Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 7 pdf

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
106
Chương 7
NHIÊN LIỆU
I. YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trong chu trình làm việc thực tế, môi chất công tác trên động cơ là những khí thực có tính chất
hoá lý luôn biến thiên trong suốt chu trình, bao gồm: không khí, nhiên liệu và sản vật cháy. Công
suất, hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ khi động cơ làm việc phụ thuộc nhiều vào tính chất của nhiên
liệu và chất lượng hình thành hoà khí trong động cơ.
Đối với động cơ đốt trong, người ta chỉ sử dụng những nhiên liệu dễ hoà trộn với không khí tạo
thành hoà khí, ngoài ra trong sản vật cháy không được có tro, vì tro làm tăng độ mài mòn của xylanh,
piston và xecmăng.
Do những tính chất trên nên động cơ đốt trong chỉ dùng những loại nhiên liệu thể khí hoặc thể
lỏng với yêu cầu khi cháy không tạo tro. Nhiên liệu thể rắn chỉ có thể sử dụng cho động cơ đốt trong
khi đã được hoá lỏng hoặc khí hoá.
II. CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong chủ yếu có 2 dạng: nhiên liệu thể lỏng và nhiên liệu
thể khí.
Nhiên liệu thể lỏng dùng cho động cơ đốt trong chủ yếu là các sản phẩm được tạo ra từ dầu
mỏ (xăng, Diesel) vì loại này có ưu điểm là nhiệt trò lớn, ít tro trong sản vật cháy, dễ vận chuyển và
bảo quản. Mỗi loại nhiên liệu lỏng kể trên là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon có cấu tạo hoá
học rất khác nhau. Chính cấu tạo khác nhau này gây ảnh hưởng lớn đến quá trình bay hơi, tạo hoà khí
và bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ.
Nhiên liệu thể khí dùng cho động cơ đốt trong gồm có: khí thiên nhiên (sản phẩm của các mỏ
khí), khí công nghiệp (sản phẩm tạo ra trong quá trình tinh luyện dầu mỏ, khí lò cao) và khí lò ga (khí
hoá nhiên liệu thể rắn trong các lò ga).
II.1. Xng
Xăng sử dụng cho động cơ đốt trong cũng là loại nhiên liệu được sử dụng khá phổ biến trong
đời sống và sản xuất. Nó dùng làm nhiên liệu cho nhiều loại xe ôtô, xe gắn máy và các động cơ xăng
tónh tại. Để có thể sử dụng xăng hiệu quả, tiết kiệm và kéo dài tuổi thọ của động cơ, chúng ta cần
phân biệt các chủng loại, nhãn hiệu và nắm vững yêu cầu kỹ thuật của các loại xăng.

II.1.1. Phân loại xăng
Để phân biệt các loại xăng thương phẩm dùng cho động cơ đốt trong, người ta phân loại chúng
theo trò số octan. Dưới đây sẽ xem xét cụ thể về sự phân loại, nhãn hiệu và quy cách một số loại
xăng ôtô được sử dụng ở nước ta và chủng loại xăng ở các nước trong khu vực.
Trên thò trường thế giới, xăng dùng cho động cơ được phân làm 3 loại: xăng thường, xăng cao
cấp và xăng đặc biệt.
1) Xăng thường
Xăng thường là xăng có RON (Research Octane Number – chỉ số Octan nghiên cứu) từ 92 trở
xuống, được sử dụng cho các động cơ xe ôtô tải, xe gắn máy có tỷ số nén từ 7 ÷ 8,5. Loại xăng này
cũng có thể phân biệt thành 2 nhóm được sản xuất theo tiêu chuẩn khác nhau của từng khu vực.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
107
- Xăng thường có RON 90 ÷ 92 được sản xuất chủ yếu từ đầu thập niên 70 trở lại đây tại các
nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Canada, Tây âu (Pháp, Đức, Anh, Hà Lan, Bỉ, ) và
Nhật Bản nhằm thay thế cho loại xăng thường có trò số octan thấp hơn (RON = 80 ÷ 86).
- Xăng thường có RON 80 ÷ 86 hiện được sản xuất và sử dụng tại cộng đồng các quốc gia
độc lập SNG (Liên Xô cũ), các nước Đông Âu (BaLan, Hungary, Rumani, Bungari, ), ở
các nước Châu Á như Trung Quốc, Singapore, Thái Lan, Ấn Độ, Đài Loan, Malaisia,
Indonesia, Philippin, ở các nước Mỹ La Tinh và Úc. Ở nước ta cũng sử dụng loại xăng
thường có RON 80 ÷ 86.
2) Xăng cao cấp
Xăng cao cấp là loại xăng có trò số RON từ 83 ÷ 100 được sử dụng thích hợp cho tất cả các loại
xe gắn máy và ôtô du lòch có tỷ số nén từ 8,8 ÷ 10. Tuỳ thuộc khu vực mà xăng cao cấp được chia
thành 2 nhóm:
- Xăng cao cấp có RON từ 98 ÷ 100 được sản xuất ở các nước công nghiệp phát triển (Mỹ,
Tây Âu, Nhật Bản, ) chủ yếu từ những năm 70 trở lại đây.
- Xăng cao cấp RON bằng 93 ÷ 98 hiện được sản xuất ở các nước SNG, Đông Âu, Châu Á,
Châu Phi và Mỹ La Tinh. Các nước công nghiệp phát triển trước đây cũng sản xuất loại
xăng này, sau thập niên 70 chuyển sang loại xăng RON 98 ÷ 100.
3) Xăng đặc biệt

