Luận văn:Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 trên ô tô

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

275
lượt xem 75
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ tháng 8/2010, người tiêu dùng có thêm một chọn lựa mới trong việc sử dụng nguồn nhiên liệu, khi xăng sinh học E5 có mặt trên thị trường. Khoa học và qua thực tế đã chứng minh, xăng sinh học E5 không những thân thiện hơn với môi trường do giảm lượng khí thải ô nhiễm mà việc phát triển xăng E5 sẽ hạn chế nhập khẩu xăng dầu và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E5 trên ô tô

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG ---o0o--- Đ I H C ĐÀ N NG ---o0o--- NGUY N QU NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Lê Văn T y NGHIÊN C U ĐÁNH GIÁ KH NĂNG S D NG NHIÊN LI U XĂNG SINH H C E5 TRÊN Ô TÔ Ph n bi n 1: PGS.TS. Tr n Thanh H i Tùng Ph n bi n 2: TS. H T n Quy n Chuyên ngành : K thu t Ô tô - Máy kéo Mã ngành : 60.52.35 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ K thu t, h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 27 .tháng 11 năm 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. Đà N ng- Năm 2011 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
3 4 M Đ U ñưa xăng sinh h c E5 ( h n h p c a 95% xăng không chì A92 v i 5% 1. LÝ DO CH N Đ TÀI ethanol, n ng ñ 99,7%) ra bán chính th c. Tuy nhiên ngư i s d ng Theo ư c tính hi n nay, [4] [6] có kho ng 80% CO, 60%HC, phương ti n giao thông v n t i v n còn e ng i khi s d ng xăng sinh h c 40%NOx trong b u khí quy n là do khí th i c a ñ ng cơ ñ t trong gây ra. E5, trong khi giá r hơn xăng A92, m c d u nhà s n xu t ñã ñ c l p công Th i gian g n ñây, m t s thành ph l n như là Hà N i và thành ph H b nhi u ưu ñi m khi s d ng lo i nhiên li u m i này. Chí Minh ñã b t ñ u xu t hi n nhi u ñám sương mù do n ng ñ khí th i Do ñó, ñ tài " Nghiên c u ñánh giá kh năng s d ng nhiên quá l n tích t . Khí th i ô nhi m v i nhi u lo i ch t có h i cho con ngư i li u xăng sinh h c E5 trên ô tô “ là hư ng nghiên c u ñ c l p, có ý nghĩa như: chì, benzene, toluene, xylene, h t b i lơ l ng, khí CO, HC, SO2, NO, khoa h c, th c t và c n thi t trong giai ño n hi n nay. NO2, ozone và các thành ph n gây hi u ng nhà kính như CO2, metal và 2. M C TIÊU NGHIÊN C U N2O. nư c ta lu t b o v môi trư ng ñã ñư c áp d ng t năm 1994, ñ n Nghiên c u ñánh giá kh năng s d ng nhiên li u xăng sinh h c E5 năm 2005 Chính ph ñã ban hành Quy t ñ nh s 249/2005/QĐ-TTg ngày trên ô tô, qua ñó ki n ngh ho c khuy n cáo khi s d ng xăng sinh h c E5 10 tháng 10 năm 2005 quy ñ nh l trình áp d ng tiêu chu n khí th i ñ i v i (n u có). phương ti n giao thông cơ gi i ñư ng b tương ñương m c Euro 2.Cho ñ n 3. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U VÀ PH M VI NGHIÊN C U nay, m t s nư c tiên ti n ñã áp d ng ñ n tiêu chu n Euro 6. Đ i tư ng nghiên c u c a ñ tài là nhiên li u xăng sinh h c E5 s Trong khi ñó, th gi i ngày nay ñã b l thu c quá nhi u vào d u d ng cho ñ ng cơ ñ t trong. Tuy v y, ñ tài ch gi i h n trong ph m vi th c m nhưng tr lư ng d u m s p c n ki t, [9] [28] các chuyên gia kinh t nghi m v tính kinh t k thu t và ô nhi m môi trư ng ñ i v i ô tô 16 ch năng lư ng cho r ng n u không phát hi n thêm tr lư ng m i, ngu n d u ng i có nhãn hi u MERCEDES MB140 s d ng lo i xăng A92 pha 5% m khai thác cũng ch ñ dùng trong vòng 40 ñ n 50 năm n a .M t s gi i c n. pháp ñ kh c ph c tình tr ng trên như ñã ñư c th c hi n như : t p trung là 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U hoàn thi n quá trình cháy ñ ng cơ, s d ng các lo i nhiên li u không truy n V i m c tiêu, ñ i tư ng và ph m vi nghiên c u như trên, thì th ng cho ô tô như khí d u m hóa l ng, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, phương pháp