Nghiên cứu chế tạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát

Nghiên cứu chế tạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát Nghiên cứu chế tạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát Nghiên cứu chế tạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát Nghiên cứu chế tạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát

Dẫn nhập

Cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu từ Châu Âu với sự ra đời của động cơ hơi nước do James Watt phát minh đã đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong lịch sử Tiếp theo là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai, nổi bật với các thiết bị sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ và sự xuất hiện của bóng đèn điện cùng động cơ đốt trong Sau đó, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba tiếp tục thúc đẩy sự phát triển công nghệ, mở ra những cơ hội mới cho nền kinh tế toàn cầu.

Với sự bùng nổ của các ngành công nghiệp nặng, máy móc và internet, chúng ta nhận thấy rằng động cơ đốt trong đã ra đời từ sớm và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô.

Hiện nay, người tiêu dùng ô tô rất quan tâm đến mức tiêu hao nhiên liệu và độ bền của xe Việc lựa chọn một chiếc xe có mức tiêu hao nhiên liệu thấp và độ bền cao là một thách thức đáng kể.

Mức tiêu thụ nhiên liệu của xe ô tô được xác định bằng dung tích nhiên liệu sử dụng cho một quãng đường nhất định Để tính toán, ta chia thể tích nhiên liệu đã tiêu thụ cho quãng đường đã đi Thông thường, mức tiêu thụ nhiên liệu được phân loại theo ba loại đường: đường đô thị, đường ngoài đô thị và đường hỗn hợp.

Tại Việt Nam, mức tiêu thụ nhiên liệu thường được đo bằng lít/100km, cho thấy lượng nhiên liệu tiêu thụ để di chuyển 100km Các xe ô tô thường hiển thị thông số này hoặc ngược lại là km/lít, phản ánh quãng đường đi được với 1 lít nhiên liệu Hiện nay, nhiều công nghệ tiên tiến đã được phát triển để giảm mức tiêu hao nhiên liệu, như phun xăng trực tiếp, máy phát điện thông minh, trợ lực lái điện và lốp cản lăn thấp Trong bài viết này, tôi sẽ đề cập đến một vấn đề mới liên quan đến tiêu thụ nhiên liệu trên ô tô.

HVTH: Mang Tấn Thụ 2 MSHV: 1780511 là thiết bị gia nhiệt cho động cơ trước khi khởi động, giúp giảm mức tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ của động cơ.

1.2 Lý do chọn đề tài

Trong tương lai, việc ứng dụng công nghệ mới cho động cơ sẽ tập trung vào việc giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm ngay từ nguồn phát thải Để đạt được điều này, cần đảm bảo hoà khí được trộn đều trước khi vào buồng đốt, với lượng nhiên liệu phun vào phải đạt độ tơi sương tối ưu, trong đó nhiệt độ động cơ đóng vai trò quan trọng Các nhà thiết kế động cơ sẽ áp dụng công nghệ gia nhiệt trước khi khởi động, không chỉ chú trọng vào tính kinh tế mà còn phải cân nhắc giữa hiệu suất, mức độ ô nhiễm và tuổi thọ của động cơ.

Trong những năm gần đây, ô nhiễm không khí tại hai thành phố lớn của Việt Nam, Hồ Chí Minh và Hà Nội, đang gia tăng đáng kể Nguyên nhân chính của tình trạng này là do phát thải từ động cơ đốt trong, chủ yếu xuất phát từ quá trình cháy không hoàn hảo liên quan đến hệ thống nhiên liệu.

Người dân Hà Nội đang sống trong tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng, theo báo cáo của Trung tâm Phát triển và Sáng tạo xanh (GreenID) Vấn đề ô nhiễm không khí đã được cảnh báo nhiều lần trước đó, với thủ đô Hà Nội có nguy cơ trở thành một trong những thành phố ô nhiễm nhất thế giới Dựa trên dữ liệu từ Tổ chức Y tế thế giới (WHO), GreenID cho biết Hà Nội xếp thứ hai trong số 23 thành phố khảo sát ở Đông Nam Á về ô nhiễm không khí Đặc biệt, trong ba tháng đầu năm 2018, chất lượng không khí tại TP.HCM được ghi nhận tốt hơn Hà Nội so với cùng kỳ ba năm trước.

HVTH: Mang Tấn Thụ 3 MSHV: 1780511

Chất lượng không khí tại TP.HCM đang xấu dần, với nồng độ bụi PM2.5 trung bình là 63,2 µg/m³, gần gấp đôi so với Hà Nội Trong ba tháng đầu năm, 91% số ngày ô nhiễm không khí tại Hà Nội vượt tiêu chuẩn của WHO, theo dữ liệu từ trạm quan trắc của Đại sứ quán Mỹ Từ đầu năm 2018, TP.HCM đã trải qua ít nhất hai đợt "mù khô", cho thấy mức độ ô nhiễm gia tăng Thống kê từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên Môi trường cho thấy các khí độc như NO2 và CO đều vượt ngưỡng cho phép, đặc biệt tại những khu vực như cầu vượt An Sương, ngã tư Hàng Xanh, ngã sáu Gò Vấp và cảng Cát Lái.

Hiện nay, nhiều nghiên cứu khoa học đang tập trung vào việc cải tiến động cơ đốt trong, đặc biệt là thông qua mô phỏng để nâng cao hiệu suất Đề tài của tôi sẽ tập trung vào cải tiến hệ thống gia nhiệt cho động cơ, mặc dù hệ thống này đã được trang bị trên các xe hybrid, nhưng các kết quả thí nghiệm và mô phỏng chủ yếu vẫn còn hạn chế ở nước ngoài Việc dự đoán kết quả từ mô phỏng cho thực tế chế tạo trên các dòng xe phổ thông tại Việt Nam là rất cần thiết Do đó, ứng dụng mô phỏng hệ thống gia nhiệt cho động cơ xe phổ thông được coi là giải pháp tối ưu Từ những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu chế thạo hệ thống gia nhiệt cho động cơ sử dụng nguồn nhiệt từ nước làm mát”, với động cơ dự kiến để thiết kế và mô phỏng là động cơ xe FORD ESCAPE.

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

HVTH: Mang Tấn Thụ 4 MSHV: 1780511

Trên toàn cầu, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về việc tái sử dụng nguồn nhiệt trên xe ô tô, chủ yếu khai thác nhiệt từ khí thải động cơ để sản xuất điện năng cho xe Dưới đây là một số nghiên cứu điển hình về chủ đề này.

Gần đây, nghiên cứu về các phương án thu hồi nhiệt từ khí thải ô tô đã được triển khai trên toàn cầu, nhằm giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

Vào năm 2004, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã chú trọng đến việc giảm lượng nhiệt phát thải từ ô tô, từ đó khởi động chương trình phát triển công nghệ thu nhiệt từ khí xả động cơ Chương trình này đã được triển khai tại các phòng thí nghiệm, trường đại học và viện nghiên cứu quốc gia Đến cuối năm 2012, hai công trình tiêu biểu đã được nghiệm thu thành công.

Douglas T và cộng sự đã phát triển thành công một hệ thống máy phát nhiệt điện, có khả năng chuyển đổi trực tiếp nhiệt thành điện năng để cung cấp cho các thiết bị trên ô tô Cấu trúc của máy phát điện được minh họa trong Hình 1.1.

Hình 1.1 Mặt cắt cấu trúc bộ thu hồi nhiệt

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước