ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG TỐI ƯU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG ETHANOL-XĂNG RON 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng – Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi.Các số liệu, kết đo đạc nêu phần thực nghiệm luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Việt Hùng ii NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƢƠNG ĐƢƠNG TỐI ƢU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON 92 Học viên: Lê Việt Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 60520116 Khóa: 30 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Luận văn sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để xem xét đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ ethanol đến tính kinh tế, kỹ thuật nhiễm động Daewoo A16-DMS sử dụng xăng – ethanol với tỷ lệ 10%,15%, 20% xem xét đánh giá ảnh hưởng hệ số tương đương đến tính kỹ thuật, kinh tế nhiễm động Daewoo A16-DMS sử dụng xăng – ethanol ứng với tỷ lệ ethanol 20% sở rút kết luận: Khi sử dụng E10 E15 cho cơng suất, mơ men có ích, suất tiêu hao nhiên liệu có ích tương đương chí tốt so với RON 92; đồng thời phát thải CO HC thấp hơn so với xăng RON 92; Đối với nhiên liệu E20 tỏ bất lợi mơ men cơng suất có ích Hệ số tương đương để động cơ: Phát huy tốt mơ men cơng suất:  = 0,901,0; tiêu hao nhiên liệu  = 0,85-0,97; phát thải CO, HC NOx thấp CO2 hợp lý:  0,90 Summary - The dissertation uses a combination of theoretical and empirical research to assess the effect of ethanol on the economic, technical and pollution performance of the Daewoo A16-DMS engine using petrol-ethanol with The ratio of 10%, 15%, 20% and consider the impact of the coefficient equivalent to the technical, economic and pollution characteristics of Daewoo A16-DMS engine using gasoline ethanol corresponding to the ratio ethanol 20% on the basis that draws conclusions: When using E10 and E15 for power, useful torque, as well as fuel consumption are equally useful and even better than RON 92; At the same time, CO and HC emissions are lower than those of RON 92; For E20 fuel, there is a disadvantage of momentum and useful power Equivalent factor to the engine: To promote good torque and power:  = 0.90- 1,0; less fuel  = 0.85-0.97; Low CO and HC and CO2 emissions:  0.90 iii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƢỜNG VÀ NĂNG LƢỢNG 1.1.1 Vấn đề mơi trường biến đổi khí hậu 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường nguồn lượng hóa thạch gây 1.1.3 Vấn đề an ninh lượng giới 1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.2.1 Sử dụng nhiên liệu sinh học giới 1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học Việt Nam 10 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ETHANOL LÀM NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 13 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu giới 13 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên Việt Nam 14 KẾT LUẬN CHƢƠNG 15 CHƢƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 TÍNH CHẤT LÝ HĨA CỦA XĂNG PHA ETHANOL 16 2.1.1 Giới thiệu chung ethanol 16 2.1.2 Thành phần hóa học tính chất lý hóa 17 iv 2.1.3 Ảnh hưởng củaethanol đến hỗn hợp xăng-ethanol tính kinh tế kỹ thuật nhiễm động đánh lửa 18 2.2 THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM 21 2.2.1 Cồn tuyệt đối sử dụng để pha chế 21 2.2.2 Xăng A92 dùng để pha chế 22 2.3 PHÂN TÍCH Q TRÌNH CHÁY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỞNG BỨC 24 2.3.1 Diễn biễn trình cháy động châm cháy cưỡng 24 2.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình cháy động đánh lửa cưỡng 26 2.