Luận án Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% cho động cơ xăng

Tên luận án:

Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% cho động cơ xăng

Ngành:

Thông tin về ngành không được cung cấp rõ ràng trong văn bản.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này, với tiêu đề "Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100% cho động cơ xăng", giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải từ xe cơ giới bằng cách nghiên cứu và triển khai giải pháp kỹ thuật chuyển đổi động cơ phun xăng điện tử đa điểm để sử dụng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn ethanol cao, lên đến 100%. Đề tài được thực hiện trong bối cảnh Việt Nam đang thúc đẩy áp dụng xăng sinh học E5, E10 và nhu cầu nghiên cứu sâu hơn về việc sử dụng ethanol nồng độ cao.

Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ Toyota 1NZ-FE lắp trên xe Toyota Vios, sử dụng các loại nhiên liệu thử nghiệm từ xăng khoáng RON 92 đến các hỗn hợp xăng sinh học E30, E50, E85 và E100. Phương pháp nghiên cứu kết hợp mô phỏng lý thuyết bằng phần mềm AVL-Boost và thực nghiệm trên băng thử động cơ và ô tô để hiệu chuẩn mô hình, xây dựng bộ thông số chuẩn, và đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật cũng như phát thải của động cơ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy luận án đã thành công trong việc xây dựng mô hình động cơ và bộ điều khiển ECU phụ có khả năng tự động nhận biết tỷ lệ ethanol, điều chỉnh lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm phù hợp. Khi sử dụng bộ chuyển đổi, công suất động cơ tăng từ 6,30% (E30) đến 16,61% (E100) so với RON92, mặc dù suất tiêu hao nhiên liệu cũng tăng. Về phát thải, hàm lượng CO và HC giảm đáng kể, trong khi NOx có xu hướng tăng ở tỷ lệ cồn trung bình (lên đến 16,41% với E50) và giảm khi tỷ lệ cồn cao hơn (E85, E100). Đặc biệt, thời gian tăng tốc của ô tô khi lắp ECU phụ được cải thiện đáng kể, cho thấy hiệu quả của giải pháp. Luận án cung cấp cơ sở dữ liệu và giải pháp kỹ thuật khả thi, góp phần thúc đẩy sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu khoáng, và bảo vệ môi trường tại Việt Nam.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• Chương 1. Tổng quan
  • 1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
    • 1.1.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học
    • 1.1.2. Các loại nhiên liệu sinh học được sử dụng trên phương tiện
      • 1.1.2.1. Định nghĩa, phân loại
      • 1.1.2.2. Một số loại nhiên liệu sinh học thường dùng
  • 1.2. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học
    • 1.2.1. Nhiên liệu cồn ethanol
      • 1.2.1.1. Nguồn gốc, phương pháp sản xuất cồn ethanol
      • 1.2.1.1. Tính chất của cồn ethanol
    • 1.2.1. Xăng sinh học
      • 1.2.1.1. Khái niệm
      • 1.2.2.2. Tính chất của xăng sinh học
    • 1.2.3. Sản xuất và sử dụng nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học trên phương tiện
      • 1.2.3.1. Trên thế giới
      • 1.2.3.2. Tại Việt Nam
  • 1.3. Các nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn trên động cơ xăng
    • 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới
      • 1.3.1.1. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học trên động cơ xăng
      • 1.3.1.2. Chuyển đổi từ động cơ sử dụng xăng thông thường sang động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn
      • 1.3.1.3. Thiết kế, chế tạo động cơ mới chuyên dụng cho phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (FFV)
    • 1.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam
      • 1.3.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học trên động cơ xăng
      • 1.3.2.2. Chuyển đổi từ động cơ sử dụng xăng thông thường sang động cơ sử dụng xăng sinh học
  • 1.4. Kết luận Chương 1
• Chương 2. Cơ sở lý thuyết
  • 2.1. Quá trình cháy của động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học
    • 2.1.1. Quá trình cháy trong động cơ xăng
    • 2.1.2. Quá trình cháy của xăng sinh học
  • 2.2. Lý thuyết mô phỏng động cơ xăng khi sử dụng xăng sinh học
    • 2.2.1. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu
    • 2.2.2. Mô hình cháy
      • 2.2.2.1. Các mô hình cháy dùng trong mô phỏng động cơ đốt cháy cưỡng bức
      • 2.2.2.2. Mô hình cháy Fractal
    • 2.2.3. Mô hình truyền nhiệt
    • 2.2.4. Mô hình phát thải
      • 2.2.4.1. Mô hình hình thành NOx
      • 2.2.4.2. Mô hình hình thành CO
      • 2.2.4.3. Mô hình hình thành HC
    • 2.2.5. Một số mô hình phụ khác
      • 2.2.5.1. Mô hình nạp, thải
      • 2.2.5.2. Mô hình kích nổ
      • 2.2.5.3. Mô hình tính toán tổn thất cơ giới
  • 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%
    • 2.3.1. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ Toyota 1NZ-FE
      • 2.3.1.1. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ phun xăng
      • 2.3.1.2. Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Toyota 1NZ-FE
      • 2.3.1.3. Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Toyota 1NZ-FE
    • 2.3.2. Cơ sở lý thuyết chuyển đổi hệ thống phun xăng điện tử động cơ Toyota 1NZ-FE sang sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%
      • 2.3.2.1. Sơ đồ hệ thống
      • 2.3.2.2. Tín hiệu điều khiển
      • 2.3.2.3. Cảm biến tỷ lệ cồn ethanol trong nhiên liệu
      • 2.3.2.4. Bộ điều khiển ECU phụ
    • 2.3.3. Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%
      • 2.3.3.1. Bộ dữ liệu chuẩn trong động cơ xăng
      • 2.3.3.2. Phương pháp xây dựng bộ thông số chuẩn cho động cơ khi sử dụng xăng sinh học
  • 2.4. Kết luận chương 2
• Chương 3. Mô phỏng động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới 100%
  • 3.1. Đối tượng nghiên cứu và xây dựng mô hình động cơ
    • 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
    • 3.1.2. Xây dựng mô hình động cơ
  • 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%
    • 3.2.1. Hiệu chuẩn mô hình và đánh giá khả năng thích ứng của ECU nguyên bản
    • 3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol lớn tới thông số của quá trình cháy
    • 3.2.3. Xác định hệ số dư lượng không khí λ của hỗn hợp cháy với các tỷ lệ cồn ethanol khác nhau
  • 3.3. Nghiên cứu mô phỏng xây dựng bộ thông số chuẩn với xăng sinh học
    • 3.3.1. Tính toán mô phỏng lượng nhiên liệu phun đảm bảo hệ số dư lượng không khí λ = 1
    • 3.3.2. Tính toán góc đánh lửa sớm để mô men động cơ đạt Memax khi sử dụng xăng sinh học
  • 3.4. Kết luận chương 3
• Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm
  • 4.1. Đối tượng, nhiên liệu và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
    • 4.1.1. Đối tượng thử nghiệm
    • 4.1.2. Nhiên liệu thử nghiệm
    • 4.1.3. Trang thiết bị thử nghiệm
      • 4.1.3.1. Thử nghiệm động cơ
      • 4.1.3.2. Thử nghiệm ô tô
  • 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%
    • 4.2.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm
    • 4.2.2. Kết quả thử nghiệm
      • 4.2.2.1. Kết quả thử nghiệm lấy số liệu hiệu chuẩn mô hình
      • 4.1.2.2. Kết quả thử nghiệm hiệu chuẩn bộ thông số chuẩn cho động cơ
  • 4.3. Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển ECU phụ khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn ethanol tới 100%
    • 4.3.1. Thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU phụ cho động cơ Toyota 1NZ-FE
      • 4.3.1.1. Chế tạo mạch điều khiển của ECU phụ
      • 4.3.1.2. Nghiên cứu lập trình bộ điều khiển ECU phụ cho động cơ ô tô
    • 4.3.2. Nghiên cứu nạp bộ thông số chuẩn lên ECU phụ
      • 4.3.2.1. Nghiên cứu nạp bộ thông số chuẩn lên ECU phụ
      • 4.3.2.2. Phần cứng nạp chương trình
      • 4.3.2.3. Phần mềm nạp chương trình
  • 4.4. Thử nghiệm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ xăng khi sử dụng bộ chuyển đổi trên băng thử động cơ
    • 4.4.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm
    • 4.4.2. Kết quả thử nghiệm trên băng thử động cơ
  • 4.5. Thử nghiệm tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe ô tô với bộ chuyển đổi trên băng thử ô tô
    • 4.5.1. Mục tiêu, phương pháp và chế độ thử nghiệm
    • 4.5.2. Kết quả thử nghiệm với ô tô nguyên bản (chưa lắp bộ chuyển đổi ECU phụ)
    • 4.5.3. Kết quả thử nghiệm với ô tô lắp bộ chuyển đổi
  • 4.6. Kết luận Chương 4
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
  • Kết luận chung:
  • Hướng phát triển của đề tài: