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

Trong các loại nhiên liệu sinh học thì ethanol là loại nhiên liệu có tiềm năng lớn ở Việt Nam nhờ nguồn nguyên liệu phong phú và sự tham gia mạnh mẽ của nhiều thành phần kinh tế vào quá

CHU BÁ VỸ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ Ô

TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN QUANG VINH

HÀ NỘI- 2014

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2014

Học viên

Chu Bá Vỹ

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

TS Trần Quang Vinh, người đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học tạo điều kiện giúp tôi học tập và làm luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy và các đồng nghiệp Khoa Cơ khí động lực – trường cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng – Bắc Ninh đã tạo điều kiện cả về thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và làm luận văn

Học viên

Chu Bá Vỹ

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài 2

2 Các đề tài nghiên cứu liên quan 5

3 Mục đích của đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 6

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

5 Các nội dung chính của luận văn 7

1.1 Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học 8

1.1.1 Khái niệm về nhiên liệu sinh học 8

1.1.2 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học 8

1.1.3 Một số nhiên liệu sinh học điển hình 9

1.1.4 Tình hình sản xuất chế biến và sử dụng ethanol 11

1.2 Xăng sinh học 16

1.2.1 Chỉ tiêu chất lượng của ethanol dùng để pha vào xăng 17

1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng của xăng sinh học 17

2.3.1 Nhiên liệu thử nghiệm 32

2.3.2 Phương tiện và quy trình thử nghiệm 33

Chương 3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC E15, E20.

37

3.1 Ảnh hưởng của xăng sinh học E15, E20 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

37

3.1.1 Kết quả thử nghiệm xe Lanos 37

3.1.2 Kết quả thử nghiệm xe Toyota Corolla 43

3.2 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến khả năng tăng tốc và khởi động 48 3.3 Ảnh hưởng của xăng sinh học đến mức phát thải 50

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

A/F Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

ASTM Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

AVL

-Boost

Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo)

BKHCN Bộ Khoa học và Công nghệ

CAN Mạng điều khiển vùng (Controller Area Network)

CD48” Băng thử ôtô có đường kính 48 inches (Chassis

Dynamometer 48”) CEBII Tủ phân tích khí thải

Hỗn hợp nhiên liệu diesel – ethanol

E10 Xăng sinh học bao gồm 10% ethanol và 90% xăng

RON92

E15 Xăng sinh học bao gồm 15% ethanol và 85% xăng

RON92

E20 Xăng sinh học bao gồm 20% ethanol và 80% xăng

RON92 E5 Xăng sinh học bao gồm 5% ethanol và 95% xăng RON92 E85 Xăng sinh học bao gồm 85% ethanol và 15% xăng

RON92 ECE15-

05

Chu trình thử châu Âu cho xe con và xe tải hạng nhẹ

ECU Bộ điều khiển điện tử động cơ (Electronic Control Unit) EMPA Viện nghiên cứu sinh học Thụy Sỹ

EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

ERG Hệ thống tuần hoàn khí thải (Exhaust Gas Recirculation) ETBE Chất phụ gia ôxy hóa (Ethyl tera-butyl ether)

FC Tiêu thụ nhiên liệu (Fuel Consumption)

FFVS Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (Flexible Fuel

M85 Xăng sinh học bao gồm 85% methanol và 15% xăng

RON92

Ne Công suất có ích

NLBT Nhiên liệu biến tính

NLSH Nhiên liệu sinh học

NO2 Peoxit nitơ

NOx Các ôxit nitơ

PC Máy tính điều khiển ( Personal Computer)

PM Các chất thải dạng hạt (Particulale Matter)

RON92 Chỉ số octan nghiên cứu ( Research Octane Number) RVP Áp suất hơi bão hòa (Reid Vapor Pressure)

SAE Hiệp hội kỹ sư ô tô Hoa Kỳ

SCU Bộ phận điều khiển hệ thống (System Control Unit) SOHC Động cơ có một trục cam trên nắp xi lanh (Single

Overhead Camshaft) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

λ Hệ số dư lượng không khí

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.3 Quy chuẩn về ethanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không

chì 18

Bảng 3.1 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số 4 với 3 loại nhiên liệu

37

Bảng 3.2 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số 5 với 3 loại nhiên liệu

38

Bảng 3.5 Kết quả đo công suất xe Corolla tại tay số 4 với 3 loại nhiên liệu

Bảng 3.9 Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos, (s)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 3.2 Mức độ thay đổi công suất xe Lanos tại tay số 4 khi dùng E15 và E20

38

Hình 3.4 Mức độ thay đổi công suất xe Lanos tại tay số 5 khi dùng E15 và E20

39

Hình 3.7 Mức tiêu thụ nhiên liệu so với RON92 (%) xe Lanos tại tay số 4

42

Hình 3.8 Mức tiêu thụ nhiên liệu so với RON92 (%) xe Lanos tại tay số 5

42

Hình 3.10 Công suất xe Corolla tại tay số 5 44

Hình 3.11 Mức độ thay đổi công suất xe Corolls tại tay số 4 khi dùng E15 và

E20 45

Hình 3.12 Mức độ thay đổi công suất xe Corolla tại tay số 5 khi dùng E15 và

E20 45

Hình 3.15 Mức tiêu thụ nhiên liệu so với RON92 (%) xe Corolla tại tay số 4

48

Hình 3.16 Mức tiêu thụ nhiên liệu so với RON92 (%) xe Corolla tại tay số 5

48

Hình 3.18 Thời gian tăng tốc từ 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Corolla

50

Hình 3.22 Mức độ thay đổi mức phát thải và tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos

52

Hình 3.25 Lượng tiêu thụ nhiên liệu xe Corolla theo chu trình ECE15-05

54

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay năng lượng và ô nhiễm môi trường là hai vấn đề quan trọng và cấp bách cần giải quyết Thực tế cho thấy, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp thì kéo theo là lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn Trong khi

đó nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo như dự báo của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng xăng dầu của toàn thế giới chỉ đủ cho khoảng 43 năm nữa [10] Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như COx, NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon, bụi… gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường, hệ sinh thái và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống Vì vậy, việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường là điều rất quan trọng và cần thiết Nhiên liệu sinh học cho động cơ nói chung và phương tiện giao thông nói riêng đang nhận được sự quan tâm lớn của thế giới nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường

Trong các loại nhiên liệu sinh học thì ethanol là loại nhiên liệu có tiềm năng lớn ở Việt Nam nhờ nguồn nguyên liệu phong phú và sự tham gia mạnh mẽ của nhiều thành phần kinh tế vào quá trình sản xuất Nguyên liệu để sản xuất ethanol rất phong phú có thể kể đến như nguồn nguyên liệu từ các sản phẩm nông nghiệp là ngô, khoai, sắn, mía Ngoài ra, nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol còn có thể được tận dụng từ rác thải, phế phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, bã mía, cỏ khô hay phế phẩm lâm nghiệp như củi, rễ, cành cây, lá khô đây là những nguồn nguyên liệu dồi dào không liên quan đến lương thực trong khi giúp cho việc tái sử dụng các nguồn phế liệu một cách hiệu quả nhất

Nhằm đáp ứng một phần yêu cầu thực tiễn trên đây, đề tài “Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa chế độ làm việc và phát thải của động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20” đã được thực hiện Qua đó, đề tài đưa ra một số đề xuất

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Lý do chọn đề tài

Theo báo cáo từ tạp chí chuyên nghành ô tô Mỹ Wards Auto [16], số lượng

phương tiện cơ giới toàn cầu đã vượt quá con số một tỷ chiếc trong năm 2010, tăng

từ 980 triệu chiếc vào năm 2009 và chủ yếu tập trung ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, các nước châu Âu Xét về số lượng xe, Mỹ là nước có nhiều ô tô nhất với 239,8 triệu chiếc đang lưu hành Trung Quốc với 78 triệu xe, tỷ

lệ 1,45 người/xe, đã vượt qua Nhật Bản với 73,9 triệu xe để trở thành nước có nhiều

ô tô thứ 2 thế giới Số xe Trung Quốc đã tăng 16,8 triệu chiếc, tương đương 27,5%

so với năm 2009 Kế đến là Pháp, Nhật và Anh với tỷ lệ dao động quanh con số 1,7 người/xe Ngược lại lịch sử, năm 1960 cả thế giới chỉ có khoảng 125 triệu chiếc, sau

đó đến năm 1970 là 250 triệu chiếc Năm 1986, con số đã đạt tới mốc 500 triệu chiếc Năm 2011 con số này được bổ sung do sản xuất ô tô đạt mốc 60 triệu xe/năm [17] Ở Việt Nam, theo số liệu thống kê quý 1-2013 của Bộ Giao thông vận tải có

28.535 ô tô đăng ký mới, nâng tổng số ô tô trên cả nước lên 2.033.265 xe Đối với

xe máy là 691.599 xe đăng ký, nâng tổng số xe máy của cả nước lên 37.023.078 xe (vượt qua 36 triệu xe như trong quy hoạch đến năm 2020) [15]

Bảng 0.1 Sản lượng xe/năm tại một số nước trên thế giới

Sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp, thu nhập của người dân và sự gia tăng các phương tiện giao thông đã làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao, đặc biệt là dầu mỏ Theo số liệu năm 2012, trung bình mỗi ngày thế giới tiêu thụ hết khoảng 87 triệu thùng dầu thô, chủ yếu tập trung ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản Các nguồn nhiên liệu chính hiện nay vẫn là các sản phẩm dầu mỏ Tuy nhiên, lượng dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, với trữ lượng khoảng 1342 tỷ thùng (năm 2009) và với mức tiêu thụ nhiên liệu tăng 1,6% mỗi năm thì khoảng 43 năm nữa trữ lượng dầu mỏ hiện nay sẽ được khai thác hết [10] Đồng thời nhiên liệu này đã và đang gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Để giảm sự phụ thuộc các nguồn nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường do các nguồn động lực gây ra, các nhà khoa học trên thế giới đã và đang nghiên cứu, ứng dụng các dạng nhiên liệu thay thế như NLSH, nhiên liệu hydro, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ,

