Nghiên cứu ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính năng động cơ ô tô phun xăng điện tử

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng 04 năm 2015 Học viên Hoàng Văn Biên LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy giáo TS.Phạm Hữu Tuyến, người hướng dẫn tận tình chu đáo chuyên môn để hoàn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Động Cơ Đốt Trong, Viện Cơ Khí Động Lực Viện Đào Tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện sở vật chất suốt thời gian học tập làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người động viên chia sẻ với nhiều thời gian học tập làm luận văn Hà Nội, tháng 04 năm 2015 Học viên Hoàng Văn Biên MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU I Lý chọn đề tài II Các đề tài nghiên cứu liên quan III Mục đích đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài .4 IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn V Các nội dung luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Tổng quan nhiên liệu thay 1.1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay 1.1.2 Một số dạng nhiên liệu thay thƣờng dùng 1.2 Nhiên liệu xăng sinh học dùng cho động đốt 12 1.2.1.Cồn ethanol sinh học .12 1.2.2 Nguồn gốc, tính chất nhiên liệu xăng sinh học 17 1.3 Một số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng sử dụng xăng sinh học đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động đốt 22 1.3.1 Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol đến tính phát thải động đánh lửa cƣỡng 22 1.3.2 Đánh giá giảm phát thải động SI sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol piston có dùng lớp vật liệu phủ 23 1.3.3 Đánh giá ảnh hƣởng hỗn hợp nhiên liệu xăng không chì pha trộn với ethanol đến công suất khí thải động đánh lửa cƣỡng 27 1.4 Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt FFV 29 1.4.1 Khái niệm phƣơng tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt .29 1.4.2 Những yêu cầu tính xe sử dụng nhiên liệu linh hoạt 30 1.4.3 Triển vọng phát triển xe FFV 31 Kết luận chƣơng 32 CHƢƠNG 2: QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC 33 2.1 Quá trình cháy động đốt sử dụng nhiên liệu xăng pha ethanol.33 2.1.1 Diễn biến cháy thông số đặc trƣng trình cháy động đốt 33 2.1.2 Quá trình cháy động sử dụng xăng pha ethanol .34 2.2 Quá trình hình thành phát thải động sử dụng xăng pha ethanol.37 2.2.1 Cơ chế hình thành oxit nitơ (NOx) 38 2.2.2 Cơ chế hình thành Hydrocarbon (HC) 41 2.2.3 Cơ chế hình thành monoxit carbon (CO) .43 2.3 Ảnh hưởng thông số làm việc tới tính động đốt cháy cưỡng 44 2.3.1 Ảnh hƣởng tỷ số nén .44 2.3.2 Ảnh hƣởng kết cấu buồng đốt vị trí đặt bugi 44 2.3.3 Ảnh hƣởng loại nhiên liệu .45 2.3.4 Ảnh hƣởng góc đánh lửa sớm 46 2.3.5 Ảnh hƣởng tốc độ quay n 47 2.3.6 Ảnh hƣởng hệ số dƣ lƣợng không khí 47 Kết luận chƣơng 48 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN LỚN ĐẾN TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ Ô TÔ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 49 3.1 Mục đích thử nghiệm 49 3.2 Đối tượng thử nghiệm .49 3.2.1 Nhiên liệu sử dụng thử nghiệm 49 3.2.2 Động sử dụng thử nghiệm .50 3.3 Chế độ thử nghiệm 51 3.4 Thiết bị thử nghiệm .51 3.4.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm 51 3.4.2 Các thiết bị thử nghiệm khác .52 3.5 Kết thử nghiệm động sử dụng nhiên liệu trộn chế độ làm việc 40% tay ga, 100% tay ga 58 3.5.1 Ảnh hƣởng nhiên liệu xăng sinh học đến tính kinh tế kỹ thuật động 58 3.5.2 Ảnh hƣởng nhiên liệu xăng sinh học đến phát thải khí thải động cơ.65 3.5.3 Ảnh hƣởng nhiên liệu xăng sinh học đến diễn biến áp suất xy lanh 73 Kết Luận chƣơng 75 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Tính chất vật lý ethanol 13 Bảng 1.2.Tình hình sản xuất ethanol giới tính đến năm 2012 16 Bảng 1.3.Các tiêu chất lƣợng ethanol dùng để pha với xăng 18 Bảng 1.4.Tính chất xăng nguyên chất [5] 19 Bảng 1.5 So sánh thuộc tính xăng nguyên chất số xăng sinh học điển hình 21 Bảng 1.6 Thành phần thể tích mẫu thử 24 Bảng 1.7 Tính chất nhiên liệu thử nghiệm 24 E   39  T  Bảng2.1 Chuỗi phản ứng hình thành NOx Hệ số tốc độ k  AT B exp  Bảng 3.1 Tính chất nhiên liệu thử nghiệm 50 Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật động TOYOTA 1NZ-FE [19] 50 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm động 100% tay ga 59 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm động 40% tay ga 61 Bảng 3.5 Kết thử nghiệm khí thải động 63 Bảng 3.6 Kết đo phát thải khí CO 100% tay ga 65 Bảng 3.7 Kết đo phát thải khí HC 100% tay ga 66 Bảng 3.8 Kết đo phát thải khí CO2 100% tay ga 67 Bảng 3.9 Kết đo phát thải khí NOx 100% tay ga 68 Bảng 3.10 Kết đo phát thải khí thải CO 40% tay ga 69 Bảng 3.11 Kết đo phát thải khí thải HC 40% tay ga 70 Bảng 3.12 Kết đo phát thải khí thải CO2 40% tay ga 71 Bảng 3.13 Kết đo phát thải khí thải NOx 40% tay ga 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phát thải NOx động với dạng nhiên liệu 22 Hình 1.2 Phát thải CO động với dạng nhiên liệu 22 Hình 1.3 Phát thải CO2 động với dạng nhiên liệu 23 Hình 1.4 Kết thát thải CO2 nhiên liệu 24 Hình 1.5 Kết thát thải HC nhiên liệu 25 Hình 1.6 Kết thát thải NOx nhiên liệu 25 Hình 1.7 Kết thát thải CO nhiên liệu 26 Hình 1.8.Ảnh hƣởng việc thêm ethanol đến suất tiêu thụ nhiên liệu 27 Hình 1.9.Ảnh hƣởng việc thêm ethanol đến tỷ lệ hòa trộn không khí-nhiên liệu 28 Hình 1.10.Ảnh hƣởng việc thêm ethanol đến công suất 28 Hình 1.11.Ảnh hƣởng việc thêm ethanol đến momen 29 Hình 1.12.Số lƣợng xe FFV đƣợc sản xuất giới tính đến 2010 31 Hình 2.1 Quá trình cháy động đốt cháy cƣỡng 33 Hình 2.2 Sơ đồ lan truyền màng lửa động đánh lửa cƣỡng 34 Hình 2.3 Trị số Octan nhiên liệu xăng pha ethanol 35 Hình 2.4 Nhiệt trị thấp nhiên liệu xăng pha ethanol 36 Hình 2.5 Biến thiên nồng độ NOx, HC, CO theo hệ số dƣ lƣợng không khí 38 Hình 2.6 Ảnh hƣởng kết cấu buồng đốt vị trí buji đến diễn biến trình cháy [18] 45 Hình 2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa sớm đến trình cháy động xăng 46 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị băng thử động nhiều xy lanh 52 Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo phân tích NO NOx 53 Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo phân tích CO 55 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cân nhiên liệu AVL Fuel Balancer 733S 57 Hình 3.5 Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 58 Hình 3.6 Công suất động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 59 Hình 3.7 Mômen động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 60 Hình 3.8 Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 60 Hình 3.9 Công suất động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 61 Hình 3.10 Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 62 Bảng 3.5 Kết thử nghiệm khí thải động 63 Hình 3.11 Nhiệt độ khí thải động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 64 Hình 3.12 Nhiệt độ khí thải động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 65 Hình 3.13 Phát thải CO động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 66 Hình 3.14 Phát thải HC động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 67 Hình 3.15 Phát thải CO2 động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 68 Hình 3.16 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 69 Hình 3.17 Phát thải CO động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 70 Hình 3.18 Phát thải HC động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 72 Hình 3.19 Phát thải CO2 động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 72 Hình 3.20 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 73 Hình 3.21 Diễn biến áp suất xylanh động sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 E100 74 LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội đại môi trường sống ngày bị hủy hoại với tốc độ diễn ngày nhanh Những tác động có nhiều nguyên nhân khác nhau, nhu cầu sinh hoạt, hoạt động sản xuất người nguyên nhân dẫn đến tượng Một số nguồn ô nhiễm khí thải từ động phương tiện giao thông vận tải Do với quan tổ chức nhà sản xuất động đốt việc nâng cao đặc tính động công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu, độ ổn định…thì việc giảm lượng khí phát thải độc hại môi trường đặc biệt coi trọng Việc cắt giảm phát thải khí thải đầu tư nghiên cứu mạnh mẽ hết, từ việc thay đổi kết cấu động cơ, xử lý khí thải sau khỏi động đến việc thay nguồn nhiên liệu sử dụng động đốt Tìm nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu hóa thạch trở nên cấp bách tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt tương lai gần Nhiên liệu sinh học thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học giới, đem lại lợi ích an ninh lượng mà đáp ứng yêu cầu cao so với nhiên liệu hóa thạch vấn đề môi trường sống trái đất Trong số xăng sinh học loại nhiên liệu đáp ứng tốt mặt tính kỹ thuật động cơ, thân thiện với môi trường có khả tái tạo Không nằm xu tất yếu đó, Việt Nam có nhiều đề tài nghiên cứu đánh giá, tổng hợp xăng sinh học Nhận thấy tiềm phát triển to lớn mà nhiên liệu xăng sinh học đem lại cho kinh tế, môi trường sức khỏe dân sinh Năm 2007 thủ tướng phủ phê duyệt định số 177/2007/QĐ-TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025” Chính vấn đề thực tiễn nên em chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hƣởng xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính động ô tô phun xăng điện tử ” Dưới hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo TS Phạm Hữu Tuyến với hỗ trợ thầy cô Bộ môn Phòng thí nghiệm Động Đốt Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng kiến thức trình độ hiểu biết có giới hạn nên em thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận bảo đóng góp quý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2015 Học viên thực Hoàng Văn Biên 650 Nhiệt độ khí thải (0C) 600 550 500 450 400 T_kt_E0_100% tay ga T_kt_E10_100% tay ga T_kt_E30_100% tay ga 350 300 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.11 Nhiệt độ khí thải động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga Khi giữ nguyên vị trí tay ga mức 100% sử dụng nhiên liệu khác E0, E10 E30 kết cho thấy nhiệt độ khí thải tăng với tăng hàm lượng ethanol theo thể tích hỗn hợp nhiên liệu trộn, cụ thể với E10 nhiệt độ khí thải cao 3%, E30 cao 6.72% so với sử dụng E0 Khi giữ nguyên vị trí tay ga mức 40% sử dụng nhiên liệu khác E0, E10, E30, E100 Cũng giống vị trí tay ga mức 100%, mức độ tăng nhiệt độ khí thải trường hợp hơn, cụ thể tăng trung bình 1.75%, 6.63% 8.38% tương ứng với nhiên liệu E10, E30 E100 sử dụng Nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ khí thải động tăng nên hàm lượng ethanol theo thể tích tăng lên hỗn hợp nhiên liệu trộn thời gian cháy trễ nhiên liệu lâu hơn, dẫn đến tượng cháy rớt tăng 64 T_kt_E0_40% tay ga T_kt_E10_40% tay ga T_kt_E30_40% tay ga T_kt_E100_40% tay ga 650 Nhiệt độ khí thải (0C) 600 550 500 450 400 350 300 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.12 Nhiệt độ khí thải động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 3.5.2 Ảnh hƣởng nhiên liệu xăng sinh học đến phát thải khí thải động 3.5.2.1 Đánh giá phát thải khí thải động sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 E100 100% tải Bảng 3.6 Kết đo phát thải khí CO 100% tay ga Tốc độ Phát thải CO So sánh phát thải CO (%) Vòng/phút E0 E10 E30 E10-E0 E30-E0 1000 21018 14073 5422 -33.04 -74.20 1500 21120 15125 6361 -28.39 -69.88 2000 19774 15584 4525 -21.19 -77.12 2500 18580 14559 3504 -21.64 -81.14 3000 17080 13592 2624 -20.42 -84.64 3500 13861 11175 2405 -19.38 -82.65 -24.01 -78.27 Chênh lệch phát thải CO trung bình (%) 65 22000 20000 Phát thải CO (ppm) 18000 16000 14000 12000 CO_E0_100% tay ga 10000 CO_E10_100% tay ga 8000 CO_E30_100% tay ga 6000 4000 2000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.13 Phát thải CO động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga Bảng 3.7 Kết đo phát thải khí HC 100% tay ga Tốc độ Phát thải HC So sánh phát thải HC (%) Vòng/phút E0 E10 E30 E10-E0 E30-E0 1000 2801 2712 2503 -3.18 -10.64 1500 2707 2350 2419 -13.19 -10.64 2000 2452 2265 2150 -7.63 -12.32 2500 2199 2011 2011 -8.55 -8.55 3000 2733 2698 1806 -1.28 -33.92 3500 2170 2028 1694 -6.54 -21.94 -6.73 -16.33 Chênh lệch phát thải HC trung bình (%) 66 3000 2850 HC_E0_100% tay ga HC_E10_100% tay ga HC_E30_100% tay ga Phát thải HC (ppm) 2700 2550 2400 2250 2100 1950 1800 1650 1500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.14 Phát thải HC động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga Từ đồ thị nhận thấy rõ ràng phát thải CO, HC trung bình toàn dải tốc độ giảm đáng kể sử dụng nhiên liệu trộn E10, E30 so với động sử dụng nhiên liệu E0 vị trí 100% tay ga Cụ thể phát thải CO giảm 24.01% 78.27% so với E0 Phát thải HC giảm 6.73% 16.33% sử dụng E10, E30 so với sử dụng E0 Bảng 3.8 Kết đo phát thải khí CO2 100% tay ga Tốc độ Phát thải CO2 So sánh phát thải CO2 (%) Vòng/phút E0 E10 E30 E10-E0 E30-E0 1000 76091 83259 85334 9.42 12.15 1500 78058 84239 89848 7.92 15.10 2000 81525 86797 91537 6.47 12.28 2500 76415.5 82640 89717 8.15 17.41 3000 80667.9 88297 90049 9.46 11.63 3500 78538.4 88189 90900 12.29 15.74 8.95 14.05 Chênh lệch phát thải CO2 trung bình (%) 67 Bảng 3.9 Kết đo phát thải khí NOx 100% tay ga Tốc độ Phát thải NOx So sánh phát thải NOx (%) Vòng/phút E0 E10 E30 E10-E0 E30-E0 1000 289.7 357 829 23.23 186.16 1500 339.77 399 875 17.43 157.53 2000 347.2 412 790 18.66 127.53 2500 366.35 428 780 16.83 112.91 3000 405.4 485 807 19.63 99.06 3500 444.04 541 733 21.84 65.08 19.60 124.71 Chênh lệch phát thải NOx trung bình (%) Phát thải CO2 NOx trung bình toàn dải tốc độ động cao so với sử dụng nhiên liệu E0, cụ thể mức tăng phát thải CO2 8.95% 14.05%, mức tăng phát thải NOx 19.60% 124.71% tương ứng với E10 E30 NOx hình thành phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ trình cháy với tập trung oxy sản vật cháy, sử dụng xăng sinh học với tỷ lệ cồn cao NOx sinh nhiều 92000 90000 Phát thải CO2 (ppm) 88000 86000 84000 82000 80000 78000 76000 CO2_E0_100% tay ga 74000 1000 1500 CO2_E10_100% tay ga 2000 2500 CO2_E30_100% tay ga 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.15 Phát thải CO2 động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga 68 850 Phát thải NOx (ppm) 750 650 NOx_E0_100% tay ga NOx_E10_100% tay ga NOx_E30_100% tay ga 550 450 350 250 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.16 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu 100% tay ga Khi sử dụng E100, nồng độ oxy nhiên liệu lớn, tỷ lệ thành phần H, C giảm so với E0 dẫn đến hỗn hợp nhiên liệu nhạt đi, nhiên liệu đốt cháy kiệt công suất động lại giảm trình bày trên, trình cháy diễn hoàn toàn nên thành phần độc hại khí thải giảm đáng kể Kết phát thải E100 trung bình toàn dải tốc độ thấp E0, cụ thể CO giảm 96.36%, CO2 giảm 9,89%, HC giảm 56.25% NOx giảm 79.32% 3.5.2.2 Đánh giá phát thải khí thải động sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 E100 40% tải Bảng 3.10 Kết đo phát thải khí thải CO 40% tay ga Phát thải CO E0 E10 E30 E100 1000 12432 9963 1890 607 1500 13566 10458 1869 556 2000 14513 11852 3552 918 2500 18154 13551 4203 618 3000 31784 17512 6515 655 3500 35736 32775 9278 817 4000 39584 36607 11528 955 Chênh lệch phát thải CO trung bình (%) Tốc độ v/p 69 So sánh phát thải CO (%) E10-E0 E30-E0 E100-E0 -19.86 -84.80 -95.12 -22.91 -86.22 -95.90 -18.34 -75.53 -93.67 -25.36 -76.85 -96.60 -44.90 -79.50 -97.94 -8.29 -74.04 -97.71 -7.52 -70.88 -97.59 -21.02 -78.26 -96.36 Bảng 3.11 Kết đo phát thải khí thải HC 40% tay ga Phát thải HC E0 E10 E30 E100 1000 2225 2028 1591 1148 1500 2108 1884 1445 1080 2000 2021 1829 1434 1033 2500 2156 1946 1633 1051 3000 2296 2036 1776 1025 3500 2439 2163 1870 785 4000 2668 2370 2009 714 Chênh lệch phát thải HC trung bình (%) Tốc độ v/p So sánh phát thải HC (%) E10-E0 E30-E0 E100-E0 -8.85 -28.49 -48.40 -10.63 -31.45 -48.77 -9.50 -29.05 -48.89 -9.74 -24.26 -51.25 -11.32 -22.65 -55.36 -11.32 -23.33 -67.81 -11.17 -24.70 -73.24 -10.36 -26.28 -56.25 Ở vị trí 40% tay ga, phát thải động sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 E100 cho kết Kết cho thấy tăng dần hàm lượng phần trăm ethanol theo thể tích hỗn hợp nhiên liệu trộn lên hàm lượng CO, HC giảm theo tăng Cụ thể phát thải CO giảm 21.02%, 78.26% 96,36% tương ứng với E10, E30, E100 so với E0 Phát thải HC giảm tương ứng 10.36% 26.28% 40000 CO_E0_40% tay ga CO_E10_40% tay ga CO_E30_40% tay ga CO_E100_40% tay ga 35000 Phát thải CO (ppm) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.17 Phát thải CO động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 70 Bảng 3.12 Kết đo phát thải khí thải CO2 40% tay ga Tốc độ v/p Phát thải CO2 So sánh phát thải CO2 (%) E0 E10 E30 E100 E10-E0 E30-E0 E100-E0 1000 83468 90873 92465 71092 8.87 10.78 -14.83 1500 84815 91661 93536 70690 8.07 10.28 -16.65 2000 85011 91884 91281 72383 8.08 7.38 -14.85 2500 83407 88567 93339 73061 6.19 11.91 -12.40 3000 78371 84428 91231 72530 7.73 16.41 -7.45 3500 76321 82622 90972 75063 8.26 19.20 -1.65 4000 76670 81519 89836 75590 6.32 17.17 -1.41 Chênh lệch phát thải CO2 trung bình (%) 7.65 13.30 -9.89 Bảng 3.13 Kết đo phát thải khí thải NOx 40% tay ga Tốc độ v/p Phát thải NOx So sánh phát thải NOx (%) E0 E10 E30 E100 E10-E0 E30-E0 E100-E0 1000 319.72 465 742 25 45.44 132.08 -92.18 1500 306.7 410 614 25 33.68 100.20 -91.85 2000 333.6 431 702 17 29.20 110.43 -94.90 2500 428.1 507 891 38 18.43 108.13 -91.12 3000 434.1 525 964 98 20.94 122.07 -77.42 3500 405.36 508 924 157 25.32 127.95 -61.27 4000 414.68 511 956 222 23.23 130.54 -46.46 Chênh lệch phát thải NOx trung bình (%) 28.03 118.77 -79.32 Do hàm lượng oxy có chứa nhiên liệu cải thiện, trình cháy động cải thiện, nên lượng khí thải CO2 , NOx sinh trình cháy lớn so với E0 Với E10 lượng CO2 tăng 7.65% E30 tăng 13.30%, lượng NOx tăng tương ứng 28.03% cho E10 118.77% cho E30 71 2700 2400 Phát thải HC (ppm) 2100 1800 1500 1200 900 HC_E0_40% tay ga HC_E10_40% tay ga HC_E30_40% tay ga HC_E100_40% tay ga 600 300 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.18 Phát thải HC động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 100000 95000 Phát thải CO2 (ppm) 90000 85000 80000 75000 70000 CO2_E0_40% tay ga CO2_E10_40% tay ga CO2_E30_40% tay ga CO2_E100_40% tay ga 65000 60000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.19 Phát thải CO2 động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 72 1000 900 Phát thải NOx (ppm) 800 700 600 500 400 300 NOx_E0_40% tay ga NOx_E10_40% tay ga NOx_E30_40% tay ga NOx_E100_40% tay ga 200 100 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tốc độ n (v/p) Hình 3.20 Phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu 40% tay ga 3.5.3 Ảnh hƣởng nhiên liệu xăng sinh học đến diễn biến áp suất xy lanh Kết Hình 3.21 thể diễn biến áp suất xylanh tốc độ 3500 vòng/phút, 40% tay ga Kết cho thấy, sử dụng nhiên liệu E10 cải thiện trình cháy động nên có đỉnh áp suất cao với Pmax 25,897 bar 140TK , E0, E30 E100 Pmax 25,367 bar 150TK , 24,163 bar 160TK 16,417 bar 180TK Thời gian cháy trễ nhiên liệu E0 150TK, nhiên liệu E10 140TK, nhiên liệu E30 160TK nhiên liệu E100 250TK Thời gian cháy chễ nhiên liệu E100 kéo dài hỗn hợp nhạt khả bay để hình thành hỗn hợp so với E0, E10 E30 73 Diễn biến áp suất xy lanh (bar) 26 Pcyl_E0_40% tay ga 24 Pcyl_E10_40% tay ga 22 Pcyl_E30_40% tay ga 20 Pcyl_E100_40% tay ga 18 Ap suat nen_40% tay ga 16 14 12 10 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Góc quay trục khuỷu (0TK) Hình 3.21 Diễn biến áp suất xylanh động sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 E100 74 Kết Luận chƣơng Tại chế độ toàn tải (bƣớm ga mở 100%), tốc độ động tăng từ 1000v/p3500v/p: Với E10: công suất tăng trung bình 1,94%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng 0,32%, phát thải CO, HC giảm 24,01% 6,73%, phát thải CO2 NOx tăng tương ứng 8,95% 19,60% +Với E30: Công suất trung bình giảm 2,47%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng 3,3%, phát thải CO, HC giảm 78,27% 16,33%, phát thải CO2 NOx tăng tương ứng 14,05% 124,71% Tại chế độ bƣớm ga mở 40%, tốc độ động tăng từ 1000v/p-3500v/p: + Với E10: công suất trung bình tăng 3,17%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng 1,92%, phát thải CO,HC giảm 21,02% 10,36%, phát thải CO2 NOx tăng tương ứng 7,65% 28,03% + Với E30: công suất trung bình giảm 1,52%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng 5,29%, phát thải CO,HC giảm 78,26% 26,28%, phát thải CO2 NOx tăng 13,3% 118,77% + Với E100: công suất trung bình giảm 29,62%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng 63,42%, phát thải CO,HC,CO2,NOx giảm 96,36%, 56,25% 9,89% 79,32% 75 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động ô tô phun xăng điện tử thông thường - Sử dụng nhiên liệu xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn có làm ảnh hưởng đáng kể đến tính kỹ thuật phát thải động Cụ thể sử dụng nhiên liệu E100, cần cải thiện góc đánh lửa sớm tăng lượng nhiên liệu cấp cho động để động hoạt động hiệu - Giảm đáng kể lượng khí thải độc hại thải môi trường, nhiên hàm lượng phát thải NOx lại có xu hướng chung tăng lên Hƣớng phát triển - Tiếp tục nghiên cứu nguyên nhân dẫn đến tăng hàm lượng NOx khí thải động sử dụng nhiên liệu xăng sinh học để đưa giải pháp khắc phục - Nghiên cứu vật liệu tương thích với nhiên liệu xăng sinh học, tăng độ bền tuổi thọ cho động sử dụng nhiên liệu có tỷ lệ trộn khác nhau, lên đến 100% ethanol - Tiến hành thực nghiệm tính toán thử bền động lưu hành sử dụng nhiên liệu xăng sinh học - Nghiên cứu hiệu chỉnh thông số , góc đánh lửa sớm đề xuất giải pháp cải tiến cần thiết nhằm tối ưu tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng thông thường chuyển đổi động phun xăng điện tử thông thường lưu hành sang sử dụng nhiên liệu xăng sinh học 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].http://www.nalutata.com/viet-nam-xanh/171-tong-quan-thi-truong-biogas-oviet-nam-2012 [2] https://sites.google.com/site/vnggenergy/hydrogen [3].http://petrotimes.vn/news/vn/xang-sinh-hoc-e5/san-luong-ethanol-toan-cau-uocdat-85-ti-lit-trong-nam-2012.html [4].http://www.agbiotech.com.vn/vietnam/thong-tin/nhien-lieu-sinh-hoc/san-xuatethanol-tiep-tuc-lo.agb#.VHv3-yPv_IU [5].http://www.saigonpetro.com.vn/linh-vuc-hoat-dong/96/xang-ron-92 95.html [6].Shane Curtis, Mark Owen, Terrence Hess and Scott Egan (2008), “Effect of Ethanol Blends on a Spark Ignition, 4-Stroke, Internal Combustion Engine” , [7].C.Ananda Srinivasan., C.G.Saravanan (2010), “Emission reduction in SI engine using ethanol–gasoline blends on thermal barrier coated pistons ”, International journal of enegry and environment [8].M.Al-Hasan (2003), “Effect of ethanol–unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission” Energy Conversion and Management 44 (2003) 1547–1561 [9].Nguyễn Duy Tiến (2010), “Nguyên lý động đốt trong”, Nhà xuất giao thông vận tải, Hà Nội [10].Phạm Minh Tuấn (2008), “Lý thuyết động đốt trong”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [11].Bayraktar, H (2005), “Experimental and theoretical investigation of using gasoline-ethanol blends in spark-ignition engines”, Renewable Energy, Vol 30, No 11, pp 1733-1747 [12].Blair, G (1999), “Design and Simulation of Four- Stroke Internal Combustion Engines”, SAE, USA [13].Blizard, N, and Keck, J (1974), “Experimental and Theoretical Investigation of Turbulent Burning Model for Internal Combustion Engines”, SAE Paper 740191 77 [14].Gulder, ö (1984), “Correlations of Laminar Combustion Data for Alternative SI Engine Fuels”, SAE Paper No 841000, pp 1-23 [15].Mantilla, J.( 2010), “Combustion Model for Internal Combustion Engines Working with Gasoline-Ethanol Blends”, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia [16].Phạm Minh Tuấn (2008), “Khí thải động ô nhiễm môi trƣờng”, Nhà xuất khoa học – kỹ thuật, Hà Nội [17].Phạm Hữu Truyền, Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Tuyến, Nguyễn Đức Khánh, “Nghiên cứu mô thực nghiệm sử dụng ethanol sinh học cho động xăng” [18].PGS.TS Nguyễn Văn Nhận (2010), “Lý thuyết động đốt trong”.Trường Đại học Nha trang [19].Toyota Company “1NZ-FE Engine” [20] http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atanol [21].Phạm Hữu Tuyến, Nguyễn Thế Trực, Hoàng Văn Biên, Vũ Khắc Thiện (2014), “Nghiên cứu ảnh hƣởng xăng sinh học E10 E100 đến đặc tính phát thải động xăng thông thƣờng” Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy Khí 2014 78 ... “ Nghiên cứu ảnh hƣởng xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính động ô tô phun xăng điện tử ” Dưới hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo TS Phạm Hữu Tuyến với hỗ trợ thầy cô Bộ môn Phòng thí nghiệm Động. .. hƣởng xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn tới tính động ô tô phun xăng điện tử ” Đề tài nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu E10, E30, E100 đến công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu phát thải động. .. Kết luận chƣơng 48 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN LỚN ĐẾN TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ Ô TÔ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 49 3.1 Mục đích thử nghiệm