Chuyên đề 14 Điều chỉnh kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu (bộ chế hòa khí) xe máy và ô tô khi sử dụng xăng sinh học E10

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 4.2: Điều chỉnh kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên
liệu (bộ chế hòa khí) xe máy và ô tô khi sử dụng
xăng sinh học E10
Chuyên đề số: 14
Chủ nhiệm đề tài Người thực hiện


PGS.TS. Lê Anh Tuấn PGS.TS. Lê Anh Tuấn
Cơ quan chủ trì

Hà Nội, tháng 11 năm 2011
ĐT.06.11/NLSH
- 1 -
MỤC LỤC
Lời nói đầu 2
1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học hiện nay 3
1.1. Giới thiệu chung 3
1.2. Sử dụng Etanol cho phương tiện giao thông 4
2. Giải pháp cải tiến động cơ khi nâng cao tỷ lệ cồn Etanol trong nhiên liệu 7
2.1. Những nguyên nhân chính của việc cải tiến động cơ khi sử dụng xăng pha cồn 7
2.2. Những cải tiến cần thiết cho động cơ để sử dụng nhiên liệu etanol E100 11
3. Cải tiến động cơ ô tô đời cũ sử dụng bộ chế hoà khí 12
3.2. Hệ thống tăng tốc 15
3.3. Hệ thống không tải 16
3.4. Điều chỉnh vị trí phao xăng 18
3.5. Bướm gió 18
3.6. Van hằng nhiệt 18
3.7. Gia nhiệt cho nhiên liệu 19
3.8. Thời điểm đánh lửa 19
3.9. Bugi 20
3.10. Sấy nóng khí nạp 20
3.11. Hệ thống khởi động lạnh 21
3.12. Tỷ số nén 21
4. Cải tiến động cơ xe máy sử dụng bộ chế hoà khí 22
5. Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu để công suất động cơ không đổi 22

6. Kết luận 26
Tài liệu tham khảo 27

ĐT.06.11/NLSH
- 2 -
Lời nói đầu

Ngày nay, với sự suy giảm đáng kể của nguồn nguyên liệu hoá thạch, đặc biệt là
dầu mỏ do phải đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của các hộ gia đình cũng
như công nghiệp. Vì vậy tìm kiếm nguồn năng lượng mới là một nhiệm vụ đang thu
hút được sự chú ý của các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới. Nhiên liệu sinh học
(cồn ethanol và diesel sinh học) đang là một giải pháp khả thi để thay thế cho xăng và
diesel trên các động cơ hiện tại. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu được công bố
rộng rãi về những lợi ích của việc sử dụng các loại nhiên liệu này mang lại so với hai
nhiên liệu truyền thống.
Tuy nhiên, do có nguồn gốc khác nhau, vì vậy các tình chất vật lý và hoá học của
các loại nhiên liệu này sẽ có một vài điểm khác biệt so với xăng và diesel. Nên khi hoà
trộn ở tỷ lệ lớn các loại nhiên liệu này với nhiên liệu gốc hoá thạch, đặc tính động cơ
sẽ thay đổi. Để đảm bảo được khả năng làm việc ổn định, tính kinh tế và kỹ thuật của
động cơ, kết cấu động cơ cần có sự thay đổi, đặc biệt là hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Chuyên đề “Nghiên cứu giải pháp điều chỉnh kết cấu động cơ thế hệ cũ khi sử dụng
xăng pha cồn có tỷ lệ Etanol lớn hơn 10%”, những sự thay đổi của các thông số và kết
cấu trong hệ thống nhiên liệu động cơ xăng khi sử dụng xăng pha cồn có tỷ lệ cồn lớn
hơn 10% sẽ được trình bày cụ thể. Ngoài ra chuyên đề cũng trình bày phương pháp và
biểu thức tính toán sự thay đổi của đường kính lỗ gic-lơ khi sử dụng nhiên liệu xăng
pha cồn để đảm bảo được tính năng làm việc của động cơ thông qua số liệu của kết
quả mô phỏng trên phần mềm AVL Boost.
ĐT.06.11/NLSH
- 3 -
Chuyên đề 14: Điều chỉnh kết cấu của hệ thống cung cấp nhiên liệu (bộ chế

hòa khí) xe máy và ô tô khi sử dụng xăng sinh học E10

1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học hiện nay
1.1. Giới thiệu chung
Ngày nay, hai vấn đề lớn mà thế giới đang trải qua là cạn kiệt nguồn nhiên liệu
gốc hoá thạch và ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng không kiểm soát xăng, dầu trong
những thập niên đầu thế kỷ XX đã dẫn đến nhiều hệ luỵ như nguồn nhiên liệu đang
giảm một cách nhanh chóng, môi trường bị ô nhiễm trầm trọng, trái đất ấm dần lên …
Vì vậy, nhiệm vụ tìm ra một nguồn nhiên liệu mới đủ khả năng thay thế được xăng và
dầu diesel là một trách nhiệm vô cùng nặng nề đối với nhân loại. Xăng và diesel sử
dụng trên động cơ đốt trong, phương tiện giao thông vận tải được cho là một trong các
nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính [1-3]. Những nhà khoa học trên khắp thế
giới cũng đã và đang tìm ra một vài nguồn năng lượng mới có khả năng đáp ứng được
nhu cầu của người tiêu dùng trong thời đại mới. Một số nguồn năng lượng mới như
năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng nguyên tử … đã được ứng dụng ở rất
nhiều nơi trên thế giới. Tuy nhiên, để ứng dụng trên các phương tiện giao thông vận
tải, thì nhiên liệu sinh học được xem là một giải pháp khả thi để thay thế dầu mỏ.
Nhiên liệu sinh học có thể điều chế từ sinh khối, khí sinh học (biogas), cồn, dầu thực
vật … [4]. Những nguồn năng lượng này rất thân thiện với môi trường, tuy nhiên cũng
có những nhược điểm và cách sử dụng đặc biệt. Một vài loại sử dụng trực tiếp làm
nhiên liệu, trong khi một số loại khác nếu muốn sử dụng thì cần phải có một vài điều
chỉnh cả về kết cấu động cơ lẫn tính chất nhiên liệu.
Ngày nay, hướng nhiên cứu về nhiên liệu không có gốc từ dầu mỏ, nguồn nhiên
liệu tái tạo và nhiên liệu không gây ô nhiễm môi trường đang được khuyến khích.
Nguồn nguyên liệu có khả năng sinh năng lượng lớn như than đá, dầu mỏ, khí thiên
nhiên … là có giới hạn. Theo đánh giá, hiện nay trữ lượng than chỉ đủ dùng cho 218
năm nữa, trong khi dầu mỏ là 41 năm, và khí thiên nhiên là 63 năm [5,6]. Sự tăng
trưởng mạnh mẽ của dân số, công nghệ kỹ thuật và tiêu chuẩn sống trong xã hội công
nghiệp dẫn đến nhu cầu về nguồn năng lượng cung cấp càng lớn. Giá dầu trên thế giới
thay đổi hàng ngày, và có xu hướng càng ngày càng tăng lên. Trong năm 2008, khi

ĐT.06.11/NLSH
- 4 -
xảy ra khủng hoảng kinh tế trên toàn thế giới, giá dầu tăng lên rất cao và chạm ngưỡng
147$/thùng. Diễn biến của giá dầu thế giới được trình bày rõ hơn trong hình 1, và một
khi giá dầu tăng thì giá cả sinh hoạt cũng tăng lên. Chính điều này đã tạo ra một áp lực
trong việc nghiên cứu và phát triển nhiên liệu thay thế cho dầu mỏ từ nguồn gốc sinh
học nhằm giải quyết các vấn đề về an ninh năng lượng, ô nhiễm môi trường mà nhiên
liệu hoá thạch gây ra.

Hình 1. Sự biến động của giá dầu thế giới trong những năm gần đây (USD/thùng)
1.2. Sử dụng Etanol cho phương tiện giao thông
Nhiên liệu sinh học đã từng được ứng dụng và phát triển trên các phương tiện
giao thông vận tải từ những năm đầu động cơ đốt trong được chế tạo, đặc biệt là
etanol. Etanol được sử dụng cho động cơ đốt trong từ rất sớm. Năm 1826, Samuel
Morey sử dụng etanol cho mẫu động cơ đốt trong đầu tiên ở Mỹ, nơi mà etanol cũng là
nhiên liệu được sử dụng cho động cơ ô tô trước nhiên liệu xăng. Dòng xe Ford T được
giới thiệu trên thị trường năm 1908 có thể sử dụng nhiên liệu etanol hoặc xăng. Từ
năm 1925, etanol được trộn vào xăng để sử dụng cho phương tiện ở các nước Brazil,
Pháp và Đức. Xu thế này kéo dài tới cuối thập niên thứ 3 của thế kỷ 19, cho đến khi
nhiều giếng dầu mỏ trữ lượng lớn được phát hiện vào đầu những năm 1940. Năm
1973, do khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất, vai trò của etanol lại được đề cao nhờ có
giá thấp hơn so với xăng. Nhiều chương trình sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học
ĐT.06.11/NLSH
- 5 -
etanol thay thế một phần cho nhiên liệu xăng được khởi động tại Brazin và Mỹ [7].
Hiện nay Mỹ và Brazin là hai nước đứng đầu thế giới về sản xuất và sử dụng Etanol.
Etanol sinh học thường được sử dụng cho động cơ đốt trong ở dạng hỗn hợp
với xăng ở tỷ lệ từ 5% đến 26%. Ở Châu Âu và Ấn độ sử dụng tối đa 5% etanol, Mỹ
sử dụng 10%, còn Brazin bắt buộc sử dụng từ 22% - 26% etanol [8]. Thái Lan là nước
ở khu vực ASEAN có chương trình sử dụng nhiên liệu sinh học khá thành công, với

việc sử dụng rộng rãi nhiên liệu E10 (10% etanol, 90% xăng), còn nhiên liệu E20
(20% etanol, 80% xăng) và E85 (85% etanol, 15% xăng) được bắt đầu giới thiệu ở
nước này từ năm 2008 [9]. Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (FFV) là loại
phương tiện có thể sử dụng hỗn hợp cồn sinh học etanol với xăng ở mọi tỷ lệ từ 0 –
85% etanol. Ngoài ra, hầu hết các hãng sản xuất ô tô trên thế giới đều cho phép sử
dụng đến tỷ lệ 10% etanol
Nhiệt trị thấp của etanol là 21,2MJ/lít, chỉ bằng 2/3 của nhiên liệu xăng (30,1
MJ/lít) nên khi tỷ lệ etanol lớn sẽ có ảnh hưởng đến công suất của động cơ nếu giữ
nguyên lượng nhiên liệu cung cấp. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra
rằng, với tỷ lệ etanol trong hỗn hợp xăng-etanol đến 15% (E15) thì ảnh hưởng này là
không đáng kể [8].
Vấn đề chính đối với động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học etanol là sự ăn mòn
có thể xẩy ra đối với các chi tiết tiếp xúc với etanol. Vì thế khi sử dụng nhiên liệu sinh
học etanol cần lưu ý đến khả năng chống ăn mòn đối với vật liệu của các chi tiết tiếp
xúc với nó.
Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng, sự ăn mòn các chi tiết kim loại của
hệ thống cung cấp nhiên liệu nhìn chung là không đáng quan tâm đối với nhiên liệu
E10, một số nhà nghiên cứu còn cho rằng nhiên liệu E20 cũng không có nhiều tác
động đến hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu. Các chi tiết nhựa và cao su của
động cơ mới đều tương thích với E10 nhưng đối với những động cơ cũ thì rất có thể sẽ
bị ảnh hưởng [10].
Một số nghiên cứu cũng chỉ ra khả năng bôi trơn thấp hơn của hỗn hợp xăng –
etanol so với nhiên liệu xăng, tuy nhiên, chưa có một báo cáo nào thể hiện ảnh hưởng
liên quan đến độ mòn và độ bền của động cơ trong suốt 20 năm qua. Trong những năm
gần đây, Brazin đã chỉ ra rằng các bộ xúc tác truyền thống sử dụng trên phương tiện
ĐT.06.11/NLSH
- 6 -
lưu hành ở Mỹ có thể vận hành với tỷ lệ 10% etanol và 100% etanol. Một số nghiên
cứu còn cho rằng sử dụng hỗn hợp với tỷ lệ etanol cao còn giúp nâng cao hiệu quả của
bộ xúc tác tới 24% nhờ nồng độ thấp của lưu huỳnh trong nhiên liệu etanol. Với tỷ lệ

etanol cao trong hỗn hợp khả năng bay hơi của nhiên liệu giảm, tuy nhiên do tính
không tuyến tính của áp suất bay hơi với tỷ lệ thể tích etanol trong hỗn hợp mà hỗn
hợp nhiên liệu E5 và lân cận có được khả năng bay hơi cao nhất [10-11]. Nghiên cứu
của Phần Lan cũng đã chỉ ra rằng ô tô sử dụng nhiên liệu E15 có thể vận hành tốt với
các bộ chế sẵn có mà không cần điều chỉnh gì, ngoài ra, 80% phương tiện sử dụng E15
có độ mòn các chi tiết thấp hơn so với xe sử dụng nhiên liệu xăng. Nhìn chung, hoạt
động của động cơ cũng như độ bền, tuổi thọ của nó không bị ảnh hưởng bởi hỗn hợp
nhiên liệu với thành phần etanol thấp (dưới 20%) [10].
Bảng 1 trình bày những yêu cầu cần thiết cải tiến động cơ đối với các tỷ lệ
etanol khác nhau trong hỗn hợp nhiên liệu xăng-etanol theo những khuyến cáo về cải
tiến động cơ của Brazin (chủ yếu đối với ô tô Volkswagen) khi bắt đầu chương trình
sử dụng etanol ở Brazin năm 1979.
Bảng 1. Những yêu cầu cải tiến động cơ cần thiết khi tăng tỷ lệ etanol trong hỗn hợ
p
nhiên liệu xăng-etanol [11]

