Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa chế độ làm việc và phát thải của động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học

- CHU BÁ VỸ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.
- Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2014 Học viên Chu Bá Vỹ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 2 LỜI CẢM ƠN Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS.
- Trần Quang Vinh, người đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này.
- Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học tạo điều kiện giúp tôi học tập và làm luận văn.
- Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy và các đồng nghiệp Khoa Cơ khí động lực – trường cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng – Bắc Ninh đã tạo điều kiện cả về thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này.
- Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và làm luận văn.
- Học viên Chu Bá Vỹ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii LỜI NÓI ĐẦU 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.
- Lý do chọn đề tài 2 2.
- Các đề tài nghiên cứu liên quan 5 3.
- Các nội dung chính của luận văn 7 Chương 1.
- TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 8 1.1.
- Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học 8 1.1.1.
- Khái niệm về nhiên liệu sinh học 8 1.1.2.
- Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học 8 1.1.3.
- Một số nhiên liệu sinh học điển hình 9 1.1.4.
- Tình hình sản xuất chế biến và sử dụng ethanol 11 1.2.
- Xăng sinh học 16 1.2.1.
- Chỉ tiêu chất lượng của xăng sinh học 17 1.3.
- THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM 21 2.1.
- Mục đích và phạm vi thử nghiệm 21 2.2.
- Thiết bị thử nghiệm 21 2.2.1.
- Sơ đồ chung của hệ thống thử nghiệm ô tô 21 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA .
- Phương pháp thử nghiệm 32 2.3.1.
- Nhiên liệu thử nghiệm 32 2.3.2.
- Phương tiện và quy trình thử nghiệm 33 Chương 3.
- NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC E15, E20.
- Ảnh hưởng của xăng sinh học E15, E20 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 37 3.1.1.
- Kết quả thử nghiệm xe Lanos 37 3.1.2.
- Kết quả thử nghiệm xe Toyota Corolla 43 3.2.
- Ảnh hưởng của xăng sinh học đến khả năng tăng tốc và khởi động 48 3.3.
- Ảnh hưởng của xăng sinh học đến mức phát thải 50 3.4.
- Hướng phát triển 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải A/F Tỷ lệ không khí/nhiên liệu ASTM Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ AVL -Boost Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) BKHCN Bộ Khoa học và Công nghệ CAN Mạng điều khiển vùng (Controller Area Network) CD48” Băng thử ôtô có đường kính 48 inches (Chassis Dynamometer 48”) CEBII Tủ phân tích khí thải CO Mônôxit cácbon CO2 Cácbonníc CVS Phương pháp lấy mẫu với thể tích không đổi (Constant Volume Sampling) E - Diesel Hỗn hợp nhiên liệu diesel – ethanol E10 Xăng sinh học bao gồm 10% ethanol và 90% xăng RON92 E100 Ethanol gốc E15 Xăng sinh học bao gồm 15% ethanol và 85% xăng RON92 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 6 E20 Xăng sinh học bao gồm 20% ethanol và 80% xăng RON92 E5 Xăng sinh học bao gồm 5% ethanol và 95% xăng RON92 E85 Xăng sinh học bao gồm 85% ethanol và 15% xăng RON92 ECE15-05 Chu trình thử châu Âu cho xe con và xe tải hạng nhẹ ECU Bộ điều khiển điện tử động cơ (Electronic Control Unit) EMPA Viện nghiên cứu sinh học Thụy Sỹ EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ ERG Hệ thống tuần hoàn khí thải (Exhaust Gas Recirculation).
