Chuyên đề 17 Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng xe ô tô trên đường khi đã điều chỉnh kết cấu

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 5.3: Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến
độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng xe ô tô trên
đường khi đã điều chỉnh kết cấu

Chuyên đề số: 17
Chủ nhiệm đề tài Người thực hiện


PGS.TS. Lê Anh Tuấn ThS. Phạm Hữu Truyền
Cơ quan chủ trì

Hà Nội, tháng 9 năm 2012
ĐT.06.11/NLSH
- 1 -
MỤC LỤC
Lời nói đầu
3



1.
Thiết bị thử nghiệm 4

1.1. Phòng thử ô tô 4

1.1.1.

Băng thử Chassis Dynamometer CD48”
4

1.1.2.

Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S
8

1.2.

Thiết bị xác định thành phần phát thải
8

1.2.1.

Nguyên lý xác định thành phần CO, CO
2

9

1.2.2.

Nguyên lý xác định thành phần HC
9

1.2.3.

Nguyên lý xác định thành phần NO
x

9

2. Đối tượng thử nghiệm
9

3. Phương pháp thử nghiệm
10

3.1. Yêu cầu thử nghiệm 10

3.2. Thử nghiệm ở chế độ tốc độ ổn định 10

3.3. Đo khí thải 10

3.4. Phân tích dầu bôi trơn 10

3.4.1.

Độ nhớt động học (ASTM D445 – 06) [1,3] 11

3.4.2.

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở (ASTM D92 – 05) [2,4] 12

3.4.3.

Trị số kiềm tổng (TBN) (ASTM D2896 – 06) [2,5] 13

3.4.4 Hàm lượng cặn không tan (ASTM D893 – 05) [6] 13

3.4.5.

Mài mòn kim loại 13

4. Kết quả thử nghiệm 15

4.1.
Đánh giá công suất, mômen của 6 xe ô tô trước và sau khi chạy
trên đường
15

4.2. Đánh giá tiêu thụ nhiên liệu của 6 xe ô tô trước và sau khi chạy trên
đường
22

4.3.
Đánh giá áp suất nén của 6 xe ô tô trước và sau khi chạy trên
đường
27

4.4. Đánh giá phát thải HC của 6 xe theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE
15-05 trước và sau khi chạy trên đường
32

4.5. Đánh giá phát thải CO của 6 xe theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE
15-05 trước và sau khi chạy trên đường
33

ĐT.06.11/NLSH
- 2 -
4.6. Đánh giá phát thải NO
x
của 6 xe theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE
15-05 trước và sau khi chạy trên đường
34

4.7. Đánh giá phát thải CO
2
của 6 xe theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE
15-05 trước và sau khi chạy trên đường

35

4.8. Phân tích dầu nhờn trước và sau thử nghiệm khi chạy trên đường 37

5 Kết luận 41




Tài liệu tham khảo
42

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 đang ngày càng cạn kiệt 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.
Ở Việt nam, hiện nay nhiên liệu xăng và diesel đều phụ thuộc vào nguồn nhập
khẩu với tổng nhu cầu khoảng hơn 8,5 triệu tấn vào năm 2005. 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 cồn
đến vật liệu, tính năng, phát thải và tuổi thọ của động cơ. Chuyên đề “Đánh giá ảnh
hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và tuổi thọ của động cơ xăng xe ô tô trên
đường khi đã điều chỉnh kết cấu” trình bày phương pháp, quy trình cũng như kết quả
thử nghiệm động cơ xăng trên xe ôtô với nhiên liệu xăng ethanol E10 (hỗn hợp gồm
10% ethanol E100 và 90% xăng).
Các thử nghiệm này nhằm hướng tới đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu ethanol tới

tính năng kỹ thuật, kinh tế cũng như mức độ phát thải độc hại của động cơ xe ôtô.
Ngoài ra, thử nghiệm còn hướng tới việc đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên
liệu E10 đến mức độ mòn của các chi tiết chuyển động, lọc nhiên liệu và đường ống
cấp nhiên liệu cũng như dầu bôi trơn của động cơ.
Nhìn chung, kết quả thử nghiệm cho thấy tác động tích cực của việc sử dụng nhiên
liệu sinh học E10 so với khi sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống. Trong khi ảnh
hưởng của việc sử dụng nhiên liệu E10 đến động cơ sau quãng đường 20.000km của
xe chạy ngoài hiện trường khá tương đồng với khi động cơ vận hành với nhiên liệu
xăng truyền thống.


ĐT.06.11/NLSH
- 4 -
Chuyên đề 17: Đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 đến độ bền và
tuổi thọ của động cơ xăng xe ô tô trên đường khi đã điều chỉnh kết cấu.
1. Thiết bị thử nghiệm
1.1. Phòng thử ô tô
1.1.1. Băng thử Chassis Dynamometer CD48”
1.1.1.1. Thông tin chung
Phòng thử ô tô bao gồm băng thử động lực học (Chassis Dynamometer CD48”),
hệ thống lấy mẫu và phân tích khí thải, các thiết bị phụ trợ.
Băng thử động lực học (Chassis Dynamometer CD48”) 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.

Hình 1.1. Phòng thử ô tô của PTN Động cơ đốt trong - ĐHBK Hà Nội
ĐT.06.11/NLSH
- 5 -
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 CD48”.
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:
- 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 CD48” 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.
1.1.1.2. 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.
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.
ĐT.06.11/NLSH
- 6 -
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.
Hình 1.2. Cấu tạo của cảm biến tốc độ
1 : Đĩa mã hoá 2 : Nguồn sáng (đèn LED) 3: Tranzitor quang
Đo đĩa 1 quay liên tục nên tín hiệu ở đầu ra có dạng xung chữ nhật :
Hình 1.3. 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.
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.

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.
2 3
3
1
4
2
0V
V
5V
t
ĐT.06.11/NLSH
- 7 -
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.
Hình 1.4. Nguyên lý đo lực
1. Con lăn 2. Gối trục 3. Động cơ điện 4. Bộ cân tải
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:
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
)
1
2
3
4

Hình 1.5. Cơ sở xác định lực kéo
ĐT.06.11/NLSH
- 8 -
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.
1.1.2. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S
Fuel Balance 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 (đo theo kiểu khối lượng).
Fuel Balance 733S dùng cảm biến đo lưu lượng đÓ xác định lượng tiêu thụ nhiên
liệu. Yêu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh và độ nhạy 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 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.
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống 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

1.2. Thiết bị xác định thành phần phát thải
Thành phần phát thải của động cơ được xác định nhờ thiết bị chẩn đoán AVL
DiGas 4000, AVL DiSmoke 4000 (sử dụng khi thử nghiệm tại các tốc độ ổn định) và
tủ phân tích CEBII (sử dụng khi thử nghiệm theo chu trình châu Âu ECE 15-05 hoặc
khi thử nghiệm tại các tốc độ ổn định). Thiết bị có thể xác định các thành phần CO,
CO
2
, HC, NO
x
, O
2
, PM có trong khí thải.
ĐT.06.11/NLSH
- 9 -
Thiết bị này cho hiển thị liên tục kết quả đo trên màn hình và in bất cứ lúc nào
người dùng muốn.
1.2.1. Nguyên lý xác định thành phần CO, CO2
Thành phần CO và CO
2
được xác định bằng phương pháp phân tích hồng ngoại.
Khi chiếu tia hồng ngoại qua hỗn hợp khí, tia hồng ngoại sẽ bị CO và CO
2
trong khí
thải hấp thụ và yếu đi. Trong đó thành phần CO hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng
là 4,7 m còn thành phần CO
2
hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng là 4,3 m. Thông
qua mức độ suy giảm của tia đo được sẽ xác định hàm lượng CO và CO
2
trong khí

thải.
1.2.2. Nguyên lý xác định thành phần HC
Thành phần HC được xác định bằng phương pháp ion hóa ngọn lửa. Nguyên lý
như sau: khí thải mẫu được phun vào ngọn lửa hydro, các phân tử HC sẽ cháy và bị
ion hóa. Cường độ dòng ion được xác định tỷ lệ với thành phần HC trong mẫu thử.
1.2.3. Nguyên lý xác định thành phần NOx
Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng khí quang hoá để xác định hàm lượng NO,
NO
x
. Thực chất phương pháp này là đo cường độ ánh sáng do các phần tử NO
2
hoạt
tính sinh ra. NO
2
hoạt tính được tạo ra trong buồng phản ứng qua phản ứng sau:
NO + O
3
= NO
2
*
+ O
2
Không khí được đưa vào một đường và được cho qua một bộ tạo ôzôn, O
2
trong
không khí được tạo thành O
3
nhờ tia lửa điện và được đưa đến buồng phản ứng.
Để đo lượng NO có trong khí xả, người ta đưa trực tiếp khí thải vào phản ứng.
Trong buồng phản ứng có O

3
vì vậy một phần NO có trong khí xả mẫu sẽ phản ứng
với O
3
và tạo ra NO
2
*
, NO
2
hoạt tính tồn tại không lâu trong điều kiện bình thường vì
vậy nó sẽ tự động về NO
2
không hoạt tính bằng cách phóng đi một phần năng lượng
dưới dạng tia sáng. Người ta đo cường độ tia sáng thu được và dựa vào đó để xác định
lượng NO phản ứng. Từ lượng NO phản ứng người ta có thể tính ra lượng NO có trong
khí thải mẫu.
Để đo lượng NO
x
có trong khí thải mẫu, người ta cho tất cả khí thải mẫu phải đi
qua một bộ chuyển đổi từ NO
2
thành NO. Phần lớn NO
2
được chuyển đổi thành NO,
sau đó tất cả khí thải đã qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng. Tương tự như là
với NO, trong buồng phản ứng một lượng NO có trong khí thải sẽ phản ứng với O
3
và
tạo thành NO
2

hoạt tính. NO
2
hoạt tính (NO
2
năng lượng cao) sẽ tự chuyển về mức
năng lượng thấp và phát ra ánh sáng, từ đó người ta tính ra lượng NO
x
có trong khí
thải.
2. Đối tượng thử nghiệm
Sử dụng 6 xe ôtô chạy xăng đang hoạt động ngoài hiện trường và được bảo dưỡng
ĐT.06.11/NLSH
- 10 -
trước khi thử nghiệm để đảm bảo sự làm việc ổn định trong quá trình thử nghiệm, bao
gồm:
- Xe số 1 với hệ thống cung cấp nhiên liệu chế hòa khí sẽ thử nghiệm nhiên liệu
RON92.
- Xe số 2 với hệ thống cung cấp nhiên liệu chế hòa khí sẽ thử nghiệm nhiên liệu
E10.
- Xe số 3 với hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử sẽ thử nghiệm nhiên
liệu RON92.
- Xe số 4 với hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử sẽ thử nghiệm nhiên
liệu E10.
- Xe số 5 với hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử sẽ thử nghiệm nhiên
liệu RON92.
- Xe số 6 với hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử sẽ thử nghiệm nhiên
liệu E10.
3. Phương pháp thử nghiệm
3.1. Yêu cầu thử nghiệm
Băng thử được hiệu chẩn định kỳ theo quy định của nhà sản xuất.

Thiết bị đo khí thải được hiệu chẩn trước mỗi thử nghiệm.
Các xe trước khi thử nghiệm đều chạy khoảng 1 giờ trên băng thử để kiểm tra độ
an toàn của xe trên băng, tính ổn định của hệ thống cung cấp nhiên liệu và sấy nóng
động cơ đến nhiệt độ làm việc ổn định.
3.2. Thử nghiệm ở chế độ tốc độ ổn định
Thử nghiệm hiện trường với 2 loại nhiên liệu trên các xe đã lựa chọn. Quá trình
thử nghiệm đánh giá công suất, mômen, suất tiêu thụ nhiên liệu và áp suất nén của
động cơ trước và sau khi xe chạy được quãng đường là 10.000 km và 20.000 km. Các
thông số được đo tại các tốc độ ổn định, 100% tải và ở các tay số 3, 4 và 5 của cả 6 xe
ôtô.
3.3. Đo khí thải
Các thành phần khí thải CO, CO
2
, NOx, HC được đánh giá theo chu trình thử
nghiệm châu Âu ECE 15-05 tại thời điểm trước khi chạy hiện trường và kết thúc chạy
hiện trường của cả 6 xe ôtô.
3.4. Phân tích dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn được sử dụng cho động cơ sẽ bị suy giảm chất lượng theo thời gian
hoạt động của động cơ. Mức độ suy giảm chất lượng dầu bôi trơn cho động cơ phụ
ĐT.06.11/NLSH
- 11 -
thuộc vào các yếu tố: loại dầu được lựa chọn sử dụng, nhiên liệu sử dụng, điều kiện
vận hành của động cơ. Các yếu tố này làm các chức năng: bôi trơn, làm mát, làm kín
và làm sạch bên trong.
Trong số các yếu tố đánh giá chất lượng của nhiên liệu cho động cơ ô tô, thì
phương pháp phân tích sự suy giảm chất lượng dầu bôi trơn trong quá trình hoạt động
của động cơ cũng là một phương pháp hữu hiệu góp phần đánh giá chất lượng của
nhiên liệu thử nghiệm được toàn diện hơn.
Các thông số quan trọng trong phân tích dầu bôi trơn đã qua sử dụng bao gồm:
- Độ nhớt động học ở 1000C.

- Nhiệt độ chớp cháy cốc hở.
- Trị số kiềm tổng (TBN).
- Hàm lượng cặn không tan.
- Hàm lượng kim loại (Cu, Fe, Pb)
3.4.1. Độ nhớt động học (ASTM D445 – 06) [1,3,]
Độ nhớt của dầu động cơ đặc biệt quan trọng ở nhiều khía cạnh, độ nhớt ảnh
hưởng đến độ kín khít, tổn hao công do ma sát, khả năng chống mài mòn, khả năng tạo
cặn. Do vậy, độ nhớt của dầu tác động chính đến lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng
tiết kiệm dầu và hoạt động chung của cả động cơ.
Độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự quá trình khởi động và tốc độ của trục
khuỷu. Độ nhớt quá cao gây ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp, làm giảm tốc
độ trục khuỷu và như vậy làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu kể cả sau khi động cơ đã
khởi động. Độ nhớt quá thấp sẽ chóng mài mòn các chi tiết và tăng lượng tiêu hao dầu
bôi trơn. Như vậy, đối với mỗi loại động cơ như động cơ ôtô điều cơ bản đầu tiên là
phải dùng dầu có độ nhớt thích hợp với từng điều kiện vận hành cụ thể.
Thông thường các phương tiện tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sử dụng dầu có độ
nhớt cao và ngược lại những phương tiện tải trọng nhẹ tốc độ cao thì dùng dầu có độ
nhớt thấp. Độ nhớt là một chỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi dầu trong quá trình
sử dụng. Nếu độ nhớt dầu tăng nhanh đó là biểu hiện của hiện tượng dầu bị ôxy hóa.
Tuy nhiên, việc tăng độ nhớt do có mặt các polime trong phụ gia. Nguyên nhân tăng
độ nhớt của dầu có 2 khả năng:
- Nhiệt độ làm việc quá cao làm tăng khả năng dầu bị ôxy hoá khi có xúc tác kim
loại đặc biệt là kim loại đồng.
- Nhiệt độ cao làm bay hơi các thành phần nhẹ trong dầu động cơ.
Nếu độ nhớt của dầu giảm có thể do nhiên liệu hay tạp chất khác lẫn vào dầu, ngoài
ra có thể do sự phân huỷ cơ học của các phụ gia tăng chỉ số độ nhớt trong dầu bốn
ĐT.06.11/NLSH
- 12 -
mùa. Tuy nhiên, quá trình ôxy hoá có khả năng làm tăng hoặc giảm độ nhớt nhưng chủ
yếu là tăng, do đó làm tăng khả năng làm đặc của chúng nhất là ở nhiệt độ cao. Nhiệt

độ cao cũng có thể gây ra sự tổn thất do bay hơi các cấu tử nhẹ, làm dầu đặc thêm do
nồng độ các thành phần nhớt hơn trong dầu tăng lên.
Dầu động cơ nào cũng phải chịu những thay đổi gây ra do các yếu tố hoạt động của
động cơ. Các nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi độ nhớt của dầu bao gồm:
Nguyên nhân sự thay đổi độ nhớt Tác động đến độ nhớt
Ứng suất trượt của các dầu không Newton Giảm
Phân huỷ các phụ gia Polime Giảm
Bay hơi Tăng
Lẫn nhiên liệu Giảm
Quá trình ôxy hoá các thành phần dầu gốc Tăng
Lẫn nước hoặc nước làm mát Tăng
Chứa muội than và các tạp chất Tăng
Đối với các động cơ xăng thì độ nhớt của dầu bôi trơn ở 40
0
C, 100
0
C giảm 30%
hoặc tăng 25% so với dầu mới thì phải thay dầu [1,7,8,9]
3.4.2. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở (ASTM D 92 – 05) [2,4]
Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất tại áp suất khí
quyển 101,3kPa, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong những điều kiện
đặc biệt của phép thử. Mẫu sẽ chớp cháy khi có một ngọn lửa lan truyền tức thì khắp
bề mặt của mẫu dầu. Do vậy, điểm bắt cháy của dầu là nhiệt độ mà tại đó lượng hơi
thoát ra từ bề mặt của dầu đủ để bốc cháy khi có ngọn lửa đưa vào.
Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó mẫu tiếp tục cháy được trong 5 giây thì gọi là điểm
bắt lửa. Phương pháp thử này sử dụng để phát hiện sự nhiễm bẩn của dầu bôi trơn bởi
những lượng nhỏ của các hợp chất dễ bay hơi như nhiên liệu lọt xuống dầu động cơ.
Điểm chớp cháy cao hơn giá trị ban đầu là do có sự pha trộn dầu có độ nhớt cao
hơn.
Đối với người sử dụng, trong những trƣờng hợp nhất định, việc xác định điểm

chớp cháy của dầu là cần thiết, khi cần làm việc ở nhiệt độ cao mà lại sử dụng dầu có
điểm chớp cháy thấp, nghĩa là dầu dễ bay hơi thì sẽ có sự tiêu hao dầu lớn.
Thực tế đối với dầu đã sử dụng ta thấy điểm chớp cháy của chúng rất gần với
điểm chớp cháy của dầu mới. Sự giảm đáng kể của giá trị này cho thấy dầu có bị trộn
lẫn với nhiên liệu hoặc với các chất có điểm chớp cháy thấp.
Với các xe thử nghiệm thì khi nhiệt độ chớp cháy giảm xuống 170
0
C thì phải thay
ĐT.06.11/NLSH
- 13 -
dầu mới.
3.4.3. Trị số kiểm tổng (TBN) (ASTM D2896 – 06) [2,5]
Độ kiềm trong dầu bôi trơn được biểu thị bằng trị số kiểm tổng (TBN), cho biết
lượng axit clohydric hay Pecloric, được quy chuyển sang lượng KOH tương đương
(tính bằng miligam) cần thiết để trung hoà hết các hợp chất mang tính kiềm có mặt
trong 1 gam mẫu dầu.
Rất nhiều loại phụ gia đang được sử dụng cho dầu động cơ, có chứa các hợp chất
kiềm, nhằm trung hoà các sản phẩm axit của quá trình cháy. Lượng tiêu tốn các thành
phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ của dầu động cơ.
Các phụ gia chứa kim loại (Ca, Mg) là các tác nhân quan trọng có tính tẩy rửa, bao
gồm:
- Sunfonat;
- Salixilat;
- Phenolat.
Phần lớn sunfonat, salixilat và phenolat của canxi và magie sử dụng như các chất
tẩy rửa chứa kim loại. Thông thường những phụ gia này là loại kiềm cao có chứa
cacbonat kim loại phân tán trong dầu, do đó chúng có khả năng trung hoà các axit tạo
thành trung quá trình cháy lưu huỳnh và tiếp xúc với nước. Thực tế các sản phẩm axit
có thể ngưng tụ trên xylanh, xéc măng, piston và cũng tiếp xúc quá trình polime hoá
các sản phẩm trung gian của phản ứng cháy tạo thành keo và bùn.

Trong thực tế dầu sử dụng cho động cơ tốc độ trung bình và tốc độ cao giới hạn
cho phép sử dụng giá trị TBN là [1,7,8,9]:
Giá trị TBN ban đầu Giới hạn sử dụng
≤12 mgKOH/g 4 mgKOH/g
>12 mgKOH/g 50%
3.4.4. Hàm lượng cặn không tan (ASTM D893 – 05) [6]
Cặn không tan trong pentan gồm có các chất bẩn, mạt kim loại do mài mòn, sạn
cát, muội nhiên liệu và các sản phẩm ôxy hóa của nhiên liệu và dầu nhờn, chúng được
gọi dưới các tên cặn nhựa không tan. Hiệu số giữa cặn không tan trong pentan và cặn
không tan trong toluen là thước đo về mức độ ôxy hóa của dầu trong quá trình sử
dụng. Với dầu động cơ có độ phân tán cao, thì lượng cặn không tan có thể lên đến 3-4
% vẫn chấp nhận được.
3.4.5. Mài mòn kim loại
Xác định các kim loại trong dầu đã sử dụng bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử
(ASTM D 4628 – 05).
ĐT.06.11/NLSH
- 14 -
Là lượng kim loại bị mài mòn trong dầu được tính bằng phần trăm thể tích hay
ppm. Việc phân tích các kim loại trong dầu đã sử dụng là rất cần thiết, giúp cho việc
khẳng định hàm lượng phụ gia và nhận ra các hệ thống thiết bị mài mòn và xác định
độ nhiễm bẩn. Kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử cho phép xác định các vết kim
loại ở mức vài phần triệu, cho phép xác định nhanh và chính xác những kim loại riêng
lẻ. Kỹ thuật này kết hợp với phương pháp xác định hạt mài mòn Ferrograph sẽ là
phương tiện tốt và có hiệu quả trong việc xác định các hạt kim loại trong dầu.
Theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, một số kim loại chủ yếu trong
dầu đã sử dụng có hàm lượng cho phép là [1,7,8,9]:
Fe ≤ 0,02%kl (200 mg/kg; 200 ppm)
Cu ≤ 0,006%kl (60 mg/kg; 60 ppm)
Pb ≤ 0,004%kl (40 mg/kg; 40 ppm)
Giới hạn sử dụng này được đưa ra dựa trên cơ sở kết quả thử nghiệm thực tế của

nhiều hãng dầu bôi trơn và phụ gia cho dầu bôi trơn của Việt Nam và nước ngoài như:
Công ty CP PLC; Công ty CP APP, Lubrizol, Afton, Ciba, Chevron, Exxon Mobil ,. . .


ĐT.06.11/NLSH
- 15 -
4. Kết quả thử nghiệm
4.1. Đánh giá công suất, mômen của 6 xe ôtô trước và sau khi chạy trên đường

Hình 4.1. Diễn biến công suất của xe số 1 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.2. Diễn biến mômen của xe số 1 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
Kết quả trên hình 4.1 và hình 4.2 thể hiện công suất và mômen của xe số 1 ở các
tay số 3, 4 và 5 khi chạy ở tốc độ ổn định, 100% tải. Kết quả cho thấy khi động cơ sử
dụng chế hòa khí chạy bền với nhiên liệu xăng RON92 thì công suất và mômen đều
giảm sau 10.00 0km và 20.000 km chạy hiện trường, trong đó công suất trung bình
trên toàn dải tốc độ và ở các tay số giảm 2,74% sau 10.000 km và giảm 5,19% sau
10
12
14
16
18
20
22
24
26
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 1- Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_RON92_0km

Ne_RON92_10.000km
Ne_RON92_20.000km
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 1 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_RON92_0km
Me_RON92_10.000km
Me_RON92_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 16 -
20.000 km.

Hình 4.3. Diễn biến công suất của xe số 2 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.4. Diễn biến mômen của xe số 2 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
Hình 4.3 và hình 4.4 thể hiện diễn biến công suất và mômen của xe số 2 ở các tốc
độ ổn định, 100% tải và với các tay số 3, 4 và 5. Kết quả cho thấy, công suất và
mômen của xe đều giảm khi chạy hiện trường 10.000 km và 20.000 km với nhiên liệu
E10. Trong đó, công suất trung bình trên toàn dải tốc độ và ở các tay số giảm 2,81%
sau 10.000 km và giảm 5,31% sau 20.000 km.
10

12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 2 - Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_E10_0km
Ne_E10_10.000km
Ne_E10_20.000km
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 2 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_E10_0km
Me_E10_10.000km

Me_E10_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 17 -
Qua kết quả thử nghiệm đối với hai xe số 1 và số 2 sử dụng chế hòa khí cho thấy
xe sử dụng E10 có công suất giảm nhiều hơn xe sử dụng xăng RON92. Sau 20.000 km
thì xe sử dụng E10 (giảm 5,31%) giảm nhiều hơn xe sử dụng xăng RON92 (giảm
5,19%), tuy nhiên sự chênh lệch không đáng kể chỉ là 0,12%.

Hình 4.5. Diễn biến công suất của xe số 3 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.6. Diễn biến mômen của xe số 3 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 3 - Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_RON92_0km
Ne_RON92_10.000km
Ne_RON92_20.000km
500
700

900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 3 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_RON92_0km
Me_RON92_10.000km
Me_RON92_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 18 -

Hình 4.7. Diễn biến công suất của xe số 4 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.8. Diễn biến mômen của xe số 4 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

10
12
14
16
18
20
22
24
26

28
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 4 - Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_E10_0km
Ne_E10_10.000km
Ne_E10_20.000km
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 4 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_E10_0km
Me_E10_10.000km
Me_E10_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 19 -

Hình 4.9. Diễn biến công suất của xe số 5 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.10. Diễn biến mômen của xe số 5 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

14

16
18
20
22
24
26
28
30
32
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 5 - Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_RON92_0km
Ne_RON92_10.000km
Ne_RON92_20.000km
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 5 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_RON92_0km
Me_RON92_10.000km
Me_RON92_20.000km

ĐT.06.11/NLSH
- 20 -

Hình 4.11. Diễn biến công suất của xe số 6 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.12. Diễn biến mômen của xe số 6 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
Kết quả trên các hình từ 4.5 đến 4.12 thể hiện kết quả diễn biến công suất và
mômen của xe phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92 và nhiên liệu
E10 ở các chế độ tốc độ ổn định, 100% tải với các tay số 3, 4 và 5 tương ứng. Kết quả
thể hiện công suất và mômen của xe đều giảm sau 10.000 km và 20.000 km chạy hiện
trường. Cụ thể: công suất trung bình của xe số 3 sử dụng nhiên liệu xăng RON92 giảm
2,65% sau 10.000 km và giảm 4,99% sau 20.000 km, công suất trung bình của xe số 4
sử dụng nhiên liệu E10 giảm 2,98% sau 10.000 km và giảm 5,58% sau 20.000 km,
công suất trung bình của xe số 5 sử dụng nhiên liệu xăng RON92 giảm 2,63% sau
10.000 km và giảm 5,02% sau 20.000 km, công suất trung bình của xe số 6 sử dụng
nhiên liệu E10 giảm 2,82% sau 10.000 km và giảm 5,39% sau 20.000 km.
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Công suất của xe số 6 - Ne (kW)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Ne_E10_0km

Ne_E10_10.000km
Ne_E10_20.000km
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Mômen của xe số 6 - Me (Nm)
Vận tốc của xe - v (km/h)
Me_E10_0km
Me_E10_10.000km
Me_E10_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 21 -
Qua kết quả thử nghiệm đối với 6 xe ôtô cho thấy sau thời gian chạy 10.000 km và
20.000km, do các chi tiết piston, xylanh và xécmăng bị mòn do đó đã làm giảm công
suất của động cơ. Đối với xe sử dụng nhiên liệu E10, do trong nhiên liệu có hàm lượng
axít lớn hơn so với xăng nên trong quá trình làm việc nó đã tác động làm cho các chi
tiết của động cơ mòn nhiều hơn. Chính vì thế công suất và mômen đối với xe thử
nghiệm nhiên liệu E10 giảm nhiều hơn so với xe thử nghiệm xăng RON92. Tuy nhiên
giá trị chênh lệch không đáng kể, giá trị chênh lệch lớn nhất giữa xe số 3 và xe số 4 là
0,59% sau 20.000 km.

