Tài liệu Nghiên cứu, đánh giá tính kinh tế kỹ thuật và các chất phát thải của xe gắn máy sử dụng nhiên liệu xăng e5

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRẦN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ CÁC CHẤT PHÁT THẢI CỦA XE GẮN MÁY SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG E5 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng, 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRẦN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ CÁC CHẤT PHÁT THẢI CỦA XE GẮN MÁY SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG E5 Chuyên ngành Mã số : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC : 60520116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN TỤY Đà Nẵng, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn Thạc Sỹ “ Nghiên cứu đánh giá tính kinh tế kỹ thuật và các chất phát thải xe gắn máy sử dụng nhiên liệu xăng E5 ” l công tr nh nghi n cứu của ri ng tôi C c số liệu, ết quả n u trong luận văn l trung thực v chuẩn t ng đƣợc ai công ố trong ất công tr nh n o h c Tất cả những tham hảo v ế th a đều đƣợc tr ch n v tham chiếu đ y đủ Đ Nẵng, ngày 28 tháng 07 năm 2018. T c giả luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN TRẦN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ CÁC CHẤT PHÁT THẢI CỦA XE GẮN MÁY SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG E5 Tóm tắt Luận Văn: Hiện nay, tất cả các nước trên thế giới, từ các nước tiên tiến đến các nước đang phát triển và chậm phát triển đang rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống; Các tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể làm cho cơ thể bị thiếu oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn, gây viêm, ho, khó thở và làm hủy hoại các tế bào cơ quan hô hấp, mất ngủ, gây ra căn bệnh ung thư máu, gây rối loạn hệ thần kinh, gây ra các bệnh về gan và làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Ngoài ra khí thải động cơ còn làm thay đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái toàn cầu; Thế giới ngày nay đã bị lệ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ nhưng trữ lượng dầu mỏ sắp cạn kiệt. Trong lúc nhân loại chưa có một thứ nhiên liệu nào có thể thay thế được xăng dầu hoàn toàn. Để khắc phục tình trạng trên, có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây như là tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên NG, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời. At present, all countries in the world including developed anddeveloping countries are concerned about environmental pollution and the depletion of traditional fuels. The harms of pollutants in the exhaust gas of internal combustion engines can trigger humans to suffer from hypoxia, headache, dizziness, nausea, inflammation, coughing, and dyspnea as well as damage respiratory organs, which lead to insomnia, and blood cancer, neurological disorders, liver diseases and children mental retardation. In addition, engine exhaust also changes the atmospheric temperature and affects the global ecological environment. The world is currently too dependent on oil; however, the oil reserves are running out whereas humans have not deployed anyfuel that can replace gasoline completely. To overcome this obstacle, many recommendations have been made in recent years including completing the engine combustion process, and using alternative fuels for cars such as LPG, NG, methanol, ethanol, biodiesel, electricity, fuel cells, and solar power. As a result, the topic of "Research and Evaluation of Technical Economics and Emission of Motorcycles Using E5 Fuel" is of scientific and practical significance. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. TÓM TẮT.......................................................................................................................... Bảng danh mục các thuật ngữ viết tắt ............................................................................... Bảng danh mục các hình.................................................................................................... Bảng danh mục các bảng biểu ........................................................................................... Mở đ u ............................................................................................................................. 1 I. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................... 1 II. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 1 III Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vị nghiên cứu ...................................................... 1 IV Phƣơng ph p nghiên cứu ....................................................................................... 1 V. Trang thiết bị nghiên cứu........................................................................................ 2 VI. Cấu trúc nội dung luận văn ................................................................................... 2 VII. Kết luận và triển vọng .......................................................................................... 2 VIII. Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 3 1.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN XE GẮN MÁY TRÊN THẾ GIỚI......... 3 1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG XE GẮN MÁY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM . 10 1.2.1. Tình hình sử dụng xe máy trên thế giới........................................................... 10 1.2.2. Tình hình sử dụng xe gắn máy tại Việt Nam .................................................. 11 1.3. VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG & SỬ DỤNG XĂNG E5 Ở VIỆT NAM12 1.3.1 Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ở Việt Nam .......................................................... 12 1.3.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 ở Việt nam ............................ 12 1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG ...................................................................................... 15 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................... 16 2 1 PHƢƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE GẮN MÁY ............................. 20 2.1.1 Các lực cản chuyển động của xe gắn máy ........................................................ 20 2.1.2 Lực éo v đặc t nh động lực học xe gắn máy ................................................. 20 2 2 PHƢƠNG TRÌNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU XE GẮN MÁY ......................... 20 2.2.1 KHái niệm tiêu hao nhiên liệu & phƣơng tr nh ti u hao nhi n liệu ô tô .............. 20 2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣớng đến tiêu hao nhiên liệu ô tô ............................................. 21 2 2 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỠNG BỨC ............................................................................... 24 2 2 1 Cơ chế hình thành COx ................................................................................... 24 2 2 2 Cơ chế hình thành NOx .......................................................................................24 2 2 3 Cơ chế hình thành khí HC (Hydrocacbure) ........................................................25 2.2.3 Ảnh hƣởng của tính chất nhiên liệu đến các phát thải chất ô nhiễm ....................27 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ............................................................. 29 3.1 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ........................................... 29 3.1.1 Nội dung thử nghiệm ........................................................................................ 29 3 1 2 Phƣơng ph p thử nghiệm và các chế độ vận hành ........................................... 29 3.2 THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM .................................................................................. 32 3.2.1 Xe thử nghiệm .................................................................................................. 32 3.2.2 Nhiên liệu thử nghiệm ...................................................................................... 32 3 2 3 Băng thử động lực học CD-20" ........................................................................ 34 3.2.4 Thiết bị đo lực kéo ............................................................................................ 34 3.2.5 Thiết bị đo tốc độ .............................................................................................. 35 3.2.6 Thiết bị đo ti u hao nhi n liệu .......................................................................... 36 3.2.7 Thiết bị lấy m u và phân tích khí xả ................................................................ 37 3.2.8 Dụng cụ đo lực cản lăn v lực cản không khí .................................................. 37 3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ................................................................................. 38 3.3.1 Kết quả đo lực cản và lực cản gió theo tốc độ.................................................. 38 3.3.2 Kết quả đo lực kéo theo tốc độ ......................................................................... 38 3.3.3 Kết quả đo ti u hao nhi n liệu .......................................................................... 40 3.3.4 Kết quả đo c c th nh ph n khí xả ..................................................................... 42 3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG ...................................................................................... 49 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH SO SÁNH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .................................. 49 4 1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LỰC CẢN XE HONDA SUPPERDREAM ................ 50 4 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SO SÁNH CÔNG SUẤT XE GẮN MÁY KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN E5 SO VỚI XĂNG RON92 ....................... 53 4 3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TĂNG TỐC XE GẮN MÁY KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN E5 SO VỚI XĂNG RON92 ....................... 56 4.3.1 Đ nh gi so s nh gia tốc xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 ............................. 56 4.3.2 Đ nh gi so s nh thời gian tăng tốc xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 ............ 60 4 4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU XE GẮN MÁY HONDA SUPPERDREAM KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU E5 ................................. 64 4 5 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SO SÁNH CÁC CHẤT KHÍ XẢ XE GẮN MÁY KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN E5 ......................................................... 69 4.5.1 Đ nh gi so s nh chất khí phát thải Monoxide Carbon CO của xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 so với xăng RON92 ....................................................................... 69 4.5.2 Đ nh gi so s nh chất khí phát thải Dioxide Carbon CO2 của xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 so với xăng RON92.......................................................... 74 4.5.3 Đ nh gi so s nh chất khí phát thải HydroCarbon HC của xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 so với xăng RON92 ................................................................................ 78 4.5.4 Đ nh gi so s nh chất khí phát thải Ni-tơ của xe khi sử dụng xăng pha cồn E5 so với xăng RON92 ................................................................................................... 82 4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG ........................................................................................... 86 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................................... 88 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 89 BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1. Xe gắn máy Michaux-Perreaux ......................................................................3 Hình 1. 2. Xe gắn m y hơi nƣớc Roper ...........................................................................4 Hình 1. 3. Bản sao của chiếc Reitwagen của bảo tàng Honda Motegi ở Nhật Bản ........5 Hình 1. 4. Mô h nh động cơ đồng hổ quả lắc ..................................................................7 Hình 1. 5. Nguyên m u chiếc Reitwagen ........................................................................7 Hình 1. 6. Biểu đồ phân bố lƣợng xe ô tô và xe gắn m y c c nƣớc trên thế giới .........11 H nh 2 1 Sơ đổ tổng quát lực và mô men tác dụng l n ô tô……………………… ...16 Hình 2. 2. Sự phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ ......................................................25 Hình 2. 3. Các mạch liên kết hóa học của Hy rocac on thơm ....................................28 Hình 3. 1. Phòng thử xe gắn máy - PTN Động cơ đốt trong - ĐHBK H Nội…… 32 H nh 3 2: Nguy n lý đo lực kéo ...................................................................................35 Hình 3. 3. Cấu tạo của cảm biến tốc độ. ........................................................................35 Hình 3. 4.Tín hiệu xung đ u ra của cảm biến tốc độ .....................................................36 Hình 3. 5. Thiết bị đo ti u hao nhi n liệu cho xe gắn máy............................................36 Hình 3. 6. Diễn biến giảm tốc độ hi xe lăn trơn tr n đƣờng........................................38 Hình 3. 7. Diễn biến lực éo xe Hon a SupperDream hi đo 02 loại nhiên liệu RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.6) ....................................40 Hình 3. 8. Diễn biến lƣợng tiêu hao nhiên liệu xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.7). ................................................................................................................................41 Hình 3. 9. Diễn biến lƣợng khí xả CO t xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu: xăng RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.8) ........................................................................................................................43 Hình 3. 10. Diễn biến lƣợng khí xả CO2 t xe gắn m y hi đo 02 loại xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.9) ........................................................44 Hình 3. 11. Diễn biến lƣợng khí xả HC t xe gắn máy khi thử nghiệm 02 loại xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.10) ..................................46 Hình 4. 