Tài liệu Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với các chế độ vận hành của động cơ sử dụng ethanol xăng ron 92

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG TỐI ƯU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG ETHANOL-XĂNG RON 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng – Năm 2017 i 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 Lê Việt Hùng ii NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƢƠNG ĐƢƠNG TỐI ƢU ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL – XĂNG RON 92 Học viên: Lê Việt Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 60520116 Khóa: 30 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN 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 đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16-DMS sử dụng xăng – ethanol với các tỷ lệ 10%,15%, 20% và xem xét đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính năng kỹ thuật, kinh tế và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16-DMS sử dụng xăng – ethanol ứng với tỷ lệ ethanol 20% trên cơ sở đó rút ra kết luận: 1. Khi sử dụng E10 và E15 cho công suất, mô men có ích, cũng như suất tiêu hao nhiên liệu có ích tương đương và thậm chí tốt hơn so với RON 92; đồng thời phát thải CO và HC thấp hơn hơn so với xăng RON 92; Đối với nhiên liệu E20 thì tỏ ra bất lợi về mô men và công suất có ích. 2. Hệ số tương đương để động cơ: Phát huy tốt mô men và công suất:  = 0,901,0; ít tiêu hao nhiên liệu  = 0,85-0,97; phát thải CO, HC và NOx thấp và CO2 hợp lý:  0,90. Summary - The dissertation uses a combination of theoretical and empirical research to assess the effect of ethanol on the economic, technical and pollution performance of the Daewoo A16-DMS engine using petrol-ethanol with The ratio of 10%, 15%, 20% and consider the impact of the coefficient equivalent to the technical, economic and pollution characteristics of Daewoo A16-DMS engine using gasoline ethanol corresponding to the ratio ethanol 20% on the basis that draws conclusions: 1. When using E10 and E15 for power, useful torque, as well as fuel consumption are equally useful and even better than RON 92; At the same time, CO and HC emissions are lower than those of RON 92; For E20 fuel, there is a disadvantage of momentum and useful power. 2. Equivalent factor to the engine: To promote good torque and power:  = 0.90- 1,0; less fuel  = 0.85-0.97; Low CO and HC and CO2 emissions:  0.90. iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. x MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN ........................................................................................... 5 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƢỜNG VÀ NĂNG LƢỢNG ................... 5 1.1.1. Vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu hiện nay .......................................... 5 1.1.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường do nguồn năng lượng hóa thạch gây ra ............ 7 1.1.3. Vấn đề an ninh năng lượng của thế giới ....................................................... 8 1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .............................................................................................................. 9 1.2.1. Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới ...................................................... 9 1.2.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam .................................... 10 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ETHANOL LÀM NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ......................................................... 13 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu trên thế giới ......................... 13 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên ở Việt Nam ................................. 14 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ........................................................................................ 15 CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 16 2.1. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA XĂNG PHA ETHANOL ........................... 16 2.1.1. Giới thiệu chung về ethanol......................................................................... 16 2.1.2. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa ...................................................... 17 iv 2.1.3. Ảnh hưởng củaethanol đến hỗn hợp xăng-ethanol và tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa ................................................................. 18 2.2. THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM ................. 21 2.2.1. Cồn tuyệt đối sử dụng để pha chế. .............................................................. 21 2.2.2. Xăng A92 dùng để pha chế ......................................................................... 22 2.3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỞNG BỨC ............................... 24 2.3.1. Diễn biễn quá trình cháy của động cơ châm cháy cưỡng bức .......................... 24 2.3.2. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức ......................................................................................................................... 26 2.4. QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH VỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ.................................................................... 31 2.4.1. Đặc tính động cơ xăng ................................................................................ 31 2.4.2. Suất tiêu hao năng lượng ............................................................................. 35 2.5. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ DƢ LƢỢNG KHÔNG KHÍ ĐẾN CÁC TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỠNG BỨC ......................................................................................................... 35 2.5.1. Hệ số dư lượng không khí () ..................................................................... 35 2.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ hoà khí () đến tính kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ .................................................................................................................. 36 CHƢƠNG 3 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................. 41 3.1. TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM ......................................................... 41 3.1.1 Phòng thí nghiệm động cơ AVL .................................................................. 41 3.1.2. Đối tượng thí nghiệm .................................................................................. 44 3.1.3. Trang thiết bị thí nghiệm ............................................................................. 46 3.2. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM .................................................................... 56 v CHƢƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................... 64 4.1. ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ ETHANOL ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ .................................................................... 65 4.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến hệ số tương đương của hỗn hơp ............. 65 4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến tính kỹ thuật, kinh tế của động cơ .......... 67 4.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến phát thải ô nhiễm .................................... 71 4.2. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ TƢƠNG ĐƢƠNG CỦA HỖN HỢP ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU E20............................................................................................... 75 4.2.1. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ Daewoo A16DMS khi sử dụng nhiên liệu E20 ..................................................... 78 4.2.2. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến ô nhiễm của khí thải động cơ ....... 82 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 89 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu mẫu tự La tinh: Gnl [kg/h] Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ qe [MJ/kWh] Suất tiêu hao năng lượng có ích ge [kg/kWh] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích Me [N/m] Mô men ở đầu ra trục khuỷu Ne [kW] Công suất có ích động cơ n [v/ph] Số vòng quay động cơ 2. Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp :  [-] Hệ số dư lượng không khí  [-] Hệ số tương đương r [-] Hệ số khí sót  [rad/s] Tốc độ góc của động cơ i [-] Hiệu suất chỉ thị v [-] Hệ số nạp m [-] Hiệu suất cơ giới τ [-] Số kỳ động cơ µnl [kg/kmol] Phân tử lượng nhiên liệu vii 3. Các chữ viết tắt: APA Asynchron Pendelmaschinen anlage (Băng thử công suất) ASTM American Society for Testing and Materials (Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ). ATDC After Top Dead Center (Trước điểm chết trên) AVL Hãng sản xuất các trang thiết bị thí nghiệm động cơ của Áo CO Carbon Monoxide CO2 Carbon dioxide E10 Xăng A92 pha 10% thể tích ethanol E15 Xăng A92 pha 15% thể tích ethanol E20 Xăng A92 pha 20% thể tích ethanol Gasohol Hỗn hợp xăng pha cồn HC LHQ MTBE Hydrocacbon Liên hiệp quốc Methyl Tertiary-Butyl Ether NOx Nitơ oxide ppm PTN Parts Per Million (phần triệu) Phòng thí nghiệm RON rpm Research Octane Number (chỉ số Octan nghiên cứu) Revoluetion Per Minute (vòng trên phút) RVP Reid Vapor pressure (Áp suất hóa hơi) TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam WTO World Trade Organization (Tổ Chức Thương Mại Thế giới) viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính ............................................................6 Hình 1.2. Ô nhiễm do khí thải từ các loại phương tiện giao thông đến môi trường và sức khỏe con người.................................................................................................8 Hình 2.1. Cấu trúc phân tử của ethanol .....................................................................18 Hình 2.2.Quá trình cháy của động cơ xăng châm cháy cưỡng bức ..........................25 Hình 2.3.Ảnh hưởng của thành phần hòa khí  tới tốc độ lan truyền màng lửa .......27 Hình 2.4. Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm ......................................................28 Hình 2.5. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới tốc độ lan màng lửa ...........................29 Hình 2.6. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ n tới góc đánh lửa sớm s .......................30 Hình 2.7. Biến thiên của các thông số theo tốc độ trường hợp động cơ xăng ..........34 Hình 2.8. Dạng đặc tính tốc độngoài động cơ xăng ..................................................34 Hình 2.9. Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng .....................................37 Hình 2.10. Ảnh hưởng của  đến t và i .................................................................38 Hình 2.11. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với thành phần hơi độc trong khí thải ô tô ......................................................................................................39 Hình 3.1. Sơ đồ chung khu vực thí nghiệm ..............................................................41 Hình 3.2. Sơ đồ phòng thí nghiệm ............................................................................42 Hình 3.3. Mặt cắt dọc động cơ Daewoo Nubira .......................................................45 Hình 3.4. Băng thử công suất APA ...........................................................................46 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý băng thử công suất APA ................................................47 Hình 3.6. Nguyên lý xuất hiện dòng Fuco ................................................................47 Hình 3.7. Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733 ................................................48 Hình 3.8. Bộ cấp và đo nhiên liệu của AVL-733 ......................................................49 Hình 3.9. Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D và Encoder 364X ..................50 Hình 3.10. Sơ đồ lắp đặt AVL 553 ...........................................................................51 Hình 3.11. Thiết bị điều hòa nhiệt độ nước làm mát ................................................51 Hình 3.12. Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng ...............................52 Hình 3.13. Sơ đồ lắp đặt cảm biến thực tế ................................................................52 Hình 3.14. Cấu tạo cảm biến áp suất.........................................................................53 Hình 3.15. Cảm biến đo nhiệt độ ..............................................................................53 Hình 3.16. Kết cấu cảm biến vị trí và số vòng quay trục khuỷu ...............................54 Hình 3.17. Các xung của cảm biến G (vị trí piston) và NE (tốc độ động cơ) ...........54 Hình 3.18. Lắp van tiết lưu trên đường nhiên liệu về ...............................................55 Hình 3.19. Bảng điều khiển Emcon 300 ...................................................................59 Hình 3.20. Các núm phim trên Emcon ......................................................................60 Hình 3.21. Các núm xoay trên Pano .........................................................................61 Hình 3.22. Giao diện Stationary Step: Demand Values ............................................62 Hình 3.23. Giao diện Stationary Step: Measurement................................................63 Hình 4.1. Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 30%BG .............................................66 Hình 4.2. Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 50%BG ..............................................66 Hình 4.3. Hệ số tương đương của hỗn hợp ở 70%BG ..............................................66 Hình 4.4. Mô men và công suất có ích của động cơ .................................................68 ix Hình 4.5. Suất tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng có ích .....................70 Hình 4.6. Phát thải CO và CO2 .................................................................................72 Hình 4.7. Phát thải HC và NOx.................................................................................74 Hình 4.8. Sự thay đổi của lượng nhiên liệu cung cấp theo áp suất phun nhiên liệu .78 Hình 4.9. Diễn biến công suất có ích của động cơtheo lượng nhiên liệucung cấp ...78 Hình 4.10. Diễn biến của hệ số tương đương của hỗn hợptheo lượng nhiên liệu cung cấp .............................................................................................................................78 Hình 4.11. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến mô men có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 ..................................................................................................79 Hình 4.12. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến công suất có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 ..................................................................................................79 Hình 4.13. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 .........................................................................81 Hình 4.14. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến suất tiêu hao năng lượng có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 .........................................................................81 Hình 4.15. Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương ở 1250 vòng/phút ...................................................................................................................85 Hình 4.16. Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương ở 2000 và 2500 vòng/phút ...................................................................................................................85 Hình 4.17. Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương ở 3000 và 3500 vòng/phút ...................................................................................................................86 x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính .............................17 Bảng 2.2: Tính chất lý hóa của xăng và ethanol .......................................................17 Bảng 2.3: Chất lượng Ethanol tuyệt đối ....................................................................22 Bảng 2.4: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của xăng không chì A92 và A95 ...............23 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cơ Daewoo A16DMS ........................................44 Bảng 4.1: Kết quả thử nghiệm mẫu nhiên liệu..........................................................65 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 1250 vòng/phút ...................................................................................................................75 Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 2000 vòng/phút ...................................................................................................................76 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 2500 vòng/phút ...................................................................................................................76 Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 3000 vòng/phút ...................................................................................................................76 Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 3500 vòng/phút ...................................................................................................................76 Bảng 4.7: Phát thải ô nhiễm ở 30%BG .....................................................................82 Bảng 4.8: Phát thải ô nhiễmở 50%BG ......................................................................83 1 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 cũng 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 với 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 – loại động cơ mà 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 phát thải ô nhiễm môi trường khi sử dụng loại nhiên liệu sinh học này có tính khoa học, thời sự và cần thiết. Mặc 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 nhiên liệu sinh học - không khí 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, hệ số tương đương, góc đánh lửa sớm, phụ tải, tỷ số nén, số vòng quay,... trong đó lựa chọn hệ số tương đương ứng với các chế độ vận 2 hành khác nhau là một trong những thông số quan trọng nhất, cần quan tâm nghiên cứu. Với những lý do đó, “Nghiên cứu xác định hệ số tƣơng đƣơng tối ƣu 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 - Xem xét đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng xăng – ethanol. Trên cơ sở đó đề xuất tỷ lệ ethanol tham dự có lợi và bất lợi đối với mỗi tính năng của động cơ. - Xem xét đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính năng kỹ thuật, kinh tế và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức khi sử dụng xăng – ethanol ứng với tỷ lệ ethanol bất lợi về mặt kỹ thuật và kinh tế. Trên cơ sở đó đề xuất hệ số tương đương nhằm phát huy công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra. 3. Đối tƣợng 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 hệ số 3 tương đương đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16DMS khi sử dụng nhiên liệu E20 ở 30% và 50% tải. 4. Phƣơng 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 hệ số dư lượng không khí, 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 A16DMS. 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 hệ số tương đương 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. 4 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: Chƣơng 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 Chƣơng 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 cưỡng bức 2.4. Cơ sở xác định chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ 2.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đánh lửa cưỡng bức. Chƣơng 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Thực nghiệm phối trộn nhiên liệu xăng A92 và ethanol 3.2. Thực nghiệm động cơ Daewoo A16-DMS trên băng thử APA204/ 08 Chƣơng 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha ethanol trong xăng sinh học đến tính kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ. 4.2 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƢỜNG VÀ NĂNG LƢỢNG 1.1.1. Vấn đề môi trƣờng 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 6 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. 7 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 trƣờng do nguồn năng lƣợng 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 nhất là con ngườithải vào không khí các loại khí độc như: CO2 đã gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO 2 nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%, Nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%... Có nhiều khả năng lượng CO2 sẽ tăng gấp đôi vàonửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng. 8 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 lƣợng của thế giới Sự gia tăng dần số và phát triển kinh tế kéo theo sự gia tăng số lượng phương tiên 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 [23]. 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. 9 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 tường 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 đótừ 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 [22]. 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.