Hình 4.13. Biến thiên công suất và mômen của các xe thử nghiệm sau 10.000km và 20.000km


-2.74
-2.81
-2.65
-2.98
-2.63
-2.82
-5.19
-5.31
-4.99
-5.58
-5.02
-5.39
-2.72
-2.84
-2.58
-3.04
-2.66
-2.87
-5.22
-5.35
-4.92
-5.61
-5.10
-5.44
-6
-5
-4

-3
-2
-1
0
1
Xe số 1 Xe số 2 Xe số 3 Xe số 4 Xe số 5 Xe số 6
Biến thiên công suất và mômen sau khi chạy hiện trường
(%)
Ne_10.000km Ne_20.000km Me_10.000km Me_20.000km
Xe số 1 Xe số 2 Xe số 3 Xe số 4 Xe số 5 Xe số 6
ĐT.06.11/NLSH
- 22 -
4.2. Đánh giá tiêu thụ nhiên liệu của 6 xe ôtô trước và sau khi chạy trên đường

Hình 4.14. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 1 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.15. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 2 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
Kết quả trên hình 4.14 và hình 4.15 thể hiện diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của
2 xe ôtô số 1 và số 2 sử dụng hệ thống nhiên liệu dạng chế hòa khí. Kết quả thử
nghiệm ở các tốc độ ổn định, 100% tải và với các tay số 3, 4 và 5 đều cho thấy xe sử
dụng nhiên liệu xăng RON92 và xe sử dụng nhiên liệu E10 đều tăng suất tiêu thụ
nhiên liệu sau 10.000 km và 20.000 km. Đối với xe số 1 sử dụng xăng RON92 thì suất
tiêu thụ nhiên liệu trung bình trên toàn dải tốc độ tăng 3,34% sau 10.000 km và tăng
250
300
350
400
450
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 1 - ge (g/kW.h)

Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_RON92_0km
ge_RON92_10.000km
ge_RON92_20.000km
220
270
320
370
420
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 2 - ge (g/kW.h)
Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_E10_0km
ge_E10_10.000km
ge_E10_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 23 -
6,53% sau 20.000 km. Xe số 2 sử dụng nhiên liệu E10 thì suất tiêu thụ nhiên liệu trung
bình tăng 3,42% sau 10.000 km và tăng 6,72% sau 20.000 km. Như vậy đối với hai xe
sử dụng hệ thống nhiên liệu dạng chế hòa khí thì xe thử nghiệm với nhiên liệu E10 có
suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình tăng nhiều hơn xe thử nghiệm nhiên liệu xăng
RON92. Tuy nhiên kết quả sai khác chỉ 0,19% sau 20.000 km.

Hình 4.16. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 3 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.17. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 4 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

250
300
350

400
450
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 3 - ge (g/kW.h)
Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_RON92_0km
ge_RON92_10.000km
ge_RON92_20.000km
200
250
300
350
400
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 4 - ge (g/kW.h)
Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_E10_0km
ge_E10_10.000km
ge_E10_20.000km
ĐT.06.11/NLSH
- 24 -

Hình 4.18. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 5 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5

Hình 4.19. Diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 6 theo tốc độ ở các tay số 3,4 và 5
Hình 4.16 đến hình 4.19 thể hiện diễn biến suất tiêu thụ nhiên liệu của các xe sử
dụng hệ thống phun xăng điện tử. Sau thời gian chạy hiện trường thì suất tiêu thụ
nhiên liệu của 4 xe đều tăng lên tương ứng như sau:
Xe số 3 sử dụng nhiên liệu xăng RON92 thì suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình
tăng 3,25% sau 10.000 km và tăng 6,25% sau 20.000 km.

Xe số 4 sử dụng nhiên liệu E10 thì suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình tăng 3,69%
sau 10.000 km và tăng 7,06% sau 20.000 km.
250
300
350
400
450
500
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 5 - ge (g/kW.h)
Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_RON92_0km
ge_RON92_10.000km
ge_RON92_20.000km
250
300
350
400
450
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Suất tiêu thụ nhiên liệu của xe số 6 - ge (g/kW.h)
Vận tốc của xe - v (km/h)
ge_E10_0km
ge_E10_10.000km
ge_E10_20.000km