Nghiên cứu đặc tính kinh tế của nhiên liệu và khí thải xe gắn máy phun xăng điện tử

Luận văn thạc sĩ kinh tế nghiên cứu kỹ thuật cơ khí động lực nghiên cứu đặc tính kinh tế nhiên liệu và khí thải xe gắn máy phun xăng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Doãn Hồng
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Thanh Công
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên cứu đặc tính kinh tế nhiên liệu và khí thải xe gắn máy phun xăng điện tử dùng xăng pha cồn tỷ lệ cao
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời Cảm Ơn
• Lời Cam Đoan
• Danh mục hình ảnh
• Danh mục bảng biểu
• Danh mục chữ viết tắt
• 1. Chương 1: Tổng quan
• 1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.6.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết
• 2.1. Lý thuyết quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức
• 2.2. Cơ chế hình thành ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức
• 2.2.1. Cơ chế hình thành các oxide nitơ (NOx)
• 2.2.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành oxide Nitơ
• 2.2.2. Cơ chế hình thành carbon monoxide (CO)
• 2.2.2.1. Cơ chế hình thành CO
• 2.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành CO
• 2.2.3. Cơ chế hình thành hydrocarbon: HC
• 2.2.3.1. Cơ chế hình thành hydrocarbon
• 2.2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành HC
• 2.3. Chu trình Japan 10
• 3. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm
• 3.1. Thiết bị thí nghiệm
• 3.2. Điều kiện thử nghiệm
• 4. Chương 4: Kết quả và thảo luận
• 4.1. Tiêu hao nhiên liệu
• 4.1.1. Tiêu hao nhiên liệu theo chu trình
• 4.1.2. Tiêu hao nhiên liệu tại các chế độ tốc độ ổn định
• 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn và tốc độ xe đến nồng độ phát thải khí ô nhiễm
• 4.2.1. Phát thải CO
• 4.2.2. Phát thải HC
• 4.2.3. Phát thải CO2
• 4.2.4. Phát thải NOx
• 4.2.5. Nồng độ Oxy và hệ số dư lượng không khí
• 4.3. Đặc điểm áp suất quá trình cháy
• 4.4. Khả năng khởi động nguội
• 4.5. Khả năng tăng tốc
• 5. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
• 5.1. Hướng phát triển
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục
• Phụ lục 1: Bảng hàm lượng phát thải các khí ô nhiễm
• Phụ lục 2: Mức tiêu hao nhiên liệu
• Phụ lục 3: Khả năng khởi động nguội
• Phụ lục 4: Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xăng pha cồn

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu về nhiên liệu xe máy và khí thải xe máy là một lĩnh vực quan trọng trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Đặc biệt, việc sử dụng xe máy phun xăng điện tử với xăng pha cồn đang trở thành xu hướng nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Đặc tính kinh tế của nhiên liệu này cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để hiểu rõ hơn về hiệu suất và tác động môi trường. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng xăng pha cồn có thể làm giảm lượng khí thải độc hại, nhưng cũng có thể tăng tiêu hao nhiên liệu. Việc phân tích và đánh giá những tác động này là cần thiết để phát triển các giải pháp bền vững cho ngành giao thông vận tải.

1.1 Tình hình nghiên cứu xăng pha cồn

Trên thế giới, xăng pha cồn đã được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1930. Các nghiên cứu cho thấy nhiên liệu sinh học có khả năng giảm ô nhiễm khí thải, đồng thời cải thiện hiệu suất động cơ. Tại Việt Nam, chính phủ đã phê duyệt đề án sử dụng xăng sinh học từ năm 2007, với mục tiêu phát triển nhiên liệu bền vững. Các chính sách khuyến khích sử dụng xăng pha cồn như E5 và E10 đang được triển khai nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.

II. Đặc tính kinh tế nhiên liệu

Nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng hiệu suất động cơ sử dụng xăng pha cồn thay đổi tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi sử dụng xăng E10, E20, E30, và E50, lượng nhiên liệu tiêu thụ tăng lên, nhưng lượng khí thải CO và HC lại giảm do sự cung cấp oxy từ cồn. Điều này cho thấy rằng, mặc dù tiêu hao nhiên liệu có thể tăng, nhưng việc giảm phát thải khí độc hại là một lợi ích đáng kể. Đặc biệt, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khả năng khởi động nguội và tăng tốc của xe gắn máy sử dụng xăng pha cồn cao gặp khó khăn hơn so với xăng truyền thống.

2.1 Phân tích tiêu hao nhiên liệu

Tiêu hao nhiên liệu của xe gắn máy phun xăng điện tử khi sử dụng xăng pha cồn được đánh giá qua các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn như Japan 10-15. Kết quả cho thấy, khi tỷ lệ cồn trong xăng tăng, tiêu hao nhiên liệu cũng tăng theo. Tuy nhiên, lượng khí thải CO và HC giảm, cho thấy sự cải thiện trong chất lượng khí thải. Việc tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn cồn trong xăng là cần thiết để đạt được hiệu suất tốt nhất mà vẫn giảm thiểu ô nhiễm.

III. Tác động đến môi trường

Việc sử dụng nhiên liệu sinh học như xăng pha cồn có tác động tích cực đến môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi sử dụng xe máy phun xăng điện tử, lượng khí thải CO và HC được giảm đáng kể. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu sâu hơn để đánh giá đầy đủ tác động môi trường của việc sử dụng xăng pha cồn, bao gồm cả tác động đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái.

3.1 Phân tích khí thải

Phân tích khí thải từ xe gắn máy sử dụng xăng pha cồn cho thấy sự giảm đáng kể về nồng độ CO và HC. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, với tỷ lệ pha trộn cao, khí thải CO giảm khoảng 30% so với khi sử dụng xăng thông thường. Điều này cho thấy tiềm năng của công nghệ phun xăng trong việc giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời cũng cần chú ý đến các yếu tố khác như khả năng khởi động và hiệu suất động cơ.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về đặc tính kinh tế của nhiên liệu xe máy và khí thải xe máy sử dụng xăng pha cồn cho thấy nhiều tiềm năng trong việc cải thiện hiệu suất và giảm ô nhiễm. Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng, mặc dù tiêu hao nhiên liệu có thể tăng, nhưng lượng khí thải độc hại lại giảm. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn cồn trong xăng và cải tiến công nghệ động cơ để nâng cao hiệu suất và bảo vệ môi trường.

4.1 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần có thêm các nghiên cứu dài hạn để đánh giá tác động của việc sử dụng nhiên liệu sinh học đối với động cơ và môi trường. Đồng thời, việc phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực công nghệ phun xăng cũng cần được chú trọng để nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trước bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch toàn cầu dự báo sẽ cạn kiệt trong khoảng 30 năm tới cùng sức ép gay gắt từ ô nhiễm môi trường do khí thải phương tiện giao thông, việc chuyển dịch sang các nguồn năng lượng tái tạo đã trở thành nhiệm vụ chiến lược cấp thiết. Trên thế giới, hiện có khoảng 50 quốc gia đẩy mạnh sử dụng xăng sinh học với hơn 575 nhà máy sản xuất ethanol đạt tổng công suất 80,631 triệu tấn, giúp cắt giảm khoảng 50 triệu tấn dầu thô tiêu thụ mỗi năm. Tại Việt Nam, phương tiện xe gắn máy giữ vai trò chủ đạo trong giao thông đô thị với số lượng lưu hành vượt mức 40 triệu chiếc. Trong đó, các dòng xe trang bị hệ thống phun xăng điện tử dung tích 125 phân khối chiếm tới 50% sản lượng phân phối của thương hiệu dẫn đầu thị phần xe máy với 67% thị phần.

Nhằm thực thi các cam kết giảm phát thải theo Quyết định số 177/QĐ-TTg và Quyết định số 53/2012/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học, đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực của tác giả Nguyễn Doãn Hồng dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Huỳnh Thanh Công tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã được triển khai. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là giải quyết khoảng trống học thuật thực nghiệm về tác động của xăng pha cồn tỷ lệ cao đối với dòng xe máy sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, vốn khác biệt đáng kể so với các hệ thống chế hòa khí truyền thống.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá toàn diện mức tiêu hao nhiên liệu, đặc tính phát thải các khí độc hại, áp suất quá trình cháy, khả năng tăng tốc và đặc tính khởi động nguội trên xe gắn máy phun xăng điện tử 125 phân khối khi vận hành với 8 mẫu nhiên liệu gồm xăng thương mại A92, A95 và 6 tỷ lệ phối trộn cồn từ thấp đến cao (E10, E20, E30, E50, E85, E100). Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên băng thử chuyên dụng theo chu trình thử chuẩn Japan 10-15 và các chế độ vận hành ổn định từ 20 km/h đến 70 km/h. Kết quả cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực chứng tin cậy phục vụ công tác chuẩn hóa kỹ thuật và định hình chính sách năng lượng sạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết nhiệt động lực học và quá trình cháy trong động cơ đánh lửa cưỡng bức. Quá trình cháy diễn ra theo cơ chế lan truyền màng lửa trong hỗn hợp hòa khí đồng nhất được chuẩn bị trước. Nhiệt lượng sinh ra trong buồng đốt được xác định thông qua phương trình nhiệt động thứ nhất với mối quan hệ giữa áp suất, thể tích buồng cháy và tỷ số nhiệt dung riêng của môi chất. Khi phối trộn ethanol có công thức hóa học C2H5OH vào xăng gốc hydrocarbon C8H18, tỷ lệ không khí trên nhiên liệu lý thuyết thay đổi theo phương trình phản ứng hóa học tổng quát. Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu lý thuyết giảm dần từ 14,7 đối với xăng khoáng xuống còn 9,0 đối với ethanol nguyên chất E100. Vì nhiệt trị thấp của ethanol chỉ đạt khoảng 26,8 MJ/kg, thấp hơn mức 43,5 MJ/kg của xăng khoáng A92, động cơ đòi hỏi khối lượng nhiên liệu nạp lớn hơn để duy trì cùng một mức công suất.

Cơ chế hình thành khí ô nhiễm dựa trên các phản ứng hóa lý đặc thù. Oxit nitơ hình thành chủ yếu theo cơ chế Zeldovich nhiệt độ cao với các phản ứng giữa phân tử nitơ và oxy tự do khi nhiệt độ cháy vượt ngưỡng giới hạn. Khí carbon monoxide sinh ra do quá trình oxy hóa không hoàn toàn khi hệ số dư lượng không khí nhỏ hơn 1 hoặc do phản ứng phân giải carbon dioxide ở nhiệt độ cao. Hydrocarbon chưa cháy bắt nguồn từ các vùng dập tắt màng lửa tại khe hở piston, xéc-măng, vách buồng cháy và sự hấp phụ - giải hấp hơi nhiên liệu trong màng dầu bôi trơn xi lanh. Sự có mặt của 34,7% khối lượng oxy nội tại trong phân tử ethanol đóng vai trò tác nhân làm giàu oxy cục bộ, thúc đẩy chuỗi phản ứng oxy hóa hoàn thiện.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp đối chứng so sánh trực tiếp trên hệ thống thiết bị chuẩn hóa tại Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Động cơ Đốt trong. Mẫu thử nghiệm là động cơ xe gắn máy UV125 FI dung tích 124 phân khối, 4 thì, 1 xi lanh, tỷ số nén 9,6:1, công suất cực đại 6,9 kW tại 8000 vòng/phút và mô-men xoắn 9,2 Nm tại 6500 vòng/phút. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 8 mẫu nhiên liệu pha trộn từ ethanol biến tính độ tinh khiết 99,7% đạt chuẩn QCVN 01:2009/BKHCN với xăng A92 và A95 thương mại.

Hệ thống đo lường bao gồm bệ thử xe gắn máy CD-20 trang bị rulo đường kính 20 inch tích hợp bộ hãm kích từ điều khiển bằng máy tính để mô phỏng tải cản đường thực tế. Thiết bị phân tích khí xả 5 thành phần Hesbon HG-520 đo nồng độ CO, CO2, O2 với sai số 0,01% cùng HC và NOx với sai số 1 ppm. Lượng nhiên liệu tiêu thụ được định lượng bằng cân điện tử chính xác DJ6000TW có dải đo 6000 g và sai số chỉ 0,01 g. Áp suất buồng cháy được ghi nhận thông qua cảm biến áp suất áp điện tích hợp trực tiếp trên bugi kết nối cùng card thu nhận dữ liệu tốc độ cao. Quy trình đo lường thực hiện tuần tự theo chu trình thử Japan 10-15 có tổng quãng đường 4,16 km, tốc độ trung bình 22,7 km/h kéo dài 660 giây, kết hợp các chế độ vận tốc cố định từ 0 đến 70 km/h và chế độ thử tải 80% bướm ga ở tốc độ 5000 vòng/phút trong thời gian 6 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả đo đạc thực nghiệm ghi nhận những chuyển biến mang tính quy luật rõ rệt về tính kinh tế nhiên liệu và phát thải khi tăng tỷ lệ phối trộn cồn:

Thứ nhất, mức tiêu hao nhiên liệu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng ethanol trong hỗn hợp. Khi xe vận hành theo chu trình chuẩn Japan 10-15, mức tiêu hao nhiên liệu của xăng E10 chỉ tăng khoảng 3,5% so với xăng A92. Tuy nhiên, khi nâng tỷ lệ phối trộn lên các mức cao như E50, E85 và E100, mức tiêu hao nhiên liệu tăng mạnh lần lượt là 18,2%, 31,5% và 38,2%. Tại chế độ vận tốc ổn định 40 km/h đến 60 km/h, khối lượng tiêu thụ của E100 tăng khoảng 39% so với vận hành bằng xăng A92 nguyên bản để sản sinh cùng mức công suất kéo.

Thứ hai, nồng độ phát thải khí độc hại CO và HC sụt giảm đột phá. Ở chế độ vận hành ổn định 50 km/h, nồng độ khí CO giảm 15,2% khi sử dụng E10 và giảm mạnh tới 78,5% khi sử dụng E85, đạt mức giảm cao nhất 82,4% với E100 so với xăng A92. Tương tự, nồng độ phát thải HC giảm dần đều từ 14,8% ở mẫu E10 lên đến 61,3% ở mẫu E90 và E100 nhờ hiệu ứng tăng cường quá trình oxy hóa từ lượng oxy tự do trong cồn.

Thứ ba, sự phát thải NOx và CO2 biến thiên phức tạp theo dải tỷ lệ hòa trộn. Nồng độ NOx có xu hướng gia tăng từ 8% đến 35% đối với các mẫu xăng cồn tỷ lệ thấp và trung bình từ E10 đến E30 do quá trình cháy diễn ra hoàn thiện hơn đẩy nhiệt độ đỉnh buồng đốt lên cao. Tuy vậy, ở các mẫu cồn tỷ lệ rất cao như E85 và E100, nồng độ NOx quay đầu giảm mạnh từ 45% đến 60% so với xăng A92 nhờ nhiệt hóa hơi lớn của cồn làm giảm nhiệt độ nạp và nhiệt độ cháy cực đại. Khí CO2 tăng nhẹ từ 4% đến 12% ở các dải tốc độ, phản ánh sự chuyển hóa triệt để từ CO sang CO2.

Thứ tư, tính năng động lực học và khởi động nguội chịu tác động tiêu cực ở tỷ lệ cồn cao. Thời gian tăng tốc từ 0 đến 60 km/h của xe dùng xăng E10 và E20 tương đương với xăng A92, nhưng tăng thêm 12,5% khi dùng E85 và kéo dài thêm 17,8% khi dùng E100. Đồng thời, thời gian khởi động nguội tại nhiệt độ môi trường 25 độ C kéo dài gấp 2,5 lần đối với E85 và gặp hiện tượng khó nổ rõ rệt ở E100 nếu không có mạch sưởi ấm hoặc hiệu chỉnh thời gian phun khởi động.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu thực nghiệm chứng minh rằng hệ thống phun xăng điện tử nguyên bản trên động cơ UV125 FI với bộ điều khiển ECU tiêu chuẩn có khả năng tự thích ứng tương đối tốt với các tỷ lệ cồn từ E10 đến E20 mà không làm suy giảm công suất vận hành. Nguyên nhân là do cảm biến oxy ở đường xả gửi tín hiệu phản hồi giúp ECU tự động điều chỉnh độ rộng xung kim phun trong phạm vi dung sai cho phép để giữ hệ số dư lượng không khí tiệm cận giá trị 1. Tuy nhiên, khi nồng độ cồn vượt quá 30%, giới hạn điều chỉnh của bản đồ phun mặc định không còn đủ khả năng bù đắp sự thiếu hụt nhiệt trị, dẫn đến hỗn hợp hòa khí bị nghèo xăng cục bộ, gây ra hiện tượng giảm nhẹ công suất và tăng thời gian tăng tốc.

Khi biểu diễn trên đồ thị áp suất buồng cháy theo góc quay trục khuỷu, áp suất cực đại của mẫu E50 đạt giá trị đỉnh 40,5 bar, cao hơn mức 36 bar của xăng A92, chứng minh tốc độ cháy màng lửa của cồn diễn ra nhanh hơn. Các phát hiện này hoàn toàn tương thích với các công trình nghiên cứu của Kumbhar, Sukajit tại Thái Lan và các kết quả công bố của tác giả Lê Anh Tuấn, Trần Thanh Hải Tùng tại Việt Nam trên động cơ dùng bộ chế hòa khí. Luận văn đã làm sáng tỏ thêm rằng trên động cơ phun xăng điện tử, việc sử dụng xăng pha cồn tỷ lệ cao mang lại lợi thế cắt giảm ô nhiễm vượt trội nhưng bắt buộc phải có sự can thiệp hiệu chỉnh phần mềm điều khiển phun và góc đánh lửa sớm để tối ưu hóa hiệu suất nhiệt động.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận rút ra từ thực nghiệm, luận văn đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật và chính sách khả thi theo 4 định hướng trọng tâm:

Thứ nhất, Bộ Công Thương và các cơ quan quản lý nhà nước cần đẩy nhanh lộ trình bắt buộc áp dụng xăng sinh học E10 trên toàn quốc trước năm 2026, đồng thời nghiên cứu khung tiêu chuẩn kỹ thuật cho xăng E20 định hướng đến năm 2030. Cơ quan quản lý nên ban hành chính sách ưu đãi giảm từ 5% đến 10% thuế tiêu thụ đặc biệt đối với nhiên liệu sinh học nhằm hạ giá thành bán lẻ, kích thích người tiêu dùng chuyển đổi phương tiện xanh.

Thứ hai, các doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp xe máy như Honda, Yamaha, Suzuki cần nâng cấp hệ thống điều khiển động cơ bằng cách tích hợp cảm biến nhận diện nồng độ cồn trong nhiên liệu kết hợp hiệu chỉnh bản đồ phun xăng điện tử đa điểm trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới. Mục tiêu kỹ thuật là tự động tăng thời gian mở kim phun từ 15% đến 35% và hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm thêm 2 đến 5 độ góc quay trục khuỷu khi tỷ lệ cồn thay đổi từ E20 đến E100, giúp bảo toàn 100% công suất động cơ.

Thứ ba, các nhà máy lọc hóa dầu và đầu mối cung ứng xăng dầu cần bổ sung hệ phụ gia chống tách pha và ức chế ăn mòn kim loại đạt tiêu chuẩn kiểm nghiệm tối thiểu 50.000 km vận hành. Gói phụ gia trợ tan giúp ngăn chặn hiện tượng ngậm nước của ethanol trong điều kiện khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam, bảo vệ an toàn cho hệ thống bơm xăng áp cao và đường ống dẫn nhiên liệu.

Thứ tư, người sử dụng phương tiện xe máy phun xăng điện tử nên an tâm sử dụng xăng E5 và E10 lưu hành trên thị trường mà không cần thay đổi bất kỳ chi tiết cơ khí nào. Đối với các đội xe chuyên dụng có nhu cầu hoán cải sử dụng xăng cồn tỷ lệ cao từ E50 đến E100, chủ phương tiện cần lắp đặt thêm bộ sưởi ấm đường ống nạp và bugi có chỉ số nhiệt thích hợp nhằm rút ngắn thời gian khởi động nguội dưới 3 giây trong điều kiện thời tiết lạnh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và tài liệu tham khảo chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng trọng điểm:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư R&D, chuyên gia kỹ thuật tại các trung tâm nghiên cứu và phát triển của các hãng sản xuất xe máy, ô tô. Luận văn cung cấp toàn bộ dữ liệu thực nghiệm về đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu, áp suất cháy chỉ thị và giới hạn thích ứng của kim phun điện tử, hỗ trợ đắc lực cho công tác lập trình thuật toán điều khiển động cơ linh hoạt nhiên liệu Flex-Fuel.

Nhóm thứ hai là các cơ quan quản lý môi trường, hoạch định chính sách năng lượng thuộc Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Tài nguyên và Môi trường. Các thông số định lượng chính xác về tỷ lệ giảm 82,4% CO và 61,3% HC theo chu trình chuẩn Japan 10-15 là cơ sở khoa học vững chắc để xây dựng các kịch bản kiểm soát phát thải khí nhà kính và lộ trình tiêu chuẩn khí thải quốc gia.

Nhóm thứ ba là giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Giao thông tại các trường đại học kỹ thuật. Công trình là tài liệu mẫu mực về phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử công suất, kỹ thuật xử lý số liệu động cơ đốt trong và phân tích động học quá trình cháy.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp sản xuất, pha chế xăng dầu sinh học và đơn vị phát triển phụ gia nhiên liệu. Dữ liệu đối chứng giữa 8 mẫu nhiên liệu giúp doanh nghiệp đánh giá chính xác tác động của cồn nhiên liệu đến tính năng vận hành thực tế của phương tiện, từ đó hoàn thiện công thức phối trộn tối ưu.

Câu hỏi thường gặp

Xăng pha cồn tỷ lệ cao ảnh hưởng như thế nào đến mức tiêu hao nhiên liệu của xe máy phun xăng điện tử? Do nhiệt trị thấp của ethanol chỉ đạt khoảng 26,8 MJ/kg so với 43,5 MJ/kg của xăng A92, xe máy phun xăng điện tử cần tiêu thụ một khối lượng nhiên liệu lớn hơn để sinh công tương đương. Thực nghiệm chu trình Japan 10-15 chứng minh xăng E10 chỉ làm tăng tiêu hao khoảng 3,5%, nhưng các mức cồn cao như E85 và E100 làm lượng nhiên liệu tiêu thụ tăng lần lượt từ 31,5% đến 38,2%.

Tại sao sử dụng xăng pha cồn từ E10 đến E100 lại giúp cắt giảm mạnh phát thải khí độc CO và HC? Phân tử ethanol chứa sẵn khoảng 34,7% khối lượng là nguyên tố oxy nội tại. Khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt, lượng oxy bổ sung này tham gia trực tiếp vào phản ứng cháy, giúp quá trình oxy hóa diễn ra hoàn hảo hơn ngay cả ở các vùng hòa khí đậm đặc cục bộ, qua đó làm giảm nồng độ khí CO tới 82,4% và khí HC tới 61,3%.

Động cơ xe máy phun xăng điện tử nguyên bản có thể sử dụng an toàn loại xăng pha cồn nào mà không cần can thiệp kỹ thuật? Xe máy trang bị hệ thống phun xăng điện tử như mẫu UV125 FI hoàn toàn có thể vận hành ổn định, an toàn với xăng E5, E10 và E20 mà không cần sửa đổi phần cứng hay phần mềm. Bộ điều khiển ECU nguyên bản với cảm biến oxy có khả năng tự bù trừ hòa khí để đảm bảo công suất và giảm đáng kể khí thải độc hại.

Tại sao xe máy sử dụng xăng E85 hoặc E100 lại gặp khó khăn khi khởi động nguội? Ethanol có nhiệt hóa hơi ẩn rất cao đạt khoảng 840 kJ/kg, cao hơn gấp 2,4 lần so với mức 350 kJ/kg của xăng khoáng, kết hợp với áp suất hơi bão hòa thấp ở nhiệt độ môi trường. Khi khởi động nguội dưới 25 độ C, lượng cồn bốc hơi không đủ để tạo thành hòa khí bắt cháy, đòi hỏi thời gian khởi động kéo dài gấp 2 đến 3 lần so với xăng thông thường.

Ý nghĩa của việc kiểm tra khí thải và tiêu hao nhiên liệu theo chu trình Japan 10-15 là gì? Chu trình thử chuẩn Japan 10-15 với chiều dài 4,16 km và thời gian vận hành 660 giây mô phỏng chân thực các trạng thái di chuyển thực tế trong đô thị gồm khởi hành, tăng tốc, chạy ổn định và giảm tốc. Việc đánh giá theo chu trình này phản ánh chính xác hiệu quả kinh tế và mức độ thân thiện môi trường của phương tiện hơn so với các phép đo ở vận tốc cố định đơn lẻ.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thành xuất sắc việc xây dựng cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về đặc tính kinh tế nhiên liệu và phát thải của xe gắn máy phun xăng điện tử 125 phân khối trên 8 mẫu nhiên liệu từ xăng khoáng A92, A95 đến xăng pha cồn nồng độ cao E10, E20, E30, E50, E85 và E100.
• Kết quả khẳng định xăng pha cồn mang lại hiệu quả vượt trội trong việc cải thiện môi trường đô thị với mức cắt giảm nồng độ phát thải CO lên đến 82,4% và HC lên đến 61,3% ở các tỷ lệ pha trộn cao.
• Mức tiêu thụ nhiên liệu tăng từ 3,5% ở mẫu E10 lên 38,2% ở mẫu E100 theo chu trình thử chuẩn Japan 10-15 do sự suy giảm nhiệt trị của hỗn hợp hòa khí, đi kèm sự gia tăng thời gian tăng tốc và độ trễ khởi động nguội trên cấu hình ECU nguyên bản.
• Đóng góp khoa học cốt lõi của công trình là cung cấp các luận cứ thực chứng quan trọng để các nhà sản xuất xe máy phát triển thuật toán điều khiển động cơ đa nhiên liệu Flex-Fuel và tối ưu hóa hệ thống kim phun trong giai đoạn 2026-2030.
• Độc giả, các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm có thể khai thác chi tiết các bảng số liệu chỉ thị áp suất buồng cháy và đồ thị phát thải trong toàn văn công trình luận văn để ứng dụng vào công tác thiết kế, hiệu chỉnh động cơ và hoạch định chính sách chuyển dịch năng lượng xanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.