Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------------------------------

HOÀNG TUẤN HẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHUN ETHANOL VÀO ĐƯỜNG NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL - ETHANOL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái

Nguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép

tôi thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô

và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập và làm

luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Trung Kiên đã hướng dẫn tôi

hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn

thành luận văn.

Tôi xin cảm ơn lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Cơ quan nơi tôi công tác

đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình học tập.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong

hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi

có thể hoàn chỉnh luận văn này.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những

người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi học tập.

Tuy nhiên do còn có hạn chế về thời gian cũng như kiến thức của bản

thân nên đề tài của tôi có thể còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự

góp ý để luận văn được hoàn thiện hơn.

Học viên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hoàng Tuấn Hải

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .................................................. viii

MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1

2. Mục đích của đề tài ....................................................................................... 4

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ....................................................................... 4

* Ý nghĩa khoa học: ....................................................................................... 4

* Ý nghĩa thực tiễn: ........................................................................................ 4

4. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 4

5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 5

6. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 5

7. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 6

1.1. Vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường ................................ 6

1.2. Tổng quan về nhiên liệu sinh học .............................................................. 7

1.3. Nhiên liệu ethanol ...................................................................................... 9

1.3.1. Tính chất vật lý của ethanol ................................................................. 9

1.3.2. Công nghệ sản xuất ethanol ............................................................... 10

1.3.3. Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới và Việt Nam ....................... 14

 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới ........................... 14

 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol tại Việt Nam ........................... 16

1.3.4. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ diesel ............................. 18

 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................... 18  Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................ 19

1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................... 24

CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ .......................................................... 25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

iii

SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL - ETHANOL ........................... 25

2.1. Vấn đề kiểm soát phát thải độc hại trong động cơ đốt trong ................... 25

2.1.1. Đặc điểm phát thải độc hại của động cơ đốt trong ........................... 25

2.1.2. Các biện pháp giảm phát thải độc hại ............................................... 28

2.2. Giới thiệu các phương pháp và mô hình tính toán các quá trình công tác

của động cơ ..................................................................................................... 30

2.2.1. Phương pháp Grinhevesky - Mading ................................................. 30

2.2.2. Mô hình tính theo Vibe ....................................................................... 31

2.2.3. Mô hình Vibe mở rộng ....................................................................... 32

2.2.4. Mô hình theo Glagôlep ...................................................................... 32

2.2.5. Mô hình theo Vôlôđin ......................................................................... 33

2.3. Mô hình cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol ................................ 34

2.4. Lựa chọn mô hình và phương pháp tính .................................................. 35

2.4.1. Mô hình vật lý và phương trình tính toán .......................................... 35

2.4.2. Xác định sự thay đổi các thông số đặc trưng kích thước hình học của

xi lanh động cơ ............................................................................................. 36

2.4.3. Tính nhiệt lượng tỏa ra khi cháy trong xi lanh .................................. 39

2.4.4. Tính trao đổi nhiệt trong xi lanh của động cơ ................................... 41

2.5. Tính toán các thông số nhiệt động động cơ V12 ..................................... 42

2.5.1. Mô hình hóa động cơ V12 .................................................................. 42

2.5.1.1. Giới thiệu chung về phần mềm GT-Power .................................. 42

2.5.1.2. Xây dựng mô hình động cơ V12 .................................................. 44

2.5.2. Kết quả tính toán động cơ V12 .......................................................... 48

2.6. Kết luận chương 2 .................................................................................... 51

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN ........ 52

VÀ TỐC ĐỘ PHUN ETHANOL VÀO ĐƯỜNG NẠP ................................. 52

ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL V12 ............ 52

3.1. Đặt vấn đề................................................................................................. 52

3.2. Mô phỏng ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol .................................. 52

3.2.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol tới các chỉ tiêu công tác của

động cơ ......................................................................................................... 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

 Ảnh hưởng tới nhiệt độ môi chất trong xi lanh .................................... 53

 Ảnh hưởng tới áp suất môi chất trong xi lanh ..................................... 54

 Ảnh hưởng tới dòng nhiệt môi chất truyền cho thành vách buồng cháy

................................................................................................................... 56

 Ảnh hưởng tới tốc độ tỏa nhiệt ............................................................. 57

 Ảnh hưởng tới quy luật cháy của nhiên liệu ........................................ 58

3.2.2. Ảnh hưởng tới các chỉ tiêu phát thải của động cơ ............................. 60

 Ảnh hưởng tới thành phần phát thải CO2 ............................................ 60

 Ảnh hưởng tới thành phần phát thải NOx ............................................ 61

3.3. Mô phỏng ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol ........................................ 61

3.3.1. Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol tới các chỉ tiêu công tác .......... 62

 Ảnh hưởng tới nhiệt độ môi chất trong xi lanh .................................... 62

 Ảnh hưởng tới áp suất môi chất trong xi lanh ..................................... 63

 Ảnh hưởng tới dòng nhiệt ..................................................................... 64

 Ảnh hưởng tới tốc độ tỏa nhiệt của môi chất trong xi lanh ................. 65

 Ảnh hưởng tới quy luật cháy của nhiên liệu ........................................ 66

3.3.2. Ảnh hưởng của các tốc độ phun ethanol tới thành phần phát thải ... 66

 Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol đến phát thải NOx ...................... 66

 Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol đến phát thải CO2 ...................... 68

3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................... 68

KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Diễn giải

LNG Khí thiên nhiên hóa lỏng

CNG Khí nén thiên nhiên

LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng

HVO Dầu thực vật/mỡ động vật hydro hóa

BTL Sinh khối hóa lỏng

Thống số đặc trưng cháy m

Quy luật cháy x

Tốc độ cháy dx/d

Lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình, [kg/ct] mnl

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QH

Chất ô nhiễm dạng hạt PM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

FFV Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Tính chất vật lý của ethanol ............................................................ 10

Bảng 2.1. Các phần tử chính của mô hình động cơ V12 ............................... 44

Bảng 2.2. Các thông số đầu vào động cơ V12 sử dụng trong mô hình .......... 46

Bảng 2.3. Kết quả tính toán các chỉ tiêu công tác của động cơ V12 .............. 49

Bảng 2.4. Kết quả tính toán và so sánh với số liệu của nhà sản xuất ............. 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

vii

theo đặc tính ngoài động cơ V12 .................................................................... 49

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất ethanol từ lúa mì và xi-rô đường ............................ 12

Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza ............................................... 13

Hình 2.1. Sự lựa chọn nhiên liệu thay thế ....................................................... 30

Hình 2.2. Sơ đồ động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-alcohol, [1] ........................ 34

Hình 2.3. Mô hình các dòng năng lượng và khối lượng qua các biên ............ 35

của thể tích xi lanh trong một chu trình [3]..................................................... 35

Hình 2.4. Sơ đồ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ ........................ 37

trong trường hợp tổng quát ............................................................................. 37

Hình 2.5. Các thông số hình học của xu páp dùng để xây dựng mô hình ...... 38

Hình 2.6. Hình dáng quy luật tỏa nhiệt khi cháy theo Vibe ........................... 40

Hình 2.7. Mô hình động cơ V12 ..................................................................... 44

Hình 2.8. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử vòi phun ethanol ......... 51

vào đường nạp của động cơ ............................................................................ 51

Hình 2.9. Mô hình 1 nhánh cụm đường ống nạp động cơ V12 ...................... 51

khi thiếp lập mô hình chạy lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol ......................... 51

Hình 3.1. Diễn biến nhiệt độ môi chất trong xi lanh động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp ............. 53

Hình 3.2. Nhiệt độ cực đại môi chất công tác trong xi lanh động cơ ............. 54

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol .......... 54

Hình 3.3. Diễn biến áp suất môi chất trong xi lanh động cơ khi thay đổi thời

điểm phun ethanol vào đường nạp .................................................................. 55

Hình 3.4. Áp suất cực đại trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – ethanol khi

thay đổi thời điểm phun ethanol ...................................................................... 55

Hình 3.5. Tốc độ tăng áp suất trung bình của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol ................................................... 56

Hình 3.6. Dòng nhiệt của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol ............. 57

viii

khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp ...................................... 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.7. Tốc độ tỏa nhiệt của môi chất động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp .......................... 58

Hình 3.8. Quy luật cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol ......... 59

khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp ...................................... 59

Hình 3.9. Đặc tính phát thải CO2 động cơ lưỡng nhiên liệu ........................... 60

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol ...................................... 60

Hình 3.10. Đặc tính phát thải NOx động cơ lưỡng nhiên liệu ......................... 61

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol ...................................... 61

Hình 3.11. Các tốc độ phun ethanol vào đường nạp ....................................... 62

động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol ....................................................... 62

Hình 3.12. Diễn biến nhiệt độ môi chất công tác động cơ lưỡng nhiên liệu .. 63

diesel - ethanol theo các tốc độ phun ethanol khác nhau ................................ 63

Hình 3.13. Diễn biến áp suất môi chất công tác trong xi lanh động cơ .......... 64

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol theo các tốc độ phun ethanol khác nhau .... 64

Hình 3.14. Dòng nhiệt của động cơ khi thay đổi tốc độ phun ethanol ........... 64

vào đường nạp ................................................................................................. 64

Hình 3.15. Tốc độ tỏa nhiệt của môi chất trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel

- ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp ............................. 65

Hình 3.16. Quy luật cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol khi thay

đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp .......................................................... 66

Hình 3.17. Đặc tính phát thải NOx động cơ lưỡng nhiên liệu ......................... 67

diesel - ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp .................. 67

Hình 3.18. Đặc tính phát thải CO2 động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp .................................................. 68

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay năng lượng và ô nhiễm môi trường là hai vấn đề quan trọng và

cấp bách cần giải quyết. Thực tế cho thấy, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của

nền công nghiệp thì kéo theo là lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất

lớn. Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo

như dự báo của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng

xăng dầu của toàn thế giới chỉ đủ cho khoảng 5 năm nữa. Mặt khác việc sử

dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm

trọng. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như COx,

NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon, bụi… gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến

môi trường, hệ sinh thái và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống.

Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân

thiện với môi trường là điều rất quan trọng và cần thiết. Bên cạnh việc sử dụng

các nguồn năng lượng như năng lượng thủy điện, năng lượng nguyên tử, năng

lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều… Năng lượng có nguồn

gốc sinh học đang rất được quan tâm.

Nhiên liệu sinh học cho động cơ nói chung và phương tiện giao thông

nói riêng đang nhận được sự quan tâm lớn của thế giới. Một mặt nhiên liệu sinh

học góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường.

Mặt khác nhiên liệu sinh học góp phần phát triển kinh tế nông thôn, tăng thu

nhập cho người dân ở vùng sâu, vùng xa. Một khi sự phát triển bền vững, phát

triển kinh tế gắn liền với các yếu tố xã hội và môi trường có vai trò thiết yếu

đối với mỗi quốc gia, lãnh thổ thì các nguồn năng lượng xanh, năng lượng có

phát thải cácbon thấp nhận được sự ưu tiên phát triển.

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của các ngành Khoa học - Kĩ

thuật đặc biệt là sự khởi đầu của nền công nghiệp 4.0 đang dần dần hình thành

và trở thành xu hướng phát triển chung của các nền kinh tế thế giới. Ngành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

công nghiệp ô tô đang đứng trước rất nhiều khó khăn và thách thức để có thể

theo kịp sự phát triển chung của thế giới và đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày

một tăng cao của con người. Một trong những nguy cơ và thách thức hàng đầu

hiện nay đặt ra cho ngành công nghiệp ô tô chính là thay đổi công nghệ và sử

dụng các nguồn nhiên liệu sạch hoặc nhiên liệu thay thế để ứng phó với sự cạn

kiệt của nhiên liệu hóa thạch vốn là nguyên liệu cho các loại động cơ đốt trong

dùng cho ô tô cũng như nhiều ngành công nghiệp khác và hiện tượng ô nhiễm

do các khí thải do quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.

Việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các loại nhiên liệu thay thế đang

là xu hướng chung của nhiều nước trên thế giới nhằm làm giảm sự phụ thuộc

vào nhiên liệu hóa thạch, đảm bảo an ninh năng lượng cũng như giảm tác động

tới môi trường đặc biệt là khí gây hiệu ứng nhà kính. Động cơ cháy do nén

(động cơ diesel) được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, giao

thông vận tải, máy phát điện… do ưu điểm nổi bật là hiệu suất cao; tuy nhiên

trong sản phẩm cháy lại chứa nhiều thành phần độc hại với con người và môi

trường đặc biệt là ô xít ni tơ (NOx) và chấy ô nhiễm dạng hạt (PM - Particulate

Matter). Sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (bio-based fuels) trong động

cơ diesel là một giải pháp hiệu quả nhằm giảm phát sinh các thành phần độc

hại trong khí xả. Một trong số đó, nhiên liệu cồn Ethanol (hay còn gọi là cồn

Etylic) là một trong những nhiên liệu tiềm năng nhằm giảm phát thải và sự lệ

thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Ethanol là loại nhiên liệu phù hợp để pha trộn

với nhiên liệu diesel, do bản chất nó là nhiên liệu lỏng và chứa hàm lượng ô xi

cao. Trong các loại nhiên liệu Alcohols chứa hàm lượng các bon thấp (chứa 3

hoặc ít hơn 2 nguyên tố cacbon) như Methanol và Ethanol hiện được coi là

những nhiên liệu pha trộn với nhiên liệu diesel nhận được nhiều sự quan tâm

do ưu điểm về công nghệ sản xuất và có hàm lượng ô xi cao, do đó cải thiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

đáng kể đặc tính cháy và đặc tính phát thải.

Hiện nay có 4 phương pháp phổ biến nhất để hình thành lên chế độ vận

hành lưỡng nhiên liệu cồn - diesel (alcohol - diesel) trong động cơ cháy do nén,

đó là:

1. Phun hơi cồn (Alcohol Fumigation): trong phương pháp này, nhiên liệu

alcohol được đưa vào đường ống nạp của động cơ thông qua vòi phun hoặc chế

hòa khí.

2. Pha trộn cồn - diesel (Alcohol - diesel blend): trong phương pháp này, nhiên

liệu alcohol và diesel được hòa trộn theo tỷ lệ nhất định trước để tạo thành hỗn

hợp đồng nhất và sau đó được phun trục tiếp vào xi lanh thông qua các vòi

phun.

3. Nhũ tương cồn - diesel (Alcohol - diesel emulsification): theo phương pháp

này, sử dụng chất chuyển thể sữa để hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu nhằm ngăn

chặn sự phân ly.

4. Phun kép (Dual injection): theo đó, sử dụng 2 hệ thống phun riêng rẽ để phun

nhiên liệu cồn và diesel vào xi lanh.

Trong đó phương pháp phun hơi cồn vào đường nạp và pha trộn cồn -

diesel được sử dụng phổ biến hơn cả. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về ảnh

hưởng của của tỷ lệ cồn đến hiệu suất, đặc tính cháy và đặc tính phát thải của

động cơ diesel [11  29], tuy nhiên các công trình này chỉ trình bày kết quả

nghiên cứu thực nghiệm; một số ít trình bày về mô phỏng số nhưng các thuật

toán và chương trình mô phỏng không được giới thiệu chi tiết; chính vì vậy,

mô phỏng đặc tính của loại động cơ lưỡng nhiên liệu ethanol - diesel là cần

thiết để làm chủ công nghệ, cũng như ứng dụng vào thực tiễn tại Việt Nam

nhằm giảm ô nhiễm môi trường từ các động cơ diesel đang lưu hành. Tuy nhiên,

khi tiến hành phun hơi ethanol vào đường nạp, thì thông số phun có ảnh hưởng

tới các chỉ tiêu công tác và phát thải của động cơ nhưng chưa được đề cập trong

các nghiên cứu liên quan gần đây. Chính vì vậy, tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên

cứu ảnh hưởng của các thông số phun Ethanol vào đường nạp đến các chỉ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu Diesel - Ethanol” làm đề tài luận

văn cao học của mình.

2. Mục đích của đề tài

- Xây dựng mô hình động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol bằng phần mềm

mô phỏng động cơ chuyên dụng GT-Power.

- Khảo sát được ảnh hưởng của 2 thông số là thời điểm phun và tốc độ phun

ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

* Ý nghĩa khoa học:

Luận văn đã góp phần đánh giá được quá trình hình thành hỗn hợp và

cháy của nhiên liệu ethanol - diesel trong động cơ diesel thông qua các mô hình

mô phỏng được xây dựng trên phần mềm GT-Power. Từ các mô hình mô phỏng

này, ảnh hưởng của 2 thông số là thời điểm phun và tốc độ phun khi phun

ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol được khảo sát và đánh giá để làm cơ sở cho việc đánh giá về

sau khi nghiên cứu thực nghiệm.

* Ý nghĩa thực tiễn:

- Các mô hình mô phỏng xây dựng được trong luận văn có thể góp phần

cho quá trình đào tạo chuyên sâu liên quan đến vận hành động cơ lưỡng nhiên

liệu diesel - ethanol cho động cơ cháy do nén.

- Luận văn đã đánh giá được ảnh hưởng của các thông số phun ethanol

trên đường nạp đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel

khi chuyển sang vận hành dạng lưỡng nhiên liệu.

- Kết quả của đề tài là cơ sở lý thuyết cho việc so sánh với kết quả thực

nghiệm khi nghiên cứu về động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

4. Đối tượng nghiên cứu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

- Động cơ diesel 12 xi lanh, chữ V (V12).

5. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết thông qua xây dựng các mô hình mô phỏng trên phần

mềm mô phỏng động cơ chuyên dụng GT-Power.

6. Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của 2 thông số là thời điểm phun và

tốc độ phun ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác và phát thải của

động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

Chế độ tính toán: chế độ công suất định mức.

7. Nội dung nghiên cứu

Thuyết minh của đề tài được trình bày gồm các phần chính sau:

- Mở đầu

- Chương 1. Tổng quan về vấn đế nghiên cứu

- Chương 2. Mô phỏng động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

- Chương 3. Mô phỏng ảnh hưởng của thời điểm phun và tốc độ phun

ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác của động cơ diesel V12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

- Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường

Ngày nay, do sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô trên

thế giới, nên nhu cầu về dầu mỏ tăng lên nhanh chóng. Thế giới đang phải đối

mặt với thực tế là nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang dần cạn kiệt. Theo dự báo của

các nhà khoa học trên thế giới cho biết nguồn cung dầu mỏ có thể đáp ứng nhu

cầu của thế giới trong khoảng 40 ÷ 50 năm nữa nếu không phát hiện thêm các

nguồn dầu mỏ mới. Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nhu cầu vận

chuyển bằng ô tô ngày càng tăng dẫn tới nhu cầu trong nước về nhiên liệu ngày

càng tăng lên.

Theo kết quả điều tra của tập đoàn dầu mỏ BP của Anh quốc, trữ lượng

dầu mỏ trên trái đất đã khảo sát được khoảng 150 tỷ tấn. Năm 2003, lượng dầu

mỏ trên trái đất tiêu thụ khoảng 3,6 tỷ tấn. Nếu không được phát hiện thêm

những nguồn mới thì lượng dầu mỏ trên thế giới chỉ đủ dùng khoảng 40 năm

nữa. Theo các chuyên gia kinh tế trên thế giới, trong vòng 15 năm nữa, lượng

dầu mỏ cung cấp cho thị trường vẫn luôn thấp hơn nhu cầu, chính vì nhu cầu

về xăng dầu và khí đốt không thấy điểm dừng như vậy đã đẩy mạnh giá dầu

trên thế giới. Mặt khác, nguồn năng lượng trên thế giới chủ yếu lại tập trung ở

các khu vực luôn có tình hình bất ổn như Trung Đông (chiếm 2/3 trữ lượng dầu

mỏ trên thế giới), Trung Á, Trung Phi… Mỗi một đợt khủng hoảng giá dầu lại

làm lay chuyển các nền kinh tế thế giới, đặc biệt là các nước đang phát triển

như Việt Nam.

Bên cạnh đó động cơ ô tô sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch từ

dầu mỏ phát thải ra môi trường các chất độc hại gây ra ô nhiễm môi trường,

phá hủy tầng ô zôn, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân

thiện với môi trường là rất quan trọng và thiết thực. Song hành cùng với việc

sử dụng nhiên liệu truyền thống trên động cơ ô tô, các nhà khoa học trong và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ngoài nước đã và đang nghiên cứu tìm ra và sử dụng các nguồn nhiên liệu thay

thế thân thiện với môi trường cho động cơ đốt trong.

1.2. Tổng quan về nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học (NLSH) (Biofuels) là loại nhiên liệu được hình thành

từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật. Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ

chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa,…), ngũ cốc (lúa mì, ngô,

đậu tương, sắn,…), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,…), sản phẩm

trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải,…) [4]. NLSH dùng cho giao

thông vận tải chủ yếu gồm các loại cồn (Methanol, Ethanol, Butanol), các loại

diesel sinh học (sản xuất từ dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật).

Đây là nguồn nhiên liệu thay thế tiềm năng cho tương lai, tuy nhiên bên cạnh

đó cũng có những hạn chế nhất định. Một số ưu điểm chính của NLSH so với

các loại nhiên liệu truyền thống như sau:

* Ưu điểm:

+ Thân thiện với môi trường: NLSH sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu

ứng nhà kính (CO2, CO, N2O,…) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại

nhiên liệu truyền thống.

+ Là nguồn nhiên liệu có thể tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động

sản xuất nông, lâm nghiệp và có thể tái sinh, giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn

nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá,…).

* Nhược điểm:

- Phát triển NLSH có nguồn gốc từ thực vật yêu cầu diện tích canh tác

lớn dẫn đến việc cạnh tranh diện tích canh tác với các cây lương thực khác do

đó sẽ làm giá lương thực tăng cao, nếu phát triển không hợp lý có thể gây đe

dọa tới an ninh lương thực.

- Phát triển NLSH có nguồn gốc từ động thực vật còn gặp phải một khó

khăn nữa đó là phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết, dịch bệnh nếu điều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

kiện không thuận lợi thì quá trình sản xuất không thể diễn ra liên tục được.

- Công nghệ để đầu tư cho sản xuất nhiên liệu sinh học tiên tiến (chế tạo

nhiên liệu sinh học từ lignin cellulose - có trong rơm, cỏ, gỗ,…) có giá vốn cao.

- NLSH khó cất giữ và bảo quản hơn so với nhiên liệu truyền thống (dễ

bị biến tính phân hủy theo thời gian).

Tùy theo lợi thế về nguyên liệu của mỗi quốc gia mà người ta chọn các

loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất. Đồng thời cũng dựa trên nguồn nguyên

liệu dùng để sản xuất NLSH người ta chia NLSH thành ba thế hệ [4]:

- NLSH thế hệ đầu tiên: là nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các nguyên

liệu có bản chất là thực phẩm ví dụ như các nguyên liệu có chứa tinh bột, đường,

mỡ động vật, dầu thực vật,…

- NLSH thế hệ thứ hai: khắc phục được các vấn nạn về lương thực của

NLSH thế hệ đầu tiên. Thay vì chỉ sử dụng đường, tinh bột, dầu như ở thế hệ

đầu tiên, kỹ thuật này cho phép sử dụng tất cả các hình thức sinh khối chứa

lignocellulose. Các loại cỏ cây, các phế phẩm công nghiệp và nông nghiệp đều

có thể được chuyển đổi thông qua hai con đường: hóa sinh và nhiệt hóa.

- NLSH thế hệ thứ 3: có nguồn gốc từ tảo ra đời và được coi là một năng

lượng thay thế khả thi. Vi tảo có thể sản xuất nhiều dầu hơn 5 ÷ 300 lần để sản

xuất biodiesel, hơn nữa so với cây trồng thông thường được thu hoạch 1 ÷ 2 lần

trong một năm thì vi tảo có chu kỳ thu hoạch rất ngắn (khoảng 1 ÷ 10 ngày tùy

thuộc vào từng tiến trình) cho phép thu hoạch nhiều và liên tục với năng suất

đáng kể. Ý tưởng dùng vi tảo để sản xuất NLSH không còn là mới, nhưng nó

đang được xem xét một cách nghiêm túc do giá xăng dầu tăng cao, và mối quan

tâm mới nổi về sự nóng lên trên toàn cầu do đốt các nhiên liệu hóa thạch.

Các loại nhiên liệu sinh học thường sử dụng trên thực tế hiện nay có thể

kể tên như sau:

- Bioethanol;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

- Biodiesel;

- Methane (biogas);

- Biohydrogen;

- Dimethyl ether (DME).

Trong đó bio-ethanol (gọi tắt là ethanol) được sản xuất và sử dụng rộng

rãi ở Mỹ, Brazil và các nước đang phát triển như Thái Lan và Trung Quốc.

Ethanol đã có lịch sử phát triển lâu đời và được ứng dụng lên động cơ

đánh lửa cưỡng bức, động cơ chạy ethanol đã ra đời từ những năm đầu tiên

trong thời kỳ phát triển của động cơ đốt trong. Henry Ford là người đầu tiên đề

xuất việc sử dụng ethanol bởi vì đặc tính cháy tốt, có thể được chế tạo từ các

sản phẩm nông nghiệp. Thực tế thì Brazil đã thực hiện ý tưởng này và là đất

nước đi đầu về việc ứng dụng ethanol làm nhiên liệu sử dụng cho động cơ trên

toàn thế giới.

Ethanol được sản xuất nhờ sự lên men của các nguyên liệu nông nghiệp

như ngô, khoai tây, củ cải đường… Những sản phẩm thừa trong nông nghiệp

như pho mát cũng có thể được sử dụng. Ngoài tinh bột, đường là những nguồn

nguyên liệu để chế tạo ra cồn ethanol. Ở Brazil thì ethanol được sản xuất từ bã

mía, vì vậy giá thành rất rẻ và thân thiện với môi trường. Còn ở Pháp thì ethanol

được sản xuất chủ yếu từ nho, khiến cho lượng nho cung cấp cho việc sản xuất

rượu vang bị suy giảm. Ngoài ra ethanol còn có thể được sản xuất từ gỗ.

Ethanol nguyên chất ít được dùng làm nhiên liệu, thông thường ethanol

được pha với xăng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.

1.3. Nhiên liệu ethanol

1.3.1. Tính chất vật lý của ethanol

Ethanol là chất lỏng không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước

(khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), sôi ở 78,39oC, hóa rắn ở - 114,15oC,

tan vô hạn trong nước. Sở dĩ ethanol tan tốt trong nước và có nhiệt độ sôi cao

hơn nhiều so với este hay aldehit có cùng số cacbon là do sự tạo thành liên kết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

hydro giữa các phân tử với nhau và với nước.

Một số tính chất vật lý thể hiện trong bảng 1.1 [4].

Bảng 1.1. Tính chất vật lý của ethanol

TT Tính chất Giá trị

1 Công thức phân tử C2H5OH hay C2H6O

2 Phân tử gam 46,07 g/mol

3 Cảm quan Chất lỏng trong suốt dễ cháy

4 Tỷ trọng 0,789

5 Độ nhớt 1,2 cP ở 20oC

6 Độ tan trong nước Tan hoàn toàn

7 Nhiệt độ sôi 78,4oC (351,6 K)

8 Nhiệt độ tan 158,8 K (-114,3 oC)

9 Điểm tới hạn 514 K

10 pH 7,0 (trung tính)

65,21 J/mol.K 11 Cp

Buồn nôn, gây mửa, gây trầm cảm, 12 Tác động cấp tính ngừng thở trong trường hợp nặng

13 Tác động kinh niên Nghiện, xơ gan

14 Nhiệt độ tự cháy 425 oC

15 Mật độ giới hạn nổ 3,5 ÷ 15%

1.3.2. Công nghệ sản xuất ethanol

 Phương pháp hydrat hóa etylen

Cho etylen hợp nước ở 300 0C áp suất 70 ÷ 80 atm với xúc tác là axit:

CH2 = CH2 + H2O  CH3-CH2-OH

Chất xúc tác thường sử dụng là axit photphoric được mang trên các chất

có độ xốp cao như diatomit hay than củi. Chất xúc tác này được công ty Shell

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

sử dụng để sản xuất ethanol ở mức độ công nghiệp năm 1947.

Một axit khác cũng được sử dụng phổ biến, đó là axit sunfuric. Phản ứng

xẩy ra theo hai giai đoạn: đầu tiên tạo etyl sunfat, sau đó chất này phân hủy tạo

thành ethanol và tái tạo lại axit:

CH2 = CH2 + H2SO4  CH3-CH2OSO3H

CH3-CH2OSO3H + H2O  CH3-CH2-OH + H2SO4

Ethanol công nghiệp không phù hợp với mục đích làm đồ uống do có

chứa một số thành phần độc hại như: methanol, denatonium (C21H29N2O,

C7H5O2) là một chất gây đắng, gây tê. Ethanol điều chế theo phương pháp công

nghiệp thường có chỉ số UN bằng 1986 ÷ 1987 [4].

 Công nghệ lên men sản xuất ethanol

Ethanol có thể được sản xuất bằng công nghệ lên men, nguyên liệu có

thể là các loại cây trồng chứa đường đơn giản hoặc ngũ cốc chứa tinh bột (Hình

1.1). Tinh bột ngũ cốc gồm các phần tử cacbonhydrat phức tạp nên phải phân

hủy thành đường đơn giản nhờ quá trình thủy phân trước khi lên men. Hạt ngũ

cốc được xay, nghiền ướt thành dạng bột nhão, sau đó được nấu và thủy phân

để tạo đường. Trong trường hợp thủy phân bằng axit thì cần rót axit loãng vào

khối bột nhão trước khi đem nấu. Quá trình lên men được xúc tiến mạnh khi có

mặt một số chủng men ancol. Để thuận lợi cho quá trình lên men, pH của dung

dịch thủy phân cần điều chỉnh ở mức 4,8 ÷ 5,0. Ethanol sinh ra trong quá trình

lên men sẽ hòa tan trong nước nên sau đó phải tiến hành chưng cất và tinh cất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

để tạo ethanol nguyên chất (có thể đạt mức ethanol tuyệt đối - ethanol khan).

Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất ethanol từ lúa mì và xi-rô đường

 Công nghệ sinh học sản xuất ethanol từ nguyên liệu xenluloza

Công nghệ sinh học sản xuất ethanol từ xenluloza thể hiện qua quy trình

xử lý thủy phân xenluloza trong đó bao gồm thủy phân nguyên liệu

licnoxenluloza tiền xử lý, sử dụng các enzym để phá vỡ cellulose phức tạp để

tạo thành đường đơn giản và tiếp theo là quá trình lên men và chưng cất.

Có 6 giai đoạn để sản xuất ethanol từ xenluloza như giới thiệu trên hình

1.2.

- Giai đoạn tiền xử lý, để tạo nguyên liệu licnoxenluloza như gỗ hoặc

rơm rạ để thủy phân.

- Thủy phân xenluloza (cellulolysis), để bẻ gãy các phân tử để tạo đường.

- Tách đường từ các nguyên liệu còn sót lại, đáng chú ý là lignin (phức

polyme thơm).

- Lên men đường.

- Chưng cất để tạo ra ethanol nguyên chất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

- Khử nước để tạo ra ethanol khan với nồng độ lên đến 99,7%.

Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza

Quá trình sản xuất ethanol từ xenluloza chỉ khác với quá trình lên men

tinh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quá trình lên

men. Thủy phân hỗn hợp xenluloza khó hơn thủy phân tinh bột vì hỗn hợp

xenluloza là tập hợp các phân tử đường liên kết với nhau thành mạch dài

(polyme cacbonhydrat) gồm khoảng 40 ÷ 60% xenluloza và 20 ÷ 40%

hemixenluloza, có cấu trúc tinh thể bền. Hemixenluloza chứa hỗn hợp các

polyme có nguồn gốc từ xylo, mano, galaeto hoặc arabino kém bền hơn xenlulo.

Nói chung hỗn hợp xenluloza khó hòa tan trong nước. Phức polyme thơm có

trong gỗ là lignin (10 ÷ 25%) không thể lên men vì khó phân hủy sinh học,

nhưng có thể tận dụng vào việc khác [4].

 Các phương pháp làm khan ethanol

Thông thường ethanol sản xuất theo các phương pháp nêu trên thường

có nồng độ ≤ 96% vì vậy để tạo ra ethanol có nồng độ lớn hơn 99% thì chúng

ta phải sử dụng các biện pháp loại nước, hay còn gọi là làm khan. Các phương

pháp làm khan:

- Làm khan bằng các chất hút nước: Có thể dùng các chất hút nước như:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Clorua canxi khan, vôi … Tuy nhiên biện pháp này ít hiệu quả.