1. Hàm biểu thị quan hệ V(t) = f(t) khi xe gắn m y lăn trơn ...........................50 Hình 4. 2. Diễn biến quan hệ lực cản của xe phụ thuộc theo tốc độ Fc = f(V) .............50 Hình 4. 3. Diễn biến công suất kéo của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu: xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu đƣợc chú thích theo bảng 4.2) ........................................................................................................................54 H nh 4 4 Đồ thị diễn biến gia tốc của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu: xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.4)..........58 H nh 4 5 Đồ thị diễn biến gia tốc của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu: xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.5)..........62 H nh 4 6 Đồ thị diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu riêng g [g/kW.h] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu: xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD20” (c c hiệu theo bảng 4.6) ......................................................................................64 Hình 4. 7. Diễn biến lƣợng tiêu hao nhiên liệu của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.7)...67 H nh 4 8 Đồ thị diễn biến chất khí phát thải monoxide-carbon riêng CO_p[%/kW] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng truyền thống RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.8) .............69 Hình 4. 9. Diễn biến chất khí phát thải monoxide-carbon CO_v[%/(km/h)] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng truyền thống RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.9) ............................71 H nh 4 10 Đồ thị diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ ri ng CO2_p[%/ W] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng truyền thống RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.10) ..........................73 Hình 4. 11. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ CO2_v[%/( m/h)] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng sinh học E5 trên ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.11) ..............................................................75 Hình 4. 12. Diễn biến chất khí phát thải Hydro-carbon HC_v[ppm/(km/h)] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng truyền thống RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.13) ..........................79 H nh 4 13 Đồ thị diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ ri ng NOx_p[ppm/ W] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng sinh học E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.14) .................................................81 Hình 4. 14. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ NOx_v[ppm/( m/h)] của xe Honda SupperDream khi thử nghiệm 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng sinh học E5 trên ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 4.15) ..............................................................83 BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1. Kết quả phân t ch xăng RON92 v Ethanol gốc. .........................................33 Bảng 3. 2. Kết quả phân tích nhiên liệu Gasohol E5.....................................................33 Bảng 3. 3. các thông số kỹ thuật cơ ản của ăng thử xe gắn m y CD 20“ .................34 Bảng 3. 4 .Các thông số kỹ thuật của bộ đo nhi n liệu tr n ăng thử CD-20“ .............37 Bảng 3. 5. Diễn biến tốc độ xe giảm theo thời gian thực hi lăn trơn xe Hon a SupperDream II tr n đƣờng thử ....................................................................................38 Bảng 3. 6. Diễn biến lực kéo theo tốc độ của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ ..............................................39 Bảng 3. 7.. Diễn biến tiêu hao nhiên liệu của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ ..............................................41 Bảng 3. 8. Diễn biến kết quả đo CO thải ra t xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ ..............................................42 Bảng 3. 9. Diễn biến kết quả đo CO2 thải ra t xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ .......................................43 Bảng 3. 10. Diễn biến kết quả đo HC thải ra t xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ .......................................45 Bảng 3. 11. Diễn biến kết quả đo NOx thải ra t xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ .......................................46 Bảng 3. 12. Diễn biến lƣợng khí xả NOx t xe gắn m y hi đo 02 loại xăng RON92, E5 tr n ăng thử CD-20” (c c hiệu theo bảng 3.11) .................................................47 Bảng 4. 1. Kết quả t nh V/ t v Fc hi lăn trơn xe Hon a SupperDream………… 51 Bảng 4. 2. Diễn biến công suất kéo của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“ ..........................................53 Bảng 4. 3Diễn biến mức độ tăng(+)/giảm(-) công suất kéo của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu E5 so với xăng RON92 ......................................................54 Bảng 4. 4. Diễn biến gia tốc của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“ .................................................55 Bảng 4. 5. Diễn biến thời gian tăng tốc của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ ..............................................59 Bảng 4. 6. Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu riêng của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“............63 Bảng 4. 7. Diễn biến lƣợng tiêu hao nhiên liệu của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại xăng RON92, xăng E5 tr n ăng thử CD-20“ ...................................................65 Bảng 4. 8. Diễn biến chất khí phát thải monoxide-carbon riêng CO_p[%/kW] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 trên ăng thử CD-20“ ...........................................................................................................68 Bảng 4. 9. Diễn biến chất khí phát thải monoxide-carbon CO_v[%/(km/h)] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 trên ăng thử CD-20“ ...........................................................................................................70 Bảng 4. 10. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ ri ng CO2_p[%/ W] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“...........................................................................................................................72 Bảng 4. 11. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ CO2_v[%/( m/h)] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“...........................................................................................................................74 Bảng 4. 12. Diễn biến chất khí phát thải Hydro-carbon riêng HC_p[ppm/kW] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 trên ăng thử CD-20“ ...........................................................................................................76 Bảng 4. 13. Diễn biến chất khí phát thải Hydro-carbon HC_v[ppm/(km/h)] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 trên ăng thử CD-20“ ...........................................................................................................78 Bảng 4. 14. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ ri ng NOx_p[ppm/ W] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“...........................................................................................................................80 Bảng 4. 15. Diễn biến chất khí phát thải Ni-tơ NOx_v[ppm/( m/h)] của xe Honda SupperDream khi chạy 02 loại nhiên liệu xăng RON92, xăng pha cồn E5 tr n ăng thử CD-20“...........................................................................................................................82 1 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Hiện nay, tất cả c c nƣớc trên thế giới, t c c nƣớc tiên tiến đến c c nƣớc đang phát triển và chậm phát triển đang rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống; Các tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể làm cho cơ thể bị thiếu oxy, nhức đ u, chóng mặt, buồn nôn, gây viêm, ho, khó thở và làm hủy hoại các tế o cơ quan hô hấp, mất ngủ, gây ra căn ệnh ung thƣ m u, gây rối loạn hệ th n kinh, gây ra các bệnh về gan và làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Ngoài ra khí thải động cơ còn l m thay đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái toàn c u; Thế giới ng y nay đã ị lệ thuộc quá nhiều vào d u mỏ nhƣng trữ lƣợng d u mỏ sắp cạn kiệt. Trong lúc nhân loại chƣa có một thứ nhiên liệu nào có thể thay thế đƣợc xăng u hoàn toàn. Để khắc phục tình trạng trên, có nhiều giải ph p đã đƣợc công bố trong những năm g n đây nhƣ l tập trung là hoàn thiện qu tr nh ch y động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô nhƣ LPG, h thi n nhi n NG, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lƣợng mặt trời. Vì vậy, đề tài “NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ CÁC CHẤT PHÁT THẢI CỦA XE GẮN MÁY SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG E5” l có ý nghĩa hoa học và thực tiễn. II. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề t i hƣớng đến việc đ nh gi t nh inh tế kỹ thuật và các chất phát thải gây ô niễm môi trƣờng của xe gắn máy sử dụng nhiên liệu sinh học xăng E5 hi thử nghiệm xe tr n ăng thử xe gắn máy. III. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vị nghiên cứu * Đối tƣợng nghiên cứu: nhiên liệu xăng sinh học E5 sử dụng trên xe gắn máy * Phạm vi nghiên cứu : Chỉ giới hạn nghiên cứu tính kinh tế kỹ thuật và các chất phát thải ô nhiễm của xe gắn máy khi chạy xe tr n ăng thử xe gắn máy. IV. Phƣơng pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trong đó ƣu ti n nghiên cứu thực nghiệm để đ nh gi t nh inh tế kỹ thuật và các chất phát thải ô nhiễm của xe gắn máy. 2 V. Trang thiết bị nghiên cứu - Sử dụng ăng thử xe gắn máy. - Sử dụng xe gắn máy hiệu HONDA SUPERDREAM 100cc để thử nghiệm. VI. Cấu trúc nội dung luận văn Ngoài ph n mở đ u và kết luận, dự kiến nội dung luận văn gồm có 4 chƣơng đƣợc bố trí theo cấu trúc nhƣ sau : CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VII. Kết luận và triển vọng + Những kết quả đạt đƣợc của đề tài + Những hạn chế của đề tài + Hƣớng ph t triển đề t i trong tƣơng lai VIII. Tài liệu tham khảo 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN XE GẮN MÁY TRÊN THẾ GIỚI Ý tƣởng xe gắn m y ƣờng nhƣ đã xảy ra với rất nhiều kỹ sƣ v nh ph t minh, đặc biệt là ở Châu Âu sau sự ra đời của c c ph t minh mang t nh đột ph nhƣ: Động cơ hơi nƣớc (James Watt), động cơ điện (Michael Fara ay), xe đạp, động cơ đốt trong (Etienne Lenoir), … Trong hoảng cuối thế kỷ 18 và nữa đ u thế kỷ 19 Ý tƣởng trên đã đƣợc thực hiện bằng việc cho ra đời những m u “xe đạp gắn động cơ” v o hoảng nữa cuối thế kỷ 19, đ nh ấu mốc cho lịch sử phát triển của xe gắn máy. Hình 1.1. Xe gắn máy Michaux-Perreaux năm 1868 tại Pháp. Hình 1.1. Xe gắn máy Michaux-Perreaux Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nƣớc Michaux-Perreaux là xe gắn m y đ u tiên ra đời tại Pháp do Pierre Michaux và Louis-Guillaume Perreaux thực hiện. Pierre Michaux (25/6/1813 - 1883) là một thợ rèn, ngƣời cung cấp phụ tùng cho các xe thƣơng mại Paris trong những năm 1850 v năm 1860 Louis-Guillaume Perreaux (19/2/1816 - 05/4/1889) là kỹ sƣ Ph p, ngƣời đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nƣớc sử dụng nhiên liệu cồn đ u tiên tại Pháp. Chiếc xe của họ đã đƣợc cấp bằng sáng chế v o năm 1868 v năm 1869 đã đƣợc trình bày cho công chúng. Cho tới nay v n còn tồn tại một số tranh cãi về tác giả của chiếc xe này do ghi nhận về tuổi của Perreaux trong bằng sáng chế. Tuy nhiên, ph n lớn đều công nhận là xe gắn máy Michaux-Perreaux. Hiện tại, bản gốc duy nhất chiếc Michaux-Perreaux đƣợc lƣu giữ tại bảo tàng Ile-de-France 4 Chiếc Michaux-Perreaux bao gồm khung bằng sắt rèn, thiết kế theo dạng khung xe đạp có sửa đổi cho yên ngồi nâng lên tạo khoảng trống để lắp động cơ hơi nƣớc nhỏ. B n đạp gắn ở nh trƣớc xe đạp v n đƣợc giữ lại t xe đạp B nh xe trƣớc lớn hơn nh sau, đều làm bằng gỗ bọc sắt rèn, nan hoa bằng sắt rèn. Động cơ đƣợc gắn trên thanh dọc của khung nghiêng một góc 45 độ, đằng sau nó l lò hơi v c c thùng nhi n liệu, nƣớc Đó l động cơ hơi nƣớc một xi-lanh làm bằng đồng mạ (động cơ đốt ngoài), công suất 0,5 mã lực. Chuyển động của động cơ đƣợc truyền cho bánh sau theo cơ cấu gồm bánh ròng rọc và dây cu roa. Tuy nhiên, chiếc xe đ u tiên v n chƣa có ộ phận giảm sóc và phanh. Khi điều khiển chiếc Michaux-Perreaux, trƣớc ti n ngƣời ta châm lửa cho nhiên liệu cồn ch y để đun cho nƣớc sôi và chuyển th nh hơi, sau đó ngƣời điều khiển lên yên ngồi v ùng chân đạp n đạp cho xe chuyển động về ph a trƣớc l m tăng p suất hơi nƣớc ở xi lanh để động cơ hoạt động kéo xe chạy. Vận tốc tối đa của MichauxPerreaux lúc bấy giờ đạt 15km/h. Hình 1.2. Xe gắn m y hơi nƣớc Roper năm 1869 tại Mỹ. Hình 1.2. Xe gắn máy hơi nước Roper Xe đạp gắn m y hơi nƣớc đ u tiên tại Ph p ra đời không lâu thì tại Mỹ, v o năm 1869, Sylvester H.Roper giới thiệu l n đ u tiên chiếc xe gắn động cơ hơi nƣớc của mình tại Massachusetts. Sylvester Howard Roper (1823 - 1896) là một nhà phát minh sung mãn trên nhiều lĩnh vực. Hiện tại, nguyên m u chiếc xe gắn m y hơi nƣớc Roper1869 đƣợc lƣu giữ tại Viện Smithsonian Hoa Kì. 5 Chiếc Roper v n là sự kết hợp động cơ hơi nƣớc với xe đạp nhƣng vị trí lắp động cơ đƣợc đặt giữa hai nh nhƣ xe gắn máy hiện đại. Về kết cấu, Roper bao gồm khung xe bằng thép, thiết kế theo dạng hung xe đạp có 2 bánh bằng nhau. Khoảng cách giữa trục nh trƣớc và bánh sau là 49 inch. Hai bánh xe bằng gỗ bọc thép ở mặt ngoài, có đƣờng nh 34 inch Treo ƣới yên ngồi là một nồi hơi ùng than, gắn liền với khung nhờ cặp lò xo. Ở phía bánh sau, trên mỗi bên của khung lặp một bộ piston xilanh, có ống d n thông với lò hơi Ngo i ra, một ống khói ngắn của nồi hơi ựng lên t phía sau yên xe. Chuyển động của động cơ đƣợc truyền cho nh sau theo cơ cấu thanh truyền-tay quay. Chỗ để chân đƣợc gắn v o hai đ u trục trƣớc. Roper có công suất động cơ 0,5 mã lực và tốc độ đạt đƣợc 16 m/h Roper đƣợc đ nh gi l có nhiều t nh năng xe m y hiện đại, bao gồm một dây cáp gắn liền với tay lái vận h nh ƣớm ga, một dây xích t tay l i để kéo tấm kim loại dạng cong nhƣ c i muỗng áp vào bánh trƣớc nhƣ hệ thống phanh. Ngƣời điều khiển chuẩn bị vận hành chiếc Roper bằng cách mở cửa hông ở ph n ƣới nồi hơi, châm lửa cho than trong lò cháy hồng đun sôi nƣớc trong nồi hơi v tạo ra hơi nƣớc để cấp năng lƣợng cho động cơ Nƣớc đƣợc cung cấp t bồn chứa ở ph n trên nồi hơi Khi p suất hơi nƣớc đủ lớn, ngƣời lái thắt chặt c p để "tăng ga" cho xe