Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio etanol sử dụng trên động cơ xăng (tóm tắt)

- 1 -
MỞ ĐẦU
Hiện nay năng lượng và ô nhiễm môi trường là hai vấn đề quan
trọng và cấp bách cần giải quyết. Trong khi đó, nguồn năng lượng
hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và việc sử dụng nguồn nhiên liệu
này làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, việc tìm ra
nguồn năng lượng thay thế có khả năng tái tạo và thân thiện với môi
trường là rất quan trọng và cần thiết. Nghiên cứu, phát triển sản xuất
và sử dụng NLSH thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia trên thế
giới do lợi ích của loại nhiên liệu này đối với an ninh năng lượng,
môi trường và xã hội.
Trong các loại NLSH thì etanol là loại có tiềm năng lớn ở Việt
Nam nhờ nguồn nguyên liệu phong phú. Chính phủ đã phê duyệt đề
án phát triển, sử dụng và lộ trình áp dụng NLSH theo Quyết định số
177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/207 và 53/2012/QĐ-TTg ngày
22/11/2012. Nhiên liệu E5 đã được chính thức lưu thông trên thị
trường từ năm 2010, tuy nhiên do tác động của nhiều yếu tố nên
lượng tiêu thụ E5 còn khiêm tốn. Để nâng cao khả năng thay thế của
cồn etanol trong xăng sinh học, cần nghiên cứu và đánh giá khả năng
sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5% cho các
phương tiện đang lưu hành. Bên cạnh đó, các nghiên cứu này có ý
nghĩa trong việc đón trước lộ trình sử dụng thí điểm và đại trà xăng
sinh học, đặc biệt là xăng E10 trên thị trường. Đề tài “Nghiên cứu
nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio-etanol sử dụng trên động cơ
xăng” hướng tới góp phần giải quyết các yêu cầu trên của thực tiễn.
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Xây dựng phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng
truyền thống khi sử dụng xăng sinh học. Đánh giá ảnh hưởng của
xăng sinh học đến tính năng và phát thải động cơ xăng truyền thống.
Đánh giá được ảnh hưởng của xăng sinh học đến độ bền, tuổi thọ của
động cơ. Đưa ra định hướng về mặt kỹ thuật, đề xuất giải pháp cải

tiến và điều chỉnh động cơ; và đưa ra khuyến cáo cần thiết khi sử
dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn hơn 5% cho động cơ xăng
truyền thống. Đối tượng nghiên cứu là 02 xe ô tô; 02 động cơ ô tô;
02 xe máy.
Nghiên cứu lý thuyết đặc tính của động cơ khi sử dụng E10, E15,
E20 và E85 trên phần mềm AVL-Boost. Đánh giá tính thương thích
của hệ thống cung cấp nhiên liệu với E10, E15, E20. Đánh giá tính
- 2 -
hiệu quả, kinh tế và phát thải khi sử dụng RON92, E10, E15 và E20.
Đánh giá độ bền của động cơ khi sử dụng xăng E10 và RON92.
Các nội dung nghiên cứu được thực hiện tại PTN Động cơ đốt
trong - Viện CKĐL - ĐHBK Hà Nội.
ii. Phương pháp nghiên cứu
Ngâm các chi tiết của hệ thống nhiên liệu trong xăng thông
thường và xăng sinh học. Nghiên cứu lý thuyết bằng phần mềm mô
phỏng và thử nghiệm đối chứng trên băng thử nhằm đánh giá tác
động của xăng sinh học đến đặc tính cháy, tính kinh tế, kỹ thuật, phát
thải, tăng tốc, khởi động lạnh. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
nhằm đánh giá độ bền của động cơ khi sử dụng E10.
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả mô phỏng làm cơ sở cho việc đánh giá các kết quả thực
nghiệm và kiến nghị điều chỉnh các thông số của động cơ. Xây dựng
các quy trình đánh giá tương thích vật liệu, tính năng kinh tế-kỹ thuật
và phát thải cũng như độ bền của động cơ xăng đối với xăng sinh
học.
Đưa ra các khuyến cáo về khả năng tương thích vật liệu của một
số chi tiết với xăng sinh học E10, E15, E20. Đồng thời, đưa ra các
nhận định cũng như giải pháp kỹ thuật đối với động cơ nhằm đáp
ứng việc sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 cao hơn 5% trên
động cơ xăng xe máy và ô tô.

Luận án góp phần tư vấn cho các cơ quan chức năng trong việc
thực hiện lộ trình sử dụng xăng sinh học E10 và cung cấp kiến thức
cũng như tư vấn cho người sử dụng phương tiện.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học (NLSH) (Biofuels) là loại nhiên liệu được
hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật [1]. Đây là
nguồn nhiên liệu thay thế nhiều tiềm năng, thân thiện với môi trường
và có thể tái tạo.
Các loại nhiên liệu sinh học thường sử dụng trên thực tế hiện nay
có thể kể tên như sau: Bioetanol, biodiesel, biogas, biohydrogen…
Trong đó bioetanol (gọi tắt là etanol) được sản xuất và sử dụng rỗng
rãi ở Mỹ, Brazil và các nước đang phát triển như Thái Lan và Trung
- 3 -
Quốc.
1.2. Nhiên liệu etanol và xăng sinh học
1.2.1. Nhiên liệu etanol
Etanol là chất lỏng không
màu, mùi thơn dễ chịu, vị cay,
nhẹ hơn nước (khối lượng riêng
0,7936 g/ml ở 15
0
C), sôi ở
78,39
0
C, hóa rắn ở - 114,15
0
C,
tan vô hạn trong nước.
Công nghệ sản xuất: phương

pháp hydrat hóa etylen, công
nghệ lên men, công nghệ sinh
học sản xuất etanol từ nguyên liệu xenluloza
1.2.2. Xăng sinh học
Xăng sinh học là hỗn hợp giữa xăng và etanol theo một tỷ lệ nhất
định. Sau khi phối trộn, xăng sinh học có những thay đổi về tính
chất: khi tăng etanol thì áp suất hơi bảo hòa (RVP) tăng, đạt giá trị
lớn nhất ở E10 và sau đó giảm, trị số octan tăng, nhiệt trị của nhiên
liệu giảm [18].
Xăng có ẩn nhiệt hóa hơi khoảng 465,4 KJ/kg; etanol là 839,67
KJ/kg, sự bay hơi của hỗn hợp dẫn tới sự giảm nhiệt độ khí nạp vì
vậy, “mật độ khối lượng” xăng sinh học vào động cơ lớn hơn.
Hàm lượng etanol thấp sẽ gây ra sự
tăng RVP đạt giá trị cực đại khi etanol
khoảng 10% thể tích và bắt đầu giảm khi
tăng etanol (Hình 1.3).
Etanol có trị số octan cao sau khi phối
trộn làm tăng số octan nhiên liệu có thể
loại bỏ việc sử dụng các phụ gia chống
kích nổ gây ô nhiễm [19].
1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol
1.2.3.1. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol trên thế giới
Ngành NLSH trên thế giới phát triển mãnh mẽ dựa trên 3 động
lực là năng lượng tái tạo, hỗ trợ nông nghiệp, và bảo vệ môi trường.
Các thống kê khác nhau cho thấy, sản lượng etanol đến năm 2012 đã
đạt xấp xỉ 115 tỷ lít, tăng gần gấp đôi trong vòng 5 năm qua. Trong

Hình 1.3. Áp suất hơi bão
hòa t
ạ

i 37,8
0
C


Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất etanol từ
lúa mì và xi-rô đường

- 4 -
đó, Mỹ, Braxin, EU chiếm 87% sản lượng toàn cầu. OECD và FAO
cũng đưa ra dự báo, đến năm
2021 sản lượng etanol toàn
cầu sẽ tăng lên đến 180 tỷ lít.
Việc nghiên cứu, phát
triển sản xuất và sử dụng
NLSH thu hút sự quan tâm
rất lớn của các quốc gia trên
thế giới do các lợi ích của
loại nhiên liệu này đối với an
ninh năng lượng, môi trường và xã hội.
1.2.3.2. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol ở Việt Nam
Tính đến tháng 12/2012, đã có 6 nhà máy sản xuất cồn etanol
hoạt động, công suất thiết kế khoảng 535 triệu lít etanol/năm. Dự
kiến đến năm 2015, cả nước có 13 nhà máy với tổng công suất thiết
kế đạt khoảng 1,100 triệu lít đủ để phối trộn 8,5 triệu tấn xăng E10
và nhu cầu sử dụng sắn đạt 2,15 triệu tấn sắn lát khô.
Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định
177/2007/QĐ-TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” [5]. Đề án xây dựng mục
tiêu phát triển nhiên liệu sinh học theo từng giai đoạn, bao gồm các

vấn đề về cơ chế chính sách, quy hoạch vùng nguyên liệu, đào tạo
nguồn nhân lực, nghiên cứu làm chủ công nghệ chế biến phối trộn
xăng sinh học. Theo đó, đến năm 2015 sản lượng etanol và dầu thực
vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu
cầu xăng dầu của cả nước; và đến năm sản lượng này đạt 1,8 triệu
tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
1.2.4. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ trên
thế giới
Alvydas Pikunas thử nghiệm động cơ 4 xylanh, phun xăng điện
tử, tỷ số nén 9,8:1 với E10, chế độ toàn tải [20] cho thấy công suất và
suất tiêu hao nhiên liệu đều tăng chút ít.
M.Al-Hasan, thử nghiệm với động cơ xăng 4 xylanh, tỷ số nén
9:1, tỷ lệ etanol biến thiên từ 0% ÷ 25%, ở các tốc độ 1000, 2000,
3000, 4000v/ph, bướm ga mở 75% kết quả tính năng kỹ thuật động
cơ được cải thiện [21].

Hình 1.5. Sản lượng nhiên liệu sinh
h
ọ
c
tính

đ
ế
n năm 2017

- 5 -
Ioannis Gravalos, nghiên cứu trên động cơ trang bị bộ chế hòa khí
cho thấy với xăng E10, E20 và E30 công suất động cơ tăng và suất
tiêu hao nhiên liệu giảm so với xăng thông thường [24].

Hầu hết các kết quả đều cho thấy phát thải giảm đáng kể HC, CO,
tuy nhiên lượng CO
2
có xu hướng tăng và NO
x
thay đổi tùy từng
trường hợp cụ thể [18, 21, 22, 27, 28, 31, 32].
Orbital Engine
Company, thử
nghiệm với các chi
tiết trong hệ thống
nhiên liệu với E20
thực hiện tại
Australia [36, 37].
Kết quả xuất hiện
hiện tượng ăn mòn
với các chi tiết kim
loại (Hình 1.15). Các chi tiết bằng đồng đều bị xỉn màu, giảm độ
bóng (Hình1.17).
Các chi tiết phi kim có những thay đổi đáng kể sau khi ngâm
trong E20: các màng cao su bị đổi màu, biến dạng (Hình 1.18), các
ống cao su trương nở và tách ra khỏi ống nối (Hình 1.19).
1.2.5. Các nghiên cứu ứng dụng etanol cho động cơ ở Việt Nam
Nghiên cứu Đại học Bách
khoa Hà Nội [6] và Đại học
Bách khoa Đà Nẵng [7] với E5
và E10 kết quả phản ánh tích
cực tính tương đồng về các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát
thải cũng như một số kết quả

liên quan đến độ bền, tuổi thọ
của động cơ. (Hình 1.20).
Hình 1.15. Vỏ bơm nhiên liệu
sau khi ngâm trong E20 [36,

Hình 1.17. Lõi bơm nhiên liệu sau
khi ngâm trong E20 [36, 37]

Hình 1.18. Màng van
bơm nhiên liệu Lõi bơm
nhiên liệu sau khi ngâm
trong E20 [36, 37]


Hình 1.19.Van thông khí
cácte sau khi ngâm
trong E20 [36, 37]

Hình 1.20. So sánh các thông số của động
cơ xe máy khi sử dụng E5 và E10 với
RON92[8]

6,50
6,24
-6,37
-14,40
-21,65
31,67
11,37
5,03

4,43
-5,41
-16,06
-17,21
16,94
11,64
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
E5 E10
Cải thiện(%)
- 6 -
1.3. Vấn đề sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn
Etanol có trị số Octan cao, vì vậy có thể tăng tỷ số nén để nâng
cao hiệu suất nhiệt. Ôxy chiếm khoảng 35% làm tăng khả năng cháy
kiệt nhiên liệu. Nhiệt ẩn hoá hơi của etanol cao do đó động cơ khó
khởi động lạnh. Etanol có chứa hàm lượng lớn ôxy nên có khả năng
ôxy hóa cao, làm cho một số chi tiết kim loại bị ăn mòn, chi tiết phi
kim bị lão hóa nhanh [42].
1.4. Kết luận chương 1
Việc nâng cao tỷ lệ cồn etanol trong xăng sinh học là xu hướng
chung trên thế giới và đã được quan tâm nghiên cứu. Kết quả nghiên
cứu cho thấy mức độ ảnh hưởng của xăng sinh học tới động cơ phụ
thuộc nhiều vào kết cấu, kiểu loại động cơ, vật liệu chế tạo và chế độ
làm việc. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, chất lượng phương tiện

đang lưu hành ở Việt Nam, để sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn
etanol lớn hơn 5%, cần đánh giá một cách toàn diện khả năng tương
thích của phương tiện đang lưu hành với nhiên liệu này. Qua đó góp
phần thực hiện lộ trình ứng dụng NLSH, đồng thời giúp các nhà sản
xuất và người sử dụng biết được những tác động có thể xảy ra và
những điều chỉnh cần thiết đối với phương tiện khi sử dụng xăng
sinh học có tỷ lệ etanol lớn.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ PHƯƠNG
PHÁP ĐÁNH GIÁ TƯƠNG THÍCH CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG
TRUYỀN THỐNG KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC
2.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức
2.1.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức
Động cơ đốt cháy cưỡng bức quá trình cháy chia làm 3 giai đoạn:
cháy trễ; cháy nhanh; cháy rớt.
Quá trình cháy diễn ra lân cận
ĐCT để mômen và công suất
động cơ đạt lớn nhất. Màng lửa
trong quá trình cháy được hình
thành và trải qua các giai đoạn
khác nhau.
Hình dạng bề mặt màng lửa
phụ thuộc vào mức độ xoáy lốc
của hòa khí. (Hình 2.3).

Hình 2.3. Hình dạng bề mặt màng lửa
a) Trường hợp hòa khí có xoáy lốc bình thường

b) Trường hợp hòa khí có xoáy lốc mạnh
- 7 -
2.1.2. Đặc điểm quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng

bức sử dụng xăng sinh học
Xăng sinh học là hỗn hợp giữa xăng
và etanol, phương trình cháy của xăng
sinh học trong động cơ đốt cháy cưỡng
bức được diễn tả như sau [43]:
(1-X
E
)C
n
H
m
+(X
E
)C
2
H
5
OH+a(O
2
+3,76N
2
)
→bCO
2
+dH
2
O+eN
2
+fO
2

+gCO+hH
2
+iH
+jO+kOH+lNO
- a, b, d, e, f, g, h, i, j, k, l: các hệ số
- X
E
: tỷ lệ etanol trong xăng
Khi tăng tỷ lệ etanol, tỷ số nhiên
liệu/không khí tương đương có xu hướng
giảm (Hình 2.5). Nếu với xăng tỷ số này
là 1,15 thì khi tăng nồng độ cồn tới
khoảng 25%, tỷ số này sẽ xấp xỉ bằng 1 và tốc độ lan tràn màng lửa
là lớn nhất [44].
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác động cơ sử
dụng xăng sinh học
2.2.1. Trạng thái nhiệt động học
Tính toán nhiệt động học được dựa trên định luật 1 nhiệt động
học:
∑ ∑∑

).(
dt
dm
fqh
d
dm
h
d
dm

d
dm
h
d
dQ
d
dQ
d
dV
p
d
umd
ev
eve
e
i
iBB
BB
wF
c
c


(2.1)
Biến thiên khối lượng được tính toán.
 

dt
dm
d

dm
d
dm
d
dm
d
dm
evBBeic

(2.2)
Việc giải phương trình trên phụ thuộc vào mô hình quá trình
cháy, quy luật toả nhiệt và quá trình truyền nhiệt qua thành xylanh,
cũng như áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn hợp khí.
2.2.2. Lý thuyết tính toán quá trình cháy
Động cơ đốt cháy cưỡng bức có thể sử dụng mô hình cháy
Fractal. Quá trình cháy được tính toán dựa trên phương trình nhiệt
động học 1 của mô hình cháy vibe 2 vùng (Vibe Two Zone) [45],
[46].

Hình 2.5. Biến thiên tỷ số
nhiên liệu/không khí tương
đương theo nồng độ cồn
etanol trong xăng sinh học
[44]
- 8 -
Nhiệt động học được thể hiện theo các phương trình 2.3 và 2.4:

d
dm
h

d
dm
h
d
dQ
d
dQ
d
dV
p
d
umd
bBB
bBB
b
u
Wb
Fb
c
bb
,
,
¦

)(


(2.3)

d

dm
h
d
dm
h
d
dQ
d
dQ
d
dV
p
d
umd
uBB
uBB
B
u
Wu
Fu
c
uu
,
,
¦

)(


(2.4)

2.2.3. Lý thuyết tính toán truyền nhiệt
2.2.3.1. Truyền nhiệt trong xylanh:
Quá trình truyền nhiệt từ buồng cháy qua thành buồng cháy:
).(.
wicwiwi
TTAQ 

(2.21)
Hệ số truyền nhiệt của mô hình Hohenberg [45], [48]:
8,04,08,066,0
)4,1.( 130 

mccw
cTPV

(2.24)
2.2.3.2. Trao đổi nhiệt tại cửa nạp, cửa thải:
Trong AVL-Boost mô hình Zapf [41], 47 sử dụng để tính toán.
w
cm
A
wud
TeTTT
p
p
w











.
.
).(

(2.25)
2.2.4. Lý thuyết tính toán hàm lượng phát thải
2.2.4.1. Phát thải CO
Tính toán bằng giải phương trình dựa trên các phản ứng [49,50]:
CO + OH ⇆ CO
2
+ H,
CO
2
+ O ⇆ CO + O
2
Tốc độ phản ứng hình thành CO được tính toán theo công thức:

 
1 2
[ ] [ ]
1
[ ]
e
d CO CO

R R
dt CO
 
  
 
 
(2.29)
2.2.4.2. Phát thải HC
Tốc độ hình thành HC được thể hiện bằng phương trình tổng
quát:



   
b
RTE
HCHC
OHCeAC
dt
HCd
gwHC
2
/



(2.32)
2.2.4.3. Phát thải NO
x

Quá trình hình thành của NO
x
được thể hiện qua sáu phương trình
phản ứng theo cơ chế Zeldovich thể hiện Bảng 2.2 [51].

- 9 -
Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NO
x
.
TT Phản ứng
Phản ứng thuận Phản ứng nghịch
A
(cm
3
/mol s)
B (–)
E
(kcal/mol K)
A
(cm
3
/mol s)

B (–)
E
(kcal/mol K)

1 N
2
+ O ↔ NO + N 4.93 x 10

13

0.0472

- 75.59 1.6 x 10
13

0 0
2 O
2
+ N ↔ NO + O 1.48 x 10
8
1.5 - 5.68 1.25 x 10
7

1612 - 37.69
3 OH + N ↔ NO + H 4.22 x 10
13
0 0 6.76 x 10
14

- 0.212

- 49.34
4 N
2
O + O ↔ NO + NO 4.58 x 10
13
0 - 24.1 7.39 x 10
8

0.89 - 58.93
5 O
2
+ N
2
↔ N
2
O + O 2.25 x 10
10
0.825 - 102.5 3.82 x 10
13

0 - 24.1
6 OH + N
2
↔ N
2
O + H 9.14 x 10
7
1.148 - 71.9 2.95 x 10
13

0 - 10.8
Hằng số cân bằng của các phản ứng được tính theo công thức:


TEATk
B
/exp 

(2.37)
2.2.5. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu xăng và etanol E100
Đối với nhiên liệu etanol, đặc tính nhiệt động học được tính toán
dựa trên các hàm đa thức:



= 

+ 

 +



+ 



+ 



(2.40)



= 


+



 +





+





+





+



(2.41)




= 

 + 

 +





+





+





+ 

(2.42)
2.3. Phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng
truyền thống khi sử dụng xăng sinh học
2.3.1. Phương pháp đánh giá tương thích vật liệu
2.3.1.1. Các tiêu chuẩn đánh giá tương thích vật liệu
Trên cơ sở các tiêu chuẩn SAEJ 1747[52], SAEJ 1748[53] và

SAE 2005-10-3710 và nghiên cứu Viện công nghệ Kingmonkut,
Thái Lan [54]. Xây dựng một phương pháp đánh giá tương thích vật
liệu phù hợp.
2.3.1.2. Xây dựng quy trình thử nghiệm tương thích vật liệu
- Các chi tiết được chọn lọc và cắt được ngâm
- Ngâm: RON92, E10, E15, E20, 2000 giờ, nhiệt độ 45
0
C±2
0
C
- Nhiên liệu được thay hàng tuần
- Thời gian ngâm 2000h với các chu kỳ 1, 3, 6, 12 tuần
- Chi tiết cao su và nhựa, nhiên liệu thay hàng ngày trong ba ngày
đầu, sau đó thay hàng tuần
- Chi tiết kim loại nhiên liệu thay theo chu kỳ 1, 3, 6 và 12 tuần.
- 10 -
Trước, trong và sau khi ngâm được đánh giá theo phương pháp:
Ngoại quan (1), khối lượng (2), kích thước (3), độ cứng (4), chụp ảnh
(5), được đo đạc và đánh giá tại các thời điểm Bảng 2.4.
Bảng 2.4. Bảng tiến trình đo
Lần đo Thời điểm đo Phương pháp đo
Lần 1 0h (trước khi ngâm) Phương pháp (1), (2), (3), (4)
Lần 2 500h (≈ 20 ngày) Phương pháp (1), (2), (3), (4)
Lần 3 1000h (≈ 42 ngày) Phương pháp (1), (2), (3), (4)
Lần 4 2000h (≈ 83 ngày) Phương pháp (1), (2), (3), (4), (5)
2.3.2. Phương pháp đánh giá
tính năng động cơ ô tô
Đánh giá theo phương pháp
đối chứng: ôtô chạy với nhiên
liệu RON92, E10, E15 và E20

theo đặc tính tốc độ ở các vị trí
tay số xác định và ở 100% tải;
đánh giá khả năng khởi động
lạnh và khởi động nóng; đánh
giá phát thải theo chu trình thử
ECE 15-05 với ô tô.
2.3.3. Phương pháp đánh giá
độ bền và tuổi thọ động cơ
2.3.3.1. Phương pháp đánh giá
ảnh hưởng của xăng sinh học
E10 đến độ bền và tuổi thọ của
động cơ xăng xe máy
Đánh giá đối chứng hai xe
máy với RON92 và E10. Tổng
quãng đường quy đổi vào
khoảng 20.000 km, gồm 5500
km trên đường và 200h chạy
trên băng thử. Sơ đồ quy trình
Hình 2.16.
Hao mòn của các chi tiết
được thực hiện thông qua việc
đo đạc các kích thước của động
cơ như xilanh, piston, xéc măng.

Hình 2.16. Sơ đồ quy trình thử
nghiệm bền của động cơ xăng xe máy

Hình 2.20. Sơ đồ quy trình thử
nghiệm bền của động cơ xăng ô tô
- 11 -

2.3.3.2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10
đến độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng ô tô
Đánh giá đối chứng với RON92 và E10, 300h trên băng thử, áp
suất có ích trung bình BMEP = 5,65bar, 3000 v/ph. Tương đương
80km/h. Tổng quãng đường quy đổi 24.000 km. Sơ đồ quy trình
Hình 2.20. Đánh giá hao mòn của được thực hiện tương tự xe máy.
2.4. Kết luận chương 2
Mô hình cháy Fractal cùng với các mô hình khác như mô hình
hỗn hợp nhiên liệu, truyền nhiệt, tính toán hàm lượng phát thải được
sử dụng trong nghiên cứu này.
Phương pháp đánh giá tương thích vật liệu được xây dựng phù
hợp với điều kiện Việt Nam trên cơ sở các khuyến nghị SAEJ 1747,
SAEJ 1748 và SAE 2005-10-3710.
Đánh giá tính năng động cơ theo phương pháp đối chứng khi sử
dụng RON92 và xăng sinh học ở các tay số và theo chu trình thử khí
thải tiêu chuẩn.
Đánh giá độ bền và tuổi thọ động cơ theo phương pháp đối chứng
RON92 và E10, chạy bền xe máy tương đương 20.000km, chạy bền
động cơ ô tô 300giờ trên băng thử.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG
XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ ETANOL LỚN
3.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi mô phỏng
Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu E10, E15, E20 và E85 thông
qua mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm AVL Boost.
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm AVL Boost
AVL Boost là một công cụ mô phỏng chu trình công tác và quá
trình trao đổi khí của động cơ. [45].
3.2.2. Xây dựng mô hình và các thông số nhập cho mô hình
Mô hình động cơ xe máy, ô tô được xây dựng Hình 3.1.

3.2.3. Các bước nghiên cứu trên mô phỏng
Mô phỏng đặc tính ngoài ở các chế độ: lượng nhiên liệu cho một
chu trình không đổi, hệ số lambda không đổi, công suất không đổi.
- 12 -


Hình 3.1. Mô hình mô phỏng động cơ xe máy và động cơ ô tô
3.3. Kết quả tính toán mô phỏng
3.3.1. Đánh giá độ chính xác của mô hình
Hình 3.2 so sánh
công suất xe máy mô
phỏng và thực nghiệm,
sai lệch lớn nhất là
3,39%. Đối với động cơ
ô tô sai lệch công suất
lớn nhất là 8,9% (ở
2800 vg/ph với E10),
sai lệch trung bình
RON92 là 4,6% và E10 là 6,5%. Như vậy, việc tính toán bằng mô
phỏng có sai số dưới 10% đáp ứng đủ độ tin cậy cần thiết để tiến
hành tính toán trên phạm vi rộng hơn sau này.
3.3.2. Động cơ xe máy
Thời gian cháy trễ giảm
khi tăng tỉ lệ etanol trong khi
thời gian cháy nhanh tăng
lên.
Hình 3.6 đã cho thấy được
độ giảm công suất ở 3 dải tốc
độ 3000, 5000, 7500 v/ph so
với khi chạy xăng RON92.

