Luận án tiến sĩ: Nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật và giảm phát thải ô nhiễm cho động cơ xe máy chạy bằng LPG và Ethanol

• Tác giả: Bùi Văn Tấn
• Đề tài: Nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật và giảm phát thải ô nhiễm cho động cơ xe máy sử dụng LPG và Ethanol
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG-ETHANOL CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 1.1. Nhiên liệu sạch
• 1.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học
• 1.3. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới
• 1.4. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
• 1.5. Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ đốt trong
• 1.6. Những đặc tính cơ bản của nhiên liệu LPG
• 1.7. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ ô tô
• 1.8. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ xe gắn máy
• 1.9. Tình hình nghiên cứu ứng dụng ethanol trên động cơ đốt trong
• 1.10. Những đặc tính cơ bản của nhiên liệu ethanol
• 1.11. Nghiên cứu ứng dụng ethanol trên động cơ đốt trong
• 1.12. Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết hợp nhiên liệu LPG-ethanol trên động cơ đốt trong
• 1.13. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY
• 2.1. Hệ phương trình chảy rối
• 2.2. Lý thuyết quá trình cháy nhiên liệu khí
• 2.3. Lý thuyết cháy của hỗn hợp không hòa trộn trước
• 2.4. Lý thuyết quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trước
• 2.5. Lý thuyết quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP, CHÁY VÀ PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY CHẠY BẰNG LPG-ETHANOL
• 3.1. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp mô phỏng
• 3.2. Mục tiêu, đối tượng
• 3.3. Phương pháp mô phỏng
• 3.4. Đặc điểm quá trình cung cấp nhiên liệu LPG-ethanol
• 3.5. Mô phỏng quá trình nạp nhiên liệu LPG-ethanol
• 3.6. Mô hình hình học của động cơ và điều kiện biên mô phỏng
• 3.7. Ảnh hưởng đặc tính lý hóa của ethanol, LPG đến quá trình phun
• 3.8. Quá trình hình thành hỗn hợp khi phun nhiên liệu LPG-ethanol
• 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp đến việc hình thành hỗn hợp
• 3.10. Điều chỉnh thời gian phun ethanol-LPG theo áp suất trên đường nạp
• 3.11. Mô phỏng quá trình cháy hỗn hợp
• 3.12. Ảnh hưởng của hệ số tương đương
• 3.13. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm
• 3.14. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ
• 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol
• 3.16. Mô phỏng phát thải ô nhiễm khi sử dụng LPG-ethanol
• 3.17. Cơ chế hình thành các chất ô nhiễm
• 3.18. Đặc điểm phát thải các chất ô nhiễm
• 3.19. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 4.2. Trang thiết bị nghiên cứu
• 4.3. Các thiết bị của bộ tạo tải động cơ
• 4.4. Thiết bị phân tích khí xả động cơ MGT5
• 4.5. Chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng sang chạy bằng LPG-ethanol
• 4.6. Hệ thống phun xăng PGM-FI của động cơ J52C xe Honda RSX
• 4.7. Thiết kế mạch điều khiển phun nhiên liệu xăng-LPG-ethanol
• 4.8. Thử nghiệm xe gắn máy chạy bằng nhiên liệu LPG-ethanol trên đường thực
• 4.9. Chuẩn bị nhiên liệu
• 4.10. Điều kiện thử nghiệm
• 4.11. Kết quả thử nghiệm
• 4.12. Thử nghiệm xe gắn máy chạy bằng nhiên liệu LPG-ethanol trên bộ tạo tải động cơ
• 4.13. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
• 4.14. Lắp đặt động cơ xe gắn máy lên bộ tạo tải động cơ
• 4.15. Quy trình thử nghiệm xe gắn máy trên bộ tạo tải động cơ
• 4.16. Các biểu thức quan hệ giữa các đại lượng đo khi thực nghiệm
• 4.17. Đánh giá kết quả thử nghiệm và so sánh kết quả mô phỏng
• 4.18. So sánh ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến tính năng động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
• 4.19. So sánh ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến tính năng động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
• 4.20. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY CHẠY BẰNG XĂNG-ETHANOL-LPG BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT
• CODE LẬP TRÌNH ARDUINO ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG - LPG VÀ XĂNG - ETHANOL

I. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của động cơ xe máy thông qua việc sử dụng LPG và Ethanol. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy, việc kết hợp hai loại nhiên liệu này giúp tối ưu hóa quá trình cháy, cải thiện hiệu suất động cơ và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Đặc biệt, Ethanol với khả năng cháy sạch hơn, góp phần giảm chi phí vận hành và bảo trì. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh tỷ lệ LPG và Ethanol phù hợp có thể đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, đồng thời duy trì hiệu suất động cơ ổn định.

1.1. Tối ưu hóa quá trình cháy

Quá trình cháy của hỗn hợp LPG và Ethanol được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm và tỷ lệ nhiên liệu. Kết quả mô phỏng cho thấy, góc đánh lửa sớm tối ưu giúp tăng hiệu suất cháy, giảm tổn thất năng lượng và cải thiện công suất động cơ. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật mà còn kéo dài tuổi thọ động cơ.

1.2. Giảm tiêu thụ nhiên liệu

Việc sử dụng LPG và Ethanol giúp giảm đáng kể lượng nhiên liệu tiêu thụ so với xăng truyền thống. Thử nghiệm trên đường thực tế cho thấy, xe máy sử dụng hỗn hợp này có thể tiết kiệm tới 15-20% nhiên liệu. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí vận hành.

II. Giảm phát thải ô nhiễm

Một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu là giảm phát thải ô nhiễm từ động cơ xe máy. Kết quả cho thấy, việc sử dụng LPG và Ethanol giúp giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO, HC và NOx. Đặc biệt, Ethanol với khả năng cháy sạch, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và góc đánh lửa sớm có thể tối ưu hóa quá trình cháy, từ đó giảm thiểu phát thải khí thải.

2.1. Giảm khí thải độc hại

Kết quả thử nghiệm cho thấy, việc sử dụng hỗn hợp LPG và Ethanol giúp giảm lượng CO và HC trong khí thải tới 30-40%. Điều này đóng góp quan trọng vào việc giảm thiểu ô nhiễm không khí, đặc biệt tại các đô thị lớn nơi mật độ xe máy cao.

2.2. Tối ưu hóa quá trình cháy để giảm NOx

Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm và tỷ lệ nhiên liệu có thể giảm đáng kể lượng NOx phát thải. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc áp dụng công nghệ xanh và giải pháp môi trường cho động cơ xe máy.

III. Ứng dụng nhiên liệu thay thế

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng nhiên liệu thay thế như LPG và Ethanol cho động cơ xe máy. Các kết quả cho thấy, việc sử dụng hai loại nhiên liệu này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Đặc biệt, Ethanol là một loại nhiên liệu sinh học có khả năng tái tạo, giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp kỹ thuật để chuyển đổi động cơ xe máy sang sử dụng LPG và Ethanol, từ đó mở ra hướng phát triển bền vững cho ngành giao thông.

3.1. Chuyển đổi động cơ xe máy

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật để chuyển đổi động cơ xe máy từ sử dụng xăng sang sử dụng LPG và Ethanol. Các thử nghiệm cho thấy, việc chuyển đổi này không chỉ khả thi mà còn mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường cao.

3.2. Phát triển nhiên liệu sinh học

Việc sử dụng Ethanol như một loại nhiên liệu sinh học giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy phát triển năng lượng sạch. Nghiên cứu cũng đề xuất các chính sách hỗ trợ để phát triển ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học tại Việt Nam.