Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% cho động cơ xăng (tt)

Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và thực hiện giải pháp kỹ thuật chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử đa điểm, trên đường nạp sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%

có những thay đổi kết cấu phù hợp nhằm nâng cao tính năng kỹ thuật và độ bền của động cơ Cùng với xu thế chung, Việt Nam cũng đã và đang triển khai lộ trình áp dụng xăng sinh học E5, E10 Do đó, để phát huy hơn nữa thế mạnh về sản xuất cồn ethanol, cần nghiên cứu nâng cao hơn nữa tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học cũng như chế tạo động cơ sử dụng nhiên liệu linh hoạt Đây cũng chính

là lý do của việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ

lệ cồn ethanol tới 100% cho động cơ xăng”

ii Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu và thực hiện giải pháp kỹ thuật chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử đa điểm, trên đường nạp sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100% đảm bảo tính năng kỹ thuật của động cơ

Đánh giá hiệu quả cũng như tác động của việc sử dụng xăng sinh học có

tỷ lệ cồn ethanol lớn tới động cơ xăng đang lưu hành

iii Đối tượng và phạm v nghiên cứu

Luận án được thực hiện trên động cơ Toyota 1NZ-FE lắp trên xe ô tô Toyota Vios Nhiên liệu thử nghiệm gồm xăng khoáng RON 92 thương phẩm, các hỗn hợp của xăng khoáng RON 92 và 30%, 50%, 85% và 100% cồn ethanol

về thể tích (tương ứng là E0, E30, E50, E85 và E100) Việc nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện

Cơ khí động lực (CKĐL), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

iv Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể là:

Nghiên cứu lý thuyết tập trung ứng dụng phần mềm AVL-Boost để tính toán mô phỏng tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ khi sử dụng xăng thông thường và xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

2

Phần nghiên cứu thực nghiệm thực hiện trên băng thử động cơ và ô tô để hiệu chuẩn mô hình, xây dựng bộ thông số chuẩn cũng như đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ ô tô trước và sau khi lắp bộ chuyển đổi

v Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Luận án đã làm rõ được ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới quá trình cháy, tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ phun xăng điện tử

Luận án xây dựng được bộ thông số chuẩn về lượng nhiên liệu cung cấp

và góc đánh lửa phù hợp với tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học và chế độ làm việc của động cơ là cơ sở cho nghiên cứu chuyển đổi cũng như nghiên cứu thiết

kế chế tạo động cơ sử dụng nhiên liệu linh hoạt

Luận án đưa ra được giải pháp chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử thông thường sang sử dụng nhiên liệu linh hoạt thực hiện có tính khả thi, cải thiện tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ

Kết quả luận án góp phần thúc đẩy việc sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học, giảm phụ thuộc nhiên liệu khoáng, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp tại Việt Nam

v Tính mới của đề tài

Đề tài là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam thực hiện chuyển đổi thành công động cơ phun xăng điện tử đa điểm, trên đường nạp sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% ECU phụ được lắp thêm trên động

cơ có khả năng tự động nhận biết tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học, tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và góc đánh lửa sớm phù hợp với

tỷ lệ ethanol, đảm bảo tính năng kỹ thuật của động cơ

vii Nội dung của luận án

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Mô phỏng động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

1.1.1 Sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học

Nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học là điều cần thiết nhằm đáp

3

ứng được nhu cầu năng lượng đang ngày một tăng cao của con người, giảm thiểu được ô nhiễm môi trường đặc biệt là ở các thành phố lớn có mật độ phương tiện cao cũng như giảm thiểu được sự phụ thuộc vào việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn kiệt

1.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học được sử dụng trên phương tiện

1.1.2.1 Định nghĩa, phân loại

1.1.2.2 Một số loại nhiên liệu sinh học thường dùng

1.2 Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học

1.2.1 Nhiên liệu cồn ethanol

Ethanol là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn [19]

1.2.1.1 Nguồn gốc, phương pháp sản xuất cồn ethanol

1.2.2.2 Tính chất của xăng sinh học

1.2.3 Sản xuất và sử dụng nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học trên phương tiện

1.2.3.1 Trên thế giới

Hiện nay, xăng sinh học là loại nhiên liệu sinh học được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới Trong thời gian qua số lượng phương tiện sử dụng nhiên liệu thay thế nói chung cũng như xăng sinh học nói riêng được nghiên cứu phát triển và sản xuất không ngừng được tăng lên

1.2.3.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiên liệu cồn ethanol chủ yếu được sản xuất từ sắn Diện tích và sản lượng sắn tại Việt Nam trong thời gian qua liên tục tăng cao [4]

1.3 Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn trên động cơ xăng

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới

1.3.1.1 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học trên động cơ xăng

Các nghiên cứu của Hassan [77], Vilnis Pirs [112] và Luigi De Simio [76]

đã cho thấy khi động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% cần phải điều chỉnh lại lương nhiên liệu cung cấp để hệ số dư lượng không khí  = 1

sử dụng xăng sinh học lên cao hơn so với khi sử dụng xăng thông thường

1.3.1.2 Chuyển đổi từ động cơ sử dụng xăng thông thường sang động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn

Benjamin Strader [36] và J R Crosby [63] đã chỉ ra khi chuyển đổi động

cơ sang sử dụng xăng sinh học thì việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm và lượng nhiên liệu cung cấp sẽ được thực hiện thông qua việc xây dựng một bộ dữ liệu điều khiển mới cho động cơ

Tại Thái Lan, hiện đã có những bộ chuyển đổi hỗ trợ cho động cơ xăng sử dụng xăng sinh học được thương mại hóa Tuy nhiên các bộ chuyển đổi này chỉ phù hợp với từng loại xăng sinh học nhất định và chỉ điều chỉnh được quá trình cung cấp nhiên liệu, chưa điều chỉnh được góc đánh lửa sớm của động cơ

1.3.1.3 Thiết kế, chế tạo động cơ mới chuyên dụng cho phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (FFV)

1.3.2 Các nghiên cứu tại Việt Nam

1.3.2.1 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học trên động cơ xăng

Các nghiên cứu của Phạm Hữu Truyền [17] và Lê Văn Tụy [13] đã chỉ ra được khi được ưu điểm của việc sử sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ thấp đến trung bình (E10, E15, E20) trong việc nâng cao tính năng kinh tế, kỹ thuật của động

cơ Ngoài ra các nghiên cứu cũng chỉ ra việc cần tiếp tục nghiên cứu nâng cao tỷ

lệ ethanol trong hỗn hợp xăng sinh học trên 10% và tiến tới thiết kế phương tiện

sử dụng nhiên liệu linh hoạt tại Việt Nam

1.3.2.2 Chuyển đổi từ động cơ sử dụng xăng thông thường sang động cơ sử dụng xăng sinh học

Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng từ sử dụng xăng thông thường sang

sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn được thực hiện trong Đề tài cấp

nhà nước “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống phun nhiên liệu điện tử cung cấp xăng sinh học có tỷ lệ cồn etanol tới 100% (E100) cho động cơ ô tô và xe máy sử dụng nhiên liệu linh hoạt”, mã số ĐT.09.2014/NLSH do PGS.TS Phạm

Hữu Tuyến làm chủ nhiệm đề tài và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là đơn

vị chủ trì [18]

1.4 Kết luận Chương 1

Việc sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn làm nhiên liệu cho phương tiện, đặc biệt ở điều kiện Việt Nam giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên

5

liệu hóa thạch nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn kiệt Xăng sinh học được sản xuất thông qua việc phối trộn giữa xăng khoáng và cồn ethanol đang là loại nhiên liệu sinh học được ứng dụng và phát triển rộng rãi trên thế giới nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng của con người đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn có thể nâng cao hiệu suất động cơ, giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và nâng cao giá trị sản phẩm nông nghiệp Tuy nhiên khi tăng tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học thì nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống, đồng thời tính chất của xăng sinh học thay đổi nhiều so với xăng khoáng nên thời điểm đánh lửa của động cơ xăng nguyên bản không còn phù hợp Điều này dẫn tới mômen và công suất động cơ suy giảm, do vậy cần điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cũng như thời điểm đánh lửa phù hợp với tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học Để thực hiện được việc này trên động cơ phun xăng điện tử đang lưu hành, cần bổ sung thêm bộ điều khiển ECU phụ Bộ điều khiển này sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp đảm bảo hệ số dư lượng không khí  = 1 và góc đánh lửa sớm hợp lý tương ứng với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau trong xăng sinh học Hệ số dư lượng không khí  được điều chỉnh bằng 1 để bộ xử lý khí xả làm việc có hiệu quả nhất và góc đánh lửa sớm được điều chỉnh để mô men động cơ đạt giá trị lớn nhất

Trong quá trình thiết kế, chế tạo bộ chuyển đổi (ECU phụ) và hướng tới động cơ sử dụng nhiên liệu linh hoạt thì cần phải xây dựng bộ thông số lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm của động cơ phù hợp với từng tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học để làm cơ sở dữ liệu điều khiển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học 2.1.1 Quá trình cháy trong động cơ xăng

2.1.2 Quá trình cháy của xăng sinh học

2.2 Lý thuyết mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học 2.2.1 Mô hình hỗn hợp nhiên liệu

2.2.3 Mô hình truyền nhiệt

Mô hình mô hình truyền nhiệt được lựa chọn sử dụng là mô hình cháy truyền nhiệt Woschini 1978 với hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

2.2.5.3 Mô hình tính toán tổn thất cơ giới

Vì động cơ được sử dụng nghiên cứu là động cơ xăng sử dụng trên phương tiện ô tô thông thường (tốc độ cao) nên mô hình tổn thất ma sát được sử dụng là

mô hình Patton, Nitschke, Heywood

2.3 Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ phun xăng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%

2.3.1 Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ Toyota 1NZ-FE

2.3.1.1 Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ phun xăng

2.3.1.2 Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Toyota 1NZ-FE

2.3.1.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Toyota 1NZ-FE

2.3.2 Cơ sở lý thuyết chuyển đổi hệ thống phun xăng điện tử động cơ Toyota 1NZ-FE sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%

2.3.2.1 Sơ đồ hệ thống

Để chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử sử dụng xăng thông thường sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% (sử dụng nhiên liệu linh hoạt) và đảm bảo tính năng kỹ thuật thì hai thông số quan trọng trên động

7

cơ phun xăng điện tử là lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm cần được điều chỉnh phù hợp với tỷ lệ cồn ethanol trong nhiên liệu Như vậy, nếu giữ nguyên hệ thống điều khiển phun xăng điện tử nguyên bản (ECU chính), cần bổ sung thêm ECU điều khiển thứ hai (ECU phụ) để hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển phù hợp với tỷ lệ cồn cũng như cảm biến để nhận biết tỷ lệ cồn trong nhiên liệu Trên cơ sở đó, luận án xây dựng hệ thống phun xăng điện tử chuyển đổi với sơ

đồ khối được trình bày ở Hình 2.15

Hình 2.15 Sơ đồ khối điều khiển động cơ

Các bộ phận trong sơ đồ điều khiển động cơ bao gồm:

1 ECU chính của động cơ 8 Vòi phun nhiên liệu

2 Cảm biến tốc độ động cơ 9 Bô bin đánh lửa

3 Cảm biến lưu lượng khí nạp 10 Cảm biến nước làm mát

4 Cảm biến áp suất khí nạp 11 Cảm biến lambda

5 Cảm biến vị trí bướm ga 12 Bộ xúc tác

6 Đường khí nạp vào 13 Bộ chuyển đổi (ECU phụ)

7 Đường dẫn nhiên liệu 14 Cảm biến nồng độ cồn trong

nhiên liệu

2.3.2.2 Tín hiệu điều khiển

2.3.2.3 Cảm biến tỷ lệ cồn ethanol trong nhiên liệu

Luận án sử dụng cảm biến điện dung và cảm biến được lắp trên đường cấp nhiên liệu tới động cơ

2.3.2.4 Bộ điều khiển ECU phụ

ECU phụ sử dụng vi điều khiển ATxmega 128A có vai trò nhận và xử lý

2.3.3.1 Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ xăng

2.3.3.2 Phương pháp xây dựng bộ thông số chuẩn cho động cơ khi sử dụng xăng sinh học

Quá trình xây dựng giá trị lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm phù hợp cới tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học được thực hiện qua những bước sau:Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ; Chuẩn hóa mô hình; Tính toán bộ thông số chuẩn bằng mô phỏng; Hiệu chỉnh bộ thông số bằng thực nghiệm Bộ thông số về lượng nhiên liệu cung cấp trong một chu trình (gct) và góc đánh lửa sớm (s) sẽ được xây dựng bằng mô phỏng và sau đó được hiệu chỉnh để bám sát với điều kiện làm việc thực tế của động cơ bằng thực nghiệm

2.4 Kết luận chương 2

Quá trình cháy của xăng sinh học trong động cơ xăng có diễn biến giống như quá trình cháy của xăng thông thường tuy nhiên tùy thuộc vào từng tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học mà các thông số của quá trình cháy của xăng sinh học sẽ biến đổi tương ứng

Luận án đã phân tích và lựa chọn được các mô hình phù hợp trong phần mềm AVL Boost để mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn Các mô hình được lựa chọn bao gồm: mô hình cháy Fractal, mô hình truyền nhiệt Woschni 1978, mô hình nạp thải Zaft, mô hình tổn thất ma sát Patton, các mô hình phát thải NOx, CO, HC và một số mô hình phụ khác

Để chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử sử dụng xăng thông thường sang sử dụng nhiên liệu linh hoạt thì phương án được luận án đưa ra là sử dụng ECU phụ nhằm lượng nhiên liệu cung cấp và góc đánh lửa sớm theo tỷ lệ cồn ethanol đo được từ cảm biến tỷ lệ cồn ethanol lắp trên đường cung cấp nhiên liệu ECU sẽ tính toán và xử lý các tín hiệu đầu vào thời điểm đánh lửa IGT và lượng phun nhiên liệu FI nhận được từ ECU chính thành các tín hiệu đầu ra thời điểm đánh lửa đã hiệu chỉnh IGT’ và lượng nhiên liệu phun đã hiệu chỉnh FI’ được gửi tới cuộn dây đánh lửa và vòi phun căn cứ trên bộ dữ liệu chuẩn đã được nạp vào ECU phụ

Việc xây dựng bộ thông số lượng nhiên liệu cung cấp và góc đánh lửa sớm chuẩn cho động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100% trong luận văn cần phải kết hợp hai phương pháp mô phỏng và thực nghiệm Bộ thông số chuẩn sẽ được tính toán bằng mô phỏng trước sau đó sẽ được hiệu chuẩn bằng thực nghiệm sau

9

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN ETHANOL LỚN TỚI 100% 3.1 Đối tượng nghiên cứu và xây dựng mô hình động cơ

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

3.1.2 Xây dựng mô hình động cơ

3.2 Đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản trên động cơ

ô tô phun xăng điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%

3.2.1 Hiệu chuẩn mô hình và đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản

Động cơ được thử nghiệm để đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản và lấy dữ liệu để chuẩn hóa mô hình mô phỏng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% được thực hiện với hai chế độ mô phỏng

là chế độ 100% ga (chế độ toàn tải) và chế độ 40% ga (chế độ tải bộ phận) đại diện vùng làm việc tải lớn và tải nhỏ, tốc độ thay đổi từ 1000v/phút đến 6000 v/phút và được hiệu chuẩn bằng kết quả thực nghiệm Nhiên liệu nghiên cứu gồm E0 (xăng thông thường), E30, E50, E85, E100.Việc hiệu chuẩn chỉ được tiến hành với hai chế độ tải do đây là thực nghiệm bước đầu để lấy số liệu hiệu chuẩn mô hình với tất cả các loại nghiên cứu (5 loại nhiên liệu) nhằm giảm thời gian và chi phí thực hiện

Hình 3.3 So sánh công suất động cơ Toyota 1NZ-FE khi động cơ sử dụng ECU

nguyên bản, bướm ga mở 100% với RON92, E30 và E50

Mô hình mô phỏng động cơ được hiệu chuẩn dựa trên các số liệu thực nghiệm bao gồm: công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải NOx,

CO, HC và diễn biến áp suất trong xy lanh động cơ đảm bảo kết quả mô phỏng bám sát kết quả đo đạc bằng thực nghiệm Sai lệch lớn nhất đối với các thông số công tác của động cơ cụ thể như sau: công suất động cơ 5,10%, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ 4,42%, các giá trị áp suất trong xy lanh động cơ

15,00% Sai lệch lớn nhất đối với các thành phần phát thải động cơ cụ thể như

10

sau: phát thải CO 6,16%, phát thải HC 7,10%, phát thải NOx 15,00%

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới thông số của quá trình cháy

3.2.3 Xác định hệ số dư lượng không khí  của hỗn hợp cháy với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau

Từ các kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm trong Mục 3.2.1 thấy rằng khi càng tăng tỷ lệ cồn ethanol trong hỗn hợp, các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động càng bị suy giảm Một trong những lý do khiến các chỉ tiêu kinh tế - năng lượng của động cơ bị suy giảm là do sự thay đổi các thành phần hỗn hợp cháy Khi càng tăng tỷ lệ cồn ethanol, hỗn hợp càng trở nên “nghèo” đi, nghĩa là

hệ số dư lượng không khí  càng tăng lên Nguyên nhân là do trong hàm lượng nguyên tố Ô xy trong ethanol nhiên liệu cao hơn nhiều so với xăng (xấp xỉ 30%

so với chưa đến 3% của xăng) Do vậy hỗn hợp cháy khi sử dụng xăng sinh học thừa ô xy do đó cần phải tăng lượng nhiên liệu cung cấp để hệ số dư lượng không khí  = 1

3.3 Nghiên cứu mô phỏng xây dựng bộ thông số chuẩn với xăng sinh học

3.3.1 Tính toán mô phỏng lượng nhiên liệu phun đảm bảo hệ số dư lượng không khí  = 1

Do động cơ nguyên bản khi sử dụng xăng sinh học có   1 nên để  = 1 cần phải tăng thêm lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình nhằm tăng độ đậm cho hỗn hợp

* Tại chế độ 20% tải: Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ trong một

chu trình (gct) được tăng lên tương ứng với sự tăng lên của tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học, (hình 3.22)

Hình 3.22 Lượng nhiên liệu và sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp của động cơ ô tô khi điều chỉnh lượng phun nhiên liệu ở 20% tải

Công suất của động cơ sau khi được điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tăng lên rất nhiều và với các loại xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol càng lớn thì công

11

suất càng tăng lên nhiều hơn khi chưa có sự điều chỉnh Công suất của động cơ khi được điều chỉnh sử dụng xăng sinh học E30, E50, E85 và E100 đạt gần tương đương với công suất của động cơ khi sử dụng RON92 (hình 3.23)

Hình 3.23 Công suất, sự thay đổi công suất của động cơ ô tô khi điều chỉnh

lượng phun nhiên liệu ở 20% tải

* Tại chế độ 60% tải và chế độ 100% tải, lượng nhiên liệu cung cấp cũng được điều chỉnh tăng lên tương ứng với tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học và công suất động cơ cũng tăng lên cao hơn so với khi sử dụng xăng thông thường Đặc biệt với chế độ 100% tải nhờ việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp mà động cơ đã hoạt động được với xăng sinh học E85 và E100 ở chế độ này

3.3.2 Tính toán góc đánh lửa sớm để mô men động cơ đạt Memax khi sử dụng xăng sinh học

Sau khi điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ để  = 1, tiến hành điều chỉnh góc đánh lửa sớm để mômen đạt giá trị lớn nhất Memax

* Tại chế độ 20% tải: Kết quả điều chỉnh góc đánh lửa sớm hình 3.29

Hình 3.29 Góc đánh lửa sớm và sự thay đổi góc đánh lửa sớm trung bình của

động cơ ô tô khi điều chỉnh lượng phun nhiên liệu ở 20% tải

Công suất của động cơ sử dụng xăng sinh học sau khi được điều chỉnh góc đánh lửa sớm tăng lên khi so sánh với sử dụng xăng thông thường RON92 tương ứng là 5,0% với E30, 7,29% với E50, 10,63% với E85 và 11,72% với E100 Công suất của động cơ khi được điều chỉnh sử dụng xăng sinh học E30, E50,

3.4 Kết luận chương 3

Mô hình mô phỏng được xây dựng trên cơ sở các thông số kỹ thuật thực

tế của động cơ Toyota 1NZ-FE với mô hình cháy Fractal, mô hình truyền nhiệt

Mô hình Woschni 1978, mô hình nạp thải Zaft, mô hình tổn thất ma sát Patton, các mô hình phát thải NOx, CO, HC và một số mô hình phụ khác đã được lựa chọn trên cơ sở lý thuyết được trình bày trong Chương 2

Mô hình mô phỏng động cơ được hiệu chuẩn dựa trên các số liệu thực nghiệm bao gồm: công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải NOx,

CO, HC và diễn biến áp suất trong xy lanh động cơ đảm bảo kết quả mô phỏng bám sát kết quả đo đạc bằng thực nghiệm Sai lệch lớn nhất đối với các thông số công tác của động cơ cụ thể như sau: công suất động cơ 5,10%, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ 4,42%, các giá trị áp suất trong xy lanh động cơ

15,00% Sai lệch lớn nhất đối với các thành phần phát thải động cơ cụ thể như sau: phát thải CO 6,16%, phát thải HC 7,10%, phát thải NOx 15,00% Lượng phun nhiên liệu được điều chỉnh tăng thêm đảm bảo hệ số dư lượng không khí  = 1 để bộ xử lý khí thải trên động cơ xăng đạt hiệu quả làm việc cao nhất Quá trình điều chỉnh cho thấy khi tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học càng lớn thì lượng nhiên liệu cần điều chỉnh tăng lên cũng tương ứng tăng theo Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh để mô men động cơ đạt giá trị cao nhất