Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu nhằm nâng cao tính hiệu quả và giảm phát thải độc hại cho động cơ và phương tiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN BÁ HƯNG NGHIÊN CỨU XỬ DỤNG PHỤ GIA NHIÊN LIỆU NHẰM NÂNG CAO TÍNH HIỆU QUẢ VÀ GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC CHO ĐỘNG CƠ VÀ PHƯƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS TS LÊ ANH TUẤN HÀ NỘI – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố đề tài nghiên cứu khác Tác giả NGUYỄN BÁ HƯNG MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị LỜI MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu giới 1.1.1 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động xăng 1.1.2 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động Diesel 12 1.1.3 Phụ gia nhiên liệu Nano 16 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu Việt Nam 18 Chương II MỘT SỐ PHỤ GIA NANO ĐIỂN HÌNH VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG .20 2.1 Phụ gia eefuel 20 2.2 Phụ gia Maz 25 2.2.1 Thành phần 25 2.2.2 Cơ chế tác dụng 25 2.2.3 Một số kết thử nghiệm đối chứng phụ gia Maz 25 2.3 Phụ gia CeO2 26 2.3.1 Giới thiệu chung CeO2 26 2.3.2 Phương pháp tổng hợp CeO2 29 2.3.3 Phụ gia nano xêri ôxit CeO2 cho nhiên liệu diesel 34 Chương III CƠ SỞ LÝ LUẬN KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL .38 3.1 Các tiêu công tác động 38 3.1.1 Áp suất thị trung bình .38 3.1.2 Công suất thị động 38 3.1.3 Suất tiêu hao nhiên liệu thị .39 3.1.4 Hiệu suất thị chu trình công tác .39 3.1.5 Quan hệ thông số thị chu trình công tác 39 3.1.6 Các thông số có ích 41 3.2 Phát thải độc hại động diesel .43 3.2.1 Sản phẩm cháy thành phần độc hại ĐC Diesel 43 3.2.2 Tỷ lệ chất độc hại khí thải động diesel 46 3.3 Thử nghiệm công nhận kiểu khí thải động đốt .48 3.3.1 Tổng quan thử nghiệm công nhận kiểu 48 3.3.2 Khảo sát chu trình thử Châu Âu ECE R49 (EURO II) 51 Chương IV NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA PHỤ GIA NANO CeO2 ĐẾN ĐỘNG CƠ 53 4.1 Mục đích thử nghiệm .53 4.2 Phương pháp thử nghiệm 53 4.3 Đối tượng thử nghiệm 53 4.4 Trang thiết bị thử nghiệm 54 4.5 Quy trình thử nghiệm .66 4.5.1 Chuẩn bị thử nghiệm 66 4.5.2 Quy trình thử nghiệm 67 Chương V KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .68 5.1 Độ mờ khói 68 5.2 Thành phần THC .69 5.3 Thành phần CO CO2 70 5.4 Thành phần NOx 72 5.5 Suất tiêu thụ nhiên liệu 74 5.6 Áp suất xylanh 76 5.7 Kết luận 78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 83 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT MTBE Methyl tert-butyl ether TAME Tertiary amyl methyl ether ETBE Ethyl tertiary butyl ether BHT Butylated hydroxytoluene TEL Tetraethyl lead MMT Methylcyclopentadenyl manganese tricarbonyl DCI Darex corrosion inhibitor (Chất ức chế ăn mòn Darex) EHN 2-Ethylhexyl nitrate DTBP Di-tertiary butyl peroxide TBA Tertiary-butylalcohol TREO Total rare earth oxides (Tổng số ôxit đất hiếm) M Nồng độ mol/l PTFE Polytetrafluoroethylene XRD X-ray Diffraction ( nhiễu xạ tia X) TEM Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) JCPDS Dữ liệu tiêu chuẩn xêri ôxit ECU Electronic control unit (Bộ điều khiển điện tử) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng Kết đo thành phần khí thải 24 Bảng Xe chạy với nhiên liệu diesel 0,025% S .26 Bảng Xe chạy với nhiên liệu diesel 0,025% S pha phụ gia Maz 200 với tỷ lệ pha 1000 ppm 26 Bảng Đặc tính vật lý xêri ôxit 27 Bảng Kết tính kích cỡ CeO2 tạo từ chất tiền thân Ce(OH)4 xêri axêtat thời gian xử lý khác .32 Bảng Phân loại ôtô tiêu chuẩn Châu Âu .51 Bảng Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 52 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Nhiên liệu không sử dụng phụ gia eefuel 21 Hình 2.2 Nhiên liệu có pha phụ gia eefuel .21 Hình 2.3 Cơ chế làm muội than phụ gia eefuel 22 Hình 2.4 Kết đo công suất chế độ 30% tải 23 Hình 2.5 Kết đo suất tiêu hao nhiên liệu chế độ 30% tải 23 Hình 2.6 Kết đo công suất chế độ 80% tải .23 Hình 2.7 Kết đo suất tiêu hao nhiên liệu chế độ 80% tải 23 Hình 2.8 Mạng lưới tinh thể CeO2 27 Hình 2.9 CeO2 sử dụng Ce(OH)4 (2500C) hàm thời gian 31 Hình 2.10 CeO2 sử dụng xêri axêtat (2500C) hàm thời gian .31 Hình 2.11 CeO2 từ Ce(OH)4 (24 giờ) xử lý nhiệt (a) 5000C, (b) 10000C .33 Hình 2.12 CeO2 từ xêri axêtat (24 giờ) xử lý nhiệt (a) 5000C, (b) 10000C .33 Hình 2.13 Hình ảnh quan sát TEM nhiễu xạ electron CeO2 tạo từ xêri(IV)hyđrôxit (a) xêri axêtat (b) sau 24 xử lý thủy nhiệt 34 Hình 2.14 Dung dịch phụ gia Nano CeO2 35 Hình 2.15 Hình ảnh chụp hạt nano CeO2 kính hiển vi điện tử TEM 35 Hình 3.1 Đặc tính thành phần độc hại động diesel theo λ 46 Hình 3.2 Sơ đồ thể mode chu trình thử ECE R49 52 Hình 4.1 Băng thử nghiên cứu SCRE PTN ĐCĐT .54 Hình 4.2 Động thí nghiệm AVL-5402 55 Hình 4.3 Cụm phanh điện với rôto có trục nối với trục động 56 Hình 4.4 Hệ thống làm mát dầu bôi trơn nước làm mát AVL-577 .57 Hình 4.5 : Thiết bị Throttle actuator 58 Hình 4.6 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động 733S .59 Hình 4.7 Sơ đồ phân tích khí CO 60 Hình 4.8 Sơ đồ phân tích khí NOx 62 Hình 4.9 Sơ đồ phân tích O2 63 Hình 10 Sơ đồ phân tích HC 65 Hình 5.1 Diễn biến độ mờ khói (opacity) theo đặc tính tải tốc độ 1400 v/ph 68 Hình 5.2 Sự phân bố kích cỡ hạt khí thải động diesel 69 Hình 5.3 Mức độ cải thiện thành phần THC theo thời gian chạy động 70 Hình 5.4 Mức độ cải thiện thành phần CO theo thời gian chạy đông 71 Hình 5.5 Mức độ cải thiện thành phần CO2 theo thời gian chạy đông 71 Hình 5.6 Mức độ cải thiện thành phần NOx theo thời gian chạy động .73 Hình 5.7 Tổng hợp mức độ cải thiện theo thời gian chạy động khí thải khác .73 Hình 5.8 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải tốc độ 1400 v/ph động trường hợp sử dụng diesel diesel pha phụ gia nano CeO2 74 Hình 5.9 Mức độ cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu theo thời gian chạy động 75 Hình 5.10 Biên dạng áp suất theo góc quay trục khuỷu 1400 v/ph với diesel với diesel pha CeO2 lần đo khác (L1, L2, L3) 77 Hình 5.11 Biên dạng áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu 1800 v/ph (trái) 3000 v/ph (phải) 77 LỜI MỞ ĐẦU Ngày giới phải đối mặt với thực tế nguồn nhiên liệu hóa thạch dầu mỏ có xu hướng ngày cạn kiệt Bên cạnh đó, vấn đề ô nhiễm môi trường khí thải từ phương tiện giao thông vận tải trở nên đáng báo động Do vậy, việc nghiên cứu tiết kiệm lượng giảm thiểu thành phần khí thải độc hại động đốt phương tiện giới cần thiết nằm xu chung Việt Nam giới Một hướng tập trung nghiên cứu nhằm tiết kiệm lượng giảm thiểu khí thải độc hại từ động sử dụng phụ gia cho nhiên liệu, điển hình phụ gia nano Trên giới, có công ty, tổ chức nghiên cứu sử dụng loại phụ gia công ty Oxonica Anh, tập đoàn công nghệ nhiên liệu nano Mỹ, công ty Nanoscience Innovation Singapore Tại Việt Nam, phụ gia nano cho nhiên liệu đầu tư nghiên cứu Cùng nằm xu đó, tác giả chọn phụ gia nhiên liệu đề tài cho nghiên cứu với tên: “Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu nhằm nâng cao tính hiệu giảm phát thải độc hại cho động phương tiện” Mục đích nghiên cứu đề tài nâng cao tính hiệu giảm phát thải độc hại cho động cách sử dụng phụ gia nhiên liệu Với mục đích nâng cao tính hiệu giảm phát thải độc hại cho động cơ, đề tài tập trung vào nghiên cứu sử dụng phụ gia nano Xêri ôxit (CeO2) cho nhiên liệu diesel Nghiên cứu thực động nghiên cứu xylanh AVL 5402 Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội để xác định hàm lượng khí thải độc hại, tiêu thụ nhiêu liệu diễn biến áp suất xylanh động trường hợp sử dụng không sử dụng phụ gia nano CeO2 cho nhiên liệu Trên sở mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu, tác giả tiến hành thực số nội dung sau: • Tìm hiểu tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu giới Việt Nam • Nghiên cứu số phụ gia nano