Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E15 trên động cơ đốt trong

Bài báo này, trình bày nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy đã được thực hiện trên động cơ Daewoo A16DMS chạy xăng sinh học với điều kiện trạng thái hoạt động ổn định. Trong nghiên cứu này, công suất động cơ và mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể được đo lường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E15 trên động cơ đốt trong ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 61 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG SINH HỌC E15 TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF E15 BIOFUELGASOLINE FUEL USE IN COMBUSTION ENGINES Bùi Văn Tấn1, Nguyễn Việt Hải2 1 Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Đà Nẵng; vantan4301s@gmail.com 2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nvhai@dut.udn.vn Tóm tắt - Trong những năm gần đây, con người đã phải đối mặt với ô nhiễm từ lượng khí thải động cơ đốt trong và đã trở thành một vấn đề môi trường nghiêm trọng trên thế giới. Xăng sinh học là một trong những nhiên liệu sinh học được tái tạo, thay thế và thân thiện với môi trường đầy hứa hẹn có thể được sử dụng trong động cơ đốt trong với rất ít hoặc không có thay đổi trong động cơ. Bài báo này, trình bày nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy đã được thực hiện trên động cơ Daewoo A16DMS chạy xăng sinh học với điều kiện trạng thái hoạt động ổn định. Trong nghiên cứu này, công suất động cơ và mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể được đo lường. Động cơ sử dụng xăng sinh học E15 với góc đánh lửa tối ưu 4,20 4,60 công suất động cơ tăng 4,53% đến 7,50% ở tốc độ trung bình 2500 vòng/phút ứng với mức tải là 50% và 90%. Công suất động cơ khi sử dụng xăng sinh học E15 vẫn thấp hơn so với động cơ nguyên thủy theo thiết kế. Abstract - In recent years, humans have faced pollutant emissions from general vehicle engines which become a serious environmental problem in the world. Bio-fuel is one of the promising renewable, alternative and environmentally friendly biofuels that can be used in diesel engines with little or no modification in the engine. In the present study, an experimental investigation has been carried out into the combustion and performance characteristics of a Daewoo A16DMS engine running with bio-fuel under steady operation conditions. In this study, engine power and specific fuel consumption are measured. The E15 petrol engine with an optimum ignition angle of 4,20 4,60 ncreases the engine power by 4,53% to 7,50% at an average speed of 2500 rpm for 50% and 90% loads. The engine power of using bio-fule E15 is still lower than that of the original engine designed. Từ khóa - xăng sinh học; E15; Ethanol; xăng E15; nhiên liệu sinh học. Key words - Bio-fuel; E15; Ethanol; E15 gasoline; Biofuels. 1. Giới thiệu Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô. Cùng với việc hoàn thiện các hệ thống của động cơ đốt trong để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường thì các dự án, các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế thì nhiên liệu sinh học được quan tâm hàng đầu đặc biệt là ethanol và buthanol với sản lượng lớn, sản xuất với giá thành tương đối thấp và phân bố rộng khắp các quốc gia. Thời gian gần đây, rất nhiều đề tài nghiên cứu về loại nhiên liệu này, tuy nhiên chủ yếu tập trung sử dụng xăng thương mại RON95 có chỉ số octane cao để phối trộn với ethanol hay butanol mà ít đề cập đến việc sử dụng xăng RON92 và ảnh hưởng của chất lượng loại nhiên liệu sinh học này đến tính năng sử dụng trên các loại động cơ xăng đời mới. Xăng pha ethanol đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới với tỉ lệ pha chế khác nhau. Theo qui định của Chính phủ Việt Nam, xăng pha 5% thể tích ethanol (gọi là xăng E5) được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc từ ngày 1/12/2015. Ethanol là hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của cồn etylic, có số octane cao hơn so với xăng. Do đó Ethanol có thể được sử dụng để nâng cao trị số octane của nhiên liệu nhằm cải thiện hiệu quả của quá trình cháy trong động cơ đốt trong [1], [5]. Mustafa Koc [6], nghiên cứu ảnh hưởng của xăng pha ethanol E50, E85 đến tính năng động cơ, mức độ phát ô nhiễm ở tỷ số nén 10 và 11 và tốc độ động cơ biến thiên từ 1500 đến 5000 vòng/phút cho thấy, khi pha ethanol vào xăng momen động cơ và tiêu hao nhiên liệu tăng, nhưng mức độ phát thải ô nhiễm giảm. Nghiên cứu này cũng cho thấy, xăng pha ethanol cho phép tăng tỷ số nén động cơ mà không xảy ra kích nổ. Do nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol và nhiệt độ bốc cháy của ethanol cao hơn xăng nên thời gian cháy trễ của ethanol bị kéo dài. Vì vậy, để tăng hiệu quả động cơ sử dụng xăng pha ethanol chúng ta cần tăng góc đánh lửa sớm của động cơ theo hàm lượng ethanol [1], [5], [6]. Richie Daniel [3], nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến tính năng động cơ sử dụng xăng pha ethanol, cho thấy ở tốc độ 1500 vòng/phút, góc đánh lửa sớm động cơ sử dụng xăng khoảng 7-8, trong khi đó góc đánh lửa sớm của ethanol khoảng 22. Phuangwongtrakul [4] thử nghiệm xăng pha cồn với thành phần khác nhau, cho thấy momen lớn nhất khi động cơ chạy ở 5000 vòng/phút đạt được với góc đánh lửa sớm là 30, 35 và 40 ứng với xăng E10, E30 và E85 [4]. Mặc khác Thủ tướng Chính phủ Việt Nam cũng đã có Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Theo đó lộ trình áp dụng từ ngày 1/12/2014, xăng sinh học E5 (với mức hòa trộn là 5%) sẽ được sản xuất để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tại 7 địa phương: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa - Vũng Tàu và sẽ chính thức sử dụng rộng rãi trên toàn quốc từ 1/12/2015. Xăng sinh học E10 (với mức hòa trộn là 10%) sẽ được sản xuất để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ trên toàn quốc từ ngày 01/12/2017. Thế giới vẫn còn tranh luận về mức độ ethanol trong xăng có thể ảnh hưởng đến các vật liệu trong xe và gây mòn quá nhiều các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu động cơ. Tuy nhiên, tại Mỹ các nhà sản xuất xe hơi đã đồng ý rằng việc sử dụng xăng lên đến 10% ethanol sẽ không ảnh hưởng đến vận hành các loại xe của họ [1], [2], [7] ...