b. Theo lượng nhiên liệu chu trình
3.5. Đánh giá kết quả thử nghiệm
3.5.1 Công suất
Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số IV được đưa ra trong Bảng (3.5) và Hình 3.8
Bảng 3.5 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số IV
Tốc độ (km/h)
Công suất (kw) Cải thiện công suất so với RON92 (%) RON 92 E10 45 12,702 12,989 2,26 50 14,329 14,560 1,61 55 15,806 16,185 2,40 65 18,917 19,267 1,85 75 23,504 23,779 1,17 Trung bình 1,86
68
Hình 3.8 Công suất xe Lanos tại tay số IV khi sử dụng RON92 và E10
Kết quả cho thấy, xét ở cùng tốc độ, xe chạy với nhiên liệu E10 cho công suất cao hơn với nhiên liệu RON92. Tính trung bình công suất động cơ tăng 1,86% khi sử dụng xăng E10. Mức tăng công suất lớn nhất đạt 2,4% ở tốc độ 55km/h của xe.
Tại tay số V cũng tương tự tay số IV, xét cùng một tốc độ công suất của xe khi sử dụng E10 lớn hơn RON 92
Bảng 3.6 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số V
Tốc độ (km/h)
Công suất (kw) Cải thiện công suất so với RON92 (%) RON 92 E10 60 13,804 13,996 1,39 65 15,09 15,348 1,71 70 16,115 16,437 2,00 80 18,42 18,561 0,77 90 21,209 21,382 0,82 Trung bình 1,34 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 45 50 55 65 75 Cô n g su ất (k W) Tốc độ (km/h) RON 92 E10
69
Hình 3.9 Mức độ cải thiện công suất xe Lanos (%) tại tay số V so với RON92
3.5.2 Mức tiêu hao nhiên liệu
Kết quả tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số IV được thể hiện trong Bảng 3.7.
Bảng 3.7 Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số IV
Tốc độ (km)
Tiêu thụ nhiên liệu (kg/h) Tiêu thụ nhiên liệu tăng so với E0 % RON 92 E10 45 4,413 4,493 2% 50 4,945 5,046 2% 55 5,387 5,495 2% 65 6,431 6,497 1% 75 7,657 7,767 1% 0 5 10 15 20 25 60 65 70 80 90 Cô n g su ất (k W) Tốc độ (km/h) Ron92 E10
70
Hình 3.10Mức tiêu thụ nhiên liệu ở tay số IV
Kết quả trong Bảng 3.7 cho thấy, lượng tiêu hao nhiên liệu tại tay số IV trong trường hợp sử dụng xăng RON92 và xăng sinh học E10 là xấp xỉ nhau.
Kết quả lượng tiêu thụ nhiên liệu ở tay số V được thể hiện trong Bảng (3.8).
Bảng 3.8. Tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos tại tay số V
0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 45 50 55 65 75 M ức ti êu t h ụ n h iên li ệu (kg /h ) Tốcđộ(Km/h) RON 92 E10 Tốc độ (km/h)
Tiêu thụ nhiên liệu (kg/h) Tiêu thụ nhiên liệu tăng so với E0 % RON 92 E10 60 4,707 4,727 0% 65 5,058 5,128 1% 70 5,402 5,531 2% 80 6,021 6,135 2% 90 6,913 7,129 3%
71
Hình 3.11Mức tiêu thụ nhiên liệu ở tay số V
Kết quả trong Bảng 3.8 cho thấy, lượng tiêu hao nhiên liệu tại tay số V trong trường hợp sử dụng xăng RON92 và xăng sinh học E10 là xấp xỉ nhau.
Nhằm đánh giá rõ nét hơn tác động của tỷ lệ Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu đến tính năng kinh tế và hiệu quả của động cơ, chỉ tiêu suất tiêu thụ nhiên liệu được sử dụng. Bảng 3.7. và Bảng 3.8. thể hiện suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe Lanos khi vận hành theo tay số IV và V.
Kết quả cho thấy suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe Lanos sử dụng nhiên liệu E10 tương đương với trường hợp sử dụng xăng RON92.
3.5.3 Tăng tốc và khởi động
Khả năng tăng tốc được thể hiện thông qua thời gian tăng tốc từ 20km/h đến 80km/h tại tay số V với bướm ga mở 100%.
Gia tốc của xe Lanos khi chạy với 2 loại nhiên liệu RON 92, E10. Kết quả là: Xe chạy với nhiên liệu E10 có khả năng tăng tốc cao hơn nhiều so với nhiên liệu RON92 (Hình 3.12). 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 60 65 70 80 90 M ứ c tiêu t h ụ n h iê n li ệ u (k g/ h ) Tốc độ (km/h) RON 92 E10
72
Hình 3.12 Thời gian tăng tốc 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos
Khả năng khởi động của ôtô không có nhiều thay đổi so với khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92. Tuy nhiên, ở trạng thái khởi động lạnh, khi nhiệt độ môi trường thấp và tỷ lệ Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học cao hơn 10%, thời gian khởi động có thể phải kéo dài hơn so với khi sử dụng xăng RON92.
3.5.4 Phát thải
Kết quả đo phát thải theo chu trình thử ECE 1505 của xe Lanos với các loại nhiên liệu được thể hiện trong Bảng 3.9
Bảng 3.9 Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505
Thành phần
Phát thải Cải thiện so với trường hợp RON92 (%) RON 92 E10 CO (g/km) 73,071 68,245 6.6 CO2 (g/km) 180,767 187,999 -4.0 HC (g/km) 24,259 22,782 6.1 NOx (g/km) 1,565 1,707 -9.1 FC(l/100km) 16,100 15,969 0.8
73
Hình 3.13 Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505
a) Phát thải CO
CO là sản phẩm cháy của Cacbon trong điều kiện thiếu oxy, CO ở dạng khí không màu, không mùi. Khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của Hemoglobin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp oxy cho cơ thể. CO rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gây cho con người tử vong. Như ta đã biết, khi động cơ ở chế độ toàn tải thì nồng độ CO lớn do λ < 1. Khi đó thì hỗn hợp thiếu O2, dẫn đến cacbon trong nhiên liệu không được phản ứng tiếp để chuyển CO thành CO2, vì vậy nồng độ của CO là rất cao.
Khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn thì do trong cồn Ethanol đã có nguyên tử oxy, vì vậy khả năng hình thành CO2 là cao hơn so với khi sử dụng xăng thuần tuý. Trong mô hình này lý do nêu trên dẫn tới CO giảm mạnh nhờ việc giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp, khi đó hệ số dư lượng không khí λ sẽ tăng lên,
0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 CO (g/km) CO2 (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) FC(l/100km) RON92 E10
74
hỗn hợp nhạt đi, có nhiều oxy hơn, khả năng CO bị oxy hoá thành CO2 tốt hơn. Vì
vậy, khi tăng tỉ lệ Ethanol trong nhiên liệu thì nồng độ CO càng giảm, tuy nhiên nếu tỉ lệ Ethanol quá lớn cũng dẫn đến CO lại tăng lên do khả năng cháy kém đi.
b) Phát thải HC
HC là các loại Hydrocacbon có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải. Hydrocacbon có rất nhiều loại, mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau nên không thể đánh giá chung một cách trực tiếp. Các Hydrocacbon thơm thường rất độc, ví dụ như Hydrocacbon có nhân Benzen có thể gây ung thư. Hydrocacbon tồn tại trong khí quyển còn gây sương mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc đường hô hấp.
Nếu hỗn hợp quá nhạt hoặc quá đậm thì nhiên liệu cũng không thể cháy được, dẫn đến HC tăng. Theo [13] HC thấp nhất ở λ từ 1,2 đến 1,25, vì vậy khi bổ sung Ethanol vào trong nhiên liệu thì HC sẽ giảm khi ở chế độ toàn tải. Tuy nhiên nếu lượng Ethanol quá nhiều thì cũng dẫn đến λ nằm ngoài vùng trên, lúc đó HC lại tăng lên.
c) Phát thải NOx
Khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn thì hỗn hợp nhạt đi, với tỷ lệ Ethanol chiếm khoảng 20% thể tích thì ở nằm lân cận vùng 1,05 – 1,1. Vì vậy khi sử dụng E10 thì NOx rất cao. Qua đồ thị nhiệt độ trong xylanh theo góc quay của trục khuỷu thì ta thấy nhiệt độ trong xylanh khi sử dụng nhiên liệu E10 thấp hơn khi sử dụng E0 ở xung quanh điểm chết trên. Tuy nhiên do tình trạng cháy rớt của nhiên liệu xăng pha cồn nhiều hơn của xăng nên nhiệt độ đỉnh của động cơ sử dụng xăng pha cồn vẫn cao hơn, điều này khiến cho NOx khi sử dụng E10 cao hơn khi sử dụng xăng thông thường. NOx là sản phẩm của quá trình Oxy hoá Nitơ trong không khí trong điều kiện nhiệt độ cao. Do Nitơ có nhiều hoá trị nên Oxyt nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOx. Trong khí thải động cơ thì NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu
75
độ oxy của hỗn hợp) và nhiệt độ cháy, đạt giá trị cực đại ở 1,05-1,1 [13]. Tại đây, nhiệt độ quá trình cháy đủ lớn để tạo thành Oxy và Nitơ nguyên tử có tính năng hoạt hoá cao và cũng tại đây nồng độ Oxy đủ lớn đảm bảo cho phản ứng, do đó NOx đạt cực đại. Trong thành phần khí thải động cơ xăng thì NO chiếm phần lớn (90 - 98%) và tuỳ thuộc vào λ.
Khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn thì hỗn hợp nhạt đi, với tỉ lệ Ethanol chiếm khoảng 20% thể tích thì λ nằm lân cận vùng 1,05 - 1,1
Kết quả đối với xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, phát thải CO, HC được cải thiện đối với nhiên liệu E10, tương ứng với nó là mức phát thải NOx và CO2 có tăng lên tuy nhiên mức chênh lệch là không đáng kể.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Kết quả thử nghiệm trên băng thử với ô tô phun xăng điện tử:
- Khi sử dụng E10 công suất tăng nhỏ, trung bình tăng 1,86% tại tay số IV và 1,34% tại tay số V, điều đó cho thấy rằng tính năng công suất của động cơ đã được cải thiện
- Khi sử dụng E10 khả năng khởi động lạnh và khởi động nóng tương tự như với RON 92
- Khả năng tăng tốc của xe không bị ảnh hưởng
- Khi sử dụng E10, hàm lượng CO, HC giảm tương ứng 6,6% và 6,1%, NOx và
76
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
* Kết luận chung
- Luận văn đã nghiên cứu khái quát về Ethanol và xăng sinh học từ tính chất ly hóa, nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất và quy trình phối trộn giữa Ethanol và xăng thị trường.
- Lý thuyết về các tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ đã được trình bày trong khuôn khổ của luận văn, làm cơ sở cho việc xây dựng các đặc tính của động cơ sử dụng xăng sinh học E10.
- Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xăng sinh học E10 trên ôtô Daewoo Lanos đời 2001 sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử cho thấy nhiều ưu điểm đối với tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe. Cụ thể:
+ Công suất tăng trung bình 1,86% + Suất tiêu thụ nhiên liệu xấp bằng nhau
+ Các thành phần phát thải như hàm lượng CO, HC giảm tương ứng 6,6% và 6,1%, NOx và CO2 tăng tương ứng 9,1% và 4,0%. Tuy nhiên phát thải NOx tăng 9.1% làdo quá trình cháy được cải thiện
* Phương hướng phát triển
Trong thời gian tới, nghiên cứu cần được tiếp tục với các nội dung liên quan đến: + Nghiên cứu sử dụng xăng E10 trên các loại phương tiện khác.
+ Tương thích vật liệu của động cơ với xăng sinh học có tỷ lệ Ethanol E100 lớn hơn 10%.
+ Nghiên cứu điều chỉnh hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa và hỗ trợ khởi động lạnh đối với động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ Ethanol E100 lớn hơn 10%.
77
độ bền và tuổi thọ của các động cơ đời cũ hiện đang lưu hành trên thị trường Việt Nam.
78
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Văn Đông, Khả năng giảm phát thải CO2 ở Việt Nam nhờ sản xuất điện năng bằng Biogas, Tạp chí khoa học và công nghệ, đại học Đà Nẵng, số 1(30), 2009.
[2] Cù Việt Cường. Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học có pha Ethanol và một số hợp chất có nguồn gốc dầu thực vật. Đề tài độc lập cấp nhà nước, 2004. [3] J.Y. Oldshue, N.R. Herbst, Hướng dẫn khuấy trộn chất lỏng, Nhà xuất bản Khoa học
Kỹ thuật, 1995.
[4] Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn, 2009, Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha ethanol E5 và E10 đến tính năng và phát thải độc hại của xe máy và xe con đang lưu hành ở Việt Nam, Tạp chí KHCN các trường đại học, số 73B, tr. 98-104.
[5] PGS. TS. Đinh Thị Ngọ, TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng, “Nhiên liệu sạch và các quá trình xử lý RON92 hóa dầu”, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[6] PGS. TS. Lê Anh Tuấn, “Thử nghiệm nhiên liệu gasohol E5 và E10 trên ôtô và xe máy”, Báo cáo kết quả hợp đồng số: 05-07/HĐ/ĐHBK-PTN ĐCĐT.
[7] Phạm Minh Tuấn, Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[8] Phạm Minh Tuấn, Lý thuyết động cơ đốt trong, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008. [9] QCVN 1: 2009/BKHCN, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel
và nhiên liệu sinh học”.
[10] Thủ Tướng Chính Phủ, 2007, Quyết định 177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”.