Nghiên Ứu Đánh Giá Tính Năng Kỹ Thuật Và Phát Thải Ủa Ô Tô Xăng Khi Huyển Đổi Sử Dụng Nhiên Liệu Linh Hoạt.pdf

B GIÁO DC VO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐÀO TẤT THẮM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ
PHÁT THẢI CỦA Ô TÔ XĂNG KHI CHUYỂN ĐỔI
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LINH HOẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Phạm Hữu Tuyến

HÀ NỘI - 2017

17083300036708a19af38-e011-4056-a586-55907f3e3b5a
1708330003670155715ea-ad67-49c9-a646-c289e5c8648d
17083300036709be6bda5-10c9-4efc-ac58-5f9b68000c9a


B GIÁO DO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐÀO TẤT THẮM

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ
PHÁT THẢI CỦA Ô TÔ XĂNG KHI CHUYỂN ĐỔI
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LINH HOẠT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số : 62520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Phạm Hữu Tuyến

HÀ NỘI - 2017


MỤC LỤC
MC LC ................................................................................................................. i
L ..................................................................................................... iii
LI C........................................................................................................... iv
DANH MC CÁC KÝ HIT TT................................................ v
DANH MC HÌNH V .......................................................................................... vii
DANH MC BNG BIU ....................................................................................... x
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1. Lý do ch tài: .................................................................................................. 2
2. Mu: ............................................................................................ 2
3. ng và phm vi nghiên cu: ........................................................................ 2
4. Phu: ...................................................................................... 2
5. Ý c và tính thc tin c tài: ...................................................... 3
6. Cu trúc lu .................................................................................................. 3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG TIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU

LINH HOẠT .............................................................................................................. 4
1.1.Tng quan v nhiên liu sinh hc ........................................................................ 4
1.1.1.Gii thiu chung v nhiên liu sinh hc ...................................................... 4
m ca nhiên liu sinh hc ..................................................... 5
1.2. Nhiên liu cc............................................................ 6

1.2.1.Nhiên liu cn ethanol ................................................................................. 6
1.2.2.Nhiên lic ........................................................................... 11
1.2.3. Tình hình sn xut và s dng ethanol ..................................................... 15
1.3.V s dc có t l cn ethanol l .............. 19
1.3.1. Nghiên cu và ng d    dng nhiên liu linh hot trên th
gii ........................................................................................................................... 19
1.3.2.Nghiên cu v s dc có t l cn s dng nhiên liu linh
ho Vit Nam. ................................................................................. 25
CHƢƠNG II : QUY TRÌNH THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN ĐỔI Ô

TÔ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SANG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LINH HOẠT
................................................................................................................................. 30
2.1. Phân tích h th n t nguyên b   
1NZ FE. ................................................................................................................... 30

i


2.2. Nghiên cu xây dng b thông s chun ......................................................... 32
2.2.1. Nghiên cu mô phng. ............................................................................ 32
2.2.2. Nghiên cu th nghim ............................................................................. 42
2.2.3. Trang thit b th nghim .......................................................................... 44
2.2.4. Kt qu thc nghia sm ti các t l pha trn khác nhau. 45
2.2.5. Kt qu thc nghing nhiên liu phun ............................. 46
2.3. Thit k ch to b u khin ECU ph  ... 47
2.3.1. Thit k  nguyên lý ECU ph ......................................................... 47
2.3.2. Ch to mu khin ca ECU ph................................................... 49
2.3.3. Lp trình và np b iu khin lên ECU ph  .............. 49
CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM BỘ CHUYỂN
ĐỔI TRÊN Ô TÔ .................................................................................................. 52

3.1.Quy trình lt b chuyi lên xe ơ tơ. ..................................................... 52
3.1.1.Gii thiu chung v xe ô tô Toyota Vios 1.5. ......................................... 52
3.1.2. Lt b chuyi lên xe ô tô. ......................................................... 56
3.2. Th nghi thut và phát thi khi lp b chuyi
lên ô tô ..................................................................................................................... 59
3.2.1 . Trang thit b và ch  th nghim...................................................... 59
3.2.1.1. Trang thit b th nghim ................................................................ 59
ng và ch  th nghim ..................................................... 60
3.2.2. Kt qu th nghim vi ô tô nguyên bn .............................................. 61
3.2.3. Kt qu th nghim vi ô tô lp b chuyi ...................................... 64
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................... 71
TÀI LIU THAM KHO ....................................................................................... 72
Ph l ng lc h ............................................................... 76
Ph lc 2. T phân tích khí thi CEBII ................................................................... 77
Ph lc 3. Cân nhiên liu 733S ............................................................................... 81
Ph l lý thuy ......................................................... 82

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả trong luận văn là do bản thân thực
hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm
Hữu Tuyến. Ngoài tài liệu tham khảo đã liệt kê, các số liệu tính tốn và thử
nghiệm trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ
cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2017
Giáo viên hướng dẫn

Học viên

Phạm Hữu Tuyến

Đào Tất Thắm

iii


LỜI CẢM ƠN
 hoàn thành lu c nhiu s  t các thy
ng nghip, b
Tôi xin gi li cn PGS.TS Phm Hu Tuyng dn
tôi ht sc t     m   tơi có th thc hin và hồn
thành lu
Tơi xin chân thành biy, cơ B mơn, Phịng thí nghit
trong, Vi  ng lc - i hc Bách khoa Hà N    và
dành cho tôi nhu kin ht sc thun l hoàn thành lu
Xin gi li c n Ban giám hiu, Ban ch nhing lc và
các thy cô trong B ng thc hành ô tô  i hm k thut
u kin thun l tôi trong quá trình thc nghim nghiên cu
hc tp.
C    em hc viên cao hc khóa 2015 B chuyên ngành thc s k
thung lc, bng nghip và nhng viên,
 tôi trong thi gian va qua.
Hà Nội, tháng 10 năm 2017
Tác giả

Đào Tất Thắm

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiu
E5

Din gii
c bao gm 5% etanol và 95%



-

E10

c bao gm 10% ethanol và 90%
N92

-

E15

c bao gm 15% ethanol và 85%


-

E20

c bao gm 20% ethanol và 80%


-

E85

c bao gm 85% ethanol và 15%


-

E100

Eth

-

CO

Mơnơxit cácbon

-

HC



-

NO x

Ơxit ni

-

CO2

Cácbonníc

-

Hn hp nhiên liu diesel-ethanol

-

Hi k  gii

-

NLBT

Nhiên liu bin tính

-

TCVN

Tiêu chun Vit Nam

-

NLSH

Nhiên liu sinh hc

-

HDPE

High Density Polyethylene (Nha
c bit)

-




Ch xe máy)
 ô tô con
và xe ti hng nh)

-

ECE R40

Chu trình th châu Âu cho xe máy theo tiêu
chun Euro II

-

E-Diezel
SAE

v


ECE15-05

Chu trình th châu Âu cho xe con và xe ti
hng nh

-

Tiêu th nhiên liu

l/100km

Phn mm mô phng mt chiu ca hãng AVL
(Áo)

-

m cht trên

-



H s ng khơng khí

-

A/F

u

-

T phân tích khí thi

-

ETB

 tính
ng lc hc cao)

-

TCB

c chy bn

-

STB

Sau chy bn

-

Ne

Cơng sut

kW

Me

Mơmen

Nm

ge

Sut tiêu th nhiên liu

g/kW.h

UN

nh các hóa cht nguy him.

-

FC
AVL-Boost


CEBII

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ

 sn xut ethanol t cenlulozo ............................................... 8
Hình 1.2. Áp sui 37,80C........................................................ 13
Hình 1.3. S  s octan  l ethanol........................................ 14
ng nhiên liu sinh h ......................... 16
Hình 1.5. ng ca t l ethanol ti h s  
 s np (b) ............................................................................. 20
Hình 1.6. ng ca t l ethanol ti phát thi CO, HC và CO2 ........... 21
Hình 1.7. ng ca t l ethanol ti phát thi NOx .............................. 22
Hình 1.8 Các thơng s kinh t k thut và phát thi c
dng nhiên liu E5 và E10 so vi nhiên li ng .................. 26
Hình 2 h thu khin t 
1NZ FE ............................................................................................................ 31
     khi hot ng ca ECU nguyên b     
Toyota 1NZ FE................................................................................................ 32
n mm AVL - Boost
......................................................................................................................... 34
 h thng và hình nh th nghi ................... 35
Hình 2.5 . Công sut, sut tiêu hao nhiên li 20% ti, ECU
ngun bn ...................................................................................................... 38
Hình 2.6. Cơng sut, sut tiêu hao nhiên liu  60% ti, ECU nguyên bn ... 40
Hình 2. 7. Cơng sut, sut tiêu hao nhiên liu  100% ti, ECU nguyên bn 41
Hình 2.8. H thu khin và lp trình ECU ca hãng Woodward ......... 44
a sm t dng E30...................................... 45