- Xăng có trò số RON 101 ÷ 103, dùng cho các loại động cơ tỷ số nén trên 10.
Ở nước ta (theo TCVN 5690 – 1998) dựa trên trò số octan, xăng được phân thành 3 loại: xăng
thường, xăng chất lượng cao và xăng đặt biệt.
- Xăng thường: có trò số octan xác đònh theo phương pháp nghiên cứu không nhỏ hơn 83.
- Xăng chất lượng cao: có trò số octan theo phương pháp nghiên cứu không nhỏ hơn 92.
- Xăng dặc biệt: có trò số octan theo phương pháp nghiên cứu không nhỏ hơn 97.
II.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng
Để bảo đảm cho động cơ hoạt động bình thường, xăng phải đạt được những yêu cầu chất lượng
dưới đây:
- Có độ bay hơi thích hợp để động cơ dễ khởi động và làm việc ổn đònh, không tạo ra hiện
tượng nghẽn hơi, đặc biệt vào mùa hè khi nhiệt độ môi trường cao.
- Có tính chống kích nổ cao, bảo đảm cho động cơ làm việc bình thường ở phụ tải lớn.
- Có tính ổn đònh hoá học tốt, không tạo ra các hợp chất keo trong bình chứa, khi cháy không
để lại nhiều muội than trong buồng đốt và không làm ăn mòn các chi tiết trong động cơ.
- Không bò đông đặc khi nhiệt độ hạ thấp, không hút nước và không tạo ra các tinh thể nước
đá khi gặp lạnh.
II.1.3. Xăng pha chì và xăng không pha chì
Vào năm 1923, song song với việc cải tiến động cơ, thiết kế những mẫu xe mới, General
Motor bắt đầu sản xuất “tetra-ethyl chì” thương mại làm giải pháp cho hiện tượng kích nổ. Đến năm
1924 hằng loạt các công ty hoá chất cũng tham gia vào việc sản xuất, từ đó sản lượng “tetra-ethyl
chì” không ngừng tăng và chỉ một thời gian ngắn sau đó tất cả các loại xăng trên thế giới đều pha
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
108
“tetra-ethyl chì”. Điều này đồng nghóa với một lợi nhuận khổng lồ thu về cho tập đoàn sản xuất xe ô
tô lớn của Mỹ “General Motor”.
Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với “tetra-ethyl chì” trong suốt thời gian
dài. Nhưng, như bao hoá chất thông dụng khác, bên cạnh tính năng vượt trội, “tetra-ethyl chì” bắt đầu
có những ảnh hưởng đến sức khoẻ con người trên diện rộng. Không phải đến tận khi có những số liệu
thống kê về số người bò chết, bò thương do hít phải quá nhiều khí thải từ xăng pha chì người ta mới
biết đến tính chất độc hại của nó. Ngay từ năm 1925, trong cuộc hội thảo về “tetra-ethyl chì” do Cục

sức khoẻ cộng đồng Mỹ tổ chức, có người đã gọi “tetra-ethyl chì” là thủ phạm giết người.
Đến năm 1975, Mỹ chính thức phê chuẩn quyết đònh cắt giảm hàm lượng “tetra-ethyl chì” có
trong xăng, và đến năm 1986 cấm hoàn toàn việc sản suất và sử dụng xăng pha chì. Ở châu Âu, xăng
pha chì được cấm sử dụng vào những năm 1990. Còn ở Việt Nam, ngày 01/11/2001, Thủ tướng chính
phủ cũng đã ra quyết đònh cấm sử dụng xăng pha chì trên phạm vi toàn quốc. Quyết đònh khai trừ
“tetra-ethyl chì” có trong xăng là một quyết đònh sáng suốt nhằm bảo sức khoẻ cho nhân loại trên
toàn cầu. Bảng 7.1 giới thiệu chỉ tiêu của xăng ô tô, dùng chỉ số octan để ký hiệu cho loại xăng chữ
M.
Bảng 7.1. Các chỉ tiêu của xăng ô tô
Chỉ tiêu chất lượng
Hạng mục
66/M 70/M 74/M 76/M 80/M 85/M
Số octan 66 70 74 76 80 85
Điểm chưng cất (
o
C)
- 10%, không quá
- 50%, không quá
- 90%, không quá
- Điểm khô, không quá
79
145
195
205
79
145
195
205
70
105

165
180
75
120
180
195
75
120
180
195
75
120
180
195
Tổn thất (%) 4,5 4,5 2,5 3,5 3,5 3,5
Lượng vật sót (%) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
Áp suất hơi bảo hoà (mmHg), không quá 500 500 500 500 500 500
Thành phần keo (mg/100ml), không quá 7 7 2 7 10 10
Lưu huỳnh S (%), không quá 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
Độ axít (mgKOH/100ml), không quá 3 3 0,15 3 3 3
II.2. Dầu Diesel
Nhiên liệu Diesel không những được dùng trong các động cơ Diesel mà còn dùng trong các
tuabin khí, động cơ tàu thủy. Thành phần chủ yếu của nhiên liệu là các hợp chất hydrocacbon có
trong các phân đoạn chưng cất chưng cất từ dầu thô.
Như vậy về bản chất hóa học, nhiên liệu Diesel có các thành phần hydrocacbon trái ngược với
các thành phần trong xăng. Chính sự khác nhau này, đã dẫn đến sự khác nhau về nguyên lý làm việc
của động cơ xăng và động cơ Diesel. Vì nguyên nhân đó, trong công tác vận chuyển, bảo quản cần
tránh không để hai loại nhiên liệu này lẫn vào nhau. Sự trộn lẫn hai loại nhiên liệu vào nhau sẽ dẫn
tới hoạt động không bình thường trong cả hai loại động cơ.
Ngoài ra trong nhiên liệu Diesel còn có chứa một số phụ gia nhằm cải thiện phần nào chất

