Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xăng sinh học (e10, e20) trên ô tô

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, Ngày 30 tháng 12 năm 2015 Học viên Lê Công Báo i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Anh Tuấn hướng dẫn tận tình chu đáo mặt chuyên môn để thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Học viên Lê Công Báo ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải CO HC NOx CO2 Ne Me ge E5 E10 Mônôxit cácbon Hyđrô cácbon Ôxit nitơ Cácboníc Công suất Mômen Suất tiêu thụ nhiên liệu Xăng sinh học bao gồm 5% etanol 95% xăng truyền thống Xăng sinh học bao gồm10% etanol 90% xăng truyền thống Xăng sinh học bao gồm 20% etanol 80% xăng truyền thống Etanol gốc Hội kỹ sư ô tô giới Nhiên liệu biến tính Tiêu chuẩn Việt Nam Nhiên liệu sinh học Chassis Dynamometer 48” (Băng thử ô tô xe tải hạng nhẹ) Chu trình thử châu Âu cho xe xe tải hạng nhẹ Tiêu thụ nhiên liệu (Fuel comsumption) Hệ số dư lượng không khí Tỷ lệ không khí nhiên liệu Tủ phân tích khí thải E20 E100 SAE NLBT TCVN NLSH CD48” ECE15-05 FC λ A/F CEBII iii Đơn vị - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học .4 1.2 Nhiên liệu etanol xăng sinh học 1.2.1 Nhiên liệu etanol 1.2.2 Xăng sinh học 12 1.2.3 Tình hình sản xuất sử dụng etanol 14 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA CÁC LOẠI XĂNG SINH HỌC E10 VÀ E20 25 2.1 Các tính chất xăng 25 2.1.1 Các tiêu tính chất vật lý 25 2.1.2 Các tiêu tính chất sử dụng .27 2.2 Khảo sát ảnh hưởng etanol đến tính chất sử dụng nhiên liệu phối trộn vào xăng 31 2.2.1 Độ bay xăng sinh học 31 2.2.2 Ảnh hưởng etanol lên độ bay nhiên liệu .31 2.2.3 Trị số Octan 32 2.2.4 Hiệu ứng làm giảm tỷ lệ không khí/nhiên liệu (tỷ lệ A/F) .33 2.2.5 Phân tách pha có mặt nước .33 2.2.6 Ảnh hưởng đến phát thải chất gây ô nhiễm 34 2.2.7 Ưu điểm nhược điểm viêc pha etanol vào xăng .34 2.3 Tính chất lý hóa nhiên liệu E10, E20 35 iv Kết luận chƣơng 38 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ĐỐI CHỨNG SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC E10, E20 VÀ RON92 ĐẾN TÍNH NĂNG VÀ PHÁT THẢI CỦA Ô TÔ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 39 3.1 Trang bị thử nghiệm 39 3.1.1 Băng thử ô tô CD48” 39 3.1.2 Tủ phân tích khí thải CEBII 40 3.2 Đối tượng thử nghiệm .42 3.3 Kết thử nghiệm 44 3.3.1 Công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu 44 3.3.2 Tính phát thải 51 Kết luận chƣơng 56 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 61 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tính chất etanol [1] Bảng 2.1 Ưu, nhược điểm methanol ethanol 29 Bảng 2.2 Chỉ tiêu chất lượng xăng RON92 [2] 36 Bảng 2.3 Tính chất nhiên liệu xăng sinh học E10 E20 [2] 37 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos .42 Bảng 3.2 Các điểm thử nghiệm tay số IV V ô tô 43 Bảng 3.3 Kết đo công suất xe Lanos tay số IV 45 Bảng 3.4 Thay đổi công suất xe Lanos tay số V 45 Bảng 3.5 Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tay số IV .48 Bảng 3.6 Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tay số V 48 Bảng 3.8 Phát thải xe Lanos tay số V 51 Bảng 3.9 Mức thay đổi phát thải so với RON92 (%) E10 E20 tay số V 52 Bảng 3.10 Phát thải xe Lanos chạy với RON92, E10 E20 theo chu trình thử ECE1505 54 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ sản xuất etanol từ lúa mì xi-rô đường Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất etanol từ xenluloza 10 Hình 1.3 Sản lượng nhiên liệu sinh học tính đến năm 2017 15 Hình 2.1 Áp suất bão hòa 37,80C 32 Hình 2.2 Sự tăng trị số octan tăng tỉ lệ etanol 33 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thử thử nghiệm ô tô PTN Động đốt - ĐHBK Hà Nội .39 Hình 3.2 Ô tô Daewoo Lanos 40 Hình 3.3 Tủ phân tích khí thải CEBII 41 Hình 3.4 Chu trình thử Châu Âu ECE 1505 44 Hình 3.5 Mức độ thay đổi công suất tay số IV xe Lanos (kw) tay số IV so với RON92 46 Hình 3.6 Mức độ thay đổi công suất tay số V xe Lanos (kw) tay số V so với RON92 46 Hình 3.7 Mức độ cải thiện công suất xe Lanos (%) tay số IV so với RON92 47 Hình 3.8 Mức độ cải thiện công suất xe Lanos (% ) tay số V so với RON92 47 Hình 3.9 Suất tiêu thụ nhiên liệu tay số IV động xe Lanos 49 Hình 3.10 Suất tiêu thụ nhiên liệu tay số V động xe Lanos 49 Hình 3.11 Mức thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu so với RON92 (%) E10 E20 tay số V 50 Hình 3.12 Mức độ thay đổi CO (%) nhiên liệu E10 E20 .53 Hình 3.13 Mức độ thay đổi HC (%) nhiên liệu E10 E20 .53 Hình 3.14 Mức độ thay đổi NOx (%) nhiên liệu E10 E20 54 vii MỞ ĐẦU Hiện lượng ô nhiễm môi trường vấn đề quan trọng cấp bách cần giải Thực tế cho thấy, với phát triển mạnh mẽ công nghiệp kéo theo lượng lượng cần cho tăng lên lớn Trong nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt Mặt khác việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải nhiều khí ô nhiễm COx, NOx, SOx, hợp chất hydrocacbon, bụi… gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường, hệ sinh thái ảnh hưởng lớn đến chất lượng sống Vì việc tìm nguồn lượng có khả tái tạo thân thiện với môi trường điều quan trọng cần thiết Bên cạnh việc sử dụng nguồn lượng lượng thủy điện, lượng nguyên tử, lượng mặt trời, lượng gió, lượng thủy triều…Năng lượng có nguồn gốc sinh học quan tâm Trong loại nhiên liệu sinh học etanol loại nhiên liệu có tiềm lớn Việt Nam nhờ nguồn nguyên liệu phong phú tham gia mạnh mẽ nhiều thành phần kinh tế vào trình sản xuất Nguyên liệu để sản xuất etanol phong phú kể đến nguồn nguyên liệu từ sản phẩm nông nghiệp, rác thải, phế phẩm nông nghiệp lâm nguồn nguyên liệu dồi không liên quan đến lương thực giúp cho việc tái sử dụng nguồn phế liệu cách hiệu Việt Nam nước nông nghiệp, nơi có tiềm lớn nguyên liệu phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học phục vụ cho đời sống, có chủ trương đắn thể qua “Đề án Phát triển sử dụng nhiên liệu sinh học đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2025” Chủ trương thể tham vọng phủ thể tâm toàn xã hội việc quy hoạch, tổ chức sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học động phương tiện nghiên cứu thực nghiệm nước Ở nước, loại xăng sinh học từ E10 đến E20 nghiên cứu sử dụng xe máy ô tô dùng chế hòa khí Tuy nhiên, thực tế cho thấy kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đặc tính phát thải đối tượng động dùng chế hòa khí thường không tương đồng với loại động khả điều khiển tỷ lệ không khí/nhiên liệu Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xăng sinh học (E10, E20) ô tô phun xăng điện tử” hướng tới góp phần giải yêu cầu thực tiễn Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.1 Mục đích Đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học đến tính phát thải động phun xăng điện tử lắp ô tô đại 1.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài + Nghiên cứu thực nghiệm thực với loại nhiên liệu RON92, E10 E20, + Ô tô thử nghiệm ô tô Daewoo Lanos 2001, số kilomet trước vào thử nghiệm 97.263 (km), xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử, Các nội dung nghiên cứu luận văn thực Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phƣơng pháp nghiên cứu + Nghiên cứu lý thuyết thông qua tổng hợp nghiên cứu sử dụng xăng sinh học Việt Nam giới, tập hợp kế thừa kết trước công trình nghiên cứu liên quan, + Thực nghiệm đối chứng tính phát thải sử dụng nhiên liệu truyền thống RON92 xăng sinh học E10, E20, + Tăng cường trao đổi tiếp thu ý kiến chuyên gia có kinh nghiệm lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn + Luận văn xây dựng thành công quy trình thực nghiệm động phun xăng điện tử nhiên liệu xăng sinh học E10 E20, bao gồm quy trình đánh giá đối chứng tính phát thải động Các quy trình xây dựng dựa sở tiêu chuẩn đánh giá hành hệ thống thiết bị đánh giá đại có Việt Nam, + Luận án góp phần tư vấn cho quan chức việc thực mục tiêu lộ trình sử dụng xăng sinh học E10 theo định 52/2012/QĐ-TTg Thủ Tướng Chính phủ cung cấp kiến thức, tư vấn cho người sử dụng phương tiện việc sử dụng, vận hành cách phương tiện nhằm tận dụng tối đa ưu điểm hạn chế ảnh hưởng trái chiều xăng sinh học đến phương tiện môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] PGS TS Đinh Thị Ngọ, TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, (2008), “Nhiên liệu trình xử lý RON92 hóa dầu”, NXB Khoa học kỹ thuật [2] QCVN “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng, nhiên liệu diesel nhiên liệu sinh học” 2009/BKHCN [3] Phạm Minh Tuấn, (2008), “Khí thải động ô nhiễm môi trường”, NXB Khoa học kỹthuật [4] PGS TS Lê Anh Tuấn, “Thử nghiệm nhiên liệu gasohol E5 E10 ôtô xe máy”, Báo cáo kết hợp đồng số: 05- HĐ ĐHBK-PTN ĐCĐT [5] Thủ Tướng Chính Phủ, Quyết định 177 2007 QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, 2007 [6] Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn (2009), “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu xăng pha ethanol E5 E10 đến tính phát thải độc hại xe máy xe lưu hành Việt Nam” Tạp chí KHCN trường đại học, số 73B, tr 98104 Tiếng anh [7] Alvydas Pikūnas, Saugirdas Pukalskas, Juozas Grabys, (2003), In fluence of combustion of gasoline-etanol blends on parameters of internal combustion engines, Journal of KONES Internal Combustion Engines, vol 10, 3-4 [8] Petar Zic, (1999), Alternative fuels and technologies for vehicles, Graz [9] Richard L Bechtold, Alternative Fuels Guidebook, (1997), Properties, storage, dispensing, and vehicle facility modifications, SAE International [10] United States Patent US4357148, (1982), Method and fuel composition for control or reversal of octane requirement increase and for improved fuel economy [11] Yull Brown, (1978), US patent number 4,081,656 59 [12] Wei-Dong Hsieh, Rong-Hong Chen, Tsung-Lin Wu, Ta-Hui Lin, (2002), Engine performance and pollutant emission of an SI engine using etanol–gasoline blended fuels, Atmospheric Environment 36, 403–410 60 PHỤ LỤC TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM Ô TÔ P Trang thiết bị phòng thử ô tô (CD48” ) P 1.1 Thông tin chung Phòng thử động bao gồm băng thử động lưc học (CD48’’), hệ thống lấy mẫu phân tích khí thải, thiết bị phụ trợ Băng thử động lực học CD48’’ hang AVL Zollner chế tạo có chức để thử kiểm tra ô tô phòng thí nghiệm giúp cho trình nghiên cứu ô tô nói chung động nói riêng dễ dàng đồng thời thực số chức mà khó thực đường thực Hình PL.1 Phòng thử ô tô PTN Động đốt - ĐHBK Hà Nội Để tránh tượng trễ ma sát sinh ổ trục ổ trục quay với tốc độ chậm thông qua động điện xoay chiều Hai ổ trục điều khiển quay chiều để loại trừ tổn thất ma sát Việc lắp ổ trục không gây tổn thất cho băng thử Chassis Dynamometer 48” 61 Băng thử Chassis Dynamometer 48” mô khối lượng xe phạm vi từ 454 kg tới 5448 kg Quán tính sở lăn 1678 kg Các thông số băng thử: - Tốc độ lớn nhất: 200 km/h - Phạm vi mô quán tính: 454 kg - 5448 kg - Dung sai tốc độ đo: 0…2 km/h