L ỜI CẢM ƠN
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.6. Kết luận chương 4
Sự tương thích vật liệu của các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ xăng ô tô và xe máy với xăng sinh học E10, E15 và E20 mà trọng tâm là xăng E10 đã được đánh giá. Kết quả cho thấy xăng E10: không ảnh hưởng nhiều tới chi tiết bằng vật liệu thép; nhưng có ảnh hưởng hơn so với RON92 đối với các chi tiết bằng kim loại màu (đồng) và phi kim (cao su) thường có nhiều trên xe thế hệ cũ.
Tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của ô tô phun xăng điện tử và ô tô dùng chế hòa khí khi sử dụng các loại xăng sinh học trên cũng được nghiên cứu thử nghiệm trên băng thử. Kết quả như sau:
- Với ô tô dùng chế hòa khí, khi sử dụng E10, E15 và E20, công suất động cơ trung bình đều có xu hướng tăng, tương ứng tay số IV là 6,45%, 6,71% và 5,43%, tay số V là 7,73%, 8,48% và 6,98%. Mức tiêu hao nhiên liệu so với xe chạy xăng RON92 theo chu trình thử ECE1505 đối với xăng E10 giảm 0,2% và tăng lên lần lượt là 1,82% và 2,32% đối với E15 và E20. Hàm lượng CO và HC theo chu trình thử ECE1505 giảm mạnh trên 20%, hàm lượng NOx và CO2 tăng,
- Với ô tô phun xăng điện tử, khi sử dụng E10 công suất khá tương đồng so với RON92, trung bình tăng 0,22% tại tay số IV và giảm 0,24% tại tay số V. Với E15, công suất giảm không đáng kể, trung bình giảm với 1,19% tại tay số IV và 0,52% tại tay số V. Với E20 công suất giảm khoảng 2% tại cả hai tay số. Mức tiêu thụ nhiên liệu so với khi xe chạy xăng RON92 theo chu trình thử ECE 1505 tăng đối xăng sinh học. Mức tăng lần lượt là 5,45%, 6,81% và 9,57% đối với xăng E10, E15 và E20. Khi sử dụng E10, hàm lượng CO, HC theo chu trình thử ECE giảm tương ứng 7,76% và 3,38%, NOx và CO2 tăng tương ứng 18,7% và 5,92%, trong khi với E15 và E20 thì HC có xu hướng tăng.
Thử nghiệm bền đối với xe máy và động cơ ô tô cho thấy mức độ mòn các chi tiết, sự suy giảm về công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ, phát thải, áp suất nén và chất lượng dầu bôi trơn khi sử dụng E10 và RON92 là khá tương đồng và đều nằm trong giới hạn cho phép, mặc dù sự thay đổi với E10 có rõ nét hơn.
Kết quả thử nghiệm nhiên liệu E10, E15 và E20 trên động cơ ô tô phun xăng điện tử phù hợp với kết quả mô phỏng, sai lệch lớn nhất là 12,40% đối với hàm lượng phát thải CO. Mức sai lệch lớn nhất của các thông số tính năng là 13,83%. Điều này một lần nữa minh chứng cho độ chính xác của mô hình lý thuyết đã xây dựng ở Chương 3 cũng như độ tin cậy của dữ liệu sử dụng trong luận án.
-113-
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung
Luận án đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng 1 chiều động cơ xe máy và ôtô trên phần mềm AVL-Boost, qua đó đánh giá được đặc tính cháy, tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của các động cơ này khi sử dụng các loại xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%, là cơ sở để giải thích, đánh giá kết quả thực nghiệm và đưa ra định hướng điều chỉnh động cơ nhằm đạt được công suất đầu ra theo yêu cầu.
Luận án đã đề xuất các quy trình đánh giá tương thích của động cơ xăng đối với xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%, bao gồm quy trình đánh giá tương thích vật liệu, quy trình đánh giá đối chứng tính năng và quy trình chạy bền động cơ.
