thấy phát th i HC gi m trung bình trong kho ng t ả ả ả ừ 22,5% đến 33,1%. Trong khi đó, phát th i NOả x gia tăng, từ 5,58% đến 25,97% so v i khi s d ng nhiên li u diesel. ớ ử ụ ệ Các thông s cố ủa đặc tính cháy của động cơ nhƣ thời gian cháy tr , nhiễ ệt độ và áp suất buồng cháy, tốc đ ỏa nhiệt cũng đã đƣợc nghiên cứộ t u trên nhi u loề ại nhiên liệu khác nhau.
Zhang và Van Gerpen [34] nghiên cứu so sánh khi s d ng diesel sinh h c và ử ụ ọ
diesel tăng áp, 4 xylanh. Họ nh n th y, khi s d ng diesel sinh h c và h n hậ ấ ử ụ ọ ỗ ợp nhiên li u pha nói trên làm cho quá trình cháy tr rút ng n lệ ễ ắ ại trong khi các đặc tính cháy khác gần tƣơng tự nhƣ khi sử ụ d ng nhiên li u diesel. ệ
S.Sinha and A.K.Agarwal [35] nghiên cứu đặc tính cháy của động cơ diesel 4 kỳ, 4 xylanh, không tăng áp cho nhiên liệu diesel (B0) và nhiên li u diesel sinh hệ ọc ngu n g c t cám g o v i các tồ ố ừ ạ ớ ỷ l 10%, 20% và 100%. Th c nghiệ ự ệm đƣợc tiến hành ở chế độ 50% t i tả ại 1400 v/ph (Hình 1.11).
Hình 1.11 c tính cháy c a nhiên li u th nghi m [35]
K t qu cho th y áp suế ả ấ ất đỉnh và tốc độ ỏ t a nhi t l n nh t c a nhiên li u diesel ệ ớ ấ ủ ệ cao nhất, sau đó thấp d n khi t l pha tr n diesel sinh hầ ỷ ệ ộ ọc tăng lên. Trong khi đó, thời điểm b t d u cháy c a nhiên li u diesel mu n nh t và s m nh t là nhiên li u ắ ầ ủ ệ ộ ấ ớ ấ ệ B100. H u h t các nhà nghiên c u trên th gi i v diesel sinh hầ ế ứ ế ớ ề ọc đều có k t lu n ế ậ chung là tính ch t và ngu n g c c a nhiên li u có nh hu ng quyấ ồ ố ủ ệ ả ở ết định đến đặc
21
tính cũng nhƣ phát thả ủa động cơ. Lý do là các tính chấi c t nhiên li u khác nhau có ệ ảnh hƣởng khác nhau đến quá trình phun nhiên li u, hình thành h n h p và cháy ệ ỗ ợ trong động cơ diesel.
1.4.1.3. Nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel ệ
Hiện nay đã có mộ ốt s công trình nghiên c u v tính ch t h n h p nhiên li u ứ ề ấ ỗ ợ ệ diesel-ethanol-biodiesel cũng nhƣ khả năng sử ụ d ng h n hỗ ợp này trên động cơ diesel. M. Al-Hassan th c hi n nghiên c u v tính hòa tan c a h n h p diesel-ự ệ ứ ề ủ ỗ ợ ethanol-biodiesel và tính năng kinh tế ỹ k thuậ ủa động cơ diesel vớ ỗt c i h n h p này ợ [36 Nhiên li u diesel-]. ệ ethanol DE5, DE10, DE15, DE20 không b n và phân tách ề
pha sau 80, 24, 5 và 2 gi . Tuy nhiên khi tr n thêm 10% biodiesel, h n h p ờ ộ ỗ ợ DE10B10, DE15B10, DE20B10 có thời gian tách pha tăng lên đáng kể ớ, t i 9, 3 và 1 ngày tƣơng ứng v i h n h p DE10, DE15, DE20ớ ỗ ợ . Đố ớ ỗi v i h n h p ợ DE5B10 thì hầu nhƣ không có sự phân tách pha. Th nghi m các h n h p diesel-ethanol-biodiesel ử ệ ỗ ợ trên động cơ diesel 1 xylanh có dung tích xylanh 1,433 lít, công suất 8 mã l c. K t ự ế qu cho th y v công su t ả ấ ề ấ động cơ không thay đổi khi s d ng DE5ử ụ B10, và công suất gi m khi s d ng ả ử ụ DE10B10, DE15B10, DE20B10. Suất tiêu hao nhiên li u có ệ xu hƣớng tăng khi tăng tỷ ệ l ethanol và hi u su t nhiệ ấ ệt tăng với DE5B10, DE10B10 và gi m v i DE15ả ớ B10, DE20B10 (Hình 1.12). K t qu cho th y h n h p DE5B10, ế ả ấ ỗ ợ DE10B10 phù hợp để làm nhiên liệu cho động cơ diesel.
Hình 1.12. Công su t, su t tiêu hao nhiên li u và hi u su t nhi t c a nhiên li u th nghi m 6] [3
Su Han Park [37] nghiên c u ứ thử nghi m v i các lo i nhiên ệ ớ ạ liệu diesel, DE10B5, DE20B5, DE30B5 trong đó biodiesel có nguồn gố ừ ầc t d u c , th nghi m ọ ử ệ
22
trên động cơ diesel 1 xylanh, phun trực ti p, s d ng h th ng luân h i khí x ế ử ụ ệ ố ồ ả (EGR). K t qu cho th y khi s d ng h n h p nhiên li u DE10B5, DE20B5, ế ả ấ ử ụ ỗ ợ ệ DE30B5 quá trình cháy tƣơng tự so v i s d ng nhiên li u ớ ử ụ ệ diesel, hàm lƣợng muội than, CO và NOx u gi m. đề ả
Qiang Fang [38] nghiên c u so sánh khi s d ng diesel, diesel-biodiesel ứ ử ụ DB10, ỗh n h p nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel Dợ ệ E10B10 và DE20B10 ới v biodiesel có ngu n g c t dồ ố ừ ầu ăn phế thả trên động cơ diesel 4 xylanh ử ụi , s d ng h ệ thống phun nhiên li u ki u common rail (Hình 1.13). Có ể ấệ ể th th y r ng áp su t phun ằ ấ c a các h n h p nhiên li u có hình dủ ỗ ợ ệ ạng tƣơng tự nhau, áp suất đỉnh của DE10B10
và DE20B10 thấp hơn so với nhiên li u diesel truyệ ền th ng và DB10 có áp su t ố ấ đỉnh cao hơn một chút. Tốc độ ỏ t a nhi t l n nhệ ớ ất tăng cùng vớ ự tăng tỷ ệi s l ethanol
trong nhiên li u h n h p và xu t hiệ ỗ ợ ấ ện xa ĐCT hơn, thời điểm bắt đầu cháy của diesel và DB10 là sớm hơn DE10B10 và DE20B10. Do s ự gia tăng về hàm lƣợng ô xy trong nhiên li u, s ệ ự gia tăng về trị ố s Xê tan nên quá trình cháy tr ễ dài hơn, dẫn đế ốn t c đ gi i phóng nhi t tộ ả ệ ối đa cao hơn.
Hình 1.13. So sánh áp su t cháy và t t a nhi t c a diesel, DB10, DE10B10, DE20B10[38]
X. Shi 9[3 ] thử nghi m v i các lo i nhiên li u g m B20, DE3B12ệ ớ ạ ệ ồ , DE4B16, trong đó biodiesel có gố ừ ầu đậu nành, trên động cơ diesel 4 xylanh, phun trực t d c tiếp, Euro II. Các k t qu c ể đã đƣợế ả ụ th c th hi n trên Hình 1.14. S có m t c a ô ể ệ ự ặ ủ xy trong các nhiên li u h n hệ ỗ ợp đã cải thiện đáng kể chất lƣợng khí thải đặc bi t là ệ phát th i PM, có th gi m t i 48% v i nhiên li u DE4B16. NOả ể ả ớ ớ ệ x có xu hƣớng tăng v i mớ ức tăng lớn nhất lên đến 32%. Thành ph n CO giầ ảm và HC tăng khi sử ụ d ng h n h p nhiên li u sinh hỗ ợ ệ ọc, đƣợc cho là do ảnh hƣởng c a ethanol trong h n h p. ủ ỗ ợ Dù v y, s d ng h n h p diesel-ethanol-biodiesel là giậ ử ụ ỗ ợ ải pháp đáng quan tâm để gi m PM và có th nghiên c u các giả ể ứ ải pháp khác để kh c phắ ục các nhƣợc điểm còn t n tồ ại, nhƣ xử lý khí thải để ả gi m NOx và HC.
23
Hình 1.14. Phát th i c a nhiên li u diesel, B5, B20, DE3B12 và DE4B16 t i 100% t i [39]
T. Krishnaswamy [40 nghiên c u h n h p ] ứ ỗ ợ DE15, DE10B10 và DE15B20 trong đó biodiesel có nguồn g c t Jatropha, th y r ng các h n hố ừ ấ ằ ỗ ợp này có độ nh t ớ
tƣơng tự nhƣ diesel và có độ ề b n tách pha tốt hơn hỗn h p diesel-ợ ethanol Th . ử nghiệm trên động cơ diesel 4 xylanh có sử ụ d ng b x lý xúc tác ôxy hóa cho thấy ộ ử suất tiêu hao nhiên liệu tăng nhẹ (do nhi t tr h n h p gi m) và hi u su t nhiệ ị ỗ ợ ả ệ ấ ệt tăng lên, phát thải độ khói và NOx u giđề ảm, trong khi HC và CO tăng nhẹ ở các ch ế độ tải nhẹ (Hình 1.15).
24
Hình 1.15 Phát th. i c a nhiên li u diesel, DE15, DE10B10 và DE15B20 [40] Czerwinski [41] nghiên c u s d ng h n h p nhiên li u diesel pha 30% ứ ử ụ ỗ ợ ệ ethanol và 15% biodiesel t d u hừ ầ ạt cải, th nghiử ệm trên động cơ diesel bốn xy lanh phun tr c ti p. K t qu cho th y khi thêm ethanol s làm cho nhiự ế ế ả ấ ẽ ệt độ cháy giảm, phát th i NOả x, HC, CO, PM gi m toàn tả ở ải, tuy nhiên lƣợng CO và HC tăng tạ ải i t nh và tỏ ốc độ thấp.
Nadir Yilmaz 2[4 ] thử nghi m v i tệ ớ ỷ l ệ phối trộn cao hơn, DE10B45 và DE20B40 v biodiesel có ngu n g c t dới ồ ố ừ ầu đậu nành trên động cơ diesel 2 xylanh, phun tr c ti p t i cùng ch ự ế ạ ế độ ải t cho th y v i h n h p nhiên li u su t tiêu hao ấ ớ ỗ ợ ệ ấ
nhiên liệu tăng, phát thải HC và CO tăng trong khi NOx giảm khi tăng nồng độ ethanol. Nhƣ vậy h n h p diesel-ethanol-biodiesel có th là gi i pháp tỗ ợ ể ả ốt để gi m ả NOx, tuy nhiên chất lƣợng khí th i nói chung ph u c nhi u vào ch làm viả ụ th ộ ề ế độ ệc của động cơ và tỷ l ệ trộn ethanol.
Nhƣ vậy, các công trình nghiên c u ứ ở nƣớc ngoài đã phần nào cho th y kh ấ ả năng sử ụ d ng h n h p nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel làm nhiên liỗ ợ ệ ệu cho động cơ diesel. Nhìn chung h n h p nhiên li u diesel-ỗ ợ ệ ethanol-biodiesel có độ nhớt tƣơng
t ự nhƣ diesel và có độ ề b n tách pha tốt hơn hỗn h p diesel-ợ ethanol. Động cơ sử
d ng h n h p nhiên li u này v i t l ph i tr n biodiesel và ethanol nh ụ ỗ ợ ệ ớ ỷ ệ ố ộ ỏ ít ảnh hƣởng tới tính năng kỹ thuật động cơ. Tuy nhiên, các nghiên c u ứ khác nhau đƣa ra xu hƣớng và mức độ ảnh hƣởng t i chớ ất lƣợng khí thải khác nhau, đặc bi t là mu i ệ ộ than và PM. Điều này cho thấy ảnh hƣởng c a h n h p nhiên li u t i chủ ỗ ợ ệ ớ ất lƣợng khí
thải ph ụ thuộc vào ngu n g c nhiên li u sinh h c, t l ph i tr n các nhiên li u ồ ố ệ ọ ỷ ệ ố ộ ệ thành ph n, k t c u, chầ ế ấ ất lƣợng và điều ki n làm vi c c ệ ệ ụ thể ủa động cơ. c Ngoài ra, những công trình nói trên chƣa đƣa ra đƣợc phƣơng pháp nhằm xác định t l pha ỷ ệ h p lý ba thành ph n trong nhiên li u. ợ ầ ệ
1.4.2. Nghiên cứu trong nước
M t s công trình nghiên cộ ố ứu trong nƣớc đã đƣợc th c hi n nhự ệ ằm ứng d ng ụ NLSH thay th cho nhiên li u hóa th ch truy n th ng. ế ệ ạ ề ố
Nghiên c u c a tác gi Nguyứ ủ ả ễn Tuấn Nghĩa [43] đánh giá ảnh hƣởng c a ủ biodiessel s n xu t t i Vi t Nam n tính n ng kinh t - k ả ấ ạ ệ đế ă ế ỹ thuật và phát th i cả ủa
25
B10, B20 và B30 gi m so v diesel lả ới ần lƣợt 1,08%, 2,16% và 3,00%, trong khi đó suất tiêu hao nhiên li u tăng lệ ần lƣợt 1,21%, 2,45% và 3,40% (Hình 1.16). S suy ự gi m công su t là do nhi t tr c a biodiesel thả ấ ệ ị ủ ấp hơn, mặt khác do quá trình cháy tr ễ gi m nên x y ra quá trình v a cháy v a nén. Khi s d ng nhiên li u B10, B20 và ả ả ừ ừ ử ụ ệ B30 phát th i NOả x tăng 2,0%, 3,7% và 5,1%, độ khói gi m 5,6%, ,4%, 17,5% và ả 11 CO giảm 4,2%, 8,3% và 14,3% so v i s d ng nhiên li u diesel (Hình 1.17)ớ ử ụ ệ . Nghiên c u này ứ chƣa đề ập đế c n vấn đề ph i tr n thêm ethanol vào h n hố ộ ỗ ợp biodiesel.
Hình 1.16 e và gi Netheo t l diesel
Hình 1.17. Quan h gi a CO, HC, NOx khói và t l pha tr n diesel sinh h c [43]
Nguyễn Hoàng Vũ và cộng s [44] ự đã nghiên cứu v kh ề ả năng sử ụ d ng biodiesel B10, B20 cho phƣơng tiện cơ giới quân s . K t qu ự ế ả đã đánh giá ảnh hƣởng của B10, B20 đến các ch tiêu kinh t , k thu t, phát th i, mỉ ế ỹ ậ ả ức độ tƣơng thích v t li u c a B10 và B20; mậ ệ ủ ức độ ổn định của B10, B20 khi lƣu trữ dài hạn trên phƣơng tiện; tác động của B10, B20 đến đặc tính c a dủ ầu bôi trơn động cơ; tác động của B10, B20 đến mức độ mài mòn các chi ti t chính c a h th ng phun nhiên ế ủ ệ ố liệ và động cơ diesel.u
Nghiên c u c a tác gi ứ ủ ả Phạm H u Truy n [45] nâng cao tữ ề ỷ l nhiên li u sinh ệ ệ
h c bio-ethanol s d ng trên ọ ử ụ động cơ xăng t p trung nghiên c u ậ ứ ảnh hƣởng của xăng E10 đố ới phƣơng tiện ô tô con đang lƣu hành bai v o g m xe dùng ch hòa khí ồ ế và phun xăng điệ ử ớn t v i các thông s ố tính năng kỹthuật, phát thải và độ ề b n. Với các tỷ l c n ethanol lệ ồ ớn hơn ừt 10% t i 85%, nghiên c u này ch yớ ứ ủ ếu th c hi n mô ự ệ
26
phỏng mà chƣa tiến hành th c nghiự ệm, đồng thời cũng chƣa đề ập đế c n vấn đề ử s d ng cụ ồn ethanol cho động cơ diesel.
Công trình nghiên c u c a tác gi Lê Danh Quang [46 nghiên cứ ủ ả ] ứu ảnh hƣởng
của phụ gia nhiên li u sinh h c E10 và D Bệ ọ 5 đến các ch tiêu kinh t kỉ ế ỹ thu t cậ ủa động cơ cũng đã thự, c hi n th nghi m nhiên li u DE5 ệ ử ệ ệ trên động cơ diesel. Tuy nhiên đề tài này t p trung nghiên c u h ậ ứ ệ phụ gia cho nhiên liệu mà không đi sâu
nghiên c u v t l ứ ề ỷ ệ phối tr n ethanol trong nhiên liộ ệu cũng nhƣ hỗn h p diesel-ợ ethanol-biodiesel.
Công trình nghiên c u c a Nguyứ ủ ễn Thành B c [47 vắ ] nghiên c u chuyề ứ ển đổi động cơ diesel thành động cơ lƣ ng nhiên li u diesel-ỡ ệ ethanol, đã xây dựng mô hình điều khiển có xét đế ảnh hƣởn ng c a b ủ ộ điều tốc trên MHMP động cơ. Tuy nhiên,
chƣơng trình điều khi n này ch ể ỉ tính toán lƣợng phun c a diesel và ethano trên ủ l đƣờng n p theo t ng ch t i và tạ ừ ế độ ả ốc độ, chƣa xét nghiên c u v t l ph i tr n ứ ề ỷ ệ ố ộ ethanol trong nhiên liệu.
Nguy n Th Lễ ế ƣơng 8 nghiên c u th nghi m ph i tr n ethanol vào diesel [4 ] ứ ử ệ ố ộ v i tớ ỷ l ệ 5% và 10% và đánh giá ảnh hƣởng c a nhiên li u t i tính nủ ệ ớ ăng động cơ diesel 1 xylanh common rail. K t qu cho th y h n h p DE5,DE10 hế ả ấ ỗ ợ ầu nhƣ không ảnh hƣởng t i công su t và su t tiêu hao nhiên liớ ấ ấ ệu động cơ, tuy nhiên giúp giảm
đáng kể phát th i HC và CO trong khi NOả x tăng nhẹ so v i khi s d ng diesel ớ ử ụ khoáng (Hình 1.18, Hình 1.19).
Hình 1.18. Mô men và su t tiêu hao nhiên li u khi s d ng nhiên li u diesel, DE5, DE10 [48]
27
Hình 1.19. Phát th i CO, HC, NOxkhi s d ng nhiên li u diesel, DE5, DE10 [48] Có th thể ấy các nghiên cứu trong nƣớc đƣợc th c hi n h u hự ệ ầ ết đối với xăng sinh h c và diesel sinh h c, còn ít các nghiên c u ph i tr n ethanol v i diesel và ọ ọ ứ ố ộ ớ chƣa có nghiên cứu nào th c hi n ph i tr n h n h p diesel-ethanol-ự ệ ố ộ ỗ ợ biodiesel cũng nhƣ đánh giá tính năng k ỹthuật động cơ diesel khi sử ụ d ng h n h p này. ỗ ợ
1.5. Hƣớng ti p c n c a lu n án ế ậ ủ ậ
Nhằm th c hi n mự ệ ục tiêu tăng lƣợng tiêu th ethanol nêu ra ph n M u ụ ở ầ ở đầ c a lu n án b ng cách pha ethanol v i diesel khoáng và b ủ ậ ằ ớ ổ sung biodiesel nhƣ một ph gia c i thi n tính ch t nhiên liụ ả ệ ấ ệu và trên cơ sở nghiên c u tứ ổng quan NCS đƣa ra phƣơng pháp tiếp cận nhƣ sau. Đầu tiên NCS chọn động cơ nghiên cứu là động cơ diesel D4BB lắp trên xe t i nh Hyundai 1,25 s d ng nhi u Viả ẹ ử ụ ề ở ệt Nam đại di n ệ cho các loại động cơ diesel đang lƣu hành. Tiếp theo, căn cứ vào nh ng công trình ữ
đã công bố, NCS ch n m t s m u có t l pha diesel-ethanol-bioethanol khác ọ ộ ố ẫ ỷ ệ nhau, sau đó tiến hành nghiên c u mô ph ng b ng ph n m m AVL-ứ ỏ ằ ầ ề Boost để xác định các thông s ố tính năng và phát thả ủi c a động cơ làm cơ sở để xác đị nh t l pha ỷ ệ diesel-ethanol-bioethanol h p lý. ợ Cuối cùng, NCS tiến hành nghiên c u thứ ực nghiệm có đối chi u v i k t qu mô ph ng nhế ớ ế ả ỏ ằm đánh giá ảnh hƣởng c a h n hủ ỗ ợp nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel tệ ới tính năng kinh tế, k thu t và phát ỹ ậ thả ủa i c động cơ diesel đang lƣu hành và rút ra những k t lu n c n thi t. ế ậ ầ ế
1.6 K t lu n . ế ậ chƣơng 1
- Phối trộn ethanol vào diesel thông thƣờng cùng v i s có m t c a biodiesel ớ ự ặ ủ