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH VỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ 31 2.4.1 Đặc tính động xăng 31 2.4.2 Suất tiêu hao lượng 35 2.5 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ DƢ LƢỢNG KHƠNG KHÍ ĐẾN CÁC TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỠNG BỨC 35 2.5.1 Hệ số dư lượng khơng khí () 35 2.5.2 Ảnh hưởng tỉ lệ hồ khí () đến tính kinh tế, kỹ thuật ô nhiễm động 36 CHƢƠNG - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 41 3.1 TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 41 3.1.1 Phịng thí nghiệm động AVL 41 3.1.2 Đối tượng thí nghiệm 44 3.1.3 Trang thiết bị thí nghiệm 46 3.2 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 56 v CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 64 4.1 ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ ETHANOL ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ơ NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ 65 4.1.1 Ảnh hưởng tỷ lệ ethanol đến hệ số tương đương hỗn hơp 65 4.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ ethanol đến tính kỹ thuật, kinh tế động 67 4.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ ethanol đến phát thải ô nhiễm 71 4.2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ TƢƠNG ĐƢƠNG CỦA HỖN HỢP ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU E20 75 4.2.1 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến tính kinh tế, kỹ thuật động Daewoo A16DMS sử dụng nhiên liệu E20 78 4.2.2 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến ô nhiễm khí thải động 82 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu mẫu tự La tinh: Gnl [kg/h] Lượng tiêu hao nhiên liệu qe [MJ/kWh] Suất tiêu hao lượng có ích ge [kg/kWh] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Me [N/m] Mơ men đầu trục khuỷu Ne [kW] Cơng suất có ích động n [v/ph] Số vòng quay động Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp :  [-] Hệ số dư lượng khơng khí  [-] Hệ số tương đương r [-] Hệ số khí sót  [rad/s] Tốc độ góc động i [-] Hiệu suất thị v [-] Hệ số nạp m [-] Hiệu suất giới τ [-] Số kỳ động µnl [kg/kmol] Phân tử lượng nhiên liệu vii Các chữ viết tắt: APA Asynchron Pendelmaschinen anlage (Băng thử công suất) ASTM American Society for Testing and Materials (Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Hoa Kỳ) ATDC After Top Dead Center (Trước điểm chết trên) AVL Hãng sản xuất trang thiết bị thí nghiệm động Áo CO Carbon Monoxide CO2 Carbon dioxide E10 Xăng A92 pha 10% thể tích ethanol E15 Xăng A92 pha 15% thể tích ethanol E20 Xăng A92 pha 20% thể tích ethanol Gasohol Hỗn hợp xăng pha cồn HC LHQ MTBE Hydrocacbon Liên hiệp quốc Methyl Tertiary-Butyl Ether NOx Nitơ oxide ppm PTN Parts Per Million (phần triệu) Phịng thí nghiệm RON rpm Research Octane Number (chỉ số Octan nghiên cứu) Revoluetion Per Minute (vịng phút) RVP Reid Vapor pressure (Áp suất hóa hơi) TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam WTO World Trade Organization (Tổ Chức Thương Mại Thế giới) viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Hình 1.2 Ơ nhiễm khí thải từ loại phương tiện giao thông đến môi trường sức khỏe người .8 Hình 2.1 Cấu trúc phân tử ethanol .18 Hình 2.2.Quá trình cháy động xăng châm cháy cưỡng 25 Hình 2.3.