i
MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ/ SƠ ĐỒ ........................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... xii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................... xiv
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
i. Sự cần thiết của đề tài ..................................................................................................... 1
ii. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................................... 2
iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 2
iv. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 2
v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ......................................................................... 3
vi. Tính mới của đề tài ....................................................................................................... 3
vii. Các nội dung chính của đề tài ..................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 4
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học .............................................................................. 4
1.1.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học ............................ 4
1.1.2. Các loại nhiên liệu sinh học được sử dụng trên phương tiện ................................ 5
1.2. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học ................................................................... 6
1.2.1. Nhiên liệu cồn ethanol ............................................................................................. 6
1.2.2. Xăng sinh học ........................................................................................................... 9
1.2.3. Sản xuất và sử dụng cồn ethanol và xăng sinh học trên phương tiện ................ 10
1.3. Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn trên động cơ xăng
............................................................................................................................................ 13
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới ................................................................................. 13
1.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam................................................................................. 25
1.4. Kết luận Chương 1 .................................................................................................... 28
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................... 29
2.1. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học ............................... 29
2.1.1. Quá trình cháy trong động cơ xăng ...................................................................... 29
2.1.2. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học ............................ 31
ii
2.2. Lý thuyết mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học ............................. 34
2.2.1. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu .................................................................................. 34
2.2.2. Mô hình cháy .......................................................................................................... 34
2.2.3. Mô hình truyền nhiệt ............................................................................................. 42
2.2.4. Mô hình phát thải ................................................................................................... 45
2.2.5. Một số mô hình phụ khác ...................................................................................... 47
2.3. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ phun xăng khi sử dụng xăng sinh học có
tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100% ......................................................................................... 51
2.3.1. Cấu tạo hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ ............................................... 51
2.3.2. Cơ sở lý thuyết chuyển đổitừ sử dụng xăng thông thường sang sử dụng xăng sinh
học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% .................................................................................... 54
2.3.3. Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol
lớn tới 100% ...................................................................................................................... 58
2.4. Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 61
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ KHI SỬ
DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN ETHANOL TỚI 100% .......... 62
3.1. Đối tượng nghiên cứu và xây dựng mô hình động cơ ............................................ 62
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 62
3.1.2. Xây dựng mô hình động cơ .................................................................................... 63
3.2. Đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản trên động cơ ô tô phun xăng
điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% ................................ 64
3.2.1. Hiệu chuẩn mô hình và đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản ... 65
3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới tham số của
mô hình cháy Fractal ....................................................................................................... 80
3.2.3. Xác định hệ số dư lượng không khí
của hỗn hợp cháy với các tỷ lệ cồn ethanol
khác nhau ......................................................................................................................... 81
3.3. Nghiên cứu mô phỏng xây dựng bộ thông số chuẩn với xăng sinh học ................ 82
3.3.1. Tính toán mô phỏng lượng nhiên liệu phun đảm bảo hệ số dư lượng không khí
= 1 .................................................................................................................................. 82
3.3.2. Tính toán góc đánh lửa sớm để mô men động cơ đạt Memax khi sử dụng xăng sinh
học ..................................................................................................................................... 87
3.4. Kết luận chương 3....................................................................................................... 92
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 94
4.1. Đối tượng, nhiên liệu và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm ........... 93
4.1.1. Đối tượng thử nghiệm ............................................................................................ 93
4.1.2. Nhiên liệu thử nghiệm ........................................................................................... 93
iii
4.1.3. Trang thiết bị thử nghiệm ...................................................................................... 94
4.2. Thử nghiệm hiệu chuẩn mô hình mô phỏng và bộ thông số chuẩn động cơ khi sử
dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% ........................................................ 96
4.2.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm ..................................................... 96
4.2.2. Kết quả thử nghiệm ................................................................................................ 98
4.3. Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ECU phụ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn
ethanol tới 100% ............................................................................................................ 102
4.3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU phụ cho động cơ Toyota 1NZ-FE ............ 102
4.3.2. Nghiên cứu nạp bộ thông số chuẩn lên ECU phụ .............................................. 109
4.4. Thử nghiệm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ xăng khi
được lắp thêm ECU phụ trên băng thử động cơ ......................................................... 110
4.4.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm ................................................... 110
4.4.2. Kết quả thử nghiệm trên băng thử động cơ ........................................................ 110
4.5. Thử nghiệm tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe ô tô được lắp thêm
ECU phụ trên băng thử ô tô .......................................................................................... 115
4.5.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm ................................................... 115
4.5.2. Kết quả thử nghiệm với ô tô nguyên bản khi chưa lắp ECU phụ ...................... 116
4.5.3. Kết quả thử nghiệm với ô tô được lắp thêm ECU phụ ....................................... 119
4.6. Kết luận Chương 4 .................................................................................................. 123
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............. 125
Kết luận chung: .............................................................................................................. 125
Hướng phát triển của đề tài: ......................................................................................... 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........ 137
PHỤ LỤC
iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Lun n c s dng mt
phn kt qu do tôi và nhm nghiên cứu thực hiện trong Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu
thiết kế và chế tạo hệ thống phun nhiên liệu điện tử cung cấp xăng sinh học có tỷ lệ cồn
etanol tới 100% (E100) cho động cơ ô tô và xe máy sử dụng nhiên liệu linh hoạt”, mã số
ĐT.09.2014/NLSH do PGS.TS Phạm Hữu Tuyn là chủ nhiệm đề tài và tổ chức chủ trì là
Trường Đại học Bách khoa Hà Ni, thuc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đn năm 2015,
tm nhìn đn năm 2025, do B Công Thương qun lý. Tôi đã được chủ nhiệm đề tài đồng ý
cho s dng mt phn kt qu của Đề tài cấp nhà nước và việc vit lun án.
Tôi xin cam đoan cc số liệu kt qu nêu trong lun án là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong các công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Tp thể gio viên hướng dẫn
PGS.TS Phạm Hữu Tuyn PGS.TS Phạm Văn Thể
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Khánh Tùng
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Ni, Viện Sau đại học, Viện
Cơ khí Đng lực, B môn Đng cơ đốt trong, Phòng thí nghiệm Đng cơ đốt trong đã cho
phép và giúp đỡ tôi thực hiện lun án trong thời gian học tp, nghiên cứu tại Trường Đại học
Bách khoa Hà Ni.
Tôi xin bày tỏ lòng bit ơn sâu sắc đn PGS.TS Phạm Hữu Tuyn và PGS.TS. Phạm
Văn Thể đã chu đo, tn tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành lun án.
Tôi xin chân thành cm ơn Lãnh đạo Cc Ứng dng và Phát triển công nghệ - B Khoa
học và Công nghệ, Ban điều hành đề án Phát triển nhiên liệu sinh học - B Công thương và
cc đồng nghiệp đã ủng h, tạo điều kiện thun lợi để tôi có thể hoàn thành lun án.
Tôi xin chân thành cm ơn cc Gio sư, Ph Gio sư, Tin sĩ và cc nhà khoa học đã
dành thời gian quý bu để đọc và góp ý giúp tôi hoàn thiện lun án.
Cuối cùng, xin gi lời cm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn
đng viên khuyn khích trong suốt thời gian tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình
này.
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Khánh Tùng