Chương 1: Tổng quan .1 Tính cấp thiết của nghiên cứu.2 Mục tiêu nghiên cứu.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.4 Nội dung nghiên cứu.5 Phương pháp nghiên cứu.6 Ý nghĩa khoa học của đề tài.1 Ý nghĩa khoa học.2 Ý nghĩa thực tiễn.14 Chương 2 Cơ sở lý thuyết .1 Lý thuyết quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức .2 Cơ chế hình thành ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức.1 Cơ chế hình thành các oxide nitơ (NOx).2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành oxide Nitơ .3 Cơ chế hình thành carbon monoxide (CO).1 Cơ chế hình thành CO.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành CO.4 Cơ chế hình thành hydrocarbon: HC.1 Cơ chế hình thành hydrocarbon .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành HC……….3 Chu trình Japan 10. 25 v Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm .2 Thiết bị thí nghiệm .3 Điều kiện thử nghiệm. 39 Chương 4 Kết quả và thảo luận.1 Tiêu hao nhiên liệu.1 Tiêu hao nhiên liệu theo chu trình .2 Tiêu hao nhiên liệu tại các chế độ tốc độ ổn định .2 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn và tốc độ xe đến nồng độ phát thải khí ô nhiễm .1 Phát thải CO .2 Phát thải HC .3 Phát thải CO2 .4 Phát thải NOx .5 Nồng độ Oxy và hệ số dư lượng không khí .3 Đặc điểm áp suất quá trình cháy .4 Khả năng khởi động nguội .5 Khả năng tăng tốc.
54 Chương 5 Kết luận và hướng phát triển .2 Hướng phát triển. 57 Tài liệu tham khảo. 61 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Các trạng thái khác nhau của quá trình cháy .2: Áp suất trong xy lanh và nhiệt độ hỗn hợp đã cháy, chưa cháy theo góc quay trục khuỷu .3: Sự phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ .4: Biến thiên nồng độ NO theo hệ số dư lượng không khí λ .5: Ảnh hưởng của tỷ lệ khí xả hồi lưu đến nồng độ NO .6: Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới nồng độ NO .7: Quan hệ giữa CO với góc đánh lửa sớm φ .8: Quan hệ giữa các loại nhiên liệu và sự phát sinh CO .9: Ảnh hưởng của hệ số khí sót đên nồng độ CO trong buồng cháy .10: Chu trình thử Japan 10-15 .1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên xe gắn máy .2: Vị trí các cảm biến trên xe .3: Các đồng hồ hiển thị nhiệt độ .4: Máy tính hiển thị chu trình thử Japan 10-15 .5: Thiết bị phân tích khí xả Hesbon HG520 .6: Hệ thống cung cấp nhiên liệu và cân DJ6000TW .7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên băng thử động cơ .8:Vị trí lắp cảm biến trên động cơ .1: Tiêu hao nhiên liệu theo chu trình .2: Tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ .3: Phát thải CO .4: Phát thải HC .5: Phát thải CO2 .6: Phát thải NOx .8: Hệ số dư lượng không khí Lamda .9: Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn trong hỗn hợp tới mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải .10: Ảnh hưởng của nhiên liệu tới áp suất trong quá trình cháy .11: Thời gian khởi động nguội .12: Khả năng tăng tốc. 54 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Sản xuất nhiên liệu cồn thế giới thời gian gần đây .2: Chỉ tiêu cơ bản của ethanol .3: Hàm lượng phát thải CO (%) .4: Hàm lượng phát thải CO2 (%)…………………………………………………………….5: Hàm lượng phát thải HC (ppm).6: Nồng độ khí thải trong nghiên cứu His-Hsien Yang .7: Thống kê sản lượng của hãng HonDa (tính đến 10/2014) .8: Thông số động cơ UV125 FI .1: Tỷ lệ A/F của xăng pha cồn theo lý thuyết .1: Thông số kỹ thuật của máy đo khí xả Hesbon HG 520.2: Thông số kỹ thuật của cân nhiên liệu DJ6000TW .3: Thông số băng thử động cơ xe gắn máy .1: Thông số mẫu nhiên liệu thí nghiệm .2: Mức tăng nhiên liệu theo lý thuyết.
41 ix DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1 : Bảng hàm lượng phát thải các khí ô nhiễm. 61 Phụ lục 2 : Mức tiêu hao nhiên liệu. 63 Phụ lục 3 : Khả năng khởi động nguội. 63 Phụ lục 4 : Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xăng pha cồn.
64 x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa của từ 0 C Degree of Celsius Độ Celsius 0 F Degree of Fahreneit Độ Fahrenheit 0 C Degree of Kelvin Độ Kelvin ATDC After Top Dead Center Sau điểm chết trên BTDC Before Top Dead Center Trước điểm chết trên CA BTDC Crank shaft Angle Before Top Góc quay trục khuỷu Dead Center trước điểm chết trên 0 CA Crank – shaft Angle Góc quay trục khuỷu CO Carbon monoxide Cacbon mô nô xít CO2 Carbon monoxide Cac bon đi ô xít deg degree Độ EGR Exhaust Gas Recirculation Tuần hoàn khí xả FI Fuel Injection Phun nhiên liệu HC Hydro Carbon Hydro Cac bon NOx Oxides of Nitrogen Ô xít ni tơ ppm Parts per million Phần triệu rpm Revolution per minute Vòng/phút SI Spark ignition Đáng lửa 1 CHƢƠNG 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA NGHIÊN CỨU Tình hình sản xuất nhiên liệu cồn trên thế giới: Ô nhiễm môi trường do khí thải của phương tiện giao thông đang ngày càng trở lên nghiêm trọng và có ảnh hưởng đặc biệt tới sức khỏe do tính chất độc hại của các thành phần trong khí thải. Ngoài ra, sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch trong thời gian ngắn sắp tới, khoảng ba mươi năm tới, là những yêu cầu cơ bản khiến cho việc đi tìm những nguồn nhiên liệu có khả năng thay thế cho nhiên liệu truyền thống của động cơ đốt trong trở lên cấp bách trong thời gian gần đây. Trong những nguồn nhiên liệu có khả năng thay thế đó, nhiên liệu sinh học đã được quan tâm từ rất lâu và cũng đã có nhiều nghiên cứu chứng tỏ sự ưu việt của loại nhiên liệu này. Xăng sinh học (gasohol) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol pha trộn vào xăng theo các Tỷ lệ nhất định.
Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen-lu-lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống. Trên thế giới, nhiên liệu xăng sinh học đã được giới thiệu như một loại nhiên liệu có khả năng thay thế xăng truyền thống từ những năm 1930 tại Mỹ. Tuy nhiên, phải cho đến những năm 1970 xăng sinh học mới được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng một cách rộng rãi [1].1 thống kê Sản xuất nhiên liệu cồn thế giới thời gian gần đây (triệu lít).
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 50 quốc gia sử dụng các loại xăng sinh học làm nhiên liệu cho động cơ và 575 nhà máy ethanol với tổng công suất 80,631 triệu tấn. Hầu hết các nước này đều đã hoàn tất lộ trình và chính sách khuyến khích đầu tư sản xuất và sử dụng xăng pha ethanol hoặc các phụ gia sinh học. Theo các chuyên gia, với việc bổ sung và thay thế xăng bằng ethanol, mỗi năm thế giới giảm được lượng tiêu thụ dầu thô khoảng 50 triệu tấn, tương đương với mức tiêu thụ của Hà Lan và Ba Lan cộng lại.1: Sản xuất nhiên liệu cồn thế giới thời gian gần đây (triệu lít) [2] Các định hƣớng và chính sách của Việt Nam đối với nhiên liệu xăng pha cồn: Tại Việt Nam, đề án sử dụng xăng sinh học đã được phê duyệt vào tháng 11 năm 2007 theo quyết định số 177/QĐ-TTg. Trong đó qui định mục tiêu cụ thể cho từng giai đoạn phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025; Đồng thời đề ra các nhiệm vụ và giải pháp cho việc hình thành, phát triển nhiên liệu sinh học.
Tiếp theo quyết định số 53/2012/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ qui định xăng E5 sẽ bắt buộc được tiêu thụ trên các cây xăng tại năm thành phố trực thuộc trung ương và các tỉnh Quảng Ngãi, Bà Rịa Vũng Tàu từ ngày 01/12/2014. Từ ngày 01/12/2015 xăng E5 sẽ bắt buộc phân phối trên cả nước. Tiếp đó, từ ngày 01/12/2016 sẽ bắt đầu phân phối xăng E10 theo lộ trình tương tự như trên. Bộ khoa học công nghệ cũng đã xây dựng quy chuẩn kỹ thuật vể xăng và nhiên liệu sinh học, quy định trong QCVN 01:2009/BKHCN.
Trong đó các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của ethanol nhiên liệu biến tính phải phù hợp với các quy định trong Bảng 1.2: Chỉ tiêu cơ bản của ethanol biến tính Tên chỉ tiêu Mức Phƣơng pháp thử 1. Hàm lượng etanol, % thể tích, không nhỏ hơn 92,1 TCVN 7864 (ASTM D 5501) 2. Hàm lượng metanol, % thể tích, không lớn 0,5 TCVN 7894 hơn (EN 14110) 3. Hàm lượng nước, % thể tích, không lớn hơn 1,0 TCVN 7893 (ASTM E 1064) 4.
Hàm lượng clorua vô cơ, mg/kg, 40 TCVN 7716 không lớn hơn (ASTM D 4806) Ngày 28/12/2012, sau thẩm định của Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Công Thương đã ban hành (theo Thông tư số 48/2012/TT-BCT) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về trang thiết bị, phụ trợ và phương tiện sử dụng trong pha chế, tồn trữ và vận chuyển ethanol, xăng sinh học (E5, E10) tại kho xăng dầu, gọi tắt là QCVN 09: 2012/BCT Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu xăng pha cồn trên động cơ và phƣơng tiện giao thông trên thế giới và tại Việt Nam: Trên thế giới đã có nhiều những nghiên cứu về xăng sinh học và các ảnh hưởng khi sử dụng trên phương tiện giao thông. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra các ưu điểm của việc sử dụng xăng sinh học như tăng khả năng chống kích nổ (chỉ số octane), giảm thành phần ô nhiễm: CO, CO2, HC và NOx 4 trong khí xả [3-12], trên động cơ một xy lanh cũng như động cơ nhiều xy lanh. Ngoài ra cũng có những nghiên cứu khác chỉ ra những ảnh hưởng khác của quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng sinh học.3: Hàm lượng phát thải CO (%) E(%) E0 E50 E60 E65 E70 n(v/p) 2000 0.4: Hàm lượng phát thải CO2 (%) E(%) E0 E50 E60 E65 E70 n(v/p) 2000 9. Ananda Srinivasan và C.
Saravanan [7] đã tiến hành thực nghiệm trên động cơ ba xy lanh, sử dụng chế hòa khí, với tỷ lệ pha trộn từ 49.5 ethanol cộng với 0. Trong kết quả quá trình cháy, tác giả thấy rằng hàm lượng phát thải khí ô nhiễm phụ thuộc vào tỷ lệ ethanol và tốc độ động cơ (Bảng 1.