Ảnh hưởng thành phần hịa khí  tới tốc độ lan truyền màng lửa .27 Hình 2.4 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm 28 Hình 2.5 Ảnh hưởng tốc độ động tới tốc độ lan màng lửa 29 Hình 2.6 Ảnh hưởng tốc độ động n tới góc đánh lửa sớm s .30 Hình 2.7 Biến thiên thơng số theo tốc độ trường hợp động xăng 34 Hình 2.8 Dạng đặc tính tốc độngồi động xăng 34 Hình 2.9 Ảnh hưởng  đến Ne ge động xăng .37 Hình 2.10 Ảnh hưởng  đến t i 38 Hình 2.11 Ảnh hưởng hệ số dư lượng khơng khí  thành phần độc khí thải tơ 39 Hình 3.1 Sơ đồ chung khu vực thí nghiệm 41 Hình 3.2 Sơ đồ phịng thí nghiệm 42 Hình 3.3 Mặt cắt dọc động Daewoo Nubira .45 Hình 3.4 Băng thử cơng suất APA 46 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý băng thử công suất APA 47 Hình 3.6 Nguyên lý xuất dòng Fuco 47 Hình 3.7 Thiết bị cấp đo tiêu hao nhiên liệu 733 48 Hình 3.8 Bộ cấp đo nhiên liệu AVL-733 49 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D Encoder 364X 50 Hình 3.10 Sơ đồ lắp đặt AVL 553 51 Hình 3.11 Thiết bị điều hịa nhiệt độ nước làm mát 51 Hình 3.12 Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng .52 Hình 3.13 Sơ đồ lắp đặt cảm biến thực tế 52 Hình 3.14 Cấu tạo cảm biến áp suất .53 Hình 3.15 Cảm biến đo nhiệt độ 53 Hình 3.16 Kết cấu cảm biến vị trí số vòng quay trục khuỷu .54 Hình 3.17 Các xung cảm biến G (vị trí piston) NE (tốc độ động cơ) 54 Hình 3.18 Lắp van tiết lưu đường nhiên liệu .55 Hình 3.19 Bảng điều khiển Emcon 300 59 Hình 3.20 Các núm phim Emcon 60 Hình 3.21 Các núm xoay Pano 61 Hình 3.22 Giao diện Stationary Step: Demand Values 62 Hình 3.23 Giao diện Stationary Step: Measurement 63 Hình 4.1 Hệ số tương đương hỗn hợp 30%BG .66 Hình 4.2 Hệ số tương đương hỗn hợp 50%BG 66 Hình 4.3 Hệ số tương đương hỗn hợp 70%BG 66 Hình 4.4 Mơ men cơng suất có ích động 68 ix Hình 4.5 Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích .70 Hình 4.6 Phát thải CO CO2 72 Hình 4.7 Phát thải HC NOx .74 Hình 4.8 Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp theo áp suất phun nhiên liệu 78 Hình 4.9 Diễn biến cơng suất có ích động cơtheo lượng nhiên liệucung cấp 78 Hình 4.10 Diễn biến hệ số tương đương hỗn hợptheo lượng nhiên liệu cung cấp .78 Hình 4.11 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến mơ men có ích động sử dụng nhiên liệu E20 79 Hình 4.12 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến công suất có ích động sử dụng nhiên liệu E20 79 Hình 4.13 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến suất tiêu hao nhiên liệu có ích động sử dụng nhiên liệu E20 81 Hình 4.14 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến suất tiêu hao lượng có ích động sử dụng nhiên liệu E20 81 Hình 4.15 Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 1250 vòng/phút 85 Hình 4.16 Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 2000 2500 vòng/phút 85 Hình 4.17 Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 3000 3500 vòng/phút 86 77 Gnl , cơng suất có ích Ne hệ số tương đương  động Hình 4.8, Hình 4.9 Hình 4.10 cho thấy: - Với áp suất nhiên liệu mức 2,5 bar, lượng nhiên liệu cung cấp giảm khoảng 3-8% mức tải 30%BG giảm 5-13% mức tải 50%BG so với áp suất 3,2 bar Lượng nhiên liệu cung cấp cho động giảmkhiến cơng suất có ích động giảm từ 7-18% 6-12% ứng với tốc độ động khoảng 1250-3500 vòng/phút mức tải 30%BG 50%BG Nguyên nhân trực tiếp hỗn hợp nhạt hệ số tương đươnggiảmkhoảng 0,05-0,11 0,05-0,10 mức tải 30%BG 50%BG - Với áp suất nhiên liệu mức 4,5 bar, lượng nhiên liệu cung cấp tăng khoảng 12-17% mức tải 30%BG tăng7-11% mức tải 50%BG so với áp suất 3,2 bar Lượng nhiên liệu cung cấp cho động tăng khiến cơng suất có ích động tăng từ 7-15% 4-11% ứng với tốc độ động khoảng 1250-3500 vòng/phút mức tải 30%BG 50%BG Nguyên nhân trực tiếp hỗn hợp đậm hệ số tương đương tăng khoảng 0,08-0,16 0,07-0,11 mức tải 30%BG 50%BG - Với áp suất nhiên liệu mức 5bar, lượng nhiên liệu cung cấp tăng khoảng 19-28% mức tải 30%BG tăng13-17% mức tải 50%BG so với áp suất 3,2 bar Lượng nhiên liệu cung cấp cho động tăngnhưng cơng suất có ích động tăng khơng đáng kể tốc độ 1250-3000 vịng/phút giảm đến 14% tốc độ cao 3500 vòng/phút mức tải 30%BG, mức tải 50%BG công suất tăng không đáng kể tốc độ thấp 1250-2500 vòng/phút giảm đến 28-48% tốc độ cao 3000-3500 vòng/phút Nguyên nhân trực tiếp hỗn hợp đậm hệ số tương đương tăng khoảng 0,14-0,23 0,11-0,20 mức tải 30%BG 50%BG Tính kinh tế, kỹ thuật ô nhiễm động Daewoo A16DMS sử dụng E20 có thay đổi thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cách thay đổi áp suất phun nhiên liệu Như chất lượng hỗn hợp mà độ đậm nhạt hỗn hợp thay đổi, nghĩa hệ số tương đương  hỗn hợp ảnh hưởng đến mô men, cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu có ích phát thải động 78 Lượng nhiên liệu cung cấp cho động 50%BG 16 14 14 12 12 Gnl (kg/h) Gnl (kg/h) Lượng nhiên liệu cung cấp cho động 30%BG 16 10 10 4 2 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1000 4500 1500 2000 2500 E20_Pf=2.5bar E20_Pf=5bar 3000 3500 4000 4500 n (rpm) n (rpm) E20_Pf=3.2bar A92_Pf=3.2bar E20_Pf=4.5bar E20_Pf=2.5bar E20_Pf=3.2bar E20_Pf=5bar A92_3.2bar E20_Pf=4.5bar Hình 4.8.Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp theo áp suất phun nhiên liệu Cơng suất có ích động sử dụng nhiên liệu E20 ứng với 50%BG Cơng suất có ích động sử dụng nhiên liệu E20 ứng với 30%BG 35 45 30 35 20 Ne (kW) Ne (kW) 25 15 10 25 15 5 1250rpm Gnl (kg/h) 2500rpm 2000rpm 11 13 11 13 15 Gnl (kg/h) 3000rpm 1250rpm 3500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm Hình 4.9.Diễn biến cơng suất có ích động theo lượng nhiên liệu cung cấp Hệ số tƣơng đƣơng hỗn hợp khơng khí nhiên liệu E20 ứng với 50%BG Hệ số tƣơng đƣơng hỗn hợp khơng khí nhiên liệu E20 ứng với 30%BG 1.25 1.20 1.20 1.15 1.15 1.10 1.10 1.05   1.05 1.00 1.00 0.95 0.95 0.90 0.90 0.85 0.85 0.80 0.80 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 13.0 0.0 2.0 4.0 6.0 1250rpm 2000rpm 2500rpm 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Gnl (kg/h) Gnl (kg/h) 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm Hình 4.10.Diễn biến hệ số tương đương hỗn hợp theo lượng nhiên liệu cung cấp 4.2.1 Ảnh hƣởng hệ số tƣơng đƣơng đến tính kinh tế, kỹ thuật động cơDaewoo A16DMS sử dụng nhiên liệu E20 a) Tính kỹ thuật động Như phân tích lượng nhiên liệu cung cấp cho động ảnh hưởng đến cơng suất có ích động cơ, nhiên cơng suất có ích động 79 khơng tỷ lệ thuận với lượng nhiên liệu cung cấp mà định hệ số tương đương hỗn hợp Trên Hình 4.11, Hình 4.12 biểu diễn mối quan hệ mơ men, cơng suất có ích động theo hệ số tương đương  tốc độ 1250, 2000, 2500, 3000 3500 vòng/phút, quan hệ xấp xỉ đa thức bậc theo biến  từ 04 điểm xác định thực nghiệm Mơ men có ích động 30%BG sử dụng E20 Mơ men có ích động 50%BG sử dụng E20 100 120 95 110 90 100 Me (Nm) Me (Nm) 85 80 75 90 80 70 70 60 65 60 50 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20   1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm Hình 4.11 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến mô men có ích động sử dụng nhiên liệu E20 Cơng suất có ích động 30%BG sử dụng E20 Cơng suất có ích động 50%BG sử dụng E20 35 45 30 40 35 30 Ne (kW) Ne (kW) 25 20 15 25 20 15 10 10 5 0 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20   1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm Hình 4.12 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến công suất có ích động sử dụng nhiên liệu E20 Quan hệ cho thấy thay đổi hệ số tương đương khoảng =0,951,05, mô men công suất có ích động đạt cực đại mức tải 30%BG hệ số tương đương khoảng =0,85-1,00, mơ men cơng suất có ích động đạt cực đại mức tải 50%BG tốc độ tăng từ 1250 đến 3500 vịng/phút Mơ 80 men cơng suất có ích giảm nhanh hệ số tương đương nhỏ 0,85 lớn 1,05 Cụ thể: - Ở tốc độ thấp (1250 vòng/phút) giá trị cực đại mơ men cơng suất có ích đạt =0,95-1,05 =0,85-0,95 mức tải 30%BG 50%BG - Ở tốc độ trung bình (2000-2500 vịng/phút) giá trị cực đại mơ men cơng suất có ích đạt =1,00-1,05 =0,92-0,97 mức tải 30%BG 50%BG - Ở tốc độ cao (3000-3500 vòng/phút) giá trị cực đại mơ men cơng suất có ích đạt 1,05 =0,95-1,00 mức tải 30%BG 50%BG Từ diễn biến cho thấy tốc độ từ 2000 đến 3500 vòng/phút hệ số tương đương khoảng từ 0,92-1,05 động phát huy mơ men cơng suất có ích, tốc độ thấp 1250 vòng/phút trạng thái nhiệt động thấp nên hệ số tương đương giảm xuống 0,85-0,95 Như xu hướng chung để động Daewoo A16DMS phát huy tốt mô men công suất sử dụng E20 hệ số tương đương 0,90 ≤  ≤1,0 để đảm bảo khả bay tốt cho nhiên liệu b) Tính kinh tế động Trên Hình 4.13, Hình 4.14 biểu diễn mối quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kWh) suất tiêu hao lượng có ích qe (MJ/kWh) động theo hệ số tương đương  tốc độ 1250, 2000, 2500, 3000 3500 vòng/phút, quan hệ xấp xỉ đa thức bậc theo biến  từ 04 điểm xác định thực nghiệm Kết cho thấy khoảng thay đổi hệ số tương đương =0,851,00, suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích động đạt giá trị nhỏ mức tải 30%BG; hệ số tương đương =0,82-0,97, suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích động đạt giá trị nhỏ mức tải 50%BG Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích tăng hệ số tương đương nhỏ 0,80 tăng nhanh hệ số tương đương lớn 1,0 Cụ thể: 81 - Ở tốc độ thấp (1250 vòng/phút) giá trị nhỏ suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích đạt 0,90 =0,80-0,85 mức tải 30%BG 50%BG - Ở tốc độ trung bình (2000-2500 vịng/phút) giá trị nhỏ suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích đạt =0,90-0,95 0,90 mức tải 30%BG 50%BG - Ở tốc độ cao (3000-3500 vòng/phút) giá trị nhỏ suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng có ích đạt 1,0 =0,92-0,97 mức tải 30%BG 50%BG Suất tiêu hao nhiên liệu có ích động 50%BG 750 500 650 ge (g/kWh) ge (g/kWh) Suất tiêu hao nhiên liệu có ích động 30%BG 550 450 400 350 550 450 350 300 250 250 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25  1250rpm 1250rpm 2000rpm 2000rpm 2500rpm 2500rpm  3000rpm 3000rpm 3500rpm 3500rpm 1250rpm 1250rpm 2000rpm 2000rpm 2500rpm 2500rpm 3000rpm 3000rpm 3500rpm 3500rpm Hình 4.13 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến suất tiêu hao nhiên liệu có ích động sử dụng nhiên liệu E20 Suất tiêu hao lượng có ích động 50%BG 30 qe (MJ/kWh) qe (MJ/kWh) Suất tiêu hao lượng có ích động 30%BG 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 25 20 15 10 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25  0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25  1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 1250rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm Hình 4.14 Ảnh hưởng hệ số tương đương đến suất tiêu hao lượng có ích động sử dụng nhiên liệu E20 Từ diễn biến cho thấy tốc độ từ 2000 đến 3500 vòng/phút hệ số tương đương khoảng từ 0,90-0,97 động tiêu hao nhiên liệu lượng, tốc độ thấp 1250 vòng/phút trạng thái nhiệt động thấp nên hệ số tương đương giảm xuống 0,80-0,90 Như xu hướng chung để động 82 Daewoo A16DMS tiêu thụ nhiên liệu sử dụng E20 hệ số tương đương 0,85 ≤ ≤ 0,97 để đảm bảo khả bay tốt cho nhiên liệu 4.2.2 Ảnh hƣởng hệ số tƣơng đƣơng đến nhiễm khí thải động Bảng 7: Phát thải ô nhiễm 30%BG  CO (%) HC (ppm) CO2 (%) NOx (ppm) n=1250 vòng/phút 0.80 1.03 96.00 15.40 455.00 0.91 1.48 132.00 15.30 1098.00 0.99 3.10 239.00 14.90 1253.00 1.04 5.52 280.00 13.90 1212.00 n=2000 vòng/phút 0.84 1.53 49.00 15.30 520.00 0.92 1.13 82.00 17.00 1401.00 1.01 3.51 108.00 15.10 1561.00 1.08 5.35 146.00 13.90 1235.00 n=2500 vòng/phút 0.88 1.16 49.00 14.60 899.00 0.93 1.58 96.00 16.70 1229.00 1.00 3.02 94.00 16.30 1688.00 1.10 5.31 167.00 13.90 1021.00 n=3000 vòng/phút 0.90 1.12 39.00 15.20 1054.00 0.94 1.22 57.00 16.90 1173.00 1.09 3.20 109.00 14.90 841.00 1.17 6.15 283.00 