Luận án đã đánh giá định lượng được ảnh hưởng của xăng sinh học E10, E15, E20 với nguồn cồn etanol được sản xuất từ sắn lát và phối trộn tại Việt Nam đến động cơ xăng đang lưu hành, kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Về khả năng tương thích vật liệu: khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 có ảnh hưởng nhất định tới chi tiết kim loại màu và phi kim. Tuy nhiên, mức ảnh hưởng của E10 đến các chi tiết không lớn so với RON92 vì thế có thể coi là tương thích với E10, - Có thể tăng tỷ lệ etanol trong xăng sinh học sử dụng cho động cơ xăng đời cũ, tuy
nhiên đối với từng loại động cơ cụ thể, xét trên khía cạnh tính năng có thể kết luận như sau: đối với động cơ dùng chế hòa khí, công suất động cơ tăng từ 5,4% đến 8,5% khi sử dụng từ E10 đến E20, do vậy không cần điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp, tuy nhiên với E20 góc đánh lửa sớm có thể phải điều chỉnh theo hướng giảm vì thời gian cháy trễ giảm; đối với động cơ phun xăng điện tử không cần điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp với E10 và E15, tuy nhiên với E20 công suất giảm khoảng 2% nên cần quan tâm đến việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp và góc đánh lửa sớm,
- Về độ bền động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học E10: Mức độ mòn các chi tiết, sự suy giảm về công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ, phát thải, áp suất nén và chất lượng dầu bôi trơn khi sử dụng E10 và RON92 là khá tương đồng và đều nằm trong giới hạn cho phép, mặc dù sự thay đổi với E10 có rõ nét hơn,
- Như vậy, nhiên liệu E10 có khả năng sử dụng trên động cơ xăng ô tô, xe máy đang lưu hành ở Việt Nam mà không cần thay đổi kết cấu. Tuy nhiên, với E10 cần rút ngắn thời hạn bảo dưỡng, làm sạch hoặc thay mới lọc nhiên liệu.
Kết quả của đề tài góp phần thực hiện mục tiêu của lộ trình phát triển xăng sinh học của Chính phủ, đồng thời cung cấp giải pháp kỹ thuật và các khuyến cáo đối với nhà sản xuất cũng như người sử dụng khi ứng dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn etanol lớn hơn 5% trên phương tiện đang lưu hành ở Việt Nam.
-114-
Phương hướng phát triển
Nghiên cứu cần được tiếp tục với các nội dung sau:
+ Đánh giá khả năng tương thích của nhiều loại phương tiện khác nhau với xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn,
+ Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa và hỗ trợ khởi động lạnh đối với động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 20%,
+ Đánh giá tác động của xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 20% đến độ bền và tuổi thọ của các động cơ đang lưu hành trên thị trường Việt Nam,
+ Phát triển hệ thống nhiên liệu linh hoạt nhằm đáp ứng sự đa dạng hóa về nhiên liệu và sử dụng xăng sinh học ở bất kỳ tỷ lệ etanol nào.
-115-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] 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.
[2] Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Văn Đông, Khả năng
giảm phát thải CO2ở Việt Nam nhờ sản xuất điện năng bằng Biogas, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1(30), 2009.
[3] QCVN 1 “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel và nhiên liệu sinh học” 2009/BKHCN.
[4] 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.
[5] Thủ Tướng Chính Phủ, 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”, 2007. [6] Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha
etanol 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, 2009, tr. 98-104. [7] Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ, Nghiên cứu sử dụng cồn etylic sản xuất trong nước pha
chế xăng thương phẩm có trị số số ốc tan cao, Viện Dầu khí, Tập Đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam; 2009.
[8] Cù Việt Cường. Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học có pha Etanol và một số hợp chất có nguồn gốc dầu thực vật. Đề tài độc lập cấp nhà nước, 2004. [9] Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, 2003.
[10] Phạm Minh Tuấn, Lý thuyết động cơ đốt trong, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008. [11] Phạm Minh Tuấn, Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường, NXB Khoa học và kỹ
thuật, 2008.
[12] Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa, Sổ tay quá trình và thiết bị
công nghệ hóa chất, Tập 1, 2006.
[13] Lê Anh Tuấn, Nhiên liệu thay thếdùng cho động cơ đốt trong: Tiềm năng sản xuất và sử dụng Ở Việt Nam, Hội nghị toàn quốc ngành nhiệt lần thứ II, 4/2012.
[14] PGS.TS Lê Anh Tuấn, chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước, “Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ xăng thế hệ cũ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%”.
-116-
Tiếng Anh
[15] Richard L. Bechtold, Alternative Fuels Guidebook: Properties, storage, dispensing, and vehicle facility modifications, SAE International, 1997.
[16] Petar Zic, Alternative fuels and technologies for vehicles, Graz, 1999.16 [17] Yull Brown, US patent number 4,081,656, March 28, 1978.
[18] Wei-Dong Hsieh, Rong-Hong Chen, Tsung-Lin Wu, Ta-Hui Lin, Engine performance and pollutant emission of an SI engine using etanol–gasoline blended fuels, Atmospheric Environment 36 (2002) 403–410.
