Tính toán thiết kế hệ thống phanh choxe minibus 12 chỗ ngồi có ứng dụng tính toán nhiệt trong solidworks

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG
LỰC

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-----------------------

-----------------------------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Sinh viên: Nguyễn Đức Dũng... Lớp: Động cơ....................................
Khóa: 48 ......................…… Ngành: Động cơ đốt trong......................
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn.
1. Tên đề tài tốt nghiệp:
Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu nano ơxít xeri CeO 2 cho
nhiên liệu diesel trên động cơ nghiên cứu 1 xilanh AVL5402 tại phịng
thí nghiệm Động cơ đốt trong ĐHBK HN.
2. Các số liệu ban đầu:
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
- Tổng quan về ơ nhiễm khí do khí thải của động cơ đốt trong
- Các thành phần độc hại trong khí thải động cơ diesel
- Phụ gia nhiên liệu nano
- Thử nghiệm đối chứng sử dụng phụ gia nano CeO2

- Kết quả và bàn luận
- Kết luận và hướng phát triển
4. Số lượng và tên các bản vẽ: (Kích thước Ao)
Các bản vẽ liên quan đến nội dung đồ án
5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:.../02/2008
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ../05/2008
Hà Nội, ngày .5.. tháng .02.. năm 2008.
Sinh viên:

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Đức Dũng

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

TS. Lê Anh Tuấn

1

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

MỤC LỤC.
Trang
Lời nói đầu

6

Chương 1: Tổng quan về ơ nhiễm khí do khí thải của động cơ
đốt trong
7
1.1.Đặc điểm phát thải của động cơ

7

1.2.Tình hình ơ nhiễm ở trên thế giới và Việt Nam

8

1.3.Nhiên liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu giảm ô nhiễm và tiêu hao
nhiên liệu
11
1.3.1.Khái quát chung về nhiên liệu thay thế

11

1.3.2.Nhiên liệu Hyđro

13

1.3.3.Nhiên liệu giàu Hyđro

13

1.3.4.Dùng phụ gia nhiên liệu

14

Chương 2: Các thành phần độc hại trong khí thải động cơ
Diesel
15
Chương 3: Phụ gia nhiên liệu nano

18

3.1.Giới thiệu qua về phụ gia nano oxit xeri CeO2

18

3.2.Khái niệm về nano diesel

19

3.3.Tình hình sản xuất và sử dụng nano diesel trong nước và trên thế
giới
20

Chương 4: Thử nghiệm đối chứng sử dụng phụ gia nano oxit
xeri
20
4.1.Chương trình thử nghiệm

20

4.2.Bố trí thí nghiệm

21

4.3.Thiết bị thử nghiệm

24

4.3.1.Động cơ 1 xilanh

26

4.3.2.DINO AMK

29

4.3.3.FUEL BALANCE 733s

30

4.3.4.OPACIMETER

31

4.3.5.THA100

31

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

2

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

4.3.6.Hệ thống làm mát 577

32

4.3.7.Hệ thống PUMA

32

4.3.8.Phần mềm INCA

33

4.3.9.Phần mềm Visioscop

33

4.3.10.Tủ CEB-II

33

4.4.Giới thiệu về phịng thử phân tích khí thải ơtơ trên băng thử Chassis
Dynamometer 48 tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
35

1.Sơ đồ phòng thử

35

2.Băng thử Chassis Dynamometer 48

35

3.Hệ thống lấy mẫu khí xả CVS

37

3.1.Giói thiệu tổng qt về hệ thống thu gom khí xả CVS

37

3.2.Chức năng,nhiệm vụ của các bộ phận trong hệ thống thu gom khí xả
CVS
38
3.2.1.Điểm hịa trộn

40

3.2.2.Hệ thống lọc khơng khí

41

3.2.3.Ống làm lỗng(Tunnel Unit)

42

3.2.4.Tủ phân tích mẫu khí hạt(Particulate Unit)

43

3.2.5.Đầu lấy mẫu phân tích Hydrocacbon(Heated Total Hydrocacbon
Sampling Probe)
45
3.2.6.Bộ phận lấy mẫu một ống Venturi (Sampling Unit)

46

3.2.7.Các túi khí mẫu (Bags Sampler Cabinet)

47

3.2.8.Quạt hút (Blower Unit)

49

3.2.9.Máy tính điều khiển (Control PC)

50

3.3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống lấy mẫu không đổi AVL CEC
CFV
52
3.3.1.Giới thiệu chung về hệ thống CVS

52

3.3.2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu lượng

53

Chương 5: Kết quả và bàn luận

53

5.1.Kết quả đo ở tốc độ 1400v/p

53

5.1.1.Bảng kết quả đo lượng nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p 51
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

3

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

5.1.2.Bảng kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ
1400v/p
55
5.1.3.Bảng kết quả đo mơmen theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p

57

5.1.4.Bảng kết quả đo nồng độ CO2 theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p 58
5.1.5.Bảng kết quả đo nồng độ CO theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p 60
5.1.6.Bảng kết quả đo nồng độ NOx theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p 61
5.1.7.Bảng kết quả đo nồng độ THC theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p63
5.1.8.Bảng kết quả đo độ mờ khói theo đặc tính tải ở tốc độ 1400v/p 64
5.1.9.Bảng kết quả đo công suất ở tốc độ 1400v/p

66

5.2.Kết quả đo ở tốc độ 1800v/p

67

5.2.1. Bảng kết quả đo lượng nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p65
5.2.2.Bảng kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ
1800v/p
69
5.2.3.Bảng kết quả đo mơmen theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p

71

5.2.4.Bảng kết quả đo nồng độ CO2 theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p 73
5.2.5.Bảng kết quả đo nồng độ CO theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p 75
5.2.6.Bảng kết quả đo nồng độ NOx theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p 76
5.2.7.Bảng kết quả đo nồng độ THC theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p78
5.2.8.Bảng kết quả đo độ mờ khói theo đặc tính tải ở tốc độ 1800v/p 80
5.2.9.Bảng kết quả đo công suất ở tốc độ 1800v/p

81

5.3.Kết quả đo ở tốc độ 3000v/p

83

5.3.1. Bảng kết quả đo lượng nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p81
5.3.2.Bảng kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ
3000v/p
84
5.3.3.Bảng kết quả đo mômen theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p

86

5.3.4.Bảng kết quả đo nồng độ CO2 theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p 88
5.3.5.Bảng kết quả đo nồng độ CO theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p 89
5.3.6.Bảng kết quả đo nồng độ NOx theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p 91
5.3.7.Bảng kết quả đo nồng độ THC theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p93
5.3.8.Bảng kết quả đo độ mờ khói theo đặc tính tải ở tốc độ 3000v/p 95
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

4

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

5.3.9.Bảng kết quả đo công suất ở tốc độ 3000v/p

97

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

100

Tài liệu tham khảo

101

Phụ lục

102

Lời nói đầu
Trong những năm qua, hòa chung với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,
ngành Động cơ đốt trong không ngừng vươn lên đạt những thành tựu quan

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

5

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

trọng, đóng góp nguồn động lực to lớn cho nhân loại nhất là trong lĩnh vực
giao thông vận tải.
Để nắm bắt kịp thời những thành tựu của thế giới về lĩnh vực này, Bộ
môn Động cơ đốt trong (ĐCĐT), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội – Cánh
chim đầu đàn của nghành ĐCĐT – được trang bị một phịng thí nghiệm phục
vụ cơng tác nghiên cứu khoa học và học tập. Đây là phòng thí nghiệm với
trang thiết bị hiện đại do hãng AVL (Áo) cung cấp.
Ngày nay, vấn đề phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng vẫn bảo vệ
được môi trường, là vấn đề bức xúc đối với mọi quốc gia và có ý nghĩa tồn
cầu. Nhân loại đang phải nghiên cứu để tìm ra loại nhiên liệu sạch ít ảnh
hưởng đến mơi trường.
Với mục đích nêu trên, cuốn đồ án tốt nghiệp này tập trung nghiên cứu
loại nhiên liệu mới đó là diesel pha phụ gia nano CeO2.
Do những khiếm khuyết của bản thân và do nhiều yếu tố khác, Đồ án này
khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ
bảo của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Anh Tuấn và các thầy cô trong
Bộ môn ĐCĐT đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện hết sức thuận lợi để
em hoàn thành đề tài này.
Hà Nội 20/05/2008
Sinh viên:
Nguyễn Đức Dũng

Chương 1: Tổng quan về ơ nhiễm khí do khí thải của động
cơ đốt trong.
1.1.Đặc điểm phát thải của động cơ.

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

6

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là q trình ơxy hố nhiên liệu,
giải phóng nhiệt năng, diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế
hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều thơng số. Trong q trình
cháy sinh ra các hợp chất trung gian rất phức tạp.
Ở điều kiện lý tưởng sự đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Hidrocácbon với
ơxi trong khơng khí sẽ sinh ra các sản phẩm cháy không độc hại là: CO 2,
H2O thể hiện trong phương trình phản ứng cháy sau đây:
CnH2n + 2 +

3n  2
2

O2 → n CO2 + ( n+1 ) H2O + nhiệt.

Tuy nhiên trong động cơ trạng thái cân bằng hóa học lý tưởng đối với sự
cháy là khó có thể xảy ra. Bởi vì thời gian cho q trình oxi hóa là rất ngắn.
Hơn nữa là sự thiếu đồng nhất của hỗn hợp nhiên liệu, sự thay đổi rất nhanh
của nhiệt độ dẫn đến sinh ra quá trình oxi hóa khơng hồn tồn sinh ra các
chất độc hại như CO, NOx, HC…Nồng độ các chất đôc hại phụ thuộc nhiều
vào kiểu động cơ và điều kiện vận hành động cơ cũng như các chế độ làm
việc của động cơ.

Các khí thải động cơ đốt trong được thải ra ngoài theo các con đường sau
đây:
- Theo đường ống xả: Đây là con đường chiếm tỷ lệ khí thải chủ yếu gây
ra ô nhiễm môi trường, phát sinh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và thải
ra ngồi thơng qua đường ống xả. Khí thải bao gồm các thành phần chính là
N2, và hơi nước chiếm khoảng 83%, cịn lại là CO, CO 2, HC, và các loại ơxít
Nitơ (NOx ) và chì (đối với xăng pha chì).
- Các khí rị lọt: bao gồm những khí rị lọt qua khe hở giữa piston và
xilanh, chủ yếu là Nitơ và ôxi chiếm tỷ lệ lớn trên 90%, phần còn lại là CO 2
và HC hơi nước, và một lượng nhỏ CO, NOx .

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

7

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

- Hơi xăng bay hơi từ thùng nhiên liệu và bộ chế hồ khí, các vị trí khơng
kín khít của đường ống nên chủ yếu là HC (thành phần chính của nhiên liệu
xăng).
1.2.Tình hình ô nhiễm ở trên thế giới và Việt Nam.
Ngày nay, vấn đề phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng vẫn bảo vệ
được môi trường, là vấn đề bức xúc đối với mọi quốc gia và có ý nghĩa toàn
cầu. Ba hội nghị thượng đỉnh toàn cầu lần đầu tiên về phát triển bền vững ở
Rio Gia-de-ne-ro (Braxin-1992), Kyoto (Nhật-1997) và Giơ-han-ne-xbớc

(9/2002) đã nói lên điều đó.
Mơi trường của con người đang bị hủy hoại nghiêm trọng từ nhiều
nguồn khác nhau. Một trong những nguồn ô nhiễm chủ yếu là khí thải của
động cơ đốt trong- động cơ cung cấp tới 80% tổng số năng lượng trên thế
giới.
Hiện nay, trên thế giới có 750 triệu ơ tơ, hàng năm thải ra môi trường
hàng trăm triệu tấn độc hại. Riêng ở Việt Nam, cùng với sự phát triển kinh tế
- xã hội, tốc độ tăng hàng năm của các phương tiện nêu trên khá cao, vì dụ,
tốc độ tăng bình quân xe máy của những năm 90 là 11,94%... Tại thời điểm
31.12.1999 cả nước có 460.000 ơ tơ và 5.585.000 xe máy đang hoạt động,
cuối năm 2003 tăng lên đến 500.000 ô tô, khoảng 11 triệu xe máy, cuối năm
2004 thì con số tương ứng là 523.509 và 13 triệu theo số liệu của Đăng kiểm
Việt Nam. Năm 2006 theo ước tính cả nước ta có khoảng 600.000 ơ tơ và 16
triệu xe máy. Phần lớn số ô tô xe máy tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội
(12%), thành phố Hồ Chí Minh (30%)… gây ơ nhiễm môi trường nặng nề.
Tại đây, nồng độ các chất độc hại tại một số nút giao thông gần khu dân cư
vào giờ cao điểm đã đạt tới giới hạn cho phép. Vì vậy, việc nghiên cứu để
hạn chế ơ nhiễm do khí thải của động cơ là một yêu cầu cấp bách không chỉ
riêng đối với một quốc gia nào.

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

8

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

Ngay từ những năm cuối của thập kỷ 60, Mỹ đã đưa ra các biện pháp
nhằm hạn chế độc hại trong khí thải của ô tô. Châu Âu tiến hành việc này
muộn hơn nhưng cũng bắt đầu vào những năm 70. Ở Việt Nam, với Nghị
định 36/CP có hiệu lực từ ngày 1.8.1995 chúng ta bắt đầu quan tâm đến vấn
đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông gây ra.
Nồng độ các chất độc hại trong khí quyển là một thơng số rất quan trọng
để đánh giá mức độ ô nhiễm. Nồng độ độc hại phụ thuộc trước hết vào mức
độ tập trung công nghiệp và giao thông, thời gian hoạt động cao điểm vv…
Nồng độ độc hại cho phép được ban hành bởi các cơ quan chức năng để bảo
vệ sức khỏe của nhân dân và báo động khi nồng độ độc hại vượt quá giới
hạn cho phép.
Các chất độc hại gây bệnh dịch, ung thư vv… ảnh hưởng đến sức khỏe
con người.
Đối với môi trường thiên nhiên, độc hại làm giảm sản lượng mùa màng, ơ
nhiễm mơi trường khí quyển, đất và nước. Cụ thể, gây xói mịn và làm bạc
màu đất canh tác, phá hủy rừng và đẩy nhanh tốc độ an mịn phá hủy các
cơng trình kiến trúc…
Đối với khí hậu, các chất độc hại phá hủy dần dần tầng ô-zôn – được coi
như tấm áo che chắn giảm thiểu tác hại của tia cực tím và tia vũ trụ đối với
trái đất. Ngoài ra, một số chất độc hại gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi
nhanh chóng khí hậu trái đất.
Tầng khí quyển trái đất dày khoảng 16 km, trên đó cho đến khoảng 50 km
là tầng bình lưu. Trong tầng bình lưu, ngồi các chất khí thơng thường cịn
có các chất khí như CO2, CH4, N2O, O3, CFC11, CFC12…(CFC11, CFC12
là những hợp chất của clo, flo và các-bua-hy-đrô dùng làm dung môi trong
các máy lạnh). Những chất khí kể trên có tính chất đặc biệt là cho tia mặt
trời (gồm chủ yếu các sóng ngắn) đi qua chiếu xuống bề mặt trai đất. Tại

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

9

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

đây, một phần năng lượng biến thành nhiệt và phản xạ lên tầng bình lưu ở
dạng tia nhiệt (sóng dài). Khi gặp các chất khí nêu trên, tia nhiệt bị hấp thụ
và phản xạ lại. Hiện tượng nay được gọi là hiệu ứng nhà kính cịn các chất
khí tạo ra hiệu ứng này được gọi là khí nhà kính. Nhờ có hiện tượng này mà
trái đất của chúng ta ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 15độ C thay vì 17độ C. Tuy nhiên với hoạt động công nghiệp của con người ngay càng gia
tăng nên tốc độ tích tụ các khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày càng lớn hơn
tốc độ phân hủy tự nhiên của chúng. Do đó, lượng khí nhà kính trên tầng
bình lưu ngày một nhiều lên làm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh lên.
Hậu quả là khí hậu trái đất biến đổi nhanh chóng, cụ thể là nhiệt độ trung
bình tăng lên 0,7độ C trong vịng 100 năm qua. Theo dự đốn của các nhà
khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng (đồng nghĩa vơi tốc độ phát
thải CO2 vào tầng bình lưu) như hiện nay thì nhiệt độ trung bình của trái đất
sẽ tăng từ 1,5 đến 4độ C trong vòng 50 năm tới. Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm
băng ở hai cực của trái đất tan ra, nước biển dâng lên làm ngập nhiều thành
phố, làng mạc và đồng bằng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng
trăm triệu con người.
Khí nhà kính có nhiều loại, nhưng ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính
chung khác nhau tùy thuộc vào nồng độ trong tầng bình lưu và hiệu ứng nhà
kính riêng của từng loại. Bảng trên nêu đặc điểm của một số khí nhà kính
phổ biến, trong đó lấy hiệu ứng nhà kính riêng của CO2 làm đơn vị so sánh.

Rõ ràng là, tuy có hiệu ứng nhà kính riêng nhỏ nhưng với nồng độ trong
tầng bình lưu rất lớn nên CO2 ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính chung. Nói
cách khác, CO2 là thủ phạm chính của hiện tượng tăng nhiệt độ trái đất.

Khí nhà kính

CO2

CH4

N2O

Nồng độ(ppm)

348

1,65

0,31

0,02

0,0002

1,0

0,25

0,5

5

Tỷ

lệ

tăng

hàng 0,4

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

10

O3 CFC11

CFC12
0,00032
5

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

năm(%)
Thời gian sống(năm)

8

10

Hiệu ứng nhà kính
riêng

1

32

Tỷ lệ trong ảnh
hưởng tăng nhiệt độ trái
đất(%)

50

4

150

0,1

150

2000 14000

4

8

65

110
17000

5

10

Bảng một số khí nhà kính điển hình

1.3.Nhiên liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu giảm ô nhiễm và tiêu hao
nhiên liệu.
1.3.1.Khái quát chung về nhiên liệu thay thế.
Việc gia tăng một cách nhanh chóng số lượng phương tiện giao thông sử
dụng nhiên liệu xăng và dầu diezel theo cách truyền thống đã tác động ngày
càng xấu tới môi trường; cấm hoặc hạn chế số lượng các phương tiện là biện
pháp không khả thi. Nhiều phương pháp giảm hàm lượng khí xả độc hại đã
được nghiên cứu và áp dụng như đã giới thiệu ở trên. Tuy nhiên các phương
pháp này chỉ hiệu quả ở chế độ ấm máy hoàn toàn, ở chế độ khởi động lạnh
và chạy ấm máy hàm lượng độc hại còn rất cao làm cho hàm lượng độc hại
chung không thể giảm đến mức yêu cầu. Chính vì vậy phương pháp thay đổi
cách thức sử dụng nhiên liệu và dùng nguồn nhiên liệu mới thay thế, sạch, rẻ
hơn cho các phương tiện có sử dụng động cơ đốt trong sẽ là phương án hữu
hiệu trong tương lai. Nhiên liệu thay thế được chia thành các nhóm sau:
- Nhiên liệu cồn Methanol và cồn Ethanol.
- Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) và khí thiên nhiên hố lỏng
(LNG).
- Khí dầu mỏ hố lỏng (LPG)

- Nhiên liệu khí Hyđrô (H2).
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

11

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

- Nhiên liệu giàu Hyđrơ: hỗn hợp của nhiên liệu hóa thạch với hyđrơ.
Nhiên liệu khí có nguồn gốc hố thạch có giá thành rẻ hơn xăng và có tỷ
lệ H/C lớn hơn nên khi cháy thải ra ít CO và CO 2 hơn. Thêm nữa, nhiên liệu
này không chứa benzene và các thành phần các bua hyđrô khác nên sạch hơn
xăng. Nhiên liệu này có khả năng tạo hồ khí tốt, có tính chống kích nổ cao,
khả năng cháy với hỗn hợp nghèo hơn hẳn nhiên liệu xăng cho nên lượng
khí thải độc hại thấp hơn nhiều, có thể giảm 20% lượng CO 2 so với dùng
nhiên liệu xăng.
Hiện nay trên thế giới đang có hơn 1,2 triệu xe sử dụng nhiên liệu khí
thiên nhiên nén (CNG) và gần 1,4 triệu phương tiện sử dụng khí dầu mỏ hóa
lỏng (LPG) chủ yếu ở Achentina, Italy, Canada, Mỹ, Nhật bản. và không chỉ
ở các nước phát triển mà các nước đang phát triển cũng rất quan tâm tới
nguồn nhiên liệu sạch này. Ở Việt Nam, sử dụng nguồn nhiên liệu sạch cũng
là một vấn đề được Đảng và Chính phủ quan tâm và nhất là khi ngành khí
cơng nghiệp ở nước ta rất phát triển và đến nay đã có nhiều chương trình
chạy thử xe dùng nhiên liệu khí. Tuy nhiên do nhiệt trị mole thấp hơn xăng
nên công suất động cơ sẽ thấp hơn nếu cùng kích thước.
Nhiên liệu cồn Methanol và cồn Ethanol cũng đã được sử dụng làm nhiên

liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu với mục đích giảm chi phí, giảm thành
phần độc hại khí xả và tăng trị số ốc tan nhiên liệu trong động cơ xăng. Tuy
nhiên khi chuyển động cơ xăng sang dùng loại nhiên liệu này thì cơng suất
giảm. Thêm nữa, loại nhiên liệu này thường chỉ sẵn có với mức giá chấp
nhận được ở các nước nơng nghiệp và cơng nghiệp mía đường phát triển.
1.3.2.Nhiên liệu Hyđrô.
Bên cạnh các loại nhiên liệu thay thế nói trên, hyđrơ từ lâu đã được xem
như một loại nhiên liệu mong muốn cho động cơ đốt trong. Khác với các
loại nhiên liệu truyền thống, đây là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo và có thể

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

12

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

được sản xuất từ nguồn nước vơ tận và có khả năng sử dụng cho cả động cơ
xăng và động cơ diesel. Hyđrô khi phản ứng với ô xy tao ra sản phẩm sạch,
chỉ có nước và khơng có thành phần ơ nhiễm nào, kể cả CO 2 nên không gây
ô nhiễm môi trường và khơng gây hiệu ứng nhà kính như khi sử dụng các
loại nhiên liệu hóa thạch. Thêm nữa, nhiên liệu này có ưu điểm là cháy
nhanh, trị số ốc tan cao, chống kích nổ tốt, nên cho phép động cơ có thể làm
việc ở tốc độ rất cao, tỷ số nén lớn, nhờ đó mà dễ dàng tăng cơng suất động
cơ. Lợi dụng đặc điểm này, hãng BMW đã sản suất nhiều ô tô chạy nhiên
liệu hyđrô lỏng, đặc biệt là đã lắp động cơ hyđrô công suất cao lên xe series

7, phiên bản xe đua. Giới hạn thành phần hỗn hợp để đảm bảo khả năng
cháy tốt rất rộng nên động cơ có thể làm việc với hỗn hợp rất lỗng, =14,
Do đó động cơ có thể chạy hỗn hợp nghèo để giảm NOx và góp phần làm
tăng tính kinh tế sử dụng động cơ. Mặc dù vậy, nhiên liệu hydro cũng có
một số nhược điểm so với nhiên liệu xăng và diesel là nhiệt trị mole rất thấp
nên nếu không thay đổi kết cấu động cơ khi chuyển từ động cơ chạy xăng
hoặc diesel sang động cơ chạy hồn tồn bằng hydro thì cơng suất động cơ
sẽ bị giảm nhiều. Thêm nữa, việc sản xuất, vận chuyển và tích trữ bảo quản
nhiên liệu hydro đủ để thay thế hồn tồn xăng hoặc diesel khá khó khăn và
tốn kém do nhiên liệu có tỷ trọng rất thấp.
1.3.3.Nhiên liệu giàu hyđrơ.
Chính vì một số nhược điểm của nhiên liệu hyđrơ nói trên nên nhiều nhà
nghiên cứu quan tâm đến việc sử dụng hydro như một thành phần phụ gia
cho nhiên liệu truyền thống. Với phương pháp này, hydro chỉ được cấp một
tỷ lệ nào đó vào trong động cơ để hịa trộn với nhiên liệu chính là xăng,
diesel, hoặc khí thiên nhiên để tạo ra hỗn hợp nhiên liệu giàu hyđrơ (có
hyđrơ ở trạng thái tự do trong hỗn hợp). Nhờ đặc tính cháy nhanh, hydro sẽ
giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu chính tốt hơn nên giảm được thành phần
độc hại khí thải, mở rộng giới hạn cháy và tăng tính chống kích nổ cho động
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

13

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

cơ trong khi không thay đổi kết cấu động cơ so với khi dùng xăng hoặc
diesel. Vấn đề đặt ra là cần có nguồn cung cấp hydro ổn định và tiện lợi
ngay trên xe để động cơ hoạt động liên tục với hỗn hợp nhiên liệu nói trên.
1.3.4.Dùng phụ gia nhiên liệu.
Nhiên liệu của động cơ đốt trong không đơn thuần chỉ là sản phẩm của
một q trình chưng cất từ một cơng đoạn nào đó của dầu mỏ, nó là một sản
phẩm hỗn hợp được lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần kết hợp với 1 số
phụ gia nhằm đảm bảo cho điều kiện vận hành thực tế và lưu trữ bảo quản.
Hơn nữa, ngồi mục đích lưu trữ và bảo quản, phụ gia còn được cho vào
nhiên liệu nhằm mục đích giảm thành phần khí thải độc hại một cách hiệu
quả mà dễ thực hiện nhất. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là
lựa chọn loại phụ gia nào cho phù hợp, hàm lượng pha trộn bao nhiêu, vấn
đề giá thành, công nghệ sản xuất lại là vấn đề hết sức khó khăn.
Có thể hiểu nguyên tắc chung của phương pháp là tạo ra mơi trường ơxi
trong q trình cháy, làm cho nhiên liệu cháy nhanh hơn, tiếp tục cháy một
phần sản phẩm CO, HC độc hại. Hơn nữa, chúng hình thành mơi trường
Hydro tạo ra phản ứng xúc tác q trình cháy làm cho q trình cháy hồn
thành một cách tốt nhất.
Nitromethane, một hợp chất hữu cơ mới được phát hiện như một phụ gia
mới khi pha vào nhiên liệu với một hàm lượng rất nhỏ.

Chương II. Các thành phần độc hại trong khí thải động cơ
Diesel.

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

14

Lớp: Động cơ – K48

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

Trên hình 1.1 trình bày tỷ lệ trung bình tính theo khối lượng các chất độc
hại trong khí thải động cơ xăng theo chương trình thử đặc trưng của châu
Âu.
Trong số này chỉ có một số thành phần có tính độc hại đối với môi trường
và sức khoẻ của con người
nên được gọi là thành phần
độc hại. Cụ thể như sau:
- CO : o-xýt-các-bon hay
cịn gọi là mơ-nơ-xít-cácbon là sản phẩm cháy của C
trong nhiên liệu trong điều
kiện thiếu ô xy. Mô-nô-xýtcác-bon ở dạng khí khơng
màu, khơng mùi. Khi kết
hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản q
trình hấp thụ ơ xy của hê-mơ-glơ-bin trong máu, làm giảm khả năng cung
cấp ô xy cho các tế bào trong cơ thể. Mơ-nơ-xít-các-bon rất độc, chỉ với một
hàm lượng nhỏ trong khơng khí có thể gây cho con người tử vong. Hàm
lượng cực đại cho phép [CO] = 33 mg/m3. Trong khí thải của động cơ diesel,
tuy  .  1 và khá lớn ( thừa ô-xy ) nhưng vẫn có thành phần CO mặc dù khá
nhỏ là do vẫn có những vùng cục bộ thiếu ơ-xy với  .  1 . Khi  tăng, ban
đầu CO giảm do nồng độ ô-xy tăng và dạt cực tiểu tại  2 . Tiếp tục tăng 
, CO tăng do tỷ lệ tái hợp của CO với ô-xy trong q trình giãn nở giảm đi
nên lượng CO cịn lại trong khí thải tăng lên.
- CmHn : (cịn được ký hiệu là HC - Hydrocarbon) là các loại các-bua-hyđro co trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải.
Các-bua-hy-đrơ có rất nhiều loại. Mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau nên
khơng thể đánh giá chung một cách trực tiếp. Ví dụ, pa-ra-phin và naph-taSVTH: Nguyễn Đức Dũng

15

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

nin có thể coi là vô hại. Trái lại, các loại các-bua-hy-đrô thơm thường rất
độc, ví dụ như các-bua-hy-đrơ có nhân ben-zen có thể gây ung thư. Để đơn
giản đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường , người ta chỉ đưa ra thành phần
các-bua-hy-đrơ tổng cộng trong khí thải (Total Hydrocarbon viết tắt là TH).
Các-bua-hy-đrơ tồn tại trong khí quyển cịn gây ra sương mù, gây tác hại
cho mắt và niêm mạc đường hô hấp. Do  lớn nên CmHn trong động cơ
diesel so với ở động cơ xăng cũng nhỏ hơn. Khi  tăng, nhiệt độ cháy giảm
nên phần nhiên liệu không cháy được CmHn sẽ tăng lên.
- NOx : ô-xýt-ni-tơ là sản phẩm ơ xy hóa ni-tơ có trong khơng khí (một
thành phần của khí nạp mới) trong điều kiện nhiệt độ cao. Do ni-tơ có nhiều
hóa trị nên ơ-xýt-ni-tơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung la
NOx . Trong khí thải của động cơ đốt trong NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu là
NO2 và NO. Khi  tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần NO x giảm. So
với động cơ xăng thì động cơ diesel có NO x thấp hơn. Tuy nhiên, thành phần
NO2 trong NOx lại cao hơn, chiếm tới 5 15% trong khi tỷ kệ này của động
cơ xăng là 2 10%.
- NO2 : pe-ơ-xýt-ni-tơ là một khí có mùi gắt và mầu nâu đỏ. Với một hàm
lượng nhỏ cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc. Khi tác dụng với hơi
nước sẽ tạo thành a-xit gây ăn mòn các chi tiết và đồ vật. [NO2] = 9mg/m3
- NO : mô-nô-xýt-ni-tơ NO là thành phần chủ yếu của NO x trong khí thải.

NO là một khí khơng mùi , gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn
thương niêm mạc. Trong khí quyển, NO khơng ổn định nên bị ô-xy hóa tiếp
thành NO2 va kết hợp với hơi nước tạo thành a-xit ni-tơ-ríc HNO 3. [NO] =
9mg/m3
- An-đê-hýt: có nhiều dạng khác nhau nhưng có chung một cơng thức
tổng quát là C-H-O. An-đê-hýt có tác dụng gây tê và có mùi gắt. Một số loại
có thể gây ung thư. Đối với fooc-môn-đê-hýt, hàm lượng cực đại cho phép là
0,6mg/m3
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

16

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

- CO2 : là sản phẩm cháy hồn tồn của các-bon với ơ-xy. Tuy CO 2 koong
độc đối với sức khỏe con người nhưng với nồng độ quá lớn sẽ gây ngạt,
[CO2] = 9000mg/m3 . Ngồi ra, CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhà
kính.
- P-M: Theo định nghĩa của Tổ chức bảo cệ mơi trường bang Ca-li-phooclia thì P-M là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hịa trộn
với khơng khí (làm lỗng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,7độ C và được tách ra
bằng một bộ lọc quy định. Với định nghĩa như vậy, P-M gồm các hạt rắn và
các chất lỏng bám theo. Các hạt rắn gồm: cac-bon tự do và tro cịn gọi là bồ
hóng (soot), các chất phụ gia dầu bôi trơn, các hạt và vảy tróc do mài mị…
Chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiên liệu và dầu bơi trơn.
Các hạt rắn gây độc hại với con người trước hết đối với đường hơ hấp.

Ngồi ra một số loại các-bua-hy-đrơ thơm bám vào muội than có thể gây
ung thư. Đối với mơi trường, P-M cịn là tac nhân gây sương mù, ảnh hưởng
đến giao thông và sinh hoạt của con người.

Chương III. Phụ gia nhiên liệu nano.
3.1.Giới thiệu qua về phụ gia nano oxit xeri CeO2.
Oxit xeri Ceo2 là một chất có khả năng xúc tác có lợi trong buồng cháy
của động cơ đốt trong. Thông thường, CeO2 được chuẩn bị ở dạng hạt rất bé
và được hòa trộn với nhiên liệu diesel ở dạng phụ gia với nồng độ rất thấp.
Thơng qua thuộc tính oxi hóa và khử của nó, CeO2 có thể oxi hóa ở nhiệt độ

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

17

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

thấp muội than và các hidrocacbon có trong khí thải của động cơ thành
dioxit cacbon CO2 và nước H2O , làm giảm mức độ ảnh hưởng của khí thải
độc hại đến con người và mơi trường. Bên cạnh đó, CeO2 cịn có tác dụng
giũ sạch muội than gắn ở trên thành của buồng cháy, làm cho buồng cháy
của động cơ sạch hơn và tạo cơ hội có được hiệu suất cháy cao hơn. Qua đó
cho phép động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Việc sử dụng oxit xeri CeO2 làm phụ gia cho nhiên liệu diesel nhằm giảm
khí thải độc hại và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ đốt trong là một trong

những công nghệ phụ gia nano cho nhiên liệu tiên tiến, được phát triển , thử
nhiệm và sử dụng thử ở khá nhiều nước như Anh Quốc , Mĩ , Singapore. Ở
Việt Nam , đây là lần đầu tiên CeO2 được nghiên cứu sử dụng cho động cơ .
Thử nghiệm đối chứng đã được tiến hành trên động cơ diesel một xilanh
AVL 5402 tại phịng thí nghiệm động cơ đốt trong, đại học Bách Khoa Hà
Nội. Trong đó , hai loại nhiên liệu (diesel truyền thống và diesel pha phụ gia
nano CeO2) được lần lượt sử dụng cho động cơ để khảo sát và so sánh về
các tính năng kinh tế , kĩ thuật và mức độ phát thải độc hại của động cơ.
Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy triển vọng lớn trong việc sử dụng
loại phụ gia này cho nhiên liệu diesel .

3.2.Khái niệm về nano diesel.
Phụ gia nano CeO2 do công ty NanoScience Innovation Pte Ltd của
Singapore phát triển ở dạng dung dịch phụ gia lỏng (hình 1). Dung dịch này
chứa 99% diesel , gần 1% chất hoạt tính bề mặt và phần cịn lại là CeO2.
Dung dịch phụ gia này được hòa trộn với nhiên liệu diesel truyền thống có
sẵn trên thị trường Việt Nam với tỉ lệ 1/5000 . Với tỉ lệ đó nồng độ CeO2 có
trong nhiên liệu diesel sẽ khơng vượt q 10 phần triệu (10ppm).
SVTH: Nguyễn Đức Dũng

18

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

Các hạt CeO2 có kích thước rất bé, đường kình từ 5 đến 10 nano mét (5 

10 nm) như được thể hiện qua hình ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử ở hình
2. Đường kình này nhỏ hơn hàng nghìn lần so với kích thước của lỗ vịi
phun .
Với kích thước bé, các hạt nano CeO2 sẽ đảm bảo không gây ảnh hưởng
đến sự hoạt động bình thường của bất kể kết cấu cơ khí nào của động cơ .
Ngồi ra , do kích thước hạt bé nên chỉ với một lượng rất nhỏ phụ gia nano
CeO2 (khoảng 5 đến 10 ppm) vẫn có đủ bề mặt cho các hiệu ứng xúc tác cho
các hiệu ứng của động cơ .

H×nh 1. Dung dịch phụ gia nano CeO2 do
NanoScience Innovation Pte Ltd phát triển

Hình 2. Hình ảnh chụp hạt nano CeO2 trên kính hiĨn vi ®iƯn tư TEM (ngn
NanoScience Innovation Pte Ltd

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

19

Lớp: Động cơ – K48


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Lê Anh Tuấn

3.3.Tình hình sản xuất và sử dụng nano diesel trong nước và trên thế
giới.
Đây là loại nhiên liệu mới và chưa được nghiên cứu rộng rãi nên chưa có
nhiều cơ sở sản xuất. Nhiên liệu được nghiên cứu trong bài này là do công ty

NanoScience Innovation Pte Ltd của Singapore cung cấp.

Chương IV. Thử nghiệm đối chứng sử dụng phụ gia nano
ơxít xêri.
4.1.Chương trình thử nghiệm.
Động cơ được vận hành trên các đường đặc tính tải , ở các tốc độ khác
nhau 1400 v/phút, 1800v/phút và 3000v/ phút. Ứng với mỗi giá trị tốc độ ,
tải của động cơ sẽ được điều chỉnh thông qua việc thay đổi lượng nhiên liệu
cung cấp cho chu trình, trong khi giữ nguyên áp suất phun.
Ở mỗi chế độ tốc độ ở trên, góc phun sớm được điều chỉnh theo giá trị tối
ưu tìm được thơng qua thực nghiệm xác định góc phun sớm tối ưu đối với
từng loại nhiên liệu .
Các thông số cần đo bao gồm : Công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên
liệu , số vòng quay động cơ và các chất thải độc hại CO, HC, Nox và độ
khói , cũng như chất thải gây hiệu ứng nhà kính CO2.
Nhằm đảm bảo tính đối chứng đối với kết quả thử nghiệm hai loại nhiên
liệu nói trên, ngồi việc giữ ổn định điều kiện thử nghiệm , động cơ còn
được chạy ổn định một giờ sau khi thay nhiên liệu . Bằng cách này, tính
năng của động cơ khi vận hành với nhiên liệu có pha phụ gia sẽ không bị
ảnh hưởng bởi nhiên liệu diesel sử dụng trước đó.
4.2.Bố trí thí nghiệm.

SVTH: Nguyễn Đức Dũng

20

Lớp: Động cơ – K48