- ETBE Chất phụ gia ôxy hóa (Ethyl tera-butyl ether) FC Tiêu thụ nhiên liệu (Fuel Consumption) FFVS Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (Flexible Fuel Vehicle) ge Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích HC Hyđrô cácbon HDPE High Density Polyethylene (Nhựa polyethylene đặc biệt) HSU Khối làm nóng LED Bóng đèn điện tử M100 Methanol gốc Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 7 M85 Xăng sinh học bao gồm 85% methanol và 15% xăng RON92 Me Mômen có ích Ne Công suất có ích NLBT Nhiên liệu biến tính NLSH Nhiên liệu sinh học NO2 Peoxit nitơ NOx Các ôxit nitơ PC Máy tính điều khiển ( Personal Computer) PM Các chất thải dạng hạt (Particulale Matter) RON92 Chỉ số octan nghiên cứu ( Research Octane Number) RVP Áp suất hơi bão hòa (Reid Vapor Pressure) SAE Hiệp hội kỹ sư ô tô Hoa Kỳ SCU Bộ phận điều khiển hệ thống (System Control Unit) SOHC Động cơ có một trục cam trên nắp xi lanh (Single Overhead Camshaft) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam λ Hệ số dư lượng không khí Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 8 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 0.1.
- Quy chuẩn về ethanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không chì 18 Bảng 1.4.Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu của Mỹ năm Bảng 1.5.
- Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu của Ấn Độ [11] 18 Bảng 1.6.
- Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E15 và E20 [4] 33 Bảng 2.3.
- Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos 33 Bảng 2.4.
- Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla 34 Bảng 2.5.
- Các điểm thử nghiệm tại tay số 4 và tay số 5 của ô tô (O) 35 Bảng 2.6.
- Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số 4 với 3 loại nhiên liệu 37 Bảng 3.2.
- Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số 5 với 3 loại nhiên liệu 38 Bảng 3.3.
- Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số 4 40 Bảng 3.4.
- Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số 5 40 Bảng 3.5.
- Kết quả đo công suất xe Corolla tại tay số 4 với 3 loại nhiên liệu 43 Bảng 3.6.
- Kết quả đo công suất xe Corolla tại tay số 5 với 3 loại nhiên liệu 43 Bảng 3.7.
- Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu xe Corolla tại tay số 4 46 Bảng 3.8.
- Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu xe Corolla tại tay số 5 46 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 9 Bảng 3.9.
- Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos, (s) 49 Bảng 3.10.
- Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Corrola, (s) 49 Bảng 3.11.
- Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE15-05 51 Bảng 3.12.
- Phát thải xe Corolla khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE15-05 53 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1.
- Sơ đồ hệ thống thử nghiệm ôtô 21 Hình 2.2.
- Sơ đồ nguyên lý phân tích NOx 30 Hình 2.10.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống AVL 733S 31 Hình 2.11.
- Hình ảnh về xe được thử nghiệm 34 Hình 2.12.
- Công suất xe Lanos tại tay số 4 37 Hình 3.2.
- Mức độ thay đổi công suất xe Lanos tại tay số 4 khi dùng E15 và E20 38 Hình 3.3.
- Công suất xe Lanos tại tay số 5 39 Hình 3.4.
- Mức độ thay đổi công suất xe Lanos tại tay số 5 khi dùng E15 và E20 39 Hình 3.5.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos tại tay số 4 41 Hình 3.6.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos tại tay số 5 41 Hình 3.7.
- Mức tiêu thụ nhiên liệu so với RON92.
- xe Lanos tại tay số 4 42 Hình 3.8.
- xe Lanos tại tay số 5 42 Hình 3.9.
- Công suất xe Corolla tại tay số 4 44 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 11 Hình 3.10.
- Công suất xe Corolla tại tay số 5 44 Hình 3.11.
- Mức độ thay đổi công suất xe Corolls tại tay số 4 khi dùng E15 và E20 45 Hình 3.12.
- Mức độ thay đổi công suất xe Corolla tại tay số 5 khi dùng E15 và E20 45 Hình 3.13.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Corolla tại tay số 4 47 Hình 3.14.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Corolla tại tay số 5 47 Hình 3.15.
- xe Corolla tại tay số 4 48 Hình 3.16.
- xe Corolla tại tay số 5 48 Hình 3.17.
- Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos 50 Hình 3.18.
- Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Corolla 50 Hình 3.19.
- Phát thải CO2 và CO xe Lanos theo chu trình ECE15-05 51 Hình 3.20.
- Phát thải HC và NOx xe Lanos theo chu trình ECE15-05 51 Hình 3.21.
- Lượng tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos theo chu trình ECE15-05 52 Hình 3.22.
