Báo cáo tổng hợp Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ thế hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%

Sản phẩm KH&CN đã tạo ra: Thực tế đạt được 1 Quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học E10, E15 và E20 Quy trình công nghệ hoàn chỉnh và các đơn phối chế Đạt yêu cầu 2 Đơn pha chế x

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐỀ ÁN PHÁT TRIỂN NHIÊN LIỆU SINH HỌC ĐẾN NĂM 2015,

TẦM NHÌN ĐẾN NĂM 2025

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ thế hệ cũ sử

dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%

Mã số: ĐT.06.11/NLSH

Chủ nhiệm đề tài/dự án Cơ quan chủ trì đề tài/dự án

PGS.TS Lê Anh Tuấn

Hà Nội - 2012

LỜI CÁM ƠN

Nhóm thực hiện đề tài xin trân trọng cám ơn Bộ Công Thương, Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 đã hỗ trợ kinh phí và quản lý thực hiện đề tài

Chân thành cám ơn Vụ Khoa học Công nghệ và Môi trường, Bộ Giáo dục và Đào tạo và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã chỉ đạo sát sao và đốc thúc nhóm thực hiện đề tài hoàn thành các nội dung nghiên cứu đúng tiến độ và chất lượng

Xin gửi lời cám ơn chân thành tới các cộng sự tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện

Cơ khí động lực; Phòng thí nghiệm trọng điểm Lọc hóa dầu, Viện Hóa học công nghiệp đã luôn sát cánh cùng nhóm nghiên cứu thực hiện nội dung nghiên cứu có nhiều ý nghĩa này Xin trân trọng cám ơn: TS Trần Quang Vinh, TS Trần Anh Trung, ThS Nguyễn Thế Trực, ThS Nguyễn Đức Khánh, TS Đỗ Thanh Hải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2012

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ thế hệ cũ sử

dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%

Mã số đề tài, dự án: ĐT.06.11/NLSH

Thuộc: Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm

2025

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Lê Anh Tuấn

Ngày, tháng, năm sinh: 21/10/1975 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: PGS.TS

Chức danh khoa học: Giảng viên Chức vụ: Phó Viện trưởng Viện Cơ khí động lực, Trưởng Bộ môn Động cơ đốt trong

Điện thoại: Tổ chức: 04 38683617 Nhà riêng: 04 36626719 Mobile: 0904702438

Fax: 04 38683619 E-mail: tuan.leanh05@gmail.com; tuan.leanh@hust.vn

Tên tổ chức đang công tác: Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội Địa chỉ tổ chức: Viện Cơ khí động lực, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, C6-

102, số 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: 26, tổ 56, Tương Mai, Hoàng Mai, Hà Nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Điện thoại: 04 38694242 Fax: 04 38692006

E-mail : qlkh@hust.vn Website: http://hust.vn/web/vi/home Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS Nguyễn Trong Giảng

Số tài khoản: 8123.1.1057109

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

TT hành văn bản Tên văn bản Ghi chú

năm 2010 liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến

3 Tờ trình số

487/TTr-ĐHBK-KHCN ký ngày 16

tháng 8 năm 2011

Tờ trình của Trường ĐH Bách khoa HN

về việc xin phê duyệt kế hoạch đấu thầu mua nguyên vật liệu, dụng cụ phụ tùng và

trang thiết bị thực hiện đề tài “Nghiên cứu

khả năng tương thích của động cơ nổ thế

hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%” mã số

Quyết định của Bộ Giáo dục và Đào tạo

về việc phê duyệt Kế hoạch đấu thầu cho

các gói thầu thuộc đề tài “Nghiên cứu khả

năng tương thích của động cơ nổ thế hệ

cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%” năm 2011 của Trường

Công văn của Trường ĐH Bách khoa HN

về việc đề nghị tổ chức đoàn cán bộ đi công tác Thái Lan trong khuôn khổ đề tài ĐT.06.11/NLSH

6 Công văn số

781/CV-ĐHBK-KHCN ký ngày 02

tháng 12 năm 2011

Công văn của Trường ĐH Bách khoa HN

về việc xin lùi thời gian đi công tác Thái Lan trong khuôn khổ đề tài

Công văn của Trường ĐH Bách khoa HN

về việc đề nghị tổ chức đoàn cán bộ đi công tác Thái Lan trong khuôn khổ đề tài ĐT.06.11/NLSH

2012, tầm nhìn đến năm 2025

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Số

TT đăng ký theo

Thuyết minh

đã tham gia thực hiện

tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt

được

Ghi chú*

- Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ

và đơn pha chế xăng sinh học có pha trên 5%

etanol E100

- Đề xuất quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20

- Đơn pha chế và hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20

- Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học E10, E15, E20 sản xuất thử

- Xây dựng tiêu chuẩn

cơ sở E10, E15, E20

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người

Nội dung tham gia

chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

1 PGS.TS Lê

Anh Tuấn

PGS.TS Lê Anh Tuấn

Chủ nhiệm đề tài; định

hướng nghiên cứu, xây dựng chương trình thực hiện; tư vấn phân tích đánh giá kết quả, định hướng công nghệ điều chỉnh kết cấu động cơ, báo cáo kết quả đề tài

Tổng hợp kết quả, viết báo cáo tổng kết

2 TS Phạm

Hữu Tuyến

TS Phạm Hữu Tuyến

Thư ký đề tài; tổng hợp

phân tích các kết nghiên cứu đã có; tham gia quá trình thực nghiệm, xử lý

số liệu, viết báo cáo

Thực hiện các chuyên

đề

3 ThS Phạm

Hữu Truyền

ThS Phạm Hữu Truyền

Tham gia quá trình thực nghiệm; thu thập số liệu, phân tích và đánh giá kết quả

Thực hiện các chuyên

đề

4 KS Nguyễn

Đức Khánh

KS Nguyễn Đức Khánh

Mô phỏng động cơ trên phần mềm AVL Boost nhằm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật và đưa

ra định hướng điều chỉnh kết cấu động cơ khi sử

Thực hiện các chuyên

đề

Số

TT đăng ký theo

Thuyết minh

đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia

được

Ghi chú

dụng xăng sinh học

5 ThS Nguyễn

Duy Tiến

ThS Nguyễn Duy Tiến

Thiết lập và tiến hành đo phát thải của động cơ trên băng thử

Thực hiện các chuyên

đề

6 ThS Nguyễn

Duy Vinh

ThS Nguyễn Duy Vinh

Lắp đặt động cơ, thiết lập và tiến hành thử nghiệm động cơ trên băng thử; phụ trách thử nghiệm bền chi tiết

Thực hiện các chuyên

đề

7 KS Nguyễn

Viết Thanh

KS Nguyễn Viết Thanh

Lắp đặt động cơ, thiết lập và tiến hành thử nghiệm động cơ trên băng thử; phụ trách chung các vấn đề kỹ thuật

Thực hiện các chuyên

đề

8 PGS.TS Vũ

Thị Thu Hà

PGS.TS Vũ Thị Thu Hà

Nghiên cứu công nghệ phối trộn xăng sinh học, sản xuất thử nghiệm và đánh giá tương thích vật liệu của động cơ

Thực hiện các chuyên

Thực hiện các chuyên

Nghiên cứu công nghệ cải tiến động cơ đáp ứng

sử dụng xăng sinh học

có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%

Thực hiện các chuyên

1 1 đoàn đi công tác Thái Lan,

thời gian từ 4-6 ngày vào năm

2011, kinh phí 90 triệu đồng,

số lượng 4-6 người tham gia

1 đoàn đi công tác Thái Lan từ

03-08 tháng 02 năm 2012, thời gian 6 ngày, kinh phí 84,459 triệu đồng,

số lượng 5 người tham gia Các tổ chức hợp tác gồm:

- Viện Công nghệ Kingmongkut Ladkrabang (KMITL)

- Tập đoàn Dầu khí Thái Lan (PTT)

- Trung tâm công nghệ vật liệu và kim loại quốc gia (mTec) thuộc công viên khoa học Thái Lan

- Dự án nghiên cứu và phát triển nhiên liệu từ sinh khối, Trường Đại học Chulalongkorn

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

- Hội thảo 1: ngày 29 tháng 9 năm

2011 Nội dung: “Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu xăng sinh học đối với xe máy đang lưu hành”

- Hội thảo 2: ngày 12 tháng 12 năm

2011 Nội dung: “Nghiên cứu đánh giá tính năng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%”

2

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 1 8 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

Xây dựng đề cương và viết

công nghệ và đơn pha chế

xăng sinh học có pha trên 5%

etanol E100

01-8/2011

2.1 Nghiên cứu đề xuất quy trình 01-4/2011 8/2011 Vũ Thị Thu Hà,

học E10, E15, E20

2.2 Nghiên cứu lựa chọn đơn pha

chế xăng sinh học E10, E15,

E20

01-4/2011 8/2011 Vũ Thị Thu Hà,

Viện HHCN

2.3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia

phù hợp cho xăng sinh học E10,

2.5 Xây dựng và đề xuất tiêu chuẩn

cơ sở E10, E15, E20

động cơ xăng với xăng sinh

học có pha trên 5% etanol

E100 theo các tỷ lệ 10%

(E10), 15% (E15), 20% (E20)

8-12/2011

3.1 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử

dụng xăng sinh học E10, E15

và E20 đến vật liệu của các chi

tiết thuộc hệ thống nhiên liệu

của động cơ xe máy

8-10/2011 8/2011 Lê Anh Tuấn,

Viện CKĐL

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử

dụng xăng sinh học E10, E15

và E20 đến vật liệu của các chi

tiết thuộc hệ thống nhiên liệu

của động cơ xăng ô tô

8-10/2011 8/2011 Lê Anh Tuấn,

Viện CKĐL

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử

dụng xăng sinh học E10, E15

và E20 đến công suất, mô men,

tiêu thụ nhiên liệu, khả năng

khởi động và khả năng tăng tốc

của động cơ xe máy

8-10/2011 9/2011 Nguyễn Đức

Khánh, Viện CKĐL

3.4 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử

dụng xăng sinh học E10, E15

và E20 đến công suất, mô men,

08-10/2011 9/2011 Nguyễn Duy

Vinh, Viện CKĐL

khởi động và khả năng tăng tốc

của động cơ ô tô

3.5 Đánh giá ảnh hưởng của xăng

sinh học E10, E15 và E20 đến

mức phát thải (tính theo g/km)

của động cơ xe máy theo tiêu

chuẩn phát thải hiện hành

(Euro2)

09-12/2011 9/2011 Nguyễn Duy

Tiến, Viện CKĐL

3.6 Đánh giá ảnh hưởng của xăng

sinh học E10, E15 và E20 đến

mức phát thải (tính theo g/km)

của động cơ ô tô theo chu trình

thử của tiêu chuẩn phát thải

hiện hành (Euro2)

09-12/2011 9/2011 Nguyễn Duy

Tiến, Viện CKĐL

cấu của động cơ xăng thế hệ

cũ để phù hợp với xăng sinh

học E10, E15 và E20

09-12/2011

4.1 Nghiên cứu mô phỏng đánh giá

ảnh hưởng của xăng sinh học

E10, E15 và E20 tới tính năng

động cơ xăng xe máy và ô tô

thế hệ cũ

09-11/2011 9/2011 Phạm Hữu

Tuyến, Viện CKĐL

4.2 Điều chỉnh kết cấu của hệ thống

cung cấp nhiên liệu (bộ chế hòa

khí) xe máy và ô tô khi sử dụng

xăng sinh học E10

11-12/2011 11/2011 Lê Anh Tuấn,

Viện CKĐL

xăng sinh học E10 đến độ bền

và tuổi thọ của động cơ xăng

xe máy và ô tô trong phòng

thí nghiệm và trên đường

01-11/2012

5.1 Đánh giá ảnh hưởng của xăng

sinh học E10 đến độ bền và tuổi

thọ của động cơ xăng xe máy

trong phòng thí nghiệm và trên

đường khi đã điều chỉnh kết

cấu

01-08/2012 5/2012 Nguyễn Viết

Thanh, Viện CKĐL

5.2 Đánh giá ảnh hưởng của xăng

sinh học E10 đến độ bền và tuổi

thọ của động cơ xăng xe ô tô

trong phòng thí nghiệm khi đã

điều chỉnh kết cấu

02-5/2012 6/2012 Phạm Hữu

Truyền, Viện CKĐL

5.3 Đánh giá ảnh hưởng của xăng

sinh học E10 đến độ bền và tuổi

3-10/2012 9/2012 Phạm Hữu

Truyền, Viện

trên đường khi đã điều chỉnh

kết cấu

5.4 Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo

đối với người sử động cơ xăng

đời cũ khi chuyển sang sử dụng

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

1 Quy trình công nghệ phối

trộn xăng sinh học E10,

E15 và E20

Quy trình công nghệ hoàn chỉnh và các đơn phối chế

Đạt yêu cầu

2 Đơn pha chế xăng sinh

học E10, E15 và E20

Xác định tỷ lệ các thành phần pha chế

4 Báo cáo đánh giá tính

tương thích của động cơ

xăng thế hệ cũ với xăng

sinh học pha etanol E100

Đạt yêu cầu

5 Giải pháp kỹ thuật đối với

động cơ xăng thế hệ cũ khi

sử dụng nhiên liệu sinh

học tỷ lệ cao

Hiệu quả, đơn giản

và có khả năng áp dụng trên thực tế

Đạt yêu cầu

Số

TT

Tên sản

phẩm

Yêu cầu khoa học

(Tạp chí, nhà xuất bản)

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

- 01 bài báo đăng tạp chí khoa học

- 09 bài báo đăng trong

kỷ yếu hội nghị quốc tế

và trong nước

- 1 bài tại Hội nghị quốc tế 15thInternational Symposium on Technology for Next Generation Vehicles - CNU, Gwangju, Korea, Nov 16, 2012

- 1 bài tại, Hội nghị quốc tế về phát triển bền vững và an toàn giao thông đường bộ Việt Nam, 11,

2012

- 1 bài tại Hội thảo phát triển nhiên liệu sinh học bền vững tại Việt Nam, 10, 2012

- 2 bài tại Hội nghị quốc tế 5th

Conference on New/Renewable Energy, 26-27/09/2012

- 1 bài tại Hội nghị toàn quốc ngành Nhiệt lần thứ II, 4/2012

- 1 bài tại Tạp chí Khoa học công nghệ các trường đại học kỹ thuật,

số 83B, p119-124, 2011 (số tiếng Anh)

- 1 bài tại Hội nghị quốc tế 3rd

Conference on New/Renewable Energy, Penang, Malaysia (Hội nghị vùng về năng lượng mới và năng lượng tái tạo), 2010

- 1 bài tại Hội nghị quốc tế 4th

Conference on New/Renewable Energy, TP HCM, 12-13/10/2011

- 1 bài tại Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc năm 2011,

Thực tế đạt được

Thực tế đạt được

- 03 HV đã bảo

vệ

- 09 HV đang hướng dẫn

-03 HV đã bảo vệ vào tháng 4 và tháng 8/2012

- 09 HV đang hướng dẫn sẽ bảo vệ trong năm 2013 và

2014

- 01 NCS đang hướng

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ

so với khu vực và thế giới…)

Đề tài đã mang lại hiệu quả về khoa học và công nghệ sau:

- Đưa ra được quy trình công nghệ và đơn phối trộn nhiên liệu xăng sinh học với các

tỷ lệ etanol E100 khác nhau phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế

- Đánh giá được một cách toàn diện tác động của xăng sinh học có tỷ lệ phối trộn etanol E100 lớn hơn 5% tới động cơ ô tô, xe máy đang lưu hành Qua đó, đề tài đã đưa

ra giải pháp liên quan đến kết cấu, lựa chọn vật liệu cho các chi tiết trong quá trình thiết kế, chế tạo động cơ mới cũng như những lưu ý khuyến cáo khi sử dụng nhiên liệu này trên động cơ đang lưu hành

- Sử dụng hiệu quả và phát huy được thế mạnh về thiết bị của phòng thí nghiệm hiện đại về Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực và Phòng thí nghiệm trọng điểm về lọc hóa dầu của Viện Hóa học công nghiệp

- Công bố nhiều bài báo có giá trị khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ và phương tiện giao thông

- Thực hiện đào tạo cán bộ, nâng cao trình độ của các nhà khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu nhiên liệu sinh học, mở rộng mối quan hệ hợp tác quốc tế trong lĩnh vực này

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

Hiệu quả về kinh tế xã hội do kết quả của đề tài mang lại bao gồm:

- Giúp người sử dụng hiểu rõ lợi ích của việc sử dụng xăng sinh học cũng như những lưu ý cần thiết, qua đó khuyến khích việc sử dụng loại nhiên liệu này Khi nhu cầu thị trường về sử dụng nhiên liệu sinh học tăng thì đây sẽ là đòn bẩy cho các doanh nghiệp đầu tư sản xuất nhiên liệu sinh học, đồng thời nghiên cứu tìm tòi các nguồn sản xuất nhiên liệu sinh học từ xelulô và các sản phẩm ngoài thực phẩm

- Góp phần kích cầu sản xuất và xã hội hóa việc sử dụng nhiên liệu sinh học ở nước ta, qua đó dần hiện thực hóa Đề án nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm

2020, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của các sản phẩm nông nghiệp là nguồn nguyên liệu

so với dự kiến do trượt giá và các thủ tục phê duyệt kế hoạch

Lần 2 3/2012 - Hoàn thành đúng khối lượng công việc và số lượng

Lần 3 9/2012 - Hoàn thành đúng khối lượng công việc và số lượng

TT dung thực hiện (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…)

II Kiểm tra định kỳ

Lần 1 9/2012 - Đề tài đã thực hiện các nội dung theo đúng tiến độ

- Đã thực hiện: nghiên cứu thử nghiệm trên động cơ; nghiên cứu 3 quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học; đưa ra 3 đơn pha chế xăng sinh học; 3 tiêu chuẩn

cơ sở E10, E15 và E20; công bố 3 bài báo trên các tạp chí chuyên ngành

- Đề nghị: chỉnh sửa hoàn thiện lại các chuyên đề, nghiệm thu quy trình công nghệ, tổng hợp số liệu thử nghiệm theo mẫu báo cáo, khẩn trương thực hiện các nội dung còn lại theo đúng tiến độ, có kế hoạch giải ngân các khoản kinh phí chưa sử dụng, tổng quyết toán trước khi nộp hồ sơ xin nghiệm t hu cấp nhà nước, hoàn thiện tính pháp lý của của sản phẩm, bổ sung các văn bản tham gia đào tạo, liên hệ với Tổ giúp việc Ban điều hành đề án thực hiện nghiệm thu cấp cơ sở và cấp nhà nước

- Kiểm tra thực tế tại đơn vị thực hiện tốt, các kết quả nghiên cứu đáng tin cậy

III Nghiệm thu cơ sở

Nghiệm

thu cơ sở

21/12/2012 -Phương pháp nghiên cứu khoa học, logíc,

- Quy trình nghiên cứu thử nghiệm phù hợp, đáp ứng được mục tiêu, nội dung nghiên cứu,

- Mẫu thử nghiệm có tính đại diện cao,

- Số liệu điều tra khảo sát phong phú (cả PTN và hiện trường),

-Sản phẩm hoàn thành đầy đủ, số bài báo và đào tạo Thạc sỹ vượt chỉ tiêu, chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu với nội dung đã đăng ký,

- Báo cáo tổng hợp đầy đủ, tuy nhiên cần mô tả chi tiết hơn quy trình công nghệ phối trộn, đơn pha chế cho ba loại xăng sinh học E10, E15, E20,

- Kết luận: Đề tài đã hoàn thành các nội dung đăng ký trong thuyết minh và hợp đồng, tuy nhiên báo cáo tổng hợp cần sửa chữa bổ sung theo góp ý như trên Đề nghị các cơ quan có thẩm quyền có biện pháp triển khai tiếp kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm gánh nặng cho nhiên liệu hóa thạch

Chủ nhiệm đề tài

(Họ tên, chữ ký)

Thủ trưởng tổ chức chủ trì

(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 10

2.1 Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học E10, E15 và E20 12

2.2 Xây dựng và đề xuất tiêu chuẩn cơ sở E10, E15 và E20 23

2.2.1 Đơn pha chế hỗn hợp chất biến tính và phụ gia cho xăng sinh học 232.2.2 Tiêu chuẩn cơ sở cho xăng sinh học E10, E15 và E20 25

2.3 Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học E10, E15 và E20 26

Chương 3 ĐÁNH GIÁ TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG VỚI XĂNG

3.1 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến vật liệu của các chi tiết thuộc hệ thống nhiên liệu của động cơ xe máy và ô tô 31

3.1.2 Xây dựng quy trình thử nghiệm tương thích vật liệu 32

3.1.4 Kết quả nghiên cứu tương thích vật liệu đối với động cơ xe máy 353.1.5 Kết quả nghiên cứu tương thích vật liệu đối với động cơ ô tô 45

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến công suất, tiêu thụ nhiên liệu, phát thải, khả năng khởi động lạnh, khả năng tăng tốc của động cơ xe máy 58

3.2.1 Phương pháp đánh giá và trang thiết bị thử nghiệm 583.2.2 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến công suất và tiêu thụ nhiên liệu 613.2.3 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến khả năng tăng tốc và khởi động 65

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến công suất, tiêu thụ nhiên liệu, phát thải, khả năng khởi động lạnh, khả năng tăng tốc của động cơ ô tô 66

3.3.1 Phương pháp đánh giá và trang thiết bị thử nghiệm 663.3.2 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến công suất và tiêu thụ nhiên liệu 673.3.3 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến khả năng tăng tốc và khởi động 72

4.1 Nghiên cứu mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10, E15 và E20 tới tính năng động cơ xăng xe máy và ô tô thế hệ cũ 77

4.2 Điều chỉnh kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu (bộ chế hòa khí) xe máy và ô tô

4.2.1 Giải pháp cải tiến động cơ khi nâng cao tỷ lệ cồn etanol trong nhiên liệu 874.2.2 Cải tiến động cơ ô tô đời cũ sử dụng bộ chế hoà khí 90

4.2.4 Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu để công suất động cơ không đổi 96

VÀ TUỔI THỌ CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG XE MÁY VÀ Ô TÔ TRONG PHÒNG THÍ

5.1 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng

5.1.1 Thiết bị thử nghiệm 99

5.1.3 Kết quả đánh giá mức độ hao mòn các chi tiết khi sử dụng xăng RON92 và E10

1045.1.4 Kết quả đánh giá công suất, tiêu thụ nhiên liệu và áp suất nén của 2 xe máy sử dụng xăng RON92 và E10 trước và sau chạy thử nghiệm bền 1075.1.5 Kết quả đánh giá phát thải của 2 xe máy sử dụng xăng RON92 và E10 theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE R40 trước và sau chạy thử nghiệm bền 1095.1.6 Kết quả phân tích dầu bôi trơn trước, giữa và sau thử nghiệm bền 110

5.2 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng

ô tô 112

5.2.2 Đối tượng thử nghiệm và cách thức tiến hành trên động cơ 1145.2.3 Đối tượng thử nghiệm và cách thức tiến hành trên ôtô khi chạy hiện trường 1165.2.4 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của

5.2.5 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của

5.3 Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo khi động cơ xăng đời cũ sử dụng xăng sinh học ở các

5.3.1 Vấn đề điều chỉnh động cơ nhằm đảm bảo tính năng kỹ thuật khi sử dụng xăng

5.3.4 Về vấn đề độ bền các chi tiết chính trong động cơ khi sử dụng nhiên liệu E10 135

5.4 Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo khi động cơ xăng đời cũ sử dụng xăng sinh học E10 135

P2.1 Trang thiết bị phòng thử ô tô (CD48” ) 145

P2.2 Trang thiết bị phòng thử xe máy (CD20” ) 148

P2.2.3 Thông số của băng thử 150

P2.3 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 152

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CD48” Chassis Dynamometer 48” (Băng thử ô tô con và xe tải hạng nhẹ) -

ETB High Dynamic Engine Testbed (Băng thử tính năng động lực học

cao)

-

HDPE High Density Polyethylene (Nhựa polyethylene đặc biệt) -

TCB Trước chạy bền -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 So sánh các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu E5 và E10 với nhiên liệu RON92 6 Hình 2 Mô hình phối trộn thùng có cánh khuấy (a), cánh khuấy (b) 12 Hình 3 Mô hình phối trộn tuần hoàn 13 Hình 4 Các dạng nạp liệu của hệ thống phối trộn tuần hoàn 13 Hình 5 Thiết bị trộn kiểu sục khí 14 Hình 6 Sơ đồ quy trình công nghệ phối trộn xăng pha etanol tổng quát 15 Hình 7 Sơ đồ hệ thiết bị khuấy trộn 16 Hình 8 Hệ thiết bị trộn tuần hoàn 16 Hình 9 Sơ đồ hệ thiết bị sục khí nitơ 17 Hình 10 Thiết bị đo chỉ số ốctan cầm tay ZELTEX ZX-101XL 17 Hình 11 Khả năng tan lẫn của etanol trong xăng 18 Hình 12 Sơ đồ quy trình phối trộn bơm tuần hoàn 23 Hình 13 Thiết bị phối trộn 500 lít/mẻ 27 Hình 14 Tủ sấy Binder 33 Hình 15 Hình ảnh chai ngâm dùng trong quá trình phân tích 33 Hình 16 Cân điện tử 34 Hình 17 Thước kẹp đo kích thước 34 Hình 18 Đồ gá chụp ảnh 34 Hình 19 Hình ảnh thiết bị chụp hiển vi điện tử 34 Hình 20 Hình ảnh các bộ chế hòa khí thử nghiệm 34 Hình 21 Màng cao su của bơm tăng tốc phụ của bộ chế hòa khí trước và sau ngâm 47 Hình 22 Các chi tiết của bơm xăng điện tử trước và sau khi ngâm 2000h 48 Hình 23 Hình ảnh chụp bảng mạch báo mức xăng của bơm xăng điện tử 48 Hình 24 Lưới lọc thô của bơm xăng điện tử trước và sau khi ngâm trong xăng RON92

và E10 49 Hình 25 Hình ảnh giắc cắm bơm xăng tử trước và sau khi ngâm 50 Hình 26 Đồ thị tăng khối lượng chi tiết gioăng làm kín bơm xăng 52 Hình 27 Đồ thị tăng khối lượng chi tiết màng cao su tăng tốc phụ 52 Hình 28 Đồ thị giảm khối lượng chi tiết phao xăng báo nhiên liệu 53 Hình 29 Đồ thị khối lượng giảm chi tiết quả phao trong chế hòa khí 53 Hình 30 Đồ thị tăng khối lượng chi tiết lọc tinh bơm xăng điện 55 Hình 31 Đồ thị giảm khối lượng chi tiết bộ báo mức nhiên liệu bơm xăng điện 55 Hình 32 Đồ thị giảm khối lượng chi tiết phao xăng báo nhiên liệu 56 Hình 33 Chu trình thử ECE R40 60

Hình 34 Đồ thị công suất tại tay số III 61 Hình 35 Đồ thị suất tiêu thụ nhiên liệu tại tay số III 62 Hình 36 Mức độ thay đổi suất tiêu thụ nhiên tại tay số III 63 Hình 37 Đồ thị công suất tại tay số IV 63 Hình 38 Mức độ thay đổi công suất tại tay số IV 63 Hình 39 Đồ thị suât tiêu thụ nhiên liệu tại tay số IV 64 Hình 40 Mức độ thay đổi suât tiêu thụ nhiên liệu tại tay số IV 64 Hình 41 Ô tô thử nghiệm 67 Hình 42 Mức độ cải thiện công suất xe Lanos (%) tại tay số IV 68 Hình 43 Đồ thị công suất xe Lanos ở tay số V 68 Hình 44 Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe Lanos 69 Hình 45 Tỷ lệ cải thiện công suất động cơ xe Corrola khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 71 Hình 46 Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Corrola tại tay số IV 71 Hình 47 Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Corrola tại tay số V 72 Hình 48 Thời gian tăng tốc 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos 73 Hình 49 Thời gian tăng tốc 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Corolla 73 Hình 50 Mô hình mô phỏng động cơ xe máy và động cơ ô tô 77 Hình 51 Diễn biến áp suất, nhiệt độ trong xylanh động cơ xe máy tại 7500 vòng/phút 79 Hình 52 Tốc độ toả nhiệt của động cơ xe máy sử dụng các loại nhiên liệu ở 7500 v/phút 80 Hình 53 Độ giảm công suất động cơ xe máy khi sử dụng các loại nhiên liệu (so với E0) 80 Hình 54 Nhiên liệu cần bổ sung để công suất động cơ xe máy không đổi 81 Hình 55 Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe máy sử dụng xăng pha cồn 82 Hình 56 Phát thải CO của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 83 Hình 57 Phát thải HC của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 83 Hình 58 Phát thải NOx của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 84 Hình 59 Diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xylanh động cơ ô tô 84 Hình 60 Diễn biến tốc độ toả nhiệt trong xylanh động cơ ô tô 85 Hình 61 Sự thay đổi công suất động cơ ô tô so với khi sử dụng xăng 85 Hình 62 Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để công suất động cơ ô tô không đổi 85 Hình 63 Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ô tô so với khi sử dụng xăng 86 Hình 64 Thay đổi phát thải CO của động cơ ô tô khi sử dụng xăng pha cồn so với khi

sử dụng xăng 86

Hình 65 Thay đổi phát thải HC của động cơ ô tô khi sử dụng xăng pha cồn so với khi

sử dụng xăng 87 Hình 66 Thay đổi phát thải NOx của động cơ ô tô khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 87 Hình 67 Áp suất hoá hơi của Etanol so với hai thành phần chính trong nhiên liệu xăng 88 Hình 68 Sơ đồ một chế hoà khí đơn giản 90 Hình 69 Khoan gic-lơ chính trên giá đỡ 91 Hình 70 Điều chỉnh đường kính lỗ gic-lơ bằng thanh dưỡng 91 Hình 71 Điều chỉnh vít không tải khi sử dụng etanol E100 93 Hình 72 Hệ thống sấy nóng khí nạp động cơ Chevrolet 6 xylanh sử dụng etanol 95 Hình 73 Xe ba bánh tiết kiệm nhiên liệu sử dụng etanol E100 của Việt Nam tại Shell Eco Marathon, Malaysia 2012 96 Hình 74 Tỷ lệ lượng nhiên liệu cần bổ sung để công suất động cơ không đổi 96 Hình 75 Thử nghiệm bền động cơ trên băng thử DIDACTA 99 Hình 76 Băng thử xe máy CD 20” 100 Hình 77 Thước panme đo kích thước đường kính ngoài 100 Hình 78 Thước panme đo kích thước lỗ 100 Hình 79 Hình ảnh hai xe máy tham gia chạy thử nghiệm 101 Hình 80 Sơ đồ quy trình thử nghiệm bền và tuổi thọ của động cơ xăng xe máy 102 Hình 81 Vị trí và phương pháp đo 102 Hình 82 Vị trí đo đường kính piston (trái) và rãnh xéc măng (phải) 103 Hình 83 Đo khe hở miệng xéc măng 103 Hình 84 Các vị trí đo mòn cổ trục khuỷu 104 Hình 85 Xác định độ mài mòn của piston 105 Hình 86 Tổng hợp sự thay đổi kích thước trung bình của piston và xilanh xe máy trước và sau chạy bền 106 Hình 87 Công suất xe máy ở tay số III và tay số IV trước và sau chạy bền 107 Hình 88 Suất tiêu thụ nhiên liệu xe máy ở tay số III trước và sau chạy bền 107 Hình 89 Suất tiêu thụ nhiên liệu xe máy ở tay số IV trước và sau chạy bền 108 Hình 90 Phát thải HC và NOx của xe máy trước và sau chạy bền 109 Hình 91 Phát thải CO và CO2 của xe máy trước và sau chạy bền 109 Hình 92 Sơ đồ phòng thử động lực cao động cơ ETB 113 Hình 93 Sơ đồ phòng thử ô tô CD48” 114 Hình 94 Sơ đồ quy trình thử nghiệm bền của động cơ xăng ô tô 116 Hình 95 Thay đổi kích thước xilanh trước và sau chạy bền tại vị trí của xéc măng hơi thứ nhất 118 Hình 96 Thay đổi kích thước phần dẫn hướng piston trước và sau chạy bền 118 Hình 97 So sánh lượng mòn trung bình trước và sau chạy bền của chi tiết xilanh và piston 119

Hình 98 So sánh lượng mòn trung bình trước và sau chạy bền của các cổ biên 120 Hình 99 Mômen và công suất động cơ chạy RON92 trước chạy bền (TCB) và sau chạy bền (SCB) 121 Hình 100 Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ chạy nhiên liệu RON92 trước chạy bền và sau chạy bền 121 Hình 101 Mômen và công suất động cơ chạy nhiên liệu E10 trước chạy bền và sau chạy bền 121 Hình 102 Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ chạy nhiên liệu E10 trước chạy bền và sau chạy bền 122 Hình 103 Áp suất nén động cơ chạy nhiên liệu xăng RON92 và E10 trước và sau chạy bền 122 Hình 104 Diễn biến công suất của 2 xe dùng chế theo tốc độ ở các tay số III, IV và V khi chạy hiện trường 124 Hình 105 Diễn biến công suất của 4 xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử theo tốc

độ ở các tay số III, IV và V khi chạy hiện trường 125 Hình 106 Biến thiên công suất và mômen của các xe thử nghiệm sau 10.000km và 20.000km 125 Hình 107 Biến thiên suất tiêu thụ nhiên liệu của các xe sau 10.000km và 20.000km 126 Hình 108 Tiêu thụ nhiên liệu của 6 xe ôtô khi thử nghiệm theo chu trình ECE 15-05 127 Hình 109 Biến thiên áp suất nén của động cơ các xe thử nghiệm sau 10.000km và 20.000km 128 Hình 110 Biến thiên phát thải và tiêu thụ nhiên liệu theo chu trình thử ECE 15-05 của

6 xe trước và sau khi thử nghiệm 20.000 km chạy hiện trường 128

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Những yêu cầu cải tiến động cơ cần thiết khi tăng tỷ lệ etanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng-etanol (The Royal Society, 2008) 5 Bảng 2 Phân loại đội xe ô tô đang lưu hành ở Việt Nam (Nguồn: Đỗ Hữu Đức, 2009)9 Bảng 3 Thành phần hỗn hợp xăng sinh học E10 17 Bảng 4 Ảnh hưởng của sự tan lẫn etanol tới chỉ số ốctan của nhiên liệu 19 Bảng 5 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến chỉ số ốctan của nhiên liệu 19 Bảng 6 Ảnh hưởng của tốc độ bơm đến chỉ số ốctan của nhiên liệu 20 Bảng 7 Ảnh hưởng của thời gian phối trộn tới chỉ số ốctan 20 Bảng 8 Ảnh hưởng của lưu lượng khí đến chỉ số ốctan 21 Bảng 9 Ảnh hưởng của thời gian sục khí đến chỉ số ốctan của nhiên liệu 21 Bảng 10 Tính chất của hỗn hợp nhiên liệu phối trộn xăng sinh học 22 Bảng 11 Tính chất của hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học E15 22 Bảng 12 Tính chất của hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học 23 Bảng 13 Đơn pha chế hỗn hợp chất biến tính và phụ gia cho xăng sinh học E10 24 Bảng 14 Đơn pha chế hỗn hợp chất biến tính và phụ gia cho xăng sinh học E15 24 Bảng 15 Đơn pha chế hỗn hợp chất biến tính và phụ gia cho xăng sinh học E20 24 Bảng 16 Kết quả phân tích của mẫu xăng sinh học E10 25 Bảng 17 Chỉ tiêu chất lượng của etanol NLBT E100 28 Bảng 18 Chỉ tiêu chất lượng của xăng RON92 28 Bảng 19 Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E10 29 Bảng 20 Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E15 và E20 29 Bảng 21 Bảng tiến trình đo 33 Bảng 22 Hình ảnh chụp giclơ nhiên liệu chính trước và sau 2000h ngâm 35 Bảng 23 Hình ảnh chụp bề mặt lỗ giclơ chính (vật liệu đồng) trên kính hiển vi điện tử với độ phóng đại 2000 lần 36 Bảng 24 Hình ảnh chi tiết của vít điều chỉnh lượng không khí ở chế độ chạy không tải

và vít xả xăng 36 Bảng 25 Hình ảnh ngoại quan của kim ba cạnh trước và sau khi ngâm 37 Bảng 26 Hình ảnh ngoại quan và hình ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử (phóng đại

500 lần) bề mặt chi tiết lọc tinh nhiên liệu 37 Bảng 27 Hình ảnh ngoại quan của vỏ nhựa lọc tinh trước và sau 200h ngâm trong các dung dịch khác nhau 38 Bảng 28 Kích thước các chi tiết kim loại ngâm trong xăng RON92 (tính theo mm) 39 Bảng 29 Kích thước các chi tiết phi kim ngâm trong xăng RON92 (tính theo mm) 39 Bảng 30 Kích thước các chi tiết kim loại ngâm trong xăng E10 (tính theo mm) 40

Bảng 31 Kích thước các chi tiết phi kim ngâm trong xăng E10 (tính theo mm) 40 Bảng 32 Khối lượng các chi tiết kim loại ngâm trong xăng RON92 (tính theo mg) 41 Bảng 33 Khối lượng các chi tiết phi kim ngâm trong xăng RON92 (tính theo mg) 41 Bảng 34 Khối lượng các chi tiết kim loại ngâm trong xăng E10 (tính theo mg) 41 Bảng 35 Khối lượng các chi tiết phi kim ngâm trong xăng E10 (tính theo mg) 42 Bảng 36 Khối lượng các chi tiết kim loại ngâm trong xăng E15 (tính theo mg) 42 Bảng 37 Khối lượng các chi tiết phi kim ngâm trong xăng E15 (tính theo mg) 42 Bảng 38 Khối lượng các chi tiết kim loại ngâm trong xăng E15 (tính theo mg) 43 Bảng 39 Khối lượng các chi tiết phi kim ngâm trong xăng E20 (tính theo mg) 43 Bảng 40 Kết quả phân tích nhiên liệu trước khi ngâm chi tiết 43 Bảng 41 Kết quả phân tích nhiên liệu RON92 sau khi ngâm chi tiết 44 Bảng 42 kết quả phân tích nhiên liệu E10 sau khi ngâm chi tiết 44 Bảng 43 Kết quả phân tích nhiên liệu E15 sau khi ngâm chi tiết 45 Bảng 44 Kết quả phân tích nhiên liệu E20 sau khi ngâm chi tiết 45 Bảng 45 Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết kim loại 45 Bảng 46 Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết phi kim 45 Bảng 47 Hình ảnh ngoại quan và hình ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử giclơ nhiên liệu chính 46 Bảng 48 Khối lượng chi tiết chính chế hòa khí dùng ngâm trong RON92 và E10 (mg) 51 Bảng 49 Khối lượng chi tiết chính chế hòa khí xe ôtô dùng ngâm trong E15 và E20 51 Bảng 50 Khối lượng chi tiết chính bơm xăng xe ôtô dùng ngâm trong RON92 và E10 53 Bảng 51 Khối lượng chi tiết chính bơm xăng xe ôtô dùng ngâm trong E15 và E20 54 Bảng 52 Kết quả phân tích nhiên liệu trước khi ngâm chi tiết 56 Bảng 53 Kết quả phân tích nhiên liệu RON92 sau khi ngâm chi tiết 57 Bảng 54 kết quả phân tích nhiên liệu E10 sau khi ngâm chi tiết 57 Bảng 55 Kết quả phân tích nhiên liệu E15 sau khi ngâm chi tiết 57 Bảng 56 Kết quả phân tích nhiên liệu E20 sau khi ngâm chi tiết 58 Bảng 57 Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết kim loại 58 Bảng 58 Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết phi kim 58 Bảng 59 Thông số kỹ thuật của xe máy thử nghiệm 58 Bảng 60 Các điểm thử nghiệm tại các tay số 60 Bảng 61 Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu tại tay số III 61 Bảng 62 Kết quả đo suất tiêu thụ nhiên liệu tại tay số III 61 Bảng 63 Thời gian gia tốc từ 20 km/h đến 70 km/h, (giây) 65 Bảng 64 Kết quả thử nghiệm công nhận kiểu xe Super Dream với 2 loại nhiên liệu 65 Bảng 65 Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos 66 Bảng 66 Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla 66

Bảng 67 Kết quả thử nghiệm công suất xe Lanos tại tay số IV 67

Bảng 68 Thay đổi công suất xe Lanos ở tay số V 68

Bảng 69 Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số IV 69 Bảng 70 Tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos tại tay số V 69 Bảng 71 Kết quả đo công suất xe Corrola tại tay số IV 70 Bảng 72 Kết quả đo công suất xe Corrola tại tay số V 70 Bảng 73 Tiêu hao nhiên liệu xe Corrola tại tay số IV 71 Bảng 74 Tiêu hao nhiên liệu xe Corrola tại tay số V 72 Bảng 75 Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505 73 Bảng 76 Phát thải xe Corolla khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505 74 Bảng 77 Thông số kỹ thuật của động cơ 77 Bảng 78 Các thông số cơ bản của mô hình 78 Bảng 79 Thời gian cháy trễ và thời gian cháy nhanh của các loại nhiên liệu 79 Bảng 80 Công suất động cơ xe máy khi chạy các loại nhiên liệu khác nhau (kW) 80 Bảng 81 Lượng nhiên liệu cần dùng để công suất động cơ xe máy không đổi khi tăng

tỉ lệ etanol trong nhiên liệu (g/chu trình) 81 Bảng 82 Độ tăng của đường kính lỗ gic-lơ để công suất động cơ xe máy không đổi 82 Bảng 83 Nồng độ CO khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ xe máy(ppm) 82 Bảng 84 Nồng độ NOx của động cơ xe máy khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc

độ động cơ (ppm) 83 Bảng 85 Sự thay đổi đường kính lỗ gic-lơ để công suất động cơ xe máy không đổi 97 Bảng 86 Đường kính xilanh của động cơ xe máy chạy xăng RON92 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 104 Bảng 87 Đường kính xilanh của động cơ xe chạy xăng sinh học E10 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 104 Bảng 88 Đường kính piston của động cơ xe máy chạy xăng RON92 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 105 Bảng 89 Đường kính piston của động cơ xe máy chạy xăng sinh học E10 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 105 Bảng 90 Khối lượng các xéc măng của hai động cơ xe máy chạy xăng RON92 và xăng sinh học E10 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 106 Bảng 91 Áp suất nén đo trước và sau khi chạy bền 108 Bảng 92 Kết quả thử nghiệm theo chu trình thử ECE R40 trước và sau khi chạy bền của 2 xe Honda SuperDream với 2 loại nhiên liệu RON 92 và xăng sinh học E10 109 Bảng 93 Kết quả phân tích dầu bôi trơn khi xe chạy bằng E10 110 Bảng 94 Kết quả phân tích dầu bôi trơn khi xe chạy bằng RON92 110 Bảng 95 Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm 115

Bảng 96 Kích thước và khối lượng xéc măng trước và sau chạy bền 119 Bảng 97 Kết quả phân tích dầu trước và sau chạy bền 123 Bảng 98 Kết quả phân tích dầu bôi trơn động cơ trên 6 xe thử nghiệm trước và sau khi chạy hiện trường 130

LỜI NÓI ĐẦU

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 Một mặt nhiên liệu sinh học góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng trong tương lai do tốc độ khai thác và sử dụng dầu thô ngày càng lớn Mức độ sử dụng dầu thô lớn này dẫn tới nguy cơ ô nhiễm môi trường, trái đất nóng lên và biến đổi khí hậu Mặt khác nhiên liệu sinh học góp phần phát triển kinh tế nông thôn, tăng thu nhập cho người dân ở vùng sâu, vùng xa, những nơi có tiềm năng lớn đối với lĩnh vực nông, lâm nghiệp Một khi sự phát triển bền vững, phát triển kinh tế gắn liền với các yếu tố xã hội và môi trường, có vai trò thiết yếu đối với mỗi quốc gia, lãnh thổ thì các nguồn năng lượng xanh, năng lượng có phát thải cácbon thấp nhận được sự ưu tiên phát triển

Việt Nam là một nước nông nghiệp, nơi có tiềm năng lớn về nguyên liệu phục vụ cho sản xuất nhiên liệu sinh học phục vụ cho đời sống, đã có chủ trương đúng đắn thể hiện qua Đề án Phát triển và sử dụng nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2025 Chủ trương này thể hiện sự tham vọng của chính phủ và cũng thể hiện sự quyết tâm của toàn xã hội trong việc quy hoạch, tổ chức sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học

Trong các loại nhiên liệu sinh học, etanol sinh học là loại nhiên liệu có tiềm năng lớn nhất ở Việt Nam và hiện đang được các doanh nghiệp đầu tư phát triển mạnh mẽ Nhà máy sản xuất etanol Đồng Xanh, Đại Lộc, Quảng Nam với công suất 100.000 tấn/năm, đưa vào hoạt động vào cuối năm 2010 và 3 nhà máy với công suất tương tự đang được xây dựng tại 3 miền Bắc, Trung và Nam của đất nước thể hiện rõ điều này Mặc dù xăng sinh học E5 đã chính thức được giới thiệu trên thị trường sau khi các nghiên cứu

sử dụng xăng sinh học E5 cho phương tiện đã được thực hiện khá hoàn chỉnh, nhưng tốc độ phát triển các điểm bán xăng sinh học E5 cũng như sản lượng E5 tiêu thụ còn rất khiêm tốn Một mặt do hệ thống cung cấp xăng E5 chưa thực sự sẵn sàng và người dân vẫn còn tâm lý ngại sử dụng một loại nhiên liệu mới cho phương tiện của mình, mặt khác Chính phủ cũng chưa thực sự quyết liệt trong việc áp dụng các chính sách khuyến khích sản xuất và kích thích sử dụng xăng sinh học E5 Mặc dù vậy, lộ trình sử dụng đại trà xăng sinh học E5 và tiến tới xăng sinh học E10 đã được Bộ Công thương

đệ trình Chính phủ Nghiên cứu sử dụng xăng sinh học E10 cho các phương tiện đời

cũ đang lưu hành trên thị trường có ý nghĩa khoa học và thiết thực trong việc đón trước

lộ trình sử dụng thí điểm và đại trà xăng sinh học E10 trên thị trường

Nghiên cứu này tập trung giải quyết các vấn đề mấu chốt sau đây:

+ Xây dựng và hoàn thiện quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học trong đó đề cao đơn pha chế và loại phụ gia cần thiết cho các loại xăng sinh học E10, E15 và E20 và xây dựng các tiêu chuẩn cơ sở đối với xăng sinh học E10, E15 va E20

+ Đánh giá trên phương diện lý thuyết và bằng thực nghiệm tác động của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động

cơ

+ Đánh giá khả năng tương thích vật liệu của các động cơ nổ thế hệ cũ với xăng sinh học E10, E15 và E20 Trong đó chú trọng đến sự tương thích của vật liệu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xe máy, ô tô dùng chế và động cơ ô tô sử dụng hệ thống

nhiên liệu phun xăng điện tử Các thử nghiệm tương thích vật liệu được thực hiện theo các tiêu chuẩn hiện hành của thế giới gồm SAE J1747 và SAE J1748

+ Đánh giá đối chứng tác động của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của động

cơ xe máy và ô tô thông qua phối hợp thử nghiệm bền trên băng thử và thử nghiệm hiện trường Đề tài đã sử dụng 2 xe máy một xe sử dụng xăng sinh học E10 và một xe

sử dụng xăng RON92 Một đội gồm 6 ô tô được dùng để thử nghiệm hiện trường, trong đó có 2 xe dùng chế hòa khí và 4 xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện

tử Ngoài ra, 2 động cơ ô tô dùng chế hòa khí cùng chủng loại được sử dụng để chạy bền 300 giờ trên băng thử nhằm đánh giá về diễn biến tính năng, mức độ hao mòn các chi tiết ma sát và mức độ suy giảm chất lượng của dầu bôi trơn

+ Đưa ra các khuyến cáo đối với nhà quản lý, nhà sản xuất, phân phối và đặc biệt là các chủ phương tiện trong việc sử dụng và vận hành phương tiện với xăng sinh học một cách hợp lý, an toàn, đảm bảo tính kinh tế và bảo vệ môi trường

Các nghiên cứu về phối trộn xăng sinh học và xây dựng các tiêu chuẩn cơ sở cho xăng sinh học E10, E15 và E20 được thực hiện dưới sự phối hợp với Phòng thí nghiệm trọng điểm về lọc hóa dầu, Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam Còn các nghiên cứu

lý thuyết và thực nghiệm còn lại được thực hiện tại Phòng thí nghiệm đầu tư tập trung

về Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Etanol sinh học (bio-ethanol - C2H5OH) nguyên chất (được sản xuất từ các nguyên liệu như sắn, ngô, mía, gỗ…) là chất lỏng có thể hòa tan vô hạn trong nước Etanol nguyên chất (99,5%) có tỷ trọng khoảng 0,7917 kg/lít ở nhiệt độ 200C, so với tỷ trọng 0,7291 kg/lít của xăng RON 92 (Lê Anh Tuấn, 2009) Sự chênh lệch tỷ trọng không đáng kể này cho phép etanol có thể hòa tan một cách dễ dàng trong xăng thông dụng

Etanol sinh học có thể phân làm 2 loại: Etanol khan (nồng độ không dưới 99%) và etanol ngậm nước (nồng độ đến 96%) Etanol ngậm nước được sử dụng ở dạng nguyên chất cho động cơ đốt trong (thay thế 100% nhiên liệu hóa thạch), trong khi etanol khan

có thể sử dụng trên động cơ dưới dạng hỗn hợp etanol – nhiên liệu hóa thạch (xăng hay diesel) (Dr Christoph Berg, F.O Licht, 2007)

Etanol được sử dụng cho động cơ đốt trong từ rất sớm Năm 1826, Samuel Morey sử dụng etanol cho mẫu động cơ đốt trong đầu tiên ở Mỹ, nơi mà etanol cũng là nhiên liệu được sử dụng cho động cơ ô tô trước nhiên liệu xăng Dòng xe Ford T được giới thiệu trên thị trường năm 1908 có thể sử dụng nhiên liệu etanol hoặc xăng Từ năm

1925, etanol được trộn vào xăng để sử dụng cho phương tiện ở các nước Brazil, Pháp

và Đức Xu thế này kéo dài cho tới cuối thập niên thứ 3 của thế kỷ 19, do đầu những năm 1940, nhiều giếng dầu mỏ trữ lượng lớn được phát hiện Năm 1973, do khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất, vai trò của etanol lại được đề cao nhờ có giá thấp hơn so với xăng Nhiều chương trình sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học etanol thay thế một phần cho nhiên liệu xăng được khởi động tại Brazin và Mỹ (Wikipedia, Timeline

of alcohol fuel) Hiện nay Mỹ và Brazin là hai nước đứng đầu thế giới về sản xuất và

sử dụng nhiên liệu sinh học etanol

Etanol sinh học thường được sử dụng cho động cơ đốt trong ở dạng hỗn hợp với xăng

ở tỷ lệ từ 5% đến 26% Ở Châu Âu và Ấn độ sử dụng tối đa 5% etanol, Mỹ sử dụng 10%, còn Brazin bắt buộc sử dụng từ 22% - 26% etanol (Edgard Gnansounou, 2005) Thái Lan là nước ở khu vực ASEAN có chương trình sử dụng nhiên liệu sinh học khá thành công, với việc sử dụng rộng rãi nhiên liệu E10 (10% etanol, 90% xăng), còn nhiên liệu E20 (20% etanol, 80% xăng) và E85 (85% etanol, 15% xăng) được bắt đầu giới thiệu ở nước này từ năm 2008 (Lê Anh Tuấn, 2009) Ngoài ra, hầu hết các hãng sản xuất ô tô trên thế giới đều cho phép sử dụng đến tỷ lệ 10% etanol

Etanol có nhiệt hóa hơi cao hơn xăng nên khi bay hơi trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu sẽ giúp hạ nhiệt độ môi chất nạp, làm tăng mật độ khí nạp và lượng khí nạp vào động cơ Đây cũng là cơ sở để tăng công suất cho động cơ đốt trong

Chỉ số ốc tan cao hơn so với xăng, lên tới 109, so với chỉ số ốc tan 92 (RON 92) hay

95 (RON 95) của nhiên liệu xăng nên khả năng chống kích nổ của động cơ tốt hơn khi

sử dụng nhiên liệu etanol sinh học hay hỗn hợp của nhiên liệu này với xăng Nhờ đó, động cơ có thể có tỷ số nén cao hơn, qua đó nâng cao được tính hiệu quả và công suất, Etanol cháy nhanh hơn xăng sẽ cho phép đạt mô men hiệu quả và đồng nhất hơn Có giới hạn cháy rộng hơn do đó cho phép sử dụng hỗn hợp không khí/nhiên liệu đậm hơn nhằm nâng cao công suất động cơ

Nhờ tỷ lệ không khí/ nhiên liệu cần thiết để cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thấp (9 so với 14,6 của xăng) nên hỗn hợp không khí-nhiên liệu sẽ nhạt hơn, giúp giảm phát thải hyđrô các bon (HC) và mônôxít cácbon (CO) Trong khi đó, do nhiệt hóa hơi cao, nhiên liệu được đốt cháy ở nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn so với xăng nên có khả năng tạo

ra ít NOx hơn

Tính an toàn trong tồn trữ và vận chuyển của etanol cao hơn so với xăng nhờ khả năng bay hơi thấp hơn và điểm bắt cháy lớn Điều này cũng cho thấy etanol có thể sử dụng một cách rất an toàn ở những nước có khí hậu nóng

Nhiệt trị thấp của etanol là 21,2MJ/lít, chỉ bằng 2/3 của nhiên liệu xăng (30,1 MJ/lít) nên khi tỷ lệ etanol lớn sẽ có ảnh hưởng đến công suất của động cơ nếu giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp Tuy nhiên, các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng, với

tỷ lệ etanol trong hỗn hợp xăng-etanol đến 15% (E15) thì ảnh hưởng này là không đáng kể (Edgard Gnansounou, 2005)

Vấn đề chính đối với động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học etanol là sự ăn mòn có thể xẩy ra đối với các chi tiết tiếp xúc với etanol Vì thế khi sử dụng nhiên liệu sinh học etanol cần lưu ý đến khả năng chống ăn mòn đối với vật liệu của các chi tiết tiếp xúc với nó

Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng, sự ăn mòn các chi tiết kim loại của hệ thống cung cấp nhiên liệu nhìn chung là không đáng quan tâm đối với nhiên liệu E10, một số nhà nghiên cứu còn cho rằng nhiên liệu E20 cũng không có nhiều tác động đến hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Các chi tiết nhựa và cao su của động cơ mới đều tương thích với E10 nhưng đối với những động cơ cũ thì rất có thể sẽ bị ảnh hưởng (Shelley Minteer, 2006)

Một số nghiên cứu cũng chỉ ra khả năng bôi trơn thấp hơn của hỗn hợp xăng – etanol

so với nhiên liệu xăng, tuy nhiên, chưa có một báo cáo nào thể hiện ảnh hưởng liên quan đến độ mòn và độ bền của động cơ trong suốt 20 năm qua Trong những năm gần đây, Brazin đã chỉ ra rằng các bộ xúc tác truyền thống sử dụng trên phương tiện lưu hành ở Mỹ có thể vận hành với tỷ lệ 10% etanol và 100% etanol Một số nghiên cứu còn cho rằng sử dụng hỗn hợp với tỷ lệ etanol cao còn giúp nâng cao hiệu quả của bộ xúc tác tới 24% nhờ nồng độ thấp của lưu huỳnh trong nhiên liệu etanol Với tỷ lệ etanol cao trong hỗn hợp khả năng bay hơi của nhiên liệu giảm, tuy nhiên do tính không tuyến tính của áp suất bay hơi với tỷ lệ thể tích etanol trong hỗn hợp mà hỗn hợp nhiên liệu E5 và lân cận có được khả năng bay hơi cao nhất (Shelley Minteer,

2006, và The Royal Society, 2008) Nghiên cứu của Phần Lan cũng đã chỉ ra rằng ô tô

sử dụng nhiên liệu E15 có thể vận hành tốt với các bộ chế sẵn có mà không cần điều chỉnh gì, ngoài ra, 80% phương tiện sử dụng E15 có độ mòn các chi tiết thấp hơn so với xe sử dụng nhiên liệu xăng Nhìn chung, hoạt động của động cơ cũng như độ bền, tuổi thọ của nó không bị ảnh hưởng bởi hỗn hợp nhiên liệu với thành phần etanol thấp (dưới 20%) (Shelley Minteer, 2006)

Bảng 1 trình bày những yêu cầu cần thiết cải tiến động cơ đối với các tỷ lệ etanol khác nhau trong hỗn hợp nhiên liệu xăng-etanol theo những khuyến cáo về cải tiến động cơ của Brazin (chủ yếu đối với ô tô Volkswagen) khi bắt đầu chương trình sử dụng etanol

ở Brazin năm 1979

Như được chỉ ra ở Bảng 1 thì nếu sử dụng nhiên liệu E5 thì không cần thiết phải có cải tiến gì đối với động cơ, nhưng với hỗn hợp có tỷ lệ etanol lớn hơn 5% thì bắt đầu phải lưu ý đến bộ chế hòa khí của động cơ

Bảng 1 Những yêu cầu cải tiến động cơ cần thiết khi tăng tỷ lệ etanol trong hỗn hợp nhiên liệu etanol (The Royal Society, 2008)

xăng-Báo cáo về thử nghiệm nhiên liệu E20 (Orbital Engine Company, 2003) trên xe ô tô ở

Úc cho thấy đối với các xe cũ, nhiên liệu E20 ít ảnh hưởng tới công suất và suất tiêu hao nhiên liệu Hàm lượng HC và CO trong khí thải giảm trung bình 4% và 70%, hàm lượng NOx tăng khoảng 9% Báo cáo này cũng đưa ra tác động của E20 tới các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ, được nghiên cứu bằng cách ngâm các chi tiết trong xăng và E20 Sau khi ngâm trong E20, các chi tiết bằng kim loại bị xỉn và rỉ nhiều hơn, các chi tiết bằng cao su bị trương nở, tăng khối lượng và giảm độ cứng nhiều hơn so với các chi tiết ngâm trong xăng Một thử nghiệm khác đối với nhiên liệu E10 thực hiện trên xe máy theo chu trình Châu Âu (Li-Wei Jia, 2005) cũng cho thấy

HC và CO giảm khoảng 30%, NOx giảm ít khoảng 6%

Etanol cũng có thể được dùng để pha vào nhiên liệu diesel với tỷ lệ từ 10% đến 15% nhằm mục đích giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải độc hại Tuy nhiên việc tạo hỗn hợp nhiên liệu diesel-etanol (E-Diesel) phức tạp hơn nhiều so với hỗn hợp xăng-etanol do khả năng hòa tan của etanol trong diesel kém khi ở nhiệt

độ thấp và khả năng bén lửa cao Ở nhiệt độ dưới 100C, etanol và diesel sẽ tách lớp, vì thế cần phải bổ sung vào hỗn hợp nhiên liệu này chất hòa tan hoặc nhũ tương (chất có hoạt tính bề mặt) Khó khăn thứ 2 đối với hỗn hợp diesel-etanol là làm tăng nguy cơ cháy nổ so với nhiên liệu diesel

Sử dụng nhiên liệu E-Diesel với tỷ lệ từ 10% đến 15% etanol sẽ làm cho công suất động cơ giảm từ 4% đến 10%, nhưng phát thải CO giảm từ 20% đến 30% và phát thải hạt PM) giảm 20% đến 40%

Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh học etanol-xăng trên động cơ xăng ở các tỷ lệ 5% và 10% (E5 và E10) đã được đề cập trong các nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Động cơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội (Lê Anh Tuấn, 2009,

2010, 2011, 2012) và Đại học Bách khoa Đà Nẵng (Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ, 2009) Các kết quả nghiên cứu đều phản ánh tích cực tính tương đồng về các chỉ tiêu kinh tế,

kỹ thuật và phát thải cũng như một số kết quả khá khiêm tốn liên quan đến độ bền, tuổi thọ của động cơ khi sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống và nhiên liệu E5, E10

Với bất kỳ phương tiện nào Với những phương tiện đến 15 - 20 năm tuổi

Hình 1 thể hiện kết quả so sánh (tính theo % chênh lệch) giữa các thông số tính năng (công suất, lực kéo và suất tiêu thụ nhiên liệu) và nồng độ phát thải của động cơ xe máy khi sử dụng xăng pha etanol E5 và E10 so với khi sử dụng xăng RON92 thị trường, trên băng thử xe máy tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội (Lê Anh Tuấn, 2009)

Hình 1 So sánh các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe máy khi sử dụng nhiên liệu E5 và E10

với nhiên liệu RON92

Có thể thấy rõ, khi sử dụng nhiên liệu E5, công suất và lực kéo lần lượt tăng 6,50% và 6,24% so với khi sử dụng nhiên liệu RON92 Suất tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 6,37% nhờ công suất được cải thiện trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ tính theo kg trên giờ (kg/h) gần như không thay đổi

Các thành phần phát thải mônôxít cácbon (CO) và hyđrô cácbon (HC) giảm lần lượt là 14,40% và 21,65% đối với nhiên liệu E5 so với khi sử dụng xăng RON92 Đây là kết quả rất có lợi đối với môi trường, nhất là đối với thành phần phát thải CO, một thành phần phát thải được quan tâm nhất đối với động cơ xe máy Quá trình cháy được cải thiện nhờ hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu đồng đều hơn do khả năng bay hơi tốt của nhiên liệu E5 Ngoài ra, sự có mặt của thành phần ôxy trong nhiên liệu E5 là yếu

tố giúp cho nhiên liệu được cháy trong điều kiện không quá thiếu ôxy (cháy với hỗn hợp nhạt hơn so với trường hợp động cơ xăng dùng bộ chế sử dụng nhiên liệu xăng RON92) và cháy kiệt Đây là cơ sở tạo ra ít khí thải độc hại CO và HC

Tuy nhiên, phát thải NOx và CO2 trong trường hợp này cao hơn đối với nhiên liệu E5

và E10 Kết quả này là hệ quả của việc cải thiện quá trình cháy trong động cơ Nhiệt

độ cháy tăng dẫn tới phát thải NOx cao hơn Ngoài ra, nhờ nhiên liệu được cháy kiệt

mà hầu hết hyđrô cácbon đều được chuyển thành CO2 Cũng cần phải nói thêm rằng, xét về mặt tính chất của nhiên liệu sinh học etanol, như đã trao đổi ở trên, thì phát thải CO2 và NOx có thể giảm so với khi sử dụng nhiên liệu xăng nhờ tỷ lệ phân tử giữa cácbon và hyđrô thấp hơn và nhiệt hóa hơi cao hơn (làm giảm nhiệt độ cháy) so với xăng Mặc dù vậy, kết quả nghiên cứu này cho thấy sự phù hợp so với một số kết quả được công bố trên thế giới [9]

Nghiên cứu đánh giá độ bền động cơ xe ô tô sử dụng nhiên liệu E5 so với nhiên liệu xăng RON92 thị trường đã được thực hiện khá bài bản và chi tiết bởi Viện Dầu khí thuộc Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam (Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ, 2009) Theo

đó, động cơ của hai ô tô tải hoàn toàn mới của hãng Suzuki đã được vận hành trong điều kiện đối chứng trên băng thử của phòng thí nghiệm, một xe sử dụng nhiên liệu E5, xe còn lại sử dụng nhiên liệu xăng RON92 thị trường

Kết quả thử nghiệm bền cho thấy, sau 455 giờ chạy động cơ (tương đương với khoảng 36.000km vận hành ô tô trên đường) thì công suất ở tốc độ 5.500 v/ph và 95% tải của động cơ sử dụng xăng E5 giảm 1,887% trong khi công suất ở cùng chế độ của động cơ dùng nhiện liệu RON92 giảm 2,242% Như vậy, có thể thấy rằng ảnh hưởng của nhiên liệu E5 đến công suất của động cơ sau 455 giờ vận hành khá hơn so với khi sử dụng nhiên liệu xăng thông thường Mức độ tăng tiêu hao nhiên liệu (tính theo kg/giờ) sau

455 giờ vận hành động cơ cũng cho thấy tác động tích cực của nhiên liệu E5 Theo đó, sau 455 giờ vận hành, tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sử dụng nhiên liệu E5 tăng 3,977%, trong khi giá trị này là 4,406% đối với nhiên liệu xăng thị trường

Sự tương đồng về mức độ ảnh hưởng của nhiên liệu E5 đối với các chỉ tiêu công suất

và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sau 455 giờ vận hành có thể giúp chúng ta nhận định rằng, áp suất nén, độ mòn các chi tiết của động cơ là tương đồng khi động cơ sử dụng hai loại nhiên liệu nêu trên

Nghiên cứu của Viện dầu khí cũng đã chỉ ra rằng nhiên liệu xăng pha cồn etanol E5 hoàn toàn không xẩy ra hiện tượng tách lớp sau 60 ngày theo dõi trong môi trường kín Điều này là một cơ sở quan trọng trong việc quyết định có nên sử dụng phụ gia chống tách lớp cho nhiên liệu E5 hay không Tuy nhiên, trong trường hợp sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 và cồn 97 với tỷ lệ 90:10 (hỗn hợp E10) thì hiện tượng mờ đục đã xảy ra ngay sau khi pha trộn nếu không sử dụng phụ gia chống tách lớp Hiện tượng mờ đục này có xảy ra hay không khi sử dụng hỗn hợp xăng và cồn tuyệt đối E10 vẫn là một câu hỏi cần được các nhà khoa học trong nước giải đáp

Cũng cần phải kể thêm rằng nghiên cứu sử dụng xăng pha etanol ở Việt Nam còn được thực hiện bởi khá nhiều đơn vị khác và ở nhiều quy mô khác nhau Đề tài độc lập cấp Nhà nước của KS Cù Việt Cường, Công ty CP phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ (APP) về “Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học có pha etanol và một số hợp chất có nguồn gốc dầu thực vật”, hoàn thành năm 2006 Nghiên cứu sử dụng etanol E5 trên 50 xe taxi thuộc hiệp hội taxi TP Hà Nội năm 2008 do Công ty Cổ phần Hoá dầu&Nhiên liệu Sinh học Dầu khí, Tập đoàn Dầu khí quốc gia VN thực hiện, tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chưa được công bố một cách rộng rãi Ở thời điểm hiện tại, Viện Dầu khí thuộc Tập đoàn Dầu khí quốc gia VN đang phối hợp với Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện một nghiên cứu về lựa chọn các chất phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh học với nhiên liệu gốc khoáng (xăng và diesel) nhằm đảm bảo yêu cầu về chất lượng nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dụng, đồng thời đảm bảo tính an toàn môi trường của nhiên liệu Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ được công bố trong khoảng giữa năm 2010

Từ những kết quả nghiên cứu khiêm tốn đã được thực hiện ở trong nước trên đây, để

có thể triển khai sử dụng xăng sinh học E5, E10 hay với tỷ lệ etanol E100 cao hơn ở Việt Nam, cần thiết phải có những nghiên cứu quy mô về tính tương thích của động cơ đời cũ (những loại động cơ được thiết kế theo định hướng sử dụng nhiên liệu hóa thạch) Sự cần thiết này thể hiện ở những luận điểm sau:

+ Khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam là cơ sở cho việc hút ẩm xẩy ra mạnh đối với những động cơ sử dụng xăng sinh học Nước tích tụ trên các bề mặt ma sát có thể sẽ gây ô xy hóa bề mặt các chi tiết,

+ Vật liệu chế tạo các chi tiết của động cơ đáp ứng được yêu cầu sử dụng xăng nhưng khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học có thể bị trương nở, tăng độ cứng (đối với các chi tiết nhựa và cao su) và ăn mòn hóa học (đối với một số chi tiết kim loại),

+ Các yếu tố tác động của xăng sinh học với tỷ lệ etanol biến tính E100 lớn đến tính năng, phát thải và tuổi thọ của động cơ Qua đó giúp cho người sử dụng biết được những tác động có thể xảy ra đối với phương tiện của mình khi sử dụng xăng sinh học, + Yếu tố kích cầu thị trường sử dụng xăng sinh học cũng cần phải được hậu thuẫn bởi những nghiên cứu quy mô, bài bản liên quan đến vấn đề này

+ Ngoài ra, nhằm tạo ra được hỗn hợp giữa nhiên liệu sinh học etanol và nhiên liệu gốc khoáng có các chỉ tiêu kỹ thuật tương đồng nhằm sử dụng trên động cơ, cần thiết phải có các phụ gia cho hỗn hợp này, bao gồm phụ gia chống tách lớp, phụ gia chống

ăn mòn, phụ gia làm giảm hiện tượng VSR

Nhằm đáp ứng các yêu cầu trên, những nghiên cứu sau đây cần tiếp tục được thực hiện một cách nghiêm túc

○ Đánh giá khả năng tách lớp và lựa chọn phụ gia chống tách lớp cho hỗn hợp nhiên liệu xăng etanol trong các điều kiện tồn trữ, vận chuyển và sử dụng trên phương tiện Ngoài ra, còn cần nghiên cứu lựa chọn các phụ gia chống ăn mòn, phụ gia làm giảm hiện tượng VSR và đơn pha chế xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5% Thêm vào đó, còn cần phải nghiên cứu một cách bài bản và

hệ thống công nghệ phối trộn xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5% và xây dựng các Dự thảo tiêu chuẩn Việt Nam cho loại nhiên liệu mới này làm cơ

sở cho việc sớm đưa vào sử dụng đại trà

○ Sau khi đã nghiên cứu được qui trình công nghệ, đơn pha chế, thiết kế, chế tạo được hệ thiết bị phối trộn, cần phải tiến hành sản xuất thử nghiệm để hiệu chỉnh các thông số, xác định độ lặp lại của qui trình Hơn nữa, cần phải sản xuất thử nghiệm lượng nhiên liệu đủ lớn, có chất lượng đạt yêu cầu để phục vụ việc thử nghiệm

○ Đánh giá tính tương thích của nhiên liệu xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau đến các chi tiết kim loại, cao su, polyme của hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đối với các chỉ tiêu như độ trương nở, ăn mòn, độ bền

○ Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu xăng pha etanol ở các tỷ lệ khác nhau đến khả năng khởi động lạnh, tăng tốc của động cơ và từ đó đưa ra những khuyến cáo cần thiết cho người sử dụng khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu này

○ Nghiên cứu đối chứng để đánh giá tác động của việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha etanol ở các tỷ lệ khác nhau cần được thực hiện trên nhiều đối tượng khác nhau, qua đó có thể đưa ra được nhận định chính xác và có độ tin cậy cao

○ Nghiên cứu và đề xuất những cải tiến cần thiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ trong trường hợp sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có tỷ lệ etanol cao như E20, E30, hay E85

Ở Việt Nam, tính đến ngày 31/10/2009, tổng số ô tô đang lưu hành là 1.092.614 chiếc (Đỗ Hữu Đức, 2009), trong đó loại xe có độ tuổi 10 năm trở xuống chiếm đa số (tới

69,7%), loại xe có độ tuổi 10 đến 20 năm tuổi chiếm 25,10% như được thể hiện ở Bảng 2 dưới đây

Bảng 2 Phân loại đội xe ô tô đang lưu hành ở Việt Nam (Nguồn: Đỗ Hữu Đức, 2009)

Xe có tuổi trên 10 năm đến 15 năm 141.674 12,97

Xe có tuổi trên 15 năm đến 20 năm 143.478 13,13

Mặc dù công nghệ phun xăng điện tử bắt đầu được áp dụng khá rộng rãi cho động cơ ô

tô trên thế giới vào khoảng cuối những năm 1980, một lượng lớn xe ô tô có độ tuổi từ

10 đến 20 tuổi ở Việt Nam còn lắp động cơ sử dụng bộ chế hòa khí do vấn đề giá thành của xe và yêu cầu về phát thải theo tiêu chuẩn Euro 2 chỉ mới được áp dụng ở Việt Nam từ 01/07/2007

Từ các số liệu đối với đội xe ô tô ở Việt Nam, có thể thấy rằng, đối tượng ô tô cần lựa chọn phục vụ mục đích nghiên cứu cần bao gồm xe có động cơ sử dụng phun xăng điện tử (đại diện cho đại đa số ô tô hiện có ở Việt Nam hiện nay) và xe có động cơ sử dụng bộ chế hòa khí (đại diện cho nhóm các phương tiện có độ tuổi lớn có khả năng chịu tác động lớn từ việc sử dụng etanol)

Tổng số xe máy ở Việt Nam tính đến ngày 31/10/2009 là 27.234.000 chiếc (Đỗ Hữu Đức, 2009) và theo số liệu mới nhất của Cục Đăng kiểm con số này hiện nay đã lên tới

34 triệu chiếc, hầu hết đều có động cơ sử dụng bộ chế hòa khí Một số lượng không lớn xe máy sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới từ các năm 2008 và 2009 đã áp dụng công nghệ phun xăng điện tử Dựa trên cơ sở đó, đối tượng xe máy phục vụ cho nghiên cứu sử dụng xăng sinh học này cần được lựa chọn là loại xe có động cơ sử dụng bộ chế hòa khí Đây là sự lựa chọn hợp lý vì số lượng xe máy có động cơ sử dụng phun xăng điện tử ở nước ta còn ít, trong khi đối tượng động cơ phun xăng điện

tử đã được lựa chọn cho ô tô có đủ luận cứ để áp dụng kết quả nghiên cứu đó cho động

cơ xe máy

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu chung:

Đưa ra các định hướng về mặt kỹ thuật nhằm đảm bảo tính tương thích của động cơ nổ thế hệ cũ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ pha trên 5% etanol E100

Mục tiêu cụ thể:

- Có quy trình công nghệ và đơn phối chế xăng sinh học E10, E15, E20,

- Đánh giá tính tương thích của động cơ xăng thế hệ cũ với xăng sinh học pha etanol E100 với các tỷ lệ 10% (E10), 15% (E15) và 20% (E20),

- Giải pháp kỹ thuật điều chỉnh kết cấu của động cơ nhằm đáp ứng việc sử dụng nhiên liệu sinh học tỷ lệ cao đến E20 cho động cơ xăng truyền thống

1.2.2 Các nội dung nghiên cứu chính

Đề tài tập trung thực hiện các nội dung cơ bản sau đây:

Nội dung 1: Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ và đơn pha chế xăng sinh học có

pha trên 5% etanol E100 Bao gồm nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ phối trộn, lựa chọn đơn pha chế, lựa chọn hệ phụ gia và xây dựng, đề xuất tiêu chuẩn cơ sở đối với xăng sinh học E10, E15 và E20

Nội dung 2: Đánh giá tính tương thích của động cơ xăng với xăng sinh học E10, E15

và E20 Trong đó tập trung nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến vật liệu của các chi tiết thuộc hệ thống nhiên liệu, tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động lạnh, khả năng tăng tốc và mức phát thải của động cơ xe máy và ô tô

Nội dung 3: Nghiên cứu điều chỉnh kết cấu của động cơ xăng thế hệ cũ để phù hợp với

xăng sinh học E10, E15 và E20 Bao gồm nghiên cứu mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10, E15 và E20 tới tính năng động cơ và đưa ra đề xuất điều chỉnh kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu của xe máy và ô tô đáp ứng sử dụng xăng sinh học E10

Nội dung 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của

động cơ xăng xe máy và ô tô trong phòng thí nghiệm và trên đường

1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống Kết hợp giữa lý thuyết thông qua tổng hợp các nghiên cứu về sử dụng xăng sinh học trên thế giới, và tập hợp, kế thừa các kết quả trước đây của các đề tài liên quan và tính toán lý thuyết trên các phần mềm mô phỏng hiện đại về động cơ đốt trong với thực nghiệm kiểm chứng và đánh giá Tăng cường trao đổi và tiếp thu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp nghiên cứu, cũng như mở rộng hợp tác với các

tổ chức trong nước để thực hiện tốt việc nghiên cứu và triển khai thử nghiệm

Tính tương thích trong sử dụng xăng sinh học cho động cơ xăng đời cũ được thể hiện thông qua những nghiên cứu quy mô về tác động của xăng sinh học đến vật liệu của hệ thống cung cấp nhiên liệu, các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, phát thải, cũng như độ bền và tuổi thọ của động cơ Giải pháp tương thích hóa động cơ với xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau cũng được đưa ra nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng xăng sinh học ở Việt Nam

Đề tài sử dụng các phương pháp và kỹ thuật sau đây:

+ Phân tích, đánh giá tính chất hóa học của nhiên liệu, thiết kế và hoàn thiện quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học trong đó đề cao đơn pha chế và loại phụ gia cần thiết cho các loại xăng sinh học E10, E15 và E20,

+ Ngâm các chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu trong xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau trong môi trường kín, ổn định nhiệt độ bằng tủ sấy theo tiêu chuẩn của Hội

kỹ sư ô tô thế giới SAE J1747 và SAE J1748 Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: ngoại quan, kích thước, trọng lượng, chụp ảnh hiển vi điện tử bề mặt, phân tích nhiên liệu trước và sau ngâm Kết quả nghiên cứu tương thích vật liệu có ý nghĩa trong việc

khuyến cáo điều chỉnh vật liệu (nếu cần) của một số chi tiết khi động cơ sử dụng xăng sinh học,

+ Mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng hiện đại và thử nghiệm đối chứng trên băng thử xe máy và ô tô nhằm đánh giá tác động của xăng sinh học đến đặc tính cháy, tính kinh tế, kỹ thuật, phát thải, khả năng tăng tốc, khởi động lạnh của động cơ,

+ Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên đường nhằm đánh giá độ bền, tuổi thọ của động cơ khi sử dụng xăng sinh học E10 nhằm đáp ứng việc sử dụng xăng sinh học E10 một cách đại trà ở Việt Nam Thời gian chạy bền đối với các động cơ ô tô là 300Các chỉ tiêu đánh giá độ bền, tuổi thọ bao gồm: độ mòn các chi tiết, dầu bôi trơn, công suất, tiêu thụ nhiên liệu, áp suất nén và phát thải

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối với ô tô:

Đối tượng thử nghiệm đối với ô tô gồm một đội 06 xe, trong đó có 02 xe sử dụng động

cơ phun xăng điện tử (đại diện cho đại đa số ô tô hiện có ở Việt Nam hiện nay) và 04

xe có động cơ sử dụng bộ chế hòa khí (đại diện cho nhóm các phương tiện đời cũ, có

độ tuổi lớn và có khả năng chịu tác động lớn từ việc sử dụng etanol) 03 xe sử dụng nhiên liệu xăng RON92 và 03 xe chạy xăng sinh học E10

Ngoài ra còn có 02 động cơ ô tô dùng chế hòa khí phục vụ cho mục đích thử nghiệm bền trên băng thử 01 động cơ chạy nhiên liệu xăng RON92, động cơ còn lại dùng xăng sinh học E10

Đối với xe máy:

Đối tượng thử nghiệm đối với xe máy là 02 xe có động cơ sử dụng bộ chế hòa khí, trong đó, 01 xe chạy nhiên liệu xăng RON92 và 01 xe sử dụng nhiên liệu E10

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương này, một số thông tin tổng quan về etanol sinh học; tính chất cơ bản, sản xuất và sử dụng của etanol sinh học trên thế giới và trong nước được đề cập và trao đổi Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến việc sử dụng xăng sinh học cũng được trình bày qua đó làm nổi bật mục tiêu đặt ra của đề tài trong việc nghiên cứu tương thích của động cơ nổ thế hệ cũ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 trong hỗn hợp lớn hơn 5%

Mục tiêu và các nội dung chính của đề tài được đề cập nhằm định hướng cho các nghiên cứu chi tiết được trình bày ở những chương tiếp theo Phương pháp tiếp cận và cách thức thực hiện các nội dung nghiên cứu được trao đổi nhằm khẳng định tính khả thi của phương pháp nghiên cứu Các đối tượng nghiên cứu được lựa chọn dựa trên cơ

sở đại diện cho các nhóm đối tượng mà đề tài hướng tới đồng thời đảm bảo tính đầy đủ

và khả thi cho quá trình đánh giá và thu thập dữ liệu đánh giá