Vì công suất giảm nên suất
tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng
lên.
Khi tăng tỉ lệ etanol thì nồng độ CO, HC giảm và NO
x
tăng. Tuy
nhiên, NO
x
giảm với E85 do nhiệt trị thấp của E85 thấp hơn rất nhiều
so với các nhiên liệu khác.
1
2
3
4
5
6
7

Hình 3.6. Độ giảm công suất trung bình
khi sử dụng E5, E10, E20, E85 (so với
E0)

Hình 3.2. So sánh kết quả tính toán mô phỏng
với kết quả thực nghiệm về công suất động cơ
xe máy với hai loại nhiên liệu xăng (E0) và
xăng pha c
ồ
n E10

- 13 -

3.3.3. Động cơ ô tô xe Lanos
- Trường hợp giữ nguyên lượng nhiên liệu cấp
Hình 3.11 biểu diễn sự thay đổi
công suất khi sử dụng xăng sinh học.
Cụ thể công suất trung bình giảm
khoảng 1,75%; 4,06%; 9,13% và
38,71% khi sử dụng E5, E10, E20,
E85. Để giữ nguyên công suất cần bổ
sung thêm nhiên liệu tương ứng lần
lượt là 1,67%; 3,67%; 7,51% và
30,29%. CO và HC đều giảm, trong
khi đó NO
x
tăng. Độ giảm trung bình
của CO khi sử dụng E5, E10, E20,
E85 lần lượt là 59,48%; 62,99%; 66,89%; 86,08%; HC giảm trung
bình là 30,78%; 42,92%; 51,90% và 56,59% và NO
x
tăng trung bình
29,65%; 42,38%; 49,68% và giảm 87,56%.
- Trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda
Như thể hiện ở Hình 3.17, công
suất chỉ tăng khoảng 2% khi chạy ở
tốc độ cao (3600 vòng/phút) và lambda
lớn hơn 1 một chút (1,02). Ở các chế
độ tốc độ còn lại, với lambda nhỏ hơn
1 thì công suất giảm đi, nhiều nhất là
khi sử dụng E85 (giảm gần 5%). Điều
này có thể được giải thích do các ưu
điểm về tốc độ cháy và tạo hòa khí tốt

của etanol chỉ phát huy tác dụng trong
vùng lambda lớn hơn 1. Khi sử dụng
nhiên liệu xăng pha cồn, suất tiêu thụ
nhiên liệu tăng lên, càng tăng tỷ lệ cồn suất tiêu thụ nhiên liệu càng
tăng. Tính trung bình, khi tỷ lệ cồn 20% thì suất tiêu thụ nhiên liệu
tăng khoảng 6,71%, nhưng khi sử dụng E85 thì suất tiêu thụ nhiên
liệu có thể tăng trên 40%.
Hình 3.19 thể hiện mức độ thay đổi các thành phần phát thải
(CO, HC, NO
x
) so với khi chạy RON92 khi giữ nguyên lambda. Với
xăng sinh học, phát thải CO giảm mạnh, NO
x
tăng (riêng E85 giảm
tương tự xe máy). Riêng thành phần HC, kết quả mô phỏng khi sử

Hình 3.17. Mức độ thay đổi
công suất động cơ so với khi
chạyRON, giữ nguyên lambda
Hình 3.11. Sự thay đổi công
suất động cơ so với khi sử dụng
xăng
- 14 -
dụng xăng sinh học và giữ lambda không đổi lại cho thấy thành phần
HC đối với E10 giảm nhưng đối với E15, E20 thì tăng lên.



Hình 3.19. Mức độ thay đổi các thành phần phát thải so với khi chạy
RON92, giữ nguyên lambda

3.4. Giải pháp cải tiến động cơ xăng thông thường khi sử dụng
xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn nhằm đảm bảo tính năng kỹ
thuật
3.4.1. Giải pháp cải tiến động cơ sử dụng bộ chế hoà khí
Khi chuyển sang sử dụng nhiên liệu có tỷ lệ etanol lớn cần cải
tiến và điều chỉnh các chi tiết, bộ phận và thông số sau: gic-lơ chính
của bộ chế hòa khí, hệ thống tăng tốc, hệ thống không tải, vị trí phao
xăng, bướm gió, van hằng nhiệt, gia nhiệt cho nhiên liệu, thời điểm
đánh lửa, sấy nóng khí nạp, hệ thống khởi động lạnh, tỷ số nén.
Kết quả mô phỏng thể hiện ở Hình 3.20 cho thấy lượng nhiên liệu
cần bổ sung khi sử dụng E10, E15, E20 và E85 lần lượt là 3,82%;
6,12%; 8,44% và 59,96%. Đây là
cơ sở để xác định đường kính gic-
lơ nhằm cung cấp đủ lượng nhiên
liệu yêu cầu.
Độ tăng kích thước gic-lơ của
động cơ xe máy khi sử dụng E10,
E15 và E20 không đáng kể, lần lượt
là 0,79%; 1,31% và 1,77%. Tuy
nhiên, nếu hàm lượng etanol lớn
hơn 20% cần phải xem xét để có
biện pháp hỗ trợ tăng lượng nhiên
liệu cung cấp cho động cơ.
Đối với ô tô sử dụng bộ chế hòa khí, theo kết quả mô phỏng khi
chuyển sang sử dụng E10, E20 và E85 thì lượng nhiên liệu cần bổ
sung thêm lần lượt là 3,67%; 7,51% và 30,29%. Tương tự như đối
với bộ chế hòa khí xe máy, bộ chế hòa khí của ô tô không cần phải
Hình 3.20. Tỷ lệ lượng nhiên
liệu cần bổ sung để công suất
đ

ộ
ng cơ không đ
ổ
i

0
10
20
30
40
50
60
70
80
E10 E15 E20 E85
Độ tăng nhiên liệu cung cấp (%)
Nhiên liệu thử nghiệm
3000 vòng/p hút
5000 vòng/p hút
7500 vòng/p hút
Trung bình
- 15 -
điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp đối với E10 và E20.
3.4.2. Giải pháp cải tiến động cơ ô tô phun xăng điện tử
Theo kết quả nghiên cứu mô phỏng thì lượng nhiên liệu cung cấp
cho động cơ cần thay đổi tới 7,51% khi sử dụng nhiên liệu E20 nhằm
giữ nguyên công suất của động cơ. Tỷ lệ thay đổi này nằm ngoài khả
năng tự điều chỉnh của hệ thống phun xăng điện tử nên phải áp dụng
các giải pháp tăng lượng nhiên liệu cung cấp. Việc tăng lượng nhiên
liệu cung cấp khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn có thể

thực hiện bằng một số giải pháp sau đây:
- Thay thế vòi phun có khả năng cung cấp nhiên liệu lớn hơn hoặc
làm rộng lỗ phun của vòi phun xăng điện tử,
- Tăng áp suất ở đường ống trước vòi phun bằng cách thay van điều
áp.
3.5. Kết luận chương 3
Kết quả mô phỏng cho thấy diễn biến quá trình cháy, xu hướng
thay đổi các thông số tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ
xăng khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn etanol lớn. Với xăng
sinh học, công suất giảm và suất tiêu hao nhiên liệu tăng. Muốn giữ
nguyên công suất không đổi, cần phải điều chỉnh tăng lượng nhiên
liệu. Phát thải NO
x
tăng lên, CO và HC giảm xuống khi sử dụng
xăng sinh học E5, E10 và E20. Tuy nhiên nêu sử dụng E85 thì nồng
độ NO
x
lại giảm xuống một cách rõ rệt. Thời gian cháy trễ giảm, thời
gian cháy nhanh tăng lên, vì vậy cần quan tâm đến góc đánh lửa phù
hợp để động cơ hoạt động hiệu quả nhất.
Các giải pháp cải tiến động cơ cho phù hợp với xăng sinh học có
tỷ lệ cồn etanol lớn được nghiên cứu tính toán và đề xuất. Một số
giải pháp thực hiện với động cơ xăng có bộ chế hòa khí khi như sau:
- Tăng lượng nhiên liệu cung cấp, theo kết quả tính với E85 đường
kính gíclơ cần tăng 11,31%
- Điều chỉnh hệ thống tăng tốc, không tải, vị trí phao xăng
- Điều chỉnh thời điểm đánh lửa
- Sấy nóng khí nạp
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích và phạm vi thử nghiệm

Đánh giá tác động của xăng sinh học E10, E15, E20 đến vật liệu
- 16 -
các chi tiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng ô tô và
xe máy, đến tính kinh tế, kỹ thuật, phát thải, khả năng tăng tốc, khởi
động lạnh của động cơ trong phòng thí nghiệm. Đánh giá độ bền của
động cơ khi sử dụng xăng sinh học E10 trong phòng thí nghiệm.
4.2. Nhiên liệu
Xăng RON92 trên thị trường cung cấp bởi Petrolimex; E10, E15
và E20 được pha trộn bởi Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam từ
etanol gốc E100 sản xuất bởi Công ty Cổ phần Đồng Xanh, Quảng
Nam, có nồng độ cồn 99,5% .
4.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng tương thích vật liệu
4.3.1. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm
Thiết bị sấy Binder, chai thủy tinh, cân điện tử, thước cặp, máy
ảnh kỹ thuật số Canon iXY 30S, máy chụp hiển vi điện tử.
Hệ thống nhiên liệu của xe máy Honda, ôtô dùng chế hòa khí; ôtô
dùng phun điện tử.
4.3.2. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ
thống nhiên liệu động cơ xe máy
4.3.2.1. Sự thay đổi của chi tiết giclơ nhiên liệu chính
Bảng 4.3. Hình ảnh chụp giclơ nhiên liệu chính trước và sau 2000h ngâm
Hình ảnh chụp
trước khi ngâm
Hình ảnh chụp sau
2000h ngâm
Hình ảnh chụp
trước khi ngâm
Hình ảnh chụp
sau 2000h ngâm

RON92

E10





E15 E20
Sự thay đổi về độ bóng của bề mặt lỗ rõ ràng hơn đối với các chi
tiết ngâm trong E10, E15 và E20 so với ngâm trong RON92. Sau khi
ngâm, bề mặt các chi tiết đều xuất hiện nhiều vết rỗ và có các cặn
bẩm bám vào. Mức độ rỗ trên bề mặt chi tiết ngâm trong E10 nhiều
hơn so với chi tiết ngâm trong RON92. Các vết rỗ này là do quá trình
ăn mòn ôxy hóa của nhiên liệu đối với bề mặt chi tiết.
- 17 -
Bảng 4.4. Hình ảnh chụp bề mặt lỗ giclơ chính (vật liệu đồng) trên kính
hiển vi điện tử với độ phóng đại 2000 lần
Hình ảnh chụp
trước khi ngâm
Hình ảnh chụp sau
2000h ngâm
Hình ảnh chụp
trước khi ngâm
Hình ảnh chụp sau
2000h ngâm

RON92 E10
4.3.2.2. Sự thay đổi của vít điều chỉnh hỗn hợp không tải và vít xả
xăng
4.3.2.3. Thay đổi của kim 3 cạnh
4.3.2.4. Sự thay đổi của chi tiết lọc tinh nhiên liệu
4.3.2.5. Sự thay đổi màu của vỏ nhựa lọc tinh
4.3.2.6. Ảnh hưởng của nhiên liệu tới kích thước các chi tiết
4.3.2.7. Ảnh hưởng của nhiên liệu tới khối lượng các chi tiết
Khối lượng của các chi tiết kim loại không thay đổi. Đối với các
chi tiết phi kim, sự thay đổi là nhỏ và khá tương đồng đối với các chi
tiết ngâm. Các chi tiết bằng nhựa và cao su có xu hướng giảm khối
lượng do bị hòa tan một lượng nhỏ ra nhiên liệu, chi tiết lọc tinh
bằng giấy có xu hướng tăng khối lượng do một số chất bị tan trong
nhiên liệu bám vào lọc.
4.3.2.8. Phân tích và đánh giá một số chỉ tiêu của xăng sinh học
trước và sau khi ngâm chi tiết
Hàm lượng kim loại và hàm lượng nhựa trong các mẫu RON92,
E10, E15 và E20 trước và sau ngâm chi tiết kim loại thay đổi không
đáng kể, trong khi hàm lượng nhựa với nhiên liệu ngâm các chi tiết
phi kim tăng lên. Điều này cho thấy các chi tiết phi kim đã bị phôi và
hòa tan trong nhiên liệu. So với xăng RON92, mức độ tăng hàm
lượng nhựa khi ngâm trong E10, E15 và E20 rõ nét hơn.
4.3.3. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ
thống nhiên liệu động cơ ô tô
Kết quả có xu hướng tương tự như đối với các chi tiết trong hệ
thống nhiên liệu xe máy
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử

- 18 -
4.4.1. Phương pháp đánh giá tính năng và độ bền
4.4.2. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm
4.4.3. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến độ bền
động cơ xe máy
a) Mức độ hao mòn các chi tiết
Các chi tiết chính khi chạy với E10 sau khi thử bền 20.000 km
đều có thay đổi kích thước lớn hơn chút ít so với RON92: đường
kính xilanh tăng lớn nhất 0,562% với E10 và 0,541% với RON92;
với piston tương ứng là 0,095% và 0,075%.
b) Công suất, tiêu thụ nhiên liệu và áp suất nén trước và sau chạy
thử nghiệm bền


Hình 4.16. Công suất xe máy ở tay số III và tay số IV trước và sau chạy bền
Kết quả đo công suất xe tại vùng tốc độ thấp và trung bình (tay số
III) độ giảm công suất trung bình khi xe chạy bằng RON92 là 4,84%
và E10 là 5,41% có cao hơn. Ở vùng tốc độ trung bình và cao (tay số
IV), mức độ giảm công suất khi xe chạy bằng xăng RON92 là 3,17%
và E10 là 3,44% phù hợp với kết quả đánh giá mòn.
Suất tiêu thụ nhiên liệu có xu hướng biến thiên phù hợp với xu
hướng công suất.
- Kết quả đánh giá áp suất nén của động cơ
Áp suất nén đo sau khi chạy bền của động cơ xe chạy bằng E10
thấp hơn so với động cơ xe chạy bằng xăng RON92 nhưng độ chênh
lệch là không đáng kể (1- 2%).
c) Kết quả phát thải theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE R40 trước và sau
thử nghiệm bền
Bảng 4.37. Kết quả thử nghiệm theo chu trình thử ECE R40 trước và sau
khi chạy bền của 2 xe Honda SuperDream với 2 loại nhiên liệu RON92 và

xăng sinh học E10
- 19 -
Thành
phần
(g/km)
Chạy RON92 Chạy E10
Trước chạy
bền
Sau chạy bền Trước chạy bền Sau chạy bền
HC

3,452

3,558

3,389

3,52

NO
x

0,284 0,275 0,25 0,24
CO

19,036

19,73

17,43

18,13

CO
2

18,9 20,0 23,0 25,1
Sau chạy bền 20.000km, mức thay đổi các thành phần phát thải là
tương đương, với E10 lớn hơn chút ít so với RON92.
d) Kết quả phân tích dầu bôi trơn trước, giữa và sau thử nghiệm bền
Mức độ thay đổi tính chất dầu bôi trơn khi sử dụng RON92 và
E10 khác nhau không nhiều.
4.4.4. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến động
cơ ô tô
4.4.4.1. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và phát thải theo tay số
Kết quả thử nghiệm xe Lanos
a) Công suất và tiêu thụ nhiên liệu
Với ô tô phun xăng điện tử, khi sử dụng E10 công suất khá tương
đồng so với RON92, trung bình tăng 0,22% tại tay số IV và giảm
0,24% tại tay số V. Với E15, công suất giảm không đáng kể, trung
bình giảm với 1,19% tại tay số IV và 0,52% tại tay số V. Suất tiêu
thụ nhiên liệu sử dụng E10, E15, E20 lớn hơn so với trường hợp sử
dụng xăng RON92.


Hình
4
.
20
.

Mức độ cải thiện công
suất xe Lanos tại tay số IV so với
RON92
Hình
4.
22
.

Su
ấ
t tiêu thụ
nhiên li
ệ
u
xe Lanos tại tay số IV
b) Tăng tốc và khởi động
Xe chạy với nhiên liệu E10 có khả năng tăng tốc tốt nhất, nhiên
- 20 -
liệu E15 cho khả năng tăng tốc kém hơn nhưng vẫn cao hơn nhiều so
với nhiên liệu RON92 và nhiên liệu E20.
c) Phát thải
Phát thải CO, HC được cải thiện đối với nhiên liệu E10, tuy nhiên
phát thải NO
x
và CO
2
tăng. Với E15 và E20, CO vẫn giảm nhưng HC
có xu hướng tăng lên, trong khi NO
x

giảm xuống. Suất tiêu hao nhiên
liệu thay đổi ít với các loại nhiên liệu.
Kết quả thử nghiệm xe Toyota Corrola
a) Công suất và tiêu thụ nhiên liệu


Hình
4.2
4
.

Mức độ cải thiện công
suất xe Corrola tại tay số IV so với
RON92
Hình
4.
2
5
.

Su
ấ
t tiêu thụ nhiên li
ệ
u
xe Corrola tại tay số IV
Với ô tô dùng chế hòa khí, khi sử dụng E10, E15 và E20, công
suất động cơ trung bình đều có xu hướng tăng, tương ứng tay số IV
là 6,45%, 6,71% và 5,43%. Suất tiêu thụ nhiên liệu xe Corrola sử
dụng chế hòa khí ở tay số IV và V cho thấy trên toàn tay số suất tiêu

thụ nhiên liệu khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 được cải
thiện đáng kể so với xăng RON92
b) Phát thải
Xe sử dụng bộ chế hòa khí, ưu việt thể hiện rất rõ về mức độ cải
thiện các thành phần phát thải CO, HC, trong khi tiêu thụ nhiên liệu
thay đổi không lớn, điều này đã dẫn tới sự cải thiện rõ nét về suất
tiêu thụ nhiên liệu. Sự cải thiện các thành phần phát thải CO và HC
càng lớn khi tăng tỷ lệ etanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học.
c) Tăng tốc và khởi động
Nhiên liệu E15 cho khả năng tăng tốc tốt nhất. Khi xe chạy với
nhiên liệu E20 và RON92 thì khả năng tăng tốc vẫn kém hơn E10 và
E15. Như vậy có thể thấy rằng khi pha tỷ lệ etanol phù hợp vào
nhiên liệu sẽ làm cải thiện đáng kể khả năng tăng tốc của xe.
- 21 -
4.4.4.2. Độ bền
a) Kết quả mức độ hao mòn
các chi tiết
Kết quả mài mòn chi tiết
xilanh và piston khi sử dụng
RON92 và E10 là nhỏ và khá
tương đồng, trong đó với E10
tốc độ mòn nhanh hơn
khoảng 20%.
Kết quả tương tự với các
chi tiết xéc măng, trục khuỷu.
b) Kết quả đánh giá công suất, tiêu thụ nhiên liệu và áp suất nén
trước và sau chạy bền


Hình

4
.
32
.
Mômen và công su
ấ
t
động cơ chạy RON92 trước chạy
bền (TCB) và sau chạy bền (SCB)
Hình
4
.
34
.
Mômen và công su
ấ
t
động cơ chạy nhiên liệu E10 trước
chạy bền và sau chạy bền
Tỷ lệ suy giảm mô men cực đại sau chạy bền của động cơ sử
dụng nhiên liệu RON92 là 5,3% và của nhiên liệu E10 là 5,9%. Tính
trên toàn dải tốc độ đo, thì tỷ lệ này là 6,05% với RON92 và 6,68%
với E10. Tỷ lệ tăng suất tiêu hao nhiên liệu của RON92 là 7,5% và
của E10 là 8,18%.
Sự suy giảm áp suất nén của động cơ sử dụng nhiên liệu E10 cao
hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng với tỷ lệ giảm trung bình
của RON92 là 2,65% trong khi của E10 là 3,34% phù hợp với kết
quả đo mòn nhóm chi tiết piston - xilanh - xéc măng.
c) Phân tích dầu bôi trơn trước và sau chạy bền
Kết quả này cho thấy sử dụng nhiên liệu E10 không làm ảnh

hưởng đến độ nhớt động học của dầu bôi trơn ở nhiệt độ làm việc.
Hàm lượng của đồng và chì của động cơ E10 vẫn nhỏ hơn rất nhiều

Hình 4.28. Thay đổi kích thước xilanh
trước và sau chạy bền tại vị trí của xéc
măng hơi th
ứ

nh
ấ
t

- 22 -
giới hạn cho phép ([60 mg/kg] đồng; [40 mg/kg] chì)
4.5. So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với mô phỏng
Sai lệch cực đại giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với các thông
số tính năng của động cơ là 13,83%, đối với các thành phần phát thải
là 12,40%, phản ánh đúng thực tế là các mô hình mô phỏng 1 chiều
động cơ sử dụng nhiều giả thiết đơn giản hóa. Có thể khẳng định
rằng mô hình do luận án phát triển là phù hợp, đảm bảo độ tin cậy
của các dữ liệu sử dụng trong luận án.
4.6. Kết luận chương 4
Sự tương thích vật liệu của các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu
động cơ xăng ô tô và xe máy với xăng sinh học E10, E15 và E20 mà
trọng tâm là xăng E10 đã được đánh giá. Kết quả cho thấy xăng E10:
không ảnh hưởng nhiều tới chi tiết bằng vật liệu thép; nhưng có ảnh
hưởng hơn so với RON92 đối với các chi tiết bằng kim loại màu
(đồng) và phi kim (cao su) thường có nhiều trên xe thế hệ cũ.
Tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của ô tô phun xăng điện
tử và ô tô dùng chế hòa khí khi sử dụng các loại xăng sinh học trên

