Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học ethanol 100% cho động cơ xăng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Sự cần thiết của đề tài

1.2. Mục đích nghiên cứu

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.6. Tính mới của đề tài

1.7. Các nội dung chính của đề tài

1.8. Tổng quan về nhiên liệu sinh học

1.8.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học

1.8.2. Các loại nhiên liệu sinh học được sử dụng trên phương tiện

1.8.3. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học

1.8.3.1. Nhiên liệu cồn ethanol

1.8.3.2. Xăng sinh học

1.8.4. Sản xuất và sử dụng cồn ethanol và xăng sinh học trên phương tiện

1.8.5. Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn trên động cơ xăng

1.8.5.1. Các nghiên cứu trên thế giới

1.8.5.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam

1.9. Kết luận Chương 1

2. CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC

2.1. Quá trình cháy trong động cơ xăng

2.2. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học

2.3. Lý thuyết mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học

2.3.1. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu

2.3.2. Mô hình cháy

2.3.3. Mô hình truyền nhiệt

2.3.4. Mô hình phát thải

2.3.5. Một số mô hình phụ khác

2.4. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ phun xăng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%

2.4.1. Cấu tạo hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ

2.4.2. Cơ sở lý thuyết chuyển đổi từ sử dụng xăng thông thường sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

2.4.3. Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%

2.5. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN ETHANOL TỚI 100%

3.1. Đối tượng nghiên cứu và xây dựng mô hình động cơ

3.1.1. Đối tượng nghiên cứu

3.1.2. Xây dựng mô hình động cơ

3.2. Đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản trên động cơ ô tô phun xăng điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

3.2.1. Hiệu chuẩn mô hình và đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản

3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới tham số của mô hình cháy Fractal

3.2.3. Xác định hệ số dư lượng không khí λ của hỗn hợp cháy với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau

3.2.4. Nghiên cứu mô phỏng xây dựng bộ thông số chuẩn với xăng sinh học

3.2.5. Tính toán mô phỏng lượng nhiên liệu phun đảm bảo hệ số dư lượng không khí λ = 1

3.2.6. Tính toán góc đánh lửa sớm để mô men động cơ đạt Memax khi sử dụng xăng sinh học

3.3. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1. Đối tượng, nhiên liệu và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm

4.1.1. Đối tượng thử nghiệm

4.1.2. Nhiên liệu thử nghiệm

4.1.3. Trang thiết bị thử nghiệm

4.2. Thử nghiệm hiệu chuẩn mô hình mô phỏng và bộ thông số chuẩn động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

4.2.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm

4.2.2. Kết quả thử nghiệm

4.3. Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ECU phụ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

4.3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU phụ cho động cơ Toyota 1NZ-FE

4.3.2. Nghiên cứu nạp bộ thông số chuẩn lên ECU phụ

4.4. Thử nghiệm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ xăng khi được lắp thêm ECU phụ trên băng thử động cơ

4.4.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm

4.4.2. Kết quả thử nghiệm trên băng thử động cơ

4.5. Thử nghiệm tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe ô tô được lắp thêm ECU phụ trên băng thử ô tô

4.5.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm

4.5.2. Kết quả thử nghiệm với ô tô nguyên bản khi chưa lắp ECU phụ

4.5.3. Kết quả thử nghiệm với ô tô được lắp thêm ECU phụ

4.6. Kết luận Chương 4

MỞ ĐẦU

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học đang trở thành một giải pháp quan trọng trong việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính. Ethanol 100% là một trong những loại nhiên liệu sinh học được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng ethanol 100% cho động cơ xăng, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường. Các loại nhiên liệu sinh học khác như xăng sinh học cũng được đề cập, nhưng ethanol 100% được xem là giải pháp tiềm năng nhất.

1.1. Sự cần thiết của nhiên liệu sinh học

Việc nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học là cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ethanol 100% là một loại nhiên liệu tái tạo có thể sản xuất từ các nguồn nguyên liệu sinh khối như ngô, mía, hoặc cellulose. Sử dụng ethanol 100% trong động cơ xăng không chỉ giúp giảm phát thải khí CO2 mà còn cải thiện hiệu suất đốt cháy.

1.2. Các loại nhiên liệu sinh học

Các loại nhiên liệu sinh học phổ biến bao gồm xăng sinh học và ethanol sinh học. Xăng sinh học thường được pha trộn với tỷ lệ ethanol thấp (E10, E20), trong khi ethanol 100% (E100) là loại nhiên liệu tinh khiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng ethanol 100% để thay thế hoàn toàn xăng thông thường, nhằm đạt được hiệu quả cao nhất về mặt kỹ thuật và môi trường.

II. Nghiên cứu sử dụng ethanol 100 cho động cơ xăng

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng ethanol 100% trong động cơ xăng, đặc biệt là các động cơ phun xăng điện tử. Ethanol 100% có nhiều ưu điểm như khả năng cháy sạch, giảm phát thải khí độc hại và cải thiện hiệu suất động cơ. Tuy nhiên, việc sử dụng ethanol 100% đòi hỏi phải điều chỉnh hệ thống điều khiển điện tử (ECU) để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.1. Quá trình cháy của động cơ xăng

Quá trình cháy trong động cơ xăng khi sử dụng ethanol 100% có sự khác biệt so với xăng thông thường. Ethanol 100% có nhiệt trị thấp hơn nhưng tỷ lệ oxy cao hơn, giúp quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn. Điều này dẫn đến giảm phát thải khí CO và HC, đồng thời tăng hiệu suất nhiệt của động cơ.

2.2. Điều chỉnh hệ thống ECU

Việc sử dụng ethanol 100% đòi hỏi phải điều chỉnh hệ thống ECU để tối ưu hóa lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm. Nghiên cứu này đề xuất việc thiết kế và chế tạo bộ ECU phụ để điều chỉnh các thông số kỹ thuật khi sử dụng ethanol 100%, đảm bảo hiệu suất động cơ và giảm thiểu phát thải.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ethanol 100% trong động cơ xăng mang lại nhiều lợi ích về mặt kỹ thuật và môi trường. Hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể, đồng thời lượng khí thải độc hại như CO, HC và NOx giảm đáng kể. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp kỹ thuật để tối ưu hóa việc sử dụng ethanol 100% trong thực tế.

3.1. Hiệu suất động cơ

Khi sử dụng ethanol 100%, hiệu suất động cơ được cải thiện nhờ quá trình cháy hoàn toàn hơn. Các thử nghiệm cho thấy công suất động cơ tăng lên đáng kể, đặc biệt ở các chế độ tải cao. Điều này chứng tỏ ethanol 100% là một loại nhiên liệu thay thế hiệu quả cho xăng thông thường.

3.2. Giảm phát thải khí thải

Sử dụng ethanol 100% giúp giảm đáng kể lượng khí thải độc hại như CO, HC và NOx. Điều này không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn giúp các phương tiện đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt hơn. Nghiên cứu này là cơ sở quan trọng để phát triển các nhiên liệu xanh trong tương lai.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học ethanol 100% cho động cơ xăng