nghiên cứu, tìm hiểu về nhiên liệu cồn sinh học và khả năng ứng dụng vào thực tiễn. Nghiên cứu về cách chế tạo ra cồn, mức tiêu hao nhiên liệu, so sánh khả năng vận hành giữa cồn xăng dầu. Ngoài ra, còn tính toán thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu cồn.
Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng nói chung nhiên liệu nói riêng có vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc gia An ninh lượng có ảnh hưởng lớn đến an ninh kinh tế an ninh Quốc gia Bên cạnh đó, vấn đề giảm thiểu nhiễm mơi trường, bảo vệ tầng ôzôn vấn đề cấp thiết mang tính tồn cầu Động đốt sử dụng phổ biến phương tiện giao thông vận tải tiêu thụ lượng nhiên liệu lớn, đồng thời nguồn phát thải nhiều chất độc hại môi trường Vì vậy, nghiên cứu thay nhiên liệu gốc khống ngày cạn kiệt nguồn nhiên liệu có khả tái tạo loại có nguồn gốc sinh học giới quan tâm Ở Việt nam, nhiên liệu xăng diesel phụ thuộc nhiều vào nguồn nhập với tổng nhu cầu khoảng 8,5 triệu vào năm 2005 Theo đà phát triển kinh tế đất nước với trình hội nhập, nhu cầu sử dụng nhiên liệu tăng trưởng với tốc độ lớn, dự báo đến năm 2020 tổng nhu cầu nước đạt gần 20 triệu tấn/năm Thấy rõ tầm quan trọng việc nghiên cứu thay nguồn nguyên liệu gốc khoáng, từ năm 1990 nhà khoa học nước tiến hành nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu khác khí ga, Ethanol este dầu thực vật thay nhiên liệu gốc khoáng Tuy nhiên để sử dụng loại nhiên liệu động cần nghiên cứu đánh giá đầy đủ ảnh hưởng nhiên liệu đến đặc tính kinh tế kỹ thuật độ bền động Đối với nhiên liệu xăng sinh học, hàm lượng ôxy tăng lên nên khả ôxy hóa cao so với nhiên liệu truyền thống Nhiên liệu pha 5% cồn (E5) chứng minh sử dụng động xăng mà không cần phải thay đổi kết cấu vật liệu chi tiết Với hàm lượng cồn cao nhiên liệu E10, E15, E20, làm xy hóa, lão hóa hay trương nở chi tiết động cơ, đặc biệt chi tiết hệ thống nhiên liệu Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu tính tương thích xăng pha Ethanol với tỷ lệ pha trộn cồn cao 5% chi tiết hệ thống nhiên liệu ôtô xe máy, loại phương tiện phổ biến Việt Nam, nhu cầu thiết Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page Báo cáo môn học Ơ tơ sử dụng lượng mới Tóm tắt: Khủng hoảng an ninh nhiên liệu gốc từ dầu mỏ vấn đề nóng được tồn giới quan tâm Nhiên liệu ngày đắt cạn kiệt, sử dụng loại nhiên liệu gây ô nhiễm cho môi sinh lớn, tăng khí thải nhà kính,…Vì nhiều loại nhiên liệu thay được nghiên cứu sử dụng Một số cờn sinh học Nó được pha vào nhiên liệu gốc dầu mỏ với một tỷ lệ lên đến 85%-90% dùng làm nhiên liệu cho động đốt Từ khóa: nhiễm, nhiên liệu, cồn sinh học Abstract: Crude oil- based fuel security and crises are “hot” topic drawing attention in the world The fuel is increasingly expensive and exhansted, besides using this fuel causes environmental pollution, increases the Green house gas etc Therefore,alternative fuels have been researched and applied One of them is Bioethanol Bioethanol is blended with crude oil based fuel at percentage of ethanol up to 85%-90% as fuel in Internal combustion engine Keywords: pollution, fuel, bioethanol CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ NGHIÊN CỨU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.1 Tại phải nghiên cứu nguồn lượng mới? 1.1.1 Khái niệm nhiên liệu hóa thạch, lượng mới Nhiên liệu hóa thạch hình thành từ q trình phân hủy kỵ khí xác sinh vật, bao gồm thực vật phù du động vật phù du lắng đọng xuống đáy biển (hồ) với số lượng lớn điều kiện thiếu ôxy, cách hàng triệu năm Trải qua thời gian địa chất, hợp chất hữu trộn với bùn, bị chôn vùi bên lớp trầm tích nặng Trong điều kiện nhiệt độ áp suất cao làm cho vật chất hữu bị biến đổi hóa học, tạo kerogen dạng sáp Chúng tìm thấy đá phiến sét dầu sau bị nung nhiệt cao tạo hydrocacbon lỏng khí Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới trình phát sinh ngược Ngược lại, thực vật đất liền có xu hướng tạo thành than Một vài mỏ than xác định có niên đại vào kỷ Phấn trắng Năng lượng nguồn lượng thay lượng từ nhiên liệu hóa thạch Tức nguồn lượng ngày để phát điện, chạy xe, …, 1.1.2 Hiện trạng của mơi trường Ở Hoa Kỳ, có 90% lượng khí nhà kính thải vào mơi trường từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch Đốt nhiên liệu hóa thạch tạo chất nhiễm khơng khí khác ơxít nitơ, điơxít lưu huỳnh, hợp chất hữu dễ bay kim loại nặng Đốt nhiên liệu hóa thạch tạo axít sulfuric, cacbonic nitric, chất có nhiều khả tạo thành mưa axítvà ảnh hưởng đến vùng tự nhiên hủy hoại môi trường Các tượng điêu khắc làm cẩm thạch đá vôi phần bị phá hủy axít hòa tan cacbonat canxi Nhiên liệu hóa thạch chứa chất phóng xạ chủ yếu urani thori, chúng phóng thích vào khí Năm 2000, có khoảng 12.000 thori 5.000 urani bị thải từ việc đốt than Người ta ước tính suốt năm 1982, Hoa Kỳ đốt than thải gấp 155 lần so với chất phóng xạ thải vào khí cố đảo Three Mile Bốt than tạo lượng lớn xỉ tro bay Các chất sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, chiếm khoảng 40% sản lượng Hoa Kỳ 1.1.3 Sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch Mức cấp nguồn lượng chủ yếu lượng dự trữ lòng đất Lưu lượng sản lượng khai thác Phần quan trọng nguồn lượng chủ yếu nguồn lượng hóa thạch gốc cacbon Dầu mỏ, than khí chiếm 79,6% sản lượng lượng chủ yếu năm 2002 Mức cấp (dự trữ xác định) Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới • Dầu mỏ: 1.184 đến 1.342 tỉ thùng (ước tính giai đoạn 2007-2009) • Khí: 6.254-6.436 nghìn tỉ ft³ (177 - 182 nghìn tỉ m³)hay 1.138-1.171 tỉ thùng dầu quy đổi (BBOE) giai đoạn 2007-2009 (hệ số 0,182) • Than: 997,748 tỉ Mỹ hay 904,957 tỉ hay 997.748 * 0,907186 * 4,879 = 4.416 BBOE (2005) Lưu lượng (sản lượng tiêu thụ hàng năm) năm 2007 • Dầu mỏ: 85,896 triệu thùng/ngày • Khí: 104,425 nghìn tỉ ft³ (2,957 nghìn tỉ m³) * 0,182 = 19 BBOE • Than: 6,743 tỉ Mỹ * 0,907186 * 4,879 = 29,85 BBOE Số năm khai thác lại với lượng dự trữ tối đa xác định (Oil & Gas Journal, World Oil) • Dầu mỏ: 1.342 tỉ thùng dự trữ / (85,896 triệu thùng nhu cầu ngày * 365 ngày) = 43 năm • Khí: 1.171 BBOE / 19 BBOE = 60 năm • Than: 4.416 BBOE / 29,85 BBOE = 148 năm 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu về nhiên liệu cồn để làm gì? Do nhu cầu sử dụng nhiên liệu cho phương tiện xe giới dùng cho hoạt động sản xuất công nghiệp khác nước giới ngày gia tăng, nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, người cần tìm nguồn lượng thay loại nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu sinh học coi giải pháp hiệu để giải vấn đề Tại Việt Nam, việc nghiên cứu xăng pha ethanol loại xăng sinh học có nồng độ ethanol nhỏ 5%, 1.2.2 Hiện trạng của nhiên liệu cồn Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page Báo cáo mơn học Ơ tô sử dụng lượng mới Không sử dụng phổ biến 50 quốc gia giới, xăng sinh học coi nguồn nhiên liệu tương lai giúp quốc gia giải vấn đề môi trường, an ninh lượng, chủ động nguồn cung… Hiện nay, nhiên liệu sinh học sử dụng phổ biến 50 quốc gia giới Các quốc gia Mỹ, Canada, nước Tây Âu … có kế hoạch sản xuất nhiên liệu thay quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiên liệu sinh học ngày tăng cách ổn định CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU CỜN 2.1 Khái niệm, phân loại cờn Hiện nhiên liệu cồn sử dụng động đốt cồn tinh chế hỗn hợp xăng pha cồn Cồn tinh chế thường sử dụng làm nhiên liệu động đốt là: methanol ethanol 2.1.1 Nguồn gốc, tính chất của Methanol Methanol sản xuất chủ yếu từ khí thiên nhiên than đá Methanol dạng chất lỏng sử dụng cho động đốt tế bào nhiên liệu − Cơng thức hóa học: CH3OH − Cơng thức cấu tạo cấu trúc không gian: Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới 2.1.2 Ng̀n gớc, tính chất của Ethanol Ethanol biết đến với tên rượu ethylic hay rượu ngũ cốc hay Ethanol, hợp chất hữu cơ, nằm dãy đồng đẳng rượu methylic, dễ cháy, không màu, rượu thơng thường có thành phần đồ uống chứa Ethanol Trong cách nói dân dã, thơng thường nhắc đến cách đơn giản rượu Cơng thức hóa học C2H5OH, hay CH3CH2OH, viết tóm tắt C2H6O Ethanol sản xuất tử bắp mía đường Ngày cơng nghệ sản xuất ethanol từ giấy phế thải, mùn cưa số nguyên liệu có giá trị thấp khác vỏ, cành xanh, phế thải nơng nghiệp − Cơng thức hóa học: C2 H5OH − Công thức cấu tạo cấu trúc không gian: − Các thông số ethanol: 2.2 Cấu trúc của nhiên liệu cồn Hầu hết nhiên liệu sử dụng than đá, xăng dầu kerosene, dầu diesel, Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới butane, propane… chủ yếu chất hydrocacbon Cấu trúc nhóm đơn methane gồm nguyên tố cacbon ngyên tố hydrogen Ethanol với nguyên tố cacbon nguyên tố hydrogen Propane với nguyên tố cacbon butane có nguyên tố cacbon Khi thêm nhiều cacbon vào phần tử hydrocacbon dạng hóa học thay đổi thành thể lỏng: pentane, hexane, octane….khi tiếp tục cho nhiều phần tử vào chng chuyển thành thể rắn 2.3 Quy trình sản xuất nhiên liêu cồn Ethanol: sản xuất cơng nghiệp hóa dầu thơng qua cơng nghệ Hydrat hóa Etylen theo phương pháp sinh học cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu; Metanol: tổng hợp từ khí thiên nhiên, dầu thơ, than đá, khí sinh khối từ chất thải hữu Hình 2.1: Sơ đồ quá trình sản xuất Ethanol Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu từ Sắn lát khô Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page Báo cáo mơn học Ơ tô sử dụng lượng mới Hình2.2 : Sơ đồ quá trình sản xuất cồn nhiên liệu từ Sắn lát khơ 2.3.1 Nghiền nhiên liệu Mục đích: phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột khỏi mơ, để đưa vào nấu áp suất nhiệt độ phù hợp biến tinh bột thành dạng hòa tan Sắn lát đưa vào máy nghiền búa Trong trình nghiền: phần nhỏ lọt qua rây quạt hút đẩy ngoài, phần chưa lọt qua rây tiếp tục nghiền nhỏ Đối với sắn khô ta phải nghiền mịn tốt 2.3.2 Nấu nguyên liệu a Mục đích Tinh bột nằm màng tế bào, nghiền phần màng tế bào bị phá vỡ hạn chế tiếp xúc Amylaza, mục đích nấu nhằm: Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới − Phá vỡ màng tế bào tinh bột, tạo điều kiện chúng hình thành trạng thái hòa tan dung dịch − Hơn nấu nguyên liệu trình ban đầu quan trọng sản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết nấu b Quy trình nấu Tùy vào điều kiện trang thiết bị sở sản xuất chọn phương pháp nấu: gián đoạn, bán liên tục liên tục Nấu gián đoạn: Nấu gián đoạn toàn trình nấu thực nồi − Ưu điểm: tốn nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản − Nhược điểm: tốn nhiều khơng sử dụng nấu, nấu lâu áp suất nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường Nguyên liệu đưa vào nồi dạng hạt lát tốt dạng bột để tăng suất hạn chế tổn thất Hình 2.3: Cấu tạo nời nấu gián đoạn Quy trình nấu : − Cho toàn nước vào nồi tỉ lệ 3.5-4/1kg sau cho cánh khuấy làm việc Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới đổ nguyên liệu vào Đậy nắp xông đạt áp suất yêu cầu − Lúc đầu cần mở van xả để đuổi hết không khí ngồi van xả có nước bão hòa − Đóng bớt van xả áp suất đạt tới áp suất ta bắt đầu tính thời gian nấu Đối với bột thường nấu 3-3.5 kg/cm3 với thời gian khoảng 60 – 70 phút Trong q trình bổ sung thêm acid để nấu mau chín làm lạnh dịch cháo tinh bột khơng bị lão hóa Nhưng acid gây ăn mòn thiết bị ảnh hưởng tới hoạt động amylaza o Thỉnh thoảng cần kiểm tra đến cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm đạt yêu cầu Nấu xong mở van từ tử phóng cháo sang thùng đường hóa Tồn trình nấu kéo dài từ 2.5-3 Nấu bán liên tục Nấu bán liên tục trình nấu tiến hành ba nồi khác chia thành nấu sơ bộ, nấu chín nấu thêm − Ưu điểm: giảm thời gian nấu áp suất nhiệt độ cao nhờ sử dụng thứ sơ mà giảm tổn thất tăng hiệu suất − Nhược điểm: tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị Quy trình nấu bán liên tục: − Đầu tiên cho nước 40-500C tỉ lệ bột 3.5-4/1kg − Cho cánh khuấy làm việc đổ bột vào dung thứ trì 60 phút − Tháo cháo xuống nồi nấu chín, tiến hành tương tự nấu gián đoạn, khác áp suất thời gian − Nấu chín xong cháo phóng sang nồi nấu chín thêm với P= 0.6 atm, T= 1050C t= 55 phút Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 10 Báo cáo mơn học Ơ tô sử dụng lượng mới Nếu xét riêng cồn hai chất dùng làm nhiên liệu tơ có nhiều tính chất khác Điều lý giải Ethanol sử dụng rộng ri lĩnh vực làm nhiên liệu cho động Ethanol thông dụng Methanol yếu tố sau đây: - Ethanol dễ sản xuất Methanol , đó, giá thành rẻ - Nhiệt trị Ethanol cao Methanol - Tỉ lệ hỗn hợp A/F Ethanol cao Methanol Điểm phát lửa Ethanol cao Methanol nên gần với điểm phát lửa nhiên liệu thông dụng diesel xăng Hình 3.2: Đồ thị biểu thị ảnh hưởng oxygen đến trị số octan 3.2.3 Hỗn hợp xăng pha cồn E85 và E95 và E10 Hiện giới,người ta dùng hỗn hợp xăng pha cồn E85 cho động xăng E95 cho động Diesel - E85: 85% ethanol nguyên chất 15% gasoline thường sử dụng cho động xăng - E95: 95% ethanol nguyên chất 5% gasoline thường sử dụng cho động Diesel Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 31 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới - E10: 10% ethanol nguyên chất 90% gasoline thường sử dụng cho động xăng E85 khơng thể dùng động Diesel Bởi vì, tính chất E85 khác xa với dầu Diesel, gần giống với xăng nhiệt độ chớp lửa nhiệt trị, nhiệt hóa hơi… Ngược lại, E95 với lượng gasoline nên có điểm chớp lửa thấp xăng có tính cháy gần giống với dầu Diesel nên có điểm chớp lửa thấp xăng, có tính chất gần giống với dầu Diesel Vì vậy, sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn ta cần lưu ý đến nồng độ cồn xăng hỗn hợp cho hợp lý ứng với loại động 3.3 Những ưu nhược điểm chính sử dụng nhiên liệu cồn ô tô 3.3.1 Ưu điểm sử dụng nhiên liệu cờn Cồn có số octan cao xăng khả chống kích nổ cao hơn, nên thường dùng để pha vào xăng nhằm tăng số octan hỗn hợp; bên cạnh đó, pha chế hỗn hợp xăng - cồn với tỉ lệ thích hợp dùng tốt động đốt ô tô nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường giải pháp tiết kiệm nhiên liệu nước phải nhập xăng, dầu Nhiên liệu cồn cháy xăng, thành phần nhiên liệu có chứa lượng oxy Lượng oxy góp phần tham gia vào phản ứng cháy buồng đốt động cơ, từ hỗn hợp hợp khí cháy hồn hảo hơn, sản phẩm cháy khí độc hại – đặc biệt lượng CO, CO2 thải ít, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường Cồn chủ yếu sản suất từ thực vật, ngun liệu dễ tìm Với cơng nghệ nay, cồn sản xuất từ chất thải nông nghiệp, nguồn nguyên liệu vô tận mà lâu thường bị bỏ qua Do đó, đầu tư mức, sản lượng cồn ngày tăng cao, dẫn đến giá thành ngày giảm xuống Đặc biệt kết hợp phát triển nông nghiệp, tạo thêm công ăn Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 32 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới việc làm cho xã hội, tăng đời sống người dân, nông dân, bước rút ngắn khoảng cách thành thị nông thôn Từ điều nêu trên, ta thấy việc sản xuất nhiên liệu cồn khơng đòi hỏi cơng nghệ cao phức tạp Vì thế, cồn chế tạo nước Với lợi nước ta nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cối phát triển quanh năm, nông nghiệp phát triển, ta lại phung phí nhiều nguyên liệu mà phải tận dụng để sản xuất nguồn nhiên liệu cồn hữu dụng nhiều mặt, kể mục tiêu trước mắt lẫn lâu dài chiến lược phát triển kinh tế đất nước Trong mục tiêu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, phát triển ngành nơng nghiệp công nghiệp chế biến lấy nguyên liệu từ nông nghiệp công nghiệp chế biến cồn vấn đề cần quan tâm Song song với việc phát triển ngành cơng nghiệp sản xuất cồn vấn đề sản xuất hay cải tiến ô tô sử dụng nhiên liệu cồn đặt Thông thường nay, người ta thường sử dụng nhiên liệu cồn dạng nguyên chất xăng pha cồn cho động mà nguyên thủy sử dụng xăng diesel Do đó,ơ tơ sử dụng nhiên liệu cồn dùng xăng pha cồn, hay kết hợp dùng xăng hay diesel với cồn song song động Cồn hydrocacbon thuộc họ alcolhol nên ngậm oxy, cồn dễ cháy với tỉ lệ hòa khí thấp xăng hay diesel nhiều Tỉ số A/F cồn từ 4,5/1 đến 9,5/1 xăng 14.7/1, diesel 14.4/1 3.3.2 Nhược điểm sử dụng nhiên liệu cờn Trong thân cồn có chứa lượng tạp chất định, có axít axêtic, andehid,… Axit axêtic cồn làm ăn mòn da ăn mòn vật liệu Chất andehid có cồn dễ làm cho người ta say hít phải Vì thế, nguy hiểm hít hay uống cồn Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 33 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới So với nhiên liệu xăng, động sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốn nhiều hơn, tỉ lệ nhiên liệu khơng khí hỗn hợp hòa khí thấp, từ dẫn đến khoảng 1,6 - 1,7 lít cồn tương đương lít xăng nên giá thành sử dụng cồn cao xăng diesel Ơ tơ khó khởi động trời lạnh nhiệt hóa cồn cao Trước hòa khí cồn cần lượng nhiệt tương đối lớn để hóa hơi, điều làm phức tạp thêm chế tạo hệ thống nạp nhiên liệu động Do đó, hạn chế sử dụng vùng có khí hậu lạnh Methanol cháy có lửa khơng màu nên khó phát ánh sáng mặt trời, khó khăn cho bảo quản chuyên chở 3.4 Phương án sử dụng nhiên liệu cồn ô tô 3.4.1 Những yêu cầu đối với động chạy nhiên liệu cồn Hệ thống nhiên liệu động phải đảm bảo cho động dễ khởi động cồn có nhiệt ẩn hóa cao Cồn có trị số octan cao nên tăng tỉ số nén động cơ, để bù phần công suất cho động nhiệt trị cồn thấp 3.4.2 Phương án cải tạo động a Thay đổi tỉ số nén của động Tỉ số nén thông số nhiệt động học quan trọng có ảnh hưởng đến tiêu kinh tế công suất động b Hạ bớt chiều cao nắp máy Tăng tỉ số nén cách hạ chiều cao nắp máy, làm cho thể tích buồng đốt giảm Ưu điểm đơn giản dễ tiến hành cần ý đến khoảng piston xupap Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 34 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới c Thay đổi kêt cấu piston – xylanh Để tăng tỷ số nén thể tích buồng đốt cần giảm lượng Vc cách tăng chiều cao đỉnh piston, so với điểm chết cũ piston Vc = Vc1-Vc2 Vc1: thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén ban đầu Vc2: thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén muốn tăng Để đảm bảo tính động lực động bị thay đổi khơng tăng chiều dày piston mà dịch tâm chốt phía chân piston đọan h Như vậy, thể tích buồng đốt giảm lượng để có tỉ số nén cần tăng Về mặt kết cấu: điểm chết trên, đỉnh piston cao bề mặt thân máy Còn chưa tăng đỉnh piston thấp bề mặt thân máy Để lực ngang phân bố bề mặt dẫn hướng xylanh piston vận động vị trí tâm chốt thường cao vị trí phần trọng tâm thân piston Thường Hch = ( 0,6-0,7 )Ht Với Hch : chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt (mm) Ht: chiều cao từ đáy piston đến trọng tâm thân piston (mm) Vì vậy, thay đổi vị trí tâm chốt chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt phải nằm giới hạn qui định Phương án có ưu điểm cải tạo đơn giản Nhược điểm thay đổi kết cấu piston làm thay phân bố lực ngang thay đổi gây mài mòn tăng, giảm tuổi thọ động d Thay đổi cụm piston – xylanh Thay cụm piston – xylanh có đường kính lớn củng làm tăng tỉ số nén, nhược điểm dùng xăng dễ gây kích nổ Phải dùng xăng có trị số octan cao Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 35 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới 3.4.3 Cải tiên hệ thống nhiên liệu Ethanol có nhiệt ẩn hóa cao khả bay nên động khởi động khó Vì vậy, nhiên liệu ethanol phải xơng nóng sử dụng biện pháp khác như: - Bố trí vị trí ống hút gần ống xả để tận dụng nguồn nhiệt khí xả; - Xơng nóng hỗn hợp cách bố trí ống nạp gần đường ống xả cần ý đến an toàn cháy nổ Hoặc dùng điện trở nhiệt để xơng nóng nhiên liệu; - Gắn thêm bougi xơng nóng đường ống nạp; - Có thể khởi động xăng sau chạy cồn Ngoài ra, dùng ethanol làm nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu thực tế lớn so với xăng Vì vậy, để phát huy cơng suất động cần cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu nhằm cung cấp đủ lượng hỗn hợp thành phần thích hợp cho động chế độ làm việc 3.4.4 Khảo sát các tính chất của hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn ô tô Theo kết thực nghiệm khảo sát chạy thử nghiệm phòng thí nghiệm động đốt trong, mơn Ơ tơ - Máy động lực, khoa Kỹ Thuật Giao Thông, trường ĐH Bách Khoa TP HCM - Bộ đo lượng nhiên liệu tiêu thụ AVL 733S - Bộ đo nồng độ khí thải: AVL Digas 4000 - Nhiên liệu thử nghiệm: 90% xăng + 10% cồn 95% 90% xăng + 10% cồn 95,5% Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 36 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới - Động thử nghiệm: o Nhãn hiệu: DAEWOO o Dạng: 2.0 SOHC o Công suất cực đại danh định kW/(v/p): 100/5400 o Moment xoắn cực đại o danh định (kg.m)/(v/p): 16,2/3200 a Biểu đồ đường đặc tính moment của các loại nhiện liệu ở chê độ 50% tải Đường đặc tính moment động đạt sử dụng hỗn hợp nhiên liệu 90% xăng + 10% cồn (99,5 95) gần giống sử dụng loại nhiên liệu xăng, chênh lệch tối đa không 5% tùy thuộc vào số vòng quay động Hình 3.3: Biểu đồ moment động (chê độ 50% tải) ứng với các loại nhiên liệu khác Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 37 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới Khi sử dụng nhiên liệu xăng cho moment lớn so với sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn số vòng quay vị trí bướm ga Moment hỗn hợp nhiên liệu xăng + cồn 99,5 cao moment hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn 95 b Biểu đồ đường đặc tính công suất của các loại nhiện liệu ở chê độ 50% tải Hình 3.4: Biểu đồ cơng suất động (chế độ50% tải) ứng với loại nhiên liệu khác Cũng giống moment, đường đặc tính cơng suất đạt sử dụng hỗn hợp nhiên liệu 90% xăng + 10% cồn (99,5 95) gần với nhiên liệu xăng, chênh lệch tối đa khơng q 5% tuỳ thuộc vào số vòng quay động c Biểu đồ đường đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu của các loại nhiên liệu ở chê độ 50% tải Suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn cao sử dụng nhiên liệu xăng Sự cao chủ yếu hai nguyên nhân chính: phần tốc độ vị trí cách bướm ga cơng suất nhiên liệu xăng lớn hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn phần nhiệt trị xăng lớn nhiệt trị Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 38 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới nhiên liệu cồn, ngồi phụ thuộc phần động sử dụng để thử nghiệm chế tạo cho nhiên liệu xăng Hình 3.5: Biểu đồ đặc tính tiêu hao nhiên liệu ứng với loại nhiên liệu khác d Biểu đồ các chất ô nhiễm khí xả của các loại nhiên liệu ở chê độ 50% tải Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 39 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới Hình 3.6 Biểu đồ mức độ phát thải NOx loại nhiên liệu khác Hình 3.7 Biểu đồ mức độ phát thải CO loại nhiên liệu khác Hình 3.8 Biểu đồ mức độ phát thải CO2 loại nhiên liệu khác Các đồ thị hình 3.6, hình 3.7, hình 3.8 cho thấy nồng độ CO, CO2, NOx có khác biệt nhiều sử dụng loại nhiên liệu khác chúng có diễn biến phức tạp, tùy thuộc vào số vòng quay động Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cờn Page 40 Báo cáo mơn học Ơ tô sử dụng lượng mới Đặc biệt ý vào nồng độ NOx giảm đáng kể hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn, nồng độ CO2 CO thay phiên tăng hay giảm tùy thuộc vào số vòng quay động loại nhiên liệu sử dụng CHƯƠNG KẾT LUẬN VỀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kêt luận Việt Nam nước thiên nhiên ưu đãi, hội đủ nguồn tài nguyên lượng Tuy nhiên, khả khai thác, chế biến sử dụng nguồn tài nguyên lượng hạn chế Năng lượng nói chung nhiên liệu dùng cho cơng nghiệp giao thơng vận tải nói riêng đóng vai trò quan trọng tăng trưởng kinh tế nâng cao chất lượng sống người An ninh quốc gia, an ninh kinh tế gắn với an ninh lượng Vì an ninh lượng ln đặt lên vị trí quan trọng hàng đầu quốc gia chiến lược phát triển bền vững Công nghệ sản xuất ethanol, dầu mỡ động thực vật pha chế nhiên liệu sinh học không phức tạp cơng nghệ lọc hố dầu suất đầu tư thấp nhiều, sản xuất với qui mơ khác nhau: từ hộ gia đình, cụm gia đình, qui mơ tương đối nhỏ đến qui mơ lớn, cung cấp nhiên liệu với qui mơ khác Sử dụng nhiên liệu sinh học thuận tiện đơn giản bên cạnh dạng nhiên liệu khác, sử dụng xăng pha ethanol xăng khoáng lẫn lộn thay cho được, không cần phải thay đổi hoán cải động mạng lưới phân phối có 4.2 Hướng phát triển Việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học trở thành xu phát Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 41 Báo cáo môn học Ô tô sử dụng lượng mới triển tất yếu nhiều quốc gia toàn cầu để thay dần xăng dầu khoáng thập kỷ tới Dự báo cuối kỷ 21, lượng tái tạo (mặt trời, gió, địa nhiệt, thuỷ điện nhỏ, nhiên liệu sinh học) chiếm 50% lượng thương mại 4.3 Chủ trương thay thê Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đảm bảo an ninh lượng lâu dài phát triển bền vững, nhiều quốc gia vòng - thập kỷ qua tập trung nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học (xăng/diesel pha ethanol diesel sinh học), thay phần xăng, dầu khoáng, tiến tới xây dựng ngành “xăng dầu sạch” quốc gia Hiện có khoảng 50 nước giới khai thác sử dụng nhiên liệu sinh học mức độ khác Năm 2008 toàn giới sản xuất khoảng 38 tỷ lít ethanol đến năm 2012 sản xuất 50 tỷ lít ethanol (trong 75% dùng làm nhiên liệu sinh học) dự kiến đến 2018 khoảng 80 tỷ lít ethanol Diesel sinh học nguồn gốc động thực vật sản xuất năm 2015 đạt triệu dự kiến đến năm 2020 tăng lên đến 20 triệu 4.4 Phát triển vùng cung cấp nguyên liệu để sản xuất cồn Theo chiến lược phát triển nông nghiệp nông thôn Việt Nam đến năm 2020 dự báo khả mở rộng đất nông nghiệp tối đa 1,0 triệu lúa nước 127,9 ngàn ha, ngắn ngày 362,4 ngàn Các vùng sinh thái nông nghiệp Tây Nguyên, Đồng sông Cửu Long, Duyên hải Nam Trung Bộ có khu vực mở rộng ngắn ngày tương đối tập trung Các vùng sinh thái nơng nghiệp Đơng Bắc, Bắc Hồng Liên Sơn, Tây Bắc, Duyên hải Bắc Trung Bộ có diện tích đất mở rộng cho ngắn ngày phân tán Phương hướng phát triển cho vùng kinh tế có liên quan đến nguyên liệu sản xuất cồn bao gồm: - Vùng Trung du miền núi Bắc Bộ: Thâm canh cao diện tích lúa nước, chuyển dần phần diện tích lúa nương rẫy suất thấp khơng ổn định sang Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 42 Báo cáo môn học Ô tô sử dụng lượng mới trồng màu cơng nghiệp có hiệu hơn, xây dựng nương thâm canh, mở rộng diện tích ngơ lai để tăng sản lượng lương thực góp phần giải nhu cầu chỗ Lúa đạt 668,9 ngàn ha, sản lượng 4,1 triệu Ngô đạt 390 ngàn ha, sản lượng 1,45 triệu - Vùng Đồng Sông Hồng: Tiếp tục phát triển theo hướng thâm canh, tăng suất lúa Năm 2010 mục tiêu đạt 7,2 triệu lúa, diện tích trồng ngơ đạt 200 ngàn ha, sản lượng ngơ đạt 800 ngàn - Vùng Duyên hải Bắc Trung Bộ: Quản lý tốt diện tích đất lúa, bước chuyển diện tích sản xuất cho suất thấp sang trồng ăn có hiệu Năm 2010 diện tích lúa đạt 679 ngàn ha, sản lượng 3,1 triệu tấn, diện tích ngơ đạt 140 ngàn ha, sản lượng 595 ngàn Hình thành vùng ngun liệu mía công nghiệp cho nhà máy tỉnh Thanh Hố, Nghệ An chiếm tỷ trọng cao (gần 70% tồn vùng) Diện tích năm 2010 đạt 79,1 ngàn ha, sản lượng 5,9 triệu - Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ: Về an ninh lương thực tiếp tục chuyển đổi cấu mùa vụ, kết hợp biện pháp giống thâm canh để đưa sản xuất lương thực vào ổn định có tăng trưởng Đến năm 2010 diện tích gieo trồng lúa đạt 516,8 ngàn ha, sản lượng 2,7 triệu tấn; ngô 70 ngàn ha, sản lượng 257,6 ngàn Mía chủ lực cấu trồng vùng Tập trung xây dựng vùng nguyên liệu ổn định có suất cao nhằm hạ giá thành sản xuất, tăng sức cạnh tranh Quy mơ diện tích đến năm 2010 81,4 ngàn ha, sản lượng 5,3 triệu - Vùng Tây Nguyên: Tận dụng triệt để diện tích lúa nước có, mở rộng diện tích ngơ lai Đến năm 2010 diện tích lúa vùng đạt 193,5 ngàn ha, ngơ đạt 150 ngàn Phấn đấu đến năm 2010 diện tích mía tồn vùng đạt 36 ngàn ha, tập trung tỉnh Ga Lai, Đắc lắc Mía thâm canh đạt suất 70- Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 43 Báo cáo môn học Ô tô sử dụng lượng mới 80 tấn/ha - Vùng Đơng Nam Bộ: Diện tích lúa đạt 300 ngàn sản lượng đạt 1,3 triệu đến năm 2010 Ngơ đạt diện tích 150 ngàn ha, sản lượng 601 ngàn Mía phấn đấu đạt 75 tấn/ha, diện tích 40 ngàn - Vùng Đồng Sông Cửu Long: Lương thực phát triển mức độ định Diện tích khoảng 3.898,8 ngàn ha, sản lượng 19,3 triệu Phát triển 100 ngàn ngô sản lượng 549 ngàn tấn, vùng nguyên liệu mía đường, thâm canh tăng suất 80 ngàn đạt sản lượng 5,6 triệu mía đường - Chiến lược phát triển mía nói chung vừa tập trung xây dựng vùng nguyên liệu giống thâm canh Tập trung chủ yếu địa bàn tỉnh Trung du Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ Cải tạo thay giống mía thối hố giống suất mía hàm lượng đường cao ROC1, ROC10, Quế đường 11, Việt đường số giống khác, mở rộng vùng mía đất đồi, đất phèn Hình thành vùng mía tập trung quanh nhà máy (cự ly 30km) Hình thành khu cơng nghiệp chế biến đường tập trung Ninh Bình – Thanh Hố, Quảng Ngãi – Bình Định, Phú n Tây Ninh Đến năm 2010 diện tích mía nước đạt 356,5 ngàn ha, sản lượng 20 triệu mía TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Bá Nha (2014), Tài liệu giảng dạy môn ô tô sử dụng lượng mới, Trường Đại học Trà Vinh [2] Hội đồng khoa học sách quốc gia - Nhiên liệu sinh học Việt Nam, Tiềm hội phát triển – NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [3] Quyết định 177/2007/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 44 Báo cáo mơn học Ơ tơ sử dụng lượng mới [4] Quyết định 53/2012/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ việc Ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống [5] Văn Thị Bơng (2001), Bài giảng Ơ tơ sử dụng lượng mới, ĐHBK TpHCM [6] Hakan Bayraktar (2005), Experimental and theoretical investigation of using gasoline-ethanol blends in spark-ignition engines, Renewable Energy 30 17331747 [7] http://agro.gov.vn, Một số định hướng sách đầu tư phát triển sử dụng nhiên liệu sinh học việt nam [8] http://nhandan.com.vn, Nhiên liệu sinh học sử dụng phổ biến giới [9] Poulos S.G, Heywood G.B (1983), The Effect of Chamber Geometry on Spark-Ignition Engine Combustion, SAE Paper 830334 [10] AVL-List GmbH (2011), BOOST v.2011.1 Theory, Hans-List-Platz 1, A-8020 Graz, Austria [11] AVL-List GmbH (2011), BOOST v.2011.1 Users Guide, Hans-List-Platz 1, A8020 Graz, Austria Nghiên cứu ứng dụng động sử dụng nhiên liệu cồn Page 45