chuyên đề 12 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10, E15 và E20 đến mức phát thải (tính theo g/km) của động cơ ô tô theo chu trình thử của tiêu chuẩn phát thải hiện hành (Euro2)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ thuộc Đề tài: “Nghiên cứu khả tương thích động nổ hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn 5%”, mã số ĐT.06.11/NLSH thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Sản phẩm 3.6: Đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học E10, E15 E20 đến mức phát thải (tính theo g/km) động tơ theo chu trình thử tiêu chuẩn phát thải hành (Euro2) Chuyên đề số: 12 Chủ nhiệm đề tài Người thực PGS.TS Lê Anh Tuấn KS Nguyễn Duy Tiến Cơ quan chủ trì Hà Nội, tháng năm 2011 ĐT.06.11/NLSH Mục Lục Nghiên cứu tiêu chuẩn chu trình thử khí thải Châu Âu 1.1 Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu 1.1.1 Tiêu chuẩn cho xe xe tải nhẹ (LDV) 1.1.2 Tiêu chuẩn cho xe tải hạng nặng (HDV) 1.1.3 Tiêu chuẩn châu âu cho xe mô tô thử theo chu trình ECER40 1.1.4 Tiêu chuẩn châu âu cho xe mô tô thử theo chu trình ECER47 1.2 Chu trình thử khí thải Châu Âu 1.2.1 Chu trình thử ECE – EUDC (Chu trình NEDC) 1.2.2 Chu trình thử ECE-R49 1.2.3 Chu trình thử ESC 10 1.2.4 Chu trình thử ELR 11 1.2.5 Chu trình thử ETC 12 1.2.6 Chu trình thử ECE R40 cho xe mơ tô 13 1.2.7 Chu trình thử ECER47 cho xe mơ tơ 14 Trang thiết bị thử nghiệm 15 2.1 Băng thử Chassis Dynamometer 48” 15 2.1.1 Thông tin chung 15 2.1.2 Cơ sở lý thuyết phép đo 17 2.2 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 20 2.3 Hệ thống lấy mẫu phân tích khí thải 21 Đối tượng thử nghiệm 22 3.1 Nhiên liệu thử nghiệm 22 3.2 Phương tiện thử nghiệm cách thức tiến hành 23 ĐT.06.11/NLSH Đánh giá phát thải ô tô sử dụng xăng RON92 E10 theo chu trình thử Châu Âu ECE 15-05 26 4.1 Đánh giá phát thải CO CO2 26 4.2 Đánh giá phát thải HC NOx 27 4.3 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu 27 Đánh giá phát thải ô tô sử dụng nhiên liệu E15 E20 theo chu trình thử Châu Âu ECE 15-05 29 5.1 Đánh giá phát thải CO CO2 xe chạy với nhiên liệu E15 E20 29 5.2 Đánh giá phát thải HC NOx xe chạy với nhiên liệu E15 E20 30 5.3 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu với nhiên liệu E15 E20 30 Kết luận 32 Tài liệu tham khảo: 33 -2- ĐT.06.11/NLSH Lời mở đầu Cùng với phát triển xã hội nhu cầu sử dụng lượng nói chung nhiên liệu nói riêng tăng theo Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt, tìm nguồn lượng cho tương lai vấn đề nóng bỏng giới Với mức tiêu thụ khơng có giải pháp sử dụng nhiên liệu thay xăng dầu hết khoảng 50, 60 năm Bên cạnh ô nhiễm môi