- Tổng quan về nhiên liệu thay thế. - 6 1.1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay thế. - Một số dạng nhiên liệu thay thế thƣờng dùng. - Nhiên liệu xăng sinh học dùng cho động cơ đốt trong. - Nguồn gốc, tính chất nhiên liệu xăng sinh học. - Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol đến tính năng phát thải của động cơ 4 thì đánh lửa cƣỡng bức. - Đánh giá giảm phát thải ở động cơ SI khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol trên piston có dùng lớp vật liệu phủ. - Đánh giá ảnh hƣởng của hỗn hợp nhiên liệu xăng không chì pha trộn với ethanol đến công suất và khí thải của động cơ đánh lửa cƣỡng bức. - Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt FFV. - Khái niệm về phƣơng tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt. - Những yêu cầu về tính năng đối với xe sử dụng nhiên liệu linh hoạt. - Quá trình cháy của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng pha ethanol.33 2.1.1 .Diễn biến cháy và các thông số đặc trƣng của quá trình cháy trong động cơ đốt trong. - 44 2.3.3 Ảnh hƣởng của loại nhiên liệu. - Nhiên liệu sử dụng trong thử nghiệm. - Kết quả thử nghiệm trên động cơ khi sử dụng các nhiên liệu trộn ở các chế độ làm việc là 40% tay ga, và 100% tay ga. - Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ. - Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến phát thải khí thải của động cơ. - Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng sinh học đến diễn biến áp suất trong xy lanh. - Tính chất của các nhiên liệu thử nghiệm. - Tính chất của nhiên liệu thử nghiệm. - Phát thải NOx của động cơ với các dạng nhiên liệu. - Phát thải CO của động cơ với các dạng nhiên liệu. - Phát thải CO2 của động cơ với các dạng nhiên liệu. - Kết quả thát thải CO2 đối với các nhiên liệu. - Kết quả thát thải HC đối với các nhiên liệu. - Kết quả thát thải NOx đối với các nhiên liệu. - Kết quả thát thải CO đối với các nhiên liệu. - 26 Hình 1.8.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến suất tiêu thụ nhiên liệu. - 27 Hình 1.9.Ảnh hƣởng của việc thêm ethanol đến tỷ lệ hòa trộn không khí-nhiên liệu. - Trị số Octan của nhiên liệu xăng pha ethanol. - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng pha ethanol. - Sơ đồ nguyên lý hoạt động cân nhiên liệu AVL Fuel Balancer 733S. - Công suất của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga. - Mômen của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga. - Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 100% tay ga. - Công suất của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu ở 40% tay ga. - Nhiệt độ khí thải của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. - Nhiệt độ khí thải của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. - Phát thải CO của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. - Phát thải HC của động cơ khi sử dụng nhiên liệu tại 100% tay ga. - Phát thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. - Phát thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 100% tay ga. - Phát thải CO của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. - Phát thải HC của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. - Phát thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. - Phát thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu tại 40% tay ga. - Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi sử dụng nhiên liệu E0, E10, E30 và E100. - Việc cắt giảm phát thải khí thải đang được đầu tư nghiên cứu mạnh mẽ hơn bao giờ hết, từ việc thay đổi kết cấu động cơ, xử lý khí thải sau khi đi ra khỏi động cơ đến việc thay thế nguồn nhiên liệu được sử dụng trong động cơ đốt trong. - Tìm nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đang trở nên cấp bách trong tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn kiệt trong tương lai gần. - Nhiên liệu sinh học đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới, không những đem lại lợi ích về an ninh năng lượng mà còn đáp ứng được những yêu cầu cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch về vấn đề môi trường sống trên trái đất. - Trong số đó xăng sinh học là loại nhiên liệu đáp ứng tốt cả về mặt tính năng kỹ thuật của động cơ, thân thiện với môi trường và có khả năng tái tạo. - Nhận thấy được tiềm năng phát triển to lớn mà nhiên liệu xăng sinh học đem lại cho nền kinh tế, môi trường và sức khỏe dân sinh. - Năm 2007 thủ tướng