- Chưng cất phân đoạn: Đó là phương pháp cho thêm một cấu tử vào hỗn

hợp để phá vỡ điểm sôi. Cấu tử thêm là benzen và hỗn hợp lại được chưng cất

phân đoạn lần nữa. Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và ethanol

nhằm loại bỏ ethanol ra khỏi nước và điểm sôi hỗn hợp cấp 2 với ethanol để

loại bỏ phần lớn benzen. Phương pháp này có thể tạo ra ethanol có độ khan rất

cao tuy nhiên vẫn còn một lượng nhỏ benzen còn lại trong ethanol gây độc hại.

Do vậy phương này chỉ ứng dụng để tạo ethanol làm nhiên liệu (ví dụ như pha

vào xăng) mà không được sử dụng cho thực phẩm.

- Sử dụng rây phân tử: Rây phân tử là vật liệu xốp, sử dụng để hấp thụ

chọn lọc nước từ dung dịch 96% ethanol. Có thể sử dụng zeolit dạng viên hoặc

bột yến mạch tuy nhiên zeolit có giá trị hơn do khả năng hấp phụ chọn lọc cao,

lại tái sinh được. Số lần sử dụng zeolit không hạn chế do có thể tái tạo bằng

cách làm khô với luồng khí CO2 nóng. Ethanol tinh khiết sản xuất theo phương

pháp này sẽ không chứa benzen do vậy ethanol tinh khiết loại này có thể sử

dụng trong thực phẩm, y học và mỹ phẩm.

- Sử dụng chất phụ gia: Hiện nay có một xu hướng sử dụng ethanol nồng

độ thấp 92% làm nhiên liệu. Đối với ethanol dạng này yêu cầu phải có phụ

gia có vai trò xúc tiến quá trình hòa trộn giữa xăng và ethanol đồng thời nó

ngăn ngừa sự tách pha của nước trong hỗn hợp cũng như ngăn cản quá trình

hấp thụ hơi nước từ khí quyển trong quá trình bảo quản sử dụng. Phụ gia thường

dùng là các loại ancol có phân tử lớn như ancol isopropylic, isobutyric.

1.3.3. Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới và Việt Nam

 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới

Dùng ethanol thay dầu diesel sẽ góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường

từ khí thải động cơ diesel: các chỉ số HC, CO, độ khói đen đều thấp hơn so với

khi dùng dầu diesel. Sở dĩ như vậy là do trong phần tử ethanol có thành phần

cácbon ít hơn với dầu diesel và có sẵn oxy nên dễ đốt cháy cácbon hơn. Tuy

nhiên, do tính chất của ethanol khác với tính chất của nhiên liệu dùng cho động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cơ diesel như: trị số xêtan và độ nhớt thấp, không thể đốt cháy ethanol bằng

phương pháp tự bốc cháy trong động cơ diesel. Vì vậy sử dụng ethanol trên

động cơ diesel gặp nhiều khó khăn hơn so với động cơ đánh lửa cưỡng bức [4].

Mỹ và Brazil là hai quốc gia có sản lượng ethanol lớn nhất thế giới, chiếm

khoảng 86,25% toàn bộ lượng ethanol sản xuất toàn cầu [1, 4]. Nguyên liệu

chính để sản xuất ethanol tại Mỹ là ngô, trong khi tại Brazil thì mía là nguồn

cung cấp chính.

Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia ủng hộ cồn từ năm 1975,

sử dụng cồn sản xuất từ bã mía để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20%, dùng trong

ngành vận tải. Hiện nay 9 công ty sản xuất xe hơi ở Brazil, trong đó có General

Motor và Ford cung cấp cho thị trường loại xe sử dụng nhiên liệu lưỡng tính

(xe FFV - Flexible Fuel Vehicle) tức là chạy bằng xăng thông thường hoặc

bằng cồn hoặc bằng hỗn hợp xăng cồn đều được. Trong số xe bán ra trong tháng

4/2005, loại xe này chiếm tới 50%.

Trong thực tế, Brazil là một trong các quốc gia sản xuất và xuất khẩu

đường lớn nhất thế giới, đồng thời cũng là nước sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu

cồn đứng thứ hai thế giới sau Mỹ. Cả nước có khoảng 600000 đồn điền trồng

mía, hơn 300 nhà máy sản xuất cồn [4].

EU chiếm vị trí thứ ba thế giới về sản lượng etanol. Sản xuất etanol tại

EU chủ yếu sử dụng ngũ cốc và củ cải đường. Chương trình năng lượng tái tạo

(RFD) của EU quy định đến năm 2020, toàn bộ xăng dầu dùng cho giao thông

vận tải phải được pha 10% nhiên liệu tái tạo.

Philippines là quốc gia tiên phong ở Châu Á trong việc thực hiện chương

trình NLSH bằng việc sử dụng NLSH tái tạo vào năm 2006. Theo đó, toàn bộ

các sản phẩm nhiên liệu tiêu thụ nội địa phải pha trộn NLSH 2% Bio-diesel và

10% Bio-etanol vào tháng 2/2012 .

Thái lan đã bắt đầu cung cấp xăng pha cồn cho các phương tiện vận tải

vào năm 2005. Người tiêu dùng có thể chọn mua E10 với giá giảm đáng kể so Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

với xăng thông thường. Tại thời điểm đó, hầu hết các phương tiện vận tải đường

bộ ở Thái lan có thể sử dụng xăng pha cồn E10 mà không ảnh hưởng gì. Chính

phủ đã công bố một danh sách của tất cả các xe có thể sử dụng xăng E10 và

phát hành rộng rãi tại tất cả các trạm xăng dầu trên cả nước. Hầu hết ô tô sản

xuất sau năm 1983 đều có thể sử dụng E10.

Hiện tại hầu hết các trạm xăng tại Thái Lan đều bán xăng E20 và đây là

loại xăng thông dụng nhất tại Thái Lan vì tất cả các loại ô tô đời mới đều có thể

sử dụng loại xăng này, giá cả thấp hơn 5 Baht/lít so với xăng E10. Đối với E85,

hiện Thái Lan có khoảng 150 điểm bán, chủ yếu tại Bangkok và đang sử dụng

ngày một nhiều hơn. Loại xăng này chỉ có thể sử dụng cho các loại phương tiện

sử dụng nhiên liệu linh hoạt (FFV). Loại phương tiện này có một hệ thống nhiên

liệu điện tử đặc biệt cho phép vận hành trên bất cứ loại xăng pha etanol nào với

tỷ lệ etanol từ 0% ÷ 80%.

 Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol tại Việt Nam

Hiện nay tại Việt Nam, nhiên liệu xăng và diesel vẫn là hai loại nhiên

liệu chính của ngành giao thông vận tải (GTVT). Việc sản xuất và sử dụng

nhiên liệu thay thế là chưa nhiều, hầu hết ở quy mô nhỏ lẻ. Năm 2007, thủ

tướng chính phủ ra quyết định số 177/2007/QĐ-TTg về “Đề án phát triển nhiên

liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025”. Mục tiêu đến năm 2015, sản xuất

được 250 nghìn tấn ethanol và biodiesel, đáp ứng 1% nhu cầu nhiên liệu; và

tầm nhìn 2025 là 1,8 triệu tấn ethanol và biodiesel, đáp ứng được 5% nhu cầu

nhiên liệu. Cùng với đó là những khuyến khích về tài chính như trợ giá, miễn

thuế… cho các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước đầu tư vào lĩnh vực năng

lượng tái tạo. Tuy nhiên, tình hình sản xuất etanol tại Việt Nam còn có những

thuận lợi và khó khăn như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

* Thuận lợi:

+ Việt Nam tiềm năng nguồn nhiên liệu sinh khối đáng kể là những sản

phẩm thừa trong quá trình chế biến nông lâm sản như rơm rạ, trấu, cỏ, lá, mùn

cưa, bã mía và một số chất thải nông nghiệp khác. So với nguồn nhiên liệu sinh

khối từ gỗ khoảng 75 ÷ 80 triệu tấn năm, tương đương 26 ÷ 28 triệu tấn

dầu/năm. Năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp chiếm khoảng 30

triệu tấn/năm tương đương với 10 triệu tấn dầu/năm trong đó đáng kể là các

nguyên liệu trấu, rơm rạ, bã mía, mùn cưa. Nguồn nhiên liệu sinh khối từ vỏ

trấu là đáng kể nhất ở Việt Nam khoảng 5 ÷ 7 triệu tấn/năm trong đồng bằng

sông Cửu Long có khoảng 4,5 ÷ 5 triệu tấn/năm. Phụ phẩm thứ 2 có thể kể đến

là vỏ cà phê, vỏ cà phê hoàn toàn có thể dùng để sản xuất etanol.

+ Việt Nam còn có vùng nguyên liệu sắn rộng lớn. Cây sắn đã chuyển

đổi vai trò từ cây lương thực thành cây công nghiệp với tốc độ cao, năng suất

và sản lượng sắn đã tăng nhanh ở thập kỷ đầu của thế kỷ XXI.

* Khó khăn:

- Mặc dù nhà nước đã có đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm

2015, tầm nhìn đến năm 2025” được ký duyệt vào cuối năm 2007 nhưng vẫn

chưa có những chính sách cụ thể để khuyến khích cũng như hỗ trợ các nhà khoa

học, doanh nghiệp và người dân cùng thực hiện. Các công trình nghiên cứu về

nhiên liệu sinh học được công bố còn ít, các công trình đã công bố thì lại gặp

khó khăn trong việc triển khai sản xuất và ứng dụng. Các doanh nghiệp không

mặn mà với việc sản xuất nhiên liệu sinh học.

- Hiện nay, nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch để chạy động cơ do một

số doanh nghiệp nắm giữ và mang tính độc quyền, để thuyết phục họ chuyển

dần sang kinh doanh nhiên liệu sinh học là rất khó. Các doanh nghiệp khác thì

chưa đủ tiềm lực để có thể áp dụng và kinh doanh nhiên liệu sinh học. Mặt khác

để đầu tư cho dây chuyền sản xuất nhiên liệu sinh học theo quy mô công nghiệp

thì yêu cầu nguồn vốn lớn, điều này không phải doanh nghiệp nào ở Việt Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cũng có thể đáp ứng được.

- Muốn phát triển nhiên liệu sinh học thì phải có nguồn nguyên liệu cung

cấp để sản xuất. Tuy nhiên, hiện nay có một số vùng trồng nguyên liệu nhưng

mang tính chất manh mún, nhỏ lẻ gây khó khăn cho việc sản xuất theo quy mô

công nghiệp.

- Một yếu tố quan trọng nữa là người tiêu dùng ở nước ta từ trước đến

nay vẫn quen dùng nhiên liệu truyền thống, chưa có những chiến dịch tuyên

truyền người dân sử dụng nhiên liệu sinh học. Mặt khác, giá thành của xăng

sinh học còn cao, chưa khuyến khích được người tiêu dùng sử dụng.

1.3.4. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ diesel

 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ethanol là một loại nhiên liệu thay thế tiềm năng cho cả động cơ xăng và

động cơ diesel, đồng thời có khả năng cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật và

phát thải của động cơ. Điển hình gồm các nghiên cứu sau:

Nghiên cứu đánh giá tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel

khi sử dụng hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn với tỷ lệ ethanol thay thế lần

lượt là 5% và 10% [32]. Kết quả cho thấy mô men động cơ và tiêu hao nhiên

liệu thay đổi không đáng kể, phát thải HC, CO và độ khói giảm, phát thải NOx

tăng khi so sánh với trường hợp sử dụng diesel gốc.

Đối với sử dụng ethanol cho động cơ diesel bằng phương pháp phun

ethanol vào xupáp nạp và điều khiển phối hợp lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của động cơ có thể kể đến công

trình [1]. Đề tài đã đưa ra được phương pháp và cơ sở khoa học chuyển đổi

động cơ diesel sang sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol, có thể áp dụng

linh hoạt cho các động cơ phổ biến ở Việt Nam nhằm tăng tỷ lệ tiêu thụ nhiên

liệu sinh học. Cụ thể, đã chuyển đổi thành công một động cơ diesel D4BB sang

chạy lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol thông qua thiết kế cải tiến và chế tạo hệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thống cung cấp nhiên liệu với điều kiện giữ nguyên mô men, tỷ lệ thay thế

ethanol tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Động cơ làm việc bình

thường ở mọi chế độ ổn định cũng như chuyển tiếp, giảm phát thải.

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh học E10 và D5 đến các

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ được tác giả Lê Danh Quang thực hiện

trong luận án tiến sĩ (2014) "Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh

học E10 và D5 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ" cho thấy: Khi thử

nghiệm đối chứng đánh giá tác động của phụ gia VPI-D đến tính năng kinh tế,

kỹ thuật của động cơ diesel D243, kết quả là ở thời điểm 0 giờ mô men động

cơ tăng trung bình 5,7%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 2,5%, các thành

phần phát thải đều giảm, cụ thể: CO: 3,5%; HC: 6,6%; NOx: 5,5%; CO2: 0,86%

và PM: 3,3% khi so sánh với trường hợp không sử dụng phụ gia. Kết quả thử

nghiệm mô men, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và nhiệt độ khí xả của động

cơ tại các thời điểm 50 giờ và 100 giờ chạy ổn định không thay đổi nhiều so

với thời điểm 0 giờ. Sau 50 giờ và 100 giờ chạy ổn định với nhiên liệu D5 có

phụ gia VPI-D, lượng phát thải được cải thiện. Cụ thể, sau 50 giờ chạy ổn định

phát thải HC, NOx, CO, CO2 và PM giảm hơn so với thời điểm 0 giờ lần lượt

là 3,9%, 14,7%, 3,6%, 1,2% và 4,3; sau 100 giờ chạy ổn định phát thải HC,

NOx, CO, CO2 và PM giảm hơn so với thời điểm 0 giờ lần lượt là 5%, 16,3%,

8,4%, 2,2% và 6%.

 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Qua các kết quả chỉ ra trong các công trình từ [11] ÷ [42], nhận thấy có

một vài công nghệ có thể ứng dụng cho động cơ diesel sử dụng nhiên liệu

ethanol sau:

+ Sử dụng hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn;

+ Ethanol phun trực tiếp;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

+ Ethanol phun trên đường ống nạp.

Sau đây sẽ giới thiệu các kết quả của một vài công trình điển hình về sử dụng

ethanol theo các phương thức như trên.

* Sử dụng hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn

E.A. Ajav và các cộng sự [33] đã nghiên cứu thực nghiệm một số thông

số hiệu suất của động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol hòa trộn sẵn

tại tốc độ động cơ không đổi. Trong nghiên cứu sử dụng động cơ TV110, một

xi lanh, làm mát bằng dung dịch. Kết quả cho thấy công suất lớn nhất của động

cơ diesel nguyên bản đạt 10,71 [ml] tại tốc độ 1475 [vg/ph], công suất lớn nhất

đạt lần lượt là 10,66; 10,63; 10,51; 10,39 [ml] tương ứng với các tỷ lệ ethanol

thay thế lần lượt là 5%; 10%; 15% và 20%. Như vậy, có thể coi công suất động

cơ giảm không đáng kể khi sử dụng hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn với

tỷ lệ thay thế có thể đạt đến 20% so với động cơ diesel nguyên bản.

Theo nghiên cứu của Eugene EE và các cộng sự [34] thì động cơ cần một

số điều chỉnh nhỏ như thay đổi thời điểm phun và lượng phun để động cơ giữ

được công suất cực đại, mức độ điều chỉnh nhiều hay ít phụ thuộc vào tỷ lệ

ethanol trong nhiên liệu và phụ thuộc vào ảnh hưởng của ethanol đến quá trình

cháy.

Theo nghiên cứu của Alan C. Hansen và các cộng sự [35] thì ethanol

khan có thể hòa trộn với nhiên liệu diesel, tuy nhiên do ethanol có tính hút nước

mạnh nên lượng nước trong hỗn hợp sẽ dần tăng lên và làm hỗn hợp bị phân

tách, lượng nước này sẽ dần tăng lên trong quá trình bảo quản và lưu trữ. Theo

nghiên cứu của Murayama T và các cộng sự [36] cho biết, khả năng hòa tan

của hỗn hợp diesel - ethanol phụ thuộc vào tỷ lệ hòa trộn, nhiệt độ, hàm lượng

nước, nồng độ chất phụ gia và trọng lượng riêng của nhiên liệu diesel. So với

các loại nhiên liệu diesel thông thường, các loại nhiên liệu pha trộn cho hiệu

suất nhiệt tốt hơn, độ khói giảm, và phát thải HC, NOx, CO giảm.