trường mối quan tâm hàn đầu tất quốc gia giới Trong giao thơng vận tải nguồn gây nhiễm đáng kể khí thải động tiếng ồn Cùng với phát triển kinh tế gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện làm cho môi trường ngày ô nhiễm trầm trọng Đứng trước yêu cầu cấp bách vấn đề nhiên liệu đòi hỏi phải tìm nhiên liệu thích hợp để thay hồn tồn phần cho nhiên liệu hóa thạch Hiện việc sử dụng cồn để pha vào xăng làm nhiên liệu cho động đốt hướng nhiều quốc gia giới lựa chọn cồn nhiên liệu sinh học, tái sinh được, q trình sử dụng gây nhiễm tạo từ sản phẩm nông nghiệp Cho đến Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E5 thực Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để nâng cao khả thay etanol Chuyên đề “Đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học E10, E15 E20 đến mức phát thải (tính theo g/km) động tơ theo chu trình thử tiêu chuẩn phát thải hành (Euro2)” nhằm so sánh đánh giá phát thải xe ô tô chạy với nhiên liệu xăng RON 92 xăng pha etanol (E10, E15, E20) Qua cho thấy khả sử dụng nhiên liệu loại xăng sinh học có tỷ lệ phối trộn etanol lớn 5% -3- ĐT.06.11/NLSH Chuyên đề 12: Đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học E10, E15 E20 đến mức phát thải (tính theo g/km) động tơ theo chu trình thử tiêu chuẩn phát thải hành (Euro2) Nghiên cứu tiêu chuẩn chu trình thử khí thải Châu Âu 1.1 Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu Năm 1987 dự luật hồn chỉnh quy định gía trị nồng độ giới hạn loại khí thải thơng qua người ta thường gọi Euro Trải qua 18 năm, thêm tiêu chuẩn ban hành bao gồm: EuroI năm 1991, EuroII năm 1996, EuroIII năm 2000 EuroIV năm 2005 Với tiêu chuẩn đời, nồng độ giới hạn khí thải lại thấp tiêu chuẩn trước Hình 1.1 Biểu đồ mức độ khí thải cho phép tiêu chuẩn Euro 1.1.1 Tiêu chuẩn cho xe xe tải nhẹ (LDV) Lấy chu trình thử ECE15 + EUDC để đo lượng phát thải, phù hợp với tiêu chuẩn EuroIII (2000) Động trước thử phải làm ấm cách chạy không tải vòng 40s Các tiêu chuẩn Euro từ EuroII  EuroIV khác cho phương tiện chạy xăng diesel Chuẩn cho diesel có lượng CO thấp lượng NOX lại lớn hơn.Chuẩn cho xăng khơng có PM Bảng tiêu chuẩn cho xe chở khách nhỏ (xe con), bảng tiêu chuẩn cho xe tải hạng nhẹ -4- ĐT.06.11/NLSH Bảng 1.1 Chuẩn cho xe khách loại nhỏ (xe con) Chuẩn EU cho xe chở khách loại nhỏ (xe loại M), g/km Loại Năm CO HC HC+NOx NOx PM 1992,07 2,72 (3,16) - 0,97 (1,13) - 0,14 (0,18) 1,0 - 0,7 - 0,08 EuroII, DI 1996,01a 1,0 - 0,9 - 0,10 EuroIII 2000,01 0,64 - 0,56 0,50 0,05 EuroIV 2005,01 0,50 - 0,30 0,25 0,025 Diesel EuroI EuroII, IDI 1996,01 Xăng (Gasoline) EuroI 1992,07 2,72 (3,16) - 0,97 (1,13) - - EuroII 