[19] United States Patent US4357148, Method and fuel composition for control or reversal of octane requirement increase and for improved fuel economy, 1982. [20] Alvydas Pikūnas, Saugirdas Pukalskas, Juozas Grabys, In fluence of combustion of
gasoline-etanol blends on parameters of internal combustion engines, Journal of KONES Internal Combustion Engines 2003, vol. 10, 3-4.
[21] M. Al-Hasan, Effect of etanol–unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission, Energy Conversion and Management 44 (2003) 1547–1561. [22] Mustafa Koç, Yakup Sekmen, The effects of etanol–unleaded gasoline blends on
engine performance and exhaust emissions in a spark-ignition engine, Renewable Energy 34 (2009) 2101–2106.
[23] Farha Tabassum Ansari, Abhishek Prakash Verma, Experimental determination of suitable etanol–gasoline blend for Spark ignition engine, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 1 Issue 5, July – 2012.
[24] Ioannis Gravalos, Dimitrios Moshou, Theodoros Gialamas, Panagiotis Xyradakis, Dimitrios Kateris, Zisis Tsiropoulos, Performance and Emission Characteristics of Spark Ignition Engine Fuelled with Etanol and Metanol Gasoline Blended Fuels,
Alternative Fuel, Publisher: InTech, Chapter 7.
[25] A.A. Abdel-Rahman, M.M. Osman, Experimental investigation on varying the compression ratio of SI engine working under different etanol–gasoline fuel blends, International Journal of Energy Research 21 (1) (1997) 31–40.
[26] N. Jeuland, X. Montagne, X. Gautrot, Potentiality of Etanol as a Fuel for Dedicated Engine, Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 59 (2004), No. 6, pp. 559-570.
[27] Li-Wei Jia, Mei-Qing Shen, Jun Wang, Man-Qun Lin, Influence of etanol–gasoline blended fuel on emission characteristics from a four-stroke motorcycle engine, Journal of Hazardous Materials A123, 2005.
[28] Kevin Cullen: Fuel Economy & Emissions: Etanol Blends vs Gasoline, DOE Biomass R&D TAC Meeting – September 10, 2007.
[29] Sher E, Handbook of air pollution from internal combustion engines pollutant formation and control, USA: Academic Press; 1998.
-117-
[30] Alasfour FN, NOx emission from a spark ignition engine using 30% isobutanol– gasoline blend: part 1 – preheating inlet air, Applied Thermal Engineering 1998;18:245–56.
[31] Robert L. Furey and Marvin W. Jackson, “Exhaust and evaporative emissions from a Brazilian Chevrolet fuelled with etanol-gasoline blends” SAE 779008.
[32] David A. Guerrieri et al, “Investigation into the vehicle exhaust emissions of high percentage etanol blends” SAE 950777.
[33] Orbital Engine Company, A testing based assessment to determine impacts of a 20% etanol gasoline fuel blend on the Australian passenger vehicle fleet, Report to Environment Australia, May 2003.
[34] I. Schifter, Combustion and emissions behavior for etanol–gasoline blends in a single cylinder engine, Fuel 90 (2011) 3586–3592.
[35] S.G. Poulopoulos, D.P. Samaras, C.J. Philippopoulos, Regulated and unregulated emissions from an internal combustion engine operating on etanol-containing fuels, Atmospheric Environment 35 (2001) 4399–4406.
[36] The Royal Society, Sustainable biofuels: Prospects and chanllenges, UK, 2008. [37] Robert Waytulonis, David Kittelson và Darrick Zarlin, E20 Effect in Small Non
Road SI Engine, 2008.
[38] Orbital Engine Company, A testing based assessment to determine impacts of a 20% etanol gasoline fuel blend on the Australian passenger vehicle fleet –2000hrs material compatibility testing, Report to Environment Australia, May 2003.
[39] Orbital Engine Company, A testing based assessment to determine impacts of a 10% and 20% etanol gasoline fuel blend on non-automotive engines-2000hrs material compatibility testing, Report to Environment Australia, May 2003.37 [40] Bruce Jones, Gary Mead, Paul Steevens, Mike Timanus, The Effects of E20 on
Metals Used in Automotive Fuel System Components, Minnesota Center for Automotive Research at Minnesota State University, Mankato, 2-22-2008.
[41] Bruce Jones, Gary Mead, Paul Steevens, The Effects of E20 on Plastic Automotive Fuel System Components, Minnesota Center for Automotive Research at Minnesota State University, Mankato, 2/21/2008.
[42] Lavoie G, Blumberg P.N, A fundamental Model for Predicting Consumption, NOx, and HC Emissions of the Conventional Spark-Ignition Engines. Combustion Science and Technology, Vol. 21, pp 225-258, 1980.