Trong số các nguồn năng lượng này, ethanol là một giải pháp hữu hiệu cho các vấn đề được nêu trên Hiện nay Việt Nam đã khuyến khích sử dụng xăng sinh học E5 và tiến tới sử dụng xăng sinh học E10 trong tương lai gần Để nâng cao khả năng thay thế của cồn ethanol cần nâng cao tỷ lệ cồn trong xăng sinh học Tuy nhiên, với

tỷ lệ cồn cao hơn 10% cần nghiên cứu đánh giá tác động của xăng sinh học tới động

cơ trong khoảng thời gian dài Chính vì vậy em chọn đề tài: “Xây dựng mối quan

hệ giữa chế độ vận hành và hàm lượng các chất phát thải độc hại trong khí thải động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20” Đề tài này nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu xăng sinh học E15 và E20 tới tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô Kết quả của đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với nhà sản xuất động cơ, sản xuất chế biến nhiên liệu và người tiêu dùng, đồng thời đóng góp cơ sở khoa học cho các chính sách về phát triển NLSH ở Việt Nam

2 Các đề tài nghiên cứu liên quan

Vấn đề đánh giá đặc tính làm việc động cơ khi sử dụng xăng sinh học đã được thực hiện bởi một số nghiên cứu, mặc dù chưa nhiều, trên thế giới và Việt Nam

Dưới đây là tóm tắt một số kết quả nghiên cứu đáng chú ý trong lĩnh vực này:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của xăng pha ethanol tới đặc tính kinh tế, công suất và phát thải của động cơ đốt trong tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong AVL – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Nhóm tác giả đã ghi nhận được những thay đổi về công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ đốt trong khi chạy các nhiên liệu xăng RON92, nhiên liệu E5, E10 Nghiên cứu đã chỉ ra được những ưu điểm cũng như những hạn chế của việc sử dụng xăng pha ethanol tới đặc tính kỹ thuật động cơ cũng như tìm ra được những tỷ lệ ethanol thích hợp pha vào xăng sao cho phù hợp với từng chế độ vận hành

- Báo cáo của Bộ tài nguyên môi trường Australia về việc sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E20 [6] Để đánh giá ảnh hưởng của E20 đối với phương tiện xe con, các nhà khoa học đã thử nghiệm trên nhiều xe con được chọn ngẫu nhiên (bao gồm

4 xe cũ và 5 xe mới), sau đó tiến hành nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu E20 tới tính kinh tế, hiệu quả và phát thải động cơ Kết quả nghiên cứu đã chỉ

ra tác động của E20 tới xe cũ và xe mới là khác nhau, đồng thời tiêu hao nhiên liệu của tất cả các xe đều tăng so với khi sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống

- Nghiên cứu của Viện dầu khí Việt Nam [13] cũng đã chỉ ra rằng nhiên liệu xăng pha cồn ethanol 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 mờđục đã xảy ra ngay sau khi pha trộn nếu không sử dụng phụ gia chống tách lớp Hiện tượng mờđục 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

- Nghiên cứu sử dụng xăng pha ethanol 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 ethanol và một số hợp chất có nguồn gốc dầu thực vật”, hoàn thành năm 2006 [13] Nghiên cứu sử dụng ethanol 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 cơđốt 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

3 Mục đích của đề tài, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

NLSH có tỷ lệ cồn ethanol lớn hơn 10% có thể ảnh hưởng tới chế độ làm việc

và phát thải của động cơ Mục đích của đề tài là đánh giá sự ảnh hưởng của xăng sinh học E15, E20 tới chế độ làm việc và chế độ phát thải của động cơ

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nhiên liệu RON92 và E15, E20 (được pha chế từ xăng gốc RON92 và ethanol 99,5%) Tiến hành nghiên cứu tác động của 3 mẫu thử nhiên liệu này tới động cơ ô tô trong phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

đề mới mẻ và việc sử dụng xăng sinh học mới chỉ dừng lại ở tỷ lệ 5% ethanol và trong tương lai gần là 10% ethanol Do điều kiện về môi trường cũng như chất lượng xe cơ giới tại Việt Nam khác nhiều với các quốc gia khác và tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu cao hơn 10% nên cần có những đánh giá ảnh hưởng tới chế độ làm việc và chế độ phát thải của động cơ

Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với các nhà sản xuất động cơ trong việc lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết phù hợp, giúp người tiêu dùng vận hành sử dụng phương tiện một cách hiệu quả Đồng thời, đóng góp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý nhà nước trong xây dựng chính sách phát triển nhiên liệu xăng sinh học Kết quả của đề tài cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho những nghiên cứu về nhiên liệu thay thế, NLSH ở Việt Nam

5 Các nội dung chính của luận văn

Nội dung của đề tài bao gồm những vấn đề sau:

 Tổng quan về NLSH

 Thiết bị và phương pháp thử nghiệm

 Thử nghiệm và xây dựng quan hệ giữa chế độ vận hành của xe ô tô và hàm lượng các phát thải độc hại

 Kết luận

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1 Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học

1.1.1 Khái niệm về nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học (NLSH, biofuels) là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, dầu lạc, dầu bạch đàn ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương, sắn, ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải, ) [1]

1.1.2 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học

1.1.2.1 Ưu điểm

- Thân thiện với môi trường: NLSH sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà

kính (CO2, CO, N2O,…) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống

- Có khả năng tái tạo: các nhiên liệu này lấy từ sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp nên có thể tạo ra trong quá trình sản xuất Do đó sẽ giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá, )

- Tận dụng được các phế phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, thân cây, lá cây, nên sẽ giúp giảm giá thành nhiên liệu và tăng giá trị cây nông nghiệp

- Sử dụng đơn giản: đốt củi, rơm, rạ, rác để sinh nhiệt rồi dùng nguồn nhiệt

đó để phát điện

1.1.2.2 Nhược điểm

Phát triển NLSH có nguồn gốc từ thực vật yêu cầu diện tích canh tác lớn dẫn đến cạnh tranh diện tích đất canh tác với cây lương thực khác do đó sẽ làm giá lương thực tăng cao, nếu phát triển không hợp lý có thể đe dọa đến an ninh lương thực

Phát triển nhiên liệu có nguồn gốc từ động thực vật còn gặp phải một khó khăn nữa là: phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết, dịch bệnh, nếu điều kiện không thuận lợi thì quá trình sản xuất không thể diễn ra liên tục

Công nghệ để đầu tư cho sản xuất NLSH tiên tiến (chế tạo NLSH từ lignin cellulose – có trong rơm, cỏ, gỗ,…) có giá vốn cao

NLSH khó cất giữ và bảo quản hơn so với nhiên liệu truyền thống (dễ bị biến tính phân hủy theo thời gian)

Tùy theo lợi thế về nguyên liệu của mỗi quốc gia mà người ta chọn các loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất Dựa trên nguồn nguyên liệu người ta chia NLSH thành ba thế hệ:

- NLSH thế hệ đầu tiên được sản xuất từ các nguyên liệu dùng làm lương thực

như các nguyên liệu có chứa tinh bột, đường, mỡ động vật, dầu thực vật,…

- NLSH thế hệ thứ hai không chỉ sử dụng đường, tinh bột, dầu như ở thế hệ đầu tiên mà còn sử dụng tất cả các hình thức sinh khối chứa lignocellulose Các loại cỏ cây, các phế phẩm công nghiệp và nông nghiệp đều có thể được chuyển đổi thông

qua hóa sinh và nhiệt hóa

- NLSH thế hệ thứ ba có nguồn gốc từ tảo Vi tảo có thể sản xuất nhiều dầu hơn 15-30 lần so với cây trồng thông thường, đồng thời chu kỳ thu hoạch rất ngắn (khoảng 1-10 ngày), cho phép thu hoạch nhiều và liên tục với năng suất cao [1]

1.1.3 Một số loại nhiên liệu sinh học điển hình

NLSH được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là xăng sinh học và diesel sinh học Xăng sinh học dùng cho động cơ xăng có thể kể đến như biomethanol và bioethanol, đặc biệt là bioethanol, được sử dụng rất rộng rãi

1.1.3.1 Biomethanol

Biomethanol là một loại cồn sinh học, có thể sản xuất từ khí tổng hợp, chiết xuất từ nguyên liệu sinh khối Tuy nhiên, quá trình tổng hợp methanol diễn ra trong một pha lỏng, điều này giúp nâng sản lượng methanol cao hơn Biomethanol có thể

sử dụng như một nhiên liệu thay thế trong động cơ đốt cháy cưỡng bức do chỉ số ốctan cao Tương tự với bioethanol, biomethanol có áp suất bay hơi thấp, mật độ năng lượng thể tích thấp (bằng một nửa so với xăng truyền thống) Biomethanol có thể được hòa trộn lên tới 10%-20% trong hỗn hợp với xăng

Methanol đã được sử dụng để thay thế hoặc bổ sung vào xăng cho động cơ ô

tô từ những năm 30 thế kỷ trước trong những động cơ xe đua tại giải đua Grand Prix hay tại cuộc đua Indianapolis 500 [9] Methanol có nhiều ưu điểm như tiện dụng cho việc thay thế trên động cơ ô tô, quen thuộc và có thể chế tạo dễ dàng Ngoài ra nếu động cơ được thiết kế để chạy hoàn toàn bằng methanol thì sẽ tốt hơn

so với động cơ dùng xăng tương đương và sẽ cải thiện được khí thải và hiệu suất

Để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong có thể dùng M100 (methanol nguyên chất) nhưng trong thực tế thường chỉ dùng M85 (hỗn hợp 85% methanol và 15% xăng)

Để dùng M85 (có trị số octane 102), xe phải được thay đổi cho phù hợp (tỷ số nén thích hợp, hệ thống nạp thải thay đổi, dầu bôi trơn phải chịu được sự tấn công tự nhiên của methanol ) Trên các xe dùng nhiên liệu là hỗn hợp methanol và xăng thường được trang bị thêm cảm biến nhận biết tỷ lệ methanol Cảm biến này đưa tín hiệu đến ECU để điều chỉnh thời điểm đánh lửa, lượng khí nạp…cho phù hợp Tuy nhiên, methanol cũng có những nhược điểm như giá thành đầu tư ban đầu lớn hơn xăng, làm giảm mật độ năng lượng trong suốt quá trình vận hành cũng như yêu cầu bình nhiên liệu có kích thước lớn hơn Hơn nữa, do không thể quan sát quá trình cháy methanol dưới điều kiện thường nên sẽ khó để nghiên cứu, cần có quá trình hướng dẫn để khống chế sự độc hại cũng như đảm bảo tính an toàn

Methanol được sản xuất nhờ quá trình hoá hơi khí thiên nhiên, trong quá trình này thì thành phần lưu huỳnh trong khí thiên nhiên sẽ được lọc sạch Tiếp đó, khí thiên nhiên sẽ phản ứng với hơi nước trong điều kiện áp suất nhiệt độ cao để tạo nên

CO và H2 Những thành phần này được đưa vào bộ xúc tác để điều chế ra methanol

114,15oC, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, cellulose, lignocellulose

Bioethanol được sản xuất nhờ sự lên men của các nguyên liệu nông nghiệp như ngô, sắn, mía, khoai tây, nho, củ cải đường Những sản phẩm thừa trong nông nghiệp như pho mát cũng có thể được sử dụng Ngoài ra ethanol còn có thể được sản xuất từ gỗ (xenlulo)

Ethanol nguyên chất ít được dùng làm nhiên liệu, thông thường ethanol được pha với xăng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Hiện nay ethanol đã được sử dụng ở một số nước thành viên EU (Tây Ban Nha, Pháp ) Để tránh các vấn đề về

ăn mòn do sự có mặt nước trong hỗn hợp ethanol/xăng, người ta trộn ETBE vào xăng sinh học (ETBE được phép trộn lẫn lên tới 15% trong xăng Châu Âu) Bioethanol có thể được pha trộn lên đến 20% với xăng hóa thạch thành nhiên liệu

mà không cần cải tiến động cơ Ở Thụy Điển, hỗn hợp bioethanol tỷ lệ cao E85 đang được sử trong các phương tiện nhiên liệu linh hoạt (FFVs) với việc cải tiến động cơ để phù hợp khi chạy với E85 hoặc xăng, hoặc bất cứ hỗn hợp nào của cả hai [1]

Ngoài ra propanol và butanol cũng có thể được sử dụng làm xăng sinh học

1.1.4 Tình hình sản xuất chế biến và sử dụng ethanol

1.1.4.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới

Hiện trên thế giới có khoảng hơn 50 nước đã tiến hành nghiên cứu sản xuất và đưa vào sử dụng ethanol trong lĩnh vực giao thông Số liệu thống kê cho biết: năm

2003 toàn thế giới đã sản xuất được 38 tỷ lít ethanol, năm 2006 là 50 tỷ lít ethanol (75% trong số đó được dùng làm nhiên liệu) và theo dự kiến năm 2012 sẽ sản xuất khoảng 80 tỷ lít ethanol

Năm 2006 tổng số nhiên liệu sinh học được sử dụng là 13% tổng mức năng lượng tiêu thụ, trong đó 0,3% nhiên liệu sinh học được dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông Từ năm 2000 đến 2007 sản lượng nhiên liệu sinh học được

sản xuất đã tăng từ 17 tỷ lít lên hơn 52 tỷ lít và cung cấp đến 1,8% nhiên liệu cho các phương tiện cơ giới

Riêng ở Châu Âu NLSH sử dụng cho phương tiện cơ gới đã tăng từ 0,1% năm

1997 lên 2,6% năm 2007 [8]

a Brazil

Brazil sản xuất mỗi năm 14 tỷ lít ethanol từ cây mía Chương trình sản xuất này tạo việc làm cho 1 triệu người và tiết kiệm được 60 tỷ USD tiền nhập khẩu xăng dầu trong 3 thập kỷ qua Từ năm 1985 sản lượng ethanol nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm, thay thế cho 200 tấn dầu mỏ Năm 2005 có 70% số ôtô đã sử dụng NLSH Hiện nay toàn bộ xăng chạy ôtô của Brazil đều pha 20 ÷ 25% ethanol sinh học Brazil có thể sản xuất lượng ethanol thay thế 10% nhu cầu xăng dầu của thế giới trong vòng 20 năm tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ lít, so với mức

30 tỷ lít hiện nay Luật pháp Brazil quy định tất cả các loại xe phải sử dụng xăng pha 22% ethanol và nước này đã có 20% số lượng xe chỉ sử dụng ethanol 100% Đến năm 2012 Brazil dự định sẽ đưa vào hoạt động trên 70 nhà máy mới chuyên sản xuất ethanol [8]

b Khu vực châu Âu (EU)

NLSH là một ưu tiên trong chính sách môi trường và giao thông của EU Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng NLSH, hàng năm có thể tiết kiệm được 120 triệu thùng dầu thô vào năm 2010

Từ đầu năm 2004 các trạm xăng Aral và Shell ở Đức bắt đầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ 31-12-2005 ít nhất 2% và đến 31-12-2010 ít nhất 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo

EU đặt mục tiêu đến năm 2020 sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng tái sinh EU quy định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% NLSH từ nay đến

2020 [7]

c Mỹ

Mỹ là quốc gia sản xuất và tiêu thụ NLSH lớn nhất thế giới Sản lượng sản xuất ra chiếm khoảng 43% trên toàn thế giới Tuy nhiên Mỹ cũng là quốc gia nhập

khẩu lớn nhất với 3,4 tỷ lít ethanol năm 2008 Dự kiến vào năm 2020 khoảng 20% NLSH tiêu chuẩn sẽ được sử dụng trên các phương tiện cơ giới [8]

d Trung Quốc

Các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang đã sản xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm 1,02 triệu tấn/năm Riêng tỉnh Hắc Long Giang sản xuất ethanol năng suất 5000 tấn/năm Nước này đang nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ xenlulôzơ và hiện đã có cơ sở đạt 600 tấn/năm Năm

2010 sản lượng NLSH của Trung Quốc khoảng 6 triệu tấn theo kế hoạch Đến năm

2020 là 19 triệu tấn trong đó ethanol là 10 triệu tấn, biodiesel là 9 triệu tấn [8]

e Khu vực ASEAN

Indonesia đã trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho vấn đề năng lượng Nước này đặt mục tiêu đến năm 2010 NLSH đáp ứng 10% cho ngành điện và giao thông Hiện nay ở Indonesia phần lớn xe buýt và xe tải chạy bằng dầu diesel sinh học (hỗn hợp dầu cọ với nhiên liệu hóa thạch)

Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất NLSH với công suất 276.000 tấn/năm Chính phủ nước này đặt mục tiêu sản xuất 1 triệu tấn dầu diesel sinh học xuất khẩu vào năm 2007-2008 Hiện nay Malaysia đã trồng được 10.000 cây jatropha để chiết

xuất dầu diesel sinh học [7]

Ở Thái Lan cả biodiesel và ethanol được đưa vào sử dụng cùng một thời điểm Tuy nhiên ethanol được dùng phổ biến và thành công hơn vì nó có thể sẵn sàng áp dụng ngay trên động cơ Cả 2 loại này được sử dụng chủ yếu trên ô tô và máy nông nghiệp Năm 2007 đã có 79,2 triệu gallon ethanol được sử dụng, đứng thứ 6 trên toàn thế giới Từ năm 2008, E10 đã được sử dụng rộng rãi, trong khi E20 và E85 bắt đầu được đưa vào sử dụng

1.1.4.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol ở Việt Nam

Sản xuất ethanol theo công nghiệp ở nước ta đã bắt đầu từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng Trước Cách mạng Tháng Tám đã có các nhà máy ancol

Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng Tất cả đều sản

bị nguyên vẹn nên được tập trung cải tạo, sửa chữa thành nhà máy ancol Hà Nội với năng suất 6 triệu lít/năm [13]

Đến năm 1960, chúng ta có thêm một số nhà máy ethanol từ rỉ đường là Việt Trì - Phú Thọ, Sông Lam - Nghệ An, Lục Ngạn - Hà Bắc và Hứng Nhân - Thái Bình với tổng công suất 1 triệu lít/năm Ngoài ra, hầu hết các tỉnh cũng xây dựng các phân xưởng ethanol cỡ nhỏ 100.000 lít/năm Tổng công suất của các nhà máy lớn nhỏ là 15 triệu lít/năm

Sau năm 1975, chúng ta tiếp quản và xây dựng thêm các nhà máy rỉ đường và một số cơ sở tư nhân khác Thời điểm 1980-1985 tổng lượng ethanol sản xuất hàng năm là trên 30 triệu lít

Tháng 6 năm 2009, dự án xây dựng Nhà máy sản xuất bioethanol khu vực phía Bắc, do Công ty cổ phần Hóa dầu và NLSH Dầu khí một thành viên của Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam làm chủ đầu tư được khởi công Đây là nhà máy sản xuất NLSH đầu tiên được xây dựng ở miền Bắc có quy mô đầu tư lớn, công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại với tổng mức đầu tư khoảng 80 triệu USD Nhà máy được xây dựng tại huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ với công suất 100.000 m3

ethanol/năm, thời gian xây dựng là 18 tháng, sử dụng nguyên liệu sắn, mía để sản xuất ethanol

Tháng 9 năm 2009, Nhà máy sản xuất NLSH bioethanol do Công ty Cổ phần NLSH Dầu khí Miền Trung chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng tại Khu Kinh tế Dung Quất - Quảng Ngãi Nhà máy có công suất thiết kế 100 triệu lít/năm, tổng vốn đầu tư khoảng 80 triệu USD, được xây dựng trên diện tích 24,62

ha, tại khu Kinh tế Dung Quất, thuộc xã Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi, trong đó giai đoạn 1 xây dựng với diện tích 17,2 ha Đây là nhà máy sản xuất bioethanol với nguồn nguyên liệu chính là sắn lát

Tháng 3 năm 2010, khởi công dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất ethanol tại Bình Phước do Công ty OBF là chủ đầu tư Nhà máy được xây dựng tại xã Minh Hưng, huyện Bù Đăng, tỉnh Bình Phước Nhà máy ethanol Bình Phước có công suất thiết kế là 100 triệu lít/năm, tiêu thụ khoảng 240.000 tấn sắn lát khô/năm Sản phẩm

của Nhà máy là ethanol biến tính sẽ được pha trộn với xăng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất để phân phối trên thị trường cả nước Thời gian xây dựng nhà máy dự kiến là 21 tháng

Việc sản xuất ethanol tại Việt Nam có điểm thuận lợi lớn là nguồn nhiên liệu sinh khối dồi dào, bao gồm các sản phẩm thừa trong quá trình chế biến nông lâm sản như rơm rạ, trấu, cỏ, lá, mùn cưa, bã mía và một số chất thải nông nghiệp khác Trong khi nguồn nhiên liệu sinh khối từ gỗ khoảng 75-80 triệu tấn/năm, tương đương 26-28 triệu tấn dầu/năm thì năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp chiếm khoảng 30 triệu tấn/năm tương đương với 10 triệu tấn dầu/năm Riêng từ vỏ trấu chiếm khoảng 5-7 triệu tấn/năm, trong đó đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 4,5-5 triệu tấn/năm

Ngoài ra, Việt Nam còn có vùng nguyên liệu sắn rộng lớn và phụ phẩm vỏ cà phê có thể dùng để sản xuất ethanol

Tuy vậy, cũng còn có những khó khăn cản trở sự phát triển của NLSH ở Việt

Nam Mặc dù nhà nước đã có đề án “Phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” được ký duyệt vào cuối năm 2007 nhưng vẫn chưa có những chính sách

cụ thể để khuyến khích cũng như hỗ trợ các nhà khoa học, doanh nghiệp và người dân cùng thực hiện [5] Các công trình nghiên cứu về NLSH được công bố còn ít, các công trình đã công bố thì lại gặp khó khăn trong việc triển khai sản xuất và ứng dụng

Hiện nay, nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch để chạy động cơ do một số doanh nghiệp nắm giữ và mang tính độc quyền, để thuyết phục họ chuyển dần sang kinh doanh NLSH là rất khó Các doanh nghiệp khác thì chưa đủ tiềm lực để có thể

áp dụng và kinh doanh NLSH Mặt khác, để đầu tư cho dây chuyền sản xuất NLSH theo quy mô công nghiệp thì yêu cầu nguồn vốn lớn, điều này không phải doanh nghiệp nào ở Việt Nam cũng có thể đáp ứng được

Một yếu tố quan trọng nữa là thói quen người tiêu dùng, thường dè dặt với những sản phẩm mới Do đang quen dùng nhiên liệu truyền thống nên nếu không

đưa những thông tin đầy đủ cho người dân và có chính sách trợ giá thì sẽ không khuyến khích được người tiêu dùng chuyển sang sử dụng NLSH

- Ethanol có chỉ số octan cao nên khi pha vào xăng giúp tăng chỉ số octan của hỗn hợp, qua đó có thể tăng tỷ số nén của động cơ

- Trong phân tử ethanol có chứa oxy nên tỷ lệ không khí/nhiên liệu (A/F) của hỗn hợp xăng-ethanol thấp hơn giá trị A/F của xăng thường Chẳng hạn, nhiên liệu chứa 10% ethanol yêu cầu tỷ lệ A/F khoảng 14,1:1 trong khi tỷ lệ A/F của xăng gốc

là 14,7:1

- Ethanol có tốc độ cháy nhanh hơn và giới hạn cháy rộng hơn xăng

- Tính an toàn trong tồn trữ và vận chuyển của ethanol cao hơn so với xăng nhờ khả năng bay hơi thấp hơn và điểm bắt cháy lớn

- Có sự phân tách pha khi hàm lượng nước trong xăng quá cao Nhiên liệu xăng sinh học hấp thụ nước đáng kể mà không xảy ra sự phân tách pha do khả năng hoà tan của nước trong ethanol cao, nhưng nếu lượng nước quá cao thì nước và phần lớn ethanol sẽ phân tách rồi lắng xuống dưới thùng nhiên liệu Lượng nước có thể được hấp thụ trong nhiên liệu xăng sinh học mà không xảy ra sự phân tách pha trong thay đổi từ 0,3-0,5% thể tích, tuỳ thuộc vào nhiệt độ

- Nhiệt trị của ethanol (21,2 MJ/lít) thấp hơn nhiều so với xăng (30,1 MJ/lít) nên khi pha ethanol với tỷ lệ lớn sẽ gây ảnh hưởng đến công suất của động cơ

- Lượng phát thải các chất độc hại giảm đáng kể khi sử dụng NLSH Ngoài ra, NLSH phân huỷ sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất

1.2.1 Chỉ tiêu chất lượng của ethanol dùng để pha vào xăng

Để có thể pha vào xăng RON92, ethanol cần đạt được các chỉ tiêu nhất định Bảng 1.2 đưa ra chất lượng của ethanol dùng để pha vào xăng

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu chất lượng của ethanol dùng để pha với xăng [4]

3 Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi, mg/100ml, max <5,0

5 Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích, min-max 1,96-5,0

Các chỉ tiêu của ethanol biến tính được xác định theo phương pháp TCVN

7864 (ASTM D 5501), TCVN 7894 (EN 14110), TCVN 7893 (ASTM E 1064), TCVN 7892 (ASTM D 1613), TCVN 7716 (ASTM D 4806)…

1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng của xăng sinh học

Ở Việt Nam, ethanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không chì được quy định trong quy chuẩn Việt Nam QCVN 1: 2009/BKHCN thể hiện ở bảng 1.3

Ethanol pha xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy theo quốc gia quy định Bảng 1.4 là tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu của Mỹ năm 2003 và bảng 1.5 thể hiện tiêu chuẩn tương ứng của Ấn Độ

Bảng 1.3 Quy chuẩn về ethanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không chì [4]

1 Hàm lượng ethanol, % thể tích, không dưới 92,1 TCVN 7864 (ASTM D 5501)

2 Hàm lượng methanol, % thể tích, không trên 0,5 TCVN 7894 (EN 14110)

3 Hàm lượng nước, % thể tích, không trên 1,0 TCVN 7893 (ASTM E 1064)

4 Độ axit (tính theo axit axetic CH3COOH), %

5 Hàm lượng clorua vô cơ, mg/kg, không trên 40 TCVN 7716 (ASTMD 4806)

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu của Mỹ năm 2003 [11]

5 Lượng chất rắn sau khi bốc hơi nguyên liệu, max % kl 0,005

6 Lượng aldehyde qui về CH3COOC2H5 g/100ml 0,10

9 Ketones, isopropyl, teratiary butyl ppm Yêu cầu môi trường

Bảng 1.5 : Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu của Ấn Độ [11]

5 Lượng chất rắn sau bốc hơi nguyên liệu, max % kl 0,005

6 Lượng aldehyde qui về CH3COOC2H5, max mg/l 60

Khi pha ethanol vào xăng với các tỷ lệ khác nhau sẽ cho các loại nhiên liệu xăng sinh học có tính chất lý hóa khác nhau Bảng 1.6 đưa ra một số tính chất lý hóa của một số loại xăng sinh học điển hình

Bảng 1.6 Tính chất lý hóa của xăng pha ethanol [4]

So sánh thuộc tính của xăng pha cồn và xăng nguyên chất

thấy xăng sinh học giúp cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động

cơ xăng Ở Việt Nam, Chính phủ đã phê duyệt đề án phát triển NLSH nhằm đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường, nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp vốn là thế mạnh của Việt Nam cũng như tạo việc làm cho người dân Để thực hiện

đề án này, cùng với công tác tuyên truyền và đưa nhiên liệu E5 lưu thông trên thị trường, phải tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học có tỷ lệ ethanol cao hơn như E15, E20…cho các phương tiện giao thông đang lưu hành Cụ thể là các yếu tố tác động của xăng sinh học với tỷ lệ ethanol lớn đến tính năng kinh tế, kỹ thuật, phát thải và tuổi thọ của động cơ Qua đó giúp cho các nhà sản xuất và người

sử dụng biết được những tác động có thể xảy ra và những điều chỉnh cần thiết đối với phương tiện khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ ethanol lớn

Chương 2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM

2.1 Mục đích và phạm vi thử nghiệm

2.1.1 Mục đích

Xây dựng quan hệ giữa chế độ làm việc và phát thải của động cơ ô tô khi sử dụng xăng sinh học E15 và E20 trong phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

2.1.2 Phạm vi thử nghiệm

Luận văn nghiên cứu xây dựng ảnh hưởng xăng sinh học E15, E20 tới chế độ làm việc và phát thải của động cơ xăng ô tô Các nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên 2 loại ô tô xăng dùng chế hòa khí và dùng hệ thống phun xăng điện tử với các loại nhiên liệu xăng truyền thống (RON92), E15 và E20

2.2 Thiết bị thử nghiệm

2.2.1 Sơ đồ chung của hệ thống thử nghiệm ô tô

Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải ôtô thể hiện trên hình 2.1 gồm các khối chính sau đây: băng thử Chassis dynamometer 48’’ (CD 48’’); khối lấy mẫu khí thải với thể tích không đổi CVS và tủ phân tích khí thải CEBII; Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S [3]

2.2.2 Băng thử CD 48”

2.2.2.1 Các thông số chính của băng thử CD 48 ’’

Băng thử động lực học CD48’ do hãng AVL Zollner chế tạo có chức năng để thử và kiểm tra ôtô trong phòng thí nghiệm giúp cho quá trình nghiên cứu về ôtô nói chung và động cơ nói riêng được dễ dàng hơn đồng thời có thể thực hiện một số chức năng mà khó hoặc không thể thực hiện trên đường thực

Băng thử Chassis Dynamometer 48” có thể mô phỏng khối lượng của xe trong phạm vi từ 454 kg tới 5448 kg Quán tính cơ sở của các con lăn là 1678 kg

Các thông số cơ bản của băng thử:

- Tốc độ lớn nhất: 200 km/h

- Phạm vi mô phỏng quán tính: 454 kg ÷ 5448 kg

- Dung sai tốc độ đo: 0…2 km/h <0,1 % ; 2…200 km/h <0,01%

- Dung sai của giá trị lực kéo đo: 0,1% giá trị lớn nhất của dải đo

- Độ chính xác của phép đo khoảng cách: 1m

- Độ chính xác của phép đo thời gian: 10 ms

- Nhiệt độ môi trường trong buồng thử: 5 40oC

- Độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí trong buồng thử <75 %

Băng thử Chassis Dynamometer 48” có các chức năng chính sau đây:

- Xác định tốc độ của xe

- Xác định lực kéo tại bề mặt con lăn

- Xác định gia tốc và công suất của xe

- Kiểm tra đồng hồ tốc độ và đồng hồ đo quãng đường xe chạy

Ngoài các chức năng trên, băng thử Chassis Dynamometer 48” cùng với hệ thống lấy mẫu và phân tích thành phần khí xả tạo thành hệ thống thử nghiệm khí xả công nhận kiểu theo tiêu chuẩn EURO II

2.2.2.2 Cơ sở lý thuyết các phép đo chính

(a) Phép đo tốc độ

Tốc độ của băng thử được xác định thông qua bộ cảm biến tốc độ kiểu quang học Bộ cảm biến được gắn ở đầu trục của con lăn vì vậy nó có thể đo trực tiếp tốc

độ của con lăn Từ tốc độ con lăn n đo được có thể tính được vận tốc của xe (v)

Hình 2.2 Cấu tạo của cảm biến tốc độ

1 Đĩa mã hoá, 2 Nguồn sáng (đèn LED), 3 Tranzitor quang, 4 Con lăn

Đĩa mã hoá 1 được gắn cứng với trục con lăn 4 vì vậy khi trục con lăn quay sẽ làm cho đĩa 1 quay cùng với tốc độ con lăn

Khi vị trí đèn LED 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor quang 3 thẳng hàng khi đó tranzitor nhận được ánh sáng do đèn 2 phát ra sẽ làm thông mạch điện, lúc đó điện