1996,01 2,2 - 0,5 - - EuroIII 2000,01 2,30 0,20 - 0,15 - EuroIV 2005,01 1,0 0,10 - 0,08 - IDI - Indirect Injection (Động diesel phun nhiên liệu gián tiếp) DI - Direct Injection (Động diesel phun nhiên liệu trực tiếp) Bảng 1.2 Tiêu chuẩn cho xe tải nhỏ Chuẩn EU cho xe tải loại nhỏ (Xe loại N1), g/km Mức* Loại Năm CO HC HC+NOx NOx PM Euro I 1994,10 2,72 - 0,97 - 0,14 1,0 - 0,70 - 0,08 Euro II, DI 1998,01a 1,0 - 0,90 - 0,10 Euro III 2000,01 0,64 - 0,56 0,50 0,05 Euro IV 2005,01 0,50 - 0,30 0,25 0,025 Euro I 1994,10 5,17 - 1,40 - 0,19 Euro II, IDI 1998,01 1,25 - 1,0 - 0,12 1,30 - 0,14 Diesel N1, Mức I 1760 kg Loại Năm CO Euro III 2002,01 0,80 - 0,72 0,65 0,07 Euro IV 2006,01 0,63 - 0,39 0,33 0,04 Euro I 1994,10 6,90 - 1,70 - 0,25 1,5 - 1,20 - 0,17 Euro II, DI 1998,01a 1,5 - 1,60 - 0,20 Euro III 2002,01 0,95 - 0,86 0,78 0,10 Euro IV 2006,01 0,74 - 0,46 0,39 0,06 Euro I 1994,10 2,72 - 0,97 - - Euro II 1998,01 2,2 - 0,50 - - Euro III 2000,01 2,3 0,20 - 0,15 - Euro IV 2005,01 1,0 0,1 - 0,08 - Euro I 1994,10 5,17 - 1,40 - - Euro II 1998,01 4,0 0,65 - - Euro III 2002,01 4,17 0,25 - 0,18 - Euro IV 2006,01 1,81 0,13 - 0,10 - EuroI1 1994,10 6,90 - 1,70 - - Euro II 1998,01 5,0 0,80 - - Euro III 2002,01 5,22 0,29 - 0,21 - Euro IV 2006,01 2,27 0,16 - 0,11 - Euro II, IDI 1998,01 HC HC+NOx NOx PM Petrol (Gasoline) N1, Mức I 1760 kg - - Khối lượng xe khối lượng thiết bị sửa xe người lái 100kg Với EuroI EuroII khối lượng loại xe : Mức I < 1250 kg, Mức II 12501700 kg, Mức III > 1700 kg -6- ĐT.06.11/NLSH 1.1.2 Tiêu chuẩn cho xe tải hạng nặng (HDV) Các tiêu chuẩn quy định lượng phát thải động diesel cho xe tải hạng nặng thể tiêu chuẩn EuroI EuroV Bảng 1.3 Tiêu chuẩn cho xe tải hạng nặng (HDV) Chuẩn EU cho động diesel xe tải hạng nặng, g/kWh Loại Năm Chu trình CO HC NOx thử Euro I 1992, 85 Kw 4,5 1,1 8,0 Euro 10.1996 4,0 1,1 7,0 II 10.1998 4,0 1,1 7,0 Euro 10.1999, EEVs ESC ELR 1,5 0,25 2,0 III only 10.2000 ESC ELR 2,1 0,66 5,0 PM Độ khói 0,612 0,36 0,25 0,15 0,02 0,15 0,10 0,8 0,13* 0,02 0,5 Euro 10.2005 1,5 0,46 3,5 IV Euro 10.2008 1,5 0,46 2,0 0,02 0,5 V * Với động có dung tích xylanh nhỏ 0,75 m3 có tốc độ lớn 3000 v/phút 1.1.3 Tiêu chuẩn châu âu cho xe mô tô thử theo chu trình ECER40 Bảng 1.4 Tiêu chuẩn thử Châu Âu theo chu trình ECER40 Khối lượng CO Khối lượng HC Khối lượng NOx (g/km) (g/km) (g/km) kỳ 8* 4* 0.1* kỳ 13* 3* 0.3* < 150 cm3 5,5 (7,0)** 1,2 (1,5)** 0,3 (0,4)** (EURO II) > 150 cm3 5,5 (7,0)** 1,0 (1,5)** 0,3 (0,4)** Mức (EURO I) * Mô tô loại Đối với mô tô bánh, giá trị thời hạn nhân với 1,5 ** Đối với mô tô bánh, giá trị thời hạn áp dụng 1.1.4 Tiêu chuẩn châu âu cho xe mơ tơ thử theo chu trình ECER47 Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thử Châu Âu theo chu trình ECER47 Mức Khối lượng CO (g/km) -7- Khối lượng CO (g/km) ĐT.06.11/NLSH (EURO I) (EURO II) 6(1) 3(1) 1(1) 1,2 (1) Đối với xe máy bánh, giá trị giới hạn nhân với (2) Đối với xe máy bánh, giá trị giới hanh CO = 3,5 (g/km) 1.2 Chu trình thử khí thải Châu Âu 1.2.1 Chu trình thử ECE – EUDC (Chu trình NEDC) ECE - EUDC chu trình thử băng thử Chassis dynamometer để sử dụng cho việc kiểm tra khí thải công nhận kiểu loại xe Châu Âu Chu trình thử bao gồm vịng thử ECE lặp lại liên tục tương tự với việc lái xe thành phố, vòng thử EUDC tương tự với việc lái xe xa lộ Vòng thử ECE 15: Là vòng thử thành phố, mô tả điều kiện thực lái xe thành phố Các thơng số q trình thử Hình : Hình 1.2 Chu trình thử ECE Vịng thử EUDC: Là vòng thử đường xa lộ thực sau vòng thử ECE kết thúc, thể tốc độ tốc độ cao phương tiện Tốc độ tối đa vòng thử 120 km/h Các thơng số q trình thử thể hình đây: -8- ĐT.06.11/NLSH Hình 1.3 Chu trình thử EUDC Các tham số hai vịng thử : Bảng 1.6 Thơng số Chu trình thử ECE - EUDC Tham số Đơn vị ECE 15 EUDC Quãng đường km 4x1,013 = 4.052 6,955 Thời gian s 4x195 = 780 400 Tốc độ trung bình km/h 18,7 (with idling) 62,6 Tốc độ tối đa km/h 50 120 1.2.2 Chu trình thử ECE-R49 Chu trình thử áp dụng xe tải hạng nặng, áp dụng cho tiêu chuẩn EUROII Hình 1.4 Đồ thị tải tốc độ Chu trình bao gồm 13 vịng thử thể theo tham số sau: -9- ĐT.06.11/NLSH bằng: Hình 2.5 Cơ sở xác định lực kéo FW.r = Fkéo.R  FKÐo  FW Trong đó: r R FKéo: Lực kéo bề mặt lăn FW: Lực đo cân tải r: Chiều dài cánh tay đòn R: Bán kính lăn c Phép đo gia tốc cơng suất Công suất xe theo công thức sau : P = FKéo.v Tốc độ lăn v (m/s) xác định từ cảm biến tốc độ bán kính lăn Lực kéo bề mặt lăn FKéo xác định nhờ cân tải (loadcell) Gia tốc xe xác định sở định nghĩa: a= v (m/s2) t Căn vào điểm đo liên tiếp lần đo ta xác định độ chênh lệnh vận tốc v khoảng thời gian t - 19 - ... đến mức phát thải (tính theo g/km) động tơ theo chu trình thử tiêu chu? ??n phát thải hành (Euro2)? ?? nhằm so sánh đánh giá phát thải xe ô tô chạy với nhiên liệu xăng RON 92 xăng pha etanol (E10, E15, ... đến mức phát thải (tính theo g/km) động tơ theo chu trình thử tiêu chu? ??n phát thải hành (Euro2) Nghiên cứu tiêu chu? ??n chu trình thử khí thải Châu Âu 1.1 Tiêu chu? ??n khí thải Châu Âu Năm 1987 dự... E15, E20) Qua cho thấy khả sử dụng nhiên liệu loại xăng sinh học có tỷ lệ phối trộn etanol lớn 5% -3- ĐT.06.11/NLSH Chuyên đề 12: Đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học E10, E15 E20 đến mức phát thải (tính