[43] Mantilla, J. “Combustion Model for Internal Combustion Engines Working with Gasoline-Etanol Blends”, Thermal Engineering, Vol. 9 • No 01 e 02 • December 2010 • p. 89-97.
[44] Hakan Bayraktar,Theoretical investigation of flame propagation process in an SI engine running on gasoline–etanol blends, Renewable Energy 32 (2007) 758–771.
-118-
[45] AVL–List GmbH, BOOST v.2009 Users Guide. Hans–List–Platz 1, A–8020 Graz, Austria, 2009.
[46] Poulos S.G, Heywood G.B, The Effect of Chamber Geometry on Spark-Ignition Engine Combustion, SAE Paper 830334, 1983.
[47] North G.L, Santavicca D.A, The Fractal Nature of Premixed Turbulent Flames. Combustion Science and Technology, Vol. 72, p.215-232, 1990.
[48] AVL–List GmbH, BOOST v.2011 Theory, Hans–List–Platz 1, A–8020 Graz, Austria, 2011.
[49] Onorati A, Ferrari G, D’Errico G, 1D Unsteady Flows with Chemical Reactions in the Exhaust Duct-System of S.I. Engines: Predictions and Experiments, SAE Paper No. 2001-01-0939.
[50] G. D’Errico, G. Ferrari, A. Onorati, T. Cerri. Modeling the Pollutant Emissions from a S.I. Engine, SAE paper 2002-01-0006.
[51] Pattas K, Häfner G, Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung, MTZ Nr. 12, 397-404, 1973.
[52] Recommended Methods for Conducting Corrosion Tests in Gasoline/Metanol fuel Mixtures, SAE J1747 Dec 1994.
[53] Methods for Determining Physical Properties of PolymericMaterials Exposed to Gasoline/Oxygenate fuel Mixtures, SAE J1748 Jan 1998.
[54] Chinda Charoenphonphanich, E20 Fuel Impacts on Existing Vehicles in Thailand,
WAESE, Bangkok, 2009.
[55] Dunn, J.R và Pfisterer, H.A, Resitance of NBR-Based Fuel Hose Tube to Fuel- Alcohol Blends, SAE Paper No. 800856, 1980.
[56] John B. Heywood. Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, 1988.
[57] N. Jeuland, X. Montagne, X. Gautrot, Potentiality of Etanol as a Fuel for Dedicated Engine, Which fuels for low-CO2 Engines, France, 2004.
-119-
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Truyền “Utilization of etanol - gasoline blends (E5 to E20) in gasoline engines: A study on materials compatibility in Vietnam” 3rd AUN/SEED-Net Regional Conference on New/Renewable Energy, Penang, Malaysia (Hội nghị vùng về năng lượng mới và năng lượng tái tạo), 2010
2. Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Truyền, Nguyễn Đức Khách, Nguyễn Tiến Chuẩn
“Simulation study of motorcycle engine’s charateristics fueled with etanol- gasoline blends”. Tạp chí Khoa học công nghệ các trường đại học kỹ thuật, số 83B, p119-124, 2011 (số tiếng Anh).
3. Phạm Hữu Truyền, Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Tuyến, Nguyễn Đức Khánh“Nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm sử dụng etanol sinh học cho động cơ xăng”. Tuyển tập hội nghị công trình khoa học cơ học thủy khí toàn quốc năm 2011, Cửa lò 21 - 23/07/2011, tr. 623 - 632.
4. Lê Anh Tuấn, Nguyễn Đức Khánh, Phạm Minh Tuấn, Phạm Hữu Truyền “Investigation of motorcycle engine’s characteristics fueled with etanol-gasoline blends” 4th AUN/SEED-Net Regional Conference on New/Renewable Energy, TP HCM, 12-13/10/2011, tr. 28-32.
5. Phạm Hữu Tuyến, Phạm Hữu Truyền, Nguyễn Duy Tiến, Phạm Hòa Bình, Lê Anh Tuấn “Material compatibility assessment of automotive fuel system components with E10 fuel”.Proceedings of the 5th Regional Conference on New and Renewable Energy – RCNRE 2012, tr. 110 -114.
6. Phạm Hữu Truyền, Lê Anh Tuấn, Trần Anh Trung “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ bền của động cơ xăng ô tô đời cũ sử dụng xăng sinh học E10”. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số đặc biệt, 01/2013, tr. 57 - 61.
-120-
PHỤ LỤC
PL.1. Kết quả đánh giá chất lượng của xăng RON92, E10, E15,
E20 ở Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam.
Bảng PL1. Chỉ tiêu chất lượng của xăng RON92
STT Chỉ tiêu Xăng RON92 thương