Chuyên đề 10 Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20 đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động và khả năng tăng tốc của động cơ ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI






BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ


thuộc Đề tài: “Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ
thế hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn
5%”, mã số ĐT.06.11/NLSH
thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015,
tầm nhìn đến năm 2025


Sản phẩm 3.4: Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh
học E10, E15 và E20 đến công suất, mô men, tiêu
thụ nhiên liệu, khả năng khởi động và khả năng
tăng tốc của động cơ ô tô

Chuyên đề số: 10
Chủ nhiệm đề tài Người thực hiện


PGS.TS. Lê Anh Tuấn KS. Nguyễn Duy Vinh
Cơ quan chủ trì

Hà Nội, tháng 9 năm 2011
ĐT.06.11/NLSH
-1-

Mục Lục
Lời nói đầu 3
1. Tổng quan về nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1. Các ưu nhược điểm của nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1.1. Ưu điểm nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1.2. Nhược điểm nhiên liệu cồn sinh học 4
1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng Etanol 5
1.2.1. Chỉ tiêu chất lượng của etanol dùng để pha vào xăng 5
1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng của xăng etanol 5
2. Trang thiết bị thử nghiệm 11
2.1. Băng thử Chassis Dynamometer 48” 11
2.1.1. Thông tin chung 11
2.1.2. Cơ sở lý thuyết các phép đo chính 12
2.2. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 16
3. Đối tượng thử nghiệm 17
3.1. Nhiên liệu thử nghiệm 17
3.2. Phương tiện thử nghiệm và cách thức tiến hành 18
4. Kết quả thử nghiệm đo công suất,tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ ổn định 20
4.1. Kết quả thử nghiệm xe Lanos 20
4.1.1. Kết quả thử nghiệm công suất xe Lanos 20
4.1.2. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xe Lanos 24

4.2. Kết quả thử nghiệm xe Toyota Corrola 27
4.2.1. Kết quả thử nghiệm công suất xe Corrola 27
ĐT.06.11/NLSH
- 2 -
4.2.2. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xe Corrola 31
4.3. Kết luận 35
5. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 đến khả năng khởi động và khả năng tăng tốc của động cơ xăng ô tô
36
5.1. Đánh giá khả năng khởi động 36
5.2. Đánh giá khả năng tăng tốc của xe 36
5.2.1. Chế độ thử nghiệm 36
5.2.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm 36
5.3. Kết luận 38
Tài liệu tham khảo 39
ĐT.06.11/NLSH
- 3 -

Lời nói đầu

Năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng có một vai trò rất quan trọng trong việc
phát triển kinh tế đối với một quốc gia. An ninh năng lượng có ảnh hưởng lớn đến an
ninh kinh tế và an ninh Quốc gia. Ngoài ra, vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo
vệ tầng ôzôn đang là vấn đề cấp thiết mang tính toàn cầu.Vì vậy, nghiên cứu thay thế
nguồn nhiên liệu gốc khoáng bằng các nguồn nhiên liệu khác có khả năng tái tạo là
mối quan tâm hàng đầu của toàn nhân loại.Trong đó, việc sử dụng nhiên liệu với
nguồn gốc sinh học là một trong các hướng nghiên cứu trọng điểm ở nhiều quốc gia.
Tại Việt Nam, hiện nay nhiên liệu xăng và diesel đều phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu.
Theo đà phát triển của nền kinh tế đất nước cùng với quá trình hội nhập, nhu cầu sử
dụng nhiên liệu sẽ tăng trưởng với tốc độ lớn, dự báo đến năm 2020 tổng nhu cầu