Như được chỉ ra ở Bảng 1 thì nếu sử dụng nhiên liệu E5 thì không cần thiết phải
có cải tiến gì đối với động cơ.
ĐT.06.11/NLSH
- 7 -
Etanol cũng có thể được dùng để pha vào nhiên liệu diesel với tỷ lệ từ 10% đến
15% nhằm mục đích giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải độc
hại. Tuy nhiên việc tạo hỗn hợp nhiên liệu diesel-etanol (E-Diesel) phức tạp hơn nhiều
so với hỗn hợp xăng-etanol do khả năng hòa tan của etanol trong diesel kém khi ở
nhiệt độ thấp và khả năng bén lửa cao. Ở nhiệt độ dưới 100
0
C, etanol và diesel sẽ tách
lớp, vì thế cần phải bổ sung vào hỗn hợp nhiên liệu này chất hòa tan hoặc nhũ tương
(chất có hoạt tính bề mặt). Khó khăn thứ 2 đối với hỗn hợp diesel-etanol là làm tăng
nguy cơ cháy nổ so với nhiên liệu diesel.

Sử dụng nhiên liệu E-Diesel với tỷ lệ từ 10% đến 15% etanol sẽ làm cho công
suất động cơ giảm từ 4% đến 10%, nhưng phát thải CO giảm từ 20% đến 30% và phát
thải dạng hạt (PM) giảm 20% đến 40%.
2. Giải pháp cải tiến động cơ khi nâng cao tỷ lệ cồn Etanol trong nhiên liệu
Trong mục này, sẽ trình bày những chi tiết về việc chuyển đổi động cơ từ chạy
xăng sang chạy xăng pha cồn và những cải tiến, điều chỉnh động cơ để phù hợp với
loại nhiên liệu này [12].
Đầu tiên là nguyên nhân tại sao phải thay đổi kết cấu động cơ khi sử dụng nhiên
liệu xăng pha cồn, đặc biệt là nhiên liệu có tỷ lệ cồn Etanol lớn hơn 10%.
Phần tiếp theo sẽ trình bày sự thay đổi của một số bộ phận chính trên động cơ
như: bộ chế hoà khí, hệ thống đánh lửa, hệ thống hỗ trợ khởi động lạnh – cùng với
những cải tiến đặc biệt khác để động cơ dễ dàng thích nghi với loại nhiên liệu mới.
2.1. Những nguyên nhân chính của việc cải tiến động cơ khi sử dụng xăng pha cồn
Etanol là nhiên liệu được sản xuất từ sinh khối, các sản phẩm sinh khối, các sản
phẩm nông, lâm nghiệp vì thế sử dụng etanol làm nhiên liệu là một giải pháp để giảm
CO
2
, dẫn đến giảm hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, etanol lại có một số tính chất khác
với tính chất của nhiên liệu nguồn gốc hóa thạch truyền thống, vì vậy để động cơ có
thể hoạt động một cách hiệu quả khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn với nồng độ cồn
lớn thì cần thiết phải nghiên cứu và điều chỉnh kết cấu.
a) Tính chất của etanol:
Những tính chất chính của etanol được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Những tính chất vật lý của cồn etanol và xăng
ĐT.06.11/NLSH
- 8 -
Nhiên liệu Etanol Xăng
Khối lượng mol (g/mol) 46,7 102,5
% khối lượng C 52,2 86,5
% khối lượng H 13,1 13,5

% khối lượng O 34,7 0
Khối lượng riêng (g/lít) 794 735 – 760
Nhiệt ẩn hoá hơi (kJ/kg) 854 289
Nhiệt độ chưng cất (0C) 78,4 30 – 190
Nhiệt trị (kJ/kg) 26 805 42 690
Tỷ số A/F 9 14,6
RON 111 95
MON 92 85
Ta thấy, Etanol có một số tính chất có lợi cho động cơ như:
- Có trị số RON (MON) lớn, tăng khả năng chống kích nổ và thuận tiện cho quá
trình tối ưu hoá động cơ.
- Có chứa thành phần Ôxy trong nhiên liệu, vì vậy khả năng hình thành hỗn hợp
với không khí đồng nhất hơn, vì vậy làm giảm thành phần nhiên liệu chưa cháy (HC
và CO).
- Có nhiệt hoá hơi cao, nên có khả năng làm mát khí nạp, nên có thể tăng hệ số
nạp.
Tuy nhiên etanol cũng có một số nhược điểm sau:
- Vì có Ôxy chiếm tỷ lệ lớn trong nhiên liệu, nên tăng thể tích nhiên liệu tiêu
thụ.
- Vì etanol có nhiệt hoá hơi cao, nên rất khó khởi động trong điều kiện nhiệt độ
thấp.
ĐT.06.11/NLSH
- 9 -
- Etanol có thể trộn lẫn với nước, có thể có hiện tượng phân lớp trong nhiên
liệu.
- Do nhiên liệu có thành phần Ôxy, nên khả năng bị ôxy hoá thành axit acetic
làm ăn mòn một số chi tiết sử dụng trong động cơ như kim loại và polymer.
- Quá trình cháy etanol trong động cơ sản sinh ra aldehyde, ảnh hưởng xấu tới
sức khoẻ.
b) Trị số Octane

Etanol có trị số Octane (RON và MON) cao, những động cơ bình thường sẽ
không đạt đến giới hạn kích nổ khi sử dụng nhiên liệu này, vì vậy có thể tăng tỷ số nén
để tăng hiệu suất động cơ. Tính chất vật lý này là tính chất đặc biệt để giảm thành
phần phát thải CO2 của động cơ đánh lửa. Hiện nay, một hướng đi đang được nghiên
cứu là thu nhỏ kết cấu động cơ mà vẫn đảm bảo khả năng làm việc. Động cơ cỡ nhỏ sử
dụng bộ tăng áp là một giải pháp, tuy nhiên khả năng chống kích nổ của động cơ này
lại không tốt. Vì vậy, điều này có thể được cải thiện bằng việc sử dụng nhiên liệu có trị
số Octane cao.
Thông thường mối quan hệ giữa tỷ số nén và trị số Octane sử dụng trong động
cơ đánh lửa là khi tăng một đơn vị của tỷ số nén, thì trị số Octane của nhiên liệu phải
tăng thêm 5 đơn vị [13]. Khi sử dụng etanol cho động cơ đánh lửa bình thường (với tỷ
số nén 9, trị số Octane là 92 khi sử dụng xăng) thì tỷ số nén có thể tăng lên 13 – 14,
tăng hiệu suất nhiệt của động cơ. Phần lớn các động cơ đặc chủng được cải tiến thì tỷ
số nén vào khoảng 12 – 12,5, và hiện tại thường sử dụng nhiên liệu E85 (85% thể tích
cồn etanol, 15% thể tích xăng) vì khả năng khởi động tốt hơn so với etanol.
c) Hàm lượng Ôxy trong nhiên liệu
Ôxy chiếm khoảng 35% khối lượng nhiên liệu, nên nhiệt trị của etanol thấp hơn
so với xăng (27 MJ/kg so với 42,7 MJ/kg). Thêm vào đó, hàm lượng ôxy lớn của
etanol có một vài ảnh hưởng tích cực, đặc biệt là giảm phát thải độc hại của động cơ.
Như đã trình bày ở trước, thành phần ôxy trong nhiên liệu làm cho khả năng tạo hỗn
hợp đồng nhất với không khí tốt hơn so với xăng. Nồng độ CO và HC giảm do các
nguyên nhân sau:
- Giảm hệ số A/F tại những vùng cục bộ không đồng nhất.
- Tăng khả năng bay hơi.
ĐT.06.11/NLSH
- 10 -
- Sự chuyển đổi những phân tử có số Octane cao thành chất thơm.
d) Đặc tính bay hơi
Etanol có khả năng bay hơi ở mức trung bình, không chênh lệch nhiều so với
xăng. Hơn nữa, áp suất hoá hơi thấp (được tính theo định luật của Antoine) khi so sánh

với một số thành phần nhẹ của nhiên liệu (iso-octane, iso-pentane), như trong hình 2.

Hình 2. Áp suất hoá hơi của Etanol so với hai thành phần chính trong nhiên liệu xăng
Thêm vào đó, một tính chất khác cần phải ghi nhớ: Etanol có khả năng kết hợp
rất mạnh với một vài hydrocacbon, tạo thành hỗn hợp chất lỏng có cùng điểm sôi thấp
nhất và cao nhất và điểm chưng cất. Đặc tính chính có điểm sôi triệt để so với điểm sôi
của các thành phần khác trong nhiên liệu, vì vậy có áp suất bay hơi khác nhau khi cùng
1 nhiệt độ. Ảnh hưởng của việc hình thành hỗn hợp này là rất quan trọng khi hoà trộn
etanol với xăng để tăng áp suất hoá hơi. Tuy nhiên hiện tượng này sẽ không xảy ra khi
sử dụng etanol 100%. Etanol có điểm chưng cất ở 78,4
0
C, đặc tính này có liên hệ với
nhiệt ẩn hoá hơi, dẫn đến khó khởi động lạnh. Vì vậy E85 được sử dụng nhiều hơn so
với việc sử dụng E100.
e) Hàm lượng nước
Etanol và nước có thể hòa trộn với nhau ở bất kỳ tỷ lệ nào, trong khi
hydrocacbon và etanol không thể. Với xăng thông thường có thành phần hydrocacbon,
hay erther, sự có mặt của nước trong nhiên liệu là không nghiêm trọng. Thực tế là, với
ĐT.06.11/NLSH
- 11 -
nồng độ 50 ppm ở nhiệt độ môi trường (tuỳ thuộc vào thành phần hoá học của xăng),
phần nước có thể hoà tan được hoàn toàn. Với nồng độ lớn hơn mức trên, việc tách
nước ra khỏi nhiên liệu là cần thiết. Ngược lại, trong hỗn hợp xăng pha cồn, nước có
thể khiến cho hỗn hợp chia thành hai pha: pha đầu tiên là hỗn hợp etanol và nước, và
pha thứ hai chứa hydrocacbon. Hỗn hợp không thể hoà trộn đồng nhất. Hơn nữa, trong
khi etanol được xem là nhiên liệu có trị số octane cao, chia lớp giữa nhiên liệu và
etanol, sự có mặt của nước làm cho giảm trị số Octane của nhiên liệu, có thể tạo ảnh
hưởng xấu đến động cơ [12].
f) Khởi động lạnh
Etanol có khả năng bay hơi ở mức trung bình, điểm sôi cao của Etanol dẫn đến

sự khác biệt lớn trong khả năng bay hơi trong điều kiện bình thường và điều kiện nhiệt
độ thấp. Hơn nữa, etanol có nhiệt ẩn hoá hơi cao (gấp 3 lần so với xăng), vì vậy sự bay
hơi của etanol trong điều kiện nhiệt độ thấp cần năng lượng lớn, do đó động cơ khó
khởi động lạnh [14]. Để giảm các ảnh hưởng của hiện tượng này, một vài giải pháp
công nghệ đã được ứng dụng. Giải pháp thường được sử dụng là sử dụng E85 thay cho
E100. Hoà trộn với 15% hydrocacbon nhẹ làm tăng khả năng bay hơi và vì vậy dễ
dàng khởi động lạnh. Ở Brazil, giải pháp được ứng dụng rộng rãi nhất là gia nhiệt cho
hệ thống phun nhiên liệu hoặc sử dụng một bình xăng phụ chứa xăng dễ bay hơi để
chạy động cơ một vài giây trước khi chuyển đổi sang chạy với etanol.
g) Tương thích vật liệu
Etanol làm cho các vật liệu cao su bị trương phồng lên bởi vì đặc tính hấp thụ
của nhiên liệu vào cao su. Do tính hấp thụ nhiên liệu của cao su, nên ôxy trong etanol
sẽ bẻ vỡ mối liên kết đôi C=C trong cao su. Hậu quả của việc trương phồng là có thể
khiến nhiên liệu bị rò rỉ ra ngoài, gây nguy hiểm cho phương tiện [14]. Sự trương nở
hoặc co lại của vật liệu có thể được giải quyết bằng việc sử dụng vật liệu phù hợp hơn
như cao su flo hoá cao (Viton) [15]. Nylon cũng có thể chống ăn mòn, nhưng chỉ sử
dụng được ở nhiệt độ thấp (<30
0
C) [16]. Vì vậy nylong có thể sử dụng ở đường nạp,
nơi mà nhiệt độ của nhiên liệu thấp.
2.2. Những cải tiến cần thiết cho động cơ để sử dụng nhiên liệu etanol E100
a) Nâng cao tỷ số nén
ĐT.06.11/NLSH
- 12 -
Nâng tỷ số nén của động cơ bằng cách thay đổi dạng đỉnh piston hoặc mài mòn
thân máy, giảm chiều dày gioăng làm kín. Xéc-măng cũng cần thay đổi để đảm bảo
khả năng chịu bền khi tỷ số nén tăng lên.
Với tỷ số nén lớn (12,5), thử nghiệm cho thấy một vấn đề là cân bằng hiệu suất
động cơ với tổn hao ma sát. Hơn nữa, để đảm bảo khả năng chịu tải lớn, thanh truyền
phải được tính toán và thiết kế lại. Dạng thanh truyền mới gần giống với thanh truyền

của động cơ diesel. Piston và thanh truyền đều nặng hơn so với nguyên thuỷ [12].
b) Tăng lượng nhiên liệu cung cấp
Etanol chứa 35% khối lượng ôxy, tham gia vào quá trình cháy. Để giữ tính năng
kỹ thuật của động cơ ở tải cao và toàn tải, về lý thuyết hệ thống nhiên liệu phải cung
cấp lượng nhiên liệu tăng lên 35%. Để đạt được điều này, đường kính lỗ vòi phun phải
lớn hơn 16% [12].
c) Nâng cao độ bền cho các chi tiết trên nắp xylanh
Một vài nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng khả năng chịu đựng kém của
xupap xả và bugi do tỷ số nén lớn, nhiệt độ cao có thể làm nóng chảy điện cực bugi.
3. Cải tiến động cơ ô tô đời cũ sử dụng bộ chế hoà khí
Trên các ô tô hiện đại ngày nay, rất khó để tìm ra được động cơ có sử dụng bộ
chế hoà khí. Hiện tại hầu như chỉ còn xe máy là đang sử dụng hệ thống này. Tuy nhiên
những xe đời cũ (những năm 90 thế kỷ XX) vẫn đang còn sử dụng nó. Từ những ngày
đầu phát minh ra động cơ đốt trong, bộ chế hoà khí đã được sử dụng để hoà trộn nhiên
liệu và không khí với một tỷ lệ phù hợp, đối với xăng là 14,6 còn cồn etanol là 9.
Bộ chế hoà khí bao gồm nhiều bộ phận, trong đó có 1 bình xăng phụ được bơm
từ bình xăng lên và được giữ ở một mức cố định thông qua van kim được điều khiển
đóng mở do phao xăng. Ở chế độ không tải, động cơ có tốc độ thấp, cần một lượng
nhỏ nhiên liệu vào đường nạp động cơ. Còn ở chế độ tải lớn, lượng nhiên liệu cần
được cung cấp nhiều để đạt công suất cao, khi tăng tốc cần có bơm để bổ sung nhiên
liệu để đáp ứng khả năng tăng tốc của động cơ.
ĐT.06.11/NLSH
- 13 -
Hình 3. Sơ đồ một chế hoà khí đơn giản
3.1. Điều chỉnh gic-lơ chính của bộ chế hòa khí
Trong phần lớn các bộ chế hòa khí, gic-lơ chính được chế tạo từ đồng thau với
1 lỗ chính giữa gic-lơ. Nhiên liệu được hút đi qua lỗ gic-lơ, lượng nhiên liệu đi vào
được quyết định bởi đường kính lỗ gic-lơ và tiết diện thông qua. Khi sử dụng nhiên
liệu xăng pha cồn, cần thiết có một lượng nhiên liệu lớn hơn đi vào đường nạp, vì vậy
tiết diện lưu thông phải lớn hơn từ 20 – 40%, theo thực nghiệm, thông thường là tăng

từ 30-35%.
Để tăng đường kính lỗ gic-lơ, phải tháo bộ chế hoà khí ra sau đó tăng đường
kính lỗ gic-lơ. Để tăng đường kính lỗ gic-lơ, thường dùng một mũi khoan nhỏ để tăng
tiết diện lưu thông của bộ chế hoà khí bởi vì đồng thau rất mềm. Sử dụng đinh vít là
một lựa chọn phù hợp và dễ dàng điều chỉnh. Vì nó rất nhỏ, nên phải gá lên một hệ
thống giữ kẹp, và dùng mũi khoan rất nhỏ (thường sử dụng trong chế tác kim hoàn).
ĐT.06.11/NLSH
- 14 -
Hình 4. Tháo vỏ bộ chế hoà khí
Hình 5. Tháo gic-lơ chính của bộ chế
Gic-lơ chính được lắp vào thân bộ chế hoà khí nhờ ren ở trên thân gic-lơ, phía
trên đầu gic-lơ (nằm trong buồng phao), dùng tua vít tháo gic-lơ ra khỏi thân bộ chế.
Sau khi tháo ra, lắp gic-lơ lên một giá đỡ nhỏ, được cố định trên nền vững. Vặn gic-lơ
vào thân giá đỡ có đường kính và bước ren tương tự như trong bộ chế hoà khí để cố
định gic-lơ đề phỏng ảnh hưởng đến thân bộ chế hoà khí. Sử dụng đầu mũi khoan nhỏ
để khoan nhằm tăng đường kính lỗ gic-lơ (ví dụ như muốn tăng 31% tiết diện lưu
thông thì phải tăng đường kính lỗ gic-lơ lên 15%) [12] như trong hình 6.

Hình 6. Khoan gic-lơ chính trên giá đỡ
ĐT.06.11/NLSH
- 15 -
Một số bộ chế hoà khí thông dụng, được sử dụng rộng rãi, người ta có sẵn một
số dưỡng (thanh định cỡ sẵn) và thậm chí là gic-lơ có các đường kính lỗ khác nhau,
thuận tiện cho việc thay thế khi cần thiết (hình 7).
Hình 7. Điều chỉnh đường kính lỗ gic-lơ bằng thanh dưỡng
3.2. Hệ thống tăng tốc
Khi tăng tốc, chuyển từ chế độ không tải sang chế độ tải lớn hơn, tốc độ động
cơ tăng lên. Khi đạp ga mạnh, lúc này bướm ga mở lớn, giảm độ chân không trên
đường nạp và làm giảm khả năng xé tơi nhiên liệu. Giọt nhiên liệu được bổ sung vào
họng khuếch tán bám lên thành đường nạp, vì vậy toàn bộ lượng nhiên liệu không thể

đi vào trong buồng cháy, vì vậy hỗn hợp sẽ nhạt hơn so với yêu cầu.
Do khối lượng riêng của etanol lớn hơn xăng và độ nhớt động học của etanol
cao hơn xăng, nên lượng nhiên liệu thực đi vào trong xylanh động cơ còn ít hơn xăng.
Vì vậy khi ở nhiệt độ thấp thì cần thiết phải điều chỉnh hệ thống tăng tốc khi sử dụng
xăng pha cồn có tỷ lệ cồn lớn.
Để thuận tiện cho quá trình tăng tốc, bộ chế hoà khí có thể được điều chỉnh
hoặc có hai vị trí thiết đặt mức độ tăng tốc cho mùa đông/mùa hè để đảm bảo cung cấp
được lượng nhiên liệu phù hợp. Thanh điều khiển đặt ở vị trí gần với chốt xoay, vì vậy
hành trình cung cấp ngắn, lượng nhiên liệu đi vào giảm (mùa hè); trường hợp khác,
ĐT.06.11/NLSH
- 16 -
chốt lại ở gần đoạn cuối cần điều khiển, nên hệ thống cung cấp được nhiều nhiên liệu
hơn (mùa đông). Hoàn toàn có thể khoan to lỗ gic-lơ tăng tốc lên khoảng 15-20% để
cung cấp được nhiều nhiên liệu hơn, nhất là đối với hệ thống tăng tốc lắp bên trong bộ
chế hoà khí.

Hình 8. Bơm tăng tốc ở vị trí “mùa hè” hay vị trí hành trình bơm ngắn
Trên bộ chế hoà khí có vít điều chỉnh tháo rời được, công việc rất đơn giản, tuy
nhiên độ mở rất nhỏ. Một giải pháp là thay thế hệ thống bơm bên ngoài bằng hệ thống
có dung tích lớn hơn thông qua hành trình dài hơn.
3.3. Hệ thống không tải
Hệ thống không tải là hệ thống cung cấp một lượng nhỏ nhiên liệu để đảm bảo
động cơ có thể hoạt động bình thường ở tốc độ thấp. Là một đường ống dẫn nối bình
xăng với họng khuếch tán của bộ chế hoà khí, có thể trước hoặc sau bướm ga. Khi
bướm ga đóng, hệ thống không tải là hệ thống duy nhất cung cấp nhiên liệu cho động
cơ. Van kim có ren thường được bố trí trùng với vị trí của gic-lơ nơi mà nhiên liệu đi
ĐT.06.11/NLSH
- 17 -
vào họng, điều chỉnh đường kính của độ mở để cung cấp nhiều hoặc ít nhiên liệu, phụ
thuộc vào độ nâng của kim ga.

Đối với các động cơ sử dụng nhiên liệu cồn, độ mở này cần thiết phải tăng lên
35%, tương đương với độ tăng của tiết diện lưu thông của gic-lơ chính. Cách đơn giản
hơn ở đây là vặn vít điều chỉnh không tải theo chiều kim đồng hồ cho đến khi đầu mũi
kim chạm nhẹ vào mặt tỳ. Tại vị trí này, ta có thể khởi động động cơ và tăng thêm độ
mở của vít điều chỉnh đến khi chế độ không tải hoạt động một cách bình thường nhất,
sau đó vặn thêm nửa vòng nữa. Trong một số trường hợp, vít có thể được điều chỉnh
nhưng bị giới hạn bởi khoảng ăn ren khi động cơ dao động. Sau đó tháo bộ chế hoà khí
ra khỏi động cơ và tháo vít điều chỉnh không tải, sau đó điều chỉnh kích thước lỗ
không tải.
Hình 9. Tháo vít điều chỉnh không tải Hình 10. Thay đổi đường kính lỗ không tải

Xác định kích thước của lỗ không tải thông qua việc thử nghiệm ứng với các
kích thước khác nhau của mũi khoan. Thường chọn mũi khoan có đường kính lớn hơn
25% so với đường kính mũi sử dụng cho động cơ chạy xăng để đảm bảo khả năng
thông qua của lỗ và không ảnh hưởng đến kết cấu của bộ chế hoà khí. Chỉ chọn 25%
chứ không phải 30% hay 50% vì độ mở lỗ không tải không thay đổi trong suốt quá
trình hoạt động của động cơ. Khoan với đường kính lỗ nhỏ không nguy hiểm đến kết
cấu bộ chế, và thuận tiện cho việc điều chỉnh kích thước lỗ to lên (nếu cần).
Có nhiều cách để kiểm tra xem sự điều chỉnh đã chính xác hay chưa. Đầu tiên
là kiểm tra thông qua việc nghe, lượng nhiên liệu đi vào đủ để động cơ hoạt động ổn
định ở không tải. Điều chỉnh vít không tải cho đến khi động cơ hoạt động ồn ở không
tải, sau đó vặn vít ngược lại cho đến khi động cơ hoạt động nhẹ nhàng. Trên thực tế có
ĐT.06.11/NLSH
- 18 -
rất nhiều bộ chế hoà khí khác nhau, vì vậy việc điều chỉnh mỗi bộ mỗi khác, để điều
chỉnh phù hợp, yêu cầu phải có kinh nghiệm và quá trình thử nghiệm dòng nhiên liệu
phun vào đường nạp và giá trị tối ưu nhất đối với động cơ.
3.4. Điều chỉnh vị trí phao xăng
Phao xăng trong buồng phao quyết định lượng nhiên liệu đi vào buồng thông
qua van một chiều đặt trên đường nối giữa bình xăng và buồng phao. Mức nhiên liệu

trong buồng phao cũng quyết định đến lưu lượng nhiên liệu được hút vào đường nạp.
Nếu mức nhiên liệu quá thấp, đòi hỏi phải có độ chân không lớn tại họng mới có thể
hút ra đủ lượng nhiên liệu cần thiết. Do khối lượng riêng của etanol lớn hơn xăng, vì
vậy mức phao của động cơ chạy xăng pha cồn phải cao hơn so với mức phao của động
cơ chạy xăng, và những thiết lập ban đầu của vị trí phao xăng là không còn phù hợp.
3.5. Bướm gió
Bướm gió có công dụng điều khiển lưu lượng khí nạp đi vào động cơ. Khi sử
dụng nhiên liệu cồn, thời gian chạy ấm máy lâu hơn so với khi sử dụng xăng. Vì vậy
bướm gió phải mở ra sớm hơn để hỗn hợp đủ đậm để khởi động. Đối với các động cơ
hiện đại, bướm gió được điều khiển đóng mở thông qua nhiệt độ trên đường nạp. Lúc
này nhiệt độ trên đường nạp đã đạt yêu cầu nhưng nhiệt độ bên trong xylanh là chưa
đủ. Vởi kết cấu bộ chế thông thường, lượng nhiên liệu đi vào sẽ giảm do tổn thất do có
các vít điều chỉnh. Đối với bộ chế hoà khí được điều chỉnh bằng điện tử, phải thay đổi
dải điều khiển để phù hợp. Tuy nhiên phương pháp điều khiển tốt nhất để đảm bảo vị
trí của bướm gió đúng là điều khiển bằng tay chứ không phải điều khiển bằng lò xo
nhiệt.
3.6. Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt là van dùng để điều khiển dòng chảy của nước làm mát sau khi
làm mát động cơ. Khi van mở, nước làm mát sau khi làm mát động cơ chuyển đến két
làm mát, sau đó nước được chuyển đến áo nước trong thân xylanh để làm mát động cơ.
Khi nhiệt độ chưa đủ lớn thì van hằng nhiệt đóng. Khả năng khởi động lạnh của động
cơ sử dụng nhiên liệu cồn kém hơn, vì vậy để đảm bảo nhiệt độ trong xylanh, nhiệt độ
mở van hằng nhiệt khi sử dụng cồn cao hơn so với khi sử dụng xăng.


ĐT.06.11/NLSH
- 19 -
3.7. Gia nhiệt cho nhiên liệu
Đây là một cách khá đơn giản để tăng khả năng khởi động lạnh của động cơ sử
dụng cồn. Việc gia nhiệt nhiên liệu trước khi vào bộ chế hoà khí làm cho quá trình hoà

trộn, bay hơi của nhiên liệu trở nên dễ dàng hơn. Hơn thế nữa, nhiệt độ nhiên liệu tăng
lên sẽ làm cho độ nhớt giảm, khả năng lưu thông của nhiên liệu qua lỗ gic-lơ tốt hơn,
nhiên liệu bay hơi tốt hơn, khả năng khởi động động cơ dễ dàng hơn. Tuy nhiên nhiệt
độ sấy nóng cũng không được phép nâng lên quá cao, vì có thể trong các điều kiện môi
trường, nhiệt độ nhiên liệu tăng lên, tiến gần tới điểm sôi. Khi nhiệt độ tiến gần tới
điểm sôi, bọt khí trong nhiên liệu sẽ hình thành, khi có độ chân không trên đường nạp
thì quá trình hút chỉ hút được khí chứ không có nhiên liệu, động cơ không thể hoạt
động.

Hình 11. Hệ thống gia nhiệt đơn giản cho nhiên liệu
3.8. Thời điểm đánh lửa
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy, như dạng buồng cháy, nhiệt
độ trong buồng cháy, tốc độ động cơ, tỷ số nén và trị số octane. Thời điểm đánh lửa
thông thường ở vào khoảng 45
0
– 0
0
trước điểm chết trên (ĐCT). Đối với các động cơ
thông thường, thời điểm đánh lửa được quyết định hoàn toàn bởi các cơ cấu cơ khí.
Tuy nhiên, do etanol có thành phần Ôxy trong nhiên liệu, tốc độ cháy cao hơn so với
xăng (nếu cùng một giá trị hệ số dư lượng không khí), quá trình cháy sẽ bắt đầu sớm
hơn so với khi sử dụng xăng. Vì vậy để đảm bảo quá trình cháy diễn ra không quá sớm
ĐT.06.11/NLSH
- 20 -
trước ĐCT (giảm diện tích phần công tổn thất trong quá trình nén) thì phải điều chỉnh
giảm góc đánh lửa sớm khi sử dụng etanol.
3.9. Bugi
Sự thay đổi bugi có thể mang lại lợi ích trong một vài trường hợp. Theo một kết
quả nghiên cứu trước đây, khi giảm khe hở giữa hai điện cực bugi xuống 0,005 cm hỗ
trợ cho quá trình khởi động, tuy nhiên không thật sự đúng và phù hợp với các loại

động cơ khác, đặc biệt là động cơ nhiều xylanh.
Nhiệt độ cháy của etanol thấp hơn so với khi sử dụng xăng, nên khi sử dụng
etanol làm nhiên liệu thường sử dụng loại bugi lạnh, tuy nhiên khi khoảng nhiệt độ quá
lớn thì có thể gây những ảnh hưởng nghiêm trọng đến đỉnh piston và nắp máy nếu
không được cải tiến.
3.10. Sấy nóng khí nạp
Nếu nhiệt độ khí nạp đi vào lớn, tạo điều kiện cho quá trình bay hơi của nhiên
liệu, đặc biệt là trong điều kiện khởi động lạnh. Hầu hết nhiệt độ sấy nóng đường nạp
là do quá trình truyền nhiệt từ nhiệt độ khí thải. Thông thường sử dụng một van điều
khiển tự động đóng mở để dẫn một phần khí thải đi qua thành đường ống nạp để gia
nhiệt. Cần có quá trình tính toán đường kính ống, diện tích truyền nhiệt để đảm bảo
khả năng trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, không khí được gia nhiệt sẽ làm giảm hàm lượng
ôxy. Nhưng etanol là nhiên liệu có chứa ôxy, nên nhiệt độ khí nạp không chỉ ảnh
hưởng đến khả năng xé tơi nhiên liệu mà còn tăng hiệu suất động cơ.

Hình 12. Hệ thống sấy nóng khí nạp động cơ Chevrolet 6 xylanh sử dụng etanol

ĐT.06.11/NLSH
- 21 -
3.11. Hệ thống khởi động lạnh
Trên thực tế, nhiệt hóa hơi của etanol cao hơn so với xăng, vì vậy làm giảm khả
năng khởi động lạnh. Sử dụng nhiên liệu E85 là một giải pháp để giải quyết vấn đề
này. Tuy nhiên đối với phương tiện sử dụng E100, thì khi nhiệt độ thấp hơn 40
0
F
(4
0
C), động cơ rất khó khởi động, đặc biệt đối với động cơ sử dụng bộ chế hoà khí.
Cách đơn giản nhất và hiệu quả nhất là phun 1 phần nhiên liệu xăng vào đường nạp,
khởi động bình thường với xăng, sau quá trình chạy ấm máy, chuyển sang chạy nhiên

liệu xăng pha cồn. Ngoài ra còn có thể sử dụng hệ thống trích 1 phần khí thải đi vào
đường nạp động cơ để gia nhiệt hỗ trợ khởi động, giống như phương pháp luân hồi khí
thải.

Hình13. Hệ thống trích 1 phần khí thải từ đường xả về đường nạp để gia nhiệt
3.12. Tỷ số nén
Khi sử dụng 100% etanol làm nhiên liệu, với trị số Octane cao (~ 110) thì tỷ số
nén của động cơ có thể tăng lên đến 16:1 mà vẫn đảm bảo được khả năng chống kích
nổ. Tỷ số nén lớn tạo nên hiệu suất sử dụng nhiên liệu lớn và tăng tốc độ ngọn lửa và
tăng áp suất cháy. Cách đơn giản nhất để tăng tỷ số nén là mài nắp máy, chỉ cần sử
dụng máy phay bào đơn giản, và lượng vật liệu thừa không quá lớn, công để thực hiện
quá trình này là không lớn. Tuy nhiên khi tăng tỷ số nén thì sẽ gây ra những ảnh
hưởng lớn đến thanh truyền và trục khuỷu, cũng như là bạc lót giữa chúng. Tại tỷ số
nén 13:1 và cao hơn nữa, bạc cổ khuỷu, chốt piston và những bộ phận khác có thể bị
ảnh hưởng nghiêm trọng.
ĐT.06.11/NLSH
- 22 -
4. Cải tiến động cơ xe máy sử dụng bộ chế hoà khí
Cũng tương tự như khi sử dụng trên động cơ ô tô, trên xe máy cũng có nhiều
giải pháp để cung cấp nhiên liệu dùng cồn. Một số giải pháp cải tạo chính là ghép hai
bộ chế hoà khí kép với nhau sử dụng hai dây ga; sử dụng bộ chế hoà khí dùng hai
buồng phao; bình nhiên liệu chia thành hai bình nhỏ, một bình chứa xăng, một bình
chứa cồn. Kết quả của các giải pháp này cũng là thay đổi đường kính lỗ gic-lơ khi tỷ lệ
cồn trong nhiên liệu thay đổi từ 0 – 100% [17].
Trong khuôn khổ của đề tài, một động cơ xe máy 110cc đã được chuyển đổi sang sử
dụng etanol E100 và lắp lên xe 3 bánh tham dự cuộc thi ô tô tiết kiệm nhiên liệu do
Hãng Shell tổ chức tại Malaysia. Chiếc xe cải tiến này đã đạt được giải Nhì tại cuộc thi
với thành tích 455,4 kilomét tiêu thụ 1 lít nhiên liệu etanol E100. Hình ảnh về chiếc xe
đoạt giải được thể hiện trên Hình 14.

Hình 14. Xe ba bánh tiết kiệm nhiên liệu sử dụng etanol E100 của Việt Nam tại Shell
Eco Marathon, Malaysia 2012
Công nghệ cơ bản chuyển đổi động cơ từ sử dụng xăng truyền thống sang sử dụng
etanol E100 được áp dụng đối với động cơ của ô tô đoạt giải này gồm tăng đường kính
của gic-lơ chính cung cấp nhiên liệu và luân hồi khí thải sấy nóng đường nạp động cơ.
5. Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu để công suất động cơ không đổi
Theo kết quả mô phỏng ở chuyên để 4.1, công suất động cơ giảm xuống khi
tăng tỷ lệ cồn etanol trong nhiên liệu. Để đảm bảo khả năng làm việc của động cơ khi
sử dụng xăng pha cồn, cần thiết phải tăng lượng nhiên liệu cung cấp.
Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ để công suất không thay đổi ở giá trị
1,71; 3,41; 5,09 (kW) ứng với các dải tốc độ 3000, 5000 và 7500 (vòng/phút) được
ĐT.06.11/NLSH
- 23 -
trình bày trong bảng 3. Từ đó ta có được đồ thị biểu diễn lượng nhiên liệu cần bổ sung
để công suất không đổi (so với khi sử dụng E0) – hình 15.
Bảng 3. Lượng nhiên liệu cần dùng để công suất không đổi khi tăng tỉ lệ Etanol trong nhiên
liệu (g/chu trình)
3000
(vòng/phút)
5000
(vòng/phút)
7500
(vòng/phút)
E0 0,0052 0,0059 0,00614
E10 0,0054 0,0061 0,0064
E15 0,0055 0,0062 0,0066
E20 0,00562 0,00635 0,00673
E85 0,0088 0,0092 0,0095
Từ đó ta có thể xác định được giá trị trung bình của lượng nhiên liệu cần bổ
sung khi sử dụng xăng pha cồn E10, E15, E20, E85 lần lượt là 3,82%; 6,12%; 8,44%

và 59,96%. Từ đó ta có thể xác định được đường kính gic-lơ để cung cấp được lượng
nhiên liệu yêu cầu.
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/phút
5000 vòng/phút
7500 vòng/phút
Trung bình

Hình 15. Tỷ lệ lượng nhiên liệu cần bổ sung để công suất động cơ không đổi
Ta có công thức tính lượng nhiên liệu:
nlnlhddnl
ghpfG

) (2 

T
ố
c đ
ộ

Nhiên liệu
ĐT.06.11/NLSH
- 24 -
trong đó: μ
d
= μ
v
.α
b
là hệ số lưu lượng
μ
v
là hệ số tốc độ
α
b
là hệ số bóp dòng
nl
D
nl
d
b
f
f




nl
d

f và
nl
D
f là tiết diện nhỏ nhất và lớn nhất của gic-lơ chính
Δp
h
là độ chân không tại họng
ρ
nl
là khối lượng riêng của nhiên liệu
Δh là chênh lệch độ cao giữa mặt thoáng nhiên liệu và miệng hút
g là gia tốc trọng trường
Khi đó:
00
00
0
) (2
) (2
EEh
E
d
E
bv
nlnlh
nl
d
nl
bv
E
nl

ghpf
ghpf
G
G





Do mô phỏng ở chế độ toàn tải, dòng khí đi vào với tốc độ nhanh, vì vậy độ
chân không tại họng Δp
h
rất lớn, nên ta có thể coi (Δp
h
– Δh.ρ
nl
.g) thay đổi không đáng
kể, khi đó biểu thức trên sẽ trở thành:

nl
E
E
d
nl
d
E
d
nl
d
E

E
d
nl
nl
d
E
E
d
E
D
E
d
nl
nl
d
nl
D
nl
d
E
nl
G
G
f
f
f
f
f
f
f

f
f
f
G
G






0
00
0
2
0
2
0
0
0
0
0
.
.
.




nl

E
E
d
nl
d
E
d
nl
d
E
d
nl
d
G
G
f
f
d
d


0
000
.
trong đó
nl
d
d và
0E
d

d là đường kính lỗ gic-lơ khi sử dụng nhiên liệu xăng pha
cồn và khi sử dụng xăng.
Từ biểu thức trên ta có thể tính được đường kính lỗ gic-lơ mới so với đường
kính lỗ gic-lơ cũ. Từ đó suy ra được khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn với các tỉ lệ
khác nhau thì đường kính lỗ gic-lơ phải cải tiến như thế nào để cung cấp được lượng
nhiên liệu sao cho công suất động cơ không đổi (bảng 4).