Luận án tiến sĩ: Ethanol E100 cho động cơ xăng - Phân tích, mô phỏng, thử nghiệm

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. Sự cần thiết của đề tài.

Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.

Tính mới của đề tài. Các nội dung chính của đề tài. Tổng quan về nhiên liệu sinh học. Sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học.

Các loại nhiên liệu sinh học được sử dụng trên phương tiện. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học. Nhiên liệu cồn ethanol. Xăng sinh học.

Sản xuất và sử dụng cồn ethanol và xăng sinh học trên phương tiện. Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn trên động cơ xăng. Các nghiên cứu trên thế giới. Các nghiên cứu tại Việt Nam.

Kết luận Chương 1. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học. Quá trình cháy trong động cơ xăng. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học.

Lý thuyết mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu. Mô hình cháy. Mô hình truyền nhiệt.

Mô hình phát thải. Một số mô hình phụ khác. 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%. Cấu tạo hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ.

Cơ sở lý thuyết chuyển đổitừ sử dụng xăng thông thường sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%. Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%. Kết luận chương 2. MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN ETHANOL TỚI 100%.

Đối tượng nghiên cứu và xây dựng mô hình động cơ. Đối tượng nghiên cứu. Xây dựng mô hình động cơ. 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%.

Hiệu chuẩn mô hình và đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới tham số của mô hình cháy Fractal. Xác định hệ số dư lượng không khí  của hỗn hợp cháy với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau. Nghiên cứu mô phỏng xây dựng bộ thông số chuẩn với xăng sinh học.

Tính toán mô phỏng lượng nhiên liệu phun đảm bảo hệ số dư lượng không khí  = 1. Tính toán góc đánh lửa sớm để mô men động cơ đạt Memax khi sử dụng xăng sinh học. Kết luận chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.

Đối tượng, nhiên liệu và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm. Đối tượng thử nghiệm. Nhiên liệu thử nghiệm. Trang thiết bị thử nghiệm.

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%. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm. Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ECU phụ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%.

Thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU phụ cho động cơ Toyota 1NZ-FE. Nghiên cứu nạp bộ thông số chuẩn lên ECU phụ. 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. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm.

Kết quả thử nghiệm trên băng thử động cơ. 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. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm với ô tô nguyên bản khi chưa lắp ECU phụ.

Kết quả thử nghiệm với ô tô được lắp thêm ECU phụ. 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 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện.

Luận án có sử dụng một phần kết quả do tôi và nhóm 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.2014/NLSH do PGS.TS Phạm Hữu Tuyến là chủ nhiệm đề tài và tổ chức chủ trì là Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, do Bộ Công Thương quản lý. Tôi đã được chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả của Đề tài cấp nhà nước và việc viết luận án. Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tập thể giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Phạm Hữu Tuyến PGS.TS Phạm Văn Thể Nguyễn Khánh Tùng iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong, Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong đã cho phép và giúp đỡ tôi thực hiện luận án trong thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Hữu Tuyến và PGS. Phạm Văn Thể đã chu đáo, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Cục Ứng dụng và Phát triển công nghệ - Bộ Khoa học và Công nghệ, Ban điều hành đề án Phát triển nhiên liệu sinh học - Bộ Công thương và các đồng nghiệp đã ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ và các nhà khoa học đã dành thời gian quý báu để đọc và góp ý giúp tôi hoàn thiện luận án.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn động viên khuyến khích trong suốt thời gian tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Khánh Tùng v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ/SƠ ĐỒ Hình 1. Tổng mức tiêu thụ năng lượng và mức phát thải CO2 trên thế giới. Sự biến động của giá dầu thô trên thị trường thế giới.

Tăng trưởng phương tiện cơ giới đường bộ. Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza. Tổng sản lượng ethanol hàng năm của các quốc gia/vùng lãnh thổ. Tỷ lệ sản lượng ethanol của các quốc gia/vùng lãnh thổ năm 2015.

Số lượng phương tiện sử dụng nhiên liệu thay thế được đặt hàng và sản xuất hàng năm. Diện tích và sản lượng sắn tại Việt Nam giai đoạn 2001-2011. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới hệ số dư lượng không khí tương đương A/F và hệ số nạp tại các tốc độ 1000, 2000, 3000, 4000 v/ph. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới mô men và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ 1000, 2000, 3000, 4000 v/ph.

Ảnh hưởng của lượng ethanol tăng lên tới hàm lượng khí thải CO, CO2, HC trong phát thải. Thay đổi mô men của động cơ và khi sử dụng xăng sinh học với với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu tới suất tiêu hao nhiên liệu của ô tô. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu tới lượng phát thải khí CO, CO2, HC và NH3.

Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp và hiệu suất nhiệt của động cơ khi sử dụng các loại xăng sinh học E10, E20, E30, E85 so với khi sử dụng xăng thông thường. Tỷ lệ suy giảm phát thải HC và NOx khi động cơ sử dụng các loại xăng sinh học E10, E20, E30, E85 so với khi sử dụng xăng thông thường. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng các loại xăng sinh học tại tốc độ động cơ 5000v/ph. Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học tới mô men, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nhiệt của động cơ tại tốc độ động cơ 2800 v/ph.

Ảnh hưởng của tỷ lệ cồn ethanol trong xăng sinh học tới tính năng động cơ tại tốc độ động cơ 2800 v/ph. Bộ chuyển đổi U. Ethanol Conversion Kits. Lượng phun nhiên liệu được điều chỉnh cho E85.

Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh cho E85. Điều chỉnh lại quá trình phun nhiên liệu khi sử dụng ethanol với tỷ lệ lớn. Điều chỉnh lại góc đóng muộn xu páp khi sử dụng ethanol với tỷ lệ lớn. Điều chỉnh lại cấu tạo buồng cháy bằng cách điều chỉnh lại cấu tạo của piston24 Hình 1.

Tỷ lệ cải thiện công suất của động cơ khi sử dụng xăng sinh học. So sánh phát thải của động cơ khi sử dụng A95 và E10. Quá trình cháy trong động cơ xăng. Quá trình phát triển của màng lửa trong quá trình cháy.

Hình ảnh lan tràn màng lửa trong động cơ xăng. Ảnh hưởng của cháy lốc tới quá trình cháy trong động cơ xăng. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học tới sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học tới thời gian cháy và tỷ lệ hỗn hợp đã cháy.

Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học tới nhiệt độ quá trình cháy. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học tới áp suất trong xy lanh. Một số mô hình phân dạng. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ – ôtô.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ phun xăng. Phương pháp phun độc lập theo trình tự trên động cơ phun xăng .