trong nước đạt gần 20 triệu tấn/năm.
Thấy rõ tầm quan trọng của việc nghiên cứu thay thế nguồn nguyên liệu gốc khoáng,
từ những năm 1990, các nhà khoa học trong nước đã tiến hành nghiên cứu sử dụng các
nguồn nhiên liệu sạch khác nhau như khí ga, ethanol và este dầu thực vật thay thế
nhiên liệu gốc khoáng. Xu hướng nghiên cứu này ngày càng phát triển cho đến nay.
Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về ảnh hưởng của xăng pha ethanolđến
đặc tính kỹ thuật của động cơ. Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng
xăng sinh học tới đặc tính kỹ thuật động cơ ô tô là nhu cầu bức thiết. Chính vì vậy,
Chuyên đề “Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20
đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động và khả năng tăng tốc
của động cơ ô tô” được thực hiện để đáp ứng một phần các yêu cầu thực tiễn trên.
ĐT.06.11/NLSH
- 4 -
Chuyên đề 10: Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động
và khả năng tăng tốc của động cơ ô tô
1. Tổng quan về nhiên liệu cồn sinh học
1.1. Các ưu nhược điểm của nhiên liệu cồn sinh học
1.1.1. Ưu điểm nhiên liệu cồn sinh học
Etanol cũng như các nhiên liệu cồn sinh học khác được đánh giá là sạch hơn nhiều so
với xăng có nguồn gốc dầu mỏ vì chúng có nguồn gốc từ thực vật hoặc các phế phẩm
nông nghiệp nên nó là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo theo chu trình các bon kín. Do
vậy trong quá trình sử dụng nhiên liệu này không làm tăng hiệu ứng nhà kính. Khí thải
của nhiên liệu cồn sinh học cũng bớt độc hại hơn nguồn nhiên liệu truyền thống.
Bản thân Etanol có trị số ốctan cao hơn do vậy khi pha etanol vào xăng nó sẽ làm tăng
chỉ số ốctan của hỗn hợp do vậy sẽ bớt được lượng phụ gia pha vào xăng nhằm mục
đích tăng chỉ số octan. Đặc biệt khi dùng xăng Etanol với tỷ lệ nhỏ thì không cần thay
đổi kết cấu của động cơ.
1.1.2. Nhược điểm nhiên liệu cồn sinh học
Việc sản xuất cồn sinh học từ các nguồn tinh bột hoặc các cây thực phẩm được cho là

không bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương thực. Khả năng sản xuất với quy mô
lớn cũng còn kém do nguồn cung cấp không ổn định vì phụ thuộc vào thời tiết và nông
nghiệp.
Bên cạnh đó, công nghệ sản xuất cồn sinh học từ các nguồn lignocellulose chưa đạt
được hiệu suất cao nên giá thành sản xuất vẫn cao hơn nhiều so với nhiên liệu truyền
thống từ đó việc ứng dụng và sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống chưa được phổ
biến rộng.
ĐT.06.11/NLSH
- 5 -
1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng Etanol
1.2.1. Chỉ tiêu chất lượng của etanol dùng để pha vào xăng
Để làm nhiên liệu pha vào xăng, etanol cần đạt được các chỉ tiêu nhất định. Trong
Bảng 3.1 đưa ra chất lượng của etanol dùng để pha vào xăng.
Các chỉ tiêu của etanol biến tính được xác định theo phương pháp ASTM 1613, ASTM
D 5501, ASTM E 1064… hoặc theo tiêu chuẩn TCVN.
1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng của xăng etanol
Sau khi tổng hợp etanol theo tiêu chuẩn quy định, chúng ta có thể pha trộn nó với xăng
để tạo lên xăng sinh học. Theo các nghiên cứu trên thế giới thì với nồng độ Etanol nhỏ
hơn 10% thì không cần phải thay đổi cơ cấu động cơ. Nhưng nếu nồng độ lớn hơn
10% thì phải có những điều chỉnh liên quan đến động cơ trong việc sử dụng loại nhiên
liệu này.
Việc pha chế etanol với xăng phải tuân thủ các tiêu chuẩn đã được chuẩn hóa như tiêu
chuẩn ASTM của Mỹ hoặc hệ thống tiêu chuẩn của Châu Âu. Về cơ bản nó được thể
hiện như Bảng 1.1. Nếu Etanol mà vi phạm các tiêu chuẩn này thì có thể gây tác hại
đối với động cơ hoặc sức khỏe con người và môi trường.
Bảng 1.1. các chỉ tiêu chất lượng của etanol [1]
TT Tên chỉ tiêu Giới hạn quy định
1 Etanol, % thể tích >92,1
2 MEtanol, % thể tích <0,5
3 Nhựa tan trong dung môi, mg/100ml <5,0

4 Hàm lượng các chất biến tính, % thể tích 1,96 – 4,76
5 Hàm lượng nước <1
6 Độ axit (axit axetic), % Khối lượng <0,007
7 Hàm lượng các clorit vô cơ, ppm <40
ĐT.06.11/NLSH
- 6 -
8 Hàm lượng đồng mg/kg <0,1
9 Độ PH 6,5 – 9
10 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm <30
Về mặt nhiệt trị thì nhiệt trị của etanol bằng khoảng 2/3 của xăng thông thường tuy
nhiên khi chúng ta sử dụng xăng pha cồn có tỷ lệ thấp <15% thì công suất, suất tiêu
hao nhiên liệu gần như không thay đổi. Điều này được giải thích bởi vì khi pha vào
hỗn hợp cồn làm cho quá trình cháy triệt để hơn điều này được thể hiện thông qua hàm
lượng phát thải CO và HC được giảm đi đáng kể (CO giảm từ 25-35%, HC giảm từ 15
– 40%).
Về nguyên tắc etanol khan 99,5% hoàn toàn có thể sử dụng làm nhiên liệu cho ôtô, xe
máy. Tuy nhiên do đặc tính phân cực của cồn nên có thể gây ra ăn mòn kim loại, làm
hỏng các chi tiết cao su, nhựa có trong động cơ. Ở các nước tiên tiến trên thế giới như
Brazin, Mỹ…để sử dụng nhiên liệu có độ cồn cao, như nhiên liệu E 85 (hỗn hợp pha
85% Etanol và 15% xăng từ dầu mỏ) thì động cơ phải được sản xuất riêng như mẫu xe
Saab 9-5 hoặc Ford Focus ở Châu Âu.
Dựa trên các tiêu chuẩn của các nước trên thế giới chính phủ Việt Nam đã ban hành
tiêu chuẩn riêng cho nhiên liệu xăng pha etanol (Bảng 1.2): [1]
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn TCVN về Etanol pha với xăng (TCVN 7716:2007)
STT

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
1
Hàm lượng Etanol, % thể tích, không nhỏ
hơn

92,1
TCVN 7864 (ASTM D
5501)
2
Hàm lượng mEtanol, % thể tích, không
lớn hơn
0,5 TCVN 7894 (EN 14110)
3
Hàm lượng nước, % thể tích, không lớn
hơn
1,0
TCVN 7893 (ASTM E
1064)
4
Độ axit (tính theo axit axetic
CH3COOH), % khối lượng, không lớn

0,007


TCVN 7892 (ASTM D
ĐT.06.11/NLSH
- 7 -
hơn 1613)
5
Hàm lượng clorua vô cơ, mg/kg, không
lớn hơn
40
TCVN 7716 (ASTM D
4806) (Phụ lục A)

Tại Hoa kỳ, từ năm 2005 đã đưa vào sử dụng nhiên liệu E85 với số lượng lớn và động
cơ chế tạo riêng cho loại nhiên liệu này. Tính chất của các loại nhiên liệu được thể
hiện trong Bảng 1.3: [1]
Bảng 1.3. So sánh các tính chất của các nhiên liệu khác nhau
STT

Đặc tính MEtanol Etanol Xăng RON 87 Xăng E85
1 Công thức hóa
học
CH
3
OH C
2
H
5
OH

C
4
đến C
12

nhánh
*
2 Thành phần phân
tử (% TL)
38C, 12H,
50 O
52C,
13H, 35

O
85 – 88C,
1215H
57C, 13H, 30 O

3 Trị số octan
(R+M)/2
100 98 – 100

86 – 94 105
4 Nhiệt trị thấp
Btu/LB
8,570 11,500 18,000 -19,000 12,500
5 Tương đương
galon
1,8 1,5 1 1,4
6 So sánh với xăng
về hệ số sử dụng
55% 70% _ 72%
7 Tỷ lệ về mặt kích
thước bể chứa
1,8 lần lớn
hơn
1,5 lần
lớn hơn
1 1,4 lần lớn hơn
8 Áp suất hơi (psi) 4,6 2,3 8,15 6,12
9
Điểm bốc cháy
-Nhiên liệu trong

7 – 36

3 – 19

1 – 8

*
ĐT.06.11/NLSH
- 8 -
không khí (%)
-Nhiệt độ (°F)

800

850

495

*
10 Tỷ trọng 0,796 0,794 0,72 – 0,78 0,78
11 Khởi động nguội Kém Kém Tốt Tốt
12 Công suất xe cộ 4% công
suất cần
tăng lên
5% công
suất cần
tăng lên
Tiêu chuẩn 3 – 5% công
suất cần tăng

lên
13 Tỷ lệ không
khí/nhiên liệu (tỷ
lệ trọng lượng)
6,45 9 14,7 10
Hiệp hội ôtô Mỹ đưa ra tiêu chuẩn về xăng etanol cho động cơ đốt trong cần tia lửa
điện (tiêu chuẩn ASTM) theo như Bảng 1.4:
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn ASTM cho xăng Etanol cho động cơ đốt trong cần tia lửa điện [4]
STT

Đặc tính Xếp hạng Phương
pháp thử
1 Xếp hạng tính bay hơi
theo ASTM
1 2 3 N/A
2 Etanol rượu cao hơn (min,
%)
79 74 70 ASTM
D5501
3 Hydrocacbon (bao gồm
denaturant)
17 – 21 17 – 26 17 – 30

ASTM
D4815
4 Áp suất hơi ở 37,8
0
C

kPa

Psi


38 – 59
5,5 – 8,5


48 – 65
7,0 – 9,5


66 – 83
9,5 – 12
ASTM
D4815
D5190
D5191
5 Phốt pho (max, mg/l) 0,3 0,3 0,4 ASTM
D3231
ĐT.06.11/NLSH
- 9 -
6 Sunfua (max, mg/l) 210 260 300 ASTM
D3120
D1266
7 Metanol (max, %TT) - 0,5 N/A
8 Các rượu béo cao, C
3
– C
8
(max, % TT)

- 0,5 - N/A
9 Nước (max, %KL) - 1,0 - ASTM
E203
10 Độ axit như axit axetic
(max, mg/kg)
- 50 - ASTM
D1613
11 Clorit vô cơ (max, mg/kg)

- 1 - ASTM
D512
D7988
12 Nhựa không rửa được
bằng dung môi (max,
mg/100ml)
- 20 - ASTM
D318
13 Nhựa rửa được bằng dung
môi (max, mg/100ml)
- 5,0 - ASTM
D318
14 Đồng (max, mg/100ml) - 0,07 - ASTM
D1688
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn TCVN đối với xăng không chì và E5(TCVN 6776: 2005)
STT
Tên chỉ tiêu
Mức,
không lớn
hơn
Phương pháp thử

1 Hàm lượng chì, g/l 0,013 TCVN 7143 (ASTM D 3237)
2 Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg
500
TCVN 6701 (ASTM D 2622)
hoặc TCVN 7760 (ASTM D
ĐT.06.11/NLSH
- 10 -
5453)
3 Hàm lượng benzen, % thể
tích
2,5
TCVN 3166 (ASTM D 5580)
4 Hàm lượng hydrocacbon
thơm, % thể tích
40
TCVN 7330 (ASTM D 1319)
5 Hàm lượng olefin, % thể tích

38 TCVN 7330 (ASTM D 1319)
6 Hàm lượng ôxy, % khối
lượng
2,7
TCVN 7332 (ASTM D 4815)
7 Hàm lượng etanol, % thể
tích
5
TCVN 7332 (ASTM D 4815)
8 Hàm lượng kim loại (Fe,
Mn), mg/l

5
TCVN 7331 (ASTM D 3831)
Sự pha trộn E85 được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D 5798 hay ASTM D 4806.
Xăng để pha nhiên liệu E85 phải không chứa chì. Có thể pha trộn thêm một số hàng
phụ gia, chẳng hạn như MTBE, ETBE hoặc este của dãy béo, nhưng nhất thiết không
được có phụ gia tẩy rửa có tính chất kiềm trong dãy nhiên liệu này.
Nhiên liệu E85 là nhiên liệu rất thân thiện với môi trường. Có thể coi như đây là nhiên
liệu tái tạo. Ngay cả khí thải của chúng cũng giúp ích cho việc tổng hợp ra chính
Etanol ban đầu. Có thể tóm tắt như sau Cây cối hấp thụ khí CO
2
khí thải của động cơ
chạy xăng Etanol trong quá trình quang hợp để phát triển, đến khi thu hoạch chúng
cung cấp nhiên liệu cho nhà máy để lên men tạo Etanol, pha 85% Etanol vào xăng để
tạo lên nhiên liệu E85 làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải, khí thải
CO
2
của xe tạo ra được cây quang hợp, và cứ như vậy nó tạo lên chu trình kín mang lại
lợi ích cho con người.
ĐT.06.11/NLSH
- 11 -
2. Trang thiết bị thử nghiệm
2.1. Băng thử Chassis Dynamometer 48”
2.1.1. Thông tin chung
Phòng thử ô tô bao gồm băng thử động lực học (Chassis Dynamometer 48”), hệ thống
lấy mẫu và phân tích khí thải, các thiết bị phụ trợ.
Băng thử động lực học (Chassis Dynamometer 48”) do hãng AVL Zollner chế tạo có
chức năng để thử và kiểm tra ôtô trong phòng thí nghiệm giúp cho quá trình nghiên
cứu về ôtô nói chung và động cơ nói riêng được dễ dàng hơn đồng thời có thể thực
hiện một số chức năng mà khó hoặc không thể thực hiện trên đường thực.
Thiết bị chính của băng là một động cơ điện xoay chiều đặt ở giữa hai con lăn. Thiết

kế này cho phép thu nhỏ kích thước của băng thử và cách bố trí các thiết bị liên quan
từ trên xuống một cách dễ dàng đồng thời nó cũng thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng
sau này.
Để tránh hiện tượng trễ do ma sát sinh ra ở ổ trục thì ổ trục này được quay với tốc độ
chậm thông qua một động cơ điện xoay chiều. Hai ổ trục được điều khiển quay cùng
chiều nhau để loại trừ sự tổn thất do ma sát. Việc lắp các ổ trục này không gây tổn thất
cho băng thử Chassis Dynamometer 48”.

Hình 2.1 Phòng thử ô tô của PTN Động cơ đốt trong - ĐHBK Hà Nội
ĐT.06.11/NLSH
- 12 -
Băng thử Chassis Dynamometer 48” được có thể mô phỏng khối lượng của xe trong
phạm vi từ 454 kg tới 5448 kg. Quán tính cơ sở của các con lăn là 1678 kg.
Các thông số cơ bản của băng thử [2]:
- Tốc độ lớn nhất: 200 km/h.
- Phạm vi mô phỏng quán tính: 454 kg  5448 kg
- Dung sai tốc độ đo: 0…2 km/h <0,1 % ; 2…200 km/h <0,01%
- Dung sai của giá trị lực kéo đo: 0,1% giá trị lớn nhất của dải đo.
- Độ chính xác của phép đo khoảng cách: 1m
- Độ chính xác của phép đo thời gian: 10 ms
- Nhiệt độ môi trường trong buồng thử: 5 40
0
C
- Độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí trong buồng thử <75 %
Băng thử Chassis Dynamometer 48” có các chức năng chính sau đây:
- Xác định tốc độ của xe
- Xác định lực tại bề mặt con lăn
- Xác định gia tốc và công suất của xe
- Kiểm tra đồng hồ tốc độ và đồng hồ đo quãng đường xe chạy
Ngoài các chức năng trên, băng thử Chassis Dynamometer 48” cùng với hệ thống lấy

mẫu và phân tích thành phần khí xả tạo thành hệ thống thử nghiệm khí xả công nhận
kiểu theo tiêu chuẩn EURO II.
2.1.2. Cơ sở lý thuyết các phép đo chính
a. Phép đo tốc độ
Tốc độ của băng thử được xác định thông qua bộ cảm biến tốc độ kiểu quang học. Bộ
cảm biến được gắn ở đầu trục của con lăn vì vậy nó có thể đo trực tiếp tốc độ của con
lăn. Từ tốc độ con lăn n đo được có thể tính được vận tốc của xe v.
ĐT.06.11/NLSH
- 13 -
2 3
3
1
4
2
Hình 2.2 Cấu tạo của cảm biến tốc độ
1 : Đĩa mã hoá 2 : Nguồn sáng (đèn LED) 3: Tranzitor quang
Đĩa mã hoá 1 được gắn cứng với trục con lăn 4 vì vậy khi trục con lăn quay sẽ làm cho
đĩa 1 quay cùng với tốc độ con lăn.
Khi vị trí đèn LED 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor quang 3 thằng hàng khi đó tranzitor
nhận được ánh sáng do đèn 2 phát ra sẽ làm thông mạnh điện, lúc đó điện áp cung cấp
cho mạch là 5V.
Khi vị trí của đèn 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor không thẳng hàng thì tranzitor 3 không
nhận được ánh sáng do 2 cung cấp do đó tranzitor quang 3 bị khoá nên điện áp cung
cấp của mạch là 0 V.
Đo đĩa 1 quay liên tục nên tín hiệu ở đầu ra có dạng xung chữ nhật :
Hình 2.3 Tín hiệu xung đầu ra của cảm biến tốc độ
Tín hiệu xung ở đầu ra được đưa đến máy đếm xung đồng thời liên kết với cơ cấu đếm
thời gian sẽ xác định được tốc độ của con lăn.
0V
V

5V
t
ĐT.06.11/NLSH
- 14 -

x
*
t
y
n 
Trong đó : n : Tốc độ của con lăn
y : Số xung đếm được ở máy đếm xung
t : Thời gian đo (s)
x : Số rãnh trên đĩa mã hoá 1
b. Phép đo lực
Đo lực trên bề mặt con lăn dựa trên nguyên lý phanh điện xoay chiều.
Hình 2.4. Nguyên lý đo lực
1. Con lăn 2. Gối trục 3. Động cơ điện 4. Bộ cân tải
Một động cơ điện xoay chiều được đặt trên hai gối trục sao cho stator luôn tự do, do
vậy stator có thể quay tương đối so với rotor.
Khi con lăn quay quanh trục kéo theo trục rotor quay theo. Nhờ tác dụng tương hỗ của
từ trường giữa rotor và stator sẽ làm stator của động cơ điện quay theo. Khi stator dịch
chuyển thông qua cụm cân tải (loadcell) sẽ xác định được giá trị lực kéo.
Lực F
W
được đo nhờ bộ cân tải dựa trên nguyên tắc đo lực nhờ hiện tượng áp điện. Từ
lực tại bộ cân tải F
W
có thể tính ra lực tại bề mặt con lăn F
Kéo

theo phương trình cân
bằng:
1
2
3
4
ĐT.06.11/NLSH
- 15 -

Hình 2.5 Cơ sở xác định lực kéo
F
W
.r = F
kéo
.R 
R
r
.FF
WKÐo

Trong đó: F
Kéo
: Lực kéo tại bề mặt con lăn
F
W
: Lực đo tại bộ cân tải
r: Chiều dài cánh tay đòn
R: Bán kính con lăn
c. Phép đo gia tốc và công suất
Công suất của xe theo công thức sau :

P = F
Kéo
.v
Tốc độ của con lăn v (m/s) được xác định từ bộ cảm biến tốc độ và bán kính con lăn.
Lực kéo tại bề mặt con lăn F
Kéo
được xác định được nhờ bộ cân tải (loadcell).
Gia tốc của xe được xác định trên cơ sở định nghĩa:
a =
t
v


(m/s
2
)
Căn cứ vào các điểm đo liên tiếp trong các lần đo ta có thể xác định được độ chênh
lệnh vận tốc v trong khoảng thời gian t.
ĐT.06.11/NLSH
- 16 -
2.2. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
Hình 1.6 thể hiện sơ đồ nguyên lý làm việc của cân nhiên liệu (Fuel balance 733S) sử
dụng trong hệ thống thiết bị thử nghiệm. Thiết bị này thực hiện theo nguyên lý đo kiểu
khối lượng, có vai trò quan trong quyết định đến độ chính xác lượng nhiên liệu tiêu thụ
của đông cơ.

Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cân nhiên liệu 733S
1. Nhiên liệu cấp vào thùng đo; 2. Nhiên liệu tới động cơ; 3. Nhiên liệu hồi từ động cơ; 4.
Ống thông hơi; 5. Các ống nối mềm; 6. Thùng đo; 7. Thanh cân; 8. Lò xo lá; 9. Cân bì; 10.
Cảm biến lưu lượng; 11. Thiết bị giảm chấn; 12. Van điện từ đường nạp

Cân nhiên liệu 733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung cấp cho
động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa. Cân nhiên liệu 733S dùng
cảm biến đo lưu lượng để xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu. Yêu cầu cảm biến phản
ứng với tốc độ nhanh, độ nhạy và độ chính xác cao.
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo 6. Lúc này lực tì lên cảm
biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ 12 đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu
vào thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình đó bộ
phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực
ĐT.06.11/NLSH
- 17 -
tỳ lên cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo đã kết thúc. Dựa vào các kết quả
thu thập được ECU sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ.
3. Đối tượng thử nghiệm
3.1. Nhiên liệu thử nghiệm
Nhiên liệu sử dụng thử nghiệm bao gồm:
- Xăng RON92 do Petrolimex cung cấp
- Etanol gốc có nồng độ 99,5%:
- Xăng E10:10% Etanol (nồng độ 99,5%) và 90% xăng RON 92.
- Xăng E15:15% Etanol (nồng độ 99,5%) và 85% xăng RON 92
- Xăng E20:20% Etanol (nồng độ 99,5%) và 80% xăng RON 92
Tất cả các mẫu nhiên liệu được thử nghiệm tại PTN trọng điểm quốc gia về công nghệ
lọc và hóa dầu - Viện Hóa học Công nghiệp để xác định các tính chất lý hóa chính. Kết
quả phân tích đối với xăng RON 92, xăng E10 và etanol gốc được đưa ra trong Bảng
3.1:
Bảng 3.1. Kết quả phân tích xăng RON92 và Etanol gốc
TT Chỉ tiêu thử nghiệm Xăng RON 92 Etanol gốc
1 Chỉ số Octan 92,3 116
2
Nhiệt độ sôi (
0

C)
Nhiệt độ sôi đầu
Nhiệt độ sôi cuối

60
149

80
3 Tỷ trọng ở 20
0
C 0,7291 0,7917
4 Áp suất hơi bão hòa (psi) 7,963
5 Nồng độ cồn (%) 99,5


ĐT.06.11/NLSH
- 18 -
3.2. Phương tiện thử nghiệm và cách thức tiến hành
Ô tô thử nghiệm gồm hai xe:
- Xe thử Daewoo Lanos 2001, số kilomet đi được trước khí vào thử nghiệm 97263
(km), xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử. Các thông số kỹ thuật của xe
được đưa ra trong Bảng 3.2:
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos [4]
Thông số kỹ thuật Kích thước - trọng lượng
Loại động cơ 1.5 SOHC Dài x Rộng x Caoz(mm) 4,237 x 1,678 x 1,432
Kiểu xe
4 xy lanh thẳng
hàng
Chiều dài cơ sở(mm) 2.520
Dung tích xy

lanh (cc)
1498
Khoảng sáng gầm xe
(mm)
175
Tỷ số nén 9,5+/-0,2
Trọng lượng không tải
(kg)
1.036
Công suất
cực đại(ml)
94 / 5.600
Bán kính quay vòng tối
thiểu
4,9
Momen xoắn
cực đại (Nm)
132 / 3.400 Mức tiêu thụ nhiên liệu

5,9l/100km
Tốc độ tối đa
(km/h)
170km/h Hộp số 5 số tay

Hình ảnh thử nghiệm xe được thể hiện trong Hình 3.1:

Hình 3.1. Xe Daewoo Lanos phục vụ thí nghiệm
Xe thí nghiệm
ĐT.06.11/NLSH
- 19 -

- Xe Toyota Corolla 1990, số kilomet đi được 230134 (km), hệ thống nhiên liệu sử
dụng bộ chế hòa khí, các thông số kỹ thuật của xe được thể hiện trong Bảng 3.3:
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla 1990 [5]
Loại nhiên liệu Xăng Trọng lượng - Đo lường
Kiểu động cơ Chế hòa khí Dài x Rộng x Cao (mm) 4250x1655x1450
Xi lanh 4 xylanh Khoảng sáng gầm xe 150mm
Dung tích 1,6L (1587cc)

Trọng lượng 1185kg
Công suất kéo 1000 kg Bore & Stroke 81x77mm
Tỷ số nén 9,5+/-0,2 Tiêu thụ nhiên liệu 10(l)/100km
Momen Max 140Nm Tiêu thụ nhiên liệu 7l/100km
Max, Power: 76kW Công suất/ khối lượng 15,92:1 kW/kg

Hình ảnh thử nghiệm xe được đưa ra trong Hình 3.2:


Hình 3.2. Hình ảnh thử nghiệm xe Toyota Corolla 1990

Xe thí nghiệm
ĐT.06.11/NLSH
- 20 -


4. Kết quả thử nghiệm đo công suất,tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ ổn định
4.1. Kết quả thử nghiệm xe Lanos
4.1.1. Kết quả thử nghiệm công suất xe Lanos
Sau khi qua các bước kiểm tra điều chỉnh và khởi động ta tiên hành đo công suất và
lượng tiêu thụ nhiên liệu động cơ bằng cách khởi động chương trình điều khiển băng
thử. Người lái thực hiện giữ nguyên 100% tay ga, người điều khiển thay đổi tốc độ

băng thử bằng thay đổi sức cản băng thử cho đến khi các giá trị như công suất,tiêu hao
nhiên liệu được ghi nhận, ta thực hiện ở các tay số 4 và tay số 5. Kết quả thử nghiệm
công suất xe Lanos được đưa ra trong Bảng 4.1:
Bảng 4.1. Kết quả thử nghiệm công suất tại tay số 4
Tốc độ(km/h)

Công suất tay số 4 (kw)
RON 92 E10 E15 E20
45
12,702 12,989 12,594 12,505
50
14,329 14,56 14,136 14,009
55
15,806 16,185 15,616 15,256
65
18,917 19,267 18,668 18,507
75
23,504 23,779 22,713 22,486
12
14
16
18
20
22
24
45 50 55 60 65 70 75
Công suất (kW)
Vận tốc (km/h)
RON92
E10

E15
E20

Hình 4.1. Đồ thị công suất tại tay số 4
ĐT.06.11/NLSH
- 21 -
Đối với một loại nhiên liệu, trong khoảng vận tốc từ 45 (km/h) đến 75 (km/h)
khi vận tốc tăng thì công suất tăng theo. Xét ở cùng một tốc độ xe chạy với nhiên liệu
E10 cho công suất cao nhất, tiếp đến với nhiên liệu xăng RON 92, thấp nhất là E20.
Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm công suất tại tay số 5
Tốc độ
km/h
Công suất tay số 5 (kw)
RON 92 E10 E15 E20
60
13,804 13,996 13,692 13,446
65
15,09 15,348 15,027 14,707
70
16,115 16,437 15,986 15,679
80
18,42 18,561 18,351 17,892
90
21,209 21,382 21,012 20,224

13
14.5
16
17.5
19

20.5
22
60 65 70 75 80 85 90
Công suất (kW)
Vận tốc (km/h)
RON92
E10
E15
E20

Hình 4.2. Đồ thị công suất tay số 5
Tại tay số 5 cũng tương tự tay số 4, xét cùng một tốc độ công suất của E10 là lớn nhất,
tiếp đó là RON 92 xấp xỉ với E10, thấp nhất là công suất của E20. Giải thích điều này
do ở cùng một tốc độ, cùng một điều kiện ECU điều khiển phun một lượng thể tích
nhiên liệu là giống nhau vì vậy công suất phụ thuộc vào quá trình cháy sinh công của
động cơ. Do phân tử etanol (C
2
H
5
OH) có sẵn ôxy tức là phân tử etanol tự có một phần
ôxy để đốt cháy Hydro và Cacbon nên lượng không khí lý thuyết để đốt cháy etanol ít
hơn (60,8%) so với xăng, mặt khác do hiệu ứng làm lạnh môi chất nên lượng không
ĐT.06.11/NLSH
- 22 -
khí vào xy lanh cũng nhiều hơn do vậy chỉ cần vòi phun cung cấp đủ lượng nhiên liệu
thì lượng nhiệt cấp cho chu trình sẽ nhiều hơn, công của chu trình sẽ lớn hơn. Sau đó
tăng Etanol thêm thì công suất giảm dần do hệ số dư lượng không khí chung tăng lớn
hơn 1 nhiều và nhiệt trị của hỗn hợp giảm dần do nhiệt trị etanol thấp hơn xăng,thứ ba
do Etanol dễ bắt cháy hơn nên quá trình cháy được hoàn thiện hơn.
Ngoài ra độ nhớt etanol cao hơn xăng nên khi tăng etanol thì độ nhớt tăng gây khó