Do ethanol có tính chất cơ lý khác với nhiên liệu diesel nên khi thêm

ethanol vào diesel sẽ làm thay đổi tính chất cơ lý của nhiên liệu gốc như làm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

giảm mạnh trị số cetan cũng như độ nhớt và nhiệt trị của hỗn hợp. Với lý do

này động cơ sẽ khó khởi động lạnh, hiện tượng rò rỉ nhiên liệu tăng lên đồng

thời chiều dày màng dập lửa tăng do nhiệt hóa hơi của ethanol cao.

Weidmann và các cộng sự [37] đã tiến hành đo đặc tính của động cơ

diesel bốn xi lanh Volkswagen sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel pha ethanol,

kết quả cho thấy HC, CO và andehit trong khí thải tăng lên, tuy nhiên NOx và

độ khói giảm so với chạy nhiên liệu diesel.

Czerwinski và các cộng sự [38] đã xây dựng đặc tính của động cơ diesel

bốn xi lanh phun trực tiếp sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel pha 30% thể tích

ethanol và 15% thể tích dầu hạt cải. Kết quả cho thấy khi thêm ethanol sẽ làm

cho nhiệt độ cháy giảm, tất cả chất độc hại trong khí thải giảm ở toàn tải, tuy

nhiên lượng CO và HC tăng tại tải nhỏ và tốc độ thấp.

Qua việc phân tích các công trình đã nghiên cứu sử dụng hỗn hợp diesel-

ethanol hòa trộn sẵn cho thấy ưu điểm của phương pháp này là không phải thay

đổi kết cấu động cơ mà chỉ cần điều chỉnh thời điểm phun và lượng phun cho

phù hợp với tỷ lệ ethanol thay thế để đảm bảo giữ được mô men và công suất

động cơ. Tuy nhiên phương pháp này không tối ưu được tỷ lệ ethanol thay thế

theo tốc độ và tải của động cơ, đồng thời ethanol có tính hút nước mạnh nên

lượng nước trong hỗn hợp sẽ dần tăng lên và làm hỗn hợp bị phân tách, lượng

nước này sẽ dần tăng lên trong quá trình bảo quản và lưu trữ gây khó khăn trong

quá trình sử dụng.

* Ethanol phun trực tiếp

Một công nghệ khác là sử dụng hai hệ thống nhiên liệu trên cùng một

động cơ, trong đó ethanol được phun trực tiếp vào buồng cháy và đốt cháy bằng

nhiên liệu diesel phun mồi, thời điểm phun mồi trước thời điểm phun của

ethanol và phải đảm bảo được độ êm dịu và đạt hiệu suất cháy cao nhất. Theo

nghiên cứu của Savage LD [39], phương pháp này cho phép tỷ lệ ethanol lên

tới 90% trong điều kiện lý tưởng. Công nghệ này còn tạo ra quá trình cháy êm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dịu, độ mờ khói và khí thải rất thấp. Tuy nhiên áp dụng công nghệ này vào thực

tế gặp nhiều khó khăn do tính phức tạp trong thiết kế hệ thống phun ethanol

cao áp.

* Ethanol phun trên đường ống nạp

Phương pháp thứ ba là ethanol hòa trộn với không khí nạp trước khi đi

vào xi lanh động cơ. Theo phương pháp này M.Abu-Qudais và các cộng sự [40]

đã nghiên cứu ảnh hưởng của hai trường hợp phun ethanol trên đường ống nạp

và diesel - ethanol hòa trộn sẵn đến đặc tính và phát thải của động cơ diesel một

xi lanh, bốn kỳ, làm mát bằng dung dịch.

Kết quả cho thấy, hiệu suất nhiệt được cải thiện khoảng 7,5% và 5,4%

trên toàn dải tốc độ lần lượt trong hai trường hợp: phun ethanol trên đường ống

nạp và hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn. Về phát thải cho thấy CO, HC đều

tăng trong khi độ khói và soot giảm so với khi sử dụng nhiên liệu diesel nguyên

bản. Tỷ lệ ethanol tối ưu theo sự giảm độ khói là 20% và 15% trong lần lượt

hai trường hợp phun ethanol và hỗn hợp diesel - ethanol hòa trộn sẵn.

Từ các kết quả trên, cho thấy khi sử dụng ethanol làm nhiên liệu thay thế

với tỷ lệ thay thế 20% trong các trường hợp thì phát thải CO, HC tăng và phát

thải độ khói và soot đều giảm. Phát thải CO và HC tăng dẫn đến tỷ lệ ethanol

có thể sử dụng bị giới hạn. Ngoài ra, sử dụng phương pháp phun ethanol gián

tiếp trên đường ống nạp là một phương pháp đơn giản và dễ áp dụng. Tuy nhiên

phương pháp này có nhược điểm là không tận dụng được nhiệt của xupáp nạp

nhằm tạo điều kiện bay hơi cho ethanol khi được phun vào nó.

Ogawa H và cộng sự [41] đã tiến hành thiết lập đặc tính của động cơ diesel một xi lanh 0,83 dm3 phun trực tiếp sử dụng hai hệ thống nhiên liệu, bao

gồm hệ thống phun diesel Common - Rail (CR) và hệ thống phun ethanol trên

đường ống nạp, đồng thời sử dụng phương pháp luân hồi khí thải EGR. Kết quả

cho thấy với 20% ethanol và lượng oxy trong khí nạp giảm 15%, độ khói và

NOx đều giảm trên toàn bộ dải làm việc của động cơ. Nếu kết hợp tốt giữa việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

phối trộn ethanol và EGR thì có thể cho phép độ khói bằng không đồng thời

hàm lượng NOx giảm mạnh. Kết quả còn cho thấy cần phải giảm tỷ số nén

nhằm đẩy mạnh quá trình hòa trộn giữa diesel và ethanol đồng thời loại bỏ hiện

tượng mất lửa và gõ trong xi lanh.

Ngoài ra có thể kể đến Volpato và cộng sự [42] đã nghiên cứu điều khiển

động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol cho động cơ nông

nghiệp MWM MS-4001P sử dụng bơm phân phối pít tông hướng kính, ethanol

được phun vào đường ống nạp, trong đó nhiên liệu diesel được phun vào buồng

cháy của động cơ ở dạng phun mồi nhằm kích hoạt nhiên liệu ethanol cháy

chính. Kết quả cho thấy công suất và mô men động cơ vẫn đảm bảo mặc dù tỷ

lệ ethanol thay thế từ 60 ÷ 85% tại chế độ tải 100%.

Qua các nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy phương pháp phun

ethanol trên đường ống nạp có thể thực hiện bằng cách sử dụng bộ chế hòa khí

hoặc sử dụng vòi phun ethanol có áp suất thấp phun trước xupáp nạp. Mặc dù

phương pháp này phải cần hai hệ thống nhiên liệu và điều khiển độc lập, làm

tăng mức độ phức tạp trong quá trình điều khiển, tuy nhiên phương pháp này

giải quyết được các nhược điểm của hai phương pháp trên, và có các ưu điểm

như sau:

- Không phải thay đổi lớn kết cấu của động cơ, do vòi phun ethanol được

đặt ở trên đường ống nạp.

- Hệ thống nhiên liệu ethanol đơn giản giá thành thấp;

- Do dùng hai hệ thống nhiên liệu riêng, nên việc ngắt phun ethanol dễ

dàng;

- Ethanol bay hơi trong đường ống nạp sẽ làm giảm nhiệt độ khí nạp

giúp tăng mật độ không khí nạp nạp vào động cơ;

- Dễ dàng tối ưu tỷ lệ giữa ethanol và diesel theo các chế độ làm việc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

của động cơ.

1.4. Kết luận chương 1

- Từ các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy phương án sử

dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol cho động cơ diesel bằng hai hệ thống

phun riêng biệt thích hợp hơn cả khi nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang

chạy lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

- Từ phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp cung cấp ethanol

như đã phân tích ở trên cho thấy phương pháp được lựa chọn là phun ethanol

vào trước xupáp nạp là hoàn toàn khả thi. Đây là một phương pháp đơn giản và

dễ áp dụng, tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là không tận dụng được

nhiệt của xupáp nạp nhằm tạo điều kiện bay hơi cho ethanol khi được phun vào

nó.

- Qua các nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy phương pháp phun

ethanol vào trước xupáp bằng cách sử dụng vòi phun ethanol có áp suất thấp.

Phương pháp này có một vài ưu điểm nổi bật như: không phải thay đổi lớn kết

cấu của động cơ, do vòi phun ethanol được đặt ở trên đường ống nạp; việc ngắt

phun ethanol dễ dàng; dễ dàng tối ưu tỷ lệ giữa ethanol và diesel theo các chế

độ làm việc của động cơ. Chính vì vậy, luận văn sẽ sử dụng phương pháp này

để thiết lập mô hình mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của các thông số phun

ethanol đến đặc tính cháy và phát thải của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ethanol.

CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ

SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL - ETHANOL

2.1. Vấn đề kiểm soát phát thải độc hại trong động cơ đốt trong

2.1.1. Đặc điểm phát thải độc hại của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong là nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trường. Các thành

phần độc hại chính phát thải từ động cơ gồm ô xít các bon (CO), hydrocacbon

(HC), ô xít ni tơ (NOx), ô xít lưu huỳnh (SO2), khói đen và các chất thải dạng

hạt khác. Các thành phần chất thải này không những gây tác hại trực tiếp cho

sức khỏe con người mà về lâu về dài còn phá hoại cả thế giới sinh vật đang nuôi

sống con người. Theo số liệu thống kê ở Mỹ năm 1997, các chất ô nhiễm phát

thải từ các phương tiện vận tải trang bị động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu

hóa thạch chiếm 40 ÷ 50% tổng hàm lượng HC trong không khí, 50% tổng hàm

lượng NOx và 80 ÷ 90% tổng hàm lượng CO ở khu vực thành phố. Ở các nước

phát triển khác như Châu Âu và Nhật Bản cũng xảy ra vấn đề tương tự. Trong

những năm gần đây, số lượng phương tiện vận tải ngày càng tăng cao, trung

bình hàng năm thế giới sản xuất và đưa vào sửa dụng thêm trên 40 triệu chiếc

động cơ, nên càng làm vấn đề ô nhiễm môi trường thêm trầm trọng.

Các thành phần độc hại phát ra từ động cơ có thể từ 3 nguồn. Thứ nhất

là khí thải trên đường ống xả. Đó là những khí độc hại phát sinh trong quá trình

cháy nhiên liệu trong động cơ và thải ra ngoài thông qua đường ống xả. Khí

thải bao gồm những thành phần chính là Ni tơ (N2) và hơi nước chiếm khoảng

83%, các khí còn lại là ô xít carbon (CO), các bon níc (CO2), carbuahydro (HC),

và các loại ô xít ni tơ (NOx). Thứ hai là các khí rò lọt bao gồm những khí rò lọt

qua khe hở giữa pít tông và xi lanh, chủ yếu là N2 và O2 chiếm tới 90% phần

còn lại là CO2, HC, hơi nước và một hàm lượng nhỏ CO và NOx. Thứ ba là các

khí bay hơi gồm chủ yếu là hơi xăng (HC) bay hơi từ các thiết bị nhiên liệu.

Trong ba nguồn này thì khí thải từ đường ống thải là nguồn gây ô nhiễm chính

của động cơ với các thành phần độc hại là CO, HC, NOx, khói và chất thải rắn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Với động cơ xăng, các thành phần phát thải độc hại chủ yếu gồm CO, HC, NOx.

Đối với nguồn khí rò lọt và khí bay hơi, thành phần độc hại chủ yếu là HC

chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng phát thải HC của động cơ nên thường không được

quan tâm nhiều.

Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ liên quan đến quá

trình cháy và đặc điểm của nhiên liệu sử dụng bởi vì quá trình cháy trong động

cơ đốt trong là quá trình ô xi hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng và quá trình

này diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức tạp và

chịu ảnh hưởng của nhiều thông số như thành phần giữa không khí và nhiên

liệu, điều kiện cháy… Ở điều kiện lý tưởng, sự đốt cháy hoàn toàn của nhiên

liệu Hydrocacbon với Oxy trong không khí sẽ sinh ra sản phẩm cháy không độc

hại như là CO2, H2O. Tuy nhiên, trong động cơ trạng thái cân bằng hoá học lý

tưởng đối với sự cháy hoàn toàn có thể nói là không bao giờ xảy ra, bởi vì thời

gian cho quá trình ôxy hoá bị giới hạn và sự thiếu đồng nhất ở trạng thái hơi

của nhiên liệu trong không khí. Kết quả là trong sản vật cháy, ngoài các sản

phẩm cháy hoàn toàn còn có các thành phần độc hại CO và HC. Thêm nữa, quá

trình cháy diễn ra ở nhiệt độ cao trong môi trường có ô xy và ni tơ nên sẽ sinh

ra chất độc hại NOx trong khí thải.

Nồng độ các thành phần trong khí thải thay đổi tuỳ thuộc vào kiểu loại

động cơ, và đặc biệt là phụ thuộc vào điều kiện vận hành động cơ. Hàm lượng

CO tăng khi hệ số dư lượng không khí  giảm. Nồng độ CO cao hơn với hỗn

hợp giàu nhiên liệu hơn. Một nguyên nhân nữa là sự hoà trộn không đều giữa

nhiên liệu và không khí hoặc nhiên liệu không hoàn toàn ở trạng thái hơi. Do

vậy, mặc dù  chung có thể > 1 nhưng vẫn có những khu vực cháy trong xi

lanh thiếu không khí, dẫn đến sự tạo thành CO.

Chất thải Hydrocacbon chưa cháy HC cũng là do sự cháy không hoàn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

toàn của nhiên liệu trong xylanh động cơ gây ra. Nguồn chính của khí thải HC

là do nhiên liệu thoát khỏi sự cháy trong buồng cháy của động cơ do quá trình

chuyển tiếp nhiên liệu nạp, do các khe hở, do sự nén hỗn hợp chưa cháy vào

các khe giữa đầu pít tông và xi lanh trong quá trình nén khi áp suất cao và sự

giải phóng hỗn hợp này vào hỗn hợp đã cháy trong xi lanh ở thời kỳ giãn nở

khi áp suất giảm.

Màng dầu bôi trơn cũng là nguyên nhân gây ra HC trong khí thải, màng

dầu hấp thụ HC trong quá trình nén và giải phóng HC vào khí cháy trong quá

trình giãn nở. Một phần Hydrocacbon này được ôxy hoá khi được trộn với khí

đã cháy trong quá trình giãn nở và quá trình xả, phần còn lại thải ra ngoài cùng

với khí thải nên gây ra sự phát thải HC. Mức độ ôxy hóa HC phụ thuộc vào các

điều kiện và chế độ vận hành động cơ như là tỷ số giữa nhiên liệu và không

khí, tốc độ động cơ, tải, góc đánh lửa… Sự đánh lửa muộn hơn thích hợp để

ôxy hoá HC sau quá trình cháy. Nguồn phát sinh khác của HC là sự cháy không

hoàn toàn trong một phần của chu kỳ vận hành của động cơ (hoặc là đốt cháy

từng phần hoặc hiện tượng bỏ lửa hoàn toàn) xảy ra khi chất lượng đốt cháy

kém. Hàm lượng HC chưa cháy trong khí thải chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ

không khí và nhiên liệu. Nồng độ của chúng tăng khi hỗn hợp đậm hơn, đặc

biệt là với  < 1. Đối với hỗn hợp quá nghèo thành phần khí xả HC cũng tăng

do đốt cháy không hoàn toàn hoặc hiện tượng bỏ lửa trong một phần của các

chu kỳ vận hành động cơ.

Các chất oxit nitơ NO, dioxit nitơ NO2, và protoxit nitơ N2O được gọi

chung dưới cái tên NOx trong đó NO chiếm đa phần trên 80%. Khí thải NOx

được hình thành ở nhiệt độ cháy cao. Trong buồng cháy động cơ, dưới áp suất

cao, bề dày màng lửa không đáng kể và tồn tại trong thời gian ngắn, do đó đại

bộ phận NOx hình thành phía sau màng lửa, tức là sau khi hỗn hợp bị đốt cháy.

Nhân tố chính ảnh hưởng tới với sự hình thành NOx là nhiệt độ, ôxy và thời

gian. Nhiệt độ cao, ô xy nhiều và thời gian dài thì NOx sẽ cao, tức là khi động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

cơ chạy toàn tải, tốc độ thấp và  = 1,05 ÷ 1,1 thì NOx lớn.

2.1.2. Các biện pháp giảm phát thải độc hại

Việc nghiên cứu áp dụng các biện pháp hữu hiệu để giảm phát thải cho

động cơ đã được quan tâm từ lâu. Nhìn chung các biện pháp giảm phát thải độc

hại cho động cơ xăng hiện nay có thể được chia thành ba nhóm.

Nhóm thứ nhất: giảm phát thải tại nguồn phát sinh, nhóm này bao gồm

các biện pháp giảm nồng độ độc hại khí thải từ xi lanh bằng cách tối ưu hoá

chất lượng tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu thông qua việc tối ưu hoá kết cấu

động cơ. Các biện pháp công nghệ của nhóm này bao gồm cải tiến hệ thống

phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp, áp dụng hệ thống điều khiển điện tử trên động

cơ, điều chỉnh chính xác tỉ lệ không khí - nhiên liệu và thiết kế hệ thống đánh

lửa thích hợp trong động cơ xăng, tối ưu kết cấu buồng cháy, luân hồi khí thải,

và một số công nghệ khác. Nhìn chung các động cơ hiện đại đều đã được tối

ưu hóa kết cấu với việc sử dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến cho

phép giảm tối thiểu thành phần phát thải độc hại khí thải thoát ra khỏi xi lanh

động cơ. Tuy nhiên, hàm lượng phát thải độc hại của động cơ vẫn chưa thể đáp

ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng ngặt nghèo trong khi khó có thể giảm

thêm được bằng cách áp dụng các biện pháp cải tiến kết cấu động cơ.

Nhóm thứ hai: Xử lý khí thải sau nguồn phát sinh, nhóm này bao gồm

các biện pháp xử lý khí thải để chuyển đổi các thành phần độc hại của khí thải

thành khí trơ trước khi thải ra ngoài môi trường bằng cách sử dụng các phương

pháp xử lý xúc tác trung hòa khí thải. Ở phương pháp này, các thành phần độc

hại CO, HC được ô xi hóa tiếp trong các bộ xử lý xúc tác ô xi hóa; còn NOx

được chuyển thành N2 trong bộ xử lý xúc tác giảm NOx hoặc việc ô xi hóa CO,

HC, và giảm NOx được thực hiện đồng thời trong cùng một bộ xử lý xúc tác 3

chức năng trên động cơ xăng; khói bụi thì được xử lý trong các bộ xử lý xúc

tác đặc biệt. Việc xử lý xúc tác khí thải cho phép giảm đến trên 95% hàm lượng

các thành phần độc hại. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý xúc tác này chỉ đạt được ở

chế độ làm việc ổn định của động cơ khi bộ xử lý xúc tác đã nóng hoàn toàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Ở chế độ khởi động lạnh, chạy ấm máy, chạy không tải và chế độ chuyển tiếp,

hiệu quả của bộ xử lý xúc tác rất thấp làm tăng lượng phát thải độc hại vào môi

trường.

Nhóm thứ ba: Liên quan đến sử dụng nhiên liệu sạch, bao gồm các biện

pháp liên quan đến cách thức sử dụng nhiên liệu (pha phụ gia cải thiện nhiên

liệu) và sử dụng nhiên liệu thay thế. Hiện nay, việc nghiên cứu sử dụng nhiên

liệu thay thế trên các động cơ hiện hành ngày càng được quan tâm nhằm mục

đích vừa để bù đắp phần nhiên liệu thiếu hụt do nguồn nhiên liệu hóa thạch

ngày càng cạn kiệt và vừa để giảm phát thải cho động cơ. Do đó, yêu cầu đối

với nhiên liệu thay thế là phải có trữ lượng lớn hoặc tái tạo được, đồng thời có

khả năng cháy tốt, cháy kiệt và có nồng độ phát thải độc trong khí thải thấp.

Nhiên liệu thay thế có thể được phân thành hai nhóm, nhóm nhiên liệu

có nguồn gốc hóa thạch và nhóm có nguồn gốc tái tạo. Nhóm nhiên liệu thay

thế có nguồn gốc hóa thạch có thể gồm khí thiên nhiên (khí thiên nhiên nén

CNG, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), dimethyl

ether (DME) và một số khí khác. Các loại khí này có tỷ lệ các bon (C/H) nhỏ

nên sản vật cháy chứa ít thành phần độc hại CO, HC và CO2 hơn so với khí thải

của xăng và diesel [6, 11]. Nhóm nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo có thể gồm

khí sinh học (biogas), ethanol sinh học (bio-ethanol)/methanol sinh học (bio-

methanol), hydro, dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel hay

FAME - Fatty Acid Methyl Ester), dầu thực vật/mỡ động vật hydro hóa (HVO

- Hydrotreating Vegetable Oil) và sinh khối hóa lỏng (BTL - Bio-mass To

Liquid). Các nhiên liệu tái tạo có ưu điểm nổi bật là có thể nuôi trồng chế biến

được nên không bao giờ cạn, mặt khác các nhiên liệu này cũng có hàm lượng

C nhỏ hơn so với nhiên liệu xăng và diesel và đặc biệt là khí hydro không chứa

C nên phát thải độc hại thấp hơn.

Trong các loại nhiên liệu thay thế, khí hydro (H2) là loại khí có nhiệt trị

khối lượng cao và khi cháy không gây phát thải các thành phần độc hại HC và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

CO như các loại nhiên liệu gốc hóa thạch, mặt khác, hydro có trữ lượng gần

như vô tận trong thiên nhiên nên hiện nay được coi là nhiên liệu của tương lai

và là nhiên liệu thay thế rất tiềm năng cho động cơ đốt trong [4]. Viễn cảnh lựa

chọn nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong được giới thiệu trên hình 2.1.

Hình 2.1. Sự lựa chọn nhiên liệu thay thế

2.2. Giới thiệu các phương pháp và mô hình tính toán các quá trình công

tác của động cơ

Cùng với quá trình phát triển và hoàn thiện về mặt nguyên lý và kết cấu

của động cơ, các phương pháp và mô hình tính toán quá trình công tác của động

cơ cũng đồng thời được nghiên cứu và hoàn thiện. Các phương pháp và mô

hình tính toán như sau:

2.2.1. Phương pháp Grinhevesky - Mading

Phương pháp Grinhevesky -Mading còn được gọi là phương pháp truyền

thống. Phương pháp này dựa trên cơ sở của chu trình lý tưởng bằng cách thay

khí lý tưởng bằng môi chất thực có xét đến sự biến đổi hóa học trong quá trình

cháy. Kết quả tính là thông số áp suất và nhiệt độ tại các điểm đầu và cuối từng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

quá trình. Các quá trình trung gian của quá trình nén và giãn nở được xác định

theo phương trình đa biến, còn các giá trị trung gian quá trình cháy được xác

định theo phơng pháp đồ thị gần đúng. Kết quả được biểu diễn dưới dạng đồ

thị p-V. Hiện nay để nghiên cứu quá trình thực tế phương pháp này không được

áp dụng [3].

2.2.2. Mô hình tính theo Vibe

Theo Vibe, muốn tính được diễn biến của đường cong áp suất và nhiệt

độ trong quá trình cháy thì trước hết phải xác định được quy luật cháy và tốc

độ cháy của nhiên liệu. Vibe đã rút ra được từ kết quả của các tác giả trước đó

như: Noiman, Gôntra, Alculôp, Semenôp và Kôskin. Đưa ra được hai công thức

số học tính quy luật cháy và tốc độ cháy của nhiên liệu [3].

(2.1)

(2.2)

trong đó: m - thông số đặc trưng cho quá trình cháy;

z - thời gian cháy tính theo góc quay trục khuỷu.

Với hai công thức trên, mô hình quá trình cháy theo Vibe vẫn dựa trên cơ sở

phương trình nhiệt động I viết cho quá trình cháy. Phương trình vi phân biểu

diễn sự phát triển của áp suất p và nhiệt độ T trong quá trình cháy như sau [9]:

(2.3) qz = cvdT + pdV

(2.4)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

pV = RMT (2.5)

2.2.3. Mô hình Vibe mở rộng

Trên cơ sở của mô hình Vibe, các tác giả đã mở rộng để tính quy luật

phát triển áp suất và nhiệt độ cho cả quá trình nén, cháy và giãn nở có xét thêm

quy luật trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác trong xi lanh với thành xi lanh,

nắp máy và đỉnh pít tông.

Hệ phương trình vi phân đối với hệ kín trong xi lanh với khối lượng môi

chất không thay đổi được viết như sau [3]:

(2.6)

Thông qua biến đổi ta có phương trình vi phân xác định quy luật phát

triển áp suất trong xi lanh:

(2.7)

trong đó:

K - tỷ số nhiệt dung;

Qc - nhiệt lượng tỏa ra khi cháy;

Qw - nhiệt lượng trao đổi với thành vách;

V - thể tích của xi lanh.

2.2.4. Mô hình theo Glagôlep

Mô hình này không chỉ tính quá trình công tác của động cơ mà còn cho

phép tính cả dao động áp suất khí thải trong đường ống giữa tua bin và động

cơ. Mô hình tính theo Glagôlep còn được áp dụng để tính toán các quá trình

của động cơ tăng áp [3].

Bản chất của mô hình như sau: giả sử rằng trong khoảng thời gian vô

cùng nhỏ, áp suất không bị thay đổi thì sự thay đổi thể tích của xi lanh do pít

tông chuyển động lên xuống sẽ bằng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

(2.8) dV = d1V - d2V + dVQ + dVC + daV

trong đó:

d1V - sự thay đổi của thể tích môi chất công tác trong xi lanh do có sự

trao đổi khối lượng với đường ống nạp;

d2V - sự thay đổi của thể tích môi chất công tác trong xi lanh do có sự

trao đổi khối lượng với đường ống thải;

dVQ - sự thay đổi của thể tích môi chất công tác trong xi lanh do có sự trao

đổi nhiệt;

dVc - sự thay đổi của thể tích môi chất công tác trong xi lanh do có sự trao

đổi thành phần của môi chat khí cháy;

daV - sự thay đổi đa biến của thể tích ứng với toàn bộ thể tích khí trong xi

lanh.

Mặt khác: (2.9)

Kết hợp (2.8) và (2.9) ta được:

(2.10)

Nhiệt độ được xác định theo phương trình: pV = RMT

2.2.5. Mô hình theo Vôlôđin

Mô hình được thiết lập dựa trên cơ sở cân bằng năng lượng. Theo mô

hình Vôlôđin áp dụng ba phương pháp: cân bằng năng lượng, cân bằng khối

lượng và phương trình trạng thái, trong đó phương trình cân bằng năng lượng

là chính còn hai phương trình sau là bổ trợ [3].

(2.11)

Đặc điểm của mô hình này là trước hết tính quy luật phát triển của nhiệt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

độ:

(2.12)

Còn quy luật phát triển áp suất tính theo phương trình trạng thái. Mô hình

Vôlôđin cho phép tính được diễn biến áp suất và nhiệt độ đối với các quá trình

xảy ra trong xi lanh và cả đối với quá trình trao đổi khí.

2.3. Mô hình cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

Hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol bao gồm hai hệ thống

làm việc độc lập: hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel và hệ thống phun ethanol

như được giới thiệu chi tiết trên hình 2.2 [1].

1- Đường ống cấp nhiên liệu diesel đến bơm cao áp; 2- Bơm cao áp; 3- Lọc không

khí; 4- Lọc nhiên liệu alcohol; 5- Bơm nhiên liệu alcohol; 6- Thùng chứa nhiên liệu

alcohol; 7- Vòi phun alcohol; 8- Đường ống thải; 9- Buồng cháy; 10- Xupáp thải;

11- Vòi phun diesel; 12- Xupáp nạp; 13- Đường hồi nhiên liệu diesel từ vòi phun

nhiên liệu diesel về bơm cao áp; 14- Đường cấp nhiên liệu diesel đến vòi phun

nhiên liệu diesel; 15- Đường hồi nhiên liệu diesel về thùng chứa nhiên liệu diesel;

minj_eth- Lượng nhiên liệu alcohol phun ra; mair- Lượng không khí; minj_die- Lượng

nhiên liệu diesel phun ra; mexh- Lượng khí thải; Qhr- Nhiệt tỏa ra;

Qht- Nhiệt truyền qua vách xi lanh; p- Áp suất xi lanh; T- Nhiệt độ buồng cháy.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.2. Sơ đồ động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-alcohol, [1]

2.4. Lựa chọn mô hình và phương pháp tính

Mục đích là xây dựng mô hình tính toán động cơ diesel V12 nguyên bản,

trên cơ sở mô hình đã được hiệu chỉnh chính xác sẽ tiến hành thiết lập mô hình

động cơ chạy lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol và từ đó khảo sát ảnh hưởng của

các thông số phun ethanol đến các chỉ tiêu công tác và phát thải.

Để tính toán các thông số nhiệt động động cơ sẽ sử dụng phần mềm GT-

Power, đây là phần mềm tổng hợp các mô hình tính ở trên, cơ sở lý thuyết của

phần mềm này được trình bày tóm tắt như sau.

2.4.1. Mô hình vật lý và phương trình tính toán

Mô hình vật lý tổng quát mô tả các dòng năng lượng và khối lượng qua

các biên của thể tích xi lanh của một chu trình công tác của động cơ được thể

dhv

dhr

dmnl

dQc

dmr

dmv

dQw

p,V, T, m,ρ d(CvmT)

Biên của hệ thống

dW=pdV

hiện trên hình 2.3.

Hình 2.3. Mô hình các dòng năng lượng và khối lượng qua các biên

của thể tích xi lanh trong một chu trình [3]

Dòng năng lượng; Dòng khối lượng;

dmnl - khối lượng nhiên liệu; dmv - khối lượng không khí nạp;

dmr - khối lượng khí thải; dhv - entapi của khí nạp;

dW - công thực hiện; dhr - entapi của khí thải;

dQw - nhiệt lượng trao đổi với thành vách;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dQc - nhiệt lượng tỏa ra do đốt cháy nhiên liệu.

Trên cơ sở phương trình nhiệt động I viết cho hệ hở ta có:

(2.13)

Phương trình (2.13) được giải kết hợp với phương trình cân bằng khối

lượng và phương trình trạng thái:

(2.14)

Việc giải kết hợp hai phương trình (2.13) và (2.14) ở trên, các thành phần

dmvCpvTv và dmrCprTr có thể cùng tồn tại hoặc triệt tiêu tùy theo diễn biến từng

quá trình như trao đổi khí, nạp, nén, cháy, giãn nở và thải của chu trình công

tác trong xi lanh.

2.4.2. Xác định sự thay đổi các thông số đặc trưng kích thước hình học của

xi lanh động cơ

Mô tả quá trình xảy ra trong xi lanh động cơ việc cần thiết là phải xác

định các quan hệ hình học của xi lanh gồm: chuyển vị của pít tông S(α), diện

tích bề mặt trao đổi nhiệt F(α) theo góc quay trục khuỷu α và tiết diện lưu thông

nhỏ nhất của xupáp Fmin để tính toán sự thay đổi thể tích V(α) của xi lanh, lượng

nhiệt trao đổi đối với thành vách Qw(α) và khối lượng của dòng khí qua xupáp

m(α).

Theo [3] sơ đồ của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền trong trường hợp tổng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

quát được giới thiệu trên hình 2.4.

) α ( S

r+l

Hình 2.4. Sơ đồ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ

trong trường hợp tổng quát

l - chiều dài thanh truyền; r - bán kính quay của trục khuỷu; - độ lệch tâm

của cơ cấu; α - góc quay của trục khuỷu; - góc giữa đường tâm thanh

truyền và đường tâm xi lanh khi S=0.

Biểu thức xác định chuyển vị của pít tông trong trường hợp tổng quát được

xác định theo quy luật động học của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền được tính

như sau [3]:

(2.15)

Với

Thể tích xi lanh và diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định theo biểu

thức:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

(2.16)

(2.17)

trong đó: Vc - thể tích buồng cháy; Fpt - diện tích đỉnh pít tông; Fnm - diện tích

bề mặt nắp máy; x0 - chiều cao từ đỉnh pít tông đến mặt nóng nắp máy khi pít

tông ở điểm chết trên.

Độ nâng của xu páp sử dụng để tính toán tiết diện lưu thông hình học

nhỏ nhất Fmin được xác định thông qua biên dạng cam của trục cam hoặc đo

trực tiếp các thông số hình học của xu páp dùng để xây dựng mô hình tính được

giới thiệu trên hình 2.5, hoặc khi biết được đồ thị "tiết diện - thời gian" cụ thể

[3]:

Hình 2.5. Các thông số hình học của xu páp dùng để xây dựng mô hình

Trường hợp khi biết được kích thước hình học cụ thể của cam và xu páp

thì theo [3] tiết diện lưu thông nhỏ nhất của xu páp được tính theo biểu thức:

(2.18)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trong đó:

Khi tính toán lưu lượng dòng khí qua họng xu páp, tiết diện của dòng

phụ thuộc và kích thước hình học và ma sát bề mặt đế xu páp. Dòng bị bóp lại

có tiết diện hẹp hơn tiêt diện lưu thông nhỏ nhất của họng và gọi là tiết diện lưu

thông có ích FE. Tỷ số giữa tiết diện lưu thông có ích FE và tiết diện lưu thông

hình học nhỏ nhất Fmin được gọi là hệ số bóp dòng: Cd = FE/Fmin.

Như vậy với dòng đẳng entapi, lưu lượng của dòng qua họng xu páp

được xác định theo công thức [8]:

(2.19)

Dòng giới hạn xảy ra khi tỷ số áp suất đạt giá trị giới hạn:

trong đó:

pvao - áp suất đầu vào của dòng lưu động qua họng xu páp, [MPa];

pra - áp suất đầu ra của dòng lưu động qua xu páp, [MPa].

2.4.3. Tính nhiệt lượng tỏa ra khi cháy trong xi lanh

Quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu với ô xy mang đặc tính cháy dây

truyền, các phản ứng cháy tiến hành thông qua nhiều giai đoạn.

Mô hình tính nhiệt lượng tỏa ra khi cháy bên trong xi lanh của động cơ

trong phần mềm GT-Power người ta sử dụng mô hình tính nhiệt lượng tỏa ra

khi cháy theo Vibe và được Heywood cải biến [3] :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

(2.20)

Các thông số 0, a', m' là các thông số vật lý được gán bởi các giá trị cho

trước. Cũng có thể sử dụng các quan hệ A0, A10, A90 để biểu diễn các góc quay

trục khuỷu tương ứng với 0, 10, 90% của tổng nhiệt lượng tỏa ra khi cháy.

(2.21)

Dạng chuẩn về số phần trăm nhiệt lượng tỏa ra khi cháy theo mô hình

xb(%)

A90

0,8

0,6

0,4

0,2

A10

0 -10

-5

α0

của Vibe được Heywood đưa ra có dạng như sau [3]:

Hình 2.6. Hình dáng quy luật tỏa nhiệt khi cháy theo Vibe

Quy luật tỏa nhiệt khi cháy là lượng nhiệt được giải phóng thông qua quá

trình cháy của nhiên liệu với không khí và phát triển theo thờì gian của quá

trình cháy. Quy luật tỏa nhiệt khi cháy rất quan trọng quyết định tới công suất

và tính kinh tế của động cơ và phụ thuộc vào quy luật cháy của nhiên liệu. Nhiệt

lượng tỏa ra khi cháy được xác định theo biểu thức [3]:

; (kJ) (2.22)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trong đó: ηc - Hiệu suất cháy giả thiết;

mct - Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, [kg/ct];

QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, [kJ/kg.nl].

2.4.4. Tính trao đổi nhiệt trong xi lanh của động cơ

Trao đổi nhiệt giữa khí cháy và thành vách của xi lanh, nắp máy, pít tông

được xác định theo mô hình Woschni, phương trình đặc tính của mô hình [3]:

(2.23)

Trong đó tiêu chuẩn Nusselt Nu là đại lượng không thứ nguyên biểu diễn

quan hệ của các hệ số tỏa nhiệt đối lưu αp, còn tiêu chuẩn Reynolds Re biểu

diễn quan hệ tỷ số giữa lực quán tính và lực nhớt. Tiêu chuẩn Re được sử dụng

như là một đặc tính rối của dòng khí.

Đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt giữa khí cháy với các bề mặt trao

đổi nhiệt là hệ số tỏa nhiệt. Hệ số tỏa nhiệt αp được dùng để xác định ứng suất

nhiệt của động cơ.

Trên cơ sở đó hệ số trao đổi nhiệt αp được xác định như sau:

; (W/m2K) (2.24)

(2.25)

trong đó:

Cdc1, Cdc2 - các hệ số hiệu chỉnh;

pbdt, Tbdt, Vbdt - áp suất (MPa), nhiệt độ (K) và thể tích (l) tại thời điểm bắt

đầu tính;

pc - áp suất trong xi lanh khi không có cháy (MPa);

D - đường kính trong của xi lanh (mm);

Theo lý thuyết truyền nhiệt, lượng nhiệt trao đổi giữa khí với thành vách

được xác định như sau [3]:

(J) (2.26)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trong đó: αp - hệ số tỏa nhiệt đối lưu (W/m2K);

F - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (m2);

T - nhiệt độ khí cháy (K);

Tw - nhiệt độ bề mặt thành tiếp xúc với khí cháy (K);

t - thời gian xảy ra quá trình trao đổi nhiệt (s);

2.5. Tính toán các thông số nhiệt động động cơ V12

2.5.1. Mô hình hóa động cơ V12

2.5.1.1. Giới thiệu chung về phần mềm GT-Power

Phần mềm GT-Power nằm trong bộ phần mềm GT-Suite do hãng Gama

Technologies của Mỹ xây dựng và phát triển. Hiện nay phần mềm GT-Power

đã được thương mại hóa trên toàn cầu. Phần mềm này đang được các công ty

lớn trên thế giới trong lĩnh vực sản xuất động cơ, xe đua công thức 1, tàu thủy

và các trung tâm nghiên cứu, các trường đại học sử dụng. GT-Power là công cụ

mô phỏng động cơ chuyên nghiệp, áp dụng cho các loại động cơ đốt trong 2 kỳ

hoặc 4 kỳ, sử dụng cho phương tiện vận tải đường bộ, tàu thuyền, trạm phát

điện, xe thể thao… GT-Power cung cấp cho người sử dụng nhiều phần tử để

mô hình hóa bất kỳ bộ phận nào của động cơ. Nó có khả năng liên kết (link)

với các phần mềm khác để mô phỏng hiệu quả và chính xác hơn như phần mềm

CFD Star-CD, Fulent, Simulink, … Nó được tích hợp các công cụ mạnh phục

vụ thiết kế như DOE/optimization (thiết kế theo thực nghiệm/tối ưu hóa), mô

hình sơ đồ mạng nơ rôn và điều khiển… GT-Power được xây dựng cho việc

tính toán trạng thái ổn định và trạng thái chuyển tiếp. GT-Power có thể sử dụng

như một công cụ riêng, cũng có thể được liên kết với bộ GT khác có trong phần

mềm GT-Suite

Phần mềm GT-Power có cửa sổ giao diện dùng để xây dựng mô hình và

tính toán như cửa sổ giao diện của các phần mềm hiện đại khác như: SolidWork,

Inventor, AVL-BOOTS,… Các thanh công cụ File, Edit, View, Run, DOE,

Assembly, Tools, Window và Help. Công dụng của các thanh công cụ được

diễn giải cụ thể trong phần Help. Các biểu tượng chức năng được sắp xếp bên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dưới của các thanh công cụ. Các phần tử có sẵn của chương trình được sắp xếp

bên trái màn hình. Quá trình xây dựng mô hình được thực hiện bên phải màn

hình. Các phần tử tham gia quá trình xây dựng mô hình được đưa từ bên trái

mành hình (danh mục các phần tử) sang bên phải màn hình (trong vùng xây

dựng mô hình) bằng lệnh coppy. Việc thay đổi kích thước, khoảng cách và

hướng của các phần tử được thực hiện bởi các phím và biểu tượng chức năng

khác nhau.

Sau khi thực hiện xong việc lựa chọn và định vị các phần tử trên vùng

xây dựng mô hình, tiếp tục việc nối các phần tử với nhau thông qua các phần

tử liên kết. Số lượng các phần tử được lựa chọn phù hợp với từng loại động cơ.

Các phần tử được nhập dữ liệu ngay trên giao diện cửa sổ phụ. Định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

nghĩa các thuộc tính của các phần tử có trong thư viện GT-Suite.

2.5.1.2. Xây dựng mô hình động cơ V12

Hình 2.7. Mô hình động cơ V12

Các thành phần trong mô hình được giới thiệu trong bảng 2.1.

Bảng 2.1. Các phần tử chính của mô hình động cơ V12

TT Phần tử S.lg Mô tả Các thông số đầu vào

Điều kiện biên Áp suất, nhiệt độ môi trường 1 Inlet-Env 02 môi trường, dòng vào.... vào

Điều kiện biên Exhaust- Áp suất, nhiệt độ môi trường 2 24 môi trường, dòng Env ra.... ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Mô tả chỗ dòng Thể tích, độ nhám bề mặt, nhiệt 3 FS_Intake 12 rẽ nhánh độ thành, trạng thái dòng, góc

giữa các nhánh trên hệ toạ độ

xyz.

Mô tả đoạn ống Chiều cao, chiều rộng, độ nhám

có mặt cách bề mặt, nhiệt độ thành, trạng thái 4 PR_In 10 ngang hình dạng dòng.

hình chữ nhật

Phần tử mô tả Thể tích, hệ số lưu lượng vào, ra.

5 OC_In 12 điều kiện dòng

thay đổi

Đường kính vào, ra, chiều dài

Mô tả các đoạn ống, chiều dài rời rạc hóa (để 6 intport 24 ống nạp tính toán), nhám bề mặt, nhiệt độ

thành, các yếu tố truyền nhiệt.

Mô tả các đoạn Như trên 7 exhport 24 ống xả

Đường kính tán nấm Xu páp, Mô tả xu páp 8 intvalve 24 khe hở nhiệt, biên dạng cam, hệ nạp số lưu lượng....

Mô tả Xu páp Như trên 9 exhvalve 24 thải

Lượng nhiên liệu cấp cho 1 chu

trình, góc phun sớm nhiên liệu,

quy luật phun, áp suất phun, 10 Inject 12 Mô tả vòi phun nhiệt độ nhiên liệu, đường kính

lỗ phun, số lỗ phun, hệ số lưu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

lượng qua lỗ phun....

Các thông số kích thức hình học, Mô tả phần tử xi 11 Cyl 12 mô hình cháy, mô hình truyền lanh nhiệt....

Số xi lanh, bố trí, chế độ tính

toán động cơ, tổn hao cơ giới, Mô tả phần còn 12 B2 01 mô men quán tính của trục lại của động cơ khuỷu, chu kỳ tính, thứ tự làm

việc của các xi lanh...

Xây dựng mô hình động cơ diesel nguyên bản nhằm xác định các chỉ tiêu

của động cơ làm cơ sở đánh giá động cơ sử dụng nhiên liệu diesel khoáng và

khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol. Khi xây dựng mô hình

động cơ diesel V12 nguyên bản, kết hợp các bộ số liệu thực nghiệm đã có cho

phép hiệu chỉnh các thông số đầu vào của mô hình làm tăng độ chính xác của

mô hình mô phỏng, trên cơ sở đó mô hình của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên

liệu có độ chính xác cao và tin cậy.

Các thông số đầu vào động cơ V12 để thiết lập mô hình mô phỏng bằng

phần mềm GT-Power được giới thiệu trong bảng 2.2 [43].

Bảng 2.2. Các thông số đầu vào động cơ V12 sử dụng trong mô hình

TT Thông số Ký Giá trị Đơn vị hiệu

1 Số xi lanh 12 - i

Diesel cao tốc 4 kì, phun nhiên liệu

2 Kiểu động cơ V12 trực tiếp không tăng áp, buồng

cháy thống nhất.

Thứ tự làm việc của các xi 3 1T-6P-5T-2P-3T-4P-6T-1P-2T-5P-4T-3P lanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

4 Đường kính xi lanh 150 mm D

Hành trình pít tông S

5 - Dãy chính (dãy bên trái) 180 mm

- Dãy phụ (dãy bên phải) 186,7

6 Chiều dài thanh truyền L 320 mm

7 Độ lệch chốt pít tông 0 mm

8 Kiểu bố trí xi lanh Kiểu chữ V -

9 Tỷ số nén 150,5 

Góc đóng mở Xu páp

- Xu páp nạp

+ Mở trước ĐCT 20 3 1 Độ + Đóng sau ĐCD 48 3 2 10 (GQTK) - Xu páp thải

+ Mở trước ĐCD 48 3 4

+ Đóng sau ĐCT 20 3 5

Số xu páp cho một xi lanh 4 -

11 - Xu páp nạp 2 Cái

- Xu páp thải 2

Đường kính tán xu páp

12 - Xu páp nạp 54 mm

- Xu páp thải 50

13 Số lỗ phun của vòi phun 7 - ivp

d mm 14 Đường kính lỗ phun 0,25

Lượng nhiên liệu cung cấp

15 cho một chu trình ứng với 138,90 mg/ct gct

chế độ định mức.

K 16 Nhiệt độ nhiên liệu 320 Tnl

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Độ 17 Góc phun sớm nhiên liệu 30  33 

(GQTK)

0,98 18 Áp suất môi trường bar p0

298 19 Nhiệt độ môi trường K T0

Vibe 20 Mô hình cháy - -

- 21 Mô hình truyền nhiệt Hohenberg -

Hành trình nâng xu páp

22 nạp theo góc quay trục

khuỷu

Tổn hao cơ giới trong động cơ được xác định từ hai nguồn: hoặc bằng

thực nghiệm, hoặc bằng công thức thực nghiệm.

Áp suất tổn hao cơ giới trung bình là một hàm phụ thuộc vào tốc độ của

động cơ, áp suất lớn nhất trong xi lanh [10].

(2.27) pm = A + B*pxlmax + C*Cm + D*Cm

trong đó:

pm- áp suất tổn hao cơ giới trung bình (bar);

A - hệ số liên quan đến tổn hao cơ giới trung bình (bar), A = 0,3  0,5;

chọn A = 0,3 bar;

B - hệ số kể đến ảnh hưởng của áp suất lớn nhất trong xi lanh, B = 0,004

0,006; chọn B = 0,004;

C - hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc trung bình của pít tông

(bar/(m/s)), C = 0,08  0,1; chọn C = 0,08 bar/(m/s);

D - hệ số kể đến ảnh hưởng của bình phương vận tốc trung bình của pít

tông (bar/(m/s)2), D = 0,0006  0,0012; chọn D = 0,0006 bar/(m/s)2;

Cm - vận tốc trung bình của pít tông (m/s).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

2.5.2. Kết quả tính toán động cơ V12

Để làm cơ sở đánh giá động cơ V12 nguyên bản và động cơ V12 khi

chuyển sang sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol, đồng thời hiệu chỉnh mô

hình động cơ V12 theo các số liệu đã chọn cho độ chính xác. Kết quả tính toán

các thông số nhiệt động động cơ V12 cụ thể như sau:

Bảng 2.3. Kết quả tính toán các chỉ tiêu công tác của động cơ V12

STT Thông số Giá trị

1 Brake Power [kW] Công suất có ích 388

2 Brake Power [HP] Công suất có ích 521

3 Brake Torque [N.m] Mô men xoắn có ích 1850

4 IMEP [bar] Áp suất chỉ thị trung bình 8,39

5 Air Flow Rate [kg/hr] Lưu lượng khí nạp 2430

6 BSAC [g/kW.h] Suất tiêu hao không khí có ích 6260

7 Fuel Flow Rate [kg/hr] Lưu lượng nhiên liệu 100

8 BSFC [g/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích 258

9 A/F Ratio Tỉ lệ không khí/nhiên liệu 24,3

1,69 10 Hệ số dư lượng không khí 

11 Brake Efficiency [%] Hiệu suất có ích 32,5

Để hiệu chỉnh mô hình mô phỏng ta sử dụng đặc tính ngoài của nhà sản

xuất để hiệu chỉnh.

- Kết quả tính toán và so sánh với số liệu của nhà sản xuất theo đặc tính

ngoài động cơ V12 trong vùng làm việc (n = 1200  2000 [v/ph]) được trình

bày trên bảng 2.4.

Bảng 2.4. Kết quả tính toán và so sánh với số liệu của nhà sản xuất

theo đặc tính ngoài động cơ V12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Sai số tương Sai số tương Tốc độ Me-NSX Me-TT Gnl-NSX Gnl-TT đối Gnl đối Me quay trục [N.m] [N.m] [kg/h] [kg/h] [%] [%]

khuỷu - n

[v/ph]

2158,20 2310 67,20 67,80 0,89 1200 7,03

2118,96 2260 6,66 75,00 78,10 4,13 1400

2060,10 2160 4,85 82,00 87,10 6,22 1600

1962,00 2040 3,98 88,50 95,00 1800 7,34

1,94 4,17 1814,85 1850 96,00 100,00 2000

Việc sử dụng các số liệu để hiệu chỉnh mô hình cho độ chính xác và tin

cậy cao. Đặc biệt là chọn các thông số đặc trưng cháy theo mô hình Vibe, các

thông số về mô hình truyền nhiệt Wolschni. Kết quả tính toán so với số liệu

ban đầu của nhà chế tạo cung cấp; sai số đối với mô men xoắn có ích là 151,80

[N.m] tương ứng với sai số tương đối là 7,03%; đối với lượng nhiên liệu tiêu

thụ là 6,5 [kg/h] tương ứng với sai số tương đối là 7,34%. Trên cơ sở mô hình

chính xác có thể tiến hành khảo sát, đánh giá các chỉ tiêu công tác của động cơ.

Mục đích là xây dựng mô hình cho động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol, giảm thiểu được các sai số, bảo đảm độ tin cậy.

Để thiết lập được mô hình này, cần xây dựng phần tử vòi phun ethanol

vào đường nạp và thiết lập các thuộc tính của nhiên liệu được phun. Phần tử

vòi phun ethanol vào đường nạp, mô hình 1 nhánh đường ống nạp sau khi bố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

trí thêm vòi phun ethanol lần lượt được giới thiệu trên hình 2.8 và hình 2.9.

Hình 2.8. Cửa sổ giao diện nhập dữ liệu cho phần tử vòi phun ethanol

vào đường nạp của động cơ

Hình 2.9. Mô hình 1 nhánh cụm đường ống nạp động cơ V12

khi thiếp lập mô hình chạy lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

2.6. Kết luận chương 2

Trên cơ sở nội dung đã trình bày ở trên, có thể rút ra một số kết luận

chính của chương như sau:

- Xây dựng được các mô hình thành phần của động cơ diesel sử dụng

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol bao gồm: mô hình trao đổi khí (nạp - thải); mô

hình hệ thống cung cấp nhiên liệu; mô hình động lực học; mô hình ma sát; mô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

hình truyền nhiệt; và mô hình cháy.

- Thông qua mô hình có thể giúp phân tích và hiểu rõ sự phức tạp ảnh

hưởng của nhiều thông số khác nhau đến đặc tính, hiệu suất và phát thải của

động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

- Có thể sử dụng mô hình động cơ này trong việc phân tích và thiết kế hệ

thống điều khiển; xây dựng bản đồ phun ethanol và bản đồ phun diesel trên

toàn vùng làm việc của động cơ.

- Xây dựng được mô hình động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol theo

phương pháp phun hơi ethanol vào đường nạp nhờ phần mềm GT-Power.

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI ĐIỂM PHUN

VÀ TỐC ĐỘ PHUN ETHANOL VÀO ĐƯỜNG NẠP

ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL V12

3.1. Đặt vấn đề

Như đã trình bày trong phần mở đầu và chương 2 của luận văn, mục đích

của đề tài là xây dựng mô hình mô phỏng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol bằng phần mềm GT-Power. Trên cơ sở mô hình, sẽ tiến hành khảo sát

ảnh hưởng của thời điểm phun và tốc độ phun ethanol vào đường nạp đến các

chỉ tiêu công tác của động cơ diesel V12 khi ethanol chia sẻ 30% về khối lượng

với diesel khoáng.

3.2. Mô phỏng ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol

Mô phỏng được thực hiện như sau: ứng với mức chia sẻ 30% về khối

lượng với diesel khoáng, ta có lượng ethanol cần thiết phun vào đường nạp gọi

là gct-[ethanol], cùng một lượng phun này ta tiến hành điều chỉnh thời điểm phun

ethanol vào đường nạp (SOI_Ethanol) ứng với 6 thời điểm lần lượt là: -360; -

340; -320; -300; -270 và -240 [độ GQTK]. Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của

các thời điểm phun ethanol tới các chỉ tiêu công tác của động cơ được phân tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

chi tiết như dưới đây.

3.2.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol tới các chỉ tiêu công tác của

động cơ

 Ảnh hưởng tới nhiệt độ môi chất trong xi lanh

Ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol đến nhiệt độ môi chất công tác

được thể hiện trên hình 3.1. Thông qua các kết quả thể hiện trên đó, nhận thấy

rằng nhiệt độ môi chất của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol có xu

hướng giảm so với khi sử dụng diesel khoáng và sự sụt giảm nhiệt độ môi chất

càng rõ rệt khi giảm thời điểm phun ethanol. Bên cạnh đó, điểm nhiệt độ đạt

giá trị cực đại có xu hướng dịch chuyển về phía sau điểm chết trên (ĐCT) khi

giảm thời điểm phun ethanol. Khi cùng một lượng ethanol chia sẻ với diesel

khoáng, nếu phun ethanol càng muộn hơn thì nhiệt độ cực đại giảm càng mạnh, sự thay đổi lớn nhất là 120o khi thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol từ - 3600 trước ĐCT thành -2400 trước ĐCT.

Hình 3.1. Diễn biến nhiệt độ môi chất trong xi lanh động cơ lưỡng nhiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

liệu diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp

2200

2100

2000

1900

1800

1700

1600

Hình 3.2. Nhiệt độ cực đại môi chất công tác trong xi lanh động cơ

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol

 Ảnh hưởng tới áp suất môi chất trong xi lanh

Khi tiến hành thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol vào đường nạp

của động cơ, nhận thấy đều có chung ảnh hưởng đến diễn biến áp suất môi chất

công tác như thể hiện trên hình 3.3. Khi thời điểm phun ethanol càng muộn thì

dẫn tới áp suất trong xi lanh giảm càng mạnh so với khi động cơ dùng diesel

khoáng, sự sụt giảm nhiều nhất diễn ra lân cận điểm áp suất đạt giá trị cực đại,

tại các giai đoạn khác của chu trình công tác sự sụt giảm này là tương đối nhỏ.

Khi thời điểm bắt đầu phun ethanol càng muộn thì thời điểm đạt giá trị áp suất

cực đại càng dịch chuyển về phía sau ĐCT (áp suất đạt cực đại tại 9,9 độ GQTK

khi SOI_Ethanol = -2400 và tại 6,4 độ GQTK khi SOI_Ethanol = -3600), nhưng

sự dịch chuyển này tương đối ít so với nhiệt độ cực đại. Khi cùng một lượng

ethanol chia sẻ, thời điểm bắt đầu phun thay đổi từ -3600 trước ĐCT thành -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

2400 trước ĐCT thì áp suất cực đại giảm 16,37 bar.

Hình 3.3. Diễn biến áp suất môi chất trong xi lanh động cơ khi thay đổi

thời điểm phun ethanol vào đường nạp

Hình 3.4. Áp suất cực đại trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – ethanol

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

khi thay đổi thời điểm phun ethanol

Bên cạnh đó, khi thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol thì tốc độ tăng

áp suất trung bình đều có xu hướng giảm và thấp hơn so với khi động cơ sử

3.5

dụng diesel như thể hiện trên hình 3.5.

3.155

2.589

2.354

2.5

2.112

1.868

1.55

1.64

1.5

0.5

Hình 3.5. Tốc độ tăng áp suất trung bình của động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol

 Ảnh hưởng tới dòng nhiệt môi chất truyền cho thành vách buồng cháy

Kết quả về ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol đến dòng nhiệt được

thể hiện trên hình 3.6, các kết quả thể hiện trên hình cho thấy khi thời điểm

phun ethanol càng muộn thì dòng nhiệt truyền cho thành vách buồng cháy càng

giảm và sự giảm mãnh liệt nhất xung quanh điểm chết trên, ở các quá trình khác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thì sự thay đổi là không đáng kể khi động cơ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel.

Hình 3.6. Dòng nhiệt của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

 Ảnh hưởng tới tốc độ tỏa nhiệt

Hình 3.7. Tốc độ tỏa nhiệt của môi chất động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp

Qua hình 3.7 cho thấy tốc độ tỏa nhiệt của động cơ lưỡng nhiên liệu thấp

hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu diesel nguyên bản, đặc biệt là khi thời

điểm phun ethanol càng muộn. Điều này là do nhiên liệu ethanol có nhiệt trị

thấp hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khoáng. Ngoài ra, kết quả thể hiện trên

hình 3.7 cho thấy khi thời điểm phun ethanol trong khoảng từ -3600 trước ĐCT

đến -3000 trước ĐCT thì đường tốc độ tỏa nhiệt không thấy sự khác biệt rõ rệt,

tuy nhiên sau thời điểm trên khi ta phun ethanol càng muộn thì tốc độ tỏa nhiệt

càng giảm rõ rệt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

 Ảnh hưởng tới quy luật cháy của nhiên liệu

Hình 3.8. Quy luật cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

khi thay đổi thời điểm phun ethanol vào đường nạp

Kết quả về quy luật cháy của nhiên liệu động cơ lưỡng nhiên liệu diesel

- ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol được thể hiện trên hình 3.8. Qua

các kết quả này, nhận thấy quy luật cháy của nhiên liệu thay đổi rất nhỏ so với

khi động cơ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel khoáng. Điều này có thể được giải

thích là do thời điểm phun nhiên liệu diesel và lượng ethanol phun vào đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

nạp không thay đổi nên không làm thay đổi các thời điểm cháy của nhiên liệu.

3.2.2. Ảnh hưởng tới các chỉ tiêu phát thải của động cơ

 Ảnh hưởng tới thành phần phát thải CO2

Hình 3.9. Đặc tính phát thải CO2 động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol

Biến thiên phát thải CO2 khi thay đổi thời điểm phun ethanol so với

trường hợp động cơ chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện trên hình 3.9.

Thông qua đó, nhận thấy khi thời điểm phun ethanol càng muộn thì lượng phát

thải CO2 có xu hướng giảm đi, tuy nhiên khi thời điểm phun ethanol trong

khoảng từ -3600 trước ĐCT đến -3000 trước ĐCT thì đặc tính phát thải CO2

không thấy sự khác biệt rõ rệt, nhưng sau thời điểm trên khi ta phun ethanol

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

càng muộn thì đặc tính phát thải CO2 càng giảm rõ rệt.

 Ảnh hưởng tới thành phần phát thải NOx

Hình 3.10. Đặc tính phát thải NOx động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol khi thay đổi thời điểm phun ethanol

Biến thiên hàm lượng phát thải NOx theo thời điểm phun ethanol được

thể hiện trên hình 3.10. Kết quả cho thấy, trong quá trình cháy giãn nở và quá

trình thải thì sự phát thải NOx có sự thay đổi mạnh so với diesel khoáng, đặc

biệt cùng một lượng phun ethanol nhưng khi phun muộn hơn thì phát thải NOx

càng giảm mạnh, điều này có thể giải thích là do nhiệt độ môi chất trong xi lanh

thấp hơn cho với các thời điểm phun còn lại.

3.3. Mô phỏng ảnh hưởng của tốc độ phun Ethanol

Mô phỏng được thực hiện như sau: ứng với mức chia sẻ 30% về khối

lượng với diesel khoáng, ta có lượng ethanol cần thiết phun vào đường nạp gọi

là gct-[ethanol], cùng một lượng phun này ta tiến hành cố định thời điểm bắt đầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

phun, thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp như được minh họa trên hình

3.11. Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các tốc độ phun ethanol khác nhau tới

các chỉ tiêu công tác của động cơ được phân tích chi tiết như dưới đây.

Hình 3.11. Các tốc độ phun ethanol vào đường nạp

động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

3.3.1. Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol tới các chỉ tiêu công tác

 Ảnh hưởng tới nhiệt độ môi chất trong xi lanh

Ảnh hưởng của các tốc độ phun ethanol khác nhau tới nhiệt độ môi chất

công tác được thể hiện trên hình 3.12. Thông qua các kết quả này, nhận thấy

rằng so với diesel khoáng thì ở các tốc độ phun này nhiệt độ môi chất đều giảm,

tuy nhiên ở 2 tốc độ phun 1 (Inj-Rate_1) và 2 (Inj-Rate_2) thì không có sự thay

đổi, các tốc độ phun thấp hơn thì sự sụt giảm này là rõ ràng. Điều này có thể

giải thích là do ở các tốc độ phun thấp hơn thì thời điểm phun kết thúc vào cuối

quá trình nạp nên chất lượng bay hơi, hòa trộn với không khí không được tốt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

so với các tốc độ phun cao.

Hình 3.12. Diễn biến nhiệt độ môi chất công tác động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol theo các tốc độ phun ethanol khác nhau

 Ảnh hưởng tới áp suất môi chất trong xi lanh

Thông qua kết quả trên hình 3.13 nhận thấy rằng, sự thay đổi áp suất môi

chất công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu thấp hơn so với diesel khoáng và

tập trung nhiều nhất xung quanh điểm áp suất đạt giá trị cực đại. Khi giảm tốc

độ phun ethanol vào đường nạp, dẫn tới chất lượng phun ethanol và sự bay hơi

hòa trộn giảm đi so với các tốc độ phun cao nên dẫn tới làm giảm áp suất cực

đại trong xi lanh. Ngoài ra, tốc độ tăng áp suất trung bình không thay đổi quá

nhiều như khi điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun ethanol trong khi giữ nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

tốc độ phun.

Hình 3.13. Diễn biến áp suất môi chất công tác trong xi lanh động cơ

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol theo các tốc độ phun ethanol khác nhau

 Ảnh hưởng tới dòng nhiệt

Hình 3.14. Dòng nhiệt của động cơ khi thay đổi tốc độ phun ethanol

vào đường nạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Cũng giống như ảnh hưởng của thời điểm phun ethanol tới dòng nhiệt,

khi thay đổi tốc độ phun ethanol thì dẫn tới sự giảm dòng nhiệt trong động cơ.

Tuy nhiên, sự sụt giảm này cũng chỉ diễn ra xung quanh ĐCT trong thời điểm

đầu của quá trình cháy giãn nỡ. Và sự thay đổi này không nhiều so với ảnh

hưởng của thời điểm phun ethanol.

 Ảnh hưởng tới tốc độ tỏa nhiệt của môi chất trong xi lanh

Diễn biến của tốc độ tỏa nhiệt của môi chất trong xi lanh khi khảo sát

theo các tốc độ phun ethanol khác nhau được thể hiện chi tiết trên hình 3.15.

Qua các kết quả này nhận thấy, thời điểm bắt đầu tỏa nhiệt của động cơ lưỡng

nhiên liệu diesel - ethanol không muộn hơn so với với diesel khoáng cũng như

so với các chế độ khảo sát có tốc độ phun cao hơn. Sự thay đổi lớn nhất của tốc

độ tỏa nhiệt diễn ra xung quanh ĐCT ở thời điểm đầu của quá trình cháy giãn

nở khi tốc độ phun ethanol thấp.

Hình 3.15. Tốc độ tỏa nhiệt của môi chất trong động cơ lưỡng nhiên liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

diesel - ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp

 Ảnh hưởng tới quy luật cháy của nhiên liệu

Kết quả về quy luật cháy của nhiên liệu động cơ lưỡng nhiên liệu diesel

- ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol được thể hiện trên hình 3.16. Qua

các kết quả này, nhận thấy quy luật cháy của nhiên liệu thay đổi rất nhỏ so với

khi động cơ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel khoáng. Điều này có thể được giải

thích là do: thời điểm phun nhiên liệu diesel và lượng ethanol phun vào đường

nạp không thay đổi, mặc dù tốc độ phun ethanol có thay đổi nhưng không ảnh

hưởng tới các thời điểm cháy của nhiên liệu.

Hình 3.16. Quy luật cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp

3.3.2. Ảnh hưởng của các tốc độ phun ethanol tới thành phần phát thải

 Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol đến phát thải NOx

Biến thiên hàm lượng phát thải NOx theo tốc độ phun ethanol được thể

hiện trên hình 3.17. Kết quả cho thấy, trong quá trình cháy giãn nở và quá trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

thải thì sự phát thải NOx có sự thay đổi mạnh so với diesel khoáng, đặc biệt

cùng một lượng phun ethanol nhưng khi phun với tốc độ phun thấp hơn thì phát

thải NOx càng giảm mạnh, điều này có thể giải thích là do nhiệt độ môi chất

trong xi lanh thấp hơn cho với các tốc độ phun ethanol cao. Ngoài ra, khi cùng

một lượng ethanol thì ảnh hưởng của tốc độ phun tới thành phần phát thải NOx

không lớn như khi thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol.

Hình 3.17. Đặc tính phát thải NOx động cơ lưỡng nhiên liệu

diesel - ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

 Ảnh hưởng của tốc độ phun ethanol đến phát thải CO2

Hình 3.18. Đặc tính phát thải CO2 động cơ lưỡng nhiên liệu diesel -

ethanol khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp

Biến thiên phát thải CO2 khi thay đổi tốc độ phun ethanol so với trường

hợp động cơ chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện trên hình 3.18.

Thông qua đó, nhận thấy khi tốc độ phun ethanol càng nhỏ thì lượng phát thải

CO2 có xu hướng giảm đi, tuy nhiên xu hướng giảm này nhỏ hơn khi cùng

lượng ethanol chia sẻ nhưng điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun ethanol vào

đường nạp.

3.4. Kết luận chương 3

- Trên cơ sở bộ số liệu của động cơ V12 đã xây dựng được mô hình mô

phỏng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol trong đó ethanol chia sẻ 30%

về khối lượng với diesel khoáng, thiết lập được vòi phun ethanol có kể đến các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

dạng tốc độ phun và thời điểm phun khác nhau.

- Khi thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol vào đường nạp dẫn nhiệt

độ và áp suất môi chất trong xi lanh có xu hướng giảm dần khi phun ethanol

càng muộn. Động cơ làm việc êm hơn khi thời điểm bắt đầu phun ethanol muôn

đi do tốc độ tăng trung bình áp suất giảm. Trong khi đó quy luật cháy của nhiên

liệu không thây đổi nhiều so với động cơ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel. Hai

thành phần phát thải CO2 và NOx có xu hướng giảm mạnh khi giảm thời điểm

phun ethanol.

- Khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp thì xu hướng tác động

tới nhiệt độ, áp suất, dòng nhiệt, tốc độ tăng áp suất, quy luật cháy của nhiên

liệu và phát thải CO2, NOx có xu hướng giống như khi thay đổi thời điểm phun

ethanol; tuy nhiên sự thay đổi này là ít hơn so với khi ta thay đổi thời điểm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

phun ethanol.

KẾT LUẬN CHUNG

Qua một thời gian nghiên cứu, luận văn đã thực hiện xong nội dung đề

tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ethanol vào đường nạp

đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol”,

thông qua quá trình tính toán mô phỏng và khảo sát đưa ra một số kết luận sau:

1. Với cùng một lượng ethanol chia sẻ với diesel khoáng, tác giả đã thiết

lập được vòi phun ethanol với các thời điểm và tốc độ phun ethanol khác nhau.

Từ đó khảo sát được ảnh hưởng của các thông số phun ethanol vào đường nạp

đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

2. Khi thay đổi thời điểm bắt đầu phun ethanol vào đường nạp dẫn nhiệt

độ và áp suất môi chất trong xi lanh có xu hướng giảm dần khi phun ethanol

càng muộn. Động cơ làm việc êm hơn khi thời điểm bắt đầu phun ethanol muôn

đi do tốc độ tăng trung bình áp suất giảm. Trong khi đó quy luật cháy của nhiên

liệu không thây đổi nhiều so với động cơ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel. Hai

thành phần phát thải CO2 và NOx có xu hướng giảm mạnh khi giảm thời điểm

phun ethanol.

3. Khi thay đổi tốc độ phun ethanol vào đường nạp thì xu hướng tác động

tới nhiệt độ, áp suất, dòng nhiệt, tốc độ tăng áp suất, quy luật cháy của nhiên

liệu và phát thải CO2, NOx có xu hướng giống như khi thay đổi thời điểm phun

ethanol; tuy nhiên sự thay đổi này là ít hơn so với khi ta thay đổi thời điểm

phun ethanol.

Hướng nghiên phát triển tiếp theo của đề tài:

1. Khảo sát đầy đủ hơn nữa ảnh hưởng của các thông số phun ethanol tới

các chỉ tiêu công tác của động cơ ở chế độ tải nhỏ đến tải lớn cũng như ở chế

độ chuyển tiếp.

2. Xây dựng được bản đồ phun alcohol vào đường nạp ứng với toàn vùng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

làm của động cơ.

3. Thiết lập và chế tạo ECU điều khiển phun ethanol khi động cơ chuyển

sang vận hành lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol.

Do khả năng và điều kiện kinh phí có hạn, trang thiết bị thực nghiệm

không đảm bảo nên kết quả luận văn còn có những sai sót, hạn chế nhất định,

rất mong sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Tiếng Việt

[1]. Nguyễn Thành Bắc (2017), "Nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel thành

động cơ lưỡng nhiên liệu", LATS Kỹ thuật Cơ khí động lực.

[2]. Hà Quang Minh (2002), "Lý thuyết động cơ đốt trong", NXB Quân đội

nhân dân, Hà Nội.

[3]. Hà Quang Minh (2001), "Phương pháp tính toán chu trình công tác của

động cơ", giáo trình Cao học, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội.

[4]. Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Tuyến, Văn Đình Sơn Thọ (2017), “Nhiên liệu

thay thế dùng cho động cơ đốt trong”, NXB ĐHBK Hà Nội

Tiếng Anh

[5]. Ghazi A.Karim (2015), "Dual-Fuel diesel engines", CRC Press, Taylor &

Francis Group.

[11]. Nadir Yilmaz, Alpaslan Atmanli (2017), "Experimental evaluation of a

diesel engine running on the blends of diesel and pentanol as a next generation

higher alcohol", Elsevier.

[12]. T. Balamurugan, R. Nalini (2014), "Experimental investigation on

performance, combustion and emission characteristics of four stroke diesel

engine using diesel blended with alcohol as fuel", Elsevier.

[13]. H.K. Imdadul, H.H. Masjuki, etc (2015), "Higher alcohol–biodiesel–

diesel blends: An approach for improving the performance, emission, and

combustion of a light-duty diesel engine", Elsevier.

[14]. M.S.M. Zaharin, N.R. Abdullah, etc (2017), "Effects of physicochemical

properties of biodiesel fuel blends with alcohol on diesel engine performance

and exhaust emissions: A review", Elsevier.

[15]. B. Rajesh Kumar, S. Saravanan, D. Rana, A. Nagendran (2016), "A

comparative analysis on combustion and emissions of some next generation

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

higher-alcohol: diesel blends in a direct-injection diesel engine", Elsevier.

[16]. Arkadiusz Jamrozik (2017), "The effect of the alcohol content in the fuel

mixture on the performance and emissions of a direct injection diesel engine

fueled with diesel-methanol and diesel-ethanol blends", Elsevier.

[17]. Ambarish Datta, Bijan Kumar Mandal (2015), "Impact of alcohol addition

to diesel on the performance combustion and emissions of a compression

ignition engine", Elsevier.

[18]. M. Abu-Qudais, O. Haddad, M. Qudaisat (1999), "The effect of alcohol

fumigation on diesel engine performance and emissions", Energy Conversion

& Management 41.

[19]. Satish Kumar, Jae Hyun Cho, Jaedeuk Park, Il Moon (2013), "Advances

in diesel–alcohol blends and their effects on the performance and emissions of

diesel engines", Elsevier.

[20]. B. Rajesh Kumar, S. Saravanan (2016), "Use of higher alcohol biofuels

in diesel engines: A review", Elsevier.

[21]. A. Imran, M. Varman, H.H. Masjuki, M.A. Kalam (2013), "Review on

alcohol fumigation on diesel engine: A viable alternative dual fuel technology

for satisfactory engine performance and reduction of environment concerning

emission", Elsevier.

[22]. Wojciech Tutak, etc (2015), "Alcohol–diesel fuel combustion in the

compression ignition engine", Fuel, Elsevier.

[23]. M. Abu-Qudais, O. Haddad, M. Qudaisat (1999), "Effect of alcohol

fumigation on diesel engine performance", Energy Conversion & Management

41.

[24]. Chunde Yao, Wang Pan, AnrenYao (2017), "Methanol fumigation in

compression-ignition engines: "A critical review of recent academic and

technological developments", Fuel, Elsevier.

[25]. Arkadiusz Jamrozik (2017), "The effect of the alcohol content in the fuel

mixture on the performance and emissions of a direct injection diesel engine Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

fueled with diesel-methanol and diesel-ethanol blends", Energy Conversion &

Management, Elsevier.

[26]. Z.H. Zhang, C.S. Cheung, T.L. Chan, C.D. Yao (2009), "Experimental

investigation of regulated and unregulated emissions from a diesel engine

fueled with Euro V diesel fuel and fumigation methanol", Atmospheric

Environment, Elsevier.

[27]. Xinlei Liu, etc (2016), "Development of a combined reduced primary

reference fuel-alcohol (methanol-ethanol-propanols-butanols-n-pentanol)

mechanism for engine applications", Energy, Elsevier.

[28]. Z.H. Zhang, C.S. Cheung, T.L. Chan, C.D. Yao (2013), "Influence of

fumigation methanol on the combustion and particulate emissions of a diesel

engine", Fuel, Elsevier.

[29]. A. Osman Emiroglu, Mehmet, Sen (2017), “Combustion, performance

and emission characteristics of various alcohol blends in a single cylinder

diesel engine”, Fuel, Elsevier.

[30]. Gamma Technologies (2016), GT-SUITE Tutorial Ver 7.3

[31]. www.gtisoft.com

[32]. Pham Huu Tuyen Nguyen The Luong, Vu Khac Thien, Luong Duc Nghia,

(2013) "An Experimental Study on the Performance and Emissions of Diesel

Engine Fuelled by Ethanol-Diesel Blends" (The 3rd International Conference

on Sustainable Energy).

[33]. E.A. Ajav, Bachchan Singh và T.K. Bhattacharya, (1999) "Experimental

study of some performance parameters of a constant speed stationary diesel

engine using ethanol-diesel blends as fuel", Biomass and Bioenergy(17(4):

357-365).

[34]. Eugene EE và các cộng sự., (1984) "State-of-the-art report on the use of

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

alcohols in diesel engines", SAE Paper 840118.

[35]. Alan C. Hansen, Qin Zhang và Peter W.L. Lyne, (2005) "Ethanol–diesel

fuel blends - a review" (Bioresource Technology 96 277 - 285).

[36]. Murayama T và các cộng sự., (1982), "A method to improve the solubility

and combustion characteristics of alcohol diesel fuel blends", SAE Paper

821113.

[37]. Weidmann K, Menard H và Fleet test, (1984) "Performance and

emissions of diesel engine using different alcohol fuel blends", SAE Paper

841331.

[38]. Czerwinski J, (1994), "Performance of HD-DI-diesel engine with addition

of ethanol and rapeseed oil", SAE Paper 940545.

[39]. Savage LD Hayes TK, White RA, Sorenson SC, (1988) "The effect of

fumigation of different ethanol proofs on a turbo-charged diesel engine", SAE

Paper 880497.

[40]. M. Abu-Qudais, O. Haddad và M. Qudaisat, (2000) "The effect of alcohol

fumigation on diesel engine performance and emissions"(Elsevier Science

Ltd).

[41]. Ogawa H, Setiapraja H và Nakamura T, (2010) "Improvements to

Premixed Diesel Combustion with Ignition Inhibitor Effects of Premixed

Ethanol by Intake Port Injection", SAE Technical Paper 01-0866.

[42]. Orlando Volpato và các cộng sự., (2010) "Control System for Diesel-

Ethanol Engines".

Tiếng Nga

[43]. Двигатели В-2 и В-6. Техническое описание. М.: Военное

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

издательство, 1975.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ethanol vào đường nạp đến các chỉ tiêu công tác của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------------------------------

HOÀNG TUẤN HẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHUN ETHANOL VÀO ĐƯỜNG NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL - ETHANOL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2019

3.155

2.589

2.354

2.112

1.868

1.55

1.64

Hình 3.13. Diễn biến áp suất môi chất công tác trong xi lanh động cơ

lưỡng nhiên liệu diesel - ethanol theo các tốc độ phun ethanol khác nhau

Hình 3.14. Dòng nhiệt của động cơ khi thay đổi tốc độ phun ethanol

vào đường nạp

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Chế tạo và nghiên cứu tính chất điện, từ của vật liệu multiferroic Ba₀.₇Ca₀.₃TiO₃/ NiFe₂O₄

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu vật liệu biến hóa dạng chuỗi một chiều chế tạo từ kim loại đồng trên đế FR-4 hoạt động tại tần số MHz ứng dụng trong truyền năng lượng không dây

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng tác động tới môi trường biển của việc xả nước thải từ sự cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima sử dụng công cụ ERICA

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mô hình đầu dò nơtron và gamma sử dụng nhấp nháy EJ-276 ghép nối với mảng nhân quang silicon

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến sức khỏe cư dân khu vực mỏ đất hiếm Đông Pao, xã Bản Hon, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu

Luận văn Thạc sĩ: Sử dụng phương pháp nhiễu xạ neutron khảo sát cấu trúc tinh thể và pha trật tự từ trong vật liệu Pr2FeCrO6

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu phân lập, xác định cấu trúc và hoạt tính ức chế NO của các hợp chất thứ cấp từ chủng vi nấm biển Aspergillus sp. CL251

Luận văn Thạc sĩ: Phân tích một số hợp chất bisphenol thôi nhiễm từ bao bì nhựa lên một số mẫu thực phẩm nền tinh bột

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của loài hoa mộc (Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.) ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá tác dụng kháng viêm của loài côi Turpinia montana (Blume) Kurz

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đặc trưng tính chất vật liệu composite có cấu trúc nano chitosan–cyclodextrin/TiO₂–Ag

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy gốc nước và khung cơ kim - ZIF

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất napthoquinone chứa nguyên tố flo bằng phản ứng đa thành phần

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu điều chế vật liệu Bioglass và tổ hợp lai với polymer ALG-F127 định hướng ứng dụng trong điều trị nội nha

Luận văn Thạc sĩ: Khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase trên một số hợp chất phân lập từ thịt quả bình bát nước (Annona glabra L.).

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đánh giá hoạt tính chống ung thư của hợp chất lai chứa khung tetrahydro-β-carboline và imidazo[1,5-a]pyridine

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của benzazole

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chiết tách lignin từ vỏ sầu riêng Ri6 (Durio zibethinus Murr.) và tổng hợp vật liệu biocomposite định hướng ứng dụng trong bảo quản sau thu hoạch

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc phủ acid hyaluronic mang doxorubicin định hướng ứng dụng trong điều trị ung thư

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính kháng viêm của loài rau dừa nước (Ludwigia adscendens)

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm phân bố và dinh dưỡng của các loài lưỡng cư ở Vườn Quốc gia Bến En và Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa

Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp luật dẫn và điều khiển cho một lớp tên lửa đối hải trên cơ sở ứng dụng mạng nơ ron và hệ mờ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển góc Pitch tua bin gió trong điều kiện có nhiễu tác động

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hóa học lipid của hai loài san hô thủy tức Millepora dichotoma và Millepora platyphylla ở Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động của ô tô con bằng ABS

Luận án Tiến sĩ: Ứng dụng phản ứng Domino vào tổng hợp các dẫn xuất Podophyllotoxin, Pyrimidine và đánh giá hoạt tính sinh học của các chất tổng hợp được

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và một số hoạt tính sinh học của cây chùm ngây (Moringa oleifera)

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và ứng dụng ức chế ăn mòn cho thép của cao chiết xuất từ cây Lộc vừng thuộc họ Lecythidaceae

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook