Luận văn: Quan hệ giữa chế độ làm việc và phát thải động cơ xe máy dùng xăng E15, E20

Tải luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của xăng sinh học E15, E20 đến phát thải xe máy. Phân tích quan hệ giữa mức phát thải và chế độ làm việc động cơ.

• Tác giả: Đỗ Văn Đính
• Người hướng dẫn: Ts. Phạm Hữu Tuyến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Quan Hệ Giữa Chế Độ Làm Việc Và Phát Thải Của Động Cơ Xe Máy Khi Sử Dụng Xăng Sinh Học E15 Và E20
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát thải từ động cơ xe máy

Phát thải từ xe máy là một vấn đề quan trọng đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng. Động cơ đốt trong của xe máy phát thải các chất độc hại như CO, HC, NOx và CO2 vào không khí. Những chất này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ làm việc động cơ và lượng phát thải giúp xác định cách thức hoạt động của động cơ ảnh hưởng đến khí thải. Các yếu tố như tốc độ động cơ, tải trọng và chất lượng nhiên liệu đều có ảnh hưởng đáng kể đến thành phần khí thải. Hiểu rõ những mối quan hệ này là cơ sở để phát triển các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm hiệu quả.

1.1. Các chất độc hại trong khí thải động cơ

Khí thải từ động cơ xe máy chứa các chất ô nhiễm chính: monoxide carbon (CO) - chất không màu, không mùi, độc hại với máu; hydrocarbons (HC) - gây ô nhiễm không khí và hình thành ozone mặt đất; nitrogen oxides (NOx) - gây mưa axit và làm tổn hại hệ hô hấp; và carbon dioxide (CO2) - khí nhà kính chính. Ngoài ra còn có các chất khác như particulate matter (PM) và sulfur dioxide (SO2) tùy thuộc vào thành phần nhiên liệu.

1.2. Ảnh hưởng của các chất độc hại đến môi trường

Các chất phát thải từ xe máy gây ra những tác động tiêu cực đáng kể đến môi trường và sức khỏe con người. CO gây ra thiếu oxy máu, HC và NOx tham gia tạo ozone gây hại cho hệ hô hấp, CO2 là nhân tố chính gây hiệu ứng nhà kính. Việc kiểm soát phát thải động cơ là yêu cầu cấp bách để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống.

II. Xăng sinh học E15 và E20 Đặc điểm và ứng dụng

Xăng sinh học E15 và E20 là những loại nhiên liệu hỗn hợp giữa xăng truyền thống và ethanol, trong đó E15 chứa 15% ethanol và E20 chứa 20% ethanol. Những nhiên liệu sinh học này được phát triển nhằm giảm phát thải và giảm phụ thuộc vào dầu mỏ. Ethanol có nguồn gốc từ các nguyên liệu tái tạo như mía đường, lúa, ngô, làm cho chúng thân thiện với môi trường. Sử dụng E15 và E20 có thể cải thiện hiệu suất quá trình cháy, giảm lượng khí CO và HC phát thải. Tuy nhiên, việc chuyển sang nhiên liệu này cần phải xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo khả năng tương thích với các loại động cơ hiện tại.

2.1. Thành phần và đặc tính của xăng sinh học E15 E20

Xăng E15 gồm 85% xăng RON và 15% ethanol, có octane rating cao hơn, giúp cải thiện hiệu suất động cơ. Xăng E20 với 20% ethanol có khả năng cháy tốt hơn, tạo ra quá trình cháy hoàn toàn và hiệu quả. Ethanol có tính oxygen cao, giúp quá trình cháy hoàn toàn, từ đó giảm lượng CO và HC phát thải. Những đặc tính vật lý-hóa học của ethanol làm cho nó trở thành thành phần lý tưởng để cải thiện chất lượng nhiên liệu.

2.2. Lợi ích của xăng sinh học đối với phát thải

Sử dụng xăng sinh học E15 và E20 có thể giảm phát thải CO từ 10-15% và HC từ 5-10%. Ethanol trong nhiên liệu sinh học tăng tính oxy trong hỗn hợp nhiên liệu-không khí, dẫn đến quá trình cháy hoàn toàn hơn. Điều này không chỉ giảm các chất độc hại mà còn cải thiện hiệu suất nhiên liệu. Ngoài ra, ethanol là nhiên liệu tái tạo, giúp giảm phát thải CO2 suốt vòng đời của sản phẩm.

III. Phương pháp nghiên cứu và đo lường phát thải

Để nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ làm việc động cơ và phát thải khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20, cần sử dụng các phương pháp đo lường chính xác. Hệ thống đo khí thải liên tục (CVMS) cho phép ghi lại nồng độ CO, HC, NOx, CO2 theo thời gian thực. Chu trình HMDC (Hanoi Motorcycle Driving Cycle) là tiêu chuẩn được phát triển đặc biệt cho xe máy Việt Nam, mô phỏng các điều kiện lái xe thực tế. Quá trình thử nghiệm bao gồm: lắp đặt cảm biến phát thải, ghi nhận dữ liệu tốc độ động cơ và tốc độ xe, so sánh kết quả phát thải giữa xăng thường (RON92) và xăng sinh học (E15, E20). Dữ liệu thu được được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng để xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ.

3.1. Hệ thống đo lường phát thải

Hệ thống CVMS (Continuous Vehicular Monitoring System) gồm nhiều cảm biến chuyên biệt để đo nồng độ CO, CO2, HC, NOx trong khí thải. Các cảm biến này có độ chính xác cao và phản ứng nhanh, cho phép ghi lại sự thay đổi phát thải theo thời gian thực. Thiết bị phân tích khí thải được hiệu chuẩn trước mỗi lần đo lường để đảm bảo độ tin cậy. Dữ liệu được lưu trữ và xử lý bằng máy tính, giúp phân tích quan hệ giữa các chỉ số phát thải.

3.2. Chu trình thử nghiệm HMDC

Chu trình HMDC (Hanoi Motorcycle Driving Cycle) được phát triển dựa trên mẫu lái xe thực tế tại thành phố Hà Nội. Chu trình này gồm các pha gia tốc, duy trì tốc độ và giảm tốc độ, mô phỏng điều kiện lái xe hàng ngày. Thời gian chu trình khoảng 600 giây, với tốc độ trung bình 15-20 km/h. Sử dụng HMDC trong thử nghiệm giúp kết quả gần gũi với điều kiện thực tế, cho phép đánh giá hiệu suất phát thải của xe máy trong các điều kiện lái xe thường gặp.

IV. Kết quả nghiên cứu và khuyến nghị

Kết quả nghiên cứu phát thải xe máy với xăng sinh học E15 và E20 cho thấy những cải thiện đáng kể so với xăng RON92. Khi sử dụng E15, lượng CO giảm khoảng 12-15% và HC giảm 8-12%, trong khi NOx tăng nhẹ khoảng 2-5%. Với E20, mức giảm CO lên đến 18-20% và HC giảm 15-18%, tuy nhiên NOx cũng tăng cao hơn. Mối quan hệ giữa chế độ làm việc động cơ (tốc độ) và phát thải cho thấy ở tốc độ thấp (dưới 2000 vòng/phút), xăng sinh học có hiệu quả giảm phát thải cao nhất. Ở tốc độ cao, hiệu quả giảm phát thải hơi giảm nhưng vẫn tốt hơn xăng thường. Những kết luận này cho thấy tiềm năng to lớn của xăng sinh học trong việc giảm ô nhiễm từ xe máy ở Việt Nam.

4.1. So sánh phát thải giữa xăng thường và xăng sinh học

Phات thải CO giảm đáng kể khi sử dụng E15 và E20 do ethanol tăng nội dung oxy. Lượng HC cũng giảm nhờ quá trình cháy hoàn toàn hơn. Tuy nhiên, NOx tăng do nhiệt độ cháy cao hơn với xăng sinh học. Phát thải CO2 cơ bản tương tự nhưng CO2 sinh học từ ethanol được xem như phát thải trung lập. Nhìn chung, E15 và E20 cho kết quả khả quan trong việc giảm các chất độc hại chính.

4.2. Khuyến nghị sử dụng xăng sinh học

Để tối ưu hóa phát thải xe máy, khuyến nghị sử dụng E15 cho các xe máy được thiết kế tương thích. E20 cần cân nhắc do khả năng tương thích với các động cơ cũ. Cần cải thiện hệ thống kiểm soát động cơ (ECU) để tối ưu hóa phát thải NOx. Đặc biệt, khuyến nghị sử dụng xăng sinh học ở chế độ tốc độ thấp (thành phố) để tối đa hóa lợi ích giảm phát thải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN VỄ PHÁT THẢI TỪ DỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN LUONG PHAT THÁI 15 1. Các chất độc hại Irong khi thải động cư - 15 1. Sự hình thành các chất độc bại rong khí thải động cơ.

Ảnh hưởng của chế đô làm việc tỏi hàm lượng các chất độc hại. Ảnh hưởng của các chất độc hại có trong khí thải động cơ đến môi trường và sửo khỏe c0ii ñBVỜI,. con HH ae 18 1. Các biện pháp giấm phát thải độc hại 31 2.

Van dé kiểm soát khí thải trên thẻ giới và ở Việt Nam. Kiếm soát khi thái trên thể giới. Vấn đề kiểm soái khí thải ở Việt Nam 30 1. Kiểm kẽ lượng phát thải từ dộng cơ dốt trong ra môi trường,.

Khải niệm hệ số phát thải. Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới 33 1. Một số nghiên cửu tính toán xác định lượng phát thái tại Việt Nam:. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHIÁP TÍNI TOÁN LƯỢNG PHÁT TIIÁI XE MAY TU SO LIRU RO LIAN TUC 4I 2.

118 théng thir nghiém do phat thai xe MAY. Câu tạo hệ thống 3. Nguyên lí làm việc THIV: Đề Văn Định 3 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật THình 2-9. Ham lượng phải thai CO va Ide độ xe theo thời gian 35 Tình 2-16.

Hàn lượng phát Hải CO; và tốc độ xe theo thời gian 56 Hình 2-11. Hàm lượng phát thai HC va toc dé xe theo thời gian 56 Hình 2-12. Hàm lượng phát thải NO; và tốc độ xe theo thời gian 37 Tình 2-13. Đề thị thành phẫn CO-vận tốc theo thời gian sau khi dịch| 58 chuyển Hình 2-14.

Để thí thành phần GO;-vận tốc theo thời gian sau khi dịch | 59 chuyển Fink 2-15. D6 du thanh phần HỮ-vận tốc theo thời gian sau khi dịch so chuyển Tĩnh 2-16. Dỗ thị thành phần NO.-vận tốc theo thời gian sau khi dich} 60 chuyển Tình 2-17. Sơ đồ quả trình xây dựng quan hệ phát thâ-tốc độ đổi với xe| 61 ấy từ số liệu do phát thâi liêu tục trên bằng thử Hình 3-1.

Chu trình HMDC 63 Hình 3-2, Đề thị hàm lượng HC và v theo thời gian khi sử dụng RONS2 | 65 Hình 3-3, Đề thị hàm lượng CO và v theo thời gian khi sử dụng RONS2 | 65 Hình 3-4. Đề thị hàm lượng CO2 va v theo thời gian khi sử dụng RON92 | 66 Tũnh 3-5. Dé thi hàm lượng NO, và v theo thời gian khi sử dụng RON92 66 Tĩnh 3-6. Đề thị quan hệ HC - v khi sử đụng RONS2 a7 link 3-7.

Dé thi quan hé CO - v kh sir dng RONS2 s8 Tĩnh 3-8. Đề thị quan hệ CO: - v khi sử dụng RON92 s8 Tình 3-9. Đồ ti quan hệ NÓ; - v khi sử dụng RON92 6 Tĩnh 3-10. Đã thị hàm lượng HC va v theo thời gian khi sử dụng E15 70 Tĩnh 3-11.

Đồ thị hàm lượng CÔ và v theo thời gian khi sử dụng E15 70 Tĩnh 3-12. Đã thị hàm lượng CỐi và v theo thời gian khí số dụng B15 Tï Hình 3-13. Đỗ thị hàm lượng NÓ; và v theo thời gian khi sử đụng E15 71 Hình 3-14. Đỗ thị quan hệ HC - v khi sử dụng E15 72 THIV: Đề Văn Định 9 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật TANH MỤC CÁC BẰNG Bang Trang Bang 1-1.

Tiêu chuẩn Châu Au déi véi 6 t6 con (loai M1*) 29 Bang 1-2. Gidi han khi thai cho xe mé t6 hai banh (g/km) 31 Bang 1-3. Gidi han khi thai cho xe mé t6 ba, bin banh (g/km) 32 ‘Bang 1-4. Hệ số phát thải với chu Hình lá HMDC 38 Bang 1-5.

Tdc d6 cia xe trong 1 chu (rink 40 Bang 3-1. Cac thong 96 cia xo may thi nghign 62 Bang 3-2. Kết quê phân lich Ethanol 63 Bang 3-3. So sanh két qua tinh với kết qua do 83 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật 2.

Co sé tinh toan ham lượng phát thai tir sé liệu đo liên tục. Tinh toan quy đổi hàm lượng phát thải từ phần triệu thể tich (ppm) sang khối lượng. Áp dụng các công thức tỉnh toán với các thánh phần phát thải. Phương pháp tính toán xây dựng quan hệ giủa hàm lượng phát thải và tốc dỗ của xo.

- SS GHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ LÀM VIC VA PUAT THAI CUA DONG CO XE MAY KIII SU’ DUNG XANG SINIL HỌC E15 VÀ F20. Xe máy thứ nghiệm. Nhiên liệu thử nghiệm - 62 3.

Chủ trình thử nghiệm - 63 3. Quan hệ giữa chế độ làm việc vả hàm lượng phát thải. Quan hệ giữa chế độ làm việc của xe máy và hàm lượng phát thải khi sử dụng xăng RON92 - - 64 3. Quan hệ giữa chế độ lam việc của xe máy và hảm lượng, phát thải khi sử dụng xăng sinh học E15 68 3.

Quan hệ giữa chế độ làm việc của xe máy và hàm lượng phát thải khi sử dụng xăng sinh học lH2. Tổng hợp các phương trình quan hệ. Đánh giả phát thải xe máy khi sử dụng xăng sinh học. Dánh giá độ chính xác của các hàm số.

8O KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. 7 7 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO. TIV: Đề Văn Định 4 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật 2. Co sé tinh toan ham lượng phát thai tir sé liệu đo liên tục.

Tinh toan quy đổi hàm lượng phát thải từ phần triệu thể tich (ppm) sang khối lượng. Áp dụng các công thức tỉnh toán với các thánh phần phát thải. Phương pháp tính toán xây dựng quan hệ giủa hàm lượng phát thải và tốc dỗ của xo. - SS GHƯƠNG 3.

NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ LÀM VIC VA PUAT THAI CUA DONG CO XE MAY KIII SU’ DUNG XANG SINIL HỌC E15 VÀ F20. Xe máy thứ nghiệm. Nhiên liệu thử nghiệm - 62 3. Chủ trình thử nghiệm - 63 3.

Quan hệ giữa chế độ làm việc vả hàm lượng phát thải. Quan hệ giữa chế độ làm việc của xe máy và hàm lượng phát thải khi sử dụng xăng RON92 - - 64 3. Quan hệ giữa chế độ lam việc của xe máy và hảm lượng, phát thải khi sử dụng xăng sinh học E15 68 3. Quan hệ giữa chế độ làm việc của xe máy và hàm lượng phát thải khi sử dụng xăng sinh học lH2.

Tổng hợp các phương trình quan hệ. Đánh giả phát thải xe máy khi sử dụng xăng sinh học. Dánh giá độ chính xác của các hàm số. 8O KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

7 7 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO. TIV: Đề Văn Định 4 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật MỤC LỤC TỎI CAM ĐOAN. 3 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT § DANH MỤC CÁC BẰNG. DANI MỤC CÁC HÌNH VẼ, DO THI 8 LỜI NÓI ĐẦU 11 CHƯƠNG 1.

TÔNG QUAN VỄ PHÁT THẢI TỪ DỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN LUONG PHAT THÁI 15 1. Các chất độc hại Irong khi thải động cư - 15 1. Sự hình thành các chất độc bại rong khí thải động cơ. Ảnh hưởng của chế đô làm việc tỏi hàm lượng các chất độc hại.

Ảnh hưởng của các chất độc hại có trong khí thải động cơ đến môi trường và sửo khỏe c0ii ñBVỜI,. con HH ae 18 1. Các biện pháp giấm phát thải độc hại 31 2. Van dé kiểm soát khí thải trên thẻ giới và ở Việt Nam.

Kiếm soát khi thái trên thể giới. Vấn đề kiểm soái khí thải ở Việt Nam 30 1. Kiểm kẽ lượng phát thải từ dộng cơ dốt trong ra môi trường,. Khải niệm hệ số phát thải.

Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới 33 1. Một số nghiên cửu tính toán xác định lượng phát thái tại Việt Nam:. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHIÁP TÍNI TOÁN LƯỢNG PHÁT TIIÁI XE MAY TU SO LIRU RO LIAN TUC 4I 2. 118 théng thir nghiém do phat thai xe MAY.

Câu tạo hệ thống 3. Nguyên lí làm việc THIV: Đề Văn Định 3 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật MỤC LỤC TỎI CAM ĐOAN. 3 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT § DANH MỤC CÁC BẰNG. DANI MỤC CÁC HÌNH VẼ, DO THI 8 LỜI NÓI ĐẦU 11 CHƯƠNG 1.

TÔNG QUAN VỄ PHÁT THẢI TỪ DỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN LUONG PHAT THÁI 15 1. Các chất độc hại Irong khi thải động cư - 15 1. Sự hình thành các chất độc bại rong khí thải động cơ. Ảnh hưởng của chế đô làm việc tỏi hàm lượng các chất độc hại.

Ảnh hưởng của các chất độc hại có trong khí thải động cơ đến môi trường và sửo khỏe c0ii ñBVỜI,. con HH ae 18 1. Các biện pháp giấm phát thải độc hại 31 2. Van dé kiểm soát khí thải trên thẻ giới và ở Việt Nam.

Kiếm soát khi thái trên thể giới. Vấn đề kiểm soái khí thải ở Việt Nam 30 1. Kiểm kẽ lượng phát thải từ dộng cơ dốt trong ra môi trường,. Khải niệm hệ số phát thải.

Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới 33 1. Một số nghiên cửu tính toán xác định lượng phát thái tại Việt Nam:. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHIÁP TÍNI TOÁN LƯỢNG PHÁT TIIÁI XE MAY TU SO LIRU RO LIAN TUC 4I 2. 118 théng thir nghiém do phat thai xe MAY.

Câu tạo hệ thống 3. Nguyên lí làm việc THIV: Đề Văn Định 3 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật DANH MỤC CÁC KỈ HIỆU, CÁC CHỮ VIET TAT Kí hiệu Dién giải CEMDC | Chu trhhthủ cho xe máy được phát triển bởi Tổng cục Môi trường CECDC Chu trình trừ cho xe hạng nhẹ được phát triển bởi Tổng cục Môi trường CD 20" Chassis Dynamometer 20” (Bang thi xe may) co Khi thải Monoxit cacbon. có Khi Cacbonnie Cv§ Hệ thống lấy mẫu với thể tích không dỗi (Constant Volume Sampling) DOC BO xi Hi xte tae oxy hda tén động co diesel Diesel Oxidation Catalyst) HIS Xăng sinh học bao gồm 15% cilanol và 85% xing RONS2 (lính theo thể tích) 120 Xăng sinh học bao gốm 20% ethanol và 80% xing RƠN92 (tính theo thể lich) BCER40 | Chutình thử của Châu Au cho xe máy theo tiêu chuẩn Euro TI GDP Tong san pham quée néi (Gross Domestic Product) Fim Tiện tích làm mát HC Thí thải Hydrocacbon HMDC Chu trình thử trong thành phố Hà Nội cho xe máy dược phát triển tại Thỏng thí nghiệm Đồng, oơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội LPG Khí dâu mé héa léng LPG (Liquefied Petroleum Gas) TM Phat thai dang hat NOx Khi thai Oxit nito SCR Bộ khử NO; bỗng xúc lác co chon lee (Sclective Culalylic Reduction) AV: Bé Van Pint 5 MSHV: CA120119 Luận vẫn thạc sĩ kĩ thuật TANH MỤC CÁC BẰNG Bang Trang Bang 1-1. Tiêu chuẩn Châu Au déi véi 6 t6 con (loai M1*) 29 Bang 1-2.

Gidi han khi thai cho xe mé t6 hai banh (g/km) 31 Bang 1-3.