tiến về ph a trƣớc. Những ngƣời hàng xóm của Roper đã ể lại rằng nhiều ngƣời đi ộ sợ hãi, khó chịu vì tiếng ồn v hói cay hi ông cƣỡi chiếc xe mà ông sáng tạo đi ra phố. Thậm chí ông đã t ng v o đồn cảnh s t v lý o đó nhƣng nhanh chóng đƣợc thả ra do bằng sáng chế đã đƣợc cấp. Hình 1.3. Bản sao của chiếc Reitwagen của bảo tàng Honda Motegi ở Nhật Bản năm 1885 tại Đức. Hình 1.3. Bản sao của chiếc Reitwagen của bảo tàng Honda Motegi ở Nhật Bản 6 Ứng cử viên cho danh hiệu "chiếc xe máy đầu tiên" của thế giới ở đây có tên gọi là Reitwagen o ngƣời Đức có tên Gottlieb Daimler (1834 - 1900) thực hiện v o năm 1885. Bằng sáng chế số DRP 36 423 đƣợc trao cho Gottlie v o ng y 11 th ng 8 năm 1886 tại Đức. Nguyên m u chiếc Reitwagen đã ị mất trong một vụ cháy lớn năm 1903 tại nhà máy DMG của Daimler tại Cannstatt nên các chiếc Reitwagen đƣợc trƣng bày ở một số bảo tàng là bản sao ch nh x c theo đúng ản vẽ và hồ sơ của nó. Daimler đã xây ựng chiếc Reitwagen nhƣ thế nào? T niềm đam m ỹ thuật cơ khí chế tạo, Gottlieb Daimler đã thể hiện đam m về kỹ thuật cơ h hi còn học trung học Năm 1852, Gottlie Daimler hông theo nghề làm bánh của cha mình mà quyết định chọn kỹ thuật cơ h v rời qu hƣơng ắt đ u công việc kỹ thuật cơ h tại Graffensta en Năm 1857-1859, ông trở lại học ng nh cơ h tại Đại học Bách khoa Stuttgart Sau đó, để mở rộng sự hiểu biết về kỹ thuật, ông đến một số nƣớc châu Âu làm việc tr n động cơ đốt trong của JJ Lenoir, đ u máy xe lửa, ... Năm 1863, Daimler ết bạn với Wilhelm Maybach, một nhà thiết kế công nghiệp mới 19 tuổi và sau này trở th nh đối tác lâu dài của ông Năm 1872, Daimler v May ach đến làm việc cho công ty của Nikolaus Otto. Trong công ty, Daimler và May ach tham gia v o đội ngũ ỹ thuật cùng với Otto tập trung xây dựng động cơ xăng bốn th Năm 1877, Otto đƣợc cấp bằng sáng chế động cơ đốt trong bốn th Năm 1882, Daimler và Maybach rời khỏi công ty Otto với cùng ý tƣởng h nh th nh trƣớc đó, họ thành lập một nhà máy sản xuất để cùng nghiên cứu phát triển động cơ nhỏ tốc độ cao để có thể lắp trên một loạt c c phƣơng tiện trên mặt đất, trên sông và trên không. Daimler và Maybach biết rõ hạn chế động cơ Otto hiện có là hệ thống đ nh lửa và cung cấp nhiên liệu - Đây ch nh l hó hăn m hai ông phải giải quyết. Maybach tìm thấy nguồn cảm hứng trong một bản vẽ bởi các kỹ sƣ Watson Anh Sau nhiều thử nghiệm, May ach đã đƣa ra đƣợc hệ thống đ nh lửa "ống lửa nóng" đảm bảo đ nh lửa ổn định và có thể tăng tốc động cơ nhƣ mong muốn. Hệ thống trên có cấu tạo và hoạt động theo nguyên tắc: một ống làm nóng t bên ngo i, hƣớng vào xi-lanh ở khoảng vị trí của bugi sau này. Khi nén bằng piston trong xi lanh, hỗn hợp nhiên liệu chống lại các ống nóng v đƣợc đốt cháy một cách tự nhiên. Trong quá trình nghiên cứu chế tạo, các hoạt động sáng tạo đƣợc hai ông giữ bí mật tuyệt đối. Mặc dù biết bằng sáng chế động cơ xăng 4 th Otto DRP 532 v n còn giá trị, nhƣng với sự khác biệt về ch thƣớc động cơ, hệ thống đ nh lửa đƣợc xây dựng v đặc biệt là với nghệ thuật ngôn t của G.Daimler thì bằng sáng chế cho động cơ xăng 4 th nằm ngang với ống lửa nóng đã đƣợc cấp ng y 23 th ng 12 năm 1883 Đo n trƣớc sẽ phải chạy đua ằng sáng chế với Otto, Karl Benz và các nhà sáng chế khác, nên chỉ một tu n sau khi bằng sáng chế cho các "động cơ xăng 4 thì nằm ngang với ống lửa nóng" đƣợc cấp, G.Daimler tiếp tục nộp bằng sáng chế khác cho một hệ thống "kiểm soát tốc độ của động cơ bằng cách kiểm soát các van xả" để bảo vệ phát minh của mình. 7 Hình 1.4. Mô hình động cơ đồng hổ quả lắc Phiên bản cải tiến của động cơ sau đó l động cơ ốn thì một xi lanh thẳng đứng, đƣợc đặt tên là "đồng hồ quả lắc" (vì nó trông giống đồng hồ quả lắc) v đƣợc cấp bằng sáng chế v o th ng 4 năm 1885 Trong "đồng hồ quả lắc", cơ chế tay quay và nh đ l n đ u ti n đƣợc bọc trong một cacte chống d u và bụi, tr n đó có xi-lanh làm mát bằng h Nó đƣợc thiết kế nhỏ gọn phù hợp để lắp đặt trong nhiều loại thiết bị: khối lƣợng 60kg, dung tích xi lanh 264cc, công suất 0,5 mã lực (0,37kW) tại 650 vòng/phút (650rpm) Đây đƣợc coi là tiền thân của c c động cơ xăng hiện đại. Hình 1. 5. Nguyên m u chiếc Reitwagen chiếc Reitwagen ra đời. Hình 1. 5. Nguyên mẫu chiếc Reitwagen Daimler và Maybach lắp đặt "Đồng hồ quả lắc" trong một chiếc xe đạp bằng gỗ tạo ra chiếc xe gắn m y đ u ti n v đặt t n cho nó l Reitwagen hay Einspur Năm 1885, Daimler nộp bằng sáng chế v 1 năm sau đó, ông đƣợc trao bằng sáng chế cho chiếc xe Reitwagen của mình. 8 Chiếc Reitwagen có cấu tạo bao gồm khung bằng gỗ, bánh xe bằng gỗ lót thép ở mặt ngoài, tay c m và yên xe. Hai bánh xe nhỏ hoạt động nhƣ chân chống tƣơng tự nhƣ 2 nh phụ trên chiếc xe đạp của trẻ em mới bắt đ u tập đi xe Tay c m hình chữ T ngã về ph a sau đƣợc chế tạo bằng thép. Yên ngồi là một tấm kim loại uốn cong chữ U, bọc a v đƣợc đặt trực tiếp tr n động cơ Reitwagen nặng 90 kg, dung tích xi lanh 264cc sử dụng nhiên liệu l xăng hoặc d u hỏa.Hệ thống truyền động ra bánh sau theo cơ cấu bánh ròng rọc và dây curoa. Reitwagen có thể đạt đƣợc vận tốc tối đa tới 12km/h. Reitwagen phải đƣợc khởi động trƣớc hi cƣỡi lên và vận h nh Để khởi động động cơ, đ u tiên phải thắp sáng ngọn lửa nhỏ n ƣới ống lửa nóng và sử dụng tay quay quay động cơ v i vòng Mất khoảng một phút sau khi khởi động cho động cơ chạy tốt, ngƣời điều khiển lên yên ngồi v t c động vào c n điều khiển hệ thống truyền động cho xe chạy. Do chƣa có ộ ly hợp n n để thay đổi tốc độ, ngƣời điều khiển t c động vào bánh đỡ ây đai để chọn bánh ròng rọc cho ây đai (tƣơng tự nhƣ cơ cấu chuyển ĩa v l p ở xe đạp ngày nay). Hai tốc độ có thể lựa chọn là 6 hoặc 12km/h tùy thuộc vào ròng rọc m đai lựa chọn. L n thử nghiệm và tai nạn xe m y đ u tiên. L n thử nghiệm đ u tiên: Con trai của Daimler Paul, 17 tuổi, trở th nh ngƣời lái xe gắn m y đ u tiên vào ng y 10 th ng 11 năm 1885, hi anh cƣỡi chiếc Reitwagen t Cannstatt đến Untertürkheim và trở lại (khoảng 10km) với tốc độ đạt 12km/h. Với điều kiện đƣờng giao thông vào thời điểm bấy giờ, Reitwagen h u nhƣ hông có đƣợc một cuộc hành trình thoải mái. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất nhất gặp phải là sức nóng của ngọn lửa động cơ ƣới yên ngồi. Tai nạn xe m y đ u tiên: Tai nạn đ u ti n đƣợc ghi nhận thuộc về chiếc xe của Sylvester H.Roper - Mỹ năm 1894 V n l động cơ hơi nƣớc sau hơn 25 năm cải tiến và phát triển kể t khi chiếc Roper 1869 ra đời. Chiếc Roper 1894 đã tham gia trong vụ tai nạn xe máy l n đ u tiên với ch nh ngƣời phát minh ra nó. Các nhận định của giới phân tích – các tranh luận d n đƣợc tháo gỡ. Sử dụng một định nghĩa rộng rãi cho một xe máy, có hai xe hai bánh gắn động cơ hơi nƣớc đ u tiên, một xây dựng ở Pháp bởi Louis-Guillame Perreaux và Pierre Michaux v o năm 1868, một xây dựng tại Hoa K bởi Sylvester Roper ngay sau đó, m ông đã chứng minh tại hội chợ, rạp xiếc tại nhiều nơi h c nhau Với một định nghĩa đủ cho một chiếc xe m y l hai nh xe v động cơ đốt trong thì chiếc Reitwagen đƣợc xây dựng ở Đức bởi Gottlie Daimler v Wilhelm May ach v o năm 9 1885 là xe gắn m y đ u tiên trên thế giới, sự xuất hiện của nó là một khởi đ u cho lịch sử phát triển hơn một trăm năm Một cuộc tranh luận về việc x c định xe m y đ u ti n đƣợc ph t minh đã xảy ra, một số cho rằng hai bánh xe và một động cơ hơi nƣớc phải đƣợc xét, tuy hông đƣợc phát triển nhƣng sự ra đời của nó hơi m u cho những sáng tạo về sau, những ngƣời khác nhấn mạnh rằng một động cơ đốt trong là một thành ph n quan trọng. H u hết c c chuy n gia đồng ý rằng: “Reitwagen chế tạo tại Đức vào năm 1885 là xe máy đầu tiên trên thế giới”. Tuy nhiên Reitwagen chỉ là kết quả thử nghiệm trong dự án phát triển động cơ đốt trong 4 thì của Daimler v May ach n n chƣa đƣợc sản xuất thƣơng mại. Xe gắn máy đƣợc sản xuất hàng loạt đ u tiên là Hildebrand & Wolfmüller "Motorrad" (hay H&W Motorrad) do hai anh em Henry và Wilhelm Hildebrand hợp tác với Alois Wolfmüller và Hans Geisenhof chế tạo v đƣợc cấp bằng sáng chế v o th ng 1 năm 1894 tại Đức. Xe lắp động cơ 4 ùng xăng, 2 xi lanh song song ung t ch 1489cc, công suất 2,5 mã lực tại 240 vòng/phút, làm mát bằng nƣớc. Tốc độ khoảng 45 m/h Đây cũng l l n đ u tiên cụm t "xe máy" (theo tiếng Đức là "Motorrad") đƣợc sử dụng. Họ tổ chức sản xuất tại Munich v cũng nhƣợng quyền sản xuất xe này tại Pháp với tên gọi là "The Pétrolette". Các loại xe gắn máy hiện nay. Xe máy có thể đƣợc phân loại theo kiểu hộp số (hộp số tay và hộp số tự động), mục đ ch sử dụng (đa năng, đƣờng trƣờng, địa h nh ), h nh ng (sƣờn cao v sƣờn thấp). Phân loại theo hình dáng có: Xe sƣờn thấp: hay còn gọi là xe nữ, có đặc điểm l sƣờn giữa đƣợc làm thấp xuống, nh xăng nhi n liệu đƣợc đƣa xuống ƣới yên. Loại xe này phù hợp với nữ giới để tiện ƣớc lên xuống xe và có phân khối nhỏ t 50 đến 170 phân khối Đƣợc định nghĩa theo giấy tờ đăng ý tại một số quốc gia nhƣ Việt Nam là xe nữ. Xe sƣờn cao: hay còn gọi là Mô-tô, có đặc điểm l sƣờn xe cao ngang với yên hoặc cao hơn, sƣờn giữa thƣờng l nơi chứa nhiên liệu. Lạo xe n y thƣờng có thiết kế h m hố và có dung tích xi lanh lớn nhằm phù hợp với h ch thƣớc và trọng lƣợng của xe, ngoài ra còn do thị hiếu về dòng xe phân khối lớn của nam giới. Loại xe này rất phổ biến ở c c nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Canna a v c c nƣớc châu Âu. Tại c c nƣớc đang phát triển th đã có sự phát triển rõ rệt vì thị hiếu và do thu nhập ngƣời ân tăng l n đ ng ế Cũng c n phải biết là loại xe sƣờn cao n y thƣờng là có giá bán khá cao. Chiếc moto có dung tích xi lanh và tốc độ lớn nhất hiện này là chiếc Dodge Tomahawk với dung tích xi lanh là 8,7 lít, sức mạnh đạt 500 mã lực có khả năng tăng tốc 0–100 km/h chỉ trong 2,3 giây v đạt vận tốc tối đa l n tới 560 km/h Ở Việt Nam, về phân loại, có khá nhiều c ch để phân loại xe máy. Có thể phân loại theo số bánh xe, mặc dù khái niệm cơ ản xe máy là loại phƣơng tiện hai nh, nhƣng