Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo đối với người sử động cơ xăng đời cũ khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau

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 5.4: Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo đối với người sử
động cơ xăng đời cũ khi chuyển sang sử dụng
xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau
Chuyên đề số: 18
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 2012
ĐT.06.11/NLSH
- 1 -

MỤC LỤC

Lời nói đầu
2


1. Vấn đề điều chỉnh động cơ nhằm đảm bảo tính năng kỹ thuật
khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ ethanol lớn hơn 5%
3
1.1. Đối với động cơ xe máy 3
1.2. Đối với động cơ ô tô 4
2. Về vấn đề phát thải 4
3. Về vấn đề tương thích vật liệu 5
3.1. Đối với các chi tiết bằng kim loại trong hệ thống nhiên liệu 5
3.2. Đối với các chi tiết bằng phi kim trong hệ thống nhiên liệu 5
4. Về vấn đề độ bền các chi tiết chính trong động cơ khi sử dụng
nhiên liệu E10
6
5. Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo khi động cơ xăng đời cũ sử
dụng xăng sinh học E10
7

6. Kết luận 8

Tài liệu tham khảo
9













ĐT.06.11/NLSH
- 2 -


Lời nói đầu


Ứng dụng nguồn nhiên liệu sinh học có khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường
thay thế cho nguồn nhiên liệu dầu mỏ truyền thống là hướng đi tất yếu của nhiều nước
trên thế giới. Đây cũng là vấn đề được Việt Nam quan tâm được thể hiện qua “ Đề án
phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Từ cuối năm
2010, nhiên liệu E5 đã được khuyến khích sử dụng ở Việt Nam và nhiên liệu có tỷ lệ
cao hơn 5% cồn cũng cần được nghiên cứu để nâng cao khả năng thay thế của cồn.

Tuy nhiên để ứng dụng được cần nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu này
tới tính năng kinh tế, kỹ thuật, phát thải và độ bền của các chi tiết trong động cơ. 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%” đã thực hiện công việc này. Qua các chuyên đề
mô phỏng tính toán lý thuyết cũng như các kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
và trên hiện trường, những tác động của nhiên liệu có hàm lượng cồn ethanol lớn hơn
5% đã được nghiên cứu một cách đầy đủ và toàn diện. Chuyên đề nàytổng hợp và tóm
tắt ngắn gọn các lưu ý khi sử dụng nhiên liệu có tỷ lệ có tỷ lệ lớn hơn 5%, đặc biệt là
E10, đồng thời đưa ra khuyến cáo cần thiết trong quá trình sản xuất và sử dụng động
cơ.









ĐT.06.11/NLSH
- 3 -
Chuyên đề 18: Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo đối với người sử động cơ
xăng đời cũ khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau

1. Vấn đề điều chỉnh động cơ nhằm đảm bảo tính năng kỹ thuật khi sử dụng xăng
sinh học có tỷ lệ ethanol lớn hơn 5%
1.1. Đối với động cơ xe máy
Theo tính toán mô phỏng đối với động cơ xe máy, mức độ giảm công suất khi sử
dụng nhiên liệu E5, E10, E20, E85 lần lượt là 0,32%, 1,09%, 3,3% và 29,15%. Như
vậy đối với nhiên liệu E5 và E10, sự giảm công suất này là không đáng kể, do đó

không cần phải điều chỉnh hay sửa đổi lượng nhiên liệu cung cấp. Với nhiên liệu có
thành phần lớn hơn 10%, công suất giảm nhanh dần do ảnh hưởng của sự suy giảm về
nhiệt trị của nhiên liệu. Khi này để đảm bảo động cơ vẫn phát ra công suất theo thiết
kế, cần phải điều chỉnh hệ thống nhiên liệu để cung cấp đủ năng lượng cần thiết. Để
tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình, đối với động cơ sử dụng chế hòa khí
phải tính toán lại đường kính lỗ gic-lơ chính. Kết quả tính toán qua mô hình cho thấy
lượng nhiên liệu cần bổ sung khi sử dụng nhiên liệu E20 và E85 là 8,3% và 59,75%,
tương ứng với việc tăng đường kính lỗ gic-lơ chính lên 1,77% và 11,31% so với kích
thước nguyên thủy.
Thực tế thử nghiệm xe máy trên băng thử, công suất động cơ khi sử dụng E10 có xu
hướng tăng nhẹ, trung bình khoảng 4,4% ở tay số 3 và 2,5% ở tay số 4, suất tiêu hao
nhiên liệu được cải thiện với mức giảm lớn nhất là 6,25% tại tay số 3. Trong khi đó
với E15 và E20 công suất và tiêu hao nhiên liệu ít thay đổi so với xăng thông thường.
Như vậy, tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm thì động cơ sử dụng xăng sinh
học đến E20 không cần thiết phải điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp, tuy nhiên
thời điểm đánh lửa có thể phải điều chỉnh theo hướng giảm góc đánh lửa sớm do thời
gian cháy trễ của xăng E20 giảm đi rõ rệt so với khi sử dụng xăng RON92.
Kết quả thử nghiệm khả năng khởi động và tăng tốc của xe khi sử dụng E10, E15 và
E20 cho thấy, khả năng khởi động lạnh và khởi động nóng đối với các loại nhiên liệu
này tương tự như với xăng thông thường RON92, tuy nhiên với tỷ lệ cao hơn nữa khả
năng khởi động có thể bị ảnh hưởng do nhiệt hóa hơi của nhiên liệu cao hơn làm lạnh
đường ống nạp và cần có biện pháp sấy nóng đường ống nạp. Khả năng tăng tốc của
xe cũng không bị ảnh hưởng, thậm chí còn được cải thiện chút ít so với xăng RON92.
ĐT.06.11/NLSH
- 4 -
Tóm lại, theo tính toán lý thuyết và thực tế thử nghiệm, khi sử dụng E10 cho động cơ
xe máy đang lưu hành, động cơ vẫn đảm bảo phát đủ công suất, suất tiêu hao nhiên
liệu được cải thiện, có thể sử dụng lẫn với nhiên liệu xăng thông thường mà không cần
phải điều chỉnh hệ thống nhiên liệu. Với hàm lượng ethanol cao hơn, việc điều chỉnh
tăng lượng nhiên liệu cung cấp để đảm bảo đủ công suất và thời điểm đánh lửa có thể

cần thiết.
1.2. Đối với động cơ ô tô
Xu hướng thay đổi công suất động cơ ô tô khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học với tỷ
lệ khác nhau cũng tương tự như với động cơ xe máy. Cụ thể, với động cơ ô tô sử dụng
trong mô hình tính có công suất giảm khoảng 1,75%; 4,06%; 9,13% và 38,71% tương
ứng với các loại nhiên liệu có E5, E10, E20 và E85. Lượng nhiên liệu cần bổ sung
thêm để đảm bảo công suất động cơ giữ nguyên khi sử dụng xăng sinh học E5, E10,
E20, E85 lần lượt là 1,67%; 3,67%; 7,51% và 30,29%. Qua đó cho thấy mức độ thay
đổi là không đáng kể với nhiên liệu E10 trở xuống. Với hàm lượng cồn ethanol trong
nhiên liệu cao hơn 10% việc điều chỉnh hệ thống nhiên liệu có thể cần thiết để duy trì
tính năng công suất động cơ.
Thử nghiệm xe ô tô phun xăng điện tử cho thấy công suất động cơ với E10, E15 và
E20 rất ít thay đổi so với xăng thông thường: công suất tăng nhỏ với E10, trung bình
tăng 1,86% tại tay số 4 và 1,34% tại tay số 5, trong khi giảm không đáng kể với E15,
1,78% tại tay số 4 và 0,67 tại tay số 5, với E20 giảm khoảng 3% tại cả hai tay số.
Đặc biệt đối với xe chế hòa khí, công suất động cơ khi sử dụng E10, E15 và E20 đều
có xu hướng tăng, tương ứng 7,91%, 6,81% và 6,97%, điều đó có nghĩa tính năng
công suất động cơ đã được cải thiện.
Các kết quả thử nghiệm về khả năng khởi động và tăng tốc cũng phù hợp và tương tự
như kết quả đối với xe máy.
Như vậy, theo tính toán lý thuyết và thực tế thử nghiệm, khi sử dụng E10 cho động cơ
xe ô tô đang lưu hành gồm cả thiết kế phun xăng điện tử và chế hòa khí, công suất
động cơ không bị ảnh hưởng, thậm chí còn được cải thiện (đối với xe dùng chế hòa
khí), có thể sử dụng lẫn với nhiên liệu xăng thông thường mà không cần phải điều
chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp. Với tỷ lệ etanol trong hỗn hợp xăng sinh học lớn hơn
10% cần quan tâm đến việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp, thời điểm đánh
lửa…
ĐT.06.11/NLSH
- 5 -
2. Về vấn đề phát thải

Kết quả tính toán mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy khi tăng tỷ lệ cồn ethanol
trong nhiên liệu làm giảm đáng kể lượng phát thải CO và HC do quá trình cháy tốt
hơn. Với E10, mức độ giảm CO khoảng 16% và HC tới 45% theo chu trình thử ECE
R40 cho xe máy khi sử dụng E10 và khoảng 25% đối với xe ô tô theo chu trình thử
ECE15-05. Tuy nhiên, thành phần phát thải NO
x
có xu hướng tăng, mức độ tăng tới
34% theo chu trình thử ECE R40 cho xe máy và khoảng 19% đối với xe ô tô theo chu
trình thử ECE15-05 khi sử dụng E10. Để hạn chế mức tăng NO
x
, có thể giảm góc đánh
lửa sớm đối với những xe điều chỉnh bằng cơ cấu cơ khí. Đối với những xe có hệ
thống điều khiển điện tử cần bổ sung các biện pháp giảm NO
x
như lắp thêm bộ lọc xúc
tác, hệ thống luân hồi khí thải…
3. Về vấn đề tương thích vật liệu
3.1. Đối với các chi tiết bằng kim loại trong hệ thống nhiên liệu
Các chi tiết bằng kim loại thép như kim ba cạnh trong bộ chế hòa khí , tác động của
E10 và xăng thông thường RON92 là tương đương. Tuy nhiên với các chi tiết bằng
kim loại màu như đồng, vật liệu của các chi tiết như giclơ nhiên liệu, vít điều chỉnh
không khí, vít điều chỉnh xăng ở chế độ không tải, vít xả xăng…thì E10 có tác động
ôxy hóa bề mặt, làm sỉn màu, gây rỗ bề mặt mạnh hơn so với xăng RON92. Các lớp
ôxít kim loại theo thời gian và tùy vào điều kiện hoạt động cụ thể của động cơ có thể
bong tróc tạo hạt và đi vào khe hở giữa các bề mặt chuyển động làm tăng mức độ mòn
của chi tiết. Đồng thời khi lớp ôxít bong tróc cũng làm giảm kích thước như đường
kính lỗ giclơ, mòn vít điều chỉnh xăng, vít điều chỉnh không khí dẫn đến sai lệch trong
việc định lượng nhiên liệu và không khí tạo hỗn hợp trong bộ chế hòa khí.
Các giắc nối bơm điện bằng đồng bị ôxy hóa có thể dẫn đến hiện tượng tiếp xúc điện
kém. Ngoài ra, lớp kim loại tráng phủ trên mặt bộ báo mức xăng bị ôxy hóa nhiều

hơn, tuy nhiên, các vạch nền bằng thiếc không bị ảnh hướng do đó không dẫn đến sai
lệch trong việc chỉ báo mức xăng.
3.2. Đối với các chi tiết bằng phi kim trong hệ thống nhiên liệu
Các chi tiết phi kim (nhựa, cao su, giấy…) khi ngâm trong nhiên liệu xăng RON92
thông thường và E10 đều có hiện tượng phôi màu, trong đó mức độ phôi màu của các
chi tiết tiếp xúc với E10 mạnh hơn. Đồng thời trên các mẫu giấy lọc cũng thu được
nhiều cặn bẩn, màng bám, chứng tỏ vật liệu từ các chi tiết bong ra. Trên thực tế sử
ĐT.06.11/NLSH
- 6 -
dụng, các cặn bẩn hình thành trong quá trình vận hành trước đó của xe nằm trong hệ
thống cung cấp nhiên liệu hoặc trong thùng chứa nhiên liệu có thể và hòa lẫn vào
nhiên liệu xăng sinh học và đi đến bộ phận lọc gây tắc lọc. Để tránh hiện tượng này,
sau khi phương tiện chuyển sang sử dụng xăng sinh học khoảng 400km vận hành
(tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với xe máy) và khoảng 1000km vận
hành (tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với ô tô) các lọc nhiên liệu cần
được bảo dưỡng làm sạch hoặc thay mới.
Các chi tiết bằng nhựa trắng như vỏ bộ lọc, lưới lọc bằng nhựa….tiếp xúc thời gian dài
với E10 bị chuyển sang màu vàng rõ hơn so với RON92 cho thấy khả năng bị lão hóa
của các chi tiết nhanh hơn. Chi tiết phao xăng trong thùng nhiên liệu, phao xăng trong
buồng phao của bộ chế hòa khí, vật liệu nhựa màu, bị giảm khối lượng có thể dẫn đến
sự sai lệch mức xăng trong buồng phao ảnh hưởng đến tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu/không
khí trong bộ chế hòa khi, báo không đúng mức nhiên liệu trong bình chứa. Tuy nhiên
mức ảnh hưởng của E10 đến các chi tiết này không lớn so với RON92 vì thế vẫn có
thể coi là tương thích với E10.
Các chi tiết cao su như màng bơm tăng tốc của bộ chế hòa khí bị biến dạng, vòng
gioăng làm kín trở nên cứng hơn, khối lượng các chi tiết này tăng lên sau thời gian tiếp
xúc với nhiên liệu do bị trương nở, lão hóa. Các chi tiết này cần lưu ý thay thế trước
khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học E10.
Như vậy, E10 không ảnh hưởng nhiều tới chi tiết bằng vật liệu thép nhưng có ảnh
hưởng hơn so với xăng thông thường RON92 đối với các chi tiết bằng kim loại màu

như đồng cũng như các chi tiết phi kim. Đối với xe thế hệ cũ, các chi tiết bằng đồng có
nhiều trong bộ chế hòa khí còn với xe thế hệ mới số lượng các chi tiết bằng đồng
không nhiều (đã được chuyển sang vật liệu hợp kim đồng) mà chủ yếu là ở các giắc
nối. Các chi tiết làm bằng cao su tự nhiên như bơm tăng tốc bộ chế hòa khí và vòng
gioăng làm kín cần lưu ý thay thế bằng vật liệu cao su nhân tạo có độ bền cao hơn khi
tiếp xúc với cồn etanol. Cần đặc biệt lưu ý đến việc bảo dưỡng các lọc nhiên liệu cho
động cơ sau khi chuyển sang sử dụng xăng sinh học E10.

4. Về vấn đề độ bền các chi tiết chính trong động cơ khi sử dụng nhiên liệu E10
Mức độ hao mòn của các chi tiết chính trong động cơ như piston, xilanh khi sử dụng
E10 lớn hơn chút ít so với xăng RON92 thông thường, tuy nhiên độ chênh lệch này là
ĐT.06.11/NLSH
- 7 -
không đáng kể. Điều này là có thể do các hạt ôxít kim loại có nhiều hơn khi sử dụng
E10 bị bong tróc theo nhiên liệu (như đã trình bày ở trên) hoặc dầu bôi trơn (thấy rõ ở
kết quả phân tích dầu bôi trơn) đi vào giữa hai bề mặt chuyển động tương đối làm tăng
mòn. Để khắc phục ảnh hưởng này, cần rút ngắn hơn thời gian bảo dưỡng động cơ, rút
ngắn thời gian thay lọc nhiên liệu, lọc dầu bôi trơn, rút ngắn thời gian thay dầu bôi
trơn xuống khoảng 5% đến 10% so với quy định trong các trường hợp phương tiện liên
tục phải vận hành ở chế độ khắc nghiệt trong suốt chu kỳ thay dầu.

5. Tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo khi động cơ xăng đời cũ sử dụng xăng sinh học
E10
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên và phần tổng hợp các lưu ý, khuyến cáo khi động cơ
xăng đời cũ sử dụng xăng sinh học ở các tỷ lệ khác nhau, các lưu ý, khuyến cáo sau
đây (áp dụng cho xe máy và ô tô sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện
tử hay dùng chế hòa khí) được kiến nghị áp dụng khi động cơ xăng đời cũ sử dụng
xăng sinh học E10 (hỗn hợp 90% xăng truyền thống và 10% etanol sinh học E100):
Không cần thiết phải điều chỉnh kết cấu nhằm tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho
động cơ để bù trừ cho sự chênh lệch không đáng kể về nhiệt trị của E10 so với xăng

truyền thống do khả năng đốt cháy kiệt hỗn hợp không khí – xăng pha cồn E10. Điều
này được thể hiện rõ bởi các kết quả thực nghiệm, thể hiện sự tăng về công suất, giảm
tiêu thụ nhiên liệu và giảm rõ rệt các thành phần phát thải CO và HC khi sử dụng xăng
sinh học E10 so với xăng truyền thống.
Không cần thiết phải điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ do thời gian cháy trễ
được rút ngắn không quá 9,09% (tức không quá 1 độ góc quay trục khuỷu) khi sử dụng
xăng sinh học E10.
Tính năng khởi động lạnh/nóng và tăng tốc tương tự như đối với động cơ sử dụng
xăng truyền thống/
Vật liệu của hệ thống cung cấp nhiên liệu nhìn chung tương thích với xăng sinh học
E10. Tuy nhiên, một số loại vật liệu không chính hãng như gic-lơ làm bằng đồng và
màng bơm tăng tốc (bộ chế ô tô) làm bằng cao su, hay giăng đệm làm bằng cao su tự
nhiên không được khuyến cáo sử dụng.
Cần làm sạch hoặc thay lọc nhiên liệu sau 1-2 lần điền đầy xăng vào thùng chứa:
khảng 400km vận hành (tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với xe máy) và
ĐT.06.11/NLSH
- 8 -
khoảng 1000km vận hành (tương đương với 2 lần điền đầy bình xăng, đối với ô tô).
Khả năng lưu thông của các loại lọc này có thể bị kém đi do xăng sinh học E10 hòa tan
các cặn bẩn tồn tại trong bình chứa hay đường dẫn nhiên liệu.
Có thể sử dụng lẫn xăng truyền thống với xăng sinh học E10.
Tần suất sử dụng phương tiện dùng xăng sinh học E10 nên đều đặn, tránh thời gian
tĩnh (thời gian dừng máy) quá dài (ví dụ chỉ sử dụng xe vào 2 ngày cuối tuần, trong khi
các ngày tron tuần thì xe được cho vào gara), dẫn tới khả năng hút ẩm của xăng sinh
học cũng như khả năng ăn mòn ở trạng thái tĩnh của một số chi tiết có vật liệu không
tương thích với xăng sinh học.
Nên rút ngắn chu kỳ thay dầu khoảng 5-10% thời gian trong các trường hợp phương
tiện liên tục phải vận hành ở chế độ khắc nghiệt trong suốt chu kỳ thay dầu.

6. Kết luận

Qua các kết quả tính toán mô phỏng và kết quả thực nghiệm, E10 hoàn toàn phù hợp
để thay thế cho xăng RON92 sử dụng cho phương tiện ô tô xe máy đang lưu hành,
không cần phải điều chỉnh hệ thống nhiên liệu trong khi vẫn đảm bảo được tính năng
công suất và tiêu hao nhiên liệu. Với hàm lượng cồn nhiều hơn 10%, việc điều chỉnh
hệ thống nhiên liệu để tăng lượng nhiên liệu cung cấp có thể cần thiết. Về vấn đề
tương thích vật liệu cũng như độ bền của các chi tiết, E10 có ảnh hưởng, tuy không
lớn, tới một số chi tiết. Các ảnh hưởng này có thể khắc phục được bằng cách rút ngắn
thời gian bảo dưỡng động cơ, đồng thời cải tiên vật liệu chế tạo các chi tiết hoàn toàn
thích ứng với nhiên liệu E10.










ĐT.06.11/NLSH
- 9 -

Tài liệu tham khảo

[1]. Kết quả các 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
[2]. Lê Anh Tuấn, Phạm Minh Tuấn, 2009, Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu xăng
pha etanol E5 và E10 đến tính năng và phát thải độc hại của xe máy và xe con
đang lưu hành ở Việt Nam, Tạp chí KHCN các trường đại học, số 73B, tr. 98-104.

[3]. A Testing Based Assessment to Determine Impacts of a 10% and 20% Ethanol
Gasoline Fuel Blend on Non-Automotive Engines - 2000hrs Material
Compatibility Testing, Report to Environment Australia, Orbital Engine Company,
Australia, 5/2003
[4]. A Testing Based Assessment to Determine Impacts of a 20% Ethanol Gasoline
Fuel Blend on the Australian Passenger Vehicle Fleet – 2000hrs Material
Compatibility Testing, Report to Environment Australia, Orbital Engine Company,
Australia, 5/2003