chính phủ đã phê duyệt quyết định số 177/2007/QĐ-TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025”. - Nhiều phương tiện đã qua nhiều năm sử dụng nên chất lượng kỹ thuật đã giảm nhiều, mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như nồng độ các chất độc hại trong khí thải cao. - Vì vậy ở các thành phố lớn nói riêng và trên quy mô toàn quốc vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường sống do khí thải của các phương tiện giao thông gây ra là một trong những vấn đề được Đảng, Nhà nước, Chính phủ và cả xã hội quan tâm. - Cồn ethanol sinh học có nguồn gốc từ thực vật như ngô, sắn, mía và biomass nói chung, do vậy đây là nhiên liệu có khả năng tái tạo. - Đề tài được nghiên cứu nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của nhiên liệu E10, E30, E100 đến công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ phun xăng điện tử truyền thống. - Đồng thời góp cơ sở khoa học cho các chính sách về phát triển nhiên liệu sinh học tại Việt Nam. - Các đề tài nghiên cứu liên quan Vấn đề nghiên cứu sử dụng nhiên liệu xăng sinh học trên động cơ ô tô đã được thực hiện nhiều trên thế giới. - Các nghiên cứu thử nghiệm nhiên liệu xăng sinh học E5, E10, E20… trên động cơ xăng thực hiện tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nhiên liệu A92 (E0), E10, E30 và E100 (các nhiên liệu pha trộn được pha chế từ xăng gốc A92 và ethanol nồng độ 99.5. - Tiến hành nghiên cứu các tác động của các mẫu nhiên liệu này tới tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài: nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nhiên liệu trên tới công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu và phát thải động cơ Toyota 1NZ-FE. - Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Đánh giá định lượng ảnh hưởng của nhiên liệu E10, E30, E100 đến tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường, qua đó định hướng những thay đổi cần thiết khi sử dụng các loại nhiên liệu này trên động cơ ô tô phun xăng điện tử thông thường. - Ý nghĩa thực tiễn: Thúc đẩy các nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu xăng sinh học ở Việt Nam, góp phần thực hiện mục tiêu của Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học của chính phủ. - Quá trình cháy và hình thành phát thải trong động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học. - Tổng quan về nhiên liệu thay thế 1.1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay thế Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách nay hàng trăm ngàn năm trước khi con người đã biết dùng lửa trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt, xua đuổi thú dữ, đốt rừng làm nương rẫy. - Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con người tăng tốc sử dụng loại năng lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt và điện năng. - Loại nhiên liệu thể lỏng (xăng, dầu) trở nên thông dụng hơn trong ngành chuyển vận vì có tỉ trọng năng lượng cao, dễ sử dụng hơn loại nhiên liệu khí và rắn, và từ đó nguồn năng lượng rắn được sử dụng giảm dần.Theo các chuyên gia kinh tế thế giới trong khoảng 15 năm tới thì cung vẫn luôn thấp hơn cầu, chính vì nhu cầu về xăng dầu và khí đốt không ngừng tăng như vậy đã làm cho giá dầu trên thế giới tăng chóng mặt trong những năm gần đây. - Việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch sẽ thải ra những chất thải độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường sống, phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu, trái đất ấm dần lên, băng tan…Vì vậy, để có thể giảm mức tiêu thụ dầu mỏ, né tránh được các cuộc khủng hoảng dầu mỏ, ngoài việc tiết kiệm và sử dụng dầu mỏ hợp lý hơn, hiệu quả hơn, giải pháp căn cơ là phải tìm những nguồn nhiên liệu thay thế mới và nhanh chóng đưa vào sử dụng chúng, tăng dần mức độ thay thế đi đến thay thế hoàn toàn dầu mỏ theo một lộ trình chặt chẽ. - Nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong được xem như là một trong những giải pháp quan trọng và nhận được sự quan tâm lớn của thế giới. - Một số dạng nhiên liệu thay thế thƣờng dùng Nhiên liệu thay thế có thể được phân chia thành hai nhóm chính như sau. - Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Xăng, diesel, dầu hỏa, khí thiên nhiên (NG-Natural Gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG-Liquefied Petroleum Gas), khí thiên nhiên hóa lỏng (GTL- Gas to liquid), than đá hóa lỏng (CTL-Coal to liquid. - Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo gồm: Khí sinh học (biogas), Ethanol sinh học ( bio-ethanol)/methanol sinh học ( bio-methanol), hydro, dầu thực vật (vegetable-oil. - Tỷ số không khí trên nhiên liệu: A/F=15,5. - LPG được hóa lỏng ở -300C, áp suất tuyệt đối của nhiên liệu LPG trong bồn chứa là 4,4bar ở 150C, ở 1,7bar ở -150C, và 12,5bar ở 500C. - CNG có tính năng tương tự khí thiên nhiên, sạch, chỉ chiếm khoảng 1/200 thể tích so với khí thiên nhiên ở trạng thái bình thường, dễ chuyên chở đi xa 10 và có chỉ số Octane cao nên được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm nhiên liệu động cơ thay thế xăng, dầu, vì không giải phóng nhiều khí độc như NO, CO, SO2 khi cháy và hầu như không phát sinh bụi. - Diesel sinh học (Biodiesel) Diesel sinh học (Biodiesel) là loại nhiên liệu có những tính chất tương đương với dầu diesel tự nhiên nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật. - Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung đều là loại năng lượng tái tạo và về phương diện hoá học thì biodiesel là methyl este (hay ethyl ester) của những axit béo trong dầu hay mỡ khi được ester hoá bởi các ancol methanol hoặc ethanol. - Nhiên liệu Hydrogen Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi ở -252,87 °C và nhiệt độ nóng chảy là -259,14 °C. - Nhiên liệu xăng sinh học dùng cho động cơ đốt trong 1.2.1.Cồn ethanol sinh học 1.2.1.1. - Ngoài ra do giới hạn cháy rộng hơn nên có thể sử dụng hỗn hợp không khí/nhiên liệu đậm hơn để nâng cao công suất động cơ. - Một trong những tính chất quan trọng của nhiên liệu là lượng nhiệt sinh ra khi cháy. - Phát triển nhiên liệu Ethanol, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp và thu nhập cho nông dân. - Sử dụng ethanol có thể tăng cường ăn mòn trên các chi tiết như bình nhiên liệu. - Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới và Việt Nam a). - Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới [3]. - Trong năm 2012, tổng sản lượng nhiên liệu ethanol đạt 85 tỷ lít. - Sản xuất ethanol nhiên liệu đã tăng lên đáng kể, bởi vì nhiều quốc gia hiện nay đang tìm kiếm để giảm lượng dầu nhập khẩu, thúc đẩy nông thôn nền kinh tế và cải thiện chất lượng không khí. - Sản xuất nhiên liệu ethanol sẽ là cơ hội phát triển mới cho các nước châu Phi, bởi nó khuyến khích đầu tư cho nông nghiệp, tạo công ăn việc làm ổn định và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu mỏ từ nước ngoài. - Bảng 1.2.Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới tính đến năm Europe Africa North and Central America South America Asia/Pacific World b) Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu tại Việt Nam [4] Hiện nay cả nước có 6 nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát với tổng công suất 535 triệu lít mỗi năm. - Nguồn gốc, tính chất nhiên liệu xăng sinh học Thông thường, ethanol được sử dụng trên động cơ xăng ở dạng hỗn hợp với xăng theo tỷ lệ nhất định . - Theo những nghiên cứu được công bố rộng rãi trên toàn thế giới, khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol, công suất động cơ được cải thiện, nồng độ CO và HC giảm, CO2 và NOx tăng lên. - Tuy nhiên việc nghiên cứu nâng cao tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu cũng như những ảnh hưởng của nó vật liệu sử dụng trên động cơ vẫn đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển với hy vọng ethanol sinh học có thể dần thay thế được xăng mà vẫn đảm bảo tính kinh tế cũng như kỹ thuật của động cơ [21]. - Ethanol đã thu hút sự chú ý trên toàn thế giới vì tiềm năng sử dụng của nó như một nhiên liệu thay thế cho ô tô. - Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không phải là một khái niệm mới. - Vào thời điểm đó, người ta thấy rằng hỗn hợp ethanol về mặt kỹ thuật là chấp nhận được làm nhiên liệu cho động cơ hiện có. - Tuy nhiên chi phí sản xuất cao nên ethanol tại thời điểm đó đã bị cản trở sử dụng thường xuyên và biến nó thành nhiên liệu dự phòng trong trường hợp tình trạng thiếu nhiên liệu. - Tỷ lệ Không khí/Nhiên liệu (hay A/F) cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu để tạo ra CO2 và H20 được gọi là tỷ lệ hỗn hợp công tác. - Với nhiên liệu xăng pha ethanol, lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu là ít hơn so với xăng truyền thống vì bản thân trong ethanol đã có Ôxy và một số hydrocarbon đã được thay thế
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt