NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM TỐI ƯU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON 92. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- TRẦN MINH TRUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM TỐI ƯU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

TRẦN MINH TRUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM TỐI ƯU

ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON 92

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả đo đạc nêu trong phần thực nghiệm của luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Minh Trung

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM TỐI ƯU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON 92

Tóm tắt: - Luận văn sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và

thực nghiệm để xem xét đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol - xăng với các tỷ lệ 10%,15%, 20% và góc đánh lửa sớm khi sử dụng xăng – ethanol 20% đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm môi trường của động cơ Daewoo A16-DMS

Trên cơ sở đó rút ra kết luận:

1 Động cơ Daewoo A16DMS sử dụng E10 và E15 cho thấy: về tính kỹ thuật

là tương đương nhưng phát thải CO và HC thấp hơn hơn so với xăng A92; Đối với nhiên liệu E20 thì bất lợi về mô men và công suất có ích;

2 Động cơ Daewoo A16DMS khi sử dụng E20 trong điều kiện góc đánh lửa ban đầu (0 deg), điều chỉnh muộn (+3 deg), làm sớm (-3 deg) và làm sớm (-5 deg) Kết quả sự thay đổi góc đánh lửa cho thấy:

- Khi hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm thêm 1÷3 deg công suất có ích được cải thiện, suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm, phát thải CO và HC giảm và đặc biệt NOx giảm đáng kể

- Giá trị hiệu chỉnh sớm khoảng 1÷2 deg phù hợp với tiêu chí giảm ô nhiễm và sớm khoảng 2÷3 deg phù hợp với phát huy được công suất và giảm tiêu hao nhiên liệu

Summary: The dissertation uses a combination of theoretical and

empirical research to assess the effect of ethanol-gasoline ratios at the rates of 10%, 15%, 20% and early ignition angles when using gasoline - 20% ethanol to the economic, technical and environmental performance of the Daewoo A16-DMS engine On that basis draw the conclusion:

1 The Daewoo A16DMS engine using the E10 and E15 shows that: the engine is equivalent but the CO and HC emissions are lower than the A92 gasoline; For E20 fuel, torque and power disadvantage are of great benefit;

2 Daewoo A16DMS engine using E20 under initial ignition angle (0 deg), late adjustment (+3 deg), early (-3 deg) and early (-5 deg) The result of ignition angle change shows:

- When the correction of the ignition angle is increased by 1 to 3 deg the useful power is improved, the fuel consumption is reduced, the CO and HC emissions decrease and the NOx in particular decreases

- Early correction value of 1 ÷ 2 deg is suitable for pollution reduction criteria and early 2 ÷ 3 deg, suitable for promoting the capacity and reducing fuel consumption

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU 1

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀICHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ NĂNG LƯỢNG 4

1.1.1 Vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu hiện nay 4

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường do nguồn năng lượng hóa thạch gây ra 5

1.1.3 Vấn đề an ninh năng lượng của thế giới 6

1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 7

1.2.1 Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới 7

1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam 8

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ETHANOL LÀM NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 11

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu trên thế giới 11

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu ở Việt Nam 11

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 13

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA XĂNG PHA ETHANOL 14

2.1.1 Giới thiệu chung về ethanol 14

2.1.2 Thành phần hóa học và tính chất lý hóa 15

2.1.3 Ảnh hưởng của ethanol đến liệu nhiên hỗn hợp xăng-ethanol và tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa 16

2.2 THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM 18

2.2.1 Cồn tuyệt đối sử dụng để pha chế 18

2.2.2 Xăng A92 gốc dùng để pha chế 19

2.3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỞNG BỨC 21

2.3.1 Diễn biễn quá trình cháy của động cơ châm cháy cưỡng bức 21

2.3.2 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức 22

2.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH VỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ 27

2.4.1 Đặc tính động cơ xăng [7] 27

2.4.2 Suất tiêu hao năng lượng 29

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC ĐÁNH LỬA ĐẾN CÁC TÍNH NĂNG KINH TẾ

KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC 30

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 34

3.1 TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 34

3.1.1 Phòng thí nghiệm động cơ AVL 34

3.1.2 Đối tượng thí nghiệm 37

3.1.3 Trang thiết bị thí nghiệm 38

3.2 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 48

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 54

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ ETHANOL ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ 55

4.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến hệ số tương đương của hỗn hơp 55

4.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến tính kỹ thuật, kinh tế của động cơ 56 4.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến phát thải ô nhiễm 59

4.2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC ĐÁNH LỬA ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU E20 62

4.2.1 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ Daewoo A16DMS sử dụng nhiên liệu E20 63

4.2.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến ô nhiễm của động cơ Daewoo A16DMS sử dụng nhiên liệu E20 67

4.2.3 Xác định góc đánh lửa hiệu chỉnh phù hợp với tính năng kỹ thuật, kinh tế và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16DMS sử dụng nhiên liệu E20 69

KẾT LUẬN 73

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 Các ký hiệu mẫu tự La tinh:

3 Các chữ viết tắt:

và thử nghiệm Hoa Kỳ)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 5

Hình 1 2 Ô nhiễm do khí thải từ các loại phương tiện giao thông đến môi trường và sức khỏe con người 6

Hình 2 1 Cấu trúc phân tử của ethanol 16

Hình 2 2 Quá trình cháy của động cơ xăng châm cháy cưỡng bức 22

Hình 2.3: Ảnh hưởng của thành phần hòa khí  tới tốc độ lan truyền màng lửa 23

Hình 2 4 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới tốc độ lan màng lửa 25

Hình 2 5 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ n tới góc đánh lửa sớm s 26

Hình 2 6: Biến thiên của các thông số theo tốc độ trường hợp động cơ xăng 29

Hình 2 7: Dạng đặc tính tốc độ ngoài động cơ xăng 29

Hình 2 8 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất trong 31

Hình 2 9 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới quá trình cháy 31

Hình 2 10 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm 32

Hình 3 1 Sơ đồ chung khu vực thí nghiệm 34

Hình 3.2 Sơ đồ phòng thí nghiệm 35

Hình 3.3 Mặt cắt dọc động cơ Daewoo Nubira 37

Hình 3 4 Băng thử công suất APA 38

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý băng thử công suất APA 39

Hình 3.6 Nguyên lý xuất hiện dòng Fuco 39

Hình 3 7: Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733 40

Hình 3 8: Bộ cấp và đo nhiên liệu của AVL-733 41

Hình 3 9: Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D và Encoder 364X 42

Hình 3 10: Sơ đồ lắp đặt AVL 553 42

Hình 3 11: Thiết bị điều hòa nhiệt độ nước làm mát 43

Hình 3 12 Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng 43

Hình 3 13: Sơ đồ lắp đặt cảm biến thực tế 44

Hình 3 14: Cấu tạo cảm biến áp suất 44

Hình 3 15 Cảm biến đo nhiệt độ 45

Hình 3 16 Kết cấu cảm biến vị trí và số vòng quay trục khuỷu 45

Hình 3 17 Các xung của cảm biến G (vị trí piston) và NE (tốc độ động cơ) 46

Hình 3 18 Thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa cơ khí 47

Hình 3 19 Vị trí lắp đặt cảm biến trên thiết bị thay đổi góc đánh lửa 47

Hình 3 20 Bảng điều khiển Emcon 300 50

Hình 3 21 Các núm phim trên Emcon 50

Hình 3 22 Các num xoay trên Pano 51

Hình 3 23 Giao diện Stationary Step: Demand Values 52

Hình 3.24 Giao diện Stationary Step: Measurement 53

Hình 4.1: Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 30%BG 56

Hình 4.2: Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 50%BG 56

Hình 4.3: Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 70%BG 56

Hình 4.4: Mô men và công suất có ích của động cơ 57

Hình 4.5: Suất tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng có ích 58

Hình 4.6: Phát thải CO và CO2 60

Hình 4.7: Phát thải HC và NOx 61

Hình 4.8 Diễn biến áp suất môi chất theo góc đánh lửa 64

Hình 4.9 Mô men và công suất có ích của động cơ theo góc đánh lửa 66

Hình 4 10 Suất tiêu hao nhiên liệu và năng lƣợng có ích của động cơ theo góc đánh lửa 66 Hình 4 11 Phát thải CO và CO2 của động cơ theo góc đánh lửa 68 Hình 4.12 Phát thải HC và NOx của động cơ theo góc đánh lửa 69 Hình 4 13 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa theo công suất và tiêu hao nhiên liệu 70 Hình 4 14 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa theo phát thải ô nhiễm……… 72

Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số nhà máy sản xuất ethanol ở Việt Nam hiện nay

Bảng 2.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính [12……… 14 Bảng 2 2: Tính chất lý hóa của xăng và ethanol……… 15 Bảng 2.2: Chất lƣợng ethanol tuyệt đối………18 Bảng 2.3: Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của xăng không chì RON92 và

RON95……… 20 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cơ Daewoo A16DMS………38 Bảng 4.1: Kết quả thử nghiệm mẫu nhiên liệu……….54

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô Cùng với việc hoàn thiện các hệ thống của động cơ đốt trong để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu

ô nhiễm môi trường thì các dự án, các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này đã và đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu Trong các nguồn nhiên liệu thay thế thì nhiên liệu sinh học được quan tâm hàng đầu đặc biệt là Ethanol và Buthanol vì sản lượng lớn, sản xuất với giá thành tương đối thấp và phân bố rộng khắp các quốc gia Thời gian gần đây, rất nhiều đề tài nghiên cứu về loại nhiên liệu này, tuy nhiên chỉ

sử dụng xăng gốc RON 95 để phối trộn với Ethanol hay Butanol mà chưa đề cập đến việc sử dụng xăng RON 92 Trong khi đó xăng RON 92 lại được dùng khá phổ biến trên các động cơ xăng đời mới được trang bị trên hầu hết các loại ô tô hiện nay

Do đó, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm môi trường khi sử dụng loại nhiên liệu sinh học này có tính thời sự và cần thiết Mặt khác Thủ tướng Chính phủ Việt Nam cũng đã có Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” Trong đó có nêu rõ mục tiêu tổng quát và mục tiêu cụ thể cho từng giai đoạn, nhằm phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường

Khi sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ đốt trong thì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của hỗn hợp và sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến tính năng kinh

tế, kỹ thuật và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra như chất lượng hòa khí, góc đánh lửa sớm, phụ tải, tỷ số nén, số vòng quay, trong đó góc đánh lửa sớm là một trong những thông số quan trọng nhất, cần quan tâm nghiên cứu

Với những lý do như trên, “Nghiên cứu xác định góc đánh lửa sớm tối ưu

ứng với các chế độ vận hành của động cơ sử dụng Ethanol-xăng RON 92” là đề

tài có tính khoa học, thời sự và cần thiết hiện nay Giải quyết được vấn đề này sẽ góp phần làm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sạch dùng cho động cơ đốt trong khi dầu mỏ đang dần cạn kiệt, đồng thời góp phần giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của ô tô gây ra Đề tài cũng góp phần nghiên cứu pha chế nhiên liệu sinh học từ ethanol với tỉ lệ 10%, 15%, 20% với xăng RON 92 trên thị trường

để sử dụng hiệu quả trên động cơ xăng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng thể là xem xét ảnh hưởng của ethanol đến tính năng kinh tế,

kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng xăng sinh học

Mục tiêu cụ thể là xem xét phạm vi điều chỉnh góc đánh lửa bằng cách xoay cảm biến vị trí trục khuỷu để thay đổi cưỡng bức góc đánh lửa của động cơ Daewoo A16-DMS nhằm góp phần cải thiện công suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ pha trộn ethanol cao

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là động cơ Daewoo A16-DMS lắp trên ô

tô du lịch Daewoo Nubira

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu xem xét ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ pha ethanol với ba mức 10% (E10), 15% (E15) và 20% (E20); xem xét ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16-DMS khi sử dụng nhiên liệu E20 trên cơ sở so sánh với xăng RON 92

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Phương pháp lý thuyết sử dụng phương thức tổng hợp, phân tích cơ sở lý thuyết liên quan đến tính chất lý hóa của nhiên liệu, môi chất và quá trình cháy của động cơ đánh lửa cưỡng bức nhằm định hướng cho xây dựng mô hình, chế độ thực nghiệm và quy trình thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm nhằm xây dựng đặc tính tốc độ, đặc tính hiệu chỉnh góc đánh lửa làm cơ sở để đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm đối với đối tượng cụ thể là động cơ Daewoo A16-DMS

4.2 Cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu

Đề tài được thực nghiệm với các trang thiết bị hiện đại và có tính đồng bộ cao, bằng việc sử dụng hệ thống băng thử công suất APA 204/E/0943 tại PTN Động cơ đốt trong của Khoa Cơ khí Giao thông-Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà

Nẵng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc pha trộn thêm nhiên liệu sinh học ethanol vào nhiên liệu xăng A92 sẽ làm thay đối tính chất lý hóa đối với nhiên liệu dùng cho động cơ xăng, do đó sẽ làm cho quá trình gia nhiệt chuẩn bị cho quá trình cháy của nhiên liệu mới trong buồng cháy bị thay đổi Vì vậy kết quả nghiên cứu của luận văn cho phép xác định

tỷ lệ ethanol có lợi và bất lợi cho động cơ, cơ chế và phạm vi điều chỉnh góc đánh lửa nhằm hạn chế bất lợi của xăng sinh học có tỷ lệ ethanol cao Vì vậy ý nghĩa thực tiễn của luận văn là góp phần nâng cao tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài luận văn được trình bày trong 04 chương với cấu trúc như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Những vấn đề về môi trường và năng lượng

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam

Chương 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

2.1 Tính chất lý hóa của xăng pha ethanol

2.2 Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm

2.3 Phân tích quá trình cháy và các yếu tố ảnh hưởng quá trình cháy động cơ đánh lửa cưởng bức

2.4 Cơ sở xác định chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ

2.5 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến các tính năng kinh tế kỹ thuật của động

cơ đánh lửa cưỡng bức

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1 Thực nghiệm phối trộn nhiên liệu xăng RON 92 và ethanol

3.2 Thực nghiệm động cơ Daewoo A16-DMS trên băng thử APA 204/08

Chương 4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

4.1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ

4.2 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ NĂNG LƯỢNG

1.1.1 Vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu hiện nay

a) Thực trạng về biến đổi khí hậu

Trong hàng thập kỷ qua, nhân loại đã và đang trải qua các biến động khôn lường của khí hậu toàn cầu Bề mặt Trái đất, khí quyển và thủy quyển không ngừng nóng lên làm xáo trộn môi trường sinh thái, đã và đang gây ra nhiều hệ lụy đến đời sống loài người

Biến đổi khí hậu là vấn đề đang được toàn nhân loại quan tâm Biến đổi khí hậu đã và đang tác động trực tiếp đến đời sống kinh tế-xã hội và môi trường toàn cầu Trong những năm qua nhiều nơi trên thế giới đã phải chịu nhiều thiên tai nguy hiểm như bão lớn, nắng nóng dữ dội, lũ lụt, hạn hán và khí hậu khắc nghiệt gây thiệt hại lớn về tính mạng con người và vật chất

Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy mối liên hệ giữa các thiên tai nói trên với biến đổi khí hậu Trong một thế giới ấm lên rõ rệt như hiện nay và việc xuất hiện ngày càng nhiều các thiên tai đặc biệt nguy hiểm với tần suất, quy mô và cường độ ngày càng khó lường, thì những nghiên cứu về biến đổi khí hậu càng cần được đẩy mạnh

Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nguyên nhân của biến đổi khí hậu chính là các hoạt động của con người tác động lên hệ thống khí hậu làm cho khí hậu biến đổi Vì vậy con người cần phải có những hành động thiết thực để ngăn chặn những biến đổi đó bằng chính những hoạt động phù hợp của con người Việt Nam được đánh giá là một trong những nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, trong đó đồng bằng sông Cửu Long là một trong ba đồng bằng dễ bị tổn thương nhất do nước biển dâng Nhận thức rõ tác động của biến đổi khí hậu, Chính phủ Việt Nam đã xây dựng và triển khai thực hiên Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu Các Bộ, ngành và địa phương đã và đang xây dựng kế hoạch hành động để ứng phó với những tác động cấp bách trước mắt và những tác động tiềm tàng lâu dài của biến đổi khí hậu [3]

b) Nguyên nhân của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu có thể do những quá trình tự nhiên và do ảnh hưởng của con người Phần lớn các nhà khoa học đều khẳng định rằng hoạt động của con người đã

và đang làm biến đổi khí hậu toàn cầu Nguyên nhân chủ yếu của sự biến đổi đó là

sự tăng nồng độ khí nhà kính trong khí quyển dẫn đến tăng hiệu ứng nhà kính làm gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển [3]

Hình 1.1 Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính

Các báo cáo của IPCC và nhiều trung tâm nghiên cứu có uy tín hàng đầu trên thế giới công bố trong thời gian gần đây cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin

và dự báo quan trọng Theo đó, nhiệt độ trung bình trên bề mặt địa cầu ấm lên gần 1°C trong vòng 80 năm (từ 1920 đến 2005) và tăng rất nhanh trong khoảng 25 năm nay (từ 1980 đến 2005) Báo cáo cho rằng nếu không thực hiện được chương trình hành động giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính theo Nghị định thư Kyoto, đến năm

2035 nhiệt độ bề mặt địa cầu sẽ tăng thêm 2°C Về dài hạn, có hơn 50% khả năng nhiệt độ tăng thêm 5°C [3]

Hiện tại, Trái đất đang từng ngày từng giờ nóng lên, với tốc độ như vậy thì chiều hướng có thể còn nhanh hơn nữa trong tương lai

Hội nghị Liên Hiệp Quốc về Biến đổi Khí hậu 2015, COP 21 hoặc CMP

11 được tổ chức ở Paris, Pháp, từ ngày 30 tháng 11 đến 12 tháng 12 năm 2015 [9] Đây là phiên họp hàng năm lần thứ 21 của Hội nghị các Bên tham gia Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu năm 1992 (UNFCCC) và kỳ họp thứ

11 của Hội nghị các Bên tham gia Nghị định thư Kyoto năm 1997 Hội nghị đạt được mục tiêu của mình, lần đầu tiên đạt được một thỏa thuận toàn cầu về giảm biến đổi khí hậu trong các thỏa thuận chung Paris, đã được thông qua với sự tán thành bởi gần như tất cả các quốc gia Mục đích để hạn chế sự gia tăng nhiệt độ với

2 độ tuy nhiên được bổ sung trong phiên bản đã thông qua Thỏa thuận chung, với tuyên bố rằng các bên "theo đuổi để" hạn chế sự gia tăng nhiệt độ đến 1,5 độ C Một mục tiêu 1,5 °C sẽ đòi hỏi một mức zero trong khí thải khoảng giữa năm 2030 và

2050 theo một số nhà khoa học Tuy nhiên, không có kế hoạch thời gian hay mục tiêu cụ thể của mỗi quốc gia được nêu trong phiên bản cuối cùng của Thỏa thuận chung - trái với Nghị định thư Kyoto trước đây

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường do nguồn năng lượng hóa thạch gây ra

Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không của một quốc gia nào Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt

và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật Việc khai thác và sử dụng hàng

tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: rác thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng Nó còn tạo ra các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng Điều đáng lo ngại

kính Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO2 nó

nửa đầu thế kỷ sau Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng

Nguồn: Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ

Hình 1 2 Ô nhiễm do khí thải từ các loại phương tiện giao thông đến môi trường

và sức khỏe con người

1.1.3 Vấn đề an ninh năng lượng của thế giới

Sự gia tăng số lượng phương tiện giao thông trên thế giới Số liệu thống kê của hãng phân tích dữ liệu ô tô Jato Dynamics cho thấy, lượng ô tô tiêu thụ trên thế giới trong năm 2016 đạt 84.240.000 xe, tăng 5,6% so với năm 2015 Trung Quốc, tiếp tục trở thành mảnh đất màu mỡ với các nhà sản xuất ô tô khi dẫn đầu lượng tiêu thụ ô tô trên thị trường với 25.530.000 xe hơi và xe thương mại, tăng 14% so với năm 2015[17] Ở Việt Nam, Theo Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) đã công bố, trong tháng 9/2016, doanh số bán hàng của toàn thị trường đạt 26.551 xe, tăng 13% so với tháng 8/2016 [22] Với tốc độ gia tăng số lượng phương tiện giao thông như hiện nay, theo tính toán của Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Công Thương hiện Việt Nam tiêu thụ xấp xỉ 5 triệu tấn xăng/1 năm [18]

Như vậy, năng lượng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải nói riêng có vai trò quan trọng đối với sự phát triến kinh tế - xã hội của một quốc gia

An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng

Vì vậy, chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội bền vững Ngày 22 tháng 11 năm 2012, Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định Số: 53/2012/QĐ-TTg “Về việc ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống” Theo

đó từ ngày 01 tháng 12 năm 2015 xăng được sản xuất, phối chế, kinh doanh để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ trên toàn quốc là xăng E5 và từ ngày 01 tháng 12 năm 2017 là xăng E10 Trước đó theo “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” thì đến năm 2025 sản lượng nhiên liệu sinh học (ethanol và biodiesel) đạt khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước, nghĩa là cần phải sử dụng “xăng E30” làm nhiên liệu cho các phương tiện cơ giới [21]

1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.1 Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới

Trên thế giới, nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhiên liệu sinh học là sản phẩm nông nghiệp, các loại hạt có dầu, rong tảo, xenlulô và một phần nhỏ từ các loại mỡ cá, mỡ động vật nói chung

Ở Nam Phi và ở Mỹ, nhiên liệu sinh học được sản xuất từ ngô Ở các nước Tây Âu và ở Mỹ, sản lượng diesel sản xuất từ đậu tương tăng cao vào thời điểm giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm đậu tương chưa lên men, bị đặt dấu hỏi cùng với nhiều loại cây đậu tương biến đổi gien có thể cho sản lượng cao nhưng chưa cho phép dùng làm thức ăn cho người và cho gia súc

Ở Thái Lan, Philippine… nhiên liệu sinh học lại sản xuất từ sắn, hạt cọ, cơm dừa, còn ở Brazil sản xuất từ mía và ở Canada thì từ gỗ phế thải, mùn cưa và sản phẩm phụ từ gỗ Cây nho Kudzu phát triển nhanh được nhập khẩu từ Nhật, cách đây một vài thập niên đã mọc tràn lan trên đất Mỹ Nhiều khu vực đầm lầy ở Canada và

Mỹ đã trở thành quê hương mới của một loại cây sinh sản nhanh của châu Âu có tên gọi là Purple Loosestrife

Những loại cây này có chi phí trồng trọt gần như bằng không, nhưng sản lượng rất lớn Cùng với các nguồn sinh khối từ rong tảo, dầu của hạt cây cọc rào (bã đậu, Jatropha) cùng các loại hạt khác không phải là lương thực thực phẩm, việc trồng trọt không phải cạnh tranh với đất đai sản xuất lương thực, cũng như các loại rác thải từ các trang trại chăn nuôi, rác thải nông nghiệp và công nghiệp sợi, rác thải

từ rau quả… đều là nguồn nguyên liệu rất phong phú, đầy triển vọng cho nhiên liệu sinh học [4]

Khu vực Đông Nam Á, Thái Lan cũng đã sử dụng xăng pha cồn sản xuất từ phế phẩm của sắn, hạt ngô, cây ngô, đường, bã mía Từ năm 2004, nước này đã sản

cồn dùng làm nhiên liệu [13]

Khu vực Châu Á, Trung Quốc là quốc gia sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu lớn nhất Năm 2004, họ đã đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất cồn lớn nhất thế giới công suất 600.000 tấn/năm tại Cát Lâm tăng sản lượng cồn Ethanol cả nước

10% cồn khan (E10) [11]

Tuy nhiên, nhiên liệu sinh học không thể cạnh tranh với các sản phẩm tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch nếu được đưa ra thị trường Hiện nay, giá ethanol sản xuất từ bắp được bán với giá trung bình 3- 4 USD/gallon Như vậy, so với xăng, giá ethanol

ở Mỹ cao gấp hai lần, song đã có thể cạnh tranh được ở Châu Âu Một trong những nguyên nhân khiến giá Ethanol cao là vấn đề chuyên chở Ethanol rất dễ trộn với nước, vì vậy phải được chứa trong những thùng đặc biệt chống nước; trong khi đó, xăng dầu có thể chuyển đi xa bằng những ống dẫn dầu tiện lợi và rẻ tiền hơn

1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

Nước ta là nước nông nghiệp, các loại phế phẩm thực vật khá dồi dào nhất là những nơi sản xuất sắn khoai, ngô, mía đường… Với hơn 50 nhà máy đường trong nước tổng công suất gần 100.000 tấn mía/ngày, khả năng mỗi năm có thể sản xuất

100 triệu lít cồn [2]

Từ năm 2003, tổng công suất của các nhà máy cồn của ngành mía đường là 48 triệu

lít (sản lượng cồn sản xuất từ các nguồn nguyên liệu khác không nhiều) Trong đó,

Công ty đường Lam Sơn - Thanh Hóa có nhà máy sản xuất cồn công suất 25 triệu lít/năm, sản phẩm cồn của nhà máy chủ yếu phục vụ nhu cầu xuất khẩu Ngoài ra, còn có các nhà máy sản xuất cồn khác như nhà máy rượu Bình Định có công suất 5

triệu lít/năm; nhà máy cồn Bình Dương (thuộc công ty rượu Bình Tây) có công suất

4,5 triệu lít/năm; nhà máy sản xuất cồn - rượu Quảng Ngãi có công suất 12 triệu lít/năm, sản phẩm cồn rượu của nhà máy còn xuất khẩu qua một số nước như Đài Loan, Lào, Camphuchia Công ty đã có dự án xây dựng thêm một nhà máy sản xuất cồn với công suất 12 triệu lít/năm ở An Khê, nhà máy cồn Xuân Lộc - Đồng Nai có công suất 20.000 lít/ngày

Hiện nay nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất ethanol lớn, hiện đại công suất

từ 50 đến 100 triệu lít/ năm

Bảng 1.1 Một số nhà máy sản xuất ethanol ở Việt Nam hiện nay

Tên nhà máy Công suất –

nhiên liệu đầu vào Chủ đầu tư

b Tình hình cung cấp và nhu cầu cồn tại Việt Nam

Nhu cầu "xăng pha ethanol" trên thế giới không ngừng tăng lên, nước ta cũng không đứng ngoài xu hướng đó, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng

(Bộ Khoa học và Công nghệ) đã ban hành yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính (TCVN 7716: 2007) dùng để pha chế xăng sinh học; Chính phủ cũng

đã ký phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" [21] Việc sản xuất và sử dụng xăng sinh học tại Việt Nam đã có chủ trương từ cấp Nhà nước vấn đề chỉ chờ đến thời điểm áp dụng mà thôi Nắm bắt nhu cầu thị trường Ngoài ra, tại Quảng Nam, công ty Đồng Xanh liên doanh với

công ty An Huy (Trung Quốc) Gần đây nhất là Ngân hàng BIDV đầu tư xây dựng

nhà máy sản xuất cồn Đại- Tân có công suất 100.000 tấn/năm tại Đại Lộc, Quảng

Nam

Nguồn cung cấp cồn trong tương lai phụ thuộc vào sản lượng cồn của các công ty hiện có sau khi nâng cấp, mở rộng đầu tư thêm các nhà máy sản xuất ethanol và đặc biệt là các dự án xây dựng nhà máy sản xuất ethanol bằng công nghệ hiện đại của các công ty, tập đoàn nước ngoài trên khắp đất nước Việc đầu tư xây dựng những nhà máy sản suất ethanol nhiên liệu có quy mô lớn cùng với những tiến

bộ trong công nghệ sản xuất sẽ góp phần làm giảm giá cồn nhiên liệu

Vai trò của nhiên liệu sinh học trong phát triển bền vững, trong đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 do Thủ tướng phê duyệt nhằm phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) đã nêu rõ: NLSH là một dạng năng lượng mới, tái tạo cần được phát triển để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, cũng như góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường, phù hợp với xu thế phát triển chung trên thế giới Theo đề án, có 3 giai đoạn phát triển như sau:

- Tiếp cận và làm chủ được công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học

- Đào tạo được một đội ngũ cán bộ chuyên sâu về những lĩnh vực chủ yếu liên quan đến quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học

- Tiếp cận và làm chủ được công nghệ sản xuất giống cây trồng cho năng suất cao để sản xuất nhiên liệu sinh học

- Công nghệ sản suất nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới

- Sản lượng Ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước bằng xăng E5 và dầu B5

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ETHANOL LÀM NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu trên thế giới

Tại thời điểm hiện tại ethanol được sử dụng trong động cơ đánh lửa cưỡng bức bằng cách trộn với xăng ở nồng độ thấp mà không có bất kỳ sửa đổi nào về động cơ Ethanol tinh khiết cũng có thể được sử dụng trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nhưng đòi hỏi một số sửa đổi động cơ nhất định [8, 16, 25]

Al-Baghdadi [24] nghiên cứu ảnh hưởng của hydrogen/ethanol vào hiệu suất

và phát thải khí thải của động cơ đánh lửa cưỡng bức Việc bổ sung 8% hydro với 30% ethanol làm giảm 48,5% lượng khí thải CO, giảm 31,1% phát thải NOx và giảm 58,5% lượng tiêu thụ nhiên liệu Thêm vào đó, hiệu suất nhiệt và công suất ra tăng lần lượt 10,1% và 4,72% Trong một nghiên cứu thực nghiệm do Al-Hasan thực hiện [8], các tác động của việc sử dụng các hỗn hợp xăng-ethanol không chì vào hoạt động của động cơ đốt trong và phát thải khí thải được nghiên cứu Ông phát hiện ra rằng việc sử dụng hỗn hợp xăng-ethanol không chì sẽ dẫn đến việc tăng công suất có ích, hiệu suất nhiệt có ích, hiệu suất nạp và mức tiêu hao nhiên liệu khoảng 8,3%, 9%, 7% và 5,7% Ngoài ra, phát thải CO và HC lần lượt giảm khoảng 46,5% và 24,3% Sự pha trộn nhiên liệu ethanol 20% cho kết quả tốt nhất về hiệu suất của động cơ và lượng khí thải He BQ và cộng sự [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp ethanol-xăng đến phát thải và hiệu quả chuyển đổi chất xúc tác trong một động cơ đánh lửa cưỡng bức Nhiên liệu hỗn hợp làm giảm khí CO, HC

và NOx Mặt khác, với sự gia tăng hàm lượng ethanol trong hỗn hợp, lượng khí thải không cháy và acetaldehyde tăng lên Abdel-Rahman và cộng sự [23] đã tiến hành các thử nghiệm thực hiện bằng cách sử dụng tỷ lệ khác nhau của ethanol trong xăng, lên đến 40%, trong động cơ có tỷ số nén thay đổi Sự gia tăng hàm lượng ethanol làm tăng số octan, nhưng làm giảm nhiệt trị Cho thấy công suất động cơ được cải thiện với việc bổ sung thêm ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu Tỷ lệ trộn tối ưu được tìm thấy là 10% ethanol và 90% xăng

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, các nghiên cứu gần đây [1, 5, 14, 15, 19] cho thấy, khi lượng ethanol pha trộn với xăng từ 5 đến 10% khối lượng sẽ cải thiện đáng kể mô men, công suất, hiệu suất và lượng khí thải khi so sánh với xăng Ngoài ra, CO và HC (hydrocarbon) giảm với sự gia tăng ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu Tuy nhiên,

nhiệt độ cao của ethanol gây khó khăn cho động cơ bắt đầu lạnh do bốc hơi kém Trong khí hậu nóng, ethanol bị ảnh hưởng xấu do hiện tượng nút hơi Nó cũng bị ảnh hưởng bởi sự không tương thích với một số vật liệu động cơ và hệ thống nhiên liệu khi ethanol có nhiều trong xăng [20]

Như vậy các nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam đã công bố chỉ tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn của ethanol 5%, 10%, 15% và 20% vào trong xăng đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ Họ cho rằng việc bổ sung ethanol vào xăng với tỷ lệ không quá 20% thể tích sẽ cải thiện về công suất có ích, hiệu suất nạp, tiêu hao nhiên liệu và góp phần giảm ô nhiễm CO, HC và

CO2 của khí thải

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Ethanol có khả năng sản xuất với quy mô công nghiệp để có thể sử dụng pha vào xăng để làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa cưỡng bức Trong điều kiện Việt Nam đã có các nhà máy sản xuất ethanol có khả năng đáp ứng được lượng xăng sinh học E5 sử dụng trên toàn quốc để thay thế cho xăng RON 92 như hiện nay thì khả năng sản lượng ethanol có thể đáp ứng “Chiến lược phát triển nhiên liệu sinh học” nhằm đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Đây là tiền đề để Việt Nam có thể tiến tới sử dụng không những xăng E10, E15 mà thậm chí là xăng E20, E30 trong thời gian không xa

Với tình hình nghiên cứu ứng dụng ethanol làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong trong nước đã được công bố đang dừng lại ở mức thử nghiệm với tỷ lệ ethanol chưa vượt qua 10%, đồng thời các nghiên cứu cũng chưa có biện pháp để nâng cao

tỷ lệ của ethanol trong xăng sinh học, thì mục tiêu thử nghiệm đánh giá tỷ lệ tham

dự của ethanol trong xăng sinh học ở tỷ lệ lên đến 20% và xác định khoảng điều chỉnh của góc đánh lửa sớm tối ưu đến động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng nhiên liệu E20 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Để có luận chứng khoa học trong việc đánh giá các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng sinh học thì cần thiết phải nghiên cứu lý thuyết

về các tính chất lý hóa của thành phần nhiên liệu dùng trong thực nghiệm Đồng thời làm nền tảng khoa học trong việc xây dựng quy trình và đánh giá kết quả thực nghiệm được chính xác

2.1 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA XĂNG PHA ETHANOL

2.1.1 Giới thiệu chung về ethanol

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn… Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa cellulose…

Ethanol đã được các nước công nghiệp phát triển sử dụng như một loại nhiên liệu độc lập hoặc pha vào xăng để làm tăng chỉ số octane và giảm lượng khí thải

- Cồn công nghiệp (nồng độ 94 - 96% thể tích) : trong công nghiệp dùng làm dung môi, sản xuất cồn khô

- Cồn tuyệt đối (nồng độ 99,5% thể tích): dùng trong nghiên cứu pha chế thử nghiệm

- Cồn nhiên liệu: Ethanol nhiên liệu biến tính dùng trực tiếp cho động cơ hoặc pha trộn với xăng truyền thống Cồn để pha vào xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ASTM hoặc tiêu chuẩn quốc gia các nước và về cơ bản vẫn phải tuân theo các chỉ tiêu cụ thể như sau:

Bảng 2.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính [12]

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

Áp suất hơi bão hòa

ở 100oF (psi)

Chỉ số octan RON

Tỷ

lệ KK/

NL (*)

% khối lượng ôxy

Nhiệt ẩn hóa hơi (Btu/gal)

Nhiệt độ

tự cháy (oC)

Độ nhớt

ở

40oC (CSt)

Ethanol là hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của cồn etylic, dễ cháy, không màu, là một trong các cồn thông thường có trong thành phần của đồ uống

(khối lượng riêng 0,7917 g/ml ở 200C) sôi ở nhiệt độ 78,390C, hóa rắn ở -114,150C, tan trong nước vô hạn Sở dĩ cồn etylic tan trong nước vô hạn và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có phân tử lượng tương đương là do sự tạo hành

liên kết hydro giữa các phân tử cồn với nhau và với nước [12] Bảng 2 2 thể hiện

những tính chất khác biệt của ethanol so với xăng Những khác biệt này dẫn đến những thay đổi của hỗn hợp không khí nhiên liệu, quá trình cháy và thành phần khí thải của động cơ đánh lửa cưỡng bức khi sử dụng xăng-ethanol so với sử dụng xăng nguyên thủy

Hình 2 1 Cấu trúc phân tử của ethanol

2.1.3 Ảnh hưởng của ethanol đến hỗn hợp xăng-ethanol và tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa

a) Ảnh hưởng của ethanol đến tính chất của nhiên liệu xăng-ethanol

+ Tính bay hơi:

Do có độ nhớt, nhiệt ẩn hóa hơi và tỷ trọng lớn hơn xăng nên tính bay hơi của ethanol kém hơn xăng do đó tính bay hơi ở nhiệt độ thấp của nhiên liệu hỗn hợp xăng-ethanol sẽ kém hơn xăng

Bên cạnh đó do ethanol có khả năng tan vô hạn trong nước nên khi lượng nước trong ethanol tăng thì càng làm ethanol khó hòa tan vào xăng và xuất hiện sự phân tầng trong hỗn hợp Lớp trên là các hydrocacbon, lớp dưới là dung dịch ethanol và nước Sự phân tầng phụ thuộc vào tỷ lệ ethanol pha vào xăng Nếu tỉ lệ của chất này so với chất kia trong hỗn hợp vượt quá giới hạn nào đó thì sẽ xuất hiện phân tầng Điều này sẽ dẫn tới sự không đồng nhất của hỗn hợp

+ Nhiệt trị:

Thành phần oxy trong nhiên liệu (khoảng 35% khối lượng) dẫn đến nhiệt trị của ethanol thấp hơn xăng làm cho suất tiêu hao nhiên liệu của xăng-ethanol sẽ tăng

Những ảnh hưởng trên dẫn đến chất lượng hỗn hợp sẽ xấu đi đặc biệt khi động

cơ khởi động lạnh, trạng thái nhiệt động cơ thấp và tốc độ thấp

Tuy nhiên nếu trạng thái nhiệt của động cơ và tốc độ ở mức cao thì sự có mặt của ethanol sẽ góp phần tăng hệ số nạp, hoàn thiện quá trình cháy nâng cao hiệu suất nhiệt và giảm các thành phần gây ô nhiễm do cháy không hoàn toàn trong khí thải Trong điều kiện cung cấp thêm lượng nhiên liệu tương ứng với lượng ô xi có trong ethanol sẽ tạo điều kiện để nâng cao công suất cho động cơ

+ Tính chống kích nổ:

Ưu điểm chính của ethanol là nâng cao được chỉ số ốc-tan cho xăng-ethanol nhờ trị số octane của ethanol cao hơn so với xăng Trị số này càng tăng khi tỷ lệ

ethanol trong hỗn hợp này tăng Có thể là không thực tế để nâng cao tỉ số nén, nhưng nếu so với giới hạn kích nổ động cơ dùng xăng, hỗn hợp xăng-ethanol cho phép cải thiện về tốc độ cháy hạn chế cháy kích nổ, góp phần nâng cao hiệu suất tương tự như khi gia tăng tỉ số nén một lượng nhỏ

+ Tính tự cháy:

Ethanol có nhiệt độ tự cháy và có nhiệt ẩn hóa hơi cao hơn xăng dẫn đến hỗn hợp khó tự cháy, làm tăng thời gian cháy trễ đặc biệt khi động cơ khởi động lạnh và khi động cơ có trạng thái nhiệt thấp, tốc độ thấp Nhược điểm này sẽ được hạn chế nếu tăng thời điểm đánh lửa

b) Ảnh hưởng của ethanol đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức

+ Tính kinh tế, kỹ thuật:

Ở trạng thái nhiệt của động cơ thấp (khởi động lạnh, tốc độ thấp), sự có mặt của ethanol làm giảm chất lượng của hỗn hợp không khí nhiên liệu, giảm nhiệt trị của nhiên liệu điều này dẫn đến khả năng phát công suất của động cơ sẽ giảm, đồng thời tiêu hao nhiên liệu tăng Trong trường hợp này cần xem xét thay đổi hệ số dư lượng không khí và thời điểm đánh lửa nhằm hạn chế tính kinh tế và kỹ thuật của động cơ

Ở trạng thái nhiệt của động cơ cao (tải lớn, tốc độ cao) sự có mặt của ethanol cải thiện hệ số nạp, cải thiện quá trình cháy với hỗn hợp nhạt hơn Điều này dẫn đến cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ

+ Phát thải ô nhiễm:

Do tác dụng làm mát đường nạp và và làm việc ở hòa khí nhạt hơn, cả hai carbon monoxide (CO) và hydrocarbon (HC) phát thải giảm Tuy nhiên có khả

oxy trong ethanol bao gồm 1,3 butadien, benzen và các chất thơm khác bao gồm cả chất thơm polynuclear (PNAS), formaldehyde và acetaldehyde

Một mối quan tâm quan trọng là lượng khí thải vẫn chưa được hiểu rõ là khả năng của ethanol thấm qua cao su, nhựa và các vật liệu khác được sử dụng rộng rãi trong các thùng chứa, hệ thống đường ống nhiên liệu, phớt, và các bộ phận khác của

hệ thống nhiên liệu Nghiên cứu gần đây đã cho thấy lượng khí thải này là khá đáng

kể Tỷ lệ thấm cho hỗn hợp gasohol E15 và lớn hơn là chưa được nghiên cứu đầy

đủ Ngoài ra, lượng aldehyt (gốc –CHO) trong khí thải ra khỏi động cơ nhiều hơn khi dùng xăng

+ Độ bền của động cơ:

Khi sử dụng nhiên liệu xăng pha ethanol dẫn đến một số vấn đề cần can thiệp đối với động cơ truyền thống Thứ nhất là ăn mòn trong hệ thống nhiên liệu xảy ra một phần là do tính dẫn điện của cồn cao hơn xăng và đặc biệt là do sự tách pha của

xăng-ethanol khi có mặt của nước (hấp thụ ẩm) trong hệ thống tồn chứa Điều này

dẫn đến hiện tượng ăn mòn cục bộ rất nguy hại gây rò rỉ hệ thống mất mát nhiên liệu Chính vì vậy, đối với nhiên liệu xăng pha ethanol cần phai bổ sung thêm phụ gia ức chế ăn mòn kim loại, các phụ gia này có tác dụng làm giảm tốc độ ăn mòn điện hóa xảy ra trong pha nước và pha hơi

+ Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu:

Phần lớn các nhà sản xuất động cơ khuyến cáo nên xả nhiên liệu chưa sử dụng

từ các thiết bị hoặc thêm một chất phụ gia nhiên liệu ổn định có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa trước khi lưu trữ của thiết bị Các dung môi của nhiên liệu oxy hóa có thể hòa tan một số cặn bẩn vào hệ thống nhiên liệu, ở nút xả bộ lọc nhiên liệu Nếu

2.2 THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM

2.2.1 Cồn tuyệt đối sử dụng để pha chế

Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Hóa chất Dầu khí và Polyme (RDCOCP) Cồn tuyệt đối được làm khan từ cồn công nghiệp (độ cồn 94 - 96% bằng công nghệ hấp phụ rây phân tử (sử dụng Zeolite 3A) Quá trình tạo cồn tuyệt đối là quá trình hấp

phụ chọn lọc nước, loại những phân tử nước có trong cồn công nghiệp để nâng cao

độ cồn tạo sản phẩm cồn khan có hàm lượng ethanol trên 99,5% thể tích

Bảng 2.3: Chất lượng ethanol tuyệt đối

ASTM D

là nước và tạp chất Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng - cồn có tác dụng như một chất phụ gia tăng trị số octan cho hỗn hợp Ethanol nhiên liệu được sử dụng

như một hợp chất chứa oxy (oxygennate) nó có khả năng làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm sự tạo thành carbon monoxit (CO)

Đến cuối năm 2007, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (Bộ Khoa học

và Công nghệ) mới ban hành "TCVN 7716 : 2007, ethanol nhiên liệu biến tính dùng

để trộn với xăng sử dụng cho động cơ đánh lửa cưỡng bức

2.2.2 Xăng RON 92 gốc dùng để pha chế

Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng đã ban hành tiêu chuẩn mới cho xăng không chì TCVN 6776 : 2005 Tiêu chuẩn TCVN 6776 : 2005 sẽ thay thế cho tiêu chuẩn 6776 : 2000 áp dụng trong quản lý chất lượng xăng không chì Cơ sở áp dụng dựa trên hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu Euro 2, nhằm giảm lượng khí thải đối với xe cơ giới đường bộ và chất lượng nhiên liệu Theo đó, tiêu chuẩn mới nhằm cung cấp cho người tiêu dùng những loại xăng chất lượng sạch, góp phần hạn chế

Tiêu Chuẩn Euro 2 quy định hàm lượng lưu huỳnh (chất độc, di chứng ung thư)

phát thải khi sử dụng nhiên liệu phải đạt tối đa 500 ppm, theo tiêu chuẩn Euro 1 thì lưu huỳnh phải đạt tối đa là 1.500 ppm, tức mức độ ô nhiễm cao hơn gấp 3 lần so với quy định hiện nay Theo TCVN 6776:2000, trị số octan được tính theo phương

pháp nghiên cứu (RON) bao gồm các loại xăng tiêu chuẩn 92, 95; thì tiêu chuẩn mới quy định được phép áp dụng thêm phương pháp đo trên máy (MON) khi có yêu cầu

Bên cạnh đó, Bộ Thương mại cũng có Thông tư liên bộ quy định về màu của xăng

để tránh nhầm lẫn cho người tiêu dùng như xăng 92 có màu xanh, xăng 95 có màu đỏ… Trong tiêu chuẩn này có quy định chỉ tiêu mới đó là hàm lượng oxy trong xăng không quá 2,7% khối lượng

Bảng 2.4: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của xăng không chì RON92 và RON95

TT Tên chỉ tiêu Xăng không chì

Phương pháp thử RON92 RON95

03e1

đoạn

TCVN 2698:2007 (ASTM D 86-05)

TCVN 7023:2007(ASTM D4953-06) /ASTM D 5191

TT Tên chỉ tiêu Xăng không chì

Phương pháp thử RON92 RON95

TCVN 6703:2006(ASTM 04a)

D3606-/TCVN 3166:2008(ASTM D5580-02)

TCVN 7330:2007(ASTM 03e1

D1319-/TCVN 3166:2008(ASTM D5580-02)

TCVN 7330:2007(ASTM 03e1)

TCVN 7759:2008(ASTM 04e1

D4176-2.3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỞNG BỨC

2.3.1 Diễn biễn quá trình cháy của động cơ châm cháy cưỡng bức

Trong động cơ châm cháy cưỡng bức, quá trình cháy được bắt đầu từ nguồn lửa xuất hiện ở điện cực bugi trong môi trường hòa khí đều được hòa trộn trước, sau

đó xuất hiện màng lửa theo mọi hướng tới khắp không gian buồng cháy Trong quá trình cháy hóa năng của nhiên liệu được chuyển thành nhiệt năng làm tăng áp suất

và nhiệt độ của môi chất Nếu nhiên liệu được cháy càng kiệt, kịp thời thì năng lượng nhiệt nhả ra được chuyển thành công càng tốt làm tăng công suất và hiệu suất động cơ

Hình 2.2 [7] biểu diễn biến thiên áp suất trong xy lanh động cơ theo góc quay trục khuỷu khi xảy ra quá trình cháy trong động cơ xăng Người ta có thể chia quá trình cháy làm 3 giai đoạn: giai đoạn cháy trễ, giai đoạn cháy nhanh và giai đoạn cháy rớt

Hình 2.2 Quá trình cháy của động cơ xăng châm cháy cưỡng bức

I – cháy trễ, II – cháy nhanh, III – cháy rớt;

Trong các giai đoạn trên, giai đoạn mồi lửa chịu ảnh hưởng rất nhiều của các yếu tố sau: thành phần hỗn hợp công tác, nhiệt độ, áp suất và tốc độ chuyển động (mức độ hòa trộn) của hỗn hợp công tác trong xilanh

Rõ ràng quá trình cháy của hòa khí không xảy ra tức thời mà cần một khoảng thời gian nhất định Để phát huy được hiệu quả cao nhất khi hỗn hợp công tác được đốt cháy, giãn nở sinh công của động cơ, tia lửa điện giữa các cực của bugi cần phải xuất hiện trước khi píttông chuyển động tới điểm chết trên (ĐCT) của cuối chu trình nén, để sao cho hỗn hợp công tác sẽ được bén lửa, bốc cháy và giãn nở trong vùng

có thể tích giới hạn

Với động cơ xăng, hòa khí được đánh lửa để đốt cháy (nổ), và áp lực sinh ra từ

sự bốc cháy sẽ đẩy píttông xuống Năng lượng nhiệt được biến thành động năng có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở

thời điểm đánh lửa, nó phát ra áp suất cực đại chậm một chút, sau khi đánh lửa Vì vậy, phải đánh lửa sớm, sao cho áp suất cực đại được tạo ra vào thời điểm khoảng

100 sau điểm chết trên (ATDC)

2.3.2 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức

a) Ảnh hưởng của chất lượng hòa khí đến quá trình cháy

Thành phần hòa khí: Quá trình cháy có thể được cháy kiệt và kịp thời hay

không phụ thuộc vào tốc độ lan truyền màng lửa Nhân tố gây ảnh hưởng chính đến tốc độ lan truyền màng lửa là thành phần hòa khí

Kết quả thực nghiệm chứng minh rằng: thành phần hòa khí khác nhau sẽ cho

cao nhất Thành phần trên của hòa khí được gọi là thành phần công suất Nếu hòa khí nhạt hơn, tốc độ lan truyền màng lửa giảm bớt nên công suất động cơ giảm dần

1,1 được gọi là thành phần tiết kiệm Tiếp tục làm nhạt hòa khí tức là khi  > 1,051,1 nếu có giải pháp thích hợp, đảm bảo cho hòa khí cháy kiệt, thì hiệu suất lợi dụng nhiệt vẫn có thể tiếp tục tăng Nhưng nói chung, hòa khí càng nhạt, tốc độ lan truyền màng lửa càng giảm, tốc độ cháy càng chậm, tăng phần cháy rớt, hiệu suất giảm Nếu hòa khí quá nhạt, thời gian cháy rớt sẽ kéo dài tới cuối kỳ thải có thể gây nên hiện tượng hồi hỏa Nếu hòa khí nhạt hơn nữa làm cho khoảng cách giữa các phần tử nhiên liệu quá lớn, khiến màng lửa không thể lan trong hòa khí, động cơ

giới hạn dưới của thành phần hòa khí đảm bảo màng lửa có thể lan truyền Tương tự

lửa giảm sút làm công suất giảm, và do lượng nhiên liệu không cháy hết tăng lên,

khiến hòa khí không cháy được, đó là giới hạn trên của thành phần hòa khí đảm bảo cho màng lửa lan truyền được bên ngoài hai giới hạn trên, màng lửa không lan truyền được, tức là hòa khí sẽ không cháy Trong thực tế để đạt độ tin cậy của động

cơ khi hoạt động, thành phần hòa khí thực tế thường nằm trong giới hạn từ 0,8 1,2

Hình 2 3 Ảnh hưởng của thành phần hòa khí  tới tốc độ lan truyền màng lửa

Giới hạn của thành phần hòa khí không phải là một hằng số vật lý bất biến, mà tùy thuộc theo điều kiện khác nhau có thể mở rộng hoặc thu hẹp Ví dụ nếu hòa khí

có nhiệt độ cao, giới hạn lan truyền màng lửa của thành phần hòa khí sẽ mở rộng hơn, ngược lại nếu tăng hàm lượng khí sót trong hòa khí sẽ thu nhỏ giới hạn

Động cơ ôtô thường hạt động ở tải nhỏ và tải vừa, chỉ khi leo dốc và khi cần khắc phục lực cản lớn của đường sá mới cần phát công suất lớn nhất Để thích ứng với điều kiện hoạt động trên, hệ thống phun chính cần cung cấp nhiên liệu có thành phần tiết kiệm nhất Chỉ khi gần với toàn tải mới dùng cơ cấu làm đậm (hoặc cơ cấu tiết kiệm) cấp nhiên liệu làm cho hòa khí đậm lên tới thành phần công suất của hòa khí

Phân phối hòa khí vào các xilanh: Trong động cơ nhiều xilanh chất lượng

hòa khí còn liên quan đến sự phân phối số lượng và thành phần hòa khí vào các xilanh Nếu phân phối không đều về số lượng cũng như thành phần hòa khí thì các xilanh của động cơ không thể cùng một lúc đều sử dụng hòa khí có thành phần công suất hoặc thành phần tiết kiệm nhất, do đó làm giảm công suất và hiệu suất của động cơ Phân phối không đều chủ yếu là do phần nhiên liệu nặng khí bay hơi, thành phần này lại dễ gây kích nổ, vì vậy việc phân phối hòa khí không đều sẽ làm tăng khuynh hướng gây kích nổ của một số xilanh

Trong động cơ xăng, bay hơi của nhiên liệu và hình thành hòa khí phần lớn được thực hiện trên đường nạp Vì vậy việc phân phối đồng đều về số lượng cũng như thành phần hòa khí phụ thuộc chính vào cấu tạo, tức là hình thức phân bố đường ống nạp

b) Ảnh hưởng của tia lửa điện

Góc đánh lửa sớm: Người ta dùng góc đánh lửa sớm s làm căn cứ để đo thời điểm đánh lửa, góc đánh lửa sớm có ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời của quá trình cháy Giá trị tốt nhất của góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu,

kéo dài trên đường dãn nở, nhiệt độ khí thải cao, máy nóng và hiệu quả sinh công kém Lựa chọn được góc đánh lửa sớm tối ưu sẽ cho tính kinh tế và tính hiệu quả cao nhất

c) Ảnh hưởng của tốc độ và phụ tải đến quá trình cháy

Ảnh hưởng của tốc độ: Khi tăng tốc độ động cơ, một mặt làm tăng tốc độ

dòng khí nạp vào xilanh, mặt khác tăng tốc độ dịch chuyển của pít tông sẽ làm tăng cường độ dòng khí chèn khi nén, vì vậy đã cải thiện chất lượng hòa trộn của hòa khí Ngoài ra khi tăng tốc độ cũng làm tăng nhiệt độ hòa khí cuối kì nén, gia tăng quá trình chuẩn bị cháy của hòa khí, kết quả làm tăng nhanh tốc độ lan truyền của

màng lửa đó là một trong những tiền đề quan trọng để phát triển động cơ xăng theo hướng cao tốc

Hình 2 4 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới tốc độ lan màng lửa

Do tăng tốc độ động cơ sẽ làm giảm thời gian cháy trễ và thời gian cháy chính thức theo giây, nhưng việc gia tốc của quá trình cháy kể trên, không bù trừ hết thời gian giảm suốt của mỗi chu trình do tăng tốc độ gây ra (thời gian này tỷ lệ với tốc độ) Vì vậy nếu tính thời kì cháy theo góc quay trục khuỷu, thì nó sẽ tăng khi tăng tốc độ động cơ

Nếu giữ nguyên s sẽ có thể gây ra hiện tượng kéo dài thời kì cháy rớt sang quá trình giãn nở, làm giảm hiệu suất động cơ Muốn khắc phục hậu quả trên, đảm bảo cho quá trình cháy được tiến hành bình thường ở mọi tốc độ thì cần tăng góc đánh lửa sớm khi tăng tốc độ động cơ nhờ tác dụng li tâm của quả văng trên đĩa chia điện

khác lại tăng lượng khí sót còn lại trong xilanh, qua đó làm giảm tốc độ phản ứng

càng khó kích nổ, ngược lại ở tốc độ thấp, dễ gây kích nổ

Hình 2.5 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ n tới góc đánh lửa sớm s

Ảnh hưởng của tải: Động cơ xăng có bộ chế hòa khí sử dụng biện pháp điều

chỉnh lượng hòa khí ở tải nhỏ, đóng bớt bướm ga, tạo cản đối với dòng khí nạp, qua

đó làm giảm lượng hòa khí đi vào xilanh Nhưng lúc ấy do lượng khí sót còn lại

tăng độ loãng của hòa khí và tăng thời gian cháy trễ, quá trình cháy trở nên chậm chạp, kết quả làm tăng thời gian quá trình cháy Như vậy ở tải nhỏ cần tăng góc đánh lửa sớm Mặc dù góc đánh lửa sớm không thể thay đổi tốc độ cháy cũng như không thể rút ngắn thời gian cháy, nhưng có thể giúp cho quá trình cháy được thực hiện kịp thời ở khu vực gần điểm chết trên (ĐCT) Muốn tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải người ta lắp bộ điều chỉnh đánh lửa sớm chân không trên đĩa chia điện: càng đóng nhỏ bướm ga độ chân không sau bướm ga càng lớn sẽ làm tăng góc đánh lửa sớm

Ở tải lớn lượng hòa khí mới nạp vào xilanh tăng, làm tăng áp suất cháy Mặt

kì thấp, ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy khiến áp suất cháy giảm nhiều

d) Ảnh hưởng của kết cấu động cơ

Ảnh hưởng của tỉ số nén (): Khi tăng , áp suất và nhiệt độ cuối quá trình

nén đều tăng, tạo điều kiện tốt cho các phản ứng ôxy của hòa khí, nhờ đó sẽ rút ngắn thời kì cháy trễ và làm tăng tốc độ lan truyền màng lửa Vì vậy trong các động

cơ có tỉ số nén  cao, thời gian cháy trễ i ( ) và thời gian lan truyền màng lửa đều

được rút ngắn, áp suất cháy cực đại càng nằm sát khu vực ĐCT, tốc độ tăng áp suất

và áp suất cháy cực đại đều lớn

Ảnh hưởng của loại buồng cháy: Loại buồng cháy và cách bố trí xupáp có

liên hệ mật thiết với nhau

2.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH VỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ

2.4.1 Đặc tính động cơ xăng [7]

a) Chế độ làm việc của động cơ

Chế độ làm việc của động cơ đặc trưng bằng tổ hợp các thông số làm việc của động cơ như tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt Trong đó chủ yếu là công suất có ích Ne (hoặc mô men - Me) và số vòng quay n

n M

n M

M

60

.2

Bao gồm:

- Đặc tính ngoài: Đặc tính tốc độ ứng với công suất lớn nhất của động cơ

- Đặc tính bộ phận: là đặc tính tốc độ ứng với các vị trí cố định của cơ cấu điều khiển nhiên liệu ở những vị trí trung gian nhỏ hơn giới hạn ngoài

c) Các biểu thức dùng để phân tích đặc tính của động cơ xăng

- Suất tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị công suất:

gi = 12 10 5

k i 1

v k

T.p

p .



 = 482 103

k i 1

v k

T.p

k

k v i

T

p 





p/

pe = pi ηm (2 5)Trong đó: ηm = 1 -

i

m

pp

N e =

30

n V

(2 6)

Lượng tiêu hao nhiên liệu theo thời gian:

Vì các các thông số D, s, i, τ, pk, Tk, Qh, M0 cho trước cho nên có thể coi là

hằng số đối với một động cơ cụ thể

Do đó: Ne = A1 η v



i ηm. n (2 8)

Me =

e

N =





v 4

m

A

p

(2 13)

Để phân tích các biểu thức (2.8) - (2.13) ta cần làm rõ đặc điểm biến thiên

- Hệ số nạp: ηv

- Chất lượng của chu trình và

- Hiệu suất cơ giới ηm thể hiện tổn thất năng lượng bên trong động cơ

 Đặc tính ngoài động cơ xăng:

,v, m với n khi mở hoàn toàn bướm ga

- i: Chủ yếu phụ thuộc vào  nên thay đổi ít Khi tăng n hiệu suất i tăng dần

do tăng cường chuyển động rối ảnh hưởng tốt đến quá trình cháy; giảm thời gian truyền nhiệt làm nhiệt truyền ra ngoài ít (rò khí, tản nhiệt) Do đó i có xu hướng tăng lên một ít

- v: Với một động cơ cụ thể v phụ thuộc tốc độ dòng khí trong đường nạp

và góc phối khí Khi tăng n thì tốc độ dòng khí tăng, tổn thất áp suất tăng làm Pa giảm nên v giảm, riêng trong khu vực số vòng quay thấp v có tăng lên chút ít do

Như vậy, khi tăng dần số vòng quay n thì Me (Pe) lúc đầu tăng do tăng v

và sau khi đạt cực đại tại nM thì Me giảm xuống chủ yếu do v và m giảm

n tăng thì lúc đầu Ne tăng nhanh, Me giảm nhưng chậm hơn mức độ tăng của n thì làm cho Ne tăng lên, lúc mức độ giảm của Me bằng mức độ tăng của n thì Ne đạt max Sau đó Me giảm nhiều hơn so với mức độ tăng của n thì Ne giảm xuống

Hình 2 6: Biến thiên của các thông số

theo tốc độ trường hợp động cơ xăng

Hình 2 7: Dạng đặc tính tốc độ

ngoài động cơ xăng

2.4.2 Suất tiêu hao năng lượng

Suất tiêu hao năng lượng W[kJ/kW/h]

Trong đó:

- Wh : là năng lượng của hỗn hợp nhiên liệu tiêu hao trên giờ

- E%[%V]: phần trăm thể tích của Ethanol pha trộn vào xăng

- E[kg/lít]: tỷ trọng của nhiên liệu Ethanol

- WE[kJ/kg]: Nhiệt trị thấp của Ethanol

- Xa%[%V]: phần trăm thể tích của xăng

- Xa[kg/lít]: tỷ trọng của nhiên liệu xăng

- WXa[kJ/kg]: Nhiệt trị thấp của xăng

- H[kg/lít]: Tỷ trọng của hỗn hợp nhiên liệu xăng pha ethanol:

Nếu bugi đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn

nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xylanh tăng và

trình cháy diễn ra khi piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ Đường 2 là quá trình cháy khi góc đánh lửa sớm hợp lí Để thu được công chu trình lớn nhất cần phải đánh lửa đốt cháy hoà khí trước khi piston tới ĐCT Làm như vậy để quá trình cháy diễn ra nhanh hơn và kết thúc sớm hơn, áp suất cháy cực đại xuất hiện ở gần ĐCT, diện tích đồ thị công sẽ lớn hơn Tuy nhiên nếu góc đánh lửa quá lớn thì hậu quả của nó sẽ giống như trường hợp có cháy sớm

và sẽ làm tăng khả năng cháy kích nổ do áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng Góc đánh lửa sớm có trị số tối ưu khi ở đó một số chỉ ti êu kinh tế kỹ thuật quan trọng của động cơ đạt giá trị cao nhất đồng thời đảm bảo không có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợp cháy, nhiệt độ khí nạp Nó được xác định bằng thực nghiệm

Góc đánh lửa sớm θ có ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời của quá trình cháy Giá trị tốt nhất của θ phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, tốc độ và phụ tải của động

cơ, ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm θ đến tính kịp thời của quá trình cháy được thể hiện trên Hình 2.9[7]

Đồ thị công d, được xác định khi θ = 39˚, do bật tia lửa điện sớm quá nên phần hòa khí được bốc cháy ở trước điểm chết trên, không những làm cho áp suất trong