điển hình chế tác động chúng Đây thực chất nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng loại phụ gia nano đến động • Nghiên cứu sở lý luận tiêu công tác thành phần phát thải động Đây sở để nghiên cứu phát triển khai thác hiệu động đốt • Nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá tác động phụ gia nano CeO2 đến động Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phòng thí nghiệm Động đốt trong, ĐHBK Hà Nội Trong thực thử nghiệm đối chứng hai loại nhiên liệu diesel diesel pha phụ gia nano CeO2 theo đường đặc tính tải tốc độ 1400 v/ph, 1800 v/ph 3000 v/ph Trong lần động chạy với loại nhiên liệu tiến hành đo suất tiêu hao nhiên liệu thành phần khí thải độc hại Đối với trường hợp sử dụng phụ gia nano CeO2 thực lần đo ứng với thời gian động chạy ổn định (đo lần đầu), 20 56 Kết thử nghiệm tính trung bình theo hệ số chu trình thử nghiệm khí thải Châu Âu ECE R49 Kết nghiên cứu thực nghiệm đề tài cho thấy, so với động sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống, động dùng nhiên liệu có pha phụ gia nano CeO2 cho suất tiêu hao nhiên liệu thành phần khí thải thấp sau thời gian 56 chạy động Trong thời gian thực ngắn, nên luận văn tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp để luận văn hoàn thiện Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Anh Tuấn, người hướng dẫn bảo tận tình trình tác giả thực luận văn Tác giả xin gửi lời cám ơn tới tất quý thầy cô Phòng thí nghiệm Động đốt - Trường ĐHBK Hà Nội, anh chị em đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn thời hạn Chương I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu giới 1.1.1 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động xăng Phụ gia nhiên liệu hiểu chất phụ pha vào nhiên liệu với tỷ lệ định nhằm cải thiện chất lượng tính hiệu nhiên liệu sử dụng cho động đốt Phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng hoạt động chất bôi trơn động làm tăng số ốc tan cho nhiên liệu động xăng Trong hai lợi ích tuyệt vời bên cạnh phụ gia nhiên liệu chứa chất gây nguy hiểm cho môi trường, : chất chống ôxi hóa, chất ôxi hóa chất ức chế ăn mòn kim loại Trên giới, phụ gia dùng cho nhiên liệu xăng có nhiều loại với công dụng khác Các kiểu phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng bao gồm : kiểu oxy hóa (Oxygenates), kiểu chống oxy hóa (Antioxidants), kiểu chống kích nổ (Antiknock) kiểu ức chế ăn mòn (Corrosion inhibitors) [20] 1.1.1.1 Kiểu phụ gia oxy hóa Kiểu phụ gia ôxy hóa gồm có hai nhóm cồn (alcohols) ête (Ethers) Trong nhóm cồn kể đến chất methanol, ethanol; nhóm ête gồm có MTBE, TAME ETBE + Phụ gia thuộc nhóm cồn: - Methanol: Methanol (methyl alcohol) CH3OH chất lỏng không màu nhiệt độ thường với mùi alcohol nhẹ đặc trưng sử dụng phụ gia để pha vào xăng nhằm tăng số ốc tan Tuy nhiên phụ gia có nhược điểm tan vô hạn nước nên dẫn đến hậu không tốt hay nói cách khác methanol có tính hút ẩm nên nhiên liệu có methanol để thời gian bị đọng nước tất nhiên dùng cho động có hại Ở Mỹ, methanol sử dụng thành phần nhiên liệu chủ yếu từ sau thập kỷ 1940 Methanol sử dụng với động tăng áp khí tốp xe đua chạy cồn Mãi đến năm 2006, tất phương tiện thành phố Indianapolis 5.4 Thành phần NOx Bên buồng cháy, với hỗ trợ CeO2 tất muội than thành xylanh động làm tất phương trình oxy hóa (phương trình 2-5, mục 2.3.3, chương II) xảy nhiệt độ thấp Bên cạnh đó, profil nhiệt độ buồng cháy phân bố NOx hình thành chế (i) (mục 2.3.3, chương II) giảm CeO2 đưa nguyên tố O* bề mặt nó, NOx hình thành thông qua chế (ii) (mục 2.3.3, chương II) Tuy nhiên, CeO2 hòa trộn cách trực tiếp nhiên liệu, O* có nhiều khả góp phần vào phản ứng oxy hóa hydrôcacbon màng lửa Cơ chế (iii) (mục 2.3.3, chương II) trình hình thành NOx không phù hợp trường hợp nhiên liệu diesel chứa nitơ nên ảnh hưởng chúng đến nồng độ NOx không đáng kể Trong bảng P5 phần phụ lục biểu đồ hình 5.6, tốc độ thấp 1400 v/ph thời gian chạy ổn định dài CeO2 có tăng lên NOx có đóng góp từ nguyên tố O* theo chế (ii) Tuy nhiên tốc độ cao 1800 v/ph, hạt nano CeO2 tham gia vào trình oxy hóa nhiên liệu nhiệt độ thấp trình cháy dẫn đến NOx thấp Ở tốc độ cao 3000 v/ph tải cao, góp phần CeO2 trở nên ý nghĩa nhiên liệu không pha phụ gia lẫn nhiên liệu pha phụ gia có mức khí thải NOx tương tự Hình 5.6 cho thấy, so với động chạy với diesel, động dùng nhiên liệu diesel pha phụ gia CeO2 cho số kết không mong đợi, cụ thể thành phần NOx tăng 8,6% sau 20 chạy Tuy nhiên sau thời gian chạy ổn định dài 56 thành phần giảm 2,6% Khi khí cháy thoát khỏi buồng cháy, có khả việc giảm NOx thành N2 điều thể qua phương trình mục 2.3.3, chương II Tóm lại, hình thành giảm NOx phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiều yếu tố khác phụ thuộc vào yếu tố giữ vai trò chủ yếu mà hiểu hết không đơn giản 72 Hình 5.6 Mức độ cải thiện thành phần khí thải NOx theo thời gian chạy động Kết thành phần khí thải tổng hợp hình 5.7 Sau 56 chạy động với việc sử dụng nhiên liệu pha phụ gia CeO2 thành phần khí thải có cải thiện so với dùng nhiên liệu diesel thông thường, có thành phần CO2 tăng nhẹ mức 0,1% Các thành phần khí thải thời gian chạy khác Phần trăm cải thiện (%) 25 20 15 10 Sau h Sau 20 h Sau 56 h -5 THC CO CO2 NOx -10 -15 Khí thải Hình 5.7 Tổng hợp mức độ cải thiện theo thời gian chạy động khí thải khác 73 5.5 Suất tiêu thụ nhiên liệu Một thông số quan trọng nghiên cứu suất tiêu thụ nhiên liệu Thông số chịu ảnh hưởng từ hai tác động chính: trình cháy tốt trình ôxy hóa nhiệt độ thấp thứ hai giả thuyết tác động làm động Do đó, mức độ cải thiện tiêu thụ nhiên liệu thấy rõ động chạy thời gian dài Suất tiêu thụ nhiên liệu giám sát toàn thời gian chạy động đưa bảng P6 phần phụ lục 370 ge (g/kWh) 350 330 Diesel D+CeO2(0h) 310 D+CeO2(20h) D+CeO2(56h) 290 270 250 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 % tải Hình 5.8 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải tốc độ 1400 v/ph động trường hợp sử dụng diesel diesel pha phụ gia nano CeO2 Qua hình 5.8 thấy, so với động sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống, động sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia nano CeO2 cho suất tiêu thụ nhiên liệu giảm theo thời gian, đặc biệt tải thấp Lúc đầu động chưa ổn định nên suất tiêu thụ nhiên liệu lần đo (0 giờ) với việc sử dụng phụ gia cho kết không mong muốn, cụ thể khoảng 70% tải, nhiên liệu pha phụ gia CeO2 cho kết suất tiêu hao nhiên liệu cao so với sử dụng nhiên liệu diesel thông thường Càng sau, tức sau khoảng từ 20 đến 56 chạy với phụ gia CeO2, động ổn định nên suất tiêu hao nhiên liệu có giảm rõ rệt so với sử dụng nhiên liệu diesel Ở tốc độ cao 1800 v/ph 3000 v/ph, việc sử dụng phụ gia nano CeO2 đáp ứng mức độ cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu, đặc biệt sau 56 chạy động với việc 74 sử dụng phụ gia Hình 5.9 thể mức độ cải thiện trung bình theo ECE R49 suất tiêu hao nhiên liệu thời gian chạy ổn định khác động với việc sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia nano CeO2 9.0% Phần trăm cải thiện (%) 8.0% 7.0% 6.0% 5.0% D+CeO2 4.0% 3.0% 2.0% 1.0% 0.0% Sau Sau 20 Sau 56 Thời gian chạy động (giờ) Hình 5.9 Mức độ cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu theo thời gian chạy động Qua hình 5.9 thấy, thời gian chạy ổn định lâu việc sử dụng phụ gia nano CeO2 cho nhiên liệu diesel phát huy tính hiệu Sau lần đo (0 giờ) với việc sử dụng phụ gia nano CeO2 mức độ cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu 1,9% Lần đo thứ hai (sau 20 chạy động với phụ gia) mức độ cải thiện 3,3%, cao so với lúc đầu Đến lần đo thứ ba (sau 56 chạy động với phụ gia) mức cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu cao đáng kể so với hai lần đo trước, cụ thể 7,7% Mặc dù không chắn xu hướng cải thiện tiếp tục tăng cách đáng kể với kết khí thải thảo luận rút kết luận động chạy theo chế độ chuyển tiếp đáp ứng mức độ cải thiện Ngoài ra, so sánh tất khí thải khác với CO2 thấy việc giảm thành phần CO, THC NOx không góp phần đáng kể vào việc cải thiện hiệu suất động mật độ tập trung khí nhỏ nhiều lần so với CO2 Do đó, hiểu ngầm lượng bổ sung trình cháy chủ yếu đến từ muội cácbon C HC dạng hạt bị đốt cháy hết Điều khẳng định thực tế 75 khí thải CO2 không giảm suất tiêu thụ nhiên liệu giảm Có điều thú vị rằng, thành phần khí thải CO, THC giảm tiêu thụ nhiên liệu cải thiện thành phần CO2 lại tăng hầu hết chế độ chạy, đặc biệt tốc độ thấp động cơ, có thấy bảng P6 phần phụ lục Điều lần chứng minh tác động làm thể phương trình diễn cách mạnh mẽ, từ dẫn đến kết có lượng cao CO2 Một yếu tố khác mà thấy thay đổi profile cháy động có tham gia CeO2 Như biết, CeO2 giúp động cháy tốt dẫn đến làm việc hiệu Bên cạnh đó, CeO2 có lượng cácbon định bám thành xylanh động Do nhiệt độ thấp cách đáng kể so với trung tâm lửa nên muội than cácbon thành xylanh động tích tụ dần dẫn đến lão hóa động Một động làm CeO2, lượng hạt nano CeO2 bám lên thành xylanh động nhỏ toàn trình động hoạt động Điều dẫn đến profile áp suất phân bố bên buồng cháy hiệu đốt nhiên liệu tốt Hiện nay, vấn đề ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học độ nhớt môđun đàn hồi biodiesel Do vậy, việc hòa trộn 10% biodiesel vào nhiên liệu diesel thương mại làm thay đổi đáng kể độ nhớt môđun đàn hồi hỗn hợp nhiên liệu Điều thường dẫn đến thời điểm phun nhiên liệu phải tăng lên (khí thải tồi hiệu suất thấp) chí gây hại cho vòi phun Trong trường hợp này, hạt nano CeO2 thêm vào để cải thiện trình cháy hydrôcacbon không cháy ảnh hưởng xúc tác hạt nano CeO2 làm cho nhiệt độ giảm thấp 5.6 Áp suất xylanh Để hiểu chế dẫn đến động có hiệu suất cao tốt hết nên nghiên cứu profile áp suất trình cháy lấy tích phân toàn thể tích xylanh xác định công chu kỳ cháy Hình 5.10 5.11 thể profile áp suất tải tốc độ động khác 76 Hình 5.10 Biên dạng áp suất theo góc quay trục khuỷu 1400 v/ph với diesel với diesel pha CeO2 lần đo khác (L1, L2, L3) Hình 5.11 Biên dạng áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu 1800 v/ph (trái) 3000 v/ph (phải) Từ đường biên dạng thấy có thay đổi đáng kể 1400 v/ph khu vực gần 00 góc quay trục khuỷu áp suất cháy cao cách đáng kể Do tin hạt nano CeO2 xúc tác cho trình cháy động diesel giai đoạn sớm Cụ thể hơn, nguyên tố ôxy bổ sung từ bề mặt CeO2 thúc đẩy trình cháy giọt dầu diesel từ bên đốt cháy diesel môi trường giàu nhiên liệu Do khả chúng xúc tác cho trình cháy nhiệt độ thấp nên nhiều nhiên liệu cháy cách nhanh chóng So với áp suất cháy sử dụng nhiên liệu diesel áp suất cháy với CeO2 cao hơn, thể hầu hết khu vực góc quay dương trục khuỷu Mặc dù khác nhỏ lấy tích phân toàn hành trình (0-1800) thấy công có ích tăng cách đáng kể 77 Mặt khác, trường hợp 1800 v/ph 3000 v/ph không thấy rõ khác áp suất cháy nhiên liệu diesel nhiên liệu diesel pha phụ gia CeO2 Mặc dù hai trường hợp, áp suất cao nằm phía góc quay dương trục khuỷu Có lẽ, tốc độ thấp hơn, nhiệt độ thời gian ổn định ảnh hưởng đến tác động xúc tác CeO2 Quá trình cháy nhiên liệu đòi hỏi có ôxy hóa hydrôcacbon, CeO2 có nguồn oxy hóa ôxy không khí nạp Do vậy, đóng góp ôxy từ CeO2 có ý nghĩa tích cực việc ôxy hóa hydrôcacbon nhiệt độ thấp Ngoài ra, thời gian chạy ổn định dài có tác động phục hồi ôxy bề mặt CeO2 Như có nhiều ôxy xúc tác từ CeO2 tham gia vào trình cháy dẫn đến hiệu suất động cao 5.7 Kết luận Kết thử nghiệm cho thấy rằng, so với sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống, động dùng nhiên liệu diesel có pha phụ gia nano CeO2 cho độ mờ khói giảm (mức giảm lên tới 42,4% 1400v/p), THC giảm 12,4%, CO giảm 2,8% NOx giảm 2,6%, CO2 có tăng nhẹ mức 0,1%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,7% sau 56 chạy, áp suất cháy khu vực gần 00 góc quay trục khuỷu cao cách đáng kể tốc độ 1400v/p 78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với lượng nhỏ hạt CeO2 (5-10ppm) thêm vào diesel, cho thấy vài tác động tích cực tiêu thụ nhiên liệu khí thải động diesel, cụ thể sau: - Động sau 56 chạy với nhiên liệu diesel pha phụ gia nano CeO2 cho suất tiêu thụ nhiên liệu giảm 7,7% so với chạy với nhiên liệu diesel thông thường - Thành phần khí thải NOx thể qua đồ thị cho thấy khác mức độ cải thiện sau thời gian chạy khác động cơ, đáng ý mức độ cải thiện âm thành phần sau 20 chạy nhìn chung không tốt - Độ mờ khói, đại lượng đo gián tiếp khí thải dạng hạt tổng khí thải hydrôcacbon (THC) cải thiện hầu hết chế độ động sử dụng nhiên liệu diesel pha phụ gia CeO2 - Có thể thấy suất tiêu thụ nhiên liệu giảm, độ mờ khói giảm thành phần khí thải CO lại tăng điều hiểu có tác động hạt nano CeO2 thêm vào để làm động nhờ đốt cháy muội than cacbon Việc giám sát nhiên liệu thực để kiểm tra tác động nhận thấy hiệu động tăng thực toàn thời gian hoạt động (56 giờ) thành phần CO giảm với mức thấp so với không sử dụng CeO2 - Bằng việc kiểm tra cách chặt chẽ kết khí thải khí thải dạng hạt thấy hầu hết lượng có ích bổ sung đến từ việc đốt cháy hết muội than cacbon HC dạng hạt Biên dạng áp suất buồng cháy cho thấy trình cháy diễn nhiều phía dương góc quay trục khuỷu dẫn tới công dương nhiều Ngoài ra, động chạy theo chế độ chuyển tiếp sau 56 đáp ứng hiệu cải thiện nhiên liệu Tuy nhiên kết nghiên cứu bước đầu, tiến hành phạm vi nhỏ hẹp phòng thí nghiệm nên chưa phản ánh đầy đủ tác động việc sử dụng phụ gia nano CeO2 đến tính phát thải động Do để đánh giá xác ảnh hưởng phụ gia đến động cần có 79 biện pháp kéo dài thời gian chạy ổn định với phụ gia nano CeO2, nghiên cứu ứng dụng sử dụng phụ gia nano CeO2 phương tiện cụ thể Ngoài để đánh giá cách toàn diện, cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng việc sử dụng phụ gia nano CeO2 cho nhiên liệu diesel đến sức khỏe người 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cù Huy Thành, Phát triển nhiên liệu chứa hỗn hợp phụ gia nano để giảm tiêu hao nhiên liệu khí thải độc hại động diesel, Hà Nội [2] Nguyễn Đức Khánh, Nguyễn Thế Lương, Vũ Khắc Thiện, Nguyễn Duy Tiến, Nguyễn Thế Trực, Nguyễn Duy Vinh, (2008), Thử nghiệm đối chứng phụ gia tiết kiệm nhiên liệu eefuel, Hà Nội [3] Nguyễn Duy Vinh (2010), Báo cáo kết thử nghiệm ôtô chạy diesel, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến (1994), Nguyên lý Động đốt trong, NXB Giáo dục [5] Phạm Minh Tuấn (2008), Khí thải động ô nhiễm môi trường, NXB KH&KT [6] TCVN 6567(2006), Phương tiện giao thông đường - Động cháy nén, động cháy cưỡng sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng động sử dụng khí tự nhiên lắp ôtô – Yêu cầu phương pháp thử khí thải ô nhiễm phê duyệt kiểu.,Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường, Bộ Khoa học Công nghệ [7] Tổng công ty công nghiệp xi măng Việt Nam, Công ty cổ phần xi măng Hoàng Mai-Vicem (2010), Báo cáo kết dự án chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng phụ gia nhiên liệu nano để tiết kiệm nhiên liệu & giảm khí phát thải xe gắn động diesel, Nghệ An [8] Võ Quang Mai, Trần Thị Cúc Phương (2008), Tổng hợp xêri đioxit siêu mịn phương pháp Sol-gel từ xêri(IV) Nitrat axit Tartric, Huế [9] www.tienphong.vn/Khoa-Giao/Khoa-Hoc/156392/Phu-gia-Maz-cho-nhienlieu-Tiet-kiem-hang-ngan-ty-dong.html, 27-03-2009 [10] www.vietbao.vn/Khoa-hoc/Phu-gia-moi-tang-hieu-qua-cua-nhien-lieudiesel/20032607/188, 16-10-2003 81 Tiếng Anh [11] A.I.Y Tok* , F.Y.C Boey, Z Dong, X.L Sun (2007), Hydrothermal synthesis of CeO2 nano-particles, Singapore [12] AVL, 2002, CEB II & CVS trainning materials, Graz [13] AVL, 2002, Single Cylinder Research Engine Test-Bed training materials, Graz [14] Chevron Corporation (2007), Diesel fuels technical review, pp 83-93 [15] Molycorp, Inc (1995), Cerium: A guide to its role in chemical technology, USA [16] Oxonica (2005), Catalytic function of Cerium oxide, United Kingdom [17] Quan Yuan, Hao-Hong Duan, Le-Le Li, Ling-Dong Sun, Ya-Wen Zhang, Chun-Hua Yan * (2009), Controlled synthesis and assembly of ceria-based nanomaterials, China [18] Terry L.Ullman (2004), Diesel emissions testing: Asian vehicle emission control conference 2004, USA [19] The Prospect project (2010), Toxicological Review of Nano Cerium Oxide, United Kingdom [20] www.en.wikipedia.org/wiki/Gasoline_additive, 20-12-2009 [21] www.eefuelblog.wordpress.com/2008/10/06/eefuel-how-does-it-work, 2008 82 PHỤ LỤC Bảng P1 So sánh độ mờ khói thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 36 51 69 75 100 Độ khói w/o CeO2 7,0 14,3 36,8 72,5 97.0 Độ khói wCeO2 8,4 9,6 27,2 67,7 91,4 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 9,7 15,5 29,5 57,5 90,2 3000 3000 3000 3000 3000 37 52 68 83 100 11,1 26,2 57,9 88,2 99,9 Tốc độ v/ph Tải % 1400 1400 1400 1400 1400 -20,0% 32,9% 26,1% 6,6% 5,8% Độ khói wCeO2 20 5,4 9,5 24,1 66,4 95,4 8,5 11,3 20,4 55,5 89,2 12,4% 27,1% 30,8% 3,5% 1,1% 10,2 16,4 56,6 85,5 99,9 8,1% 37,4% 2,2% 3,1% 0,0% Độ giảm % 22,9% 33,6% 34,5% 8,4% 1,6% Độ khói wCeO2 56 0,6 10 21,2 62,5 94,7 6,4 9,95 14,4 44,1 88,4 34,0% 35,8% 51,2% 23,3% 2,0% 6,7 9,2 20,5 77,2 95,5 30,9% 40,6% 30,5% -34,3% -5,9% 10,2 27,2 68,1 94,4 99,9 8,1% -3,8% -17,6% -7,0% 0,0% 14,8 20,3 64,8 90,8 99,9 -33,3% 22,5% -11,9% -2,9% 0,0% Độ giảm % Độ giảm % 91,4% 30,1% 42,4% 13,8% 2,4% Bảng P2 So sánh thành phần THC thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 v/ph 1400 1400 1400 1400 1400 36 51 69 75 100 ppm 200,120 132,6 137,3 159,7 169,8 THC wCeO2 ppm 171,780 178,9 137,9 225,0 152,8 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 184,590 171,780 216,200 186,770 113,970 3000 3000 3000 3000 37 52 68 83 157,680 162,160 179,460 191,530 Tốc độ Tải % THC w/o CeO2 % 14,2% -34,9% -0,4% -40,9% 10,0% THC wCeO2 20 ppm 161,98 150,49 109,86 139,43 109,93 123,0 171,5 141,9 128,7 92,6 33,4% 0,2% 34,4% 31,1% 18,8% 158,4 164,2 182,8 194,5 -0,5% -1,3% -1,8% -1,5% Độ giảm 83 % 19,1% -13,5% 20,0% 12,7% 35,3% THC wCeO2 56 ppm 184,290 203,3 173,9 206,710 160,1 166,11 179,985 120,74 95,06 200,76 10,0% -4,8% 44,2% 49,1% -76,2% 172,39 181,82 141,83 87,91 252,78 6,6% -5,8% 34,4% 52,9% -121,8% 120,74 126,69 152,155 151,65 23,4% 21,9% 15,2% 20,8% 141,92 153,58 177,44 155,66 10,0% 5,3% 1,1% 18,7% Độ giảm Độ giảm % 7,9% -53,4% -26,6% -29,4% 5,7% 3000 100 ECE R49 Tính lại 396,800 192,7663 164,27 457,130 171,0082 147,8607 -15,2% 11,3% 10,0% 317,03 178,3643 128,1743 20,1% 7,5% 22,0% 385,21 207,0765 143,88 2,9% -7,4% 12,4% Bảng P3 So sánh thành phần CO thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 1400 1400 1400 1400 1400 % 36 51 69 75 100 CO w/o CeO2 ppm 340,53 697,9 3445,2 11045,9 33649,1 CO wCeO2 ppm 310,83 420,4 2744,2 13223 36594,3 % 8,70% 39,80% 20,30% -19,70% -8,80% CO wCeO2 20 ppm 317,91 345,91 1752,54 9134,38 32986,81 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 368,96 357,91 912,31 5691,73 22965,7 292,5 299,2 1267,3 7142,7 25225,9 20,70% 16,40% -38,90% -25,50% -9,80% 3000 37 3000 52 3000 68 3000 83 3000 100 ECE R49 708,93 1980,67 7925,83 13558,68 42412,45 11137,7 663,4 1944,2 9256,9 14169,5 43407,68 11965,76 6,40% 1,80% -16,80% -4,50% -2,30% -7,40% Tốc độ Tải v/ph Độ giảm % 6,60% 50,40% 49,10% 17,30% 2,00% CO wCeO2 56 ppm 396,22 457 2054 12211,38 37809,2 % -16,40% 34,50% 40,40% -10,60% -12,40% 330,86 323,235 847,99 5135,95 15987,95 10,30% 9,70% 7,10% 9,80% 30,40% 310,99 412,22 1027,87 8164,92 21422,62 15,70% -15,20% -12,70% -43,50% 6,70% 652,38 1890,68 8783,755 12634,73 35447,88 8631,527 8,00% 4,50% -10,80% 6,80% 16,40% 22,50% 809,05 2215,99 9394,88 14010,09 40470,52 10823,64 -14,10% -11,90% -18,50% -3,30% 4,60% 2,80% Độ giảm Độ giảm Bảng P4 So sánh thành phần CO2 thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 Tốc độ v/ph 1400 1400 1400 1400 1400 Tải % 36 51 69 75 100 CO2 w/o CeO2 ppm 50638,560 68959,9 88546,5 99739,9 98030,8 CO2 wCeO2 ppm 51066,730 69145,4 90251,0 101037,6 100922,2 Độ giảm % -0,8% -0,3% -1,9% -1,3% -2,9% 84 CO2 wCeO2 20 ppm 48616,68 67248,71 89488,83 99612,83 97337,67 Độ giảm % 4,0% 2,5% -1,1% 0,1% 0,7% CO2 wCeO2 56 ppm 51280,630 70369,9 93029,3 102105,150 101030,9 Độ giảm % -1,3% -2,0% -5,1% -2,4% -3,1% 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 50078,780 68114,380 89889,900 104643,980 111563,920 49561,6 68383,1 90675,5 103414,7 110412,5 1,0% -0,4% -0,9% 1,2% 1,0% 46468,73 64221,21 84366,8 99219,96 108424,23 7,2% 5,7% 6,1% 5,2% 2,8% 50641,27 66174,31 82949,52 103965,41 113580,44 -1,1% 2,8% 7,7% 0,6% -1,8% 3000 37 3000 52 3000 68 3000 83 3000 100 ECE R49 61492,780 80219,530 95158,980 111195,660 104471,800 82977,3022 62230,1 80217,1 97229,7 111898,4 104270,060 82791,1128 -1,2% 0,0% -2,2% -0,6% 0,2% 0,2% 57418,38 74516,95 90470,955 104272,62 102504,2 79586,3616 6,6% 7,1% 4,9% 6,2% 1,9% 4,1% 62483,56 78559,97 94093,34 110398.52 106589,66 83083,3821 -1,6% 2,1% 1,1% 0,7% -2,0% -0,1% Bảng P5 So sánh thành phần NOx thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 Tốc độ Tải NOx w/o CeO2 v/ph 1400 1400 1400 1400 1400 % 36 51 69 75 100 ppm 469,790 486,2 535,4 505,6 386,9 NOx wCeO2 ppm 704,610 682,6 679,5 575,9 463,5 % -50,0% -40,4% -26,9% -13,9% -19,8% NOx wCeO2 20 ppm 759,7 771,2 799,06 705,2 522,02 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 989,080 1085,430 1199,240 1049,570 747,180 570,2 998,1 1051,4 934,5 682,3 42,4% 8,0% 12,3% 11,0% 8,7% 3000 37 3000 52 3000 68 3000 83 3000 100 ECE R49 1011,090 1089,740 1082,110 924,030 629,630 795.2105 1012,3 1119,2 1099,6 934,3 673,200 781.6816 -0,1% -2,7% -1,6% -1,1% -6,9% 1.7% Độ giảm 85 % -61,7% -58,6% -49,2% -39,5% -34,9% NOx wCeO2 56 ppm 717,940 757,8 783,1 608,930 507,5 958,11 1060,41 1174,33 1040,4 751,8 3,1% 2,3% 2,1% 0,9% -0,6% 846,85 884,58 975,23 860,23 676,93 14,4% 18,5% 18,7% 18,0% 9,4% 1042,79 1164,54 1157,47 865,25 623,31 863.467 -3,1% -6,9% -7,0% 6,4% 1,0% -8.6% 945,71 1084,29 1043,2 874,8 618,63 774.8917 6,5% 0,5% 3,6% 5,3% 1,7% 2.6% Độ giảm Độ giảm % -52,8% -55,9% -46,3% -20,4% -31,2% Bảng P6 So sánh suất tiêu thụ nhiên liệu thời gian chạy khác với nhiên liệu không pha pha phụ gia CeO2 Tốc độ Tải ge w/o CeO2 v/ph 1400 1400 1400 % 36 51 69 g/kW.h 363,300 296,19 298,53 ge wCeO2 g/kW.h 343,050 291,93 306,54 % 5,6% 1,4% -2,7% ge wCeO2 20 g/kW.h 335 276,32 287 1400 1400 75 100 308,28 343,58 1800 1800 1800 1800 1800 37 55 70 89 100 3000 37 3000 52 3000 68 3000 83 3000 100 ECE R49 % 7,8% 6,7% 3,9% ge wCeO2 56 g/kW.h 305,000 280,01 283,90 311,15 333,39 -0,9% 3,0% 307 316,71 0,4% 7,8% 277,230 337,46 10,1% 1,8% 338,740 294,570 284,740 289,310 323,200 334,45 288,72 283,98 294,03 335,45 1,3% 2,0% 0,3% -1,6% -3,8% 317,18 329,47 282,84 285,85 312,04 6,4% -11,8% 0,7% 1,2% 3,5% 284,32 288,45 279,37 282,98 302,84 16,1% 2,1% 1,9% 2,2% 6,3% 402,240 324,950 333,510 357,230 404,370 337,0094 378,18 319,64 328,37 341,41 376,060 330,6773 6,0% 1,6% 1,5% 4,4% 7,0% 1,9% 365,33 329,22 325,365 353,54 394,88 325,9443 9,2% -1,3% 2,4% 1,0% 2,3% 3,3% 365,69 327,67 323,86 351,7 408,73 311,021 9,1% -0,8% 2,9% 1,5% -1,1% 7,7% Độ giảm 86 Độ giảm Độ giảm % 16,0% 5,5% 4,9% ... giảm phát thải độc hại cho động phương tiện Mục đích nghiên cứu đề tài nâng cao tính hiệu giảm phát thải độc hại cho động cách sử dụng phụ gia nhiên liệu Với mục đích nâng cao tính hiệu giảm phát. .. 1.1.1 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động xăng Phụ gia nhiên liệu hiểu chất phụ pha vào nhiên liệu với tỷ lệ định nhằm cải thiện chất lượng tính hiệu nhiên liệu sử dụng cho động đốt Phụ gia sử dụng. .. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu giới 1.1.1 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động xăng 1.1.2 Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động Diesel 12 1.1.3 Phụ gia nhiên liệu Nano