khăn cho việc xé nhỏ và hòa trộn nhiên liệu, do đó ảnh hưởng xấu đến chất lượng và
quá trình hình thành và cháy hòa khí, độ nhớt tăng tăng sức cản lưu động trong hệ
thống nhiên liệu. Bảng 4.3 dưới đây thể hiện sự thay đổi công suất của xe khi chạy với
các nhiên liệu E10, E15, E20 so với chạy xăng:
Bảng 4.3. Thay đổi công suất so với xăng RON92
Vận tốc (km/h)
Tay số 4
E10 (%) E15 (%) E20 (%)
45
0,84 -1,62 -8,57
50
1,61 -1,35 -4,33
55
2,40 -1,20 -3,48
65
1,85 -1,32 -2,17
75
1.02 -3.53 -4.23

Hình 4.3. Đồ thị độ tăng công suất tay số 4 so với RON 92
Tại tay số 4,E10, E15, E20 độ tăng công suất so với công suất RON 92 có xu hướng
giảm dần theo tốc độ xe nhưng độ giảm là không đáng kể.
ĐT.06.11/NLSH
- 23 -



Bảng 4.4. Thay đổi công suất so với xăng RON92 tại tay số 5
Vận tốc (km/h)
Tay số 5

E10(%) E15(%) E20(%)
60
1,39 -0,81 -2,59
65
1,71 -0,42 -2,54
70
2,00 -0,80 -2,71
80
0,77 -0,37 -2,87
90
0,82 -0,93 -4,64


Hình 4.4. Đồ thị độ tăng công suất tay số 5 so với RON 92
Tại tay số 5 độ thay đổi công suất ở các vận tốc là không đáng kể nhưng chúng có xu
hướng giảm dần theo độ tăng của vận tốc đặc biệt là E20 có nghĩa là công suất giảm
mạnh khi nồng độ Etanol tăng tại vùng tốc độ cao. Điều này được giải thích do:
- Etanol có độ nhớt gấp 1,61 lần so với xăng, ở tốc độ cao, vận tốc dòng nhiên
liệu qua vòi phun cao, bị cản trở nhiếu nên không đủ nhiên liệu cấp cho chu kỳ,
- Nhiệt ẩn hóa hơi của etanol cao, khi tốc độ cao thì thời gian của chu kỳ rút
ngắn, Etanol không đủ thời gian để bay hơi hết, do vậy thời gian cháy bị kéo dài và
giảm tốc độ cháy,
ĐT.06.11/NLSH
- 24 -
- Tốc độ cao, làm rút ngắn thời gian đánh lửa sớm, do Etanol bốc hơi chậm và
kéo dài nên tại lúc bật tia lửa điện hỗn hợp còn nghèo lảm cho tốc độ cháy chậm và
cháy kéo dài, sử phóng nhiệt không tại thời điễm tối ưu.


4.1.2. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xe Lanos

Kết quả thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu tại tay số 4 được thể hiện trong Bảng 4.5:
Bảng 4.5. Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số 4
Tốc độ
(km)
Tay số 4 (kg/h)
RON 92 E10 E15 E20
45
4,413 4,493 4,556 4,699
50
4,945 5,046 4,959 5,205
55
5,387 5,495 5,467 5,63
65
6,431 6,497 6,493 6,647
75
7,657 7,767 7,649 7,833
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
45 50 55 60 65 70 75
Tiêu hao nhiên liệu (kg/h)
Vận tốc (km/h)
RON92
E10

E15
E20

Hình 4.5. Đồ thị thể hiện lượng tiêu hao nhiên liệu tại tay số 4
Lượng tiêu hao nhiên liệu được đo bằng kg/h, nhìn vào đồ thị tay số 4, lượng tiêu hao
tăng dần gần theo dạng tuyến tính theo vận tốc xe. Xét ở một tốc độ lượng tiêu hao
nhiên liệu của E20 là lớn nhất, xăng RON92 là thấp nhất còn E10, E15 lượng tiêu hao
là xấp xỉ nhau.