cũng được nghiên cứu thử nghiệm trên băng thử. Kết quả như sau:
- Với ô tô dùng chế hòa khí, khi sử dụng E10, E15 và E20, công
suất động cơ trung bình đều có xu hướng tăng, tương ứng tay số
IV là 6,45%, 6,71% và 5,43%, tay số V là 7,73%, 8,48% và
6,98%. Mức tiêu hao nhiên liệu so với xe chạy xăng RON92 theo
chu trình thử ECE1505 đối với xăng E10 giảm 0,2% và tăng lên
lần lượt là 1,82% và 2,32% đối với E15 và E20. Hàm lượng CO
và HC theo chu trình thử ECE1505 giảm mạnh trên 20%, hàm
lượng NO
x
và CO
2
tăng,
- Với ô tô phun xăng điện tử, khi sử dụng E10 công suất khá tương
đồng so với RON92, trung bình tăng 0,22% tại tay số IV và giảm
0,24% tại tay số V. Với E15, công suất giảm không đáng kể,
trung bình giảm với 1,19% tại tay số IV và 0,52% tại tay số V.
Với E20 công suất giảm khoảng 2% tại cả hai tay số. Mức tiêu
thụ nhiên liệu so với khi xe chạy xăng RON92 theo chu trình thử
ECE 1505 tăng đối xăng sinh học. Mức tăng lần lượt là 5,45%,
6,81% và 9,57% đối với xăng E10, E15 và E20. Khi sử dụng E10,
hàm lượng CO, HC theo chu trình thử ECE giảm tương ứng
7,76% và 3,38%, NO
x
và CO
2
tăng tương ứng 18,7% và 5,92%,
trong khi với E15 và E20 thì HC có xu hướng tăng.
- 23 -
Thử nghiệm bền đối với xe máy và động cơ ô tô cho thấy mức độ

mòn các chi tiết, sự suy giảm về công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ,
phát thải, áp suất nén và chất lượng dầu bôi trơn khi sử dụng E10 và
RON92 là khá tương đồng và đều nằm trong giới hạn cho phép, mặc
dù sự thay đổi với E10 có rõ nét hơn.
Kết quả thử nghiệm nhiên liệu E10, E15 và E20 trên động cơ ô tô
phun xăng điện tử phù hợp với kết quả mô phỏng, sai lệch lớn nhất là
12,40% đối với hàm lượng phát thải CO. Mức sai lệch lớn nhất của
các thông số tính năng là 13,83%. Điều này một lần nữa minh chứng
cho độ chính xác của mô hình lý thuyết đã xây dựng ở Chương 3
cũng như độ tin cậy của dữ liệu sử dụng trong luận án.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung
Luận án đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng 1 chiều động
cơ xe máy và ôtô trên phần mềm AVL-Boost, qua đó đánh giá được
đặc tính cháy, tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của các động
cơ này khi sử dụng các loại xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn
hơn 5%, là cơ sở để giải thích, đánh giá kết quả thực nghiệm và đưa
ra định hướng điều chỉnh động cơ nhằm đạt được công suất đầu ra
theo yêu cầu.
Luận án đã đề xuất các quy trình đánh giá tương thích của động
cơ xăng đối với xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5%, bao
gồm quy trình đánh giá tương thích vật liệu, quy trình đánh giá đối
chứng tính năng và quy trình chạy bền động cơ.
Luận án đã đánh giá định lượng được ảnh hưởng của xăng sinh
học E10, E15, E20 với nguồn cồn etanol được sản xuất từ sắn lát và
phối trộn tại Việt Nam đến động cơ xăng đang lưu hành, kết quả
nghiên cứu cho thấy:
- Về khả năng tương thích vật liệu: khi sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 có ảnh hưởng nhất định tới chi tiết kim loại màu và
phi kim. Tuy nhiên, mức ảnh hưởng của E10 đến các chi tiết

không lớn so với RON92 vì thế có thể coi là tương thích với E10,
- Có thể tăng tỷ lệ etanol trong xăng sinh học sử dụng cho động cơ
xăng đời cũ, tuy nhiên đối với từng loại động cơ cụ thể, xét trên
khía cạnh tính năng có thể kết luận như sau: đối với động cơ dùng
- 24 -
chế hòa khí, công suất động cơ tăng từ 5,4% đến 8,5% khi sử
dụng từ E10 đến E20, do vậy không cần điều chỉnh tăng lượng
nhiên liệu cung cấp, tuy nhiên với E20 góc đánh lửa sớm có thể
phải điều chỉnh theo hướng giảm vì thời gian cháy trễ giảm; đối
với động cơ phun xăng điện tử không cần điều chỉnh tăng lượng
nhiên liệu cung cấp với E10 và E15, tuy nhiên với E20 công suất
giảm khoảng 2% nên cần quan tâm đến việc điều chỉnh lượng
nhiên liệu cung cấp và góc đánh lửa sớm,
- Về độ bền động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học
E10: Mức độ mòn các chi tiết, sự suy giảm về công suất, lượng
nhiên liệu tiêu thụ, phát thải, áp suất nén và chất lượng dầu bôi
trơn khi sử dụng E10 và RON92 là khá tương đồng và đều nằm
trong giới hạn cho phép, mặc dù sự thay đổi với E10 có rõ nét
hơn,
- Như vậy, nhiên liệu E10 có khả năng sử dụng trên động cơ xăng ô
tô, xe máy đang lưu hành ở Việt Nam mà không cần thay đổi kết
cấu. Tuy nhiên, với E10 cần rút ngắn thời hạn bảo dưỡng, làm
sạch hoặc thay mới lọc nhiên liệu.
Kết quả của đề tài góp phần thực hiện mục tiêu của lộ trình phát
triển xăng sinh học của Chính phủ, đồng thời cung cấp giải pháp kỹ
thuật và các khuyến cáo đối với nhà sản xuất cũng như người sử
dụng khi ứng dụng xăng sinh học có tỷ lệ cồn etanol lớn hơn 5% trên
phương tiện đang lưu hành ở Việt Nam.
Phương hướng phát triển
Nghiên cứu cần được tiếp tục với các nội dung sau:

+ Đánh giá khả năng tương thích của nhiều loại phương tiện khác
nhau với xăng sinh học có tỷ lệ cồn lớn,
+ Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa và hỗ
trợ khởi động lạnh đối với động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ
lệ etanol E100 lớn hơn 20%.
+ Đánh giá tác động của xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn
hơn 20% đến độ bền và tuổi thọ của các động cơ đang lưu hành
trên thị trường Việt Nam.
+ Phát triển hệ thống nhiên liệu linh hoạt nhằm đáp ứng sự đa dạng
hóa về nhiên liệu và sử dụng xăng sinh học ở bất kỳ tỷ lệ etanol
nào.