a sm t dng E50..................................... 45

vii


a sm t dng E85.................................... 45
a sm t dng E100.................................. 45
c tính thi gian phun nhiên liu khi s dng nhiên liu E30 ... 46
c tính thi gian phun nhiên liu khi s dng nhiên liu E50 ... 46
c tính thi gian phun nhiên liu khi s dng nhiên liu E85 ... 46
c tính thi gian phun nhiên liu khi s dng nhiên liu E100 . 46
 quy trình xây dng b thông s chun ch......... 47
 khi h thng nhiên liu chuyi................................... 48
 nguyên lý ca b u khin ECU ph............................... 48
 mch in................................................................................ 49
Hình 2.21. Mu khin ca ECU ph ơ tơ sau khi hồn thin................ 49
 quy trình ch to b u khin ECU ph ......................... 50
 h thu khin t  ......... 54
 khi hong ca ECU chính ............................................. 55
 khi ca h thu khit
b u khin ph ............................................................................................ 55
Hình 3.4. Cm bi cc l
Vios 1.5 ........................................................................................................... 57
Hình 3.5. Lt b chuyi ECU ph lên xe ơ tơ ................................... 58
Hình 3.6. Phịng th  .................................................................... 59
Hình 3.7. Th nghi  ............... 60
Hình 3.8. Lt b chuyi ECU ph lên xe ơ tơ ................................... 60
Hình 3.9. Cơng sut và sut tiêu hao nhiên liu ô tô Toyota Vios nguyên bn
ti 100 ga, tay s 3........................................................................................... 62
viii

Hình 3.10. Cơng sut và sut tiêu hao nhiên liu ô tô Toyota Vios nguyên bn
ti 100% ga, tay s 4 ....................................................................................... 62
   i thông s k thut và phát thi ca ô tô Toyota Vios
nguyên bn khi s dc so vi 100% ga..... 63
ng phát thi và tiêu hao nhiên liu ca ơ tơ theo
chu trình th Euro 2 ........................................................................................ 64
Hình 3.13. Cơng sut và sut tiêu hao nhiên liu ca ô tô lp b chuyi 
100% ga, tay s 3 ............................................................................................ 65
Hình 3.14. Cơng sut và sut tiêu hao nhiên liu ca ô tô lp b chuyi 
100% ga, tay s 4 ............................................................................................ 66
i thông s k thut và phát thi ca ô tô Toyota Vios lp
b chuyi khi s dng c so vi 100% ga 67
     ng phát thi và tiêu hao nhiên liu ca ô tô
Toyota Vios lp b chuyi th theo chu trình th tiêu chun Euro 2 so
v ............................................................................................ 67

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bng 1.1. Tính cht ca ethanol . ...................................................................... 9
Bng 1.2. so sánh tính cht nhiên lin ethanol .......................... 10
Bng 1.3. Tính cht ca mt s loc ........................................ 12
Bng 2.1. Thông s k thung ............................ 33
Bng nhiên liu cung cp cho chu trình gct a sm
s ...................................................................................................................... 35
Bng nhiên liu ca sm  các ch 

tính ................................................................................................................... 36
Bng 2.4. Công sut, sut tiêu hao nhiên lii
các loi nhiên liu khác nhau  v trí 20% ti ................................................. 37
Bng 2.5. Công sut, sut tiêu hao nhiên lii
các loi nhiên liu khác nhau  v trí 60% ti ................................................. 39
Bng 2.6. Công sut, sut tiêu hao nhiên lii
các loi nhiên liu khác nhau  v trí 100% ti ............................................... 40
Bng 2.7 H s ng khơng khí   các ch  tính tốn ........................ 41
B nghi........................................... 43
Bng 3.1. Thơng s k thut xe ô tô Toyota Vios 1.5 .................................... 52
Bng 3.2. Công sut và sut tiêu hao nhiên liu ô tô Toyota Vios nguyên bn
 100% ga, tay s 3 ......................................................................................... 61
Bng 3.3. Công sut và sut tiêu hao nhiên liu ô tô Toyota Vios nguyên bn
 100% ga, tay s 4 ......................................................................................... 62
Bng 3.4. Kt qu c ca ô tô t n 100 km/h ................... 64
Bng 3.5 Công sut và sut tiêu hao nhiên liu ca ô tô lp b chuyi 
100% ga, tay s 3 ............................................................................................ 65

x


Bng 3.6. Công sut và sut tiêu hao nhiên liu ca ô tô lp b chuyi 
......................................................................................................................... 66
Bng 3.7. Kt qu c t n 100 km/h ca ô tô lp b chuyn
i .................................................................................................................... 68

xi


MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, vic sn xut và s dng nhiên liu sinh hc có kh o và
thân thin v      c nhi c quan tâm nhm gim ph
thuc vào nhiên liu khống và gim ơ nhi ng. Nhiên liu sinh hc có
ngun gc t ng, thc vt có th k   diezel sinh hc, cn ethanol sinh
hc, khí sinh hc, DME sinh hc ng dng
khá ph bin làm nhiên lin giao thơng. Cc ch bin
ch yu t ngơ, sn, mía, xenluloza, khi s dng phi trn v
theo mt t l nh nh to hn hp g    c. Tùy theo t l cn
   c có th là E5 (5% c       th
tích), E10 (10% c n E85 và E100.
Các nghiên cu cho thy s dc có hiu qu làm gi các
thành phc hi trong khí thn gc thc vt nên phát
thi CO2 c tái s dng qua quá trình quang hp. Vi t l ethanol nh i
10%, các nghiên cchng minh có th s d
khơng ci các thơng s u chnh và thông s kt cu. Tuy nhiên vi t l
ethanol ln cn có nhu chp nhm b
thuu qu ca c. Hin nay  Vi
c s dng rng th trình s d
nhiên vi li th v các sn phm nông nghip di dào, ti  n xut cn
ethanol nhiên liu ln nên cn nghiên c nâng cao t l c
sinh hc nh m cc.
 ng yêu cu này, các nhà khoa hc thuc Vi ng l i
hc Bách khoa Hà Nu và phát trin b chuyn
 n t sang s dc có t l cn ethanol lng ti
n s dng nhiên liu linh hot có t l i t n 100%.
  Nghiên cứu đánh giá tính năng kỹ thuật và phát thải của

1

ô tô xăng khi chuyển đổi sử dụng nhiên liệu linh hoạtc hin nh
hiu qu ca vic s dc vi b chuyi nói trên ơ tơ.
2. Mục đích nghiên cứu
- , k thut và phát thi c
chuyi sang s dc có t l ethanol ln.
-  ng làm vic ca b chuy   dng nhiên
liu linh hoc nghiên cu và phát trin ti Phịng thí nghi t
trong, Ving li hc Bách khoa Hà Ni.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1.

ng nghiên cu
 ng nghiên cu ca lu        

 bin  Vit Nam. Xe Toyota Vios 1.5 l n
t Toyota 1NZ  FE.
Nhiên liu th nghim là các hn h    i
các t l        ng là E30, E50, E85 và
E100).
3.2. Phm vi nghiên cu
Nghiên c thut và phát thi ca ô tô vi các lo
sinh hc E30, E50, E85 và E100 và vi b chuyi s dng nhiên liu linh hot
do Vi   ng lc nghiên cu phát trin. Quá trình th nghi c thc
hin ti Phịng thí nghi  i hc Bách khoa Hà Ni.
Ch  th nghim bao gm các ch  t nh và ch  chuyn tip theo
chu trình th tiêu chun Euro 2.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
u c tài ch yu thc nghi chassis
   thng ly mu th   i CVS, h thng phân tích

khí thi CEB II và các thit b ph tr     thng th nghim chuyên
dng trong th nghi, k thut và phát thi c
tin hng nh. Kt qu         i chng gia

2


ng hp s d   c v ng h    n s dng

5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài.
- c ng cc có t l cn ethanol ln t
kinh t, k thut và phát thi cng  Vit Nam.
-   c hiu qu ca b chuy i s dng nhiên liu linh ho c
nghiên cu thit k ch to ti Ving li hc Bách khoa Hà
Ni.
-  Vit Nam s dng nhiên liu sch
và áp dng công ngh tiên tin nhm bo v ng.
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phn m u và kt lun, luc trình bày trong 3 i cu

Mở đầu
Chƣơng 1: Tng quan v n s dng nhiên liu linh hot.
Chƣơng 2: Quy trình thit k ch to b chuyn t sang
s dng nhiên liu linh hot.
Chƣơng 3: Nghiên cu lt và th nghim b chuyi lên ô tô.

3


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG TIỆN SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU LINH HOẠT
1.1.

Tổng quan về nhiên liệu sinh học

1.1.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học
Nhiên liu sinh hc NLSH (Biofuels) là loi nhiên liu c hình thành t các
hp cht có ngun gc ng thc vt (sinh hc   u ch xut t cht
béo c ng thc vt (m ng vt, du da,...),  cc (lúa m, ngô, u
...), cht thi trong nông nghip ( , phân,...), sn phm thi trong công
nghip (, sn phm g thi...), NLSH dùng cho giao thông vn ti gm các
loi (methanol, ethanol, butanol), các loi diezel sinh hc, khí sinh hc biogas [1].
- Tính cht thân thin vi ng khí gây hiu
ng nhà kính (mt hiu ng vt lý khit nóng lên) và ít gây ơ nhim mơi
ng i nhiên liu truyn thng.
- Ngun nhiên liu tái sinh: các nhiên liu này ly t hong sn xut nơng
nghip và có th tái sinh. Chúng giúp gim s l thuc vào ngun tài nguyên nhiên
liu không tái sinh truyn thng.
Tuy nhiên hin nay vn  s di sng còn nhiu hn ch do
  c giá thành sn xut xung th   i nhiên liu truyn thng.
n nhiên liu truyn thng cn kit, NLSH có kh 
ngun thay th [1].
NLSH có th c tm chia thành các nhóm sau:
* Nhiên liệu sinh học rắn
Mt s loi nhiên liu sinh hc rn s dng hàng
ngày trong công vic ni m là g, than và các loi phân thú khô.
Tuy nhiên do yêu cu ca nhiên liu s d ng t trong phi là nhiên
liu có nhit tr   a phi to ra rt ít mu    u sinh
hc rn khơng thích hp s dt trong [1].

4


* Nhiên liệu lỏng
-   c (Gasohol): Bao gm bio-methanol, bio-ethanol, bio-
Trong s các dc này, Bio-ethanol là loi nhiên liu sinh hc thông
dng nht hin nay trên th gii vì có kh n xut  quy mơ cơng nghip t
nguyên liu ch     c ng và nguyên liu cha tinh b 
c, khoai tây, s
- Diezel sinh hc (Biodiezel): là mt loi nhiên liu có tính ch   i
nhiên liu du diezel c sn xut t du m mà t du thc vt
hay m ng vt. Diesel sinh hc nói riêng, hay NLSH nói chung, là mt loi 
ng tái to. Nhìn n hóa hc thì diezel sinh hc là methyl este ca
nhng axít béo [1].
* Khí sinh học (Biogas).
Biogas hay khí sinh hc là hn hp khí methane (CH4) và mt s khí khác phát
sinh t s phân hu các vt cht h    ng ym khí. Thành phn
chính ca Biogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn li là các ch
c N 2, O2, H2   c thu   ng ym khí, xúc tác nh
nhi t 20- s dng biogas làm nhiên
li s dng biogas làm nhiên liu thì phi x lý biogas
c khi s dng to nên hn hp n vi khơng khí. Khí H2S có th 
ti    n phm ca nó là SOx   t khí r c có
 ng nh      n nhi  ngn la, gii hn cháy,
nhit tr thp và t l khơng khí/nhiên liu ca biogas. Do    
c nghiên cu ti nhiu quc gia trên th gi c s dng nhiu trong các
  t trong ch        n s dng biogas
hin vi hóa[1].
1.1.2. Ưu nhược, điểm của nhiên liệu sinh học
n nhiên liu thay th tinh

ng hn ch nhnh. Mt s m ca NLSH so vi các loi nhiên
liu truyn th

5


Ưu điểm:
- Thân thin vi  ng: chúng có ngun gc t thc vt, mà thc vt trong
   ng (quang hp) li s d      hiu ng
nhà kính - mt hiu ng vt lý khin Trá t     
góp pht nóng lên.
- Ngun nhiên liu tái sinh: các nhiên liu này ly t ho ng sn xut nơng
nghip và có th tái sinh. Chúng giúp gim s l thuc vào ngun tài nguyên nhiên
liu không tái sinh truyn thng.
Nhược điểm :
- Phát trin NLSH có ngun gc t các ngun tinh bt hoc các cây thc phm
c cho là không bn vng nu phát trin khơng hp lý thì s  ng ti an
c.
- Kh n xut vi quy mô l  n cung cp khơng n
nh vì ph thuc vào thi tit và nông nghip.
- Công ngh sn xut nhiên liu sinh hc tiên tin (ch to nhiên liu sinh hc t
     , g n có v     y vic ng
dng và s dng nhiên liu sinh hi s ph bin rng.
- NLSH khó ct gi và bo qui các loi nhiên liu truyn thng (d
b bin tính phân hy theo thi gian).
1.2. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học
1.2.1. Nhiên liệu cồn ethanol
Ethanol             
  cháy,
               

].
1.2.1.1. Nguồn gốc, phương pháp sản xuất cồn ethanol
* Nguồn gốc
              
nh

6


-



-



-


               

                
       

nh.
* Phương pháp
              
                


+ ydrat hóa ethylene: E


e  o 
tác axit photphoric:
H2C = CH2 + H 2O => CH 3CH2OH
+  m 6
O 2 .
       
    

      
 : 
 
 ó ha

7