- Mức độ thay đổi mức phát thải và tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos 52 Hình 3.23.
- Phát thải CO2 và CO xe Corolla theo chu trình ECE15-05 53 Hình 3.24.
- Phát thải HC và NOx xe Corolla theo chu trình ECE15-05 53 Hình 3.25.
- Lượng tiêu thụ nhiên liệu xe Corolla theo chu trình ECE15-05 54 Hình 3.26.
- Cải thiện mức phát thải và tiêu thụ nhiên liệu xe Corrola 54 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 12 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay năng lượng và ô nhiễm môi trường là hai vấn đề quan trọng và cấp bách cần giải quyết.
- Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng.
- Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như COx, NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon, bụi… gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường, hệ sinh thái và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống.
- Nhiên liệu sinh học cho động cơ nói chung và phương tiện giao thông nói riêng đang nhận được sự quan tâm lớn của thế giới nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường.
- Trong các loại nhiên liệu sinh học thì ethanol là loại nhiên liệu có tiềm năng lớn ở Việt Nam nhờ nguồn nguyên liệu phong phú và sự tham gia mạnh mẽ của nhiều thành phần kinh tế vào quá trình sản xuất.
- đây là những nguồn nguyên liệu dồi dào không liên quan đến lương thực trong khi giúp cho việc tái sử dụng các nguồn phế liệu một cách hiệu quả nhất.
- Nhằm đáp ứng một phần yêu cầu thực tiễn trên đây, đề tài “Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa chế độ làm việc và phát thải của động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20” đã được thực hiện.
- Qua đó, đề tài đưa ra một số đề xuất cần thiết khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20.
- Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 13 GIỚI THIỆU CHUNG 1.
- Sản lượng xe/năm tại một số nước trên thế giới TT Quốc gia Số lượng xe % Tổng sản lượng thế giới 1 Trung Quốc Nhật Bản Đức Hàn Quốc Ấn Độ Mỹ Brazil Pháp Tây Ban Nha Nga Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA Mexico Iran Anh Cộng Hòa Séc Canada Ba Lan Slovakia Thổ Nhĩ Kỳ Argentina Indonesia Bỉ Thái Lan Malaysia Ý Nam Phi Romania Đài Loan Hungary Úc Thụy Điển Slovenia Uzbekistan Bồ Đào Nha Áo Ukraine Ai Cập Hà Lan Serbia Phần Lan Các nước khác Tổng Cập nhật Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Chu Bá Vỹ MSHV: CA120183 15 Sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp, thu nhập của người dân và sự gia tăng các phương tiện giao thông đã làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao, đặc biệt là dầu mỏ.
- Các nguồn nhiên liệu chính hiện nay vẫn là các sản phẩm dầu mỏ.
- Đồng thời nhiên liệu này đã và đang gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
- Để giảm sự phụ thuộc các nguồn nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường do các nguồn động lực gây ra, các nhà khoa học trên thế giới đã và đang nghiên cứu, ứng dụng các dạng nhiên liệu thay thế như NLSH, nhiên liệu hydro, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ.
- Hiện nay Việt Nam đã khuyến khích sử dụng xăng sinh học E5 và tiến tới sử dụng xăng sinh học E10 trong tương lai gần.
- Để nâng cao khả năng thay thế của cồn ethanol cần nâng cao tỷ lệ cồn trong xăng sinh học.
- Tuy nhiên, với tỷ lệ cồn cao hơn 10% cần nghiên cứu đánh giá tác động của xăng sinh học tới động cơ trong khoảng thời gian dài.
- Chính vì vậy em chọn đề tài: “Xây dựng mối quan hệ giữa chế độ vận hành và hàm lượng các chất phát thải độc hại trong khí thải động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20”.
- Đề tài này nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu xăng sinh học E15 và E20 tới tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô.
- Kết quả của đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với nhà sản xuất động cơ, sản xuất chế biến nhiên liệu và người tiêu dùng, đồng thời đóng góp cơ sở khoa học cho các chính sách về phát triển NLSH ở Việt Nam.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt