Sử dụng phần mềm AVL Boost để mô hình hóa, nghiên cứu ảnh hưởng của Ethanol tới đặc tính làm việc và phát thải cho động cơ đốt trong. Tài liệu gồm 4 chương:Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu sinh họcChương 2: Ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ đốt trongChương 3: Mô phỏng phần mềm AVL BoostChương 4: Mô phỏng động cơ sử dụng xăng sinh học trên AVL Boost
Trang 1MỤC LỤC
M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC 1
L I CAM ĐOAN ỜI CAM ĐOAN 6
LỜI CAM ĐOANI MỞ ĐẦU 7
CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG I: T NG QUAN ỔNG QUAN 8
1.1 Đ t v n đ ặt vấn đề ấn đề ề .8
1.2 M c đích nghiên c uục đích nghiên cứu ứu 11
1.3 Gi i h n nghiên c uới hạn nghiên cứu ạn nghiên cứu ứu 11
1.4 Nh ng nghiên c u v xăng sinh h c v i t l pha > 5%ững nghiên cứu về xăng sinh học với tỷ lệ pha > 5% ứu ề ọc với tỷ lệ pha > 5% ới hạn nghiên cứu ỷ lệ pha > 5% ệ pha > 5% 12
1.4.1.Tình hình sản xuấn đề.t và sử dục đích nghiên cứung bioethanol trên thế gi iới hạn nghiên cứu 12
1.4.2 Tình hình sản xuấn đề.t và sử d ngục đích nghiên cứu ethanol trong khu v cực 14
1.4.3 Tình hình s n xu t và s d ng ethanol Vi t Namả ấn đề ử ục đích nghiên cứu ở Việt Nam ệ pha > 5% 14
1.5 Phương pháp nghiên cứung pháp nghiên c uứu 18
1.6 N i dung th c hi nội dung thực hiện ực ệ pha > 5% 19
1.7 K t lu n chế ận chương I ương pháp nghiên cứung I 19
CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG II: NHIÊN LI U SINH H C DÙNG CHO Đ NG C ỆU SINH HỌC DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ỌC DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ỘNG CƠ ƠNG I: TỔNG QUAN 20
Đ T TRONG ỐT TRONG 20
2.1 Các lo i nhiên li u sinh h cạn nghiên cứu ệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% 20
2.1.1 Gi iới hạn nghiên cứu thi uệ pha > 5% chung về các nhiên li u cệ pha > 5% ồn sinh học với tỷ lệ pha > 5%c 20
2.1.2 Các lo i nhiên li u sinh h c và phạn nghiên cứu ệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% ương pháp nghiên cứung pháp t ng h pổng hợp ợp 20
2.2.3 Metyl este 24
2.2 Nhiên li u sinh h c xăng pha c nệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% ồ 27
2.2.1 C u taoấn đề .27
2.2.2 Tính ch tấn đề .28
2.3 Th c tr ng s n xu t và s d ng nhiên li u sinh h c Vi t Namực ạn nghiên cứu ả ấn đề ử ục đích nghiên cứu ệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% ở Việt Nam ệ pha > 5% 32
2.3.1 Th c tr ng và tính kinh tực ạn nghiên cứu ế 32
2.3.2 Chi n lế ượpc phát tri n và s d ng nhiên li u sinh h c nển và sử dụng nhiên liệu sinh học ở nước ta ử ục đích nghiên cứu ệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% ở Việt Nam ưới hạn nghiên cứuc ta33 2.4 K t lu n chế ận chương I ương pháp nghiên cứung II 35
CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG III: PH N M M MÔ PH NG Đ NG C AVL BOOST Ầ ỀM MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ AVL BOOST ỎNG ĐỘNG CƠ AVL BOOST ỘNG CƠ ƠNG I: TỔNG QUAN 36
3.1 Gi i thi u chungới hạn nghiên cứu ệ pha > 5% 36
3.1.1 Gi i thi u ph n m m AVL Boostới hạn nghiên cứu ệ pha > 5% ần mềm AVL Boost ề .36
3.1.2 Tính năng c b nơng pháp nghiên cứu ả 37
3.1.3 Tính năng áp d ngục đích nghiên cứu 37
3.1.4 Giao di n c a ph n m m AVL Boostệ pha > 5% ủa phần mềm AVL Boost ần mềm AVL Boost ề .38
3.1.5 Các ph n t c a chần mềm AVL Boost ử ủa phần mềm AVL Boost ương pháp nghiên cứung trình 39
3.1.6 Trình t mô ph ng trên Boostực ỏng trên Boost 43
3.2 C s lý thuy tơng pháp nghiên cứu ở Việt Nam ế 44
Trang 23.2.1 Mô hình h n h p nhiên li uỗn hợp nhiên liệu ợp ệ pha > 5% 44
3.2.2 Mô hình cháy 46
3.2.3 Mô hình truy n nhi tề ệ pha > 5% 52
3.2.4 Quá trình hình thành phát th iả 56
3.3 Qui trình áp d ngục đích nghiên cứu 63
3.3.1 Xây d ng mô hìnhực 63
3.3.2 Nh p d li u cho mô hìnhận chương I ững nghiên cứu về xăng sinh học với tỷ lệ pha > 5% ệ pha > 5% 65
3.3.3 Ch y mô hìnhạn nghiên cứu 65
3.4 K t lu n chế ận chương I ương pháp nghiên cứung III 67
CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG IV: MÔ PH NG Đ NG C S D NG XĂNG SINH H C ỎNG ĐỘNG CƠ AVL BOOST ỘNG CƠ ƠNG I: TỔNG QUAN Ử DỤNG XĂNG SINH HỌC ỤC LỤC ỌC DÙNG CHO ĐỘNG CƠ 68
E > 5 B NG PH N M M BOOST ẰNG PHẦN MỀM BOOST Ầ ỀM MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ AVL BOOST 68
4.1 Tình hình nghiên c u và s d ng nhiên li u sinh h c hi n nayứu ử ục đích nghiên cứu ệ pha > 5% ọc với tỷ lệ pha > 5% ệ pha > 5% 68
4.1.1 Gi i thi u chungới hạn nghiên cứu ệ pha > 5% 68
4.1.2 S d ng ethanol cho phử ục đích nghiên cứu ương pháp nghiên cứung ti n giao thôngệ pha > 5% 69
4.2.Gi i pháp c i ti n đ ng c khi nâng t l c n ethanol trong nhiên li uả ả ế ội dung thực hiện ơng pháp nghiên cứu ỷ lệ pha > 5% ệ pha > 5% ồ ệ pha > 5% .73
4.2.1 Đ ng c xe máyội dung thực hiện ơng pháp nghiên cứu 73
4.2.1.1 Đ c tính c a quá trình cháyặt vấn đề ủa phần mềm AVL Boost 73
4.2.1.2 Công su t đ ng cấn đề ội dung thực hiện ơng pháp nghiên cứu 75
4.2.1.3 Su t tiêu th nhiên li uấn đề ục đích nghiên cứu ệ pha > 5% 78
4.2.1.4 Khí th i ô nhi mả ễm 78
4.2.2 Đ ng c ô tôội dung thực hiện ơng pháp nghiên cứu 83
4.2.2.1 Đ c tính c a quá trình cháyặt vấn đề ủa phần mềm AVL Boost 83
4.2.2.2 Công su t đ ng cấn đề ội dung thực hiện ơng pháp nghiên cứu 84
4.2.2.3 Su t tiêu hao nhiên li uấn đề ệ pha > 5% 85
4.2.2.4 Khí th i ô nhi mả ễm 86
4.3 K t lu n chế ận chương I ương pháp nghiên cứung IV 87
K T LU N VÀ H ẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ƯỚNG PHÁT TRIỂN NG PHÁT TRI N ỂN 89
TÀI LI U THAM K ỆU SINH HỌC DÙNG CHO ĐỘNG CƠ H O ẢO 91
DANH M C PH L C ỤC LỤC ỤC LỤC ỤC LỤC 1
PH L C ỤC LỤC ỤC LỤC 2
Trang 3DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Một số nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam 15
Bảng 1.2 Các thông số cơ bản của động cơ ô tô Toyota – 5A 18
Bảng 2.1 Tính chất vật lý của cồn ethanol 29
Bảng 2.2 So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu dầu mỏ 32
Bảng 3.1 Các lệnh cơ bản trong phần mềm AVL BOOST 39
Bảng 3.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx Hệ số tốc độ của mô hình k = ATBexp (−E /T ) 62
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động cơ Toyota – 5A 63
Bảng 3.4 Số lượng các phần tử để hoàn thiện mô hình 64
Bảng 3.5.Các thông số điều khiển chung 65
Bảng 3.6 Kết quả so sánh về công suất khi chạy mô phỏng mô hình 66
Bảng 3.7 Công suất không thay đổi khi cấp nhiên liệu xăng pha cồn 66
Bảng 3.8 Thay đổi công suất với từng loại hỗ hợp xăng pha cồn 67
Bảng 4.1 Những yêu cầu cải tiến động cơ cần thiết khi tăng tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol [16] 72
Bảng 4.2 Thời gian cháy trễ và thời gian cháy nhanh của các loại nhiên liệu 74
Bảng 4.3 Công suất động cơ khi chạy các loại nhiên liệu khác nhau (kW) 75
Bảng 4.4 Lượng nhiên liệu cần dùng để công suất không đổi khi tăng tỉ lệ ethanol trong nhiên liệu (g/chu trình) 77
Bảng 4.5 Độ tăng của đường kính lỗ gic-lơ để công suất động cơ không đổi 78
Bảng 4.6 Nồng độ CO khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) 79 Bảng 4.7 Nồng độ HC khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) 81 Bảng 4.8 Nồng độ NOx khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) .82
Trang 4DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam 8
Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2008 9
Hình 1.3 Lượng khí thải CO do các 9
Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm phương tiện cơ giới đường bộ 9
Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2009 10
Hình 1.6 Biểu đồ sản xuất ethanol trên thế giới năm 2006, [2] 12
Hình 1.7 Sản lượng ethanol nhiên liệu thế giới năm 2008, [2] 13
Hình 1.8 Biểu đồ sản xuất biofuel trên thế giới đến năm 2007, [3] 13
Hình 1.9 Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới(triệu Gallons), [4] 14
Hình1 10 Nhà máy sản xuất ethanol tại Quảng Ngãi 15
Hình 1.11 Cây xăng bán xăng ethanol tại Việt Nam 16
Hình 2.1 Quy trình sản xuất methanol trong công nghiệp 21
Hình 2.2 Lượng ethanol sản xuất trên toàn thế giới, [4] 22
Hình 2.3 Quy trình sản xuất ethanol 23
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống cải tiến động cơ Diesel để dùng nhiên liệu dầu thực vật 24 Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL Boost 38
Hình 3.2 Giao diện các thông số điều khiển ban đầu 44
Hình 3.3 Giao diện mô tả sự thiết lập mô hình hỗn hợp nhiên liệu 45
Hình 3.4 Màng lửa tới thành xylanh và sự bắt đầu của hiện tượng cháy sát vách 51
Hình 3.5 Sự hình thành hỗn hợp khí bên trong và bên ngoài xi lanh 52
Hình 3.6 Xupap 56
Hình 3.7 Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lượng CO cân bằng và CO động học (tốc độ động cơ 3000rpm, toàn tải, A/F = 12,6) 57
Trang 5Hình 3.8 Tỷ lệ mol dự đoán của CO theo hàm giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dư
lượng không khí (tốc độ động cơ 3000rpm, toàn tải) 58
Hình 3.9 Tỷ lệ mol dự đoán của HC theo hàm giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dư lượng không khí (tốc độ động cơ 3000rpm, toàn tải) 61
Hình 3.10 Mô hình mô phỏng 64
Hình 4.1 Sự biến động của giá dầu thế giới trong những năm gần đây (USD/thùng) .69
Hình 4.2 Diễn biến áp suất, nhiệt độ trong xylanh động cơ tại 7500 vòng/phút 73
Hình 4.3 Tốc độ toả nhiệt của động cơ sử dụng các loại nhiên liệu ở 7500 v/phút 74 Hình 4.4 Độ giảm công suất khi sử dụng các loại nhiên liệu (so với E0) 76
Hình 4.5 Nhiên liệu cần bổ sung để công suất động cơ không đổi 77
Hình 4.6 Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sử dụng xăng pha cồn 78
Hình 4.7 Phát thải CO khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 80
Hình 4.8 Phát thải HC khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 81
Hình 4.9 Phát thải NOx khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 83
Hình 4.10 Diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xylanh động cơ 84
Hình 14.11 Diễn biến tốc độ toả nhiệt trong xylanh động cơ 84
Hình 4.12 Sự thay đổi công suất động cơ so với khi sử dụng xăng 85
Hình 4.13 Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để công suất động cơ không đổi85 Hình 4.14 Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ so với khi sử dụng xăng 86
Hình 4.15 Thay đổi phát thải CO khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 86
Hình 4.16 Thay đổi phát thải HC khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 87
Hình 4.17 Thay đổi phát thải NOx khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 87
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập không sao chép của người khác Các nguồn tài liệu trích dẫn, các số liệu sử dụng và nội dung chuyên đề đều trung thực Đồng thời tôi xin cam đoan rằng kết quả quá trình nghiên cứu này chưa từng được công bố trong bất kỳ chương trình nghiên cứu khác
Tác giả luận văn
TRẦN KIM VIỆT
Trang 7LỜI MỞ ĐẦU
Động cơ đốt trong có một vai trò quan trọng đối với sự phát triển nềnkinh tế thế giới, nó là nguồn động lực chủ yếu cho phát triển giao thông, xâydựng, khai khoáng… Nhiên liệu cung cấp cho động cơ đốt trong là xăng vàdiesel, tuy nhiên đây là những loại nhiên liệu có xuất xứ từ dầu mỏ hay nói cáchkhác là nhiên liệu hóa thạch và được dự báo là sẽ cạn kiệt trong vòng vài chụcnăm tới do nhu cầu khai thác và sử dụng đang ngày càng gia tăng của con người
Do đó, nhiều nước trên thế giới đang tìm cách phát triển các nguồn nhiênliệu thay thế khác, trong đó phải kể đến nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồngốc động thực vật Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động vật (mỡđộng vật ) ngũ cốc (lúa mì, ngô…) chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,…),sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…) Nhiên liệu sinhhọc được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là nhiên liệu sinh học dùngcho động cơ xăng Nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ xăng có thể kể đến nhưbioethanol và biomethanol, trong đó đặc biệt là bioethanol, đây là loại nhiên liệusinh học được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới
Do vậy, trong luận văn này, tôi sẽ chình bày về nhiên liệu sinh học dùng chođộng cơ xăng như bioethanol, trong đó tập trung chủ yếu vào bioethanol để hiểu rõ
về các vấn đề liên quan đến các loại nhiên liệu này
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy GS Phạm Minh Tuấn, cảm ơn
các bạn trong lớp Cao học 2011B- lớp Kỹ thuật động cơ nhiệt đã giúp đỡ tôihoàn thành bài viết này Vì thời gian và trình độ chuyên môn còn hạn chế nênbài viết không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp để luậnvăn được hoàn thiện hơn
Xin trân trọng cảm ơn!
Trang 8Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam
yếu ở hai thành phố lớn là TP Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà Nội (hình 1.1) Theo
thống kê mới nhất của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đến tháng 6năm 2011 là 1,344 triệu xe
Trang 9Với tốc độ tăng trung bình khoảng
10% số lượng xe ô tô như hiện nay chính
là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường
cũng như lượng tiêu thụ nhiên liệu Theo
báo cáo môi trường quốc gia năm 2010,
hoạt động giao thông đóng góp gần 85%
lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn
quốc và chiếm khoảng 70% nguồn gây ô
nhiễm không khí ở các khu đô thị lớn (hình 1.2).
Ở các đô thị, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối với khôngkhí, đặc biệt là sự phát thải các khí CO, VOC, và NO2 Lượng khí thải này tăng lênhàng năm cùng với sự phát triển về số lượng và các phương tiện giao thông đường
Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loại phương tiệngiao thông kém và hệ thống giao thông
chưa tốt thì lượng khí thải gây ô nhiễm
môi trường không khí từ giao thông vận
tải đang có xu hướng gia tăng Xe ô tô, xe
máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng
loại Nhiều xe đã qua nhiều năm sử dụng
nên có chất lượng kỹ thuật thấp, có mức
tiêu thụ nhiên liệu và nồng độ chất độc
hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn
Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của
Việt Nam năm 2008
Hình 1.3 Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra
Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm phương tiện cơ giới đường bộ
Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử
dụng tại Hà Nội năm 2009
Trang 10Ngay tại các thành phố lớn, tỷ lệ những xe đã qua sử dụng nhiều năm vẫn cao (hình 1.5).
Vì vậy với điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông, số lượng, chất lượng cácphương tiện giao thông như ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung thì vấn đềtiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang là một trongnhững vấn đề được nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để cải thiện môi trườngcũng như năng lượng
Nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học ngày càng được tăng cường trênthế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng nhằm góp phần giảm dần sự phụ thuộcvào nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường
Ngày 20/11/2007 Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định 177/2007/QĐ-TTg phêduyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2020,[1] Theo đó, đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn(pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước và đếnnăm 2025 những số liệu tương ứng là 1,8 triệu tấn và 5% Để thực hiện Đề án,nhiều nghiên cứu đã được tiến hành đã đi đến kết luận rằng sử dụng xăng E5 (95%A92 + 5% ethanol) không ảnh hưởng đến tính năng kinh tế kỹ thuật, tuổi thọ củađộng cơ và không phải thực hiện bất cứ điều chỉnh hay thay đổi gì Vì vậy, xăng E5
đã được chính thức bán trên thị trường với giá rẻ hơn A92 khoảng 500đ/lít Ngoài
ra, nhiều đề tài nghiên cứu đang được tiến hành nhằm tăng tỷ lệ pha ethanol lớn hơn5% để tận dụng những ưu việt của xăng pha ethanol và tạo thị trường để tăng cườngsản xuất ethanol, đồng thời thực hiện lộ trình tăng tỷ lệ nhiên liệu sinh học như đãnêu ra trong Đề án nói trên
Khi tăng tỷ lệ pha ethanol, cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ pha đếntính năng kinh kế, kỹ thuật, phát thải và tuổi thọ của động cơ cũng như đến tính cầnthiết phải điều chỉnh hoặc thay đổi kết cấu động cơ và vật liệu các chi tiết
Đề tài “Nghiên cứu mô phỏng tính năng động cơ xăng lắp trên ô tô sử dụngxăng sinh học có tỷ lệ ethanol lớn hơn 5%” nhằm thực hiện một trong những nộidung nói trên
Trang 111.2 Mục đích nghiên cứu
Đánh giá được tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng khidùng nhiên liệu xăng sinh học có tỷ lệ ethanol lớn hơn 5% bằng phương pháp môphỏng
1.3 Giới hạn nghiên cứu
Việc thực hiện đề tài này nhằm mục đích thông qua phần mềm mô phỏng hiệnđại AVL BOOST đánh giá việc sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn ethanol đến đặctính của động cơ ô tô Qua đó cũng có thể đánh giá khả năng tăng tỷ lệ ethanol trongnhiên liệu
Vì Việt Nam mới chỉ bắt đầu sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn với tỷ lệ thấp(5%) nên muốn nâng tỷ lệ ethanol lên cao hơn từ 10 – 20% thì phải có quá trìnhnghiên cứu, xác định ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu đó đến tính năng làm việc,phát thải, tuổi thọ của động cơ ở nhiều chế độ làm việc, các dải tốc độ khác nhau
Vì vậy em đã tiến hành mô phỏng động cơ chạy ở nhiều dải tốc độ khác nhau ở chế
độ toàn tải – chế độ làm việc khắc nghiệt nhất của động cơ Kết quả cũng cho thấyđược sự thay đổi về công suất, phát thải, suất tiêu hao nhiên liệu cũng như đặc tínhcháy của động cơ khi sử dụng hai loại nhiên liệu trên Từ đó có thể đánh giá đượcphần nào những ưu việt của việc sử dụng nhiên liệu mới trên động cơ xăng hiện naycũng như những thay đổi về kết cấu của động cơ để đảm bảo những tính năng kĩthuật mà mình mong muốn khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên em chưa thể tìm hiểu hết tất cả những ảnhhưởng của việc sử dụng hỗn hợp xăng – nhiên liệu thay thế đến các yếu tố khác củađộng cơ như pha phối khí phù hợp Mặc dù AVL Boost là một trong những phầnmềm một chiều mô phỏng quá trình nhiệt động học của động cơ đốt trong hiện đạinhất nhưng chắc chắn quá trình mô phỏng vẫn còn có rất nhiều điểm khác so vớiquá trình trong thực tế Vì vậy để đảm bảo tính chính xác của mô hình thì cần phải
có quá trình thử nghiệm thực tế giống với điều kiện mô phỏng
1.4 Những nghiên cứu về xăng sinh học với tỷ lệ pha > 5%
1.4.1.Tình hình sản xuất và sử dụng bioethanol trên thế giới
Trang 12Hiện nay, ethanol nhiên liệu trên thế giới được sản xuất chủ yếu từ míađường và các nguyên liệu chứa tinh bột Năm 2003 toàn thế giới đã sản xuất được38,5 tỷ lít ethanol nhiên liệu (trong đó châu Mỹ chiếm khoảng 70%, châu Á 17%,châu Âu 10%), trong đó 70% được dùng làm nhiên liệu, 30% được sử dụngtrong công nghiệp thực phẩm, y tế, hoá chất hình (1.6).
Hình 1.6 Biểu đồ sản xuất ethanol trên thế giới năm 2006, [2]
Trang 13
Hình 1.7 Sản lượng ethanol nhiên liệu thế giới năm 2008, [2]
Theo biểu đồ hình 1.6 cho thấy vào năm 2006 Brasil, Mỹ và Trung Quốc là
3 quốc gia đứng đầu về sản xuất và sử dụng ethanol nhiên liệu Đến năm 2008,trên thế giới đã sản xuất được trên 17,3 tỷ gallons ethanol nhiên liệu, trong đó Mỹvẫn là quốc gia đứng đầu về sản lượng ethanol so với các nước khác trên thế giới,đặc biệt độ chênh lệch về sản lượng ethanol của nước này so với quốc gia đứng thứthứ hai là Brazil đã vượt xa hơn nhiều so với năm 2006 (hình 1.7)
Xét về mức độ phát triển của nhiên liệu sinh học trên thế giới trong những năm
qua được thể hiện trên hình 1.8 Qua hình 1.8 chúng ta nhận thấy kể từ năm 2000đến năm 2007 lượng nhiên liệu sinh học đã tăng từ 17 tỷ lít vào năm 2000 lên tớihơn 52 tỷ lít vào năm 2007 Trong đó ethanol tăng từ 16 tỷ lít (năm 2000) lên hơn
41 tỷ lít (năm 2007) nhiên liệu sinh học đã đóng góp tới hơn 2% tổng lượng nhiênliệu sinh học cho các phương tiện vận tải trên thế giới
Hình 1.8 Biểu đồ sản xuất biofuel trên thế giới đến năm 2007, [3]
Trang 141.4.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trong khu vực
Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là quốc gia phát triển rất nhanh về sảnxuất và sử dụng xăng pha cồn sản xuất từ sắn, ngô, gỉ đường, bã mía Năm 2004,Thái Lan đã sản xuất trên 280.000 m3 cồn, đầu tư 20 nhà máy để năm 2015 có trên2,5 tỷ lít cồn dùng làm nhiên liệu
Hình 1.9 Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới(triệu Gallons), [4]
1.4.3 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol ở Việt Nam
a) Tình hình sản xuất
Cồn ở Việt Nam trước kia được sản xuất chủ yếu từ nguồn nguyên liệu gỉ
đường Mỗi năm tổng công suất sản xuất cồn trên cả nước đều tăng tập trung ở 3nhà máy lớn có công suất từ 15.000 – 30.000 lít/ngày là nhà máy đường HiệpHoà, Lam với công suất từ 3.000 – 5.000 lít/ngày Sản lượng cồn Việt Nam hiệnnay còn rất nhỏ, công suất sản xuất của mỗi nhà máy cũng nhỏ, các đơn vị sảnxuất cồn đang gặp nhiều khó khăn do nguồn nguyên liệu không ổn định, côngnghệ sản xuất lạc hậu, tốn nhiều chi phí sản xuất nên sản phẩm không có sức cạnhtranh cao
Do nhu cầu thị trường tiêu thụ cồn trong nước ngày càng tăng, gần đây cácđơn vị sản xuất cồn trong nước đẩy mạnh sản xuất, đồng thời mở rộng thêmnhiều nhà máy mới
Trang 15Hình1 10 Nhà máy sản xuất ethanol tại Quảng Ngãi
Công ty cổ phần mía đường Biên Hoà đầu tư xây dựng nhà máy côngsuất 50.000 tấn/năm, Công ty Đồng Xanh đầu tư xây dựng nhà máy công suất60.000 lít/ngày, Công ty CP Cồn sinh học Việt Nam đầu tư nhà máy 66.000m3/năm tại Đắc Lắc, BIDV đầu tư nhà máy công suất 100.000 tấn/năm tại QuảngNam, Công ty CP Hoá dầu và Nhiên liệu Sinh học Dầu khí xây dựng nhà máycông suất 100.000 tấn/năm tại Phú Thọ…
Bảng 1.1 Một số nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam
Nhà máy Đại
Lộc, Quảng Nam
100 triệu lít/năm
Xanh
Đang hoàn thành lắp đặt máy
Nhà máy
Cư-Dút, Đắc Nông
50 triệu lít/năm
Tháng12/2008
Công ty Đại Việt Đang chạy thử
Nhà máy Tam
Nông, Phú Thọ
100 triệu lít/năm
Tháng 6/2011 Công ty PVB,
thuộc PV OIL
Đã động thổkhởi công kýhợp đồng EPCNhà máy
Dung Quất
100 triệu lít/năm
Tháng 7/2011 Petrosetco,
NMLD Bình Sơn
Đã động thổkhởi công kýhợp đồng EPCNhà máy
Bình Phước
100 triệu lít/năm
ITOCHU Nhật bản và PV OIL
Dự kiến quý I năm 2010 ký hợp đồng EPC
Trang 16b) Tình hình sử dụng
Hình 1.11 Cây xăng bán xăng ethanol tại Việt Nam
Ngày 15/9/2008 Công ty cổ phần kinh doanh hóa dầu và nhiên liệu sinhhọc (PVB), một đơn vị thành viên của Tổng Công ty dầu Việt Nam (PVOIL) đãlần đầu tiên giới thiệu và bán thí điểm xăng E5 tại hai trạm bán lẻ xăng dầu ở HàNội thuộc hệ thống phân phối xăng dầu của PVOIL PVB nhập khẩu ethanol tuyệtđối 99,6 % thể tích từ Trung Quốc, sau đó pha với xăng A95 và A92 với tỷ lệ 5
% ethanol theo thể tích để thành xăng ethanol E5 Xăng vẫn bảo đảm an toàn chođộng cơ đồng thời giảm ô nhiễm môi trường
Xăng E5 ban đầu được bán thử nghiệm cho 50 xe tắc xi gồm hai loại: loại 4chỗ và 7 chỗ ngồi, thuộc hiệp hội taxi thành phố Hà Nội Thời gian bán thửnghiệm là 6 tháng, PVB đã thu thập các ý kiến phản hồi từ khách hàng để trình kếtquả thử nghiệp với Bộ Công thương
Sự giới thiệu và sử dụng xăng E5 đã được công chúng tiếp nhận nhiệt tìnhtrong điều kiện hoàn cảnh giá xăng dầu trong nước và lạm phát tăng cao Hàngnghìn người đã xếp hàng chờ mua và háo hức sử dụng loại nhiên liệu mới này
Trang 17Tuy nhiên Bộ Công thương đã yêu cầu dừng bán xăng E5 rộng rãi ra côngchúng vì đến thời điểm năm 2008, Việt Nam chưa có quy chuẩn quy định về xăngpha ethanol, trong khi đó xăng dầu là mặt hàng phải tuân theo quy chuẩn của Nhànước nên không thể bán ra thị trường nếu không có quy chuẩn Công ty PVB chỉđược phép bán thử nghiệm cho các xe taxi một thời gian để đánh giá tác động củaloại xăng mới đối với động cơ xe đang lưu hành tại Việt Nam, sau đó phải có quychuẩn Nhà nước về loại xăng này mới được bán rộng rãi ra công chúng.
Nhiều công ty và các tổ chức khoa học cũng đã chủ động phối hợp nghiên cứu
và thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của việc xăng pha ethanol đối với động cơ
và việc phân phối thử nghiệm xăng E5 thương mại như trung tâm nghiên cứu dầukhí (PVPRO), Công ty taxi Đà Nẵng, Công ty xăng dầu Petrolimex miền trung,Công ty cổ phần sản xuất ethanol Đồng Xanh, Viện Nghiên cứu rượu bia vànước giải khát cũng đã nghiên cứu và đưa ra các kết quả về sử dụng ethanol làmnhiên liệu thay thế cho một số loại động cơ Viện Công nghệ thực phẩm đã vàđang nghiên cứu sản xuất ethanol từ phế thải nông nghiệp Nhiều đơn vị trong đó
có APP, Sài Gòn Petro, Công ty Mía đường Lam Sơn đã lên kế hoạch pha chế thửnghiệm và tiến tới sản xuất ở ethanol quy mô phù hợp và đưa vào sử dụng
Tổng công ty xăng dầu Việt Nam (Petrolimex) đã phối hợp với một số trườngđại học lớn như Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minhtiến hành nhiều nghiên cứu về việc sử dụng nhiên liệu sinh học, trong đó đã chứngminh việc sử dụng xăng pha ethanol thay thế xăng thông thường tốt hơn cho động
cơ xăng
Đi tiên phong trong việc xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh học là TổngCông ty Dầu Việt Nam (PV OIL) PV OIL đã tiến hành đầu tư hai nhà máy ethanolvới tổng công suất 200 triệu lít/năm, trong đó dự án đầu tư xây dựng Nhà máyethanol Bình Phước được thực hiện với sự hợp tác đầu tư cùng Tập đoànITOCHU Nhật Bản tại tỉnh Bình Phước
Sau khi Bộ Công thương đã chấp thuận kết quả thử nghiệm xăng E5 củacông ty PVB và trên cơ sở các tiêu chuẩn về nhiên liệu E5, B5 mới được ban hành
Trang 18trong tháng 5/2009, Tổng công ty Dầu Việt Nam đã thành Ban chuyên trách (taskforce) gồm các lãnh đạo và các nhân sự chủ chốt của PV OIL để tiến hành triểnkhai bán thí điểm xăng E5, B5 trên phạm vi 6 tỉnh thành lớn nhất Việt Nam là thànhphố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ, Đà Nẵng, Vũng Tầu, Nha Trang, [5].
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Như đã trình bày ở trên với tốc độ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô
tô như hiện nay thì tình trạng ô nhiễm môi trường, lượng tiêu thụ nhiên liệu cũng sẽtăng tỷ lệ thuận với tốc độ tăng số lượng xe ô tô Việc nghiên cứu các giải pháp vềmặt kỹ thuật cũng như nhiên liệu để giảm được phát thải từ động cơ, giảm lượngnhiên liệu tiêu thụ là vô cùng cấp bách Ngoài các hướng nghiên cứu cải tiến động
cơ như chuyển từ động cơ dùng chế hoà khí sang phun xăng điện tử, sử dụngnguyên lý HCCI, động cơ hybrid thì cải thiện chất lượng nhiên liệu cũng là mộthướng đi rất được quan tâm hiện nay Với số lượng ô tô ngày một tăng nhanh, nước
ta đã bước đầu tập trung vào nghiên cứu vào việc ứng dụng sử dụng nhiên liệu sinhhọc E5, E10… Vì vậy, trong nội dung của luận văn, em xin trình bày về việc nghiêncứu sử dụng nhiên liệu mới trên động cơ ô tô Toyota – 5A sử dụng chế hòa khí trênphầm mềm AVL Boost Dưới đây là bảng thông số cơ bản của động cơ Toyota –5A:
Bảng 1.2 Các thông số cơ bản của động cơ ô tô Toyota – 5A
Loại động cơ Động cơ 4 xy lanh, đánh lửa cưỡng bức
Công suất cực đại 58,2 kW/4800 vòng/phút
Hệ thống nhiên liệu Bộ chế hòa khí
Trang 191.6 Nội dung thực hiện
- Nghiên cứu tổng quan về nhiên liệu xăng sinh học nói chung và xăng phacồn nói riêng
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán trong phần mềm BOOST
- Xây dựng mô hình động cơ TOYOTA 5AC trên phần mềm BOOST (nhập dữliệu đầu vào, chạy mô hình và đánh giá độ tin cậy của mô hình)
- Sử dụng mô hình để khảo sát:
+ Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu E5, E10, E20 và E85 đến đặc tínhcông suất, tiêu hao nhiên liệu và mức phát thải của động cơ bằng phần mềmBOOST
+ Lựa chọn lượng nhiên liệu cung cấp (Gnl tăng) và góc đánh lửa sớm
(S giảm) phù hợp để đảm bảo cho động cơ làm việc với nhiên liệu E5, E10, E20 vàE85 có đặc tính kỹ thuật như động cơ sử dụng nhiên liệu xăng thông thường
+ Giảm phát thải NOx bằng luân hồi khí thải (nếu có thể)
1.7 Kết luận chương I
Như trên đã trình bày, ta thấy được ảnh hưởng của ô tô đến giao thông, ônhiễm tại Việt Nam là rất lớn và ngày một tăng mạnh Việc nghiên cứu các giảipháp để giảm thiểu những ảnh hưởng không tốt của ô tô đến vấn đề an ninh nănglượng và ô nhiễm môi trường là điều vô cùng cấp bách Sử dụng nhiên liệu thay thế
để dần thay thế cho xăng và diesel là một trong những hướng đi đang được quantâm hiện nay Để ứng dụng được vào thực tế thì cần phải có quá trình nghiên cứu kỹlưỡng cả lý thuyết lẫn thực nghiệm Để quá trình thực nghiệm trở nên đơn giản hơnthì ta có thể tiến hành nghiên cứu trên lý thuyết trước đó thông qua các phần mềm
mô phỏng hiện đại Vì vậy với nội dung của luận văn, em hy vọng nó có thể giúpích phần nào trong việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học ethanol
Trang 20CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU SINH HỌC DÙNG CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG2.1 Các loại nhiên liệu sinh học
2.1.1 Giới thiệu chung về các nhiên liệu cồn sinh học
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất cónguồn gốc động thực vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của độngthực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thảitrong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa,sản phẩm gỗ thải ), Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel, biogas, ethanol phatrộn (ethanol – blended fuels), dimetyl este sinh học và dầu thực vật Nhiên liệu sinhhọc hiện nay sử dụng trong giao thông vận tải là ethanol sinh học, diesel sinh học vàxăng pha ethanol Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiênliệu truyền thống (dầu khí, than đá…)
2.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học và phương pháp tổng hợp
Như khái niệm ở trên về nhiên liệu sinh học thì nhiên liệu sinh học được sảnxuất từ rất nhiều dạng khác nhau Tuy nhiên, chúng ta có thể tổng hợp một sốnguyên liệu chính để sản xuất ra nhiên liệu sinh học
2.1.2.1 Cồn
a) Methanol
Đây là loại cồn đơn giản nhất chỉ chứa một nguyên tử C trong mỗi phân tử
Nó không có màu, là chất lỏng nhạt với mùi gầy chóng mặt, độc và gây ăn mòn.Chất lỏng methanol có thể hấp thụ qua da Phần lớn methanol được làm từ than đá
và khí tự nhiên, cũng có thể được làm từ nguồn tái sinh như gỗ hoặc giấy thải.methanol thường được biết tới như “cồn gỗ” Để làm nguyên liệu động cơ chúng ta
có thể dùng methanol nguyên chất (M100), thực tế chỉ dùng M85 là hỗn hợp chứa85% methanol và 15% xăng, có chỉ số octan 102 Do M85 là chất lỏng, nó có thểđược tích trữ và phân phối trong hệ thống phân phối chất lỏng như xăng Để dùngM85, động cơ phải được thay đổi cho phù hợp như: tỷ số nén cao hơn, hệ thống nạp
Trang 21phải thiết kế lại để đảm bảo lấy đủ khí và dầu bôi trơn chịu được sự tấn công tựnhiên của methanol Do vậy, hầu hết trên động cơ dùng nhiên liệu thay thế đềuđược trang bị một cảm biến đặc biệt để nhận biết tỷ lệ cồn và xăng rồi đưa ra tínhiệu phản hồi tới ECU để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu phù hợp cũng như quyết địnhtới thời điểm đánh lửa Động cơ dùng nhiên liệu methanol yêu cầu loại dầu bôi trơnriêng, đắt hơn dầu thường vì được sản xuất với số lượng hạn chế.
Methanol được sản xuất nhờ quá trình hóa hơi khí thiên nhiên, trong quátrình này thì thành phần lưu huỳnh trong khí thiên nhiên sẽ được lọc sạch Tiếp đó,khí thiên nhiên sẽ được 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 chếmethanol
Hình 2.1 Quy trình sản xuất methanol trong công nghiệp b) Ethanol
Ethanol có thể được sản xuất từ nguồn nhiên liệu sinh học như khoai tây,ngô, củ cải đường, mía đường, gỗ, chất thải nhà máy bia và nhiều sản phẩm nôngnghiệp khác, thực phẩm hỏng trong quá trình nên men và cũng có thể sản xuất từkhí thiên nhiên và dầu thô Ethanol hầu như không độc, hòa tan được trong nước, cóthể bị phân hủy và dễ cháy hơn xăng Ethanol nguyên chất ít được dung làm nhiênliệu, nhưng thường được trộn với xăng để tạo ra nhiên liệu sạch Theo thống kê cuối
Trang 22năm 2012, sản lượng ethanol trên toàn thế giới đạt 21,653 triệu gallons (81,965 triệulít) tăng 25% so với năm 2008 Điều đó chứng minh thế giới đang rất quan tâm tớinguồn năng lượng thay thế này và đồng thời ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệusinh học, nhiên liệu ethanol sẽ rất phát triển trong những năm tới Tiên phong trongviệc ứng dụng và sản xuất ethanol là Mỹ (33,455 triệu lít) và Brazil (22,674 triệulít)
Nhiều năm qua ở Mỹ, người ta pha 10% thể tích ethanol vào xăng và gọi làxăng pha cồn hoặc E10 Brazil là nước đi đầu về việc ứng dụng ethanol làm nhiênliệu sử dụng động cơ trên toàn thế giới và họ sử dụng chủ yếu là ethanol sinh họcđược làm từ mía đường
Hình 2.2 Lượng ethanol sản xuất trên toàn thế giới, [4]
Trang 23Hình 2.3 Quy trình sản xuất ethanol 2.1.2.2 Dầu thực vật
Nhiên liệu thực vật về tính chất lý hóa, phần lớn có trị số Xetan cao và trị sốOctan thấp, độ nhớt và nhiệt độ tự cháy thấp chỉ có thể sử dụng cho động cơ diesel.Dầu thực vật có thể là nhiên liệu bao gồm hạt cây cải dầu, dầu oliu, dầu hạt đậutương, dầu cọ, dầu cây hướng dương, dầu ngô Tính chất của chúng là loại nhiênliệu tiềm năng dùng cho động cơ diesel Lần đầu tiên, vào đầu thập kỷ 70 của thế kỷtrước, dầu thực vật thô được thử làm nhiên liệu cho động cơ diesel Kết quả thửnghiệm cho thấy, những loại dầu này so với nhiên liệu diesel có thời gian phun dàihơn, thời gian cháy trễ ngắn hơn, thời gian cháy dài hơn Còn các cuộc thử nghiệmbền cho thấy có sự thoái hóa động cơ nhanh hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệudiesel, có sự mài mòn của bơm cao áp, đóng muội than ở đế xupap, vòi phun, thanxupap, và tích tụ trong buồng cháy, đỉnh piston, hiệu suất động cơ giảm đáng kể,công suất động cơ giảm, dễ kẹt xéc măng, tắc hệ thống nhiên liệu, đóng muội thantrong buồng cháy Dầu thực vật thô cũng có nhiệt độ khởi động lạnh rất cao, vì vậycần phải sấy nóng nhiên liệu trước khi khởi động
Trang 242.2.3 Metyl este
Đây là một loại biodiesel Biodiesel thường dùng có tên là monoankyl este(methyl hoặc ethyl este) của axit béo có chuỗi phân tử dài được lấy từ lipit như dầuthực vật hoặc mỡ thực vật Nó là sản phẩm trong quá trình este hóa từ dầu nho, dầuđậu tương, dầu cây hướng dương, dầu conola, dầu cọ được sử dụng như dầu ăn vànhiều chất béo khác Dầu đậu được dùng nhiều ở Mỹ, trong khi dầu nho được sửdụng khá nhiều ở Châu Âu Quá trình este hóa dễ dàng thực hiện được khi methanolđược dùng làm chất phản ứng để thu được methyl este Phản ứng này có thể thựchiện trong điều kiện nhiệt độ khoảng 500C và áp suất khí quyển với glyxerin là sảnphẩm phụ
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống cải tiến động cơ Diesel để dùng nhiên liệu dầu thực vật
Trang 25Quá trình Este hóa sản xuất biodiesel, như sau
Diesel sinhhọc dùng trong động cơ được phân loại trên cơ sở thành phần axit béo tự do (FFA)
- Dầu tinh chế (FFA < 1,5%)
- Mỡ động vật và dầu mỡ có thành phần FFA thấp (FFA < 4%)
- Quá trình Este hóa sản xuất biodiesel
- Mỡ động vật và dầu mỡ có thành phần FFA cao (FFA < 20%)
Diesel sinh học không độc, có thể bị vi khuẩn phân hủy, đặc biệt không tantrong nước, cơ bản không chứa sunphua hoặc gốc thơm Nó làm mềm và thoái hóacác tạp chất cao su tự nhiên và có thể ảnh hưởng tới các thành phần của hệ thốngnhiên liệu Có thể sử dụng nhiên liệu diesel sinh học nguyên chất hoặc pha với dầudiesel thông thường Vì biodiesel có tính chất bôi trơn đặc biệt nên thường đượcdùng như chất phụ gia nhờn cho nhiên liệu diesel có hàm lượng sunphua thấp Mặthạn chế khi sử dụng diesel sinh học tinh khiết làm nhiên liệu là nhiệt độ của nó thấp
và tính ổn định sinh học Hòa trộn với nhiên liệu diesel cơ bản chứa 20% diesel sinhhọc làm nâng cao độ nhớt động học ở nhiệt độ thấp
Trang 26khác methyl tertiary butyl ether (MTBE), ethyl tertiary butyl ether (ETBE), vàtertiary amyl methyl ether (TAME) Chúng chứa từ 1 tới 6 nguyên tử cacbon trongmỗi phân tử Nhờ thể hiện tính chống kích nổ tốt, chúng có thể thay thế tốt cho cácchất có gốc thơm Cồn đã được sử dụng trong xăng từ những năm 30 và MTBEđược sử dụng lần đầu tiên trong các sản phẩm xăng thương mại ở Ý và năm 1973.
2.1.2.5 Dimetyl ether (DME)
DME là hợp chất có công thức hóa học đơn giản nhất và được sử dụng mộtcách rộng rãi như là chất đẩy dùng trong các bình xịt DME là chất khí ở nhiệt độmôi trường và áp suất khí quyển, nhưng có thể hóa lỏng với điều kiện áp suất thấp(0,5 MPa tại 250C) Nó có thể được sản xuất từ gas tự nhiên (khử H2 của methanol)hoặc từ sinh vật DME không độc, không ăn mòn và không có chất gây ung thư,trong trường hợp bị rò rỉ thì nó phân hủy nhanh trong khí quyển Về mặt sinh thái,DME cũng được coi là một loại nhiên liệu tốt cho động cơ, bởi nó rất dễ cháy vàphát thải it DME có chỉ số Octan cao khoảng 60 Tính bôi trơn của DME thấp vì độnhớt của nó thấp (khoảng 1/30 so với nhiên liệu diesel) Vì vậy, để tránh mài mònvòi phun cần được cho thêm chất bôi trơn Trước đây, DME nguyên chất là nhiênliệu tốt cho động cơ diesel vì động cơ sử dụng nhiên liệu đó có đặc điểm cháy rấttốt, lượng phát thải thấp, đặc biệt giảm phát thải NOx và khói Sử dụng DME trênphương tiện vận tải có ưu điểm hơn là dùng methanol do sử dụng nhiên liệumethanol có quá trình cháy xấu, tuy nhiên có thể khắc phục nhược điểm này bằngcách chuyển hóa methanol thành DME theo phản ứng:
2 CH3OH → CH3OCH3 + H2O
Phản ứng này cần có mặt chất xúc tác α – Al2O3, lựa chọn theo tính toán vềhiệu quả và giá thành của nó Ở nhiệt độ thấp và áp suất môi trường, DME là mộtchất khí, vì vậy nó được đưa vào xylanh động cơ dạng hơi sương Tuy nhiên, việc
sử dụng nhiên liệu DME có thể xuất hiện hơi nước, đó là nhược điểm chính của loạinhiên liệu này
Trang 272.1.2.6 Dimetyl cacbonate (DMC)
DMC là một chất lỏng ở nhiệt độ thấp và áp suất môi trường Nó không màu,không độc và không gây ăn mòn Nó có thể trộn lẫn với nhiên liệu diesel theo mộtvài tỷ lệ nhất định DMC chắc chắn có thể thêm vào nhiên liệu diesel như một chấtphụ gia vì nó chứa 53% (về trọng lượng) oxy Hiện tại, DMC được sản xuất từphosgene và methanol vơi HCl là phụ phẩm Vì phosgene là một hợp chất hóa họccực kỳ độc và nguy hiểm, nhiều công ty đang tìm kiếm và phát triển chất thay thếthân thiện với môi trường nhằm loại bỏ phosgene và cho phụ phẩm nhỏ nhất Mộtchất thay thế có thể là sản xuất DME từ methanol, CO và O2 với chất xúc tác HClthêm 5% KCl vào theo phản ứng sau:
2 CH3OH + CO + ½ O2 = CH3OCO-CH3 + H2OTheo nhiều thực nghiệm cho thấy mức độ khói của động cơ phụ thuộc vào tỷ
lệ DMC Với 10% DMC thêm vào nhiên liệu thì độ khói sẽ giảm 20% Vì vậy,lượng khí thải CO giảm tuyến tính với DMC thêm vào, cải thiện chút ít hiệu suấtcủa động cơ và đồng thời làm tăng lượng NOx thải ra
2.1.2.7 Hydrogen
Hydrogen không phải là nhiên liệu hóa thạch tìm thấy trong tự nhiên, nhưng
nó có thể được sản xuất từ các nguyên liệu khác như là khí tự nhiên, methanol, than
đá, sinh vật và nước Hiện tại, Hydro được sản xuất bằng cách reforminghydrocacbon Cách khác để sản xuất khí này là biến đổi hơi của khí CH4, khí hóathan đá, khí sinh vật và điện phân Nó được tích trữ bằng cách nén thành chất lỏng(VD: Metal hydrides) Phần lớn đặc tính mong muốn của Hydro phù hợp làm nhiênliệu ô tô, quá trình cháy sạch Nếu Hydro tinh khiết được sử dụng làm nhiên liệu thìsản phẩm cháy duy nhất là nước
2.2 Nhiên liệu sinh học xăng pha cồn
2.2.1 Cấu tao
Ethanol còn được gọi là rượu etylic, rượu ngũ cốc hay cồn Nó là một hợpchất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu etylic, dễ cháy, không màu, là một
Trang 28trong các thành phần của đồ uống chứa cồn Trong đời sống, nó thường được gọi tắt
là rượu Công thức hóa học C2H5OH, viết tắt là C2H6O
Ethanol được con người sử dụng từ thời tiền sử (từ thời đồ đá mới) như làmột thành phần gây cảm giác say Việc sản xuất ethanol tương đối nguyên chất vớinồng độ 96% được thực hiện vào thời kỳ Abbasid Hồi giáo (năm 721 – 815).ethanol tinh khiết lần đầu tiên được Johann Tobias Lowits thu hồi vào năm 1796bằng phương pháp chưng cất qua than củi
Ethanol dễ dàng hòa tan vào nước theo mọi tỷ lệ, với sự giảm nhẹ tổng thểtích về thể tích do hai chất này được trộn lẫn với nhau Ethanol tinh khiết hayethanol 95% là các dung môi tốt, sử dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồn thuốc.Các tỷ lệ khác của ethanol với nước cũng có thể làm dung môi Các loại đồ uốngchứa cồn có hương vị khác nhau do có các chất tạo mùi khác nhau được hòa tantrong nó trong quá trình ủ và nấu rượu Khi ethanol được sản xuất như là đồ uốnghỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết
Dung dịch ethanol 70% chủ yếu sử dụng như chất tẩy uế Ethanol cũng được
sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn, phổ biến nhất có nồng độ 62% ethanolgiết chết các vi sinh vật theo cơ chế biến tính protein và hòa tan lipit của chúng Dokhả năng kháng khuẩn của ethanol nên các đồ uống chưa trên 18% ethanol có khảnăng bảo quản lâu dài
Ethanol sử dụng trong các sản phảm chống đông lạnh vì điểm đóng băng của
2.2.2 Tính chất
2.2.2.1.Tính chất vật lý
Ethanol là chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ cháy, dễ hút ẩm, có độ phâncực mạnh Ethanol có thể hòa tan nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ nên được sử
Trang 29dụng làm dung môi rất tốt Ethanol dễ cháy và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí.ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sôi của hỗn hợp này ở
1 atm là 78,40C
Nhiệt độ sôi của ethanol nguyên chất 78,390C, nhiệt dung riêng đẳng áp
Cp(160C -210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt trị 1370,82 kJ/mol Dưới đây là bảng thông sốthể hiện tính chất vật lý của ethanol:
2.2.2.2 Tính chất hóa học
* Tính chất của một rượu đơn chức:
- Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ Ví dụ:
2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2
Trang 30- Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi trường là acidsulfuric đặc nóng tạo ra este Ví dụ:
CH3-CH2-OH + CuO → CH3-CHO + Cu + H2O
- Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ
Cu + Al2O3 ở 380÷400ºC, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước:
2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2
- Phản ứng lên men giấm: oxy hóa rượu ethylic 10° bằng oxy không khí cómặt men giấm ở nhiệt độ khoảng 25ºC
CH3-CH2-OH + O2→ CH3-COOH + H2O
* Khả năng cháy của nhiên liệu cồn:
Một trong những tính chất quan trọng của nhiên liệu là lượng nhiệt sinh ra khicháy Với ethanol, oxy chiếm 35% phân tử lượng, có giá trị nhiệt trị hơi cao hơn sovới methanol, tương đương với 60% giá trị nhiệt trị của xăng
2.2.2.3 Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học
a) Ưu điểm
Trang 31Hiện nay, khi kinh tế các nước trên thế giới ngày càng phát triển thì nhu cầu
sử dụng năng lượng cũng tăng theo Nguồn năng lượng mà con người sử dụng chủyếu vẫn là dầu mỏ, trong khi nguồn dự trữ dầu mỏ có hạn Do đó, giá nhiên liệu từdầu mỏ ngày càng tăng, tạo ra sức ép cho xã hội và nhu cầu người sử dụng Đó lànguyên nhân để con người tìm những nguồn năng lượng mới thay thế dần nănglượng từ dầu mỏ Chúng ta thấy rằng, hiện nay có rất nhiều loại nhiên liệu khácnhau được đưa vào sử dụng song song với nhiên liệu hóa thạch, một trong số đó lànhiên liệu sinh học
Sử dụng nhiên liệu sinh học có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiênliệu truyền thống (dầu khí, than đá…), đó là:
- Tính chất thân thiện với môi trường: Chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây ra
hiệu ứng nhà kính (một hiện tượng vật lý làm Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễmmôi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống
- Nguồn nhiên liệu tái sinh: Các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông
nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiênnhiên liệu không tái sinh truyền thống
Thực tế, năng lượng dưới dạng biofuel đã được biết đến và sử dụng từ lâu.Đốt củi, rơm để sinh nhiệt là hình thức dùng năng lượng sinh vật khô hiển nhiênnhất ở quy mô công nghiệp, đã có những lò hơi đạt công suất cả chục nghìnKilowat Ở một số nước trên thế giới, người ta trồng rừng để có củi đốt lâu dài Cácloại cây lớn nhanh như cây bạch dương và một số loại cây khác thường được dùngcho mục đích này
Sử dụng nhiên liệu sinh học là phương pháp mang tính hiệu quả nhất.Chúng ta có thể so sánh giữa nhiên liệu dầu mỏ với nhiên liệu sinh học qua cáctính chất cơ bản của nhiên liệu như bảng 2.2 sau:
Trang 32Bảng 2.2 So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu dầu mỏ
Sản xuất từ dầu mỏ
Hàm lượng lưu huỳnh cao
Chứa hàm lượng chất thơm
Khó phân hủy sinh học
Không chứa hàm lượng oxy
Điểm chớp cháy thấp
Sản xuất từ nguyên liệu động, thực vậtHàm lượng lưu huỳnh cực thấp
Không chứa hàm lượng chất thơm
Có khả năng phân hủy sinh học cao
Có 11% OxyĐiểm chớp cháy cao
Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như giảmđáng kể các khí độc hại như SO2, CO, CO2 (khí nhà kính), các Hydrocacbon chưacháy hết, giảm cặn buồng đốt,… mở rộng nguồn năng lượng, đóng góp vào an ninhnăng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiêu liệu nhập khẩu, đồng thời cũng đem lạilợi nhuận và việc làm cho người dân
b) Nhược điểm
Như chúng ta đã biết, việc phát triển nhiên liệu sinh học (có nguồn gốc thựcvật) sẽ làm giảm diện tích canh tác cây lương thực khác do đó sẽ làm giá lương thựctăng cao, đe dọa đến an ninh lương thực
Công nghệ đầu tư sản xuất nhiên liệu sinh học yêu cầu khá cao, do đó làmgiá thành của nó cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch Đặc biệt với những nướcchậm phát triển hoặc đang phát triển như nước ta thì việc phát triển nhiên liệu sinhhọc là tương đối khó khăn
Một cản trở nữa cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học là phụ thuộc hoàn toànvào điều kiện nuôi trồng động thực vật Việc nuôi trồng này chịu ảnh hưởng rấtnhiều vào môi trường như: thời tiết, phong tục tập quán, vùng miền…, tất cả nhữngđiều trên làm cho việc sản xuất nhiên liệu không được diễn ra liên tục
2.3 Thực trạng sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
2.3.1 Thực trạng và tính kinh tế
Lên men đường và sản xuất ethanol là công nghệ cổ truyền, đang được ápdụng trên phạm vi kinh doanh rộng Để giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành sản
Trang 33phẩm hơn nữa thì cần phải cải tiến công nghệ và tìm kiếm các nguồn sinh khối rẻhơn (giá nguyên liệu chiếm 55 – 80% giá sản phẩm cuối) Các công ty của Mỹ vàCanada hiện đang tiếp tực nghiên cứu tận dụng nguồn sinh khối là hỗn hợp xenlulo
và các nguồn phế thải khác
Để dùng làm nhiên liệu, ethanol phải ở dạng cồn tuyệt đối (xấp xỉ 100%),hiện nay người ta đang tiếp tục cải tiến khâu loại bỏ triệt để nước từ sản phẩm bằngcách sử dụng phương pháp lọc màng phân tử
Còn một công nghệ sản xuất ethanol khác là thông qua con đường khí hóanhiên liệu, song rất phức tạp và không kinh tế
Chi phí đầu tư ngắn hạn cho một cơ sở sản xuất ethanol từ hạt ngũ cốc tạichâu Âu dự tính khoảng 290 euro/kW nhiệt (đối với nhà máy 400kW nhiệt) Nếuđầu tư dài hạn chi phí có thể giảm tới 40% Nếu nhà máy sản xuất ethanol từ nguồn
gỗ thì chi phí đầu tư ngắn hạn khoảng 350 euro/kW nhiệt, nếu đầu tư dài hạn thì chiphí giảm 50%
Chi phí sản xuất ethanol từ đường và ngũ cốc tại châu Âu và Mỹ hiện khácao: 15 – 25 euro/GJ (1Giga Jun = 109 Jun) từ củ cải ngọt và 20 euro/ GJ từ ngô, tức
là ethanol có giá khoảng 0,32 – 0,54 euro/lít Nếu sản xuất từ nguồn xenlulo, giáethanol chỉ cỏn 0,11 – 0,32 euro/lít Nếu nguyên liệu đầu vào có giá 42 euro/tấn thìgiá thành 1 lít ethanol sẽ hạ xuống 0,28 euro Nếu nguyên liệu tận dụng không mấtchi phí thì giá 1 lít ethanol còn 0,17 euro Vì nhiệt lượng của ethanol thấp hơn sovới xăng nên thực tế chi phí sử dụng ethanol sẽ cao hơn xăng với thể tích tươngđương
2.3.2 Chiến lược phát triển và sử dụng nhiên liệu sinh học ở nước ta
Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định 177/2007/QĐ –TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đếnnăm 2025” với mục tiêu chủ yếu là phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng nănglượng mới, tái tạo để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phầnbảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường
Trang 34Theo Đề án, mục tiêu đến giai đoạn 2011 – 2015, nước ta làm chủ và sảnxuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học, ứng dụng ngànhcông nghệ lên men hiện đại để đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trìnhchuyển hóa sinh khối thành nhiêu liệu sinh học Đến năm 2015, sản lượng ethanol
và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước Tầmnhìn tới năm 2025, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độtiên tiến trên thế giới với sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đápứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước
Đề án có 4 nhiệm vụ chủ yếu và 6 giải pháp chính để phát triển nhiên liệusinh học Bốn nhiệm vụ đó là:
- Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ (R – D)
- Triển khai sản xuất thử sản phẩm (P) phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học
- Hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học
- Xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học và hợp tác quốc tếtrên cơ sở chủ động tiếp nhận, làm chủ và chuyển giao các tiến bộ kỹ thuật, côngnghệ, thành tựu khoa học mới trên thế giới
Sáu giải pháp bao gồm:
- Đẩy mạnh việc triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sảnxuất, khuyến khích thực hiện chuyển giao công nghệ và tạo lập môi trường đầu tưphát triển nhiên liệu sinh học
- Tăng cường đầu tư và đa dạng hóa các nguồn vốn để thực hiện có hiệu quảcác nội dung của Đề án
- Tăng cường xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật và đào tạo nguồn nhân lực phục
vụ nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học
- Hoàn thiện hệ thống cơ chế, chính xách, văn bản quy phạm pháp luật để pháttriển nhiên liệu sinh học
- Mở rộng và tăng cường hợp tác quốc tế để học hỏi kinh nghiệm về phát triểnnhiên liệu sinh học
- Nâng cao nhận thức cộng đồng về phát triển nhiên liệu sinh học
Trang 352.4 Kết luận chương II
Như đã trình bày ở trên, nhiên liệu sinh học có rất nhiều loại dùng trongđộng cơ đốt trong nhưng nhiên liêu ethanol thì có ưu điểm hơn hẳn Nhiên liệu sinhhọc hiện nay sử dụng trong giao thông vận tải là ethanol sinh học, diesel sinh học vàxăng pha ethanol Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiênliệu truyền thống (dầu khí, than đá…)
Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như giảmđáng kể các khí độc hại như SO2, CO, CO2 (khí nhà kính), các Hydrocacbon chưacháy hết, giảm cặn buồng đốt,… mở rộng nguồn năng lượng, đóng góp vào an ninhnăng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiêu liệu nhập khẩu, đồng thời cũng đem lạilợi nhuận và việc làm cho người dân
Trang 36CHƯƠNG III: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ AVL BOOST
3.1 Giới thiệu chung
3.1.1 Giới thiệu phần mềm AVL Boost
Phần mềm AVL Boost bắt đầu được phát triển từ năm 1992, qua một giaiđoạn phát triển từ đó đến nay, phần mềm này đã và đang ngày càng được phát triểnhơn nữa Phiên bản mới nhất của phần mềm AVL Boost hiện nay là AVL Boost
2010 Gói phần mềm Boost bao gồm một bộ tiền xử lý tương tác sẽ hỗ trợ với bộ xử
lý dữ liệu đầu vào cho các chương trình tính toán chính Quá trình phân tích kết quả
sẽ được hỗ trợ bởi một bộ hậu vi xử lý tương tác Công cụ tiền xử lý trên AVLWorkspace Graphical User Interface đặc trưng bởi một mô hình sắp xếp và một chỉdẫn của dữ liệu đầu vào cấn thiết Mô hình tính toán của động cơ được thiết kế bằngcách lựa chọn các phần tử cần thiết từ cây thư mục đã hiển thị bằng cách kích đúpchuột và kết nối chúng bằng các phần tử đường ống Theo cách này ngay cả nhữngđộng cơ kết cấu rất phức tạp cũng có thể được mô hình hóa một cách đơn giản.Chương trình chính cung cấp các thuật toán mô phỏng được tối ưu hóa cho tất cảcác phần tử Dòng chảy trong ống được coi như là dòng một chiều Theo đó các ápsuất, nhiệt độ và vận tốc dòng chảy thu được từ các phương trình khí động học biểudiễn giá trị trung bình qua mặt cắt của đường ống Tổn thất dòng chảy do hiệu ứng
ba chiều, tại các vị trí cụ thể trong động cơ, được xét đến bởi hệ số cản thích hợp.Trong trường hợp hiệu ứng ba chiều cần xét đến chi tiết hơn, một liên kết nối với
mô hình dòng chảy 3 chiều của AVL mã hiệu FIRE sẽ tồn tại Điều này có nghĩarằng một mô hình đa chiều của dòng trong những chi tiết quan trọng của động cơ
có thể được kết hợp với một mô hình một chiều của một chi tiết khác Đặc trưngnày có lợi ích riêng cho mô phỏng chuyển động trong xylanh, quá trình quét khí củađộng cơ 2 kì hay mô phỏng chuyển động phức tạp trong các phần tử giảm thanh.Công cụ hậu xử lý IMPRESS CHART và PP3 phân tích rất nhiều các kết quả dữliệu khác nhau từ mô hình hóa Tất cả các kết quả có thể được đem so sánh với cácđiểm đo hoặc kết quả tính toán trước đó Ngoài ra, phần mềm còn cho phép trình
Trang 37diễn kết quả dạng hình động Điều này góp phần cho việc phát triển các giải pháptối ưu với các vấn đề của người dùng, [6].
3.1.2 Tính năng cơ bản
Phần mềm AVL Boost bao gồm những tính năng cơ bản sau :
- Mô phỏng động cơ 2 kỳ, 4 kỳ, động cơ không tăng áp, động cơ tăng áp
- Mô phỏng các chế độ làm việc, chế độ chuyển tiếp của động cơ
- Tính toán thiết kế và tối ưu hóa quá trình làm việc của động cơ như quátrình cháy, quá trình trao đổi khí, quá trình phát thải độc hại
- Có khả năng kết nối với các phần mềm khác (liên kết động) để môphỏng với các dữ liệu động
3.1.3 Tính năng áp dụng
AVL Boost là một công cụ mô phỏng chu trình công tác và quá trình traođổi khí của động cơ Boost cho phép xây dựng mô hình đầy đủ của toàn thể động cơbằng cách lựa chọn các phần tử có trong hộp công cụ và nối chúng lại bằng cácphần tử ống nối Giữa các đường ống, người ta sử dụng các phương trình động lựchọc, [6]
Đây là một công cụ mô phỏng tin cậy, nó cho phép giảm thời gian phát triểnđộng cơ bằng công cụ mô phỏng và nghiên cứu động cơ chính xác, tối ưu hóa kếtcấu và quá trình ngay ở giai đoạn tạo mẫu động cơ mà không cần đến mô hìnhcứng
AVL Boost cho phép tính toán các chế độ tĩnh và động Boost có thể dùng đểtối ưu hóa ở chế độ tĩnh các hệ thống nạp và thải, đóng mở xupáp, phối hợp các bộphận tăng áp và ước lượng tính năng của các động cơ mới Boost cũng là một công
cụ lý tưởng cho việc tối ưu hóa các đặc trưng chuyển tiếp của động cơ ở thời kỳđầu, khi động cơ chưa được chế tạo, nhưng có tính đến cả hệ truyền động củaphương tiện Ngoài ra Boost còn cho phép xây dựng mô hình điều khiển động cơcác chức năng quan trọng của hệ thống điều khiển động cơ mà không cần tới cácphần mềm bên ngoài Boost có thể dễ dàng kết nối với Matlab, Simullink và phầnmềm CFD 3D AVL Fire
Trang 38Các ứng dụng điển hình của phần mềm AVL Boost bao gồm 8 ứng dụng sau :
- Xác định đặc tính mômen, tiêu hao nhiên liệu
- Thiết kế đường nạp, thải
- Tối ưu hóa thời điểm đóng mở xupáp
- Phối hợp với cụm tăng áp, van xả
- Phân tích về âm thanh (độ ồn trên đường nạp, thải)
- Phân tích quá trình cháy và hình thành khí thải
- Luân hồi khí thải
- Độ thích ứng của cụm tăng áp
3.1.4 Giao diện của phần mềm AVL Boost
Các phiên bản gần đây cũng đã chú ý tới vấn đề thuận lợi cho người sử dụngnhằm mục đích làm sao có thể khai thác và ứng dụng có hiệu quả các khả năng củaphần mềm Để có được các thuận lợi đó, các nhà lập trình đã thiết kế cấu trúc giaodiện của phần mềm như hình 3.1
Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL Boost
Trang 393.1.5 Các phần tử của chương trình
Các lệnh cơ bản của chương trình thể hiện ở bảng 3.1
Bảng 3.1 Các lệnh cơ bản trong phần mềm AVL BOOST
Chức năng kết nối dùng để nối các phần tử trong mô hìnhvới nhau
Chức năng điều chỉnh lại hướng dòng chảy trong đường ống.Chức năng thay đổi thứ tự kết nối giữa các phần tử đã chọnChức năng quay phần tử ngược chiều kim đồng hồ 90o
Chức năng quay phần tử theo chiều kim đồng hồ 90o
Chức năng mở cửa sổ điều khiển chungThiết lập mô hình
Chức năng nhập thông số cho mô hình trên
Chức năng thiết lập thông số chuỗi mô hìnhChức năng chạy mô hình
Chức năng hiện trạng thái tức thời của mô hình chạyChức năng xem tổng kết của mô hình chạy
Chức năng xem lời nhắn từ mô hình chạyChức năng xem kết quả mô hình chạy
Trang 40Các phần tử chính của chương trình thể hiện ở phụ lục 1.
3.1.5.1 Phần tử xylanh (Cylinder)
Phần tử xylanh trong mô hình thể hiện thể tích công tác bên trong buồngcháy động cơ, cũng có thể được định nghĩa bằng hành trình dịch chuyển của piston.Phần mềm BOOST đưa ra các mô hình cháy sau:
- Mô hình cháy đơn giản: Vibe, Double – Vibe, Point – By – Point
- Mô hình lý thuyết: mô hình cháy đẳng áp, đẳng tích
- Mô hình buồng cháy phức tạp (Fractal)
Đối với mô hình cháy một phương trình của động cơ diesel (AVL MCC) dựatrên cơ sở lý thuyết của giáo sư Hiroyasu, thì quá trình trao đổi nhiệt xảy ra bêntrong buồng cháy chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Đường kính lỗ phun, số lỗ phun, thời điểm phun và thời gian phun
- Tốc độ phun, đặc tính phun, kích thước hình học của tia phun
- Thành phần của hỗn hợp bên trong xylanh
- Kích thước hình học của buồng cháy
- Sự lưu động của dòng không khí
Còn mô hình cháy một chiều đối với động cơ xăng thì quá trình trao đổi nhiệtxảy ra bên trong buồng cháy chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Kích thước hình học buồng cháy
- Vị trí đặt bugi
- Thành phần hỗn hợp bên trong xylanh
- Sự lưu động của dòng không khí và mức độ chảy rối
- Sự truyền nhiệt bên trong xylanh
- Đóng mở xupap
- Quá trình trao đổi chất (hòa trộn lý tưởng, thải sạch,.v.v…)
- Vận động xoáy của dòng môi chất
- Buồng cháy ngăn cách
- Phun xăng trực tiếp