ethanol docx, pptx cho sinh viên ô tô

NHÓM 6 – 18OT111
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU ETHANOL CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG, THỰC NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

GVHD: HOÀNG NGỌC TÂN
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN TẤN ĐẠT
TRẦN VĂN BẢY
NGUYỄN VĂN HỊA
PHAN HẢI ĐĂNG
NGUYỄN TUẤN HÙNG
TRẦN CƠNG SỸ ĐANG


NHÓM 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ETHANOL
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 1NZ-FE SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU ETHANOL SINH HỌC
CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN

2


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ETHANOL
1.1. KHÁI QUÁT VỀ ETHANOL
Ethanol hay etanol còn được biết là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn. Đây là

một hợp chất hữu cơ dễ cháy, không màu. Là một trong các loại rượu có trong thành phần
của những món đồ uống chứa cồn. Trong dân gian hay được gọi đơn giản là rượu.
Công thức: C2H5OH
Ethanol được sản xuất dựa vào quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự

nhiên. Như lúa mì, lúa mạch, đường, ngơ, sắn, mùn, gỗ,… Trong cơng nghệ tổng hợp hóa
dầu, Ethanol được điều chế bằng dây chuyền cơng nghệ hydrat hóa khí etylen bằng chất
xúc tác acid. Ngồi ra, nó cũng được điều chế thơng bằng cách tách ethanol và nước.
3


1.2. 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 15 ), sôi ở 78,39 , hóa rắn ở -114,15 , tan vơ hạn trong nước. Sở dĩ ethanol tan
tốt trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay adehit có cùng số cacbon là
do sự tạo thanh liên kết hydro giữa các phân tử với nhau và với nước.
1.3. XĂNG SINH HỌC ETHANOL
1.3.1. Tính Chất Lý Hóa Của Xăng Sinh Học
Xăng sinh học là hỗn hợp giữa xăng truyền thống và ethanol theo một tỉ lệ nhất định. Sau khi

phối trộn, xăng sinh học có những thay đổi nhất định về tính chất so với xăng gốc.
Tỷ lệ phối trộn các nhiên liệu ethanol-xăng(E0; E5; E10; E20; E30) ở đây E chỉ ethanol và số

tiếp theo chỉ phần trăm ethanol (E5 có nghĩa là 5% ethanol được pha trộn với 95% xăng).
4


1.3.2. Tính Chất Của Xăng Sinh Học Ethanol

Ethanol được trộn vào xăng có vai trị như một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng

thay phụ gia chì. Ethanol giúp tăng chỉ số octane và giúp động cơ có thể hoạt động được
tốt hơn, bền hơn.
Xăng được nén ở trong xi-lanh động cơ xe ô tô và xe máy trước khi đốt, xăng càng được

nén mạnh thì động cơ càng dễ đạt công suất cao, tuy nhiên nếu nén mạnh q mà chưa
kịp đốt thì xăng có thể tự kích nổ và bốc cháy, gây hại cho động cơ. Chỉ số octane (RON
– Research Octane Number) vừa giúp nén xăng tốt hơn vừa giúp tăng khả năng chống tự
kích nổ của xăng, do đó ngành cơng nghiệp xăng ln tìm kiếm các phụ gia để gia tăng
chỉ số octane cho xăng.
5


So sánh các chỉ số giữa xăng truyền thống và xăng sinh học.
6


Tuy nhiên, ethanol không giống với các phụ gia khác ở chỗ bản thân nó

có thể được xem như một loại nhiên liệu, với chỉ số octane lên tới 109 so
với xăng thơng thường chỉ có chỉ số này là 70, xăng A92 có Ron là 92.
Xăng sinh học có thể thay thế hồn tồn các loại xăng thơng thường, tuy
nhiên để phát huy vai trị của nó, người sử dụng nên lựa chọn các loại
động cơ phù hợp.

7


1.4. ỨNG DỤNG ETHANOL LÀM NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ

Làm nhiên liệu: Ethanol có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn (thông thường được

trộn lẫn với xăng) và trong hàng loạt các quy trình cơng nghiệp khác. Đặc biệt nó
cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của.
Tin tổng hợp trên Mạng Thông tin Khoa học Công nghệ TP.HCM cho biết: Theo

Hiệp hội Nhiên liệu Tái tạo (RFA), các loại xe thông thường có thể sử dụng xăng từ
E0 đến E10. Riêng xăng có hàm lượng ethanol cao, như E85 thì động cơ xe phải
được thiết kế phù hợp. Xe nhiên liệu linh hoạt (FFV- flexible-fuel vehicles) được
thiết kế để chạy bằng một hay nhiều loại nhiên liệu, thường là xăng hay xăng pha
ethanol hàm lượng cao).
8


Xu thế sử dụng ethanol trong xe tăng nhanh, theo

đó, nhiều mẫu xe FFV được các hãng phát triển,
mang nhãn mác của các đại gia sản xuất xe hơi
như General Motors, Ford, Daimler, Chrysler,
Mercury, Mazda, Isuzu, Mercedes và Nissan...
Đến năm 2009 có 36 mẫu được sản xuất, các
hãng dẫn đầu là GM, Chrysler, Ford. Lượng xe
bán ra cũng tăng dần từng năm, ấn tượng nhất là
hãng GM, năm 2005 bán 200.000 chiếc, 2006:
gần 400.000 chiếc, 2007: gần 600.000 chiếc.
9


Tính riêng tháng 12/2011, loại FFV có 27,1 triệu xe ô tô , xe máy và xe tải nhẹ

được bán trên toàn thế giới, tập trung trong bốn thị trường: Brazil (16,3 triệu),
Mỹ (10 triệu), Canada (> 600 ngàn) và châu Âu (> 200 ngàn). Ở Mỹ, đa số sử
dụng xăng E10, có hơn 9 triệu người sử dụng FFV có thể sử dụng xăng E10
đến E85. Ở Brazil, cứ 100 chiếc xe ơ tơ bán ra thì có tới 80 chiếc là xe có thể
chạy bằng xăng ethanol hoặc xăng pha ethanol. Tính đến tháng 5/2009, Thụy
Điển có 300.000 xe FFV, dẫn đầu châu Âu. Xe FFV phát triển ở Thụy Điển
nhờ thuế thấp và chỗ đậu xe miễn phí, các xe mới bán ra năm 2008 có 25% là
xe FFV, năm 2009 là 35%.
10


Cấu tạo xe FFV, xe nhiên liệu linh hoạt
11


*Các công nghệ trên xe giúp chiếc xe đạt hiệu suất cao khi dùng nhiên liệu Ethanol:
Electronic control module (ECM): điều khiển hỗn hợp nhiên liệu, thời điểm đánh lửa

và hệ thống khí thải; giám sát hoạt động của phương tiện; bảo vệ động cơ khỏi lạm
dụng và phát hiện và khắc phục sự cố.
Hệ thống xả dẫn khí thải từ động cơ ra ngoài qua ống xả. Một bộ xúc tác ba chiều

được thiết kế để giảm lượng khí thải ra từ động cơ trong hệ thống xả.
Fuel filler: Một vòi phun từ bộ phân phối nhiên liệu gắn vào bình chứa trên xe để làm

đầy bình.
Fuel injection system (Hệ thống phun nhiên liệu điện tử): Hệ thống này đưa nhiên liệu

vào các buồng đốt của động cơ để đánh lửa.
12

Fuel line: Một ống kim loại hoặc ống mềm (hoặc kết hợp của chúng) chuyển

nhiên liệu từ bình chứa đến hệ thống phun nhiên liệu của động cơ.
Fuel pump: Bơm chuyển nhiên liệu từ bình chứa đến hệ thống phun nhiên liệu

của động cơ qua đường nhiên liệu.
Fuel tank (ethanol/gasoline blend) :Tích trữ nhiên liệu trên xe để cung cấp

năng lượng cho động cơ.)

13


Internal combustion engine (spark-ignited): Trong hệ thống này, nhiên liệu

được phun vào ống nạp hoặc buồng đốt, nơi nó được kết hợp với khơng khí và
hỗn hợp khơng khí / nhiên liệu được đánh lửa bằng tia lửa điện từ bugi.
Transmission( hộp số): Bộ truyền động truyền công suất cơ học từ động cơ và /

hoặc động cơ kéo điện để truyền động các bánh xe.
Ngoài ra, đối với nhiên liệu có hàm lượng Ethanol cao như E50 trở lên, cần phần
nạp nhiều nhiên liệu vào buồng đốt và thay đổi góc đánh lửa để có cơng suất tốt
như nhiên liệu xăng thông thường.

14


CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 1NZ-FE SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU ETHANOL SINH HỌC

Toyota Vios sử dụng động cơ 1NZ-FE

15


2.1. XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG

Sơ đồ hệ thống thực nghiệm

16


2.1.1. Động Cơ Thử Nghiệm
Thử nghiệm được thực hiện trên động cơ xăng 1NZ-FE của hãng Toyota. Trước khi

tiến hành thử nghiệm, động cơ đã được bảo dưỡng và đại tu tồn bộ nhằm đảm bảo
tình trạng động cơ hoạt động tốt.

17


2.1.2. Nhiên Liệu Thử Nghiệm
Nhiên liệu thử nghiệm gồm xăng RON92 thông thường và xăng sinh học E10,

E50. Xăng E10 là hỗn hợp gồm 90% xăng RON 92 và 10% cồn ethanol và xăng
E50 là hỗn hợp gồm gồm 50% xăng RON 92 và 50% cồn ethanol theo tỷ lệ thể
tích cùng với một lượng rất nhỏ các chất phụ gia nhằm bảo đảm tính chất nhiên
liệu khơng thay đổi trong quá trình bảo quản.

18


Tính chất xăng E0 và E100
19


2.1.3. Xây Dựng Mơ Hình
Trên cơ sở lý thuyết mơ phỏng

và mơ hình cháy đã nêu ở trên,
sử dụng phần mềm mơ phỏng
AVL Boost, nhóm nghiên cứu
đã xây dựng được mơ hình động
cơ xăng bốn kỳ, đánh lửa cưỡng
bức Toyota 1NZ-FE được thể
hiện trong hình bên.

20


2.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Tiến hành thực nghiệm và mô phỏng động cơ

sử dụng các loại nhiên liệu RON92 (E0), E10
và E50. Với cùng một lượng nhiên liệu cấp
vào tương ứng với chế độ tải 100% và cùng
góc đánh lửa sớm, ta sẽ có đường đặc tính
cơng suất của động cơ như hình bên. Ở đây,

cơng suất của động cơ thay đổi không nhiều
khi sử dụng nhiên liệu E10 (giảm trung bình
0,7%) nhưng thay đổi khá nhiều khi sử dụng
E50 (giảm trung bình 21,9%) so với khi sử
dụng E0.
21


Trong hình bên (áp suất trong xi lanh

động cơ ở tốc độ 3500v/phút, 100%
tải.), với tốc độ 3.500 vịng/phút, góc
đánh lửa sớm của động cơ là 9,5˚ trước
ĐCT và lượng nhiên liệu cung cấp là
0,028g/chu trình. Ta có thể thấy áp suất
trong xy-lanh động cơ khi sử dụng
xăng E10 không thay đổi nhiều so với
E0, thậm chí có những điểm cao hơn
khi sử dụng E0. Tuy nhiên, với động
cơ sử dụng xăng E50 thì áp suất trong
xi lanh động cơ ứng giảm rõ rệt.
22


Điều này có thể lí giải là do nhiệt trị thấp của Ethanol thấp hơn khá nhiều so với xăng

thông thường . Khi pha trộn xăng E10 thì nhiệt trị thấp của hỗn hợp giảm xuống không
đáng kể (41,8MJ/kg), thêm vào đó E10 chứa 3,74% ơ-xy về khối lượng do đó q trình
cháy diễn ra nhanh hơn và hồn tồn hơn. Trong khi đó, nhiệt trị thấp của E50 chỉ là
35,2MJ/kg đồng thời khả năng bay hơi và hòa trộn với khơng khí kém nên cơng suất của

động cơ giảm khá nhiều so với khi sử dụng xăng thông thường.

23


Như vậy, với xăng ethanol có tỉ lệ cồn

thấp trong hỗn hợp thì ta khơng cần thay
đổi lượng nhiên liệu cung cấp và kết cấu
của động cơ vẫn có thể đảm bảo các tính
năng kĩ thuật của động cơ.
Tuy nhiên, để đảm bảo các tính năng kĩ

thuật của động cơ khi sử dụng xăng
ethanol có tỉ lệ cồn lớn (E50) nhóm
nghiên cứu tiến hành thay đổi lượng
nhiên liệu cung cấp và góc đánh lửa sớm.
24


2.2.1. Thay Đổi Lượng Nhiên Liệu Cung Cấp
Khi giữ nguyên lượng nhiên liệu, do nhiệt trị thấp của ethanol thấp hơn xăng

nên công suất động cơ sẽ giảm. Với một tốc độ, lượng nhiên liệu khơng đổi thì
lượng khơng khí cấp vào xy-lanh cũng khơng đổi. Trong khi đó, do trong
ethanol có ơ-xy nên lượng khơng khí lí thuyết để đốt cháy hồn tồn 1kg
ethanol ít hơn xăng. Vì vậy, hỗn hợp nhiên liệu càng nhạt đi khi tăng tỉ lệ
ethanol trong hỗn hợp. Như vậy, công suất động cơ giảm xuống khi tăng tỉ lệ
cồn ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu, do đó lượng nhiên liệu tiêu hao sẽ tăng
lên. Nhóm nghiên cứu đã thay đổi lượng nhiên liệu E50 và giữ nguyên các

thông số khác của động cơ.
25