Luận văn: Xác định hệ số tương đương tối ưu cho động cơ xăng ethanol

Luận văn thạc sĩ xác định hệ số tương đương tối ưu cho động cơ dùng xăng ethanol, đánh giá hiệu suất, mức tiêu hao nhiên liệu và khí thải ô nhiễm.

• Tác giả: Lê Việt Hùng
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với các chế độ vận hành của động cơ sử dụng nhiên liệu Ethanol – xăng Ron 92
• Loại tài liệu: Luận văn
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tối ưu động cơ xăng pha ethanol

Việc tối ưu động cơ khi dùng xăng pha ethanol là một lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm, nhằm giải quyết hai vấn đề lớn của thế kỷ 21: an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Nhiên liệu ethanol, hay còn gọi là xăng sinh học, được xem là giải pháp thay thế tiềm năng cho xăng khoáng truyền thống. Loại nhiên liệu này có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo như ngô, sắn, mía, giúp giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ đang dần cạn kiệt. Hơn nữa, quá trình cháy của ethanol tạo ra ít phát thải khí xả độc hại hơn, đặc biệt là CO và HC. Tuy nhiên, việc chuyển đổi sang sử dụng xăng sinh học không đơn giản. Đặc tính lý hóa của ethanol khác biệt so với xăng, bao gồm nhiệt trị của nhiên liệu thấp hơn, nhiệt ẩn hóa hơi cao hơn và khả năng ngậm nước. Những khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy bên trong động cơ đốt trong, đòi hỏi phải có những điều chỉnh và tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất động cơ và độ bền. Các nghiên cứu, như của tác giả Lê Việt Hùng về động cơ Daewoo A16-DMS, đã chỉ ra rằng việc sử dụng xăng E10 hay E15 có thể mang lại hiệu quả tương đương hoặc tốt hơn xăng RON 92. Nhưng khi tỷ lệ ethanol tăng lên, ví dụ như xăng E20, các vấn đề về công suất và mô-men xoắn bắt đầu xuất hiện. Do đó, nghiên cứu sâu hơn về các thông số vận hành như tỷ lệ không khí - nhiên liệu (AFR), góc đánh lửa sớm, và tỷ số nén trở nên cực kỳ cần thiết. Việc tìm ra các giải pháp tối ưu không chỉ giúp khai thác tối đa lợi ích của nhiên liệu ethanol mà còn góp phần vào việc xây dựng một hệ thống giao thông bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực đến biến đổi khí hậu.

1.1. Giới thiệu về nhiên liệu ethanol và xăng sinh học

Ethanol (C2H5OH) là một loại cồn được sản xuất chủ yếu qua quá trình lên men các sản phẩm nông nghiệp giàu tinh bột hoặc đường. Khi được pha trộn với xăng, nó tạo ra xăng sinh học, thường được ký hiệu là E5, E10, E20, tương ứng với 5%, 10%, 20% ethanol theo thể tích. Ưu điểm chính của ethanol là có trị số octan cao (khoảng 107-109 RON), giúp tăng khả năng chống kích nổ cho nhiên liệu. Ngoài ra, sự hiện diện của oxy trong phân tử ethanol (khoảng 35% khối lượng) giúp quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn, từ đó làm giảm phát thải các chất ô nhiễm như Carbon Monoxide (CO) và Hydrocarbon (HC) chưa cháy hết. Các tiêu chuẩn kỹ thuật như TCVN 7716:2007 đã được ban hành để quy định chất lượng của ethanol nhiên liệu biến tính, đảm bảo sự tương thích khi sử dụng trong các động cơ đốt trong hiện đại.

1.2. Lý do cần tối ưu động cơ khi chuyển sang xăng E5 E10

Việc tối ưu hóa là cần thiết vì các đặc tính của ethanol khác biệt so với xăng gốc. Thứ nhất, nhiệt trị của nhiên liệu ethanol thấp hơn xăng khoảng 34%. Điều này có nghĩa là để tạo ra cùng một lượng năng lượng, động cơ cần một lượng nhiên liệu lớn hơn, ảnh hưởng đến suất tiêu thụ nhiên liệu. Thứ hai, nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol cao hơn, làm mát dòng khí nạp hiệu quả hơn, có thể tăng hiệu suất nạp (ηv) nhưng lại gây khó khăn khi khởi động lạnh. Thứ ba, do ethanol có chứa oxy, tỷ lệ không khí - nhiên liệu (AFR) lý tưởng cho việc đốt cháy hoàn toàn sẽ thay đổi. Nếu không hiệu chỉnh hệ thống phun xăng điện tử và ECU (Engine Control Unit), động cơ sẽ chạy với hỗn hợp nghèo hơn, có thể làm tăng nhiệt độ buồng đốt và phát thải khí NOx.

II. Top thách thức khi tối ưu động cơ dùng xăng pha ethanol

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích về môi trường, việc sử dụng xăng pha ethanol, đặc biệt với tỷ lệ cao, đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật cần được giải quyết để tối ưu động cơ. Thách thức lớn nhất đến từ sự khác biệt về đặc tính lý hóa giữa ethanol và xăng. Nhiệt trị của nhiên liệu ethanol thấp hơn đáng kể, dẫn đến việc phải cung cấp một lượng nhiên liệu lớn hơn để đạt được cùng công suất, làm tăng suất tiêu thụ nhiên liệu nếu không có sự điều chỉnh phù hợp. Một vấn đề nghiêm trọng khác là ăn mòn vật liệu. Ethanol có tính hút ẩm cao và có thể tách pha khi có sự hiện diện của nước, tạo ra một dung dịch có tính ăn mòn cao đối với các kim loại như nhôm, kẽm và một số loại hợp kim trong hệ thống nhiên liệu. Hơn nữa, ethanol là một dung môi mạnh, có thể làm trương nở, hòa tan các chi tiết làm từ cao su và nhựa không tương thích, gây rò rỉ và hỏng hóc hệ thống. Quá trình cháy cũng bị ảnh hưởng. Mặc dù trị số octan cao của ethanol giúp chống kích nổ, cho phép tăng tỷ số nén, nhưng nhiệt độ tự cháy cao hơn lại làm tăng thời gian cháy trễ. Điều này đòi hỏi phải điều chỉnh lại góc đánh lửa sớm để đảm bảo áp suất cháy cực đại xuất hiện ở thời điểm tối ưu. Việc tìm ra điểm cân bằng giữa các yếu tố này thông qua mô phỏng động cơ và thực nghiệm trên băng thử là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự can thiệp vào cả phần cứng lẫn phần mềm điều khiển động cơ, chẳng hạn như lập trình lại ECU.

2.1. Ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ và nhiệt trị nhiên liệu

Sự sụt giảm hiệu suất động cơ là một trong những lo ngại chính. Do nhiệt trị của nhiên liệu ethanol thấp hơn xăng, hỗn hợp xăng sinh học có mật độ năng lượng trên mỗi lít thấp hơn. Về lý thuyết, điều này sẽ làm giảm công suất và mô-men xoắn nếu lượng nhiên liệu phun vào không được tăng lên tương ứng. Tuy nhiên, hiệu ứng làm mát của ethanol do có nhiệt ẩn hóa hơi cao lại giúp tăng mật độ không khí nạp vào xi-lanh, có thể bù đắp một phần sự sụt giảm năng lượng này. Nghiên cứu thực tế cho thấy ở tỷ lệ pha trộn thấp như xăng E10, sự sụt giảm hiệu suất là không đáng kể, thậm chí có thể cải thiện ở một số dải tốc độ. Nhưng với xăng E20 trở lên, sự sụt giảm này trở nên rõ rệt hơn, đòi hỏi các biện pháp can thiệp để tối ưu hóa.

2.2. Vấn đề ăn mòn vật liệu và mài mòn chi tiết máy móc

Ethanol có tính phân cực và hút ẩm mạnh, có thể hấp thụ nước từ không khí. Khi hàm lượng nước vượt quá giới hạn hòa tan, hiện tượng tách pha sẽ xảy ra, tạo thành một lớp dung dịch nước-ethanol ở đáy bình chứa. Lớp dung dịch này có tính axit nhẹ và khả năng dẫn điện, gây ra hiện tượng ăn mòn vật liệu điện hóa trên các bề mặt kim loại của hệ thống nhiên liệu. Các chi tiết làm từ vật liệu đàn hồi như gioăng, ống dẫn nhiên liệu nếu không được thiết kế để chống chịu ethanol có thể bị phồng, chai cứng hoặc hòa tan, dẫn đến rò rỉ. Vấn đề mài mòn chi tiết máy cũng cần được quan tâm, do khả năng bôi trơn của ethanol kém hơn xăng, có thể ảnh hưởng đến các bộ phận như bơm nhiên liệu và kim phun. Việc sử dụng các loại phụ gia nhiên liệu chống ăn mòn và cải thiện độ bôi trơn là một giải pháp được cân nhắc.

III. Phương pháp phân tích ảnh hưởng tỷ lệ ethanol lên động cơ

Để tối ưu động cơ khi dùng xăng pha ethanol, cần có một phương pháp luận khoa học chặt chẽ, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Phương pháp phổ biến nhất là tiến hành các bài thực nghiệm trên băng thử (dynamometer). Băng thử cho phép kiểm soát chính xác các điều kiện vận hành của động cơ như tốc độ, tải trọng và nhiệt độ, đồng thời đo lường các thông số đầu ra một cách chính xác. Đối tượng nghiên cứu thường là một động cơ đốt trong phổ biến, ví dụ như động cơ Daewoo A16-DMS. Quy trình thực nghiệm bắt đầu bằng việc pha chế các mẫu nhiên liệu ethanol với các tỷ lệ khác nhau, chẳng hạn như xăng E5, xăng E10, E15 và E20 từ xăng nền (ví dụ RON 92) và ethanol khan. Các thông số quan trọng cần được đo lường bao gồm: công suất có ích (Ne), mô-men xoắn (Me), suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge), và nồng độ các chất trong phát thải khí xả như khí NOx, CO, HC. Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích để so sánh hiệu năng của động cơ khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau so với xăng gốc. Các nghiên cứu như của Lê Việt Hùng cho thấy, khi sử dụng E10 và E15, công suất và mô-men có thể tương đương hoặc tốt hơn xăng RON 92, trong khi phát thải CO và HC giảm. Ngược lại, E20 lại tỏ ra bất lợi về mặt công suất. Những kết quả này cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng để xác định giới hạn tỷ lệ ethanol phù hợp cho động cơ không tinh chỉnh và định hướng cho các bước tối ưu hóa tiếp theo.

3.1. So sánh công suất và mô men giữa xăng E10 E15 và E20

Phân tích so sánh công suất và mô-men xoắn là chỉ số đầu tiên để đánh giá tác động của xăng sinh học lên hiệu suất động cơ. Dữ liệu từ các bài thực nghiệm trên băng thử cho thấy mối tương quan rõ rệt giữa tỷ lệ ethanol và các chỉ số kỹ thuật này. Thông thường, với xăng E10 và E15, hiệu ứng làm mát khí nạp và trị số octan cao của ethanol có thể cải thiện quá trình cháy, dẫn đến công suất và mô-men xoắn duy trì ở mức tốt, thậm chí nhỉnh hơn một chút so với xăng thường ở một số dải tốc độ nhất định. Tuy nhiên, khi tỷ lệ ethanol tăng lên E20, hàm lượng năng lượng thấp hơn của nhiên liệu bắt đầu chiếm ưu thế, gây ra sự sụt giảm đáng kể về công suất và mô-men. Sự sụt giảm này là cơ sở để xác định rằng động cơ nguyên bản không thể hoạt động hiệu quả với tỷ lệ ethanol cao mà cần có sự can thiệp tối ưu hóa.

3.2. Đánh giá suất tiêu thụ nhiên liệu của các loại xăng sinh học

Suất tiêu thụ nhiên liệu (thường được đo bằng g/kWh) là chỉ tiêu kinh tế quan trọng. Do nhiệt trị của nhiên liệu ethanol thấp hơn xăng, động cơ cần tiêu thụ một khối lượng nhiên liệu lớn hơn để sinh ra cùng một đơn vị công suất. Kết quả thực nghiệm thường cho thấy suất tiêu thụ nhiên liệu có xu hướng tăng lên khi tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp tăng. Ví dụ, khi chuyển từ xăng RON 92 sang xăng E10 hoặc E20, chỉ số ge sẽ tăng lên. Tuy nhiên, điều quan trọng cần xem xét là suất tiêu hao năng lượng (MJ/kWh). Đôi khi, dù suất tiêu thụ nhiên liệu theo khối lượng tăng, nhưng do quá trình cháy hiệu quả hơn, suất tiêu hao năng lượng lại không thay đổi nhiều, thậm chí có thể giảm nhẹ. Việc đánh giá cả hai chỉ số này mang lại cái nhìn toàn diện hơn về tính kinh tế của nhiên liệu.

IV. Bí quyết tối ưu động cơ bằng cách điều chỉnh hệ số AFR

Một trong những bí quyết quan trọng nhất để tối ưu động cơ khi dùng xăng pha ethanol tỷ lệ cao như xăng E20 là điều chỉnh tỷ lệ không khí - nhiên liệu (AFR). AFR lý tưởng (đốt cháy hết) của xăng là khoảng 14.7:1, trong khi của ethanol là khoảng 9:1. Do đó, hỗn hợp xăng sinh học sẽ có AFR lý tưởng thấp hơn xăng. Khi động cơ sử dụng nhiên liệu ethanol mà không điều chỉnh hệ thống phun xăng điện tử, ECU vẫn sẽ hoạt động theo bản đồ lập trình cho xăng, dẫn đến hỗn hợp trở nên nghèo (nhiều không khí hơn mức cần thiết). Hỗn hợp nghèo làm tăng nhiệt độ cháy, giảm công suất và tăng mạnh phát thải khí NOx. Để khắc phục, cần can thiệp vào ECU để tăng thời gian mở kim phun, cung cấp thêm nhiên liệu để đạt được tỷ lệ không khí - nhiên liệu tối ưu. Trong nghiên cứu học thuật, thông số thường được sử dụng là hệ số tương đương (φ), là tỷ số giữa AFR lý tưởng và AFR thực tế. Theo nghiên cứu trên động cơ Daewoo A16-DMS, việc điều chỉnh để đạt hệ số tương đương φ trong khoảng 0.90 - 1.0 giúp động cơ phát huy tốt mô-men và công suất. Đặc biệt, giá trị φ ≈ 0.90 được xem là điểm cân bằng lý tưởng, vừa giúp giảm suất tiêu thụ nhiên liệu, vừa giảm thiểu phát thải khí NOx, CO, HC một cách hiệu quả. Đây là phương pháp tối ưu hóa cốt lõi, giúp động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả với nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao.

4.1. Vai trò của hệ số tương đương φ trong quá trình cháy

Hệ số tương đương (φ) là một thông số quan trọng mô tả độ giàu/nghèo của hỗn hợp không khí-nhiên liệu. Khi φ = 1, hỗn hợp là lý tưởng (hóa học). Khi φ > 1, hỗn hợp giàu nhiên liệu. Khi φ < 1, hỗn hợp nghèo nhiên liệu. Thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lan truyền màng lửa, nhiệt độ và áp suất cực đại trong quá trình cháy. Đối với động cơ đốt trong sử dụng xăng pha ethanol, việc xác định dải φ tối ưu cho từng chế độ tải và tốc độ là cực kỳ quan trọng. Một hỗn hợp hơi giàu (φ ≈ 0.90-1.0) thường cho công suất cực đại do tốc độ cháy nhanh, trong khi một hỗn hợp hơi nghèo (φ ≈ 0.85-0.97) lại cho suất tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất do nhiên liệu được đốt cháy triệt để hơn.

4.2. Kỹ thuật điều khiển ECU và hệ thống phun xăng điện tử

Để điều chỉnh hệ số tương đương, cần phải can thiệp vào hệ thống phun xăng điện tử thông qua bộ điều khiển trung tâm ECU (Engine Control Unit). ECU hiện đại sử dụng các cảm biến (như cảm biến oxy, cảm biến lưu lượng khí nạp) để nhận tín hiệu và điều khiển thời gian phun nhiên liệu. Việc tối ưu động cơ bao gồm việc lập trình lại (remapping) bản đồ nhiên liệu trong ECU. Kỹ thuật này điều chỉnh lại thời gian mở của kim phun ở các dải tốc độ và tải trọng khác nhau để bù lại lượng nhiên liệu thiếu hụt do đặc tính của ethanol. Các thực nghiệm trên băng thử kết hợp với các thiết bị đo lường chuyên dụng như AVL Indiset cho phép các kỹ sư theo dõi quá trình cháy trong thời gian thực và tinh chỉnh bản đồ ECU để đạt được hiệu suất động cơ và mức phát thải khí xả mong muốn.

V. Kết quả thực nghiệm tối ưu động cơ Daewoo A16 DMS

Nghiên cứu của Lê Việt Hùng về tối ưu động cơ Daewoo A16-DMS trên băng thử công suất AVL APA 204/E/0943 đã cung cấp những kết quả định lượng giá trị. Thí nghiệm cho thấy rõ ràng tác động của tỷ lệ ethanol và vai trò của việc điều chỉnh hệ số tương đương. Khi sử dụng xăng E10 và E15, động cơ cho thấy sự cải thiện về mô-men và công suất so với xăng RON 92, đồng thời giảm đáng kể lượng phát thải khí CO và HC. Cụ thể, phát thải CO và HC thấp hơn rõ rệt, khẳng định lợi ích về môi trường của xăng sinh học. Tuy nhiên, với xăng E20, động cơ nguyên bản lại cho thấy sự sụt giảm về các chỉ số kỹ thuật này. Đây chính là lúc giải pháp tối ưu hóa phát huy tác dụng. Bằng cách điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để thay đổi hệ số tương đương (φ) khi động cơ chạy với nhiên liệu ethanol E20, nghiên cứu đã tìm ra khoảng giá trị tối ưu. Kết quả chỉ ra rằng, để động cơ phát huy tốt công suất, hệ số φ nên nằm trong khoảng 0.90 - 1.0. Để đạt suất tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất, khoảng tối ưu là φ = 0.85 - 0.97. Đặc biệt, tại φ ≈ 0.90, động cơ đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa ba yếu tố: công suất cao, tiêu thụ nhiên liệu hợp lý, và mức phát thải khí xả (CO, HC, NOx) thấp. Những kết quả này chứng minh rằng, với sự can thiệp và điều chỉnh phù hợp, động cơ hoàn toàn có thể hoạt động hiệu quả và sạch hơn khi sử dụng xăng có tỷ lệ ethanol cao.

5.1. Phân tích dữ liệu phát thải khí xả NOx CO HC

Dữ liệu phát thải khí xả là một phần quan trọng của kết quả nghiên cứu. Thực nghiệm cho thấy, việc tăng tỷ lệ ethanol trong xăng giúp giảm nồng độ CO và HC một cách đáng kể. Điều này là do sự hiện diện của oxy trong ethanol thúc đẩy quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn. Tuy nhiên, khi động cơ chạy với hỗn hợp nghèo (điều thường xảy ra khi dùng xăng sinh học trên động cơ chưa hiệu chỉnh), nhiệt độ buồng cháy tăng cao, dẫn đến sự gia tăng của khí NOx. Bằng cách điều chỉnh hệ số tương đương về mức tối ưu (φ ≈ 0.90), nghiên cứu đã thành công trong việc kiểm soát và giảm nồng độ NOx, đồng thời vẫn duy trì mức phát thải CO và HC ở mức thấp. Đây là bằng chứng thực tiễn về khả năng giảm thiểu ô nhiễm tổng thể khi tối ưu hóa đúng cách.

5.2. Đề xuất thông số tối ưu cho động cơ sử dụng xăng E20

Dựa trên toàn bộ dữ liệu thu thập từ các bài thực nghiệm trên băng thử, nghiên cứu đã đưa ra đề xuất cụ thể. Đối với động cơ Daewoo A16-DMS hoặc các động cơ đốt trong có cấu trúc tương tự khi sử dụng xăng E20, việc hiệu chỉnh ECU để duy trì hệ số tương đương φ quanh ngưỡng 0.90 là giải pháp tối ưu nhất. Thông số này không chỉ giúp khắc phục sự sụt giảm công suất do nhiệt trị của nhiên liệu thấp mà còn đảm bảo tính kinh tế và giảm thiểu tác động môi trường. Ngoài ra, cần xem xét điều chỉnh nhẹ góc đánh lửa sớm để bù lại thời gian cháy trễ của ethanol, giúp áp suất cháy đạt cực đại đúng thời điểm. Đây là những khuyến nghị mang tính ứng dụng cao, có thể làm cơ sở cho việc phát triển các bộ kit chuyển đổi hoặc các phiên bản phần mềm ECU cho xe sử dụng nhiên liệu E20.

VI. Hướng phát triển tương lai cho động cơ xăng pha ethanol

Việc tối ưu động cơ khi dùng xăng pha ethanol không chỉ dừng lại ở việc điều chỉnh các thông số vận hành hiện có. Tương lai của công nghệ này nằm ở việc phát triển các thế hệ động cơ đốt trong mới, được thiết kế chuyên biệt để tận dụng tối đa các ưu điểm của nhiên liệu ethanol. Một trong những hướng đi tiềm năng nhất là thiết kế động cơ có tỷ số nén cao hơn. Do trị số octan vượt trội của ethanol, động cơ có thể hoạt động với tỷ số nén cao (ví dụ 12:1 hoặc cao hơn) mà không xảy ra hiện tượng kích nổ. Tăng tỷ số nén là cách hiệu quả nhất để cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ, từ đó nâng cao công suất và giảm suất tiêu thụ nhiên liệu. Một hướng khác là phát triển các hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (GDI) được tối ưu hóa cho ethanol. GDI cho phép kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu và thời điểm phun, kết hợp với hiệu ứng làm mát mạnh mẽ của ethanol ngay trong xi-lanh, giúp cải thiện quá trình cháy và giảm phát thải. Hơn nữa, nghiên cứu về các loại phụ gia nhiên liệu mới giúp chống ăn mòn vật liệu và cải thiện độ bôi trơn sẽ mở đường cho việc sử dụng các hỗn hợp ethanol với tỷ lệ cao hơn nữa, như E85. Cuối cùng, việc tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh vào ECU, có khả năng tự động nhận diện tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu và tự điều chỉnh các thông số vận hành (Flex-Fuel Vehicle), sẽ là chìa khóa để công nghệ này trở nên phổ biến và tiện dụng trên toàn cầu.

6.1. Tiềm năng của động cơ có tỷ số nén cao và phun trực tiếp

Kết hợp động cơ có tỷ số nén cao và hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp (GDI) là một hướng đi đầy hứa hẹn. Trị số octan cao của nhiên liệu ethanol cho phép tăng tỷ số nén mà không lo kích nổ, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt động học. Trong khi đó, hệ thống GDI phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt dưới áp suất cao. Khi ethanol bay hơi, nó hấp thụ một lượng nhiệt lớn, làm mát mạnh mẽ môi chất trong xi-lanh. Hiệu ứng làm mát này không chỉ tăng mật độ khí nạp mà còn tiếp tục giảm nguy cơ kích nổ, cho phép tối ưu hóa hơn nữa góc đánh lửa sớm. Sự kết hợp này có thể tạo ra một thế hệ động cơ vừa mạnh mẽ, vừa tiết kiệm nhiên liệu và có mức phát thải khí xả cực thấp.

6.2. Xu hướng phát triển công nghệ xe Flex Fuel FFV

Công nghệ xe Flex-Fuel (FFV) là giải pháp linh hoạt, cho phép một phương tiện có thể chạy bằng xăng thông thường, xăng sinh học với tỷ lệ ethanol cao (lên đến E85), hoặc bất kỳ hỗn hợp nào giữa chúng. Các xe FFV được trang bị một cảm biến nhiên liệu đặc biệt để xác định tỷ lệ ethanol và gửi tín hiệu về ECU. Dựa trên thông tin này, ECU sẽ tự động điều chỉnh các thông số như lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm để tối ưu động cơ cho phù hợp với loại nhiên liệu đang sử dụng. Công nghệ này loại bỏ sự bất tiện cho người dùng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu ethanol trên quy mô lớn, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài luận văn được trình bày trong 04 chương với cấu trúc như sau: Chƣơng 1. Những vấn đề về môi trường và năng lượng 1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.

Tính chất lý hóa của xăng pha ethanol 2. Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm 2. Phân tích quá trình cháy và các yếu tố ảnh hưởng quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức 2. Cơ sở xác định chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ 2.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đánh lửa cưỡng bức.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3. Thực nghiệm phối trộn nhiên liệu xăng A92 và ethanol 3. Thực nghiệm động cơ Daewoo A16-DMS trên băng thử APA204/ 08 Chƣơng 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha ethanol trong xăng sinh học đến tính kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ.2 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.

NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƢỜNG VÀ NĂNG LƢỢNG 1. Vấn đề môi trƣờng và biến đổi khí hậu hiện nay a) Thực trạng về biến đổi khí hậu Trong hàng thập kỷ qua, nhân loại đã và đang trải qua các biến động khôn lường của khí hậu toàn cầu. Bề mặt Trái đất, khí quyển và thủy quyển không ngừng nóng lên làm xáo trộn môi trường sinh thái, đã và đang gây ra nhiều hệ lụy đến đời sống loài người. Biến đổi khí hậu là vấn đề đang được toàn nhân loại quan tâm.

Biến đổi khí hậu đã và đang tác động trực tiếp đến đời sống kinh tế-xã hội và môi trường toàn cầu. Trong những năm qua nhiều nơi trên thế giới đã phải chịu nhiều thiên tai nguy hiểm như bão lớn, nắng nóng dữ dội, lũ lụt, hạn hán và khí hậu khắc nghiệt gây thiệt hại lớn về tính mạng con người và vật chất. Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy mối liên hệ giữa các thiên tai nói trên với biến đổi khí hậu. Trong một thế giới ấm lên rõ rệt như hiện nay và việc xuất hiện ngày càng nhiều các thiên tai đặc biệt nguy hiểm với tần suất, quy mô và cường độ ngày càng khó lường, thì những nghiên cứu về biến đổi khí hậu càng cần được đẩy mạnh.

Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nguyên nhân của biến đổi khí hậu chính là các hoạt động của con người tác động lên hệ thống khí hậu làm cho khí hậu biến đổi. Vì vậy con người cần phải có những hành động thiết thực để ngăn chặn những biến đổi đó bằng chính những hoạt động phù hợp của con người. Việt Nam được đánh giá là một trong những nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, trong đó đồng bằng sông Cửu Long là một trong ba đồng bằng dễ bị tổn thương nhất do nước biển dâng. Nhận thức rõ tác động của biến đổi khí hậu, Chính phủ Việt Nam đã xây dựng và triển khai thực hiên Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu.

Các Bộ, ngành và địa phương đã và đang xây dựng kế 6 hoạch hành động để ứng phó với những tác động cấp bách trước mắt và những tác động tiềm tàng lâu dài của biến đổi khí hậu [3]. b) Nguyên nhân của biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu có thể do những quá trình tự nhiên và do ảnh hưởng của con người. Phần lớn các nhà khoa học đều khẳng định rằng hoạt động của con người đã và đang làm biến đổi khí hậu toàn cầu. Nguyên nhân chủ yếu của sự biến đổi đó là sự tăng nồng độ khí nhà kính trong khí quyển dẫn đến tăng hiệu ứng nhà kính làm gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển [3].

Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Các báo cáo của IPCC và nhiều trung tâm nghiên cứu có uy tín hàng đầu trên thế giới công bố trong thời gian gần đây cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin và dự báo quan trọng. Theo đó, nhiệt độ trung bình trên bề mặt địa cầu ấm lên gần 1°C trong vòng 80 năm (từ 1920 đến 2005) và tăng rất nhanh trong khoảng 25 năm nay (từ 1980 đến 2005). Báo cáo cho rằng nếu không thực hiện được chương trình hành động giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính theo Nghị định thư Kyoto, đến năm 2035 nhiệt độ bề mặt địa cầu sẽ tăng thêm 2°C. Về dài hạn, có hơn 50% khả năng nhiệt độ tăng thêm 5°C[3].

Hiện tại, Trái đất đang từng ngày từng giờ nóng lên, với tốc độ như vậy thì chiều hướng có thể còn nhanh hơn nữa trong tương lai. 7 Hội nghị Liên Hiệp Quốc về Biến đổi Khí hậu 2015, COP 21 hoặc CMP 11 được tổ chức ở Paris, Pháp, từ ngày 30 tháng 11 đến 12 tháng 12 năm 2015 [9]. Đây là phiên họp hàng năm lần thứ 21 của Hội nghị các Bên tham gia Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu năm 1992 (UNFCCC) và kỳ họp thứ 11 của Hội nghị các Bên tham gia Nghị định thư Kyoto năm 1997. Hội nghị đạt được mục tiêu của mình, lần đầu tiên đạt được một thỏa thuận toàn cầu về giảm biến đổi khí hậu trong các thỏa thuận chung Paris, đã được thông qua với sự tán thành bởi gần như tất cả các quốc gia.

Mục đích để hạn chế sự gia tăng nhiệt độ với 2 độ tuy nhiên được bổ sung trong phiên bản đã thông qua Thỏa thuận chung, với tuyên bố rằng các bên "theo đuổi để" hạn chế sự gia tăng nhiệt độ đến 1,5 độ C. Một mục tiêu 1,5 °C sẽ đòi hỏi một mức zero trong khí thải khoảng giữa năm 2030 và 2050 theo một số nhà khoa học. Tuy nhiên, không có kế hoạch thời gian hay mục tiêu cụ thể của mỗi quốc gia được nêu trong phiên bản cuối cùng của Thỏa thuận chung - trái với Nghị định thư Kyoto trước đây. Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do nguồn năng lƣợng hóa thạch gây ra Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không của một quốc gia nào.

Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Việc khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: rác thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Nó còn tạo ra các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng. Điều đáng lo ngại nhất là con ngườithải vào không khí các loại khí độc như: CO2 đã gây hiệu ứng nhà kính.

Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO 2 nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%, Nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%. Có nhiều khả năng lượng CO2 sẽ tăng gấp đôi vàonửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng. 8 Nguồn: Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ Hình 1.

Ô nhiễm do khí thải từ các loại phương tiện giao thông đến môi trường và sức khỏe con người 1. Vấn đề an ninh năng lƣợng của thế giới Sự gia tăng dần số và phát triển kinh tế kéo theo sự gia tăng số lượng phương tiên giao thông trên thế giới. Số liệu thống kê của hãng phân tích dữ liệu ô tô Jato Dynamics cho thấy, lượng ô tô tiêu thụ trên thế giới trong năm 2016 đạt 84.000 xe, tăng 5,6% so với năm 2015. Trung Quốc, tiếp tục trở thành mảnh đất màu mỡ với các nhà sản xuất ô tô khi dẫn đầu lượng tiêu thụ ô tô trên thị trường với 25.000 xe hơi và xe thương mại, tăng 14% so với năm 2015[17].

Ở Việt Nam, Theo Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) đã công bố, trong tháng 9/2016, doanh số bán hàng của toàn thị trường đạt 26.551 xe, tăng 13% so với tháng 8/2016 [23]. Với tốc độ gia tăng số lượng phương tiện giao thông như hiện nay, theo tính toán của Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Công Thương hiện Việt Nam tiêu thụ xấp xỉ 5 triệu tấn xăng/1 năm [18]. Như vậy, năng lượng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải nói riêng có vai trò quan trọng đối với sự phát triến kinh tế - xã hội của một quốc gia. An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng.

9 Vì vậy, chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Ngày 22 tháng 11 năm 2012, Thủ tường Chính phủ đã có quyết định Số: 53/2012/QĐ-TTg “Về việc ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống”. Theo đótừ ngày 01 tháng 12 năm 2015 xăng được sản xuất, phối chế, kinh doanh để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ trên toàn quốc là xăng E5 và từ ngày 01 tháng 12 năm 2017 là xăng E10. Trước đó theo “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” thì đến năm 2025 sản lượng nhiên liệu sinh học (ethanol và biodiesel) đạt khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước, nghĩa là cần phải sử dụng “xăng E30” làm nhiên liệu cho các phương tiện cơ giới [22].

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1. Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới Trên thế giới, nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhiên liệu sinh học là sản phẩm nông nghiệp, các loại hạt có dầu, rong tảo, xenlulô và một phần nhỏ từ các loại mỡ cá, mỡ động vật nói chung. Ở Nam Phi và ở Mỹ, nhiên liệu sinh học được sản xuất từ ngô. Ở các nước Tây Âu và ở Mỹ, sản lượng diesel sản xuất từ đậu tương tăng cao vào thời điểm giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm đậu tương chưa lên men, bị đặt dấu hỏi cùng với nhiều loại cây đậu tương biến đổi gien có thể cho sản lượng cao nhưng chưa cho phép dùng làm thức ăn cho người và cho gia súc.