bề mặt được tráng hợp kim chống mòn, trong khi đầu nhỏ của thanh truyền lắp bạc ống.

Xilanh 10 làm bằng gang ủỳc và ủược lắp ngang vào thõn mỏy Bờn ngoài xi lanh lắp hai vòng cao xu tại chỗ tếp xúc với gờ thân máy nhằm ngăn nước lọt xuống các te

Cơ cấu phân phối khí

Bài viết này đề cập đến các thành phần quan trọng của động cơ, bao gồm cú trục cam 12, các xu páp nạp và xả, con ủi, ủa ủẩy, cần bẩy (cũ mổ), các lò xo, ống dẫn xu páp và cơ cấu triệt áp Những bộ phận này đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển hoạt động của động cơ, đảm bảo hiệu suất và độ bền.

Trục cam 12 được lắp đặt trên hai ổ trượt trên thân máy, bao gồm các cam nạp, cam xả, cam bơm cao áp và hai ổ trục Bánh răng gắn trên trục có dấu ăn khớp để tránh sai sót trong quá trình tháo lắp.

Xu páp nạp được chế tạo từ thép hợp kim crôm, trong khi xu páp xả sử dụng thép chịu nhiệt, với đường kính của xu páp nạp lớn hơn xu páp xả Mỗi xu páp đều có một lò xo đi kèm Đầu cần bẩy (cò mổ) của xu páp nạp được trang bị một mũ ốc để làm mặt tỳ cho vấu của trục giảm áp Co ủội có hình dạng con ủội dạng nấm, và đũa ủẩy là một thanh thép đặc, với hai đầu dạng cầu, bề mặt được tôi cứng để chống mài mòn cho hai mặt tiếp xúc với cò mổ và con ủội.

Cơ cấu triệt ỏp giữ cho xu pỏp nạp luôn ở vị trí mở khi khởi động máy, giúp tránh sức cản kỳ nộn Cơ cấu này có hai vị trí: ủúng và mở Khi ở vị trí ủúng, cơ cấu triệt ỏp đảm bảo xu pỏp nạp không bị áp suất kỳ nộn cho đến khi tốc độ quay đạt mức lớn, lúc đó mới mở cơ cấu để động cơ khởi động.

Hệ thống cung cấp hỗn hợp ủốt

Gồm bầu lọc khớ, cổ hỳt, thựng chứa nhiờn liệu, bỡnh lọc nhiờn liệu, ủường ống dẫn nhiên liệu cao áp, bơm cao áp, vòi phun …

Bỡnh lọc nhiờn liệu cú ruột lọc bằng dạ hoặc bằng giấy, ủỏy bỡnh lọc cú cốc lắng cặn nước, trên nắp bình lọc có nút xả khí

Bơm cao áp là thiết bị được lắp đặt trên mặt hộp trục khuỷu của động cơ Vấu cam ở đầu trục cam đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của bơm cao áp Giữa vai bơm và hộp đầu trục khuỷu có các lỗ căn dựng nhằm điều chỉnh góc cấp nhiên liệu, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ.

Vũi phun được lắp trên nắp xy lanh để phun nhiên liệu vào buồng cháy xoáy lốc của động cơ Đây là vũi phun với một lỗ có chốt trên kim phun.

Bộ điều tốc là thiết bị lắp đặt ở đầu trục bánh răng trung gian trong hệ thống bánh răng phân phối Đây là bộ điều tốc đa chế độ, cho phép việc thay đổi tốc độ được thực hiện thông qua việc thay đổi vị trí núm điều khiển, nhằm điều chỉnh lực căng của lò xo điều tốc.

Bài viết mô tả các thành phần quan trọng trong hệ thống bôi trơn của động cơ, bao gồm lưới lọc dầu, bơm dầu kiểu bánh răng, phao báo áp suất dầu và ống dẫn dầu Ngoài ra, các bạc trục khuỷu, bạc đầu to thanh truyền và các xu páp được bôi trơn cưỡng bức, cùng với các chi tiết ma sát khác cũng được bảo vệ bằng dầu bôi trơn.

Hệ thống khởi động động cơ bằng tay giúp thuận tiện trong việc khảo nghiệm trên thiết kế sa bàn Việc này hỗ trợ kiểm tra hiệu quả của thiết kế khởi động cho động cơ một cách dễ dàng.

THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ðỊNH ðẶC TÍNH ðỘNG CƠ

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	1,09 MB