7. Nội dung nghiên cứu
1.4.1. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ xăng
Tình hình nghiên cứu trong nước
Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng ethanol cho động cơ xăng, trong đó có thể kể đến nghiên cứu “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” với nhiên liệu E5 (5% ethanol, 95% xăng Mogas92) và E10 (10% ethanol, 90% xăng Mogas92) đối chứng với xăng Mogas92. Động cơ ô tô thực nghiệm là Ford Laser Ghia 1.8 và động cơ xe máy là HonDa Super Dream 100cc. Theo nghiên cứu này hỗn hợp xăng-ethanol được hòa trộn sẵn và có ưu điểm là không phải thay đổi về kết cấu động cơ.
Kết quả cho thấy công suất động cơ ô tô tăng khi tỷ lệ ethanol thay thế tăng. Suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ ô tô tại tốc độ bình thường trong trường hợp có ethanol ít hơn khi dùng xăng Mogas92.
Về các thành phần phát thải, nghiên cứu cũng cho thấy phát thải CO giảm khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế. Phát thải HC cũng ít hơn khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế, đặc biệt tại tốc độ cao. Phát thải NOx tăng khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế còn phát thải CO2 tăng khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế, đặc biệt tại tốc độ cao.
Cụ thể khi sử dụng xăng E5 và E10 cho động cơ xe máy và động cơ ô tô, công suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu được cải thiện tương ứng 6,5% và 6,37% cho động cơ xe máy, cải thiện tương ứng 6,36% và 5,18% cho động cơ ô tô khi so sánh với trường hợp sử dụng xăng Moga92.
Phát thải CO và HC giảm đáng kể lần lượt là 33,74% và 18,62% đối với động cơ ô tô, 16,06% và 21% đối với động cơ xe máy. Trong khí đó, phát thải NOx và khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 đều tăng lên 21,58% và 3,79% đối với động cơ ô tô, tăng 31,67% và 11,64% đối với động cơ xe máy.
Bên cạnh đó trong nội dung luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Hữu Truyền (2014) với đề tài “Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio-ethanol sử dụng trên động cơ xăng”, theo nghiên cứu này hỗn hợp xăng- ethanol cũng được hòa trộn sẵn và có ưu điểm là không phải thay đổi về kết cấu động cơ. Cho thấy, khi sử dụng nhiên liệu E10, E15 và E20 kết quả đo công suất và tỷ lệ cải thiện công suất xe Lanos so với trường hợp sử dụng xăng RON92 tại tay số IV và V cho thấy xét trên toàn dải tốc độ, xe chạy với nhiên liệu E10 cho công suất tương đương nhiên liệu RON92, tuy nhiên ở tốc độ thấp công suất E10 nhỏ hơn RON92, nhưng ở tốc độ cao E10 cho công suất lớn hơn. Suất tiêu thụ nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu E10, E15, E20 lớn hơn so với trường hợp sử dụng xăng RON92. Phát thải xe Lanos tại tay số V cho thấy đối với xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, tính trung bình trên toàn dải tốc độ thử nghiệm, phát thải CO, HC được cải thiện đối với nhiên liệu E10, tương ứng với nó là mức phát thải NOx và CO2 tăng lên. Tuy nhiên với xăng E15 và E20, CO vẫn giảm nhưng HC có xu hướng tăng lên.
Kết quả đo công suất xe Corrola tại tay số IV và tay số V đối với động cơ ô tô sử dụng bộ chế hòa khí, công suất của động cơ tăng lên khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20. Công suất cao nhất của động cơ đạt được đối với nhiên liệu E15, tiếp sau đó là E10. Suất tiêu thụ nhiên liệu khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 được cải thiện đáng kể so với xăng RON92. Phát thải CO, HC cải thiện, sự cải thiện các thành phần phát thải CO và HC càng lớn khi tăng tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học.
Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Hsieh và các cộng sự [21] đã nghiên cứu thực nghiệm về đặc tính động cơ và phát thải của động cơ xăng sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline-ethanol hòa trộn sẵn với tỷ lệ ethanol thay thế lần lượt là 5%, 10%, 20% và 30%. Kết quả chỉ ra rằng khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế thì nhiệt trị của hỗn hợp giảm và
trị số octane của hỗn hợp nhiên liệu tăng. Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline-ethanol hòa trộn sẵn thì mô men động cơ và tiêu hao nhiên liệu tăng không đáng kể.
Abdel-Rahman và các cộng sự [22] đã thực nghiệm trên động cơ có tỷ số nén thay đổi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline-ethanol hòa trộn sẵn có tỷ lệ ethanol thay thế tới 40%. Công suất động cơ tăng lên khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế đến 10% tại tỷ số nén động cơ bằng 10:1. Tỷ số nén tốt nhất là 10, 11, 12 tương ứng với tỷ lệ ethanol thay thế lần lượt là 20%, 30% và 40%, đồng thời công suất chỉ thị của động cơ đạt lớn nhất.
Nghiên cứu thực nghiệm của Al-Hasan [23] về ảnh hưởng của việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline-ethanol hòa trộn sẵn đến tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng. Kết quả chỉ ra rằng khi có ethanol thì làm tăng công suất có ích, hiệu suất nhiệt có ích, hiệu suất nạp và tiêu hao nhiên liệu tương ứng lần lượt là 8,3%; 9,0%; 7,0% và 5,7%. Kết quả tốt nhất của tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ đạt được tương ứng với tỷ lệ ethanol thay thế bằng 20%.
Wu và các công sự [24] đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ không khí - nhiên liệu đến tính năng kỹ thuật và phát thải ô nhiễm của động cơ xăng sử dụng lưỡng nhiên liệu gasoline- ethanol hòa trộn sẵn. Kết quả cho thấy mô men tăng không đáng kể khi độ mở bướm ga nhỏ và phát thải CO, HC giảm khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế. Đồng thời phát thải CO2 trên một đơn vị công suất động cơ là tương tự hoặc ít hơn so với khi sử dụng nhiên liệu gốc.
Yucesu và các cộng sự [25] đã nghiên cứu so sánh giữa tính toán và phân tích thực nghiệm về đặc tính kỹ thuật của động cơ xăng khi sử dụng hỗn hợp lưỡng nhiên liệu gasoline - ethanol hòa trộn sẵn. Nhóm tác giả đã thực nghiệm động cơ sử dụng hỗn hợp gasoline - ethanol với các tỷ lệ ethanol thay thế là 10%, 20%, 40% và 60% trên động cơ xăng bốn kỳ, một xy lanh. Khi thực
nghiệm được tiến hành bằng cách thay đổi góc đánh lửa sớm có ảnh hưởng đến tỷ lệ A/F và tỷ số nén tại tốc độ động cơ bằng 2000 [vg/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn. Kết quả cho thấy mô men động cơ lớn hơn so với trường hợp sử dụng gasoline nguyên bản trong toàn dải tốc độ động cơ, phát thải HC giảm đáng kể, đồng thời động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu gasoline - ethanol hòa trộn sẵn có thể dùng tỷ số nén lớn hơn mà không bị kích nổ.
Mustafa Koç và các cộng sự [26] đã nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu gasoline - ethanol hòa trộn sẵn đến tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng. Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp gasoline - ethanol hòa trộn sẵn với các tỷ lệ ethanol thay thế là 0%, 50% và 85%. Động cơ thực nghiệm là động cơ xăng, một xy lanh, bốn kỳ với hai tỷ số nén lần lượt là 10 và 11. Tốc độ động cơ thay đổi trong khoảng 1500 ÷ 5000 [vg/ph]. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô men, công suất động cơ tăng, các thành phần phát thải CO, NOx và HC đều giảm, đồng thời khi sử dụng lưỡng nhiên liệu gasoline - ethanol hòa trộn sẵn nên tăng tỷ số nén của động cơ để không xảy ra kích nổ.
Qua các nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy khi sử dụng nhiên liệu gasoline - ethanol ở dạng hòa trộn trước đều cho thấy cải thiện được công suất và mô men động cơ, đồng thời giảm các thành phần phải thải như CO, HC và NOx.