13.50 535.00 n=3500 vòng/phút 0.91 4.06 92.00 14.60 807.00 0.99 4.02 122.00 16.00 894.00 1.15 5.52 273.00 12.90 671.00 1.22 8.61 499.00 12.10 349.00 83 Bảng 4.8: Phát thải ô nhiễm 50%BG  CO (%) HC (ppm) CO2 (%) NOx (ppm) n=1250 vòng/phút 0.80 2.11 158.00 15.60 874.00 0.85 3.19 174.00 15.50 1219.00 0.92 3.37 150.00 16.00 1440.00 0.96 4.66 290.00 13.90 913.00 n=2000 vòng/phút 0.82 1.11 35.00 16.10 1078.00 0.88 1.15 80.00 17.00 1311.00 0.96 2.43 107.00 16.80 1195.00 1.01 2.91 195.00 15.30 1011.00 n=2500 vòng/phút 0.83 1.15 27.00 15.60 1333.00 0.90 1.18 63.00 17.40 1428.00 0.99 2.64 80.00 16.60 1457.00 1.04 3.72 163.00 15.20 1289.00 n=3000 vòng/phút 0.84 1.16 18.00 15.60 1566.00 0.94 1.22 57.00 17.50 1873.00 1.05 4.21 74.00 15.40 1256.00 1.12 5.00 298.00 14.00 995.00 n=3500 vòng/phút 0.90 1.84 49.00 15.60 1092.00 0.97 1.83 92.00 17.20 1637.00 1.08 5.89 61.00 14.80 1056.00 1.17 9.30 575.00 13.70 552.00 84 Luận văn xem xét quan hệ (ảnh hưởng) hệ số tương đương đến mức độ phát thải CO, CO2, HC NOx động Daewoo A16DMS ba mức tốc độ đặc trưng ứng với ba chế độ làm việc động ô tô bao gồm mức tốc độ thấp (1250vịng/phút), mức tốc độ trung bình (2000-2500 vịng/phút) mức tốc độ cao (3000-3500 vòng/phút) cho 02 mức tải thấp (30%BG) trung bình (50%BG) Trên sở số liệu khí thải động (Bảng 4.7, Bảng 4.8) sử dụng nhiên liệu E20 theo hệ số tương đương mức tải 30%BG 50%BG, xác định quan hệ bậc nồng độ chất CO, CO2, HC NOx với hệ số tương đương  ba mức tốc độ đặc trưng 1250, 2000-2500 3000-3500 vịng/phút (Hình 4.17) Diễn biến cho thấy: - Ở phạm vi hệ số tương đương =0,8-0,85, mức phát thải CO HC gần thấp Do hỗn hợp nhạt khiến nhiệt độ cháy thấp nên lượng CO2 NOx sinh chưa đạt giá trị lớn - Ở phạm vi hệ số tương đương =0,85-0,92, mức phát thải CO HC tăng lên, mức phát thải NOx tăng lên mức phát thải CO2 đạt giá trị lớn Đây phạm vị hệ số tương đương mà động tiêu hao nhiên liệu nghĩa q trình cháy hồn thiện lý khiến phát thải CO2 đạt giá trị lớn - Ở phạm vi hệ số tương đương =0,92-1,0, mức phát thải CO HC tiếp tục tăng lên, mức phát thải CO2 giảm xuống mức phát thải NOx đạt giá trị lớn Đây phạm vị hệ số tương đương mà động phát công suất lớn nhất nghĩa nhiệt độ cháy cao lý khiến phát thải NOx đạt giá trị lớn - Giá trị hệ số tương đương để phát thải CO HC thấp nhất, phát thải CO2 NOx cao mức tải 30% có xu hướng dịch sang cận phải mức tải 50%BG có xu hướng dịch sang cận trái khoảng giá trị hệ số tương đương 85 Phát thải ô nhiễm 1250 vòng/phút 30%BG 1400 1200 1000 12.0 800 10.0 8.0 600 6.0 400 4.0 CO (%), CO2 (%) 14.0 HC (ppm), NOx (ppm) CO (%), CO2 (%) 16.0 200 2.0 0.0 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 18.0 1800 16.0 1600 14.0 1400 12.0 1200 10.0 1000 8.0 800 6.0 600 4.0 400 2.0 200 0.0 1.10 0.80 0.85 0.90  CO_1250rpm HC (ppm), NOx (ppm) Phát thải nhiễm 1250 vịng/phút 50%BG 18.0 0.95 1.00  CO2_1250rpm HC_1250rpm NOx_1250rpm CO_1250rpm CO2_1250rpm HC_1250rpm NOx_1250rpm Hình 4.15.Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 1250 vòng/phút 18.0 1800 16.0 1600 16.0 1600 14.0 1400 14.0 1400 12.0 1200 12.0 1200 10.0 1000 10.0 1000 8.0 800 8.0 800 6.0 600 6.0 600 4.0 400 4.0 400 2.0 200 2.0 200 0.0 0.0 0.85 CO_2000rpm 0.90 0.95  CO2_2000rpm 1.00 1.05 HC_2000rpm 0.85 CO_2000rpm NOx_2000rpm Phát thải ô nhiễm 2500 vòng/phút 30%BG 0.90  CO2_2000rpm 0.95 1.00 HC_2000rpm 1.05 NOx_2000rpm Phát thải ô nhiễm 2500 vòng/phút 50%BG 1800 18.0 1800 16.0 1600 16.0 1600 14.0 1400 14.0 1400 12.0 1200 12.0 1200 10.0 1000 10.0 1000 8.0 800 8.0 800 6.0 600 6.0 600 4.0 400 4.0 400 2.0 200 2.0 200 0.0 0.0 0.85 CO_2500rpm 0.90 0.95 CO2_2500rpm 1.00  1.05 HC_2500rpm 1.10 CO (%), CO2 (%) 18.0 HC (ppm), NOx (ppm) CO (%), CO2 (%) 0.80 1.10 1.15 NOx_2500rpm HC (ppm), NOx (ppm) 0.80 CO (%), CO2 (%) 1800 HC (ppm), NOx (ppm) CO (%), CO2 (%) 18.0 HC (ppm), NOx (ppm) Phát thải nhiễm 2000 vịng/phút 50%BG Phát thải nhiễm 2000 vịng/phút 30%BG 0.80 CO_2500rpm 0.85 0.90 CO2_2500rpm 0.95  1.00 HC_2500rpm 1.05 1.10 NOx_2500rpm Hình 4.16.Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 2000 2500 vịng/phút 86 Phát thải nhiễm 3000 vịng/phút 50%BG Phát thải nhiễm 3000 vịng/phút 30%BG 18.0 1200 16.0 18.0 1800 16.0 1600 14.0 1400 12.0 1200 10.0 1000 8.0 800 6.0 600 4.0 400 2.0 200 600 8.0 6.0 400 4.0 HC (ppm), NOx (ppm) 800 10.0 CO (%), CO2 (%) 12.0 HC (ppm), NOx (ppm) CO (%), CO2 (%) 1000 14.0 200 2.0 0.0 0.85 0.90 CO_3000rpm 0.95 1.00  CO2_3000rpm 1.05 1.10 1.15 HC_3000rpm CO_3000rpm NOx_3000rpm 1200 16.0 800 10.0 600 8.0 6.0 400 CO (%), CO2 (%) 14.0 HC (ppm), NOx (ppm) CO (%), CO2 (%) 1000 12.0 CO_3500rpm 1.05 CO2_3500rpm  1.10 1.15 HC_3500rpm 1.20  HC_3000rpm 1.05 1.10 NOx_3000rpm 1.15 Poly (NOx_3000rpm) 1600 16 1400 14 1200 12 1000 10 800 600 400 200 0 1.00 1.00 1800 200 0.95 CO2_3000rpm 0.95 18 2.0 0.90 0.90 20 4.0 0.0 0.85 Phát thải ô nhiễm 3500 vịng/phút 50%BG Phát thải nhiễm 3500 vòng/phút 30%BG 18.0 0.80 1.20 HC (ppm), NOx (ppm) 0.0 -200 1.25 0.85 NOx_3500rpm CO_3500rpm 0.90 0.95 1.00 CO2_3500rpm 1.05  1.10 HC_3500rpm 1.15 1.20 NOx_3500rpm Hình 4.17.Phát thải CO, CO2, HC NOx theo hệ số tương đương 3000 3500 vòng/phút Từ diễn biến cho thấy để phát thải CO, HC NOx thấp CO2 hợp lý (giảm tiêu hao nhiên liệu) nên trì hệ số tương đương  0,90 87 KẾT LUẬN Đề tài “Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với chế độ vận hành động sử dụng Ethanol-xăng RON 92” tiến hành nghiên cứu thực nghiệm hoàn thành hệ thống trang thiết bị đại Phịng Thí nghiệm Động Ơ tơ, Khoa Cơ khí Giao thơng, trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Vì số liệu thu có độ tin cậy cao Qua phần đánh giá so sánh phân tích, bình luận tiêu tính kinh tế, kỹ thuật phát thải ô nhiễm Động Daewoo A16DMS lắp xe ôtô Nubira, sử dụng nhiên liệu xăng A92 nguyên chất xăng A92 pha ethanol (E10, E15 E20) ba mức tải ứng với 30, 50 70% độ mở bướm ga phạm vi tốc độ từ 1250 đến 4500 vịng/phút, rút kết luận sau: Động Daewoo A16DMS sử dụng E10 E15 cho cơng suất, mơ men có ích, suất tiêu hao nhiên liệu có ích tương đương chí tốt so với RON 92; đồng thời phát thải CO HC thấp hơn so với xăng RON 92 Đối với nhiên liệu E20 động Daewoo A16DMS tỏ bất lợi mơ men cơng suất có ích; mơ men, cơng suất có ích giảm đến 14% suất tiêu hao nhiên liệu có ích tăng đến 10% phạm vi tốc độ thấp Kết thay đổi hệ số tương đương hỗn hợp không khí nhiên liệu động Daewoo A16DMS sử dụng E20, cho thấy: a) Động phát huy tốt mô men công suất ứng với hệ số tương đương  = 0,90-1,0 b) Động tiêu thụ nhiên liệu ứng với hệ số tương đương  = 0,85-0,97 c) Động phát thải CO, HC NOx thấp CO2 hợp lý ứng với hệ số tương đương  0,90 88 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trong khuôn khổ luận văn dùng lại vài điều kiện thực nghiệm định đáp ứng chế độ thường sử dụng động ô tô Để hồn thiện nghiên cứu hướng phát triển cần tập trung vào việc can thiệp vào hệ thống điều khiển để thay đổi hệ số tương đương với bước nhỏ Đồng thời cần nâng cao tỷ lệ pha trộn ethanol xăng lên mức cao 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Ga, Bùi Văn Tấn, Nguyễn Văn Đông (2016), "Ảnh hưởng nhiên liệu, tỷ số nén góc đánh lửa sớm đến trình cháy hỗn hợp xăng-ethanol động Daewoo" [2] Tập đồn dầu khí Việt Nam (2013), "Tình hình phân phối định hướng phát triển mạng lưới phân phối nhiên liệu sinh học PV OIL", Công Nghiệp: Khoa học Công nghệ, (10), tr 6-7 [3] Nguyễn Văn Thắng, Nguyễn Trọng Hiệu, Trần Thục, Phạm Thị Thanh Hương, Nguyễn Thị Lan, Vũ Văn Thăng cộng (2011), Biến đổi khí hậu tác động Việt Nam, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Trần Ngọc Toản (2012), "Nhiên liệu sinh học trạng sản xuất, sử dụng Việt Nam" Năng lượng Việt Nam, 2012 [5] Lê Văn Tụy, Trần Văn Nam, Huỳnh Vang (2010), "Nghiên cứu thử nghiệm độ hao mịn động chạy xăng pha cồn" [6] Bộ Cơng Thương (2015), "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng, nhiên liệu điêzen nhiên liệu sinh học" [7] Nguyễn Tất Tiến (2000), "Nguyên lý động đốt trong", NXB Giáo dục, Hà nội [8] M Al-Hasan (2003), "Effect of ethanol–unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission", Energy Conversion and Management, 44(9), tr 1547-1561 [9] Peter Christoff (2016), "The promissory note: COP 21 and the Paris Climate Agreement", Environmental Politics, 25(5), tr 765-787 [10] Bang-Quan He, Jian-Xin Wang, Ji-Ming Hao, Xiao-Guang Yan, Jian-Hua Xiao (2003), "A study on emission characteristics of an EFI engine with ethanol blended gasoline fuels", Atmospheric Environment, 37(7), tr 949-957 [11] Shi-Zhong Li, Catherine Chan-Halbrendt (2009), "Ethanol production in (the) People’s Republic of China: potential and technologies", Applied Energy, 86, tr 162-169 90 [12] S Mani Sarathy, Patrick wald, Nils Hansen, Katharina Kohse-Hưinghaus (2014), "Alcohol combustion chemistry", Progress in Energy and Combustion Science, 44, tr 40-102 [13] Thapat Silalertruksa, Shabbir H Gheewala (2009), "Environmental sustainability assessment of bio-ethanol production in Thailand", Energy, 34(11), tr 1933-1946 [14] Le Anh Tuan, Pham Huu Truyen, Nguyen Duc Khanh, Trieu Tien Chuan (2011), "Simulation study of motorcycle engines charateristics fueled with ethanol-gasoline blends" [15] Le Anh Tuan, Pham Minh Tuan (2013), "Impacts of Gasohol E5 and E10 on Performance and Exhaust Emissions of In-used Motorcycle and Car: A Case Study in Vietnam", Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học kỹ thuật, (73), p 98 [16] Fikret Yüksel, Bedri Yüksel (2004), "The use of ethanol–gasoline blend as a fuel in an SI engine", Renewable energy, 29(7), tr 1181-1191 [17] Hoàng Cường, (2017, 19/7/2017), Thế giới tiêu thụ 84 triệu ô tô năm 2016, URL: http://xe.thanhnien.vn/tin-tuc/the-gioi-tieu-thu-84-trieu-o-to- trong-nam-2016-10080.html [18] Thanh Huyền, (2015, 19/7/2017), Việt Nam tiêu thụ khoảng triệu xăng năm, URL: http://www.taichinhdientu.vn/thongke-dubao/viet-nam-tieuthu-khoang-5-trieu-tan-xang-moi-nam-146196.html [19] Huỳnh Bá Vang (2011), "Nghiên cứu thực nghiệm tính kinh tế kỹ thuật ơtơ sử dụng xăng A95 pha 10% ethanol" [20] Lê Thị Kiều Oanh, Lưu Tiến Thuận (2015), "Những khó khăn giải pháp đẩy mạnh tiêu dùng xăng sinh học E5 TP Cần Thơ", Tạp chí Khoa học Cần Thơ, (4), tr 15-23 [21] Liễu Anh Đài (2008), "Công nghiệp sản xuất cồn Ethanol đường Brazil" [22] Chính phủ, (2015, 19/7/2017), Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, URL: http://vanban.chinhphu.vn/ portal/page/portal/chinhphu/hethongvanban?class_id=1&mode=detail&docum ent_id=48021 91 [23] Văn Xuyên, (2016, 19/7/2017), Lượng tiêu thụ ô tô nước tháng tăng 31%, URL: http://bnews.vn/luong-tieu-thu-o-to-ca-nuoc-9-thang-tang-31- /25983.html [24] AA Abdel-Rahman, MM Osman (1997), "Experimental investigation on varying the compression ratio of SI engine working under different ethanolgasoline fuel blends", International Journal of Energy Research, 21(1), tr 3140 [25] Maher Abdul-Resul Sadiq Al-Baghdadi (2000), "Performance study of a fourstroke spark ignition engine working with both of hydrogen and ethyl alcohol as supplementary fuel", International Journal of Hydrogen Energy, 25(10), tr 1005-1009 [26] RH Thring, "Alternative fuels for spark-ignition engines," SAE Technical Paper 0148-7191, 1983