Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 trên ô tô

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -o0o - Công trình ñược hoàn thành Header Page of 126 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -o0o - NGUYỄN QUẢNG Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Tụy NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG SINH HỌC E5 TRÊN Ô TÔ Phản biện 1: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Phản biện 2: TS Hồ Tấn Quyền Chuyên ngành : Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo Mã ngành : 60.52.35 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật, họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 11 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Đà Nẵng- Năm 2011 Footer Page of 126 - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 MỞ ĐẦU ñưa xăng sinh học E5 ( hỗn hợp 95% xăng không chì A92 với 5% LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ethanol, nồng ñộ 99,7%) bán thức Tuy nhiên người sử dụng Theo ước tính nay, [4] [6] có khoảng 80% CO, 60%HC, phương tiện giao thông vận tải e ngại sử dụng xăng sinh học 40%NOx bầu khí khí thải ñộng ñốt gây E5, giá rẻ xăng A92, nhà sản xuất ñã ñộc lập công Thời gian gần ñây, số thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ bố nhiều ưu ñiểm sử dụng loại nhiên liệu Chí Minh ñã bắt ñầu xuất nhiều ñám sương mù nồng ñộ khí thải Do ñó, ñề tài " Nghiên cứu ñánh giá khả sử dụng nhiên lớn tích tụ Khí thải ô nhiễm với nhiều loại chất có hại cho người liệu xăng sinh học E5 ô tô “ hướng nghiên cứu ñộc lập, có ý nghĩa như: chì, benzene, toluene, xylene, hạt bụi lơ lửng, khí CO, HC, SO2, NO, khoa học, thực tế cần thiết giai ñoạn NO2, ozone thành phần gây hiệu ứng nhà kính CO2, metal MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU N2O Ở nước ta luật bảo vệ môi trường ñã ñược áp dụng từ năm 1994, ñến Nghiên cứu ñánh giá khả sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 năm 2005 Chính phủ ñã ban hành Quyết ñịnh số 249/2005/QĐ-TTg ngày ô tô, qua ñó kiến nghị khuyến cáo sử dụng xăng sinh học E5 10 tháng 10 năm 2005 quy ñịnh lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải ñối với (nếu có) phương tiện giao thông giới ñường tương ñương mức Euro 2.Cho ñến ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu ñề tài nhiên liệu xăng sinh học E5 sử nay, số nước tiên tiến ñã áp dụng ñến tiêu chuẩn Euro Trong ñó, giới ngày ñã bị lệ thuộc nhiều vào dầu dụng cho ñộng ñốt Tuy vậy, ñề tài giới hạn phạm vi thực mỏ trữ lượng dầu mỏ cạn kiệt, [9] [28] chuyên gia kinh tế nghiệm tính kinh tế kỹ thuật ô nhiễm môi trường ñối với ô tô 16 chỗ lượng cho không phát thêm trữ lượng mới, nguồn dầu ngồi có nhãn hiệu MERCEDES MB140 sử dụng loại xăng A92 pha 5% mỏ khai thác ñủ dùng vòng 40 ñến 50 năm Một số giải cồn pháp ñể khắc phục tình trạng ñã ñược thực : tập trung PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU hoàn thiện trình cháy ñộng cơ, sử dụng loại nhiên liệu không truyền Với mục tiêu, ñối tượng phạm vi nghiên cứu trên, thống cho ô tô khí dầu mỏ hóa lỏng, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, phương pháp nghiên cứu ñề tài bao gồm kết hợp nghiên cứu lý biodiesel, ñiện, pin nhiên liệu, lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid)…., thuyết nghiên cứu thực nghiệm, ñó ưu tiên nghiên cứu thực ñó biện pháp sử dụng xăng sinh học giải pháp phù hợp với nghiệm ñể khẳng ñịnh mức ñộ giảm thiểu ô nhiểm môi trường ñánh giá kinh tế nước ta tiêu kinh tế kỹ thuật khác sử dụng xăng sinh học E5 Phương Hiện số nước giới ñã bắt buộc sử dụng nhiên liệu pháp nghiên cứu luận văn ñộc lập với nhà sản xuất ñể kiểm chứng sinh học GTVT Đi theo hướng này, vào năm 2007 Thủ tướng Chính ưu ñiểm nhược ñiểm sử dụng xăng sinh học E5 theo hướng phủ Việt Nam ñã ban hành Quyết ñịnh 177/2007/QĐ-TTg việc “ Phê thực nghiệm thiết bị ñại có ñộ xác cao ñó : Hệ thống thử duyệt ñề án phát triển nhiên liệu sinh học ñến năm 2015, tầm nhìn ñến năm nghiệm ñộng lực học ô tô CD-48” phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí Giao 2025 ”[14] Tháng năm 2010 Tập ñoàn dầu khí Việt Nam ñã thức thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Ngoài ra, Footer Page of 126 5 kiểm nghiệm thêm Trung tâm Đăng kiểm xe giới Đà Nẵng ñể ño ô 1.1 TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG HIỆN NAY Ở VN Hầu hết hoạt ñộng giao thông vận tải ñều phát thải loại chất Bảng 1.2.Số liệu thống kê xe ô tô nước( Tạp chí Đăng kiểm VN 06/2011) Nội dung Năm 2010 Tháng Tháng 4/2010 5/2010 Tổng số ô tô ñang lưu hành 1.274.084 1.318.856 1.332.190 Tổng số ô tô sản xuất lắp 127.454 44.646 44.646 Tổng số ô tô nhập 57.359 20.975 20.975 Tổng số xe máy sản xuất 3.141.698 1.051832 1.368.387 Ô tô từ 10 năm trở xuống 928.992 962.538 975.850 Ô tô 10 năm ñến 15 năm 128.155 104.521 104.552 Ô tô 15 năm ñến 20 năm 136.231 123.904 123.878 Ô tô 20 năm 80.706 127.893 127.910 1.2.2 Tình hình tiêu thụ nhiên liệu nước Bảng 1.3.Dự báo nhu cầu nhiên liệu xăng dầu vùng kinh tế ñến năm 2020 [9] Đơn vị: 1.000 Vùng 2010 2015 2020 Cả nước 16.170 26.503 41.413 Miền Bắc 5.020 8.124 12.519 Miền Trung 3.006 4.872 7.579 Tây Nguyên 721 1.186 1.869 Đông Nam Bộ 4.164 7.081 11.416 ĐB sông Cửu Long 3.260 5.239 8.031 ô nhiễm không khí : CO, HC, CO2, NOx, SO2 , hợp chất hữu dễ bay 1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI (VOC) khói bụi 1.3.1 Xăng sinh học dùng cho ô tô [13 [24] Header Page of 126 nhiểm môi trường theo quy trình tiêu chuẩn Cục Đăng kiểm VN CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngoài phần mở ñầu kết luận, luận văn ñược trình bày chương với cấu trúc sau: Chương 1: Tổng quan vấn ñề lượng môi trường; tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học giới nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tiêu kinh tế kỹ thuật băng thử ñộng lực học ô tô CD-48” Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm tính ñộng lực học ô tô tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường ô tô Mercedes Benz MB140 sử dụng nhiên liệu sinh học E5 Chương 4: Đánh giá kết nghiên cứu - Kết luận kiến nghị Chương 1: TỔNG QUAN Bảng 1.1 Ước tính lượng khí thải theo nhiên liệu tiêu thụ cho GTVT Lượng thải (1000 tấn) STT Chất ô nhiễm 2003 2005 CO2 6.000 9.360 CO 61 95 NO2 35 55 SO2 12 19 CmHn 22 34 Nguồn: Báo cáo trạng môi trường năm 2003; MECCP, 2007 1.2 TÌNH TRẠNG G.T VÀ TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG Ở V.NAM 1.2.1 Tình hình phát triển giao thông vận tải Bio-ethanol sử dụng ñể pha trộn thành xăng sinh học (bio-gasoline) ethanol khan 99,9% Tỷ lệ pha trộn xăng sinh học Mỹ 10% bioethanol khan xăng, có tên gọi thương mại gasohol, ký hiệu E-l0, ñó Brazil tỷ lệ 25% bio-ethanol khan, tên thương mại E25 Ớ Châu âu, tỷ lệ pha trộn bio-ethanol vào xăng có 3% (E-3) 5% (E-5) Về sau, vào năm 80, Brazil bắt ñầu ñưa vào sử dụng 100% bio- ethanol (E-100) công nghiệp (hàm lượng ethanol 95%) làm nhiên liệu sinh học (bio-fuel) cho triệu xe ô tô chạy nhiên liệu sinh học E-100 thay xăng hoàn toàn song song với xe chạy xăng sinh học E-25 (sử dụng ethanol khan 99,9%) Footer Page of 126 7 1.3.2 Tình hình sử dụng xăng sinh học giao thông vận tải Bảng 1.5 Sản lượng bio-ethanol sử dụng vào GTVT [13] [24] (triệu gallons US) Thứ hạng Nước Số lượng năm 2007 Mỹ 6.498,6 Brazil 5.019,2 Châu Aâu (EU) 570,3 Trung Quốc 486 Canada 211,3 Thái Lan 79,2 Colombia 74,9 Ấn Độ 52,8 Trung Mỹ 39,6 10 Úc 26,4 11 Thỗ Nhĩ Kỳ 15,8 12 Pakistan 9,2 13 Peru 7,9 14 Argentina 5,2 15 Paraguay 4,7 Tổng cộng 13.101,7 1.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT XĂNG SINH HỌC TRONG NƯỚC 1.4.1 Chương trình phát triển nhiên liệu sinh học Việt Nam - Đến năm 2010, ñáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu nước - Đến năm 2015, ñáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu nước - Nhà máy sản xuất ethanol liên doanh Petrosetco Itochu (Nhật Bản) với công suất 100 triệu lít/năm; - Công ty Đồng Xanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol có công suất lớn 60.000 lít/ngày; - Công ty CP Cồn sinh học Việt Nam ñã ñầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn công nghiệp với công suất 66.000 m3/năm; - Ngân hàng BIDV ñầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn Đại Tân có công suất 100.000 tấn/năm Đại Lộc, Quãng Nam; - Công ty cổ phần ñồng Xanh sản xuất với công suất 100.000 tấn/năm (tương ñương 130 triệu lít/năm); - Nhà máy Công ty Dầu Việt Nam (PV Oil) công suất 100 triệu lít/năm; - Nhà máy Công ty Tùng Lâm Đồng Nai công suất 70 triệu lít/năm; - Nhà máy sản xuất ethanol Dung Quất Petrovietnam công suất 100 triệu lít/năm Header Page of 126 - Đến năm 2025, ñáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu nước 1.4.2.Tình hình nghiên cứu xăng sinh học nước [9] [28] Các ñơn vị ñã ñang thực nghiên cứu cho ñến : - Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Chế biến Dầu khí; - Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chi Minh; - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng; - Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng thành phố Hồ Chí Minh - Viện Nghiên cứu Rượu Bia nước giải khát; - Bộ KH&CN ñã giao cho Công ty APP chủ trì ñề tài cấp Nhà nước; - Viện Công nghiệp thực phẩm VN 1.4.3.Tình hình sản xuất ethanol nước [9] [28] - CôngPage ty cổ4phần ñường Biên Hòa với công suất 50.000 tấn/năm; Footer of 126 Chương : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU XĂNG SINH HỌC E5 2.1.1 Xăng không chì : Là hỗn hợp bay hydrocacbon lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ với khoảng nhiệt ñộ sôi thông thường từ 15oC ñến 215oC, thường có chứa lượng nhỏ phụ gia phù hợp, không pha chì, sử dụng làm nhiên liệu cho ñộng ñốt Tiêu chuẩn TCVN 6776 : 2005 quy ñịnh giới hạn cho phép ñối với 15 tiêu dành cho xăng không chì : xem Phụ lục 2.1.2 Xăng sinh học E5 : Là hỗn hợp xăng không chì ethanol nhiên liệu biến tính với hàm lượng ethanol ñến % theo thể tích, ký hiệu E5 Tiêu chuẩn xăng không chì pha 5% ethanol theo tiêu chuẩn TCVN 8063: 2009 : xem Phụ lục 2.1.3 Ethanol nhiên liệu biến tính : Ethanol ñược pha thêm chất biến tính, ñể sử dụng pha chế nhiên liệu cho ñộng xăng không ñược sử dụng cho mục ñích chế biến ñồ uống Tiêu chuẩn ethanol biến tính theo tiêu chuẩn TCVN 7716 : 2007 : xem Phụ lục 2.1.3.1 Tính chất vật lý : 10 Ethanol chất lỏng, không màu, suốt, mùi thơm dễ chịu ñặc trưng, vị cay, nhẹ nước, khối lượng riêng 0,7936 g/ml 15oC, dễ bay hơi, sôi nhiệt ñộ 78,39oC, hóa rắn -114,15oC, tan nước vô hạn, tan ete clorofom, hút ẩm, dễ cháy, cháy khói lửa có màu xanh da trời 2.1.3.2 Tính chất hóa học Công thức hóa học : [13] [24] C2H5OH 2.1.3.3 Sản xuất Ethanol [9] [24] Hiện giới, nguyên liệu chứa ñường tinh bột ñược sử dụng phổ biến chi phí sản xuất thấp Phản ứng thủy phân tinh bột: (C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6 (2.1) Phản ứng tạo ethanol từ ñường: C6H12O6 = C2H5OH + CO2 + Q (2.2) 2.1.3.4 Quy trình sản xuất ethanol : việc thực trình chuyển hóa nguyên liệu chứa tinh bột, ñường, xenluloza thành ethanol (C2H5OH) Hiện ethanol ñược sản xuất ña số theo công nghệ sinh học, công nghệ dựa trình lên men nguồn hydratcacbon có tự nhiên như: sắn, ngô, nước ñường ép, mùn, gỗ 2.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ TRÊN BĂNG THỬ CD-48” 2.2.1 Lực kéo bánh xe chủ ñộng Header Page of 126 Pk = M e ih i0η t Rbx (2.4b) Trong ñó : Me mô men xoắn ñộng (N.m); ih tỷ số truyền hộp số; i0 tỷ số truyền truyền lực chính; ηt hiệu suất hệ thống truyền lực; Rbx : bán kính bánh xe ( m ) Từ biểu thức (2.4b) cho thấy ih, i0, Rbx ηt số lực kéo Pk biến ñổi theo biến ñổi mô men xoắn ñộng Me 2.2.1.1 Với nguồn ñộng lực ñộng ñốt (ICE) Đặc tính mô men xoắn biến ñổi theo tốc ñộ biểu diễn tổng quát ña thức xấp xỉ bậc hai theo tốc ñộ tịnh tiến xe Giáo sư Lây-dec-man sau: Pk = P0 + P1.v + P2.v2 (2.7b) ñây P0, P1 P2 số xấp xỉ với :  N emax i h i η t N N R η a ; P1 = emax bη t ; P2 = emax c bx t P0 = ωN R bx ihi0 ωN ωN  (2.7c) Nemax : công suất lớn ñộng (kW) ωN : tốc ñộ góc ứng với công suất Nemax ( rad/s) ωe : tốc ñộ góc ( rad/s) a, b, c số xấp xỉ thực nghiệm Lây-dec-man v : tốc ñộ ô tô ( km/h) 2.2.1.2 Với nguồn ñộng lực máy ñiện (EM) Đặc tính mô men xoắn biến ñổi theo tốc ñộ mô tơ ñiện ñược biểu diễn theo ñặc tính hằng-hyperbole sau: Hình 2.2 : Quy trình sản xuất ethanol [13] [26] Footer Page of 126 11 Header Page of 126 12  N max ηt v > v B  Pk =  ω B v (2.9) N i i η  max h t v ≤ v B  ω B R bx Trong ñó : Nmax công suất lớn mô tơ ñiện; ωB tốc ñộ góc ứng với công suất bắt ñầu ñạt giá trị lớn nhất; v là tốc ñộ tịnh tiến ô tô ứng với tốc ñộ góc máy ñiện ωB Nếu coi hệ số cản lăn bánh trước bánh sau f1 = f = f Ta có : Pf = ( Z + Z ) f = fG cos α (2.12) Ở ñây : α góc dốc mặt ñường; F : hệ số cản lăn; G : trọng lượng toàn ô tô ( kG); Khi ô tô chuyển ñộng ñường nằm ngang α = ta có: (2.13) 2.2.2.2 Sự hình thành lực cản không khí ô tô 450 Thực nghiệm ñã chứng tỏ lực cản không khí ô tô 400 Đường lực kéo lý tưởng P k1 350 xác ñịnh biểu thức sau : Pω = KFV0 300 250 Pk3 150 F diện tích cản diện ô tô (m2) Pk4 100 50 V0 tốc ñộ tương ñối ô tô không khí (m/s) Pc 10 20 30 40 (2.14) K hệ số cản không khí (Ns2/m4); P k2 200 2.2.2.1 Sự hình thành lực cản lăn ô tô Pf = fG Đặc tính lực kéo P k=f(v) P k [N] 2.2.2 Lực cản chuyển ñộng ô tô 50 60 70 80 90 100 110 2.2.2.3 Sự hình thành lực cản lên dốc ô tô Pψ = G ( f cos α ± sin α ) ≈ ψG Tốc ñộ v [km/h] Hình 2.4: Đặc tính lực kéo cấp số với nguồn ñộng ñốt (2.25) Hệ số cản tổng cộng ψ ñường hệ số cản lăn f cộng (khi lên dốc) trừ (khi xuống dốc) ñộ dốc i Lực cản tổng cộng ñường Đặc tính lực kéo P k=f(v) Pk [N] trọng lượng ô tô nhân với hệ số cản tổng cộng ñường 450 2.2.2.4 Sự hình thành lực quán tính ô tô 400 Pk1 350 Khi ô tô chuyển ñộng không ổn ñịnh (lúc tăng tốc giảm tốc) Đường ñặc tính lực kéo ứng với mô tơ ñiện hộp số ñơn 300 250 xuất lực quán tính Pj Xác ñịnh công thức : Pj = δ i Pj' = δ i Pk2 200 Pk3 150 Pk4 Hệ số δ i xác ñịnh theo công thức kinh nghiệm sau : Pc 0 10 20 30 40 50 60 70 (2.33) Ở ñây : δ i − Hệ số tính ñến ảnh hưởng khối lượng vận ñộng quay 100 50 G j g 80 90 100 110 Tốc ñộ v [km/h] HìnhPage 2.6: Đặc Footer of tính 126.lực kéo ô tô EM với hộp số ñơn kết hợp hộp số cấp δ i = + δ 1ih2 + δ Các hệ số δ δ có giá trị gần ñúng sau ñây : δ ≈ δ ≈ 0,05 (2.34) 13 Header Page of 126 14 δ i = 1,05 + 0,05ih2 Vậy : (2.35) ' j Với P : lực quán tính gia tốc khối lượng chuyển ñộng tịnh tiến ô tô; G lượng toàn ô tô; j : gia tốc tịnh tiến ô tô; Mức tiêu thụ nhiên liệu ô tô trường hợp tổng quát là: qñ = g e ( Pψ + Pω ± Pj ) 36.ρ n η t δ i − Hệ số tính ñến ảnh hưởng khối lượng vận ñộng quay Ở ñây : Pϕ , P ω , Pj − lực cản chuyển ñộng ô tô, [N]; 2.2.3 Mô lực cản chuyển ñộng ô tô băng thử CD-48“ ηt – hiệu suất hệ thống truyền lực 2.2.3.1 Mô lực cản chuyển ñộng ô tô băng thử CD-48“ Lực cản ô tô xe chuyển ñộng ổn ñịnh (không có gia tốc) ñường nằm ngang ñược mô phương trình bậc hai ρn : tỷ trọng nhiên liệu [kg/lít] g e : suất tiêu hao nhiên liệu có ích [kg/kW.h] 2.3.3 Mức tiêu hao nhiên liệu ô tô băng thử CD-48” qñ = biến thiên liên tục theo tốc ñộ sau: (Pf + Pω) = F0 + F1V + F2V2 Trong ñó: (2.36) Fo : Đại lượng không ñổi [N]; F1 : Đại lượng tỷ lệ bậc với tốc ñộ ô tô [N/(m/s)]; (2.54) 100.GT V ρ n (2.55) Trong ñó: V : tốc ñộ chuyển ñộng xe [km/h]; GT : lượng tiêu hao nhiên liệu [kg/h]; ρn : tỷ trọng nhiên liệu [kg/lít] 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG F2: Đại lượng tỷ lệ phi tuyến bậc hai với tốc ñộ [N/(m/s) ] Trên sở khoa học chất hình thành lực mô men xoắn 2.2.3.2 Mô lực quán tính ô tô băng thử CD-48“ bánh xe chủ ñộng truyền qua ru lô hệ thống băng thử CD-48” Do khối lượng ô tô ñưa vào thử nghiệm mx khác với khối lượng sở lý thuyết hình thành tiêu hao nhiên liệu ô tô trình băng thử m0 nên lực quán tính ñược mô lực bù quán tính chuyển ñộng Từ sở ñưa giải pháp tổ chức thực nghiệm hợp lý ñể ñiện xác ñịnh phương trình: ño ñạc số liệu băng thử CD-48” nghiên cứu cách mô dV dV Pj = m + ∆m dt dt (2.44b) Chương sở lý thuyết tảng khoa học cho việc tổ chức thực 2.3 TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ TRÊN BĂNG THỬ CD-48” 2.3.1 Chỉ tiêu ñánh giá tính kinh tế nhiên liệu ô tô Mức tiêu hao nhiên liệu cho ñơn vị quãng ñường chạy q ñ [lít/100km] ñược xác ñịnh theo biểu thức : 100Q qñ = Sñ lực cản cho ô tô ño tiêu hao nhiên liệu ô tô băng thử CD-48” (2.49) hành thí nghiệm, cho phép phân tích ñánh giá, so sánh cách khoa học kết ghi nhận ñược tính toán sau thực nghiệm Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 TRANG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THỰC NGHIỆM 3.1.1 Giới thiệu ô tô thực nghiệm MERCEDES MB140 3.1.2 Giới thiệu hệ thống băng thử ñộng lực học ô tô CD-48” Q − lượng tiêu hao nhiên liệu ứng với quãng ñường chạy Sñ, [lít]; 3.1.2.1 Máy ñiện Sñ - quãng ñường chạy ñược ô tô, [km] 3.1.2.2 Bộ khóa cứng ô tô thử nghiệm 2.3.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu ô tô 3.1.2.3 Thiết bị ño nồng ñộ khí xả AVL DIGAS 4000 Footer Page of 126 15 16 Bảng 3.2: Giá trị lớn ño sai số thiết bị AVL DIGAS Đại lượng ño Giá trị giới hạn ño Sai số CO 10% vol 0,01% CO2 20% vol 0,10% HC 20.000 ppm ppm O2 ÷ 4% vol 0,01% ÷ 22% vol 0,10% NOx 4.000 ppm ppm 3.2 NGUYÊN LÝ ĐO LỰC KÉO TRÊN BĂNG THỬ CD-48” - Tên thiết bị dụng cụ ño: AVL Chassis Dynamonmeter CD-48” 3.3.1.2 Tiến hành thực nghiệm 3.3.1.3 Kết số liệu ño Diển biến lực tổn thất theo tốc ñộ 240 Lựctổnthất ( N) Header Page of 126 Mô men quay ru lô Mq ñược hình thành lực kéo Pk xác ñịnh bằng: Fcb L cb RR (3.4) Với băng thử CD-48” chiều dài cánh tay ñòn Lcb ñược thiết kế 225 220 215 210 20 tức là: Pk ≡ Fcb (3.5) 30 35 40 45 50 55 Hình 3.10 : Lực tổn thất ma sát hệ thống băng thử CD-48” 3.3.2 Đo ñặc tính kéo công suất kéo + Thiết bị dụng cụ ño: Tên thiết bị dụng cụ ño: AVL Chassis Dynamonmeter CD-48” + Tiến hành thực nghiệm: + Kết số liệu ño: Lực kéo thực tế Với : ωbx 25 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) bán kính ru lô, tức Lcb = RR = 609,6[mm] Nên lực thị cảm biến Fcb lực kéo Pk tương tác bánh xe chủ ñộng ru lô; y = -0.0095x + 1.3762x + 187.79 205 Mq = Pk.RR (3.3a) Lực kéo hình thành bánh xe chủ ñộng Pk truyền ñộng tiếp xúc sau: Pk = 235 230 Pk = Pht + Ptt (3.12) Pk : lực kéo thực tế ô tô Pht : lực kéo hiển thị từ cảm biến Load Cells Mbx Ptt : lực kéo tổn thất ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - A92: Vị trí chân ga: 25% Fk Fcb ωR Lcb Hình 3.7: Sơ ñồ nguyên lý ño mô men ma-sát 3.3 THỰC NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG BĂNG THỬ CD-48” 3.3.1 Đo tổn thất ma sát băng thử CD-48” 3.3.1.1 Thiết bị dụng cụ ño Footer Page of 126 Lực kéo ( N ) 2370 2340 2310 2280 2250 26 29 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 32 35 Hình 3.11a: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng A92 vị trí chân ga 25% 17 Header Page of 126 18 ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - E5: Vị trí chân ga: 25% 2820 2430 2800 2400 Lực kéo ( N ) Lực kéo ( N ) ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - A92: Vị trí chân ga: 50% 2780 2760 2370 2340 2740 2310 2720 50 55 60 35 Hình 3.12a: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng E5 vị trí chân ga 25% Hình 3.11b: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng A92 vị trí chân ga 50% ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - A92: Vị trí chân ga: 75% ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - E5 : Vị trí chân ga: 50% 2900 2880 Lực kéo ( N ) 2920 2900 2880 2860 2840 2820 2800 2860 2780 45 50 55 60 65 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 2840 50 55 60 65 70 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) Hình 3.12b: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng E5 vị trí chân ga 50% ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - E5 : Vị trí chân ga: 75% Hình 3.11c: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng A92 vị trí chân ga 75% 3000 ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - A92: Vị trí chân ga: 100% Lực kéo ( N ) 2940 Lực kéo ( N ) 32 65 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) Lực kéo ( N ) 29 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 26 45 2920 2980 2960 2900 2940 2880 2920 50 55 60 65 70 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 2860 55 60 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 65 70 Hình 3.11d: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng A92 vị trí chân ga 100% Footer Page of 126 Hình 3.12c: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng E5 vị trí chân ga 75% 19 Header Page 10 of 126 20 KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ TRÊN CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHI CHẠY XĂNG E5 ĐẶC TÍNH LỰC KÉO TAY SỐ 04 Mercedes Benz - E5: Vị trí chân ga: 100% 70 2960 Tốc ñộ ô tô ( km/h ) Đường Lực kéo ( N ) 2920 2880 2840 2800 60 50 Độ dốc 2% 40 Độ dốc 4% 30 Độ dốc 6% 20 Độ dốc 8% 10 Độ dốc 10% 2760 55 60 65 70 75 10 15 Hình 3.12d: Lực kéo ô tô MB140 chạy xăng E5 vị trí ch.ga 100% 3.3.3 Đo khả tăng tốc + Đo ñặc tính lực cản tổng cộng xe Tại phòng thí nghiệm ô tô thuộc khoa Cơ khí Giao thông sử dụng ô tô MERCEDES MB140 phục vụ cho nghiên cứu thí nghiệm, ñã xác lập ñược phương trình lực cản chuyển ñộng ñường sau : Pc = 457.5 - 7.426V + 0.155V2 (3.15) Khi thí nghiệm, phải nhập vào hình ñiều khiển 03 hệ số ñặc trưng F0 = 457.5 [N]; F1 = - 7.426 [N/(m/s)]; F2 = 0.155 [ N/(m/s)2 trọng lượng có tải xe 2650 [KG] cửa sổ lệnh hình 3.3.3.1 Kết số liệu ño ô tô chạy ñường 3.3.3.2 Kết số liệu ño ô tô chạy ñường dốc KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ TRÊN CÁC LOẠI ĐƯỜNG KHI CHẠY XĂNG A92 70 Đường Tốc ñộ ( km/h ) 60 Độ dốc 2% 50 40 Độ dốc 4% 30 Độ dốc 6% 20 Độ dốc 8% 10 Độ dốc 10% 10 15 20 25 30 35 25 30 35 40 45 50 55 60 Thời gian ( s ) Tốc ñộ ô tô ( km/h ) 20 40 45 50 Thời gian ( s ) Hình 3.13: tăng tốc loại ñường chạy xăng A92 Footer Page 10Khả of 126 Hình 3.14: Khả tăng tốc loại ñường chạy xăng E5 3.3.4 Đo tiêu hao nhiên liệu Bảng 3.11: Kết tính giá trị trung bình tiêu hao nhiên liệu xăng A92 theo chu trình ECE 1504 Tiêu hao nhiên liệu Tốc ñộ trung bình Lượng tiêu hao [kg/h] [km/h] [Lít/100km] 2.605 17.918 19.720 Bảng 3.12: Kết tính giá trị trung bình tiêu hao nhiên liệu xăng E5 theo chu trình ECE 1504 Tiêu hao nhiên liệu Tốc ñộ trung bình Lượng tiêu hao [kg/h] [km/h] [Lít/100km] 2.628 17.870 19.843 Bảng 3.13: Kết tính giá trị trung bình tiêu hao nhiên liệu xăng A92 theo chu trình ECE 1504 tốc ñộ ổn ñịnh Tiêu hao Tốc ñộ nhiên liệu trung bình Lượng tiêu hao Tốc ñộ ổn ñịnh [km/h] [kg/h] [km/h] [Lít/100km] 15 3.090 14.996 27.961 32 4.247 32.334 17.824 50 5.416 50.233 14.629 Bảng 3.14: Kết tính giá trị trung bình tiêu hao nhiên liệu xăng E5 theo chu trình ECE 1504 tốc ñộ ổn ñịnh Tiêu hao Tốc ñộ Tốc ñộ ổn ñịnh nhiên liệu trung bình Lượng tiêu hao [km/h] [kg/h] [km/h] [Lít/100km] 21 Header Page 11 of 126 15 32 50 3.070 4.186 5.240 22 15.188 32.254 50.026 27.274 17.517 14.136 3.3.5 Đo ô nhiễm khí thải Bảng 3.15 : Giá trị trung bình ô nhiễm sử dụng xăng E5 A92 4.3 SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nhận xét : Do gia tốc có ñôi chút dùng xăng E5 nên tốc ñộ trung bình chung thấp khoảng 0,27%, ñó lái xe phải ép ga Loại nhiên liệu CO2 CO HC NOX ñể ô tô chạy theo chu trình nên tiêu hao lại tăng nhẹ khoảng 0,62% Tuy Xăng A92 22.31 0.13 19.66 42.67 nhiên tốc ñộ ổn ñịnh 15km/h, 32km/h, 50km/h ñều có tiêu hao Xăng E5 21.91 0.08 18.0 44.91 nhiên liệu thấp từ 1,7% cho ñến 3,4% so với xăng A92 ( Số liệu ñược trích từ Phụ lục số ñề tài ) 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nhờ trang thiết bị ñại, thông số kinh tế kỹ thuật chất phát thải ô nhiễm xe sử dụng hai loại nhiện liệu E5 A92 ñã ñược xác ñịnh xác tin cậy Chương : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 SO SÁNH ĐẶC TÍNH KÉO CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 4.4 SO SÁNH MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CÁC THÀNH PHẦN Ô NHIỄM CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nhận xét : Thành phần khí xả CO ô tô sử dụng xăng E5 giảm mạnh ñến 37.94 % Tại thời ñiểm ô tô giảm tốc từ 35km/h 0km/h thực cắt ly hợp ñể chuyển từ tay số số thành phần CO cao, CO xăng E5 tăng thấp xăng A92 Hơn xăng E5 có 5% cồn (C2H5OH ), diện ô xy làm tăng khả ñốt cháy hoàn toàn Nhận xét : Lực kéo công suất ô tô thực nghiệm xăng E5 Carbon nhiên liệu thành khí CO2 ñiều dẫn ñến thành phần CO giảm chế ñộ chân ga ñều tăng so với xăng A92 Chênh lệch công suất có xu mạnh Thành phần khí xả HC ô tô sử dụng xăng E5 giảm ñến 8.66 % hướng tăng dần từ 0,69% ñến 5.79% theo mức ñộ giảm vị trí chân ga từ Thành phần khí xả CO2 ô tô sử dụng xăng E5 giảm 1.80% không 100% 25% Nguyên nhân góc ñánh lửa phù hợp với loại xăng E5 ñáng kể chế ñộ tải nhỏ tải trung bình, nên công suất dùng xăng E5 tăng ñôi chút so với xăng A92 4.2 SO SÁNH KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nhận xét : Do xăng E5 có tỷ trọng ñộ nhớt lớn xăng A92, nên thời gian tăng tốc xăng E5 dài chút so với xăng A92 Footer Page 11 of 126 Thành phần khí xả NOX ô tô sử dụng xăng E5 tăng nhẹ 5.24%, thời ñiểm ô tô tăng số tăng tốc tối ña ñể ñạt 50km/h thành phần NOX hai loại nhiên liệu ñều tăng, lúc hỗn hợp cháy nhiệt ñộ cao, ñồng thời thành phần hóa học xăng E5 có diện O2 ( C2H5OH ) làm tăng thêm thành phần NOX 23 Header Page 12 of 126 24 SO SÁNH NỒNG ĐỘ CO CỦA HAI LOẠI NHIÊN LIỆU E5 VÀ A92 CO_E5 CO_A92 Tỷ lệ %thể tích khí thải 3.5 - Thời gian tăng tốc ñường dốc thực nghiệm xăng E5 ñều tăng nhẹ so với xăng A92 13.29% 23.80% 3.0 - Tiêu hao nhiên liệu thực nghiệm xăng E5 tăng nhỏ không ñáng kể 2.5 2.0 so với xăng A92 0.123 lít/100 km tương ñương 0.62% Nguyên nhân 1.5 1.0 tăng xăng E5 có gia tốc A92 thể thời gian tăng tốc dài 0.5 hơn; nên thực thí nghiệm chạy theo chu trình ECE 1504 người lái 0.0 -0.5 25 125 225 325 425 525 625 725 825 Thời ñiể m ño ( s ) ñảm bảo ñúng chu trình nên làm tăng tiêu hao nhiêu liệu xăng E5 xăng Hình 4.12: So sánh nồng ñộ khí thải CO sử dụng xăng E5 A92 A92 chút Tuy vậy, tiêu hao nhiên liệu xăng E5 lại giảm nhẹ so với xăng HC_E5 SO SÁNH NỒNG ĐỘ HC CỦA HAI LOẠI NHIÊN LIỆU E5 VÀ A92 xe phải tăng giảm ñể thay ñổi số liên tục theo xu hướng ép ga mạnh ñể HC_A92 70 A92 ô tô chạy ổn ñịnh tốc ñộ trì số 15km/h, 32km/h 50km/h Tại tốc ñộ tiêu hao nhiên liệu xăng E5 giảm 1,72% ñến Tỷ lệ HC ( ppm) 60 50 3,4% so với xăng A92 40 - Tính giảm thiểu ô nhiễm môi trường xăng E5 ñược ñánh giá 30 tốt so với xăng A92, CO giảm mạnh từ 37.94% ñến 40%, thành phần 20 khác có giảm không ñáng kể : HC giảm 8.66%, CO2 giảm 10 25 125 225 325 425 525 625 725 825 Thời ñiểm ño ( s ) Hình 4.13: So sánh nồng ñộ khí thải HC sử dụng xăng E5 A92 NOX_E5 SO SÁNH NỒNG ĐỘ NOX CỦA HAI LOẠI NHIÊN LIỆU E5 VÀ A92 NOX_A92 1.80%, riêng NOx tăng nhẹ 5.24% Sự hiên diện ô xy công thức hóa học ethanol làm tăng tính ñồng tỉ lệ nhiên liệu/không khí, ñó giảm ñược thành phần không cháy cháy không hoàn toàn khí xả HC CO Ta lập ñược ñồ thị tổng quan so sánh sau: 550 CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA XĂNG E5 SO VỚI A92 30 23.80 20 325 425 525 625 725 825 Thời ñiểm ño ( s ) Hình 4.15 So sánh nồng ñộ khí thải NOX sử dụng xăng E5 A92 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Lực kéo công suất chế ñộ chân ga thực nghiệm xăng E5 hoàn toàn tăng nhẹ12soofvới xăng A92 0.69% ñến 5.79% Footer Page 126 -10 5.24 0.62 -1.80 -3.37 -20 -8.66 ox 225 5.80 N 125 5.79 25 O -50 10 C 50 13.29 C 150 C 250 H 350 O 450 Cải thiện ( % ) Tỷ lệ NOX ( ppm) 650 -30 -40 -37.94 -50 Các tính kinh tế kỹ thuật Hình 4.16 : So sánh tiêu kinh tế kỹ thuật xăng E5 so với xăng A92 Header Page 13 of 126 25 26 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN CHUNG Kết luận 1: Sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 ñang tiêu thụ thị trường cho xe ô tô kiểu phun nhiên liệu ñiều khiển ñiện tử có kết tốt ñối với vấn ñề giảm thiểu ô nhiểm môi trường, nồng ñộ CO khí thải giảm mạnh ñến gần 38% so với xăng A92 Kết luận 2: Lực kéo công suất ñộng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 ñều tăng nhẹ so với xăng A92 chế ñộ tải trung bình nhỏ Kết luận 3: Lượng tiêu hao nhiên liệu xăng E5 có tăng nhẹ 0,62% so với xăng A92 xe chạy theo chu trình Khi xe chạy ổn ñịnh tốc ñộ 15km/h, 32km/h 50km/h lượng tiêu hao nhiên liệu giảm từ 1,72% ñến 3,37% Kết luận 4: Thời gian tăng tốc ñường ñường dốc ô tô sử dụng xăng sinh học E5 có kéo dài chút so với xăng A92 không ñáng kể HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI a) Cần nghiên cứu thêm ñối với loại ô tô sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu chế hòa khí dễ ñiều khiển góc ñánh lửa sớm tối ưu b) Cần mở rộng nghiên cứu thực nghiệm ñối với loại ô tô có niên hạn sử dụng khác thực nghiệm ñường trường c) Cần nghiên cứu thực nghiệm ñối với xăng sinh học có tỷ lệ cồn cao xăng E10, E15, E20 ñể nghiên cứu mức ñộ ảnh hưởng nhiên liệu xăng sinh học ñến ñộ bền ñộng Footer Page 13 of 126 KIẾN NGHỊ a) Nhà nước cần thiết phải ñưa sách bắt buộc tiêu thụ xăng sinh học E5 ñối với tất phương tiện xe giới tham gia giao thông, sử dụng xăng sinh học E5 giảm ñáng kể chất CO HC so với xăng A92; b) Nhà nước cần có chế ñồng ñể hạ thêm giá thành xăng sinh học E5 nhằm kích thích tiêu thụ loại nhiên liệu sử dụng xăng sinh học E5 giảm thiểu ô nhiễm môi trường ñặc biệt chất CO HC, mà nâng cao tính bền vững an ninh lượng nhờ giảm lượng xăng nhập phần trăm cồn ñã thay ñược sản suất nước  ... Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm tính ñộng lực học ô tô tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường ô tô Mercedes Benz MB140 sử dụng nhiên liệu sinh học E5 Chương 4: Đánh giá kết nghiên cứu - Kết luận... Đo ô nhiễm khí thải Bảng 3.15 : Giá trị trung bình ô nhiễm sử dụng xăng E5 A92 4.3 SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nhận xét : Do gia tốc có ñôi chút dùng xăng. .. KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 4.4 SO SÁNH MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CÁC THÀNH PHẦN Ô NHIỄM CỦA Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nhận xét : Thành phần khí xả CO ô tô sử dụng xăng E5 giảm mạnh ñến