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
109
lượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện trò số xêtan, phụ gia chống đông,
II.2.1. Phân loại dầu Diesel
Dựa theo tốc độ động cơ và trò số xêtan của nhiên liệu, có hai nhóm nhiên liệu Diesel thương
phẩm hiện nay:
1) Nhóm 1: Nhiên liệu Diesel dùng cho động cơ cao tốc, phân thành hai loại nhiên liệu:
- Loại thường: có chỉ số xêtan bằng 52 nhưng phạm vi độ sôi rộng hơn 175 ÷ 345
o
C, thường
được sản xuất bằng cách pha trộn theo những tỷ lệ hợp lý các phân đoạn của dây chuyền
chế biến. Nhiên liệu này cũng dùng cho động cơ cao tốc, nhưng chất lượng kém hơn loại
cao cấp.
- Loại cao cấp: có chỉ số xêtan bằng 50 và phạm vi độ sôi 180 ÷ 320
o
C, được dùng cho động
cơ tốc độ cao như các loại xe buýt, xe ô tô và xe tải. Loại này thường được sản xuất từ
phân đoạn chưng cất trực tiếp.
2) Nhóm 2: Nhiên liệu Diesel cho động cơ tốc độ thấp
Nhiên liệu Diesel trong nhóm này cũng đòi hỏi có những tiêu chuẩn chất lượng tương tự như
nhiên liệu cho động cơ cao tốc, tuy nhiên chỉ số xêtan của chúng kém hơn, chỉ bằng 40 ÷ 45, độ bay
hơi thấp và điểm sôi cuối cao hơn (360 ÷ 370
o
C).
Theo TCVN 5689 – 1997, dựa vào hàm lượng lưu huỳnh có thể phân chia nhiên liệu Diesel
thành hai loại sau:
- Nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 0,5% khối lượng, ký hiệu là DO
5,5% S
- Nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh lớn hơn từ 0,5 đến 1,0% khối lượng, ký hiệu là
DO 1% S.

II.2.2. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel
Để động cơ Diesel hoạt động ổn đònh, đòi hỏi nhiên liệu Diesel phải đảm bảo các chỉ tiêu chất
lượng như sau:
- Tính cháy của nhiên liệu Diesel phải phù hợp, đặc điểm này biểu thò khả năng tự cháy
thông qua chỉ tiêu chất lượng và trò số xêtan.
- Độ bay hơi hợp lý, bởi tính bay hơi của nhiên liệu Diesel ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
hỗn hợp.
- Tính lưu chuyển tốt trong mọi điều kiện thời tiết, tính chất này rất quan trọng khi động cơ
Diesel làm việc ở các vùng có nhiệt độ môi trường thấp. Chất lượng này được đánh giá qua
chỉ tiêu độ nhớt và nhiệt độ đông đặc.
- Không gây hiện tượng oxy hoá và ăn mòn bề mặt các chi tiết của động cơ.
- Bảo đảm tính an toàn cháy nổ khi vận chuyển, lưu trữ và vận hành động cơ.
Chỉ tiêu chất lượng của các loại nhiên liệu Diesel được thể hiện trên bảng 7.2, người ta lấy
nhiệt độ kết tủa làm số hiệu cho nhiên liệu Diesel.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
110
Bảng 7.2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu Diesel
Chỉ tiêu chất lượng
Nhiên liệu Diesel nhẹ
Hạng mục
Số 10 Số 0 Số -10 Số -20 Số -30
Diesel
chưng
cất
Số xêtan không thấp hơn 50 50 50 45 43 55
Điểm chưng cất
- 50%, không quá
- 90%, không quá
- 95%, không quá
300

355
365
300
355
365
300
350

300
350

300

350
290
350

Độ nhớt (20
o
C)
- Tương đối (
o
E)
- Vận động (milipoa)
1,2 ÷ 1,67
3,0 ÷ 8,0
1,2 ÷ 1,67
3,0 ÷ 8,0
1,2 ÷ 1,67
3,0 ÷ 8,0

1,15 ÷ 1,67
2,5 ÷ 8,0
1,15 ÷ 1,67
2,5 ÷ 7,0 3,5 ÷ 8,0
Lượng vật sót (%), không quá 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3
Bụi (%), không quá 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,03
Điểm bắt lửa (%), không nhỏ hơn 65 65 65 65 50 60
Độ axít (mgKOH/100ml), không quá 10 10 10 10 10 3
Điểm kết tủa (
o
C), không quá +10 0 -10 -20 -35 -10
Lượng keo (mg/100ml), không quá 70 70 70 70 70
Hàm lượng S (%), không quá 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
II.3. Các loại nhiên liệu khí
Nhiên liệu khí (gas) được dùng trong các động cơ đốt trong bao gồm khí thiên nhiên lấy từ các
mỏ khí; khí công nghiệp lấy từ việc tinh luyện dầu mỏ, từ trong các lò luyện cốc và lò cao; và khí lò
ga lấy từ việc khí hoá các nhiên liệu rắn trong các thiết bò đặc biệt. Bất kỳ một loại nhiên liệu thể khí
nào đều là một hỗn hợp cơ học của nhiều loại khí cháy và khí trơ khác nhau. Thành phần chủ yếu của
nhiên liệu thể khí gồm: cacbonmonoxít (CO), metan (CH
4
), các loại hydrocacbon (C
n
H
m
),
cacbondioxít (CO
2
), hro (H
2
), hydrosunfur (H

2
S) và các thứ khí trơ mà chủ yếu là nitơ (N
2
) với
những tỷ lệ rất khác nhau.
Nói chung có thể biểu thò công thức hoá học của bất kỳ một chất thành phần nào có trong
nhiên liệu thể khí có chứa cacbon (C )và hydro (H) hoặc oxy (O) dưới dạng: C
n
H
m
O
r
(trong đó: n = 0 ÷
5, m = 0 ÷ 12, r = 0 ÷ 2).
Nếu hàm lượng của từng chất thành phần trong 1 kmol (hoặc m
3
) nhiên liệu thể khí biểu thò
theo phần trăm của thể tích và ký hiệu các chất thành phần đó bằng các công thức hoá học của chúng
thì thành phần của nhiên liệu thể khí được xác đònh theo công thức sau:
kmol1NOHC
2rmn
=+∑ (1 m
3
tiêu chuẩn)
Nếu căn cứ vào nhiệt trò thấp thì nhiên liệu thể khí có thể chia làm ba loại:
1) Nhiên liệu có nhiệt trò lớn
Loại này bao gồm khí thiên nhiên và khí thu được khi khai thác hoặc tinh luyên dầu mỏ hay
khí nhân tạo (qua cracking), thành phần chủ yếu của loại khí này là mêtan (CH
4
) chiếm từ 30 ÷ 99%,

còn lại là các hrocacbon khác. Có Q
m
>
23 MJ/m
3
(với Q
m
là nhiệt trò của 1 m
3
nhiên liệu khí).
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
111
2) Nhiên liệu khí có nhiệt trò trung bình
Q
H
= 16 ÷ 23 MJ/m
3
Loại này bao gồm các loại khí thu được từ luyện cốc, thành phần chủ yếu là H
2
(chiếm khoảng
40 ÷ 60%), còn lại là CH
4
và CO.
3) Nhiên liệu khí có nhiệt trò nhỏ
Q
H
= 4 ÷ 16 MJ/m
3
Loại này bao gồm khí lò cao và khí lò ga. Thành phần chủ yếu là CO và H
2

chiếm khoảng
40%, còn lại là các loại khí trơ như N
2
và CO
2
.
Căn cứ vào tính chất, phương pháp chưng cất và lưu trữ có các loại sau:
II.3.1. Khí dầu mỏ hoá lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas)
Thành phần chủ yếu của khí hoá lỏng là hỗn hợp propan (và butan (C
4
H
10
), thu được từ khí
đồng hành khi khai thác dầu mỏ hoặc các nhà máy lọc dầu, nó được chế biến từ dầu mỏ có thành
phần hỗn hợp như sau.:
- Hơi butan (C
4
H
10
) 89%.
- 6 % hơi butylen (C
4
H
8
).
- 2% hơi iso-pentan (C
5
H12).
Các loại hơi này bốc ra trong quá trình khai thác dầu mỏ và chưng cất dầu thô, tại đây người ta
biến nó thành thể lỏng để lưu trữ và có thành phần chủ yếu là propan và butan theo những tỷ lệ khác

nhau. Tuỳ theo nhu cầu sử dụng và tính năng làm việc mà thành phần tỉ lệ theo thể tích của (propan :
butan) sẽ khác nhau, chúng có thể là (50 : 50) hoặc (60 : 40) hay (70 : 30).
Thành phần khí đốt hoá lỏng: khí đốt hoá lỏng mà hiện nay chúng ta đang sử dụng có thành
phần chủ yếu (propan : butan) theo thể tích là (50 : 50).
Đối với nhiên liệu khí dùng cho động cơ đốt trong thì tỉ lệ giữa propan và butan cũng không
ảnh hưởng nhiều đến tính năng làm việc của động cơ, tuy nhiên nếu hàm lượng của propan lớn hơn
butan thì quá trình bốc hơi của nhiên liệu nhanh hơn, khi động cơ làm việc nồng độ CO trong không
khí thải ít hơn do lượng cacbon của propan nhỏ hơn butan và ngược lại.
Đặc tính của khí đốt hoá lỏng
1) Tính hoá lý
Không màu, không mùi, nhưng được tạo mùi để dễ phát hiện khi bò rò rỉ.
Tỉ trọng khí hoá lỏng nhẹ hơn nước: 0,54 ÷ 0,56 kg/lít.
Nhiệt độ ngọn lửa cao: Butan = 1.900
o
C.
Propan = 1.935
o
C.
Tỉ lệ hoá hơi của khí hoá lỏng này trong không khí thể tích tăng lên 250 lần.
Là loại chất đốt sạch do hàm lượng lưu huỳnh gần như không đáng kể (< 0,02%) và cũng
không chứa các chất độc khác như chì, hydrocacbon (chứa trong sản vật cháy còn độc hơn cả CO) do
đặc tính cháy hết nên không tạo muội than, khói, khí CO.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
112
Là loại khí có khả năng hoá lỏng ở áp suất không cao (từ 3 ÷ 14 kg/cm
2
), nhờ đó 5.000 lít có
thể hoá lỏng chứa trong một bình chứa khoảng 20 lít, do vậy nó thuận tiện hơn trong việc chuyên chở.
Thông thường các bình chỉ chứa được gas lỏng tối đa khoảng từ 80 ÷ 85%, còn lại từ 15 ÷ 20 %
cho phần hơi giãn nở do nhiệt độ tăng. Do LPG có hai trạng thái lỏng và hơi nên các bình chứa khí

dùng trên ô tô được lắp đặt van tiêu thụ, một van dẫn hơi hoá lỏng, một van dẫn khí hoá lỏng.
2) Tính độc hại
LPG không độc hại, tuy nhiên không nên hít vào với lượng lớn vì có thể làm say hay bò ngạt
thở và cũng không nên ở những nơi có đầy hơi LPG vì ngoài nguy hiểm do tính dễ cháy còn có thể
gây ngạt do thiếu oxy.
II.3.2. Khí thiên nhiên NGV (Natural Gas Vehicle)
Nhiên liệu khí dùng trong động cơ đốt trong được lấy từ các mỏ khí. Bất kỳ một loại khí thiên
nhiên nào bao giờ cũng chứa một hợp có nhiên liệu khí cháy và khí trơ khác nhau.
Thành phần của khí thiên nhiên bao gồm:CO, CH
4
, C
n
H
m
, CO
2
, H
2
S,
Căn cứ vào phương pháp lưu trữ khí, khí thiên nhiên được chia làm ba loại.
1) Khí nén CNG (Compress Natural Gas)
Đây là loại khí được lấy từ các mỏ dầu hay khí từ thiên nhiên.
Khí nén CNG được nén vào bồn chứa với áp suất cao khoảng 250 bar, bằng một máy nén khí.
Máy nén khí này lấy từ đường ống hay từ trạm điều áp, và được nén với áp suất yêu cầu của bồn
chứa. Việc sử dụng bồn chứa khí nén cũng giống như việc dùng bình chứa khí nén trong xe, mỗi bình
chứa khí nén có dung tích 40 ÷ 50 lít, có từ 12 ÷ 15 kg khí nén ở áp suất là 250 bar.
2) Khí hoá lỏng LNG (Liquefied Natural Gas)
Đây là khí thiên nhiên ở dạng lỏng, khi khí thiên nhiên được làm lạnh tới mức âm dưới 161
o
C.

Nó trở thành dạng lỏng trong suốt và không mùi. LNG không độc và cũng không phải là chất ăn mòn
kim loại. Thành phần chính của LNG là mêtan và có thêm một số hợp chất hoá học khác như nước,
cacbondioxít, nitơ, oxy và một số hợp chất của lưu huỳnh.
Trong suốt quá trình hoá lỏng, khí LNG lạnh hơn ở dưới điểm sôi và loại bỏ bớt các hợp chất.
Khí còn lại chủ yếu là mêtan và một ít khí hrô. LNG chỉ nặng bằng một nửa trọng lượng của nước
nên chính vì điều này nó nổi lên trên nước.
Khí hoá lỏng được nạp vào bồn chứa với áp suất khoảng 8,9 bar, với dung tích lưu trữ từ 1.420
÷ 4.500 lít, những bồn chứa lớn được thiết kế bằng những vách đôi và với chất cách nhiệt với môi
trường bên ngoài.
3) Khí hấp thụ ANG (Air Natural Gas)
Khí hấp thụ là một khí thiên nhiên có thể lưu trữ hoàn toàn trong ống mao dẫn cacbon hoạt
tính. Áp suất lưu trữ cho khí hấp thụ từ 3 ÷ 4 MPa thấp hơn so với áp suất khí nén.
III. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU DÙNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
III.1. Nhiệt trò của nhiên liệu
Nhiệt trò của nhiên liệu là nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn 1kg (hoặc 1m
3
) nhiên
liệu trong điều kiện tiêu chuẩn (P = 760 mmHg và t = 0
o
C).
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
113
Để xác đònh nhiệt trò, người ta đốt nhiên liệu ở nhiệt độ môi trường, nhiệt lượng sinh ra do
nhiên liệu bốc cháy sẽ được nước hấp thu và làm lạnh sản vật cháy tới đúng bằng nhiệt độ môi
trường trước khi đốt. Sau đó dựa vào lượng nhiệt tiêu hao, lưu lượng và mức tăng nhiệt độ của nước
sẽ tính được nhiệt trò của nhiên liệu.
Tuỳ theo điều kiện cấp nhiệt của môi chất và chu trình công tác trên động cơ, nhiên liệu có
các loại nhiệt trò sau:
III.1.1. Nhiệt trò đẳng áp (Q
p

)
Nhiệt trò đẳng áp (Q
p
) là nhiệt lượng thu được sau khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg (hoặc 1 m
3
)
nhiên liệu trong điều kiện áp suất môi chất trước và sau khi đốt bằng nhau.
III.1.2. Nhiệt trò đẳng tích (Q
v
)
Nhiệt trò đẳng tích (Q
v
) là nhiệt lượng thu được sau khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg (hoặc 1 m
3
)
nhiên liệu trong điều kiện thể tích môi chất trước và sau khi đốt bằng nhau.
Nhiệt trò đẳng áp và nhiệt trò đẳng tích quan hệ với nhau qua biểu thức:
Q
v
= Q
p
+ p
t
.(V
s
– V
t
), (J/m
3
) (7.1)

Trong đó: p
t
(N/m
2
) – áp suất môi chất trước khi cháy.
V
t
, V
s
(m
3
) – thể tích hoà khí trước khi cháy và của sản vật cháy (đã quy về áp
suất p
t
và nhiệt độ t
o
trước khi cháy.
III.1.3. Nhiệt trò cao (Q
c
)
Nhiệt trò cao (Q
c
) là toàn bộ nhiệt lượng thu được sau khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg (hoặc 1 m
3
)
nhiên liệu, trong đó có cả nhiệt lượng do hơi nước trong sản vật cháy ngưng tụ thành nước nhả ra, sau
khi sản vật cháy được làm lạnh tới bằng nhiệt độ trước khi cháy (còn gọi là nhiệt ẩn trong hơi nước).
III.1.4. Nhiệt trò thấp (Q
t
)