nghiên c u c a ñ tài bao g m s k t h p nghiên c u lý biodiesel, ñi n, pin nhiên li u, năng lư ng m t tr i, ô tô lai (hybrid)…., thuy t và nghiên c u th c nghi m, trong ñó ưu tiên nghiên c u th c trong ñó bi n pháp s d ng xăng sinh h c là m t gi i pháp phù h p v i n n nghi m ñ kh ng ñ nh m c ñ gi m thi u ô nhi m môi trư ng và ñánh giá kinh t nư c ta. các ch tiêu kinh t k thu t khác khi s d ng xăng sinh h c E5. Phương Hi n nay m t s nư c trên th gi i ñã b t bu c s d ng nhiên li u pháp nghiên c u c a lu n văn là ñ c l p v i nhà s n xu t ñ ki m ch ng sinh h c trong GTVT. Đi theo hư ng này, vào năm 2007 Th tư ng Chính nh ng ưu ñi m và như c ñi m khi s d ng xăng sinh h c E5 theo hư ng ph Vi t Nam ñã ban hành Quy t ñ nh 177/2007/QĐ-TTg v vi c “ Phê th c nghi m trên thi t b hi n ñ i có ñ chính xác cao ñó là : H th ng th duy t ñ án phát tri n nhiên li u sinh h c ñ n năm 2015, t m nhìn ñ n năm nghi m ñ ng l c h c ô tô CD-48” t i phòng thí nghi m Khoa Cơ khí Giao 2025 ”[14] . Tháng 8 năm 2010 T p ñoàn d u khí Vi t Nam ñã chính th c thông c a Trư ng Đ i h c Bách khoa, Đ i h c Đà N ng. Ngoài ra, còn
5 6 ki m nghi m thêm t i Trung tâm Đăng ki m xe cơ gi i Đà N ng ñ ño ô B ng 1.2.S li u th ng kê xe ô tô c nư c( T p chí Đăng ki m VN 06/2011) nhi m môi trư ng theo quy trình và tiêu chu n c a C c Đăng ki m VN. N i dung Năm 2010 Tháng Tháng 4/2010 5/2010 5. C U TRÚC LU N VĂN T ng s ô tô ñang lưu hành 1.274.084 1.318.856 1.332.190 Ngoài ph n m ñ u và k t lu n, lu n văn ñư c trình bày trong 4 T ng s ô tô s n xu t l p m i 127.454 44.646 44.646 chương v i c u trúc như sau: T ng s ô tô nh p kh u 57.359 20.975 20.975 T ng s xe máy s n xu t m i 3.141.698 1.051832 1.368.387 Chương 1: T ng quan v v n ñ năng lư ng và môi trư ng; v tình hình Ô tô t 10 năm tr xu ng 928.992 962.538 975.850 nghiên c u s d ng nhiên li u sinh h c trên th gi i và trong nư c. Ô tô trên 10 năm ñ n 15 năm 128.155 104.521 104.552 Chương 2: Cơ s lý thuy t v nghiên c u th c nghi m các ch tiêu kinh t Ô tô trên 15 năm ñ n 20 năm 136.231 123.904 123.878 Ô tô trên 20 năm 80.706 127.893 127.910 k thu t trên băng th ñ ng l c h c ô tô CD-48”. 1.2.2. Tình hình tiêu th nhiên li u trong nư c Chương 3: Nghiên c u th c nghi m v tính năng ñ ng l c h c c a ô tô v B ng 1.3.D báo nhu c u nhiên li u xăng d u các vùng kinh t ñ n tiêu hao nhiên li u, v ô nhi m môi trư ng c a ô tô Mercedes Benz MB140 năm 2020 [9] Đơn v : 1.000 t n khi s d ng nhiên li u sinh h c E5. Vùng 2010 2015 2020 Chương 4: Đánh giá k t qu nghiên c u - K t lu n và ki n ngh C nư c 16.170 26.503 41.413 Mi n B c 5.020 8.124 12.519 Chương 1: T NG QUAN Mi n Trung 3.006 4.872 7.579 Tây Nguyên 721 1.186 1.869 1.1. TÌNH TR NG Ô NHI M MÔI TRƯ NG HI N NAY VN Đông Nam B 4.164 7.081 11.416 H u h t các ho t ñ ng giao thông v n t i ñ u phát th i các lo i ch t ĐB sông C u Long 3.260 5.239 8.031 ô nhi m không khí như : CO, HC, CO2, NOx, SO2 , h p ch t h u cơ d bay 1.3. TÌNH HÌNH S N XU T XĂNG SINH H C TRÊN TH GI I hơi (VOC) và khói b i... 1.3.1 Xăng sinh h c dùng cho ô tô [13 [24] B ng 1.1. Ư c tính lư ng khí th i theo nhiên li u tiêu th cho GTVT Bio-ethanol s d ng ñ pha tr n thành xăng sinh h c (bio-gasoline) Lư ng th i (1000 t n) STT Ch t ô nhi m là ethanol khan 99,9%. T l pha tr n xăng sinh h c M là 10% bio- 2003 2005 1 CO2 6.000 9.360 ethanol khan trong xăng, có tên g i thương m i là gasohol, ký hi u E-l0, 2 CO 61 95 trong khi ñó Brazil t l này là 25% bio-ethanol khan, tên thương m i E- 3 NO2 35 55 25. Châu âu, t l pha tr n bio-ethanol vào xăng ch có 3% (E-3) và 5% 4 SO2 12 19 5 CmHn 22 34 (E-5). V sau, vào nh ng năm 80, Brazil b t ñ u ñưa vào s d ng 100% Ngu n: Báo cáo hi n tr ng môi trư ng năm 2003; MECCP, 2007 bio- ethanol (E-100) công nghi p (hàm lư ng ethanol 95%) làm nhiên li u 1.2. TÌNH TR NG G.T VÀ TIÊU TH NĂNG LƯ NG V.NAM sinh h c (bio-fuel) cho 4 tri u xe ô tô ch y b ng nhiên li u sinh h c E-100 1.2.1. Tình hình phát tri n giao thông v n t i thay xăng hoàn toàn song song v i xe ch y b ng xăng sinh h c E-25 (s d ng ethanol khan 99,9%)
7 8 1.3.2. Tình hình s d ng xăng sinh h c trong giao thông v n t i - Nhà máy s n xu t ethanol liên doanh gi a Petrosetco và Itochu (Nh t B ng 1.5. S n lư ng bio-ethanol s d ng vào GTVT [13] [24] B n) v i công su t 100 tri u lít/năm; (tri u gallons US) - Công ty Đ ng Xanh xây d ng nhà máy s n xu t ethanol có công su t khá Th h ng Nư c S lư ng năm 2007 1 M 6.498,6 l n 60.000 lít/ngày; 2 Brazil 5.019,2 - Công ty CP C n sinh h c Vi t Nam ñã ñ u tư xây d ng nhà máy s n xu t 3 Châu Aâu (EU) 570,3 c n công nghi p v i công su t 66.000 m3/năm; 4 Trung Qu c 486 5 Canada 211,3 - Ngân hàng BIDV ñ u tư xây d ng nhà máy s n xu t c n Đ i Tân có công 6 Thái Lan 79,2 su t 100.000 t n/năm t i Đ i L c, Quãng Nam; 7 Colombia 74,9 - Công ty c ph n ñ ng Xanh s n xu t v i công su t 100.000 t n/năm 8 nĐ 52,8 9 Trung M 39,6 (tương ñương 130 tri u lít/năm); 10 Úc 26,4 - Nhà máy c a Công ty D u Vi t Nam (PV Oil) công su t 100 tri u lít/năm; 11 Th Nhĩ Kỳ 15,8 12 Pakistan 9,2 - Nhà máy c a Công ty Tùng Lâm Đ ng Nai công su t 70 tri u lít/năm; 13 Peru 7,9 - Nhà máy s n xu t ethanol Dung Qu t c a Petrovietnam công su t 100 14 Argentina 5,2 tri u lít/năm. 15 Paraguay 4,7 T ng c ng 13.101,7 Chương 2 : NGHIÊN C U LÝ THUY T 1.4. TÌNH HÌNH S N XU T XĂNG SINH H C TRONG NƯ C 2.1. GI I THI U XĂNG SINH H C E5 1.4.1. Chương trình phát tri n nhiên li u sinh h c c a Vi t Nam 2.1.1. Xăng không chì : Là h n h p bay hơi c a các hydrocacbon l ng có - Đ n năm 2010, ñáp ng 0,4% nhu c u xăng d u c a c nư c. ngu n g c t d u m v i kho ng nhi t ñ sôi thông thư ng t 15oC ñ n - Đ n năm 2015, ñáp ng 1% nhu c u xăng d u c a c nư c. 215oC, thư ng có ch a lư ng nh ph gia phù h p, nhưng không pha chì, - Đ n năm 2025, ñáp ng kho ng 5% nhu c u xăng d u c a c nư c. s d ng làm nhiên li u cho ñ ng cơ ñ t trong. Tiêu chu n TCVN 6776 : 1.4.2.Tình hình nghiên c u xăng sinh h c trong nư c [9] [28] 2005 quy ñ nh gi i h n cho phép ñ i v i 15 ch tiêu dành cho xăng không Các ñơn v ñã và ñang th c hi n nghiên c u cho ñ n nay : chì : xem Ph l c 6. - Trung tâm Nghiên c u và Phát tri n Ch bi n D u khí; 2.1.2. Xăng sinh h c E5 : Là h n h p c a xăng không chì và ethanol - Đ i h c Bách Khoa thành ph H Chi Minh; nhiên li u bi n tính v i hàm lư ng ethanol ñ n 5 % theo th tích, ký hi u là - Đ i h c Bách Khoa Đà N ng; E5. Tiêu chu n v xăng không chì pha 5% ethanol theo tiêu chu n TCVN - Vi n Khoa h c V t li u ng d ng thành ph H Chí Minh 8063: 2009 : xem Ph l c 7. - Vi n Nghiên c u Rư u Bia nư c gi i khát; 2.1.3. Ethanol nhiên li u bi n tính : Ethanol ñư c pha thêm các ch t bi n - B KH&CN ñã giao cho Công ty APP ch trì ñ tài c p Nhà nư c; tính, ñ s d ng pha ch trong nhiên li u cho ñ ng cơ xăng và không ñư c - Vi n Công nghi p th c ph m VN. s d ng cho m c ñích ch bi n ñ u ng. Tiêu chu n v ethanol bi n tính 1.4.3.Tình hình s n xu t ethanol trong nư c [9] [28] theo tiêu chu n TCVN 7716 : 2007 : xem Ph l c 8. - Công ty c ph n ñư ng Biên Hòa v i công su t 50.000 t n/năm; 2.1.3.1. Tính ch t v t lý :
9 10 Ethanol là m t ch t l ng, không màu, trong su t, mùi thơm d ch u 2.2. NGHIÊN C U TÍNH CH T Đ NG L C H C C A Ô TÔ và ñ c trưng, v cay, nh hơn nư c, kh i lư ng riêng 0,7936 g/ml 15oC, TRÊN BĂNG TH CD-48”. d bay hơi, sôi nhi t ñ 78,39oC, hóa r n -114,15oC, tan trong nư c vô 2.2.1. L c kéo bánh xe ch ñ ng h n, tan trong ete và clorofom, hút m, d cháy, khi cháy không có khói và M e ih i0η t Pk = (2.4b) ng n l a có màu xanh da tr i. Rbx 2.1.3.2. Tính ch t hóa h c Trong ñó : Me là mô men xo n c a ñ ng cơ (N.m); ih là t s truy n Công th c hóa h c : [13] [24] C2H5OH c a h p s ; i0 là t s truy n c a truy n l c chính; ηt là hi u su t c a h 2.1.3.3. S n xu t Ethanol [9] [24] th ng truy n l c; Rbx : bán kính bánh xe ( m ). T bi u th c (2.4b) cho th y Hi n nay trên th gi i, nguyên li u ch a ñư ng và tinh b t ñư c s d ng ph bi n do chi phí s n xu t th p. n u ih, i0, Rbx và ηt là h ng s thì l c kéo Pk s bi n ñ i theo s bi n ñ i c a Ph n ng th y phân tinh b t: mô men xo n ñ ng cơ Me. (C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6 (2.1) 2.2.1.1. V i ngu n ñ ng l c là ñ ng cơ ñ t trong (ICE) Ph n ng t o ethanol t ñư ng: Đ c tính c a mô men xo n bi n ñ i theo t c ñ có th bi u di n C6H12O6 = C2H5OH + CO2 + Q (2.2) t ng quát b ng ña th c x p x b c hai theo t c ñ t nh ti n c a xe c a Giáo 2.1.3.4. Quy trình s n xu t ethanol : là vi c th c hi n quá trình chuy n sư Lây-dec-man như sau: hóa các nguyên li u ch a tinh b t, ñư ng, xenluloza thành ethanol Pk = P0 + P1.v + P2.v2 (2.7b) (C2H5OH). Hi n nay ethanol ñư c s n xu t ña s theo công ngh sinh h c, ñây P0, P1 và P2 là các h ng s x p x v i : công ngh này d a trên quá trình lên men các ngu n hydratcacbon có trong  N emax i h i 0 η t N N R η t nhiên như: s n, ngô, nư c ñư ng ép, mùn, g ... P0 = a ; P1 = emax bη t ; P2 = emax c bx t 2 3 (2.7c)  ωN R bx ωN ωN ihi0 Nemax : công su t l n nh t c a ñ ng cơ (kW) ωN : t c ñ góc ng v i công su t Nemax ( rad/s) ωe : t c ñ góc b t kỳ ( rad/s) a, b, c là các h ng s x p x th c nghi m Lây-dec-man. v : t c ñ ô tô ( km/h) 2.2.1.2. V i ngu n ñ ng l c là máy ñi n (EM) Đ c tính c a mô men xo n bi n ñ i theo t c ñ c a mô tơ ñi n có th ñư c bi u di n theo ñ c tính h ng-hyperbole như sau: Hình 2.2 : Quy trình s n xu t ethanol [13] [26]
11 12  N max 1 2.2.2. L c c n chuy n ñ ng c a ô tô.  ηt khi v > v B Pk =  ωB v  (2.9) 2.2.2.1. S hình thành l c c n lăn c a ô tô  N max i h i 0 η t N u coi h s c n lăn bánh trư c và bánh sau như nhau thì khi v ≤ v B  ω B R bx  f1 = f 2 = f . Ta có : Pf = ( Z 1 + Z 2 ) f = fG cos α (2.12) Trong ñó : Nmax là công su t l n nh t c a mô tơ ñi n; ωB là t c ñ ñây : α là góc d c c a m t ñư ng; góc ng v i công su t b t ñ u ñ t giá tr l n nh t; v là là t c ñ t nh ti n ô F : h s c n lăn; G : tr ng lư ng toàn b ô tô ( kG); tô ng v i t c ñ góc cơ b n c a máy ñi n ωB Khi ô tô chuy n ñ ng trên ñư ng n m ngang thì α = 0 ta có: Pf = fG (2.13) P k [N] Đ c tính l c kéo P k=f(v) 450 2.2.2.2. S hình thành l c c n không khí c a ô tô 400 Th c nghi m ñã ch ng t r ng l c c n không khí c a ô tô có th P k1 Đư ng l c kéo lý tư ng xác ñ nh b ng bi u th c sau : Pω = KFV0 350 2 300 (2.14) 250 200 P k2 K là h s c n không khí (Ns2/m4); Pk3 150 Pk4 F là di n tích c n chính di n c a ô tô (m2) 100 50 V0 là t c ñ tương ñ i gi a ô tô và không khí (m/s) Pc 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 2.2.2.3. S hình thành l c c n lên d c c a ô tô T cñ v [km/h] P = G ( f cos α ± sin α ) ≈ ψG ψ (2.25) Hình 2.4: Đ c tính l c kéo 4 c p s v i ngu n ñ ng cơ ñ t trong H s c n t ng c ng ψ c a ñư ng b ng h s c n lăn f c ng (khi lên d c) ho c tr (khi xu ng d c) ñ d c i . L c c n t ng c ng c a ñư ng b ng Đ c tính l c kéo P k=f(v) Pk [N] tr ng lư ng c a ô tô nhân v i h s c n t ng c ng c a ñư ng. 450 400 2.2.2.4. S hình thành l c quán tính c a ô tô Pk1 Khi ô tô chuy n ñ ng không n ñ nh (lúc tăng t c ho c gi m t c) 350 Đư ng ñ c tính l c kéo ng v i mô tơ ñi n và h p s ñơn. 300 s xu t hi n l c quán tính Pj 250 G Xác ñ nh công th c : Pj = δ i Pj' = δ i Pk2 200 j (2.33) 150 Pk3 g Pk4 100 ñây : δ i − H s tính ñ n nh hư ng c a các kh i lư ng v n ñ ng quay. 50 Pc H s δ i có th xác ñ nh theo công th c kinh nghi m sau : 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 δ i = 1 + δ 1ih + δ 2 2 (2.34) Các h s δ 1 và δ 2 có giá tr g n ñúng sau ñây : T c ñ v [km/h] Hình 2.6: Đ c tính l c kéo ô tô EM v i h p s ñơn k t h p h p s 4 c p δ 1 ≈ δ 2 ≈ 0,05
13 14 V y: δ i = 1,05 + 0,05ih 2 (2.35) M c tiêu th nhiên li u c a ô tô trong trư ng h p t ng quát là: ' V i P : l c quán tính do gia t c các kh i lư ng chuy n ñ ng t nh ti n c a g e ( P + Pω ± Pj ) ψ j qñ = (2.54) ô tô; G là trong lư ng toàn b c a ô tô; j : gia t c t nh ti n c a ô tô; 36.ρ n .η t δ i − H s tính ñ n nh hư ng c a các kh i lư ng v n ñ ng quay. ñây : Pϕ , P ω , Pj − các l c c n chuy n ñ ng c a ô tô, [N]; 2.2.3. Mô ph ng l c c n chuy n ñ ng c a ô tô trên băng th CD-48“ ηt – hi u su t h th ng truy n l c. 2.2.3.1. Mô ph ng l c c n chuy n ñ ng cơ b n c a ô tô trên băng th ρn : t tr ng c a nhiên li u [kg/lít] CD-48“ g e : su t tiêu hao nhiên li u có ích [kg/kW.h] L c c n c a ô tô khi xe chuy n ñ ng n ñ nh (không có gia t c) 2.3.3. M c tiêu hao nhiên li u c a ô tô trên băng th CD-48” 100.GT trên ñư ng n m ngang có th ñư c mô ph ng b i phương trình b c hai qñ = (2.55) bi n thiên liên t c theo t c ñ như sau: V .ρ n (Pf + Pω) = F0 + F1V + F2V2 (2.36) Trong ñó: V : t c ñ chuy n ñ ng c a xe [km/h]; GT : lư ng tiêu hao nhiên li u gi [kg/h]; ρn : t tr ng c a nhiên li u [kg/lít] Trong ñó: Fo : Đ i lư ng không ñ i [N]; F1 : Đ i lư ng t l b c nh t v i t c ñ ô tô [N/(m/s)]; 2.4. K T LU N CHƯƠNG 2 F2: Đ i lư ng t l phi tuy n b c hai v i t c ñ [N/(m/s) ] Trên cơ s khoa h c v b n ch t hình thành l c và mô men xo n 2.2.3.2. Mô ph ng l c quán tính c a ô tô trên băng th CD-48“ bánh xe ch ñ ng và truy n qua ru lô c a h th ng băng th CD-48” và cơ Do kh i lư ng ô tô ñưa vào th nghi m mx khác v i kh i lư ng cơ s lý thuy t v s hình thành tiêu hao nhiên li u c a ô tô trong quá trình b n c a băng th m0 nên l c quán tính ñư c mô ph ng b i l c bù quán tính chuy n ñ ng. T cơ s này ñưa ra gi i pháp t ch c th c nghi m h p lý ñ b ng ñi n xác ñ nh b i phương trình: ño ñ c các s li u trên băng th CD-48” và nghiên c u cách mô ph ng các dV dV Pj = m 0 + ∆m (2.44b) l c c n cho ô tô khi ño tiêu hao nhiên li u ô tô trên băng th CD-48”. dt dt Chương cơ s lý thuy t là n n t ng khoa h c cho vi c t ch c th c 2.3. TÍNH KINH T NHIÊN LI U C A Ô TÔ TRÊN BĂNG TH hành thí nghi m, cho phép phân tích ñánh giá, so sánh m t cách khoa h c CD-48” các k t qu ghi nh n ñư c và tính toán sau th c nghi m . 2.3.1. Ch tiêu ñánh giá tính kinh t nhiên li u c a ô tô. M c tiêu hao nhiên li u cho m t ñơn v quãng ñư ng ch y q ñ Chương 3: NGHIÊN C U TH C NGHI M [lít/100km] ñư c xác ñ nh theo bi u th c : 3.1. TRANG THI T B S D NG TRONG TH C NGHI M 100Q 3.1.1. Gi i thi u v ô tô th c nghi m MERCEDES MB140 qñ = (2.49) Sñ 3.1.2. Gi i thi u h th ng băng th ñ ng l c h c ô tô CD-48” Q − lư ng tiêu hao nhiên li u ng v i quãng ñư ng ch y Sñ, [lít]; 3.1.2.1. Máy ñi n Sñ - quãng ñư ng ch y ñư c c a ô tô, [km]. 3.1.2.2. B khóa c ng ô tô khi th nghi m 2.3.2. Phương trình tiêu hao nhiên li u c a ô tô 3.1.2.3. Thi t b ño n ng ñ khí x AVL DIGAS 4000
15 16 B ng 3.2: Giá tr l n nh t có th ño và sai s c a thi t b AVL DIGAS - Tên thi t b và d ng c ño: AVL Chassis Dynamonmeter CD-48” Đ i lư ng ño Giá tr gi i h n ño Sai s 3.3.1.2. Ti n hành th c nghi m CO 10% vol 0,01% 3.3.1.3. K t qu s li u ño CO2 20% vol 0,10% HC 20.000 ppm 1 ppm Di n bi n l c t n th t theo t c ñ O2 0 ÷ 4% vol 0,01% 240 4 ÷ 22% vol 0,10% L ct nth t ( N) 235 2 y = -0.0095x + 1.3762x + 187.79 NOx 4.000 ppm 1 ppm 230 225 3.2 NGUYÊN LÝ ĐO L C KÉO TRÊN BĂNG TH CD-48” 220 215 Mô men quay c a ru lô Mq ñư c hình thành b i l c kéo Pk xác ñ nh 210 205 b ng: Mq = Pk.RR (3.3a) 20 25 30 35 40 45 50 55 L c kéo hình thành bánh xe ch ñ ng Pk do truy n ñ ng ti p xúc T cñ ô tô ( km/h ) Fcb .L cb Hình 3.10 : L c t n th t ma sát trong h th ng băng th CD-48” như sau: Pk = (3.4) RR 3.3.2. Đo ñ c tính kéo và công su t kéo V i băng th CD-48” thì chi u dài cánh tay ñòn Lcb ñư c thi t k + Thi t b và d ng c ño: chính b ng bán kính ru lô, t c là Lcb = RR = 609,6[mm]. Nên l c ch th Tên thi t b và d ng c ño: AVL Chassis Dynamonmeter CD-48” c m bi n Fcb chính là l c kéo Pk tương tác gi a bánh xe ch ñ ng và ru lô; + Ti n hành th c nghi m: t c là: Pk ≡ Fcb (3.5) + K t qu s li u ño: L c kéo th c t Pk = Pht + Ptt (3.12) V i: Pk : l c kéo th c t c a ô tô ωbx Mbx Pht : l c kéo hi n th t c m bi n Load Cells Ptt : l c kéo t n th t Fk Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Mercedes Benz - A92: V trí chân ga: 25% 2370 Fcb 2340 L c kéo ( N ) ωR 2310 Lcb 2280 Hình 3.7: Sơ ñ nguyên lý ño mô men ma-sát 2250 26 29 32 35 T cñ ô tô ( km/h ) 3.3. TH C NGHI M TRÊN H TH NG BĂNG TH CD-48” Hình 3.11a: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng A92 v trí chân ga 25% 3.3.1. Đo t n th t ma sát trên băng th CD-48” 3.3.1.1. Thi t b và d ng c ño
17 18 Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Mercedes Benz - A92: V trí chân ga: 50% Mercedes Benz - E5: V trí chân ga: 25% 2820 2430 2800 2400 L c kéo ( N ) L c kéo ( N ) 2780 2370 2760 2340 2740 2310 2720 26 29 T c ñ ô tô ( km/h ) 32 35 45 50 55 60 65 T c ñ ô tô ( km/h ) Hình 3.12a: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng E5 v trí chân ga 25% Hình 3.11b: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng A92 v trí chân ga 50% Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Mercedes Benz - E5 : V trí chân ga: 50% Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 2900 Mercedes Benz - A92: V trí chân ga: 75% 2880 2920 L c kéo ( N ) 2860 2900 L c kéo ( N ) 2840 2820 2880 2800 2860 2780 45 50 55 60 65 T c ñ ô tô ( km/h ) 2840 50 55 60 65 70 Hình 3.12b: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng E5 v trí chân ga 50% T c ñ ô tô ( km/h ) Hình 3.11c: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng A92 v trí chân ga 75% Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Mercedes Benz - E5 : V trí chân ga: 75% 3000 Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 Mercedes Benz - A92: V trí chân ga: 100% 2940 2980 L c kéo ( N ) 2920 2960 L c kéo ( N ) 2900 2940 2880 2920 50 55 60 65 70 T c ñ ô tô ( km/h ) 2860 55 60 T c ñ ô tô ( km/h ) 65 70 Hình 3.12c: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng E5 v trí chân ga 75% Hình 3.11d: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng A92 v trí chân ga 100%
19 20 Đ C TÍNH L C KÉO TAY S 04 KH NĂNG TĂNG T C C A Ô TÔ TRÊN CÁC LO I ĐƯ NG Mercedes Benz - E5: V trí chân ga: 100% KHI CH Y XĂNG E5 2960 70 Đư ng b ng 60 T c ñ ô tô ( km ) 2920 /h Đ d c 2% 50 L c kéo ( N ) 2880 40 Đ d c 4% 30 Đ d c 6% 2840 20 Đ d c 8% 2800 10 Đ d c 10% 0 2760 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 60 65 70 75 T cñ ô tô ( km/h ) Th i gian ( s ) Hình 3.12d: L c kéo c a ô tô MB140 ch y xăng E5 v trí ch.ga 100% Hình 3.14: Kh năng tăng t c trên các lo i ñư ng khi ch y xăng E5 3.3.3. Đo kh năng tăng t c 3.3.4. Đo tiêu hao nhiên li u + Đo ñ c tính l c c n t ng c ng c a xe B ng 3.11: K t qu tính giá tr trung bình v tiêu hao nhiên li u xăng A92 theo chu trình ECE 1504 T i phòng thí nghi m ô tô thu c khoa Cơ khí Giao thông s d ng ô tô MERCEDES MB140 ph c v cho nghiên c u thí nghi m, và ñã xác l p Tiêu hao nhiên li u T c ñ trung bình Lư ng tiêu hao ñư c phương trình l c c n chuy n ñ ng cơ b n trên ñư ng như sau : [kg/h] [km/h] [Lít/100km] Pc = 457.5 - 7.426V + 0.155V2 (3.15) 2.605 17.918 19.720 Khi thí nghi m, chúng ta ph i nh p vào màn hình ñi u khi n 03 h s ñ c B ng 3.12: K t qu tính giá tr trung bình v tiêu hao nhiên li u xăng E5 theo chu trình ECE 1504 trưng F0 = 457.5 [N]; F1 = - 7.426 [N/(m/s)]; F2 = 0.155 [ N/(m/s)2 và tr ng Tiêu hao nhiên li u T c ñ trung bình Lư ng tiêu hao lư ng có t i c a xe 2650 [KG] t i c a s l nh c a màn hình . [kg/h] [km/h] [Lít/100km] 3.3.3.1. K t qu s li u ño khi ô tô ch y trên ñư ng b ng 2.628 17.870 19.843 3.3.3.2. K t qu s li u ño khi ô tô ch y trên ñư ng d c KH NĂNG TĂNG T C C A Ô TÔ TRÊN CÁC LO I ĐƯ NG B ng 3.13: K t qu tính giá tr trung bình v tiêu hao nhiên li u xăng A92 KHI CH Y XĂNG A92 theo chu trình ECE 1504 t i các t c ñ n ñ nh 70 Đư ng b ng Tiêu hao T cñ 60 T c ñ n ñ nh nhiên li u trung bình Lư ng tiêu hao Đ d c 2% T c ñ ( km/h ) 50 [km/h] [kg/h] [km/h] [Lít/100km] Đ d c 4% 40 15 3.090 14.996 27.961 30 Đ d c 6% 32 4.247 32.334 17.824 20 Đ d c 8% 50 5.416 50.233 14.629 10 Đ d c 10% B ng 3.14: K t qu tính giá tr trung bình v tiêu hao nhiên li u xăng E5 0 theo chu trình ECE 1504 t i các t c ñ n ñ nh 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Th i gian ( s ) Tiêu hao T cñ T c ñ n ñ nh nhiên li u trung bình Lư ng tiêu hao Hình 3.13: Kh năng tăng t c trên các lo i ñư ng khi ch y xăng A92 [km/h] [kg/h] [km/h] [Lít/100km]
21 22 15 3.070 15.188 27.274 4.3. SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LI U C A Ô TÔ KHI S D NG 32 4.186 32.254 17.517 50 5.240 50.026 14.136 XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 3.3.5. Đo ô nhi m khí th i Nh n xét : Do gia t c có kém hơn ñôi chút khi dùng xăng E5 nên t c ñ B ng 3.15 : Giá tr trung bình v ô nhi m khi s d ng xăng E5 và A92 trung bình chung là th p hơn kho ng 0,27%, trong khi ñó lái xe ph i ép ga Lo i nhiên li u CO2 CO HC NOX ñ ô tô ch y theo chu trình nên tiêu hao l i tăng nh kho ng 0,62%. Tuy Xăng A92 22.31 0.13 19.66 42.67 nhiên các t c ñ n ñ nh 15km/h, 32km/h, và 50km/h ñ u có tiêu hao Xăng E5 21.91 0.08 18.0 44.91 nhiên li u th p hơn t 1,7% cho ñ n 3,4% so v i xăng A92. ( S li u ñư c trích ra t Ph l c s 5 c a ñ tài ) 4.4. SO SÁNH M C Đ PHÁT TH I CÁC THÀNH PH N Ô 3.4. K T LU N CHƯƠNG NHI M C A Ô TÔ KHI S D NG XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 Nh trang thi t b hi n ñ i, các thông s kinh t k thu t cũng như Nh n xét : các ch t phát th i ô nhi m c a xe khi s d ng hai lo i nhi n li u E5 và A92 Thành ph n khí x CO khi ô tô s d ng xăng E5 gi m m nh ñ n ñã ñư c xác ñ nh khá chính xác và tin c y. 37.94 % .T i các th i ñi m ô tô gi m t c t 35km/h v 0km/h và th c hi n Chương 4 : K T QU VÀ BÀN LU N c t ly h p ñ chuy n t tay s 2 v s 1 thành ph n CO r t cao, nhưng CO 4.1. SO SÁNH Đ C TÍNH KÉO C A Ô TÔ KHI S D NG XĂNG c a xăng E5 tăng th p hơn xăng A92. Hơn n a xăng E5 có 5% c n E5 VÀ XĂNG A92 (C2H5OH ), s hi n di n c a ô xy làm tăng kh năng ñ t cháy hoàn toàn Nh n xét : L c kéo và công su t c a ô tô khi th c nghi m xăng E5 các Carbon c a nhiên li u thành khí CO2 ñi u này d n ñ n thành ph n CO gi m ch ñ chân ga ñ u tăng so v i xăng A92. Chênh l ch công su t có xu m nh. Thành ph n khí x HC khi ô tô s d ng xăng E5 gi m ñ n 8.66 %. hư ng tăng d n t 0,69% ñ n 5.79% theo m c ñ gi m v trí chân ga t Thành ph n khí x CO2 khi ô tô s d ng xăng E5 gi m 1.80% là không 100% v 25%. Nguyên nhân do góc ñánh l a phù h p v i lo i xăng E5 ñáng k . các ch ñ t i nh và t i trung bình, nên công su t khi dùng xăng E5 tăng Thành ph n khí x NOX khi ô tô s d ng xăng E5 tăng nh 5.24%, ñôi chút so v i xăng A92.. t i các th i ñi m ô tô tăng s và tăng t c t i ña ñ ñ t 50km/h thành ph n NOX c a c hai lo i nhiên li u ñ u tăng, lúc này h n h p cháy nhi t ñ 4.2. SO SÁNH KH NĂNG TĂNG T C C A Ô TÔ KHI S D NG khá cao, ñ ng th i trong thành ph n hóa h c c a xăng E5 có s hi n di n XĂNG E5 VÀ XĂNG A92 c a O2 ( C2H5OH ) s làm tăng thêm thành ph n NOX. Nh n xét : Do xăng E5 có t tr ng và ñ nh t l n hơn xăng A92, nên th i gian tăng t c c a xăng E5 dài hơn chút ít so v i xăng A92.
23 24 SO SÁNH N NG Đ CO C A HAI LO I NHIÊN LI U E5 VÀ A92 CO_E5 - Th i gian tăng t c trên ñư ng b ng và trên d c khi th c nghi m xăng E5 CO_A92 3.5 ñ u tăng nh so v i xăng A92 là 13.29% và 23.80%. T l %th tíc k í th i 3.0 2.5 - Tiêu hao nhiên li u khi th c nghi m xăng E5 tăng r t nh không ñáng k h h 2.0 1.5 so v i xăng A92 là 0.123 lít/100 km tương ñương 0.62%. Nguyên nhân 1.0 tăng là do xăng E5 có gia t c kém hơn A92 th hi n th i gian tăng t c dài 0.5 0.0 hơn; nên khi th c hi n thí nghi m ch y theo chu trình ECE 1504 ngư i lái -0.5 25 125 225 325 425 525 625 725 825 xe ph i tăng gi m ñ và thay ñ i s liên t c theo xu hư ng ép ga m nh ñ Th i ñi m ño ( s ) ñ m b o ñúng chu trình nên làm tăng tiêu hao nhiêu li u xăng E5 hơn xăng Hình 4.12: So sánh n ng ñ khí th i CO khi s d ng xăng E5 và A92 A92 chút ít. Tuy v y, tiêu hao nhiên li u xăng E5 l i gi m nh so v i xăng SO SÁNH N NG Đ HC C A HC_E5 HAI LO I NHIÊN LI U E5 VÀ A92 HC_A92 A92 khi ô tô ch y n ñ nh các t c ñ duy trì h ng s 15km/h, 32km/h và 70 50km/h. T i t c ñ này tiêu hao nhiên li u c a xăng E5 gi m 1,72% ñ n 60 3,4% so v i xăng A92. T l HC ( ppm) 50 40 - Tính năng gi m thi u ô nhi m môi trư ng c a xăng E5 ñư c ñánh giá khá 30 20 t t so v i xăng A92, CO gi m m nh t 37.94% ñ n 40%, các thành ph n 10 khác có gi m nhưng không ñáng k như : HC gi m 8.66%, CO2 gi m 0 25 125 225 325 425 525 625 725 825 1.80%, riêng NOx tăng nh 5.24%. S hiên di n c a ô xy trong công th c Th i ñi m ño ( s ) hóa h c c a ethanol làm tăng tính ñ ng nh t t l nhiên li u/không khí, do Hình 4.13: So sánh n ng ñ khí th i HC khi s d ng xăng E5 và A92 ñó gi m ñư c nh ng thành ph n không cháy ho c cháy không hoàn toàn NOX_E5 SO SÁNH N NG Đ NOX C A NOX_A92 trong khí x như HC và CO. Ta l p ñư c ñ th t ng quan so sánh như sau: HAI LO I NHIÊN LI U E5 VÀ A92 650 550 T l NOX ( ppm) 450 CH TIÊU KINH T K THU T C A XĂNG E5 SO V I A92 350 30 23.80 250 20 150 13.29 C i thi n ( % ) 10 5.79 5.80 5.24 50 0.62 0 -50 -1.80 -3.37 25 125 225 325 425 525 625 725 825 -10 C 2 -8.66 ox O O H C N C Th i ñi m ño ( s ) -20 -30 Hình 4.15. So sánh n ng ñ khí th i NOX khi s d ng xăng E5 và A92 -40 -37.94 -50 4.5 K T LU N CHƯƠNG Các tính năng kinh t k thu t - L c kéo và công su t các ch ñ chân ga khi th c nghi m xăng E5 hoàn toàn tăng nh so v i xăng A92 là 0.69% ñ n 5.79%. Hình 4.16 : So sánh các ch tiêu kinh t k thu t xăng E5 so v i xăng A92
25 26 K T LU N CHUNG VÀ HƯ NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 3. KI N NGH a) Nhà nư c c n thi t ph i ñưa ra chính sách b t bu c tiêu th xăng sinh 1. K T LU N CHUNG h c E5 ñ i v i t t c các phương ti n xe cơ gi i tham gia giao thông, vì s K t lu n 1: S d ng nhiên li u xăng sinh h c E5 ñang tiêu th d ng xăng sinh h c E5 gi m ñáng k ch t CO và HC so v i xăng A92; trên th trư ng cho xe ô tô ki u phun nhiên li u ñi u khi n b ng ñi n t có b) Nhà nư c c n có cơ ch ñ ng b ñ h thêm giá thành c a xăng sinh h c k t qu r t t t ñ i v i v n ñ gi m thi u ô nhi m môi trư ng, n ng ñ CO E5 nh m kích thích tiêu th lo i nhiên li u này vì s d ng xăng sinh h c E5 trong khí th i gi m m nh ñ n g n 38% so v i xăng A92. không nh ng gi m thi u ô nhi m môi trư ng ñ c bi t là ch t CO và HC, mà K t lu n 2: L c kéo và công su t c a ñ ng cơ khi s d ng nhiên còn nâng cao tính b n v ng v an ninh năng lư ng nh gi m lư ng xăng li u xăng sinh h c E5 ñ u tăng nh so v i xăng A92 các ch ñ t i trung nh p kh u c a ph n trăm c n ñã thay th ñư c s n su t trong nư c. bình và nh . K t lu n 3: Lư ng tiêu hao nhiên li u xăng E5 có tăng nh 0,62% so v i xăng A92 khi xe ch y theo chu trình. Khi xe ch y n ñ nh các t c ñ 15km/h, 32km/h và 50km/h thì lư ng tiêu hao nhiên li u gi m t 1,72% ñ n 3,37%. K t lu n 4: Th i gian tăng t c trên ñư ng b ng và trên ñư ng d c c a ô tô khi s d ng xăng sinh h c E5 có kéo dài chút ít so v i xăng A92 nhưng không ñáng k . 2. HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI a) C n nghiên c u thêm ñ i v i lo i ô tô s d ng h th ng cung c p nhiên li u ki u b ch hòa khí vì d ñi u khi n góc ñánh l a s m t i ưu. b) C n m r ng nghiên c u th c nghi m ñ i v i các lo i ô tô có niên h n s d ng khác nhau và th c nghi m trên ñư ng trư ng. c) C n nghiên c u th c nghi m ñ i v i xăng sinh h c có t l c n cao hơn như xăng E10, E15, E20 ...ñ nghiên c u m c ñ nh hư ng c a nhiên li u xăng sinh h c ñ n ñ b n c a ñ ng cơ.