Trên thực tế, khi động cơ đốt cháy hỗn hợp, sản vật cháy được thải ra ngoài với nhiệt độ rất
cao trong quá trình thải do đó hơi nước trong khí xả chưa kòp ngưng tụ thành nước đã bò thải ra ngoài.
Vì vậy, chu trình làm việc của động cơ không dùng lượng nhiệt ẩn này để sinh công.
Do đó, khi tính toán chu trình làm việc của động cơ, người ta dùng nhiệt trò thấp Q
t
, nhỏ hơn Q
c
một lượng vừa bằng nhiệt ẩn hoá hơi của nước được tạo ra khi cháy.
Nhiệt trò cao Q
c
và nhiệt trò thấp của nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí được xác đònh qua các
biểu thức sau:
- Nhiên liệu lỏng: (nhiệt trò của 1 kg)
Q
tk
= Q
ck
– 2,512.(9h + w), (MJ/kg). (7.2)
Trong đó: Q
tk
– nhiệt trò thấp của nhiên liệu lỏng.
Q
ck
– nhiệt trò cao của nhiên liệu lỏng.
h – thành phần khối lượng của hydro trong nhiên liệu.
w – thành phần khối lượng của nước trong nhiên liệu.
2,512 MJ/kg – nhiệt ẩn của 1 kg hơi nước.
- Nhiên liệu khí: (nhiệt trò của 1 m
3
tiêu chuẩn)

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
114






−=
∑
rmncmtm
OHC
2
m
4,22
18
.512,2QQ , (MJ/m
3
) (7.3)
Trong đó: 18 – phân tử lượng của hơi nước.
22,4 (m
3
) – thể tích phân tử của hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn.
2
m
– thể tích hơi nước khi đốt m.h kg khí hydro.
Q
tm
– nhiệt trò thấp của nhiên liệu khí.
Q

cm
– nhiệt trò thấp của nhiên liệu khí.
Nhiệt trò thấp của nhiên liệu lỏng hoặc nhiêu liệu khí có thể tính gần đúng theo công thức
Menđêlêép sau đây, nếu biết thành phần khối lượng của nhiên liệu lỏng hoặc thành phần thể tích của
nhiên liệu khí.
- Nhiên liệu lỏng:
Q
tk
= 33,915C + 126,0.h – 10,89(O
nl
– s) – 2,512(9h + w), (MJ/kg) (7.4)
- Nhiên liệu khí:
Q
tm
= (12,8CO + 10,8 H
2
+ 35,8CH
4
+ 56,0C
2
H
2
+ 59,5C
2
H
4
+ 63,4C
2
H
6

+ 91C
3
H
8
+ 120C
4
H
10
+ 144C
5
H
12
), (J/m
3
) (7.5)
Trên (bảng 7.3) cho các giá trò nhiệt trò thấp của các loại nhiên liệu lỏng và khí.
Thành phần
khối lượng
Phân tử lượng,
µ
nl
Nhiệt trò thấp,
Q
t
(MJ/kg)
Ghi
chú
Loại nhiên liệu
c h O
nl

Xăng máy bay 0,853 0,147 95 – 100 44,17
Xăng ô tô 0,855 0,145 110 – 120 43,96
Xăng thô 0,860 0,14 130 – 140 43,55
Dầu hoả máy kéo 0,860 0,137 0,003 160 – 180 43,13
Nhiên liệu Diesel nhẹ 0,870 0,126 0,004 170 – 200 42,5
Nhiên liệu Diesel nặng 0,870 0,125 0,005 220 – 280 41,87
Cồn 94
o
(nước 6%) 0,49 0,123 0,327 42 25,12
Pentan 0,833 0,167 72 45,43
Ôctan 0,841 0,159 114 44,68
Nhiên
liệu
lỏng
Khí thiên nhiên: - mỏ khí
- khí bùn ao
34,8 – 35,6
30,15
Khí công nghiệp: - khí dầu mỏ
- Cracking nhiên liệu lỏng
- Cracking nhiên liệu khí
- Luyện cốc
- Lò cao (luyện gang)
41,3 – 68,12
62,91
57,25
16,748
3,977
Khí lò ga: - Than bùn
- Củi

6,415
4,681
Nhiên
liệu
khí
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
115
III.2. Nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy
III.2.1. Nhiệt độ bén lửa
Nhiệt độ bén lửa là nhiệt độ thấp nhất để hoà khí bén lửa. Nhiệt độ bén lửa phản ánh số lượng
thành phần chưng cất nhẹ của nhiên liệu, nó được dùng làm chỉ tiêu phòng hoả đối với nhiên liệu
dùng trên tàu thuỷ. Để tránh cho nhiên liệu có thể bén lửa ở điều kiện sử dụng, nhiệt độ bén lửa của
nhiên liệu dùng trên tàu thuỷ không được thấp hơn 65
o
C.
III.2.2. Nhiệt độ tự bốc cháy
Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ thấp nhất để hoà khí tự bốc cháy mà không cần nguồn nhiệt
để châm cháy. Nhiệt độ tự cháy của hoà khí phụ thuộc vào loại nhiên liệu. Thông thường phân tử
lượng càng lớn thì nhiệt độ tự cháy càng nhỏ và ngược lại.
Ngoài ra, nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu còn phụ thuộc vào khối lượng riêng (tỷ trọng) của
hoà khí. Khối lượng riêng của hoà khí càng lớn thì nhiệt độ tự cháy càng thấp và ngược lại, bởi vì số
lần va đập giữa các phân tử tham gia phản ứng trong một đơn vò thời gian tỷ lệ thuận với mật độ.
III.3. Tính chống kích nổ của nhiên liệu dùng cho động cơ đánh lửa cưỡng bức
Quá trình cháy của động cơ đốt trong hình thành hoà khí bên ngoài, đốt cháy cưỡng bức bằng
tia lửa điện được bắt đầu từ khi tia lửa điện phóng qua hai điện cực của buogie, từ đó màng lửa hình
thành và lan truyền khắp buồng cháy để đốt hết hoà khí trong buồng cháy.
Nếu cháy đúng quy luật bình thường, tốc độ lan truyền màng lửa khoảng 20 ÷ 40 m/s. Khi xảy
ra kích nổ tốc độ lan truyền của màng lửa có thể đạt 1.500 ÷ 2.000 m/s, do số hoà khí ở xa điện cực
bougie bò dồn ép làm tăng nhanh áp suất và nhiệt độ khiến nó tự bốc cháy khi màng lửa chưa kòp lan
tới. Hiện tượng kích nổ phát sinh ra sóng kích nổ với cường độ lớn gây tiếng gõ kim loại và nhiệt độ

cao (có khu vực tới 4.000
o
C) gây tác hại nghiêm trọng đến động cơ.
Chính vì vậy người ta tìm mọi biện pháp để tránh xảy ra kích nổ, trước tiên là giải pháp về
nhiên liệu. Kích nổ liên quan mật thiết đến tính tự cháy của nhiên liệu, nếu nhiên liệu càng khó tự
cháy thì hiện tượng kích nổ càng khó xảy ra.
Tính chống kích nổ của nhiên liệu được đánh giá bằng tỷ số nén có lợi nhất. Khi thực nghiệm
người ta tăng dần tỷ số nén cho tới khi xảy kích nổ sẽ tìm được tỷ số nén có lợi của nhiên liệu cần
khảo nghiệm. Nhiên liệu có tỷ số nén có lợi càng lớn thì tính chống kích nổ của nó càng cao. Trên
thực tế, người ta dùng chỉ số octan để đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu. Bản chất của việc
xác đònh số octan là việc so sánh nhiên liệu khảo nghiệm với nhiên liệu mẫu, khi động cơ làm việc
trong những điều kiện được quy đònh một cách chặt chẽ.
Nhiên liệu mẫu bao gồm hai thành phần: izôoctan (2, 2, 4 - izôoctan C
8
H
18
) và heptan chính
(C
7
H
16
) có tính chất lý hoá tương tự nhau nhưng khác nhau về tính chống kích nổ (tính tự cháy). Khả
năng chống kích nổ của izôoctan là 100 đơn vò, còn heptan chình là 0 đơn vò. Khi hoà trộn hai thành
phần này theo tỷ lệ thể tích khác nhau sẽ được các hỗn hợp của nhiên liệu mẫu với số octan thay đổi
từ 0 đến 100 đơn vò.
2, 2, 4 – izôoctan (các số 2, 2, 4 – chỉ rõ thứ tự
của cacbon mạch nhánh).
Công thức là CH
3
C(CH

3
)
2
CH
2
CHCH
3
CH
3
hoặc
C
C
C
H
C
H
H
C
H
H
H
H
H
H
H
H
C
H
C
H

H
H
C
H
H
H
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
116
Như vậy, số octan là chỉ tiêu đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu. Giá trò của số octan
là số phần trăm (theo thành phần thể tích) hàm lượng izôoctan có trong hỗn hợp nhiên liệu mẫu với
chất heptan chính.
Nếu tính chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm lớn hơn so với izôoctan thì nhiên liệu mẫu
dùng so sánh là hỗn hợp của izôoctan với têtraêtyl chì PbC
2
H
5
hoặc với dung dòch êtyl. Người ta pha
têtraêtyl chì vào nhiên liệu để làm tăng khả năng chống kích nổ của nhiên liệu. Khi đó số octan của
nhiên liệu mẫu này phụ thuộc vào hàm lượng PbC
2
H
5
trong 1 kg izôoctan.
III.4. Tính tự cháy của nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel
Tính tự cháy của nhiên liệu Diesel là một chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu này. Trong động
cơ Diesel, nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở cuối quá trình nén, nhiên liệu không cháy ngay mà
nó phải có thời gian chuẩn bò để làm thay đổi tính chất hoá lý rồi mới bốc cháy.
Thời gian tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu đến khi hoà khí bốc cháy gọi là thời kỳ cháy trễ
và được đo bằng góc quay trục khuỷu hay thời gian τ. Vì vậy giá trò τ lớn hay nhỏ sẽ thể hiện được
tính tự cháy là dễ hay khó xảy ra đối với nhiên liệu Diesel trong buồng cháy động cơ.

Trên thực tế, người ta dùng các chỉ tiêu sau để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu Diesel.
1) Tỷ số nén tới hạn ε
th
Tỷ số nén tới hạn được xác đònh trên động cơ thử nghiệm thay đổi được tỷ số nén và tuân theo
các điều kiện thí nghiệm một cách chặt chẽ.
Cho động cơ hoạt động bằng nhiên liệu cần thử nghiệm, thay đổi tỷ số nén ε sao cho thời kỳ
cháy trễ đạt 13
0
góc quay trục khuỷu. Tỷ số nén thu được trong điều kiện này chính là tỷ số nén tới
hạn ε
th
. Kết quả thí nghiệm rút ra được, nhiên liệu nào có tỷ số nén tới hạn càng thấp thì nhiên liệu
đó có tính tự cháy càng cao.
2) Số xêtan
Số xêtan của nhiên liệu Diesel là số phần trăm thể tích của chất xêtan chính (C
16
H
34
) có trong
hỗn hợp của nhiên liệu mẫu, hỗn hợp này có tính tự cháy bên trong động cơ thử nghiệm vừa bằng tính
tự cháy của nhiên liệu cần thử nghiệm với các điều kiện thử nghiệm được quy đònh một cách chặt
chẽ.
Nhiên liệu mẫu được tạo thành bởi hỗn hợp của hai hydrocacbon: chất xêtan chính (C
16
H
34
) và
chất  – mêtylnaptalin ( – C
10
H

7
CH
3
) với tính tự cháy khác nhau. Tính tự cháy của xêtan là 100 đơn
vò, còn  – mêtylnaptalin là 0 đơn vò. Pha trộn hai chất trên theo tỷ lệ thể tích khác nhau, ta được
nhiên liệu mẫu có tính tự cháy thay đổi từ 0 đến 100.
Hiện nay, để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu Diesel người ta thường dùng chỉ số xêtan.
Nhiên liệu nào có chỉ số xêtan càng cao thì nhiên liệu đó có tính tự cháy càng cao.
IV. PHẢN ỨNG CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU VÀ HỆ SỐ DƯ LƯNG KHÔNG KHÍ 
IV.1. Phản ứng cháy của nhiên liệu
Hoà khí dùng cho động cơ đốt trong có hai thành phần: nhiên liệu và không khí. Muốn xác
đònh lượng hoà khí đối với 1 kg nhiên liệu, trước tiên phải biết lượng không khí lý thuyết để đốt cháy
hoàn toàn số nhiên liệu đó.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
117
Bản chất quá trình cháy trên động cơ là quá trình xảy ra các phản ứng ôxy hoá các hợp chất có
trong nhiên liệu kèm theo điều kiện toả nhiệt của sản vật cháy. Khi quá trình cháy hình thành, về cơ
bản có các phản ứng hoá học sau:
Khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng, các thành phần c của C và h của H
2
sẽ chuyển
thành CO
2
và H
2
O theo phương trình sau:
C + O
2
= CO
2

+ Q
1
H
2
+
2
1
O
2
= H
2
O(thể nước và thể hơi) + Q
2
Nếu trong 1 kg nhiên liệu lỏng có: c kg C, h kg H
2
và O
nl
kg O
2
thì phương trình 7.6 tương
đương với.
12kg C + 32kg O
2
= 44kg CO
2
2kg H
2
+ 16kg O
2
= 18kg H

2
O
Từ đó ta có: ckg C +
3
8
ckg O
2
=
3
11
ckg CO
2
hkg H
2
+ 8hkg O
2
= 9hkg H
2
O
Nếu tính số lượng O
2
, CO
2
và H
2
O theo đơn vò kmol sẽ được:
12
c
kmol C +
12

c
kmol O
2
=
12
2
kmol CO
2
2
h
kmol H
2
+
4
h
kmol O
2
=
2
h
kmol H
2
O
Gọi O’
o
– là lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng, (kg/kg nhiên liệu)
và O
o
– là lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng, (kmol/kg nhiên
liệu)

Từ phương trình 7.7 và 7.8 ta có:
O’
o
=
3
8
c + 8h – O
nl
, (kg/kg nhiên liệu)
O
o
=
12
c
+
4
h
-
32
O
nl
, (kmol/kg nhiên liệu)
Lượng oxy dùng để đốt nhiên liệu trong buồng cháy động cơ là lượng oxy trong không khí.
Không khí gồm hai thành phần chính là O
2
và N
2
. Tính theo thành phần khối lượng của không khí
khô, oxy chiếm 23,2%. Tính theo thành phần thể tích oxy chiếm 21%.
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng là L

o
(kg/kg nhiên
liệu) hoặc M
o
(kmol/kg nhiên liệu).
L
o
=






−+=
nl
o
Oh8c
3
8
232,0
1
232,0
'O
, (kg không khí/kg nhiên liệu)
M
o
=







−+=
32
O
4
h
12
c
21,0
1
21,0
O
nlo
, (kmol không khí/kg nhiên liệu)
(7.6)
(7.7)
(7.8)
(7.9)
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
118
IV.2. Hệ số dư lượng không khí 
Nếu lượng không khí thực tế đưa vào động cơ để đốt cháy 1 kg nhiên liệu lỏng là M (kmol/kg
nhiên liệu hoặc L (kg/kg nhiên liệu) thì hệ số dư lượng không khí  được xác đònh qua biểu thức sau:
oo
L
L
M

M
==α (7.10)
IV.2.1. Sản vật cháy khi  > 1
Khi  > 1, có nghóa là lượng không khí thực tế vào xylanh động cơ nhiều hơn lượng không khí
lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng. Trong trường hợp này phản ứng cháy
xảy ra hoàn toàn và sản vật cháy bao gồm các thành phần sau: CO
2
, hơi nước H
2
O, oxy dư O
2
và N
2
(chứa trong không khí đi vào động cơ).
Sản vật cháy của 1 kg nhiên liệu M
2
, được tính:
M
2
=
ooNOOHCO
M21,0M
2
h
12
c
MMMM
2222
−α++=+++
=

32
O
4
h
M
nl
o
++α , (kmol/kg nhiên liệu) (7.11)
IV.2.1. Sản vật cháy khi  < 1
Khi  <
1, có nghóa là lượng không khí thực tế vào xylanh động cơ ít hơn lượng không khí lý
thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng. Trong trường hợp này phản ứng cháy xảy
ra không hoàn toàn và sản vật cháy bao gồm các thành phần sau: CO
2
, CO, hơi nước H
2
O, H
2
và N
2
(chứa trong không khí đi vào động cơ).
Khi thiếu oxy nên C không được oxy hoá hoàn toàn thành CO
2
, mà sẽ có một phần sẽ thành
CO. Đối với H
2
cũng vậy, do thiếu oxy nên một phần H
2
được chuyển thành nước, còn một phần H
2

không được cháy vẫn giữ nguyên H
2
.
M
2
=
oNOHHCOCO
M79,0
2
h
12
c
MMMMM
2222
α++=++++
(7.12)
Trong đó:
CO
M – số kmol CO.
2
CO
M – số kmol CO
2
.
OH
2
M – số kmol H
2
O.
2

O
M – số kmol O
2
trong không khí khô.
2
N
M – số kmol N
2
trong không khí khô.