NGHIÊN cứu xây DỰNG CÔNG THỨC TÍNH THỜI GIAN CHÁY TRỄ của hỗn hợp NHIÊN LIỆU DIESELBIODIESEL

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH THỜI GIAN CHÁY TRỄ
CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL/BIODIESEL
RESEARCH BUILDING AN EMPIRICAL FORMULA TO DETERMINE IGINITION
DELAY OF DIESEL/BIODIESEL BLENDS
ThS. Dương Quang Minh, TS. Lương Đình Thi, PGS.TS. Nguyễn Hoàng Vũ
Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, Việt Nam
, ,
TÓM TẮT
So với nhiên liệu diesel truyền thống, các thuộc tính (trị số xê tan, tỷ lệ C/H/O, nhiệt trị
thấp…) của nhiên liệu diesel sinh học có sự khác biệt. Điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi các
đặc tính cháy của biodiesel (thời gian cháy trễ, tốc độ cháy tầng, nhiệt độ bốc cháy giới
hạn…). Bài báo trình bày kết quả thực nghiệm đo thời gian cháy trễ của hỗn hợp
diesel/biodiesel sản xuất tại Việt Nam với các tỷ lệ pha trộn khác nhau (B0, B20, B40, B60,
B80 và B100) bằng ống Xung kích (Shock tube) và xây dựng công thức thực nghiệm tính thời
gian cháy trễ của hỗn hợp diesel/biodiesel với tỷ lệ pha trộn bất kỳ.
Từ khóa: thời gian cháy trễ, ống xung kích, diesel, biodiesel, nhiên liệu.
ABSTRACT
Compared to petroleum diesel fuel, there is difference among the properties (Cetane
Number, C/H/O fractions, lower heating values...) of biodiesel fuel. This leads to a change
in combustion characteristics of biodiesel (Ignition Delay, Laminar Flame Speeds, Limited
Auto-ignition Temperature...). This paper presents measured ignition delays of diesel/
biodiesel blends with various fractions (B0, B20, B40, B60, B80 and B100) by using a
shock tube, and establishes an experimental expression to determine ignition delays of
the blends with any fractions.
Keywords: Ignition Delay, shock sube, diesel, biodiesel, fuel.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, nhằm giảm thiểu mức ô nhiễm môi trường và sự phụ thuộc vào nguồn nhiên
liệu hóa thạch, các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam đã và đang tập trung nghiên
cứu sản suất, sử dụng nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) cho động cơ diesel. Biodiesel có

nhiều ưu điểm so với diesel khoáng và các loại nhiên liệu thay thế khác [1, 4, 5].
Thời gian cháy trễ là một trong những thông số quan trọng trong quá trình cháy của
động cơ diesel, nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tỏa nhiệt và thời điểm bắt đầu của quá trình
cháy trong động cơ diesel; gián tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ, tiếng ồn và sự hình
thành các chất gây ô nhiễm trong khí thải. Thời gian cháy trễ trong quá trình cháy là do sự
cháy trễ vật lý (bao gồm quá trình phun, sự bay hơi và hòa trộn) và sự cháy trễ hóa học (thời
gian cần thiết để các phản ứng cháy xảy ra) gây ra [7, 16].
Mức độ đậm nhạt của nhiên liệu trong không khí được đánh giá thông qua tỷ lệ tương
đương (ϕ). Tỷ lệ tương đương được định nghĩa thông qua tỷ số không khí/nhiên liệu, được ký
hiệu là A/F (Air/Fuel). Tỷ lệ tương đương là tỷ số giữa A/F lý thuyết với A/F thực tế [3].
Trong việc nghiên cứu đặc tính cháy của hỗn hợp thì ϕ là tham số quan trọng.
Trên thế giới, một số công trình xác định thời gian cháy trễ của nhiên liệu diesel và
nhiên liệu sinh học trên các thiết bị khác nhau đã được thực hiện. Rothamer và Murphy [15]
245


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
xác định thời gian cháy trễ vật lý và hóa học trên động cơ đốt trong cho 5 loại nhiên liệu: jetA, ba hỗn hợp của Sasol IPK (Iso-Paraffinic Kerosene) với jet-A, diesel D-2; nhiệt độ trong
xi-lanh thay đổi từ 900 đến 1100 K. Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian cháy trễ khá phù
hợp với các nghiên cứu trước đây thực hiện trong buồng cháy đẳng tích. Tác giả H. An [8] và
M. Shahabuddin [20] nghiên cứu thời gian cháy trễ của hỗn hợp diesel/biodiesel bằng động cơ
diesel, họ nhận thấy rằng thời gian cháy trễ của biodiesel ngắn hơn so với nhiên liệu diesel.
R.P. Rodríguez [21] đã xác định thời gian cháy trễ của dầu cọ, biodiesel có nguồn gốc từ dầu
hạt cải và diesel. Các kết quả cho thấy rằng thời gian cháy trễ của nhiên liệu diesel là dài hơn
so với thời gian cháy trễ của dầu cọ và biodiesel do biodiesel và dầu cọ có trị số xê tan cao
hơn. EL-Kasaby [11] xác định tính năng động cơ và đặc tính cháy của biodiesel làm từ dầu
Jatropha. Tác giả đã xây dựng được tương quan giữa thời gian cháy trễ với tỷ lệ pha trộn. Kết
quả cho thấy thời gian cháy trễ giảm khi áp suất, nhiệt độ và tỷ lệ tương đương tăng lên.
Bên cạnh các xác định thời gian cháy trễ của nhiên liệu bằng động cơ thì thời gian cháy
trễ có thể được đo bằng ống xung kích. D. R.Haylett [9] xác định thời gian cháy trễ của ba

loại alkan (n-Decan, n-dodecane và n-hexadecan); methyl decanoate; và DF- 2 (có chỉ số
cetan trong khoảng 42 -55) bằng ống xung kích. Ở nhiệt độ cao, thời gian cháy trễ của hỗn
hợp nghèo dài hơn đáng kể so với hỗn hợp giàu. Saleh [19] đã đo thời gian cháy trễ cho hỗn
hợp nhiên liệu diesel/biodiesel có nguồn gốc từ cây bông trên ống xung kích, tác giả nhận
thấy rằng thời gian cháy trễ của tất cả các loại nhiên liệu thử nghiệm tại ϕ =1,05 là nhỏ nhất.

Mặc dù các nghiên cứu trước đây trên thế giới về xác định thời gian cháy trễ của nhiên
liệu diesel và nhiên liệu diesel sinh học là khá nhiều, nhưng các dữ liệu thu được không đủ để
hiểu đầy đủ các đặc tính cháy của chúng do sự đa dạng của diesel sinh học và sự phức tạp của
cơ chế động học. Do nhiên liệu diesel sinh học vẫn còn là vấn đề mới ở Việt Nam nên các
nghiên cứu về đặc tính cháy nói chung và thời gian cháy trễ nói riêng còn ít được quan tâm.
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng công thức xác định thời gian cháy trễ của
các loại hỗn hợp diesel/ biodiesel tại các tỉ lệ tương đương khác nhau bằng ống xung kích
với biodiesel (B100) được sản xuất tại Việt Nam từ bã thải của quá trình tinh lọc dầu cọ thô
thành dầu ăn [6].
2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
2.1. Trang thiết bị
Thực nghiệm xác định thời gian cháy trễ được tiến hành trên ống xung kích và thiết bị
đo thời gian cháy trễ được thể hiện trên hình 1.

1-Phần cao áp; 2-Đồng hồ báo áp suất; 3-Màng ngăn; 4- Đồng hồ báo độ chân không;
5- Phần thấp áp; 6- Phần thực nghiệm; 7- Cảm biến thời điểm cháy; 8- Nguồn cao áp;
9- Hệ thống thu thập dữ liệu; 10-Bộ đếm thời gian; 11- Bơm chân không số 1; 12- Cảm biến
áp suất;13- Bình hòa trộn; 14- Đồng hồ áp suất của bình hòa trộn; 15-Bơm chân không số 2;
16- Bình khí He li; 17- Bình khí Ni tơ
Hình 1. Sơ đồ bố trí trang thiết bị đo thời gian cháy trễ
246


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Ống xung kích (Shock Tube) được chế tạo bằng thép không gỉ, ống được chia thành
2 phần, phần cao áp (1) có độ dài 2,0m và phần thấp áp (5) là 5,3 m với đường kính trong là
115 mm. Màng ngăn kép (3) bằng polycarbonate ngăn cách phần cao áp và phần thấp áp trước
mỗi thí nghiệm và các sóng xung kích được tạo ra bằng cách làm rách màng, độ dày của màng
được lựa chọn theo áp suất cần thực nghiệm. Hỗn hợp khí He và N 2 với tỉ lệ pha trộn khác
nhau được sử dụng như là khí dẫn để có thời gian thử nghiệm lâu hơn. Ống xung kích được
bơm chân không số 2 (15) hút đến áp suất dưới 0,02 Pa, trước khi đưa hỗn hợp He/N 2 vào
phần cao áp và hỗn hợp nhiên liệu vào phần thấp áp. Bốn cảm biến đo áp suất (PCB 113B26)
đều nằm ở phần cuối của phần thấp áp (phần đo thực nghiệm) cách đều nhau 30 cm. Ba bộ
đếm thời gian (FLUKE PM6690) được sử dụng để ghi lại khoảng thời gian khi sóng xung
kích qua các cảm biến áp suất, sau đó vận tốc sóng xung kích được tính toán từ các dữ liệu
này, còn vận tốc sóng xung kích ở mặt bích cuối ống được tính bằng cách ngoại suy tuyến
tính. Trên mặt bích ở phần đo thực nghiệm (6), cảm biến áp suất (PCB 113B03) được lắp đặt
để đo áp suất sau sóng phản xạ. Ngoài ra, một bộ nhân quang (Hamamatsu CR131) và một
cửa sổ thạch anh với bộ lọc bước sóng 307,8 nm được lắp trên cùng một vị trí để ghi lại các
gốc OH* trong hỗn hợp cháy. Nhiệt độ sau sóng phản xạ được tính thông qua vận tốc sóng
xung kích bằng cách sử dụng phần mềm Gaseq [12], sai số nhiệt độ thấp hơn 20 K. Toàn bộ
thí nghiệm được thực hiện tại Phòng Nghiên cứu Quá trình cháy và Phun nhiên liệu
(Combustion and Spray Laboratory) của Viện Năng lượng và Động lực/ĐH Giao thông Tây
An-Trung Quốc.
2.2. Nhiên liệu thử nghiệm
Nhiên liệu biodiesel tinh khiết (B100) được sản xuất từ bã thải của quá trình tinh lọc
dầu cọ thô thành dầu ăn (theo Quy trình Công nghệ của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam)
và là sản phẩm của đề tài [2], nhiên liệu diesel dầu mỏ (B0) là sản phẩm diesel thương mại
(0,05 %S) trên thị trường. Các loại hỗn hợp (theo thể tích) của biodiesel với diesel sử dụng
trong nghiên cứu này bao gồm 0% (B0), 20% (B20), 40% (B40), 60% (B60), 80% (B80) và
100% (B100). Tính chất của diesel và biodiesel được thể hiện trong Bảng 1.
Nhiên
liệu

Bảng 1. Tính chất của nhiên liệu diesel (B0) và Biodiesel (B100)
Tỷ lệ Nhiệt trị thấp/ Khối lượng phân Trị số Khối lượng
-1
H/C
MJ.kg-1
tử /g.mol-1
xê tan riêng /kg.l

Độ nhớt/
mm2.s-1

B0

1,788

42,92

191,8

49

0,8369

3,14

B100

1,902

37,39

295,31

66,9

0,8693

4,1

Tỷ lệ C/H/O của B0 và B100 đã được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng
cao (HPLC) với kết quả thực nghiệm được trình bày trong Bảng 2, [14]
Nhiên liệu

Bảng 2. Tỷ lệ C/H/O của nhiên liệu diesel và biodiesel
C [%]
H [%]
O [%]
Các nguyên tố khác [%]

B0

86,93

12,96

0,07

0,04

B100

76,96

12,17

10,83

0,04

2.3. Điều kiện thử nghiệm
Các hỗn hợp nhiên liệu được hòa trộn với O 2 và N 2 theo các tỷ lệ tương đương ϕ = 0,5;
1,0 và 1,5, N 2 được sử dụng như là khí pha loãng. Các hỗn hợp được pha trộn trong một bình
thép không gỉ có thể tích 128 lít. Bình này được hút chân không đến áp suất dưới 0,02 Pa
trước khi đưa hỗn hợp nhiên liệu vào trong bình. Sau khi trộn, hỗn hợp được lưu giữ ít nhất
12 giờ trước khi thí nghiệm để các phân tử khuếch tán đồng đều sau đó nạp đầy vào phần thấp
áp. Vì áp suất hơi bão hòa của diesel và dầu diesel sinh học đều thấp nên cả ống xung kích và
247


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
bình hòa trộn đều được gia nhiệt đến 393 K và duy trì ở nhiệt độ đó để đảm bảo sự hóa hơi
hoàn toàn các hạt nhiên liệu lỏng. Hàm lượng chi tiết của các thành phần hỗn hợp thực
nghiệm được trình bày trong Bảng 3. Thử nghiệm xác định thời gian cháy trễ được thực hiện
với 6 hỗn hợp nhiên liệu (B0, B20, B40, B60, B80 và B100) trong khoảng nhiệt độ từ 1174K
đến 1685 K; áp suất 0,12 MPa và các tỷ lệ tương đương lần lượt là 0,5; 1,0 và 1,5.
Bảng 3. Thành phần của hỗn hợp thực nghiệm
Hỗn
Diesel Biodiesel
O xi
Ni tơ

hợp (%mole) (%mole) (%mole) (%mole)
B0

1,03

0

20,79

78,18

B20

0,84

0,14

20,8

78,22

B40

0,64

0,29

20,82

78,25

B60

0,44

0,44

20,82

78,3

B80

0,22

0,6

20,84

78,34

B100

0

0,77

20,85

78,38

Hình 2. Kết quả xác định thời gian
cháy trễ của hỗn hợp B20

2.4. Xác định thời gian cháy trễ
Các nghiên cứu trước đây cho thấy dựa vào gốc OH* hoặc gốc CH* trong khí thải là
phương pháp đơn giản, tin cậy để chẩn đoán quá trình cháy của hỗn hợp [13, 16]. Thời gian
cháy trễ được định nghĩa là khoảng thời gian từ khi sóng xung kích phản xạ trên mặt bích cuối
ống đến thời điểm quá trình cháy bắt đầu diễn ra (thời điểm nồng độ gốc OH* gia tăng mạnh)
như trình bày trong Hình 2. Thời gian cháy trễ thường được thể hiện bằng biểu thức của
Arrhenius theo nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ tương đương [11]:
 Ea 

 RT 

τ = Apα φ β exp 

(1)

trong đó: R = 1,986 cal/(mol.K) là hằng số khí lý tưởng; Ea là năng lượng kích hoạt
(cal/mol); φ là tỷ lệ tương đương; T và p là nhiệt độ (K) và áp suất (bar); và τ là thời gian
cháy trễ (μs); α, β và A là hằng số.
Phương trình (1) áp dụng cho thực nghiệm tính toán thời gian cháy trễ theo các điều
kiện thử nghiệm trong nghiên cứu này. Trong điều kiện thử nghiệm khác nhau, sự phụ thuộc
của Arrhenius vào thời gian cháy trễ về nhiệt độ sẽ thay đổi. Các thông số tương quan cho
từng điều kiện hỗn hợp được đưa ra trong Bảng 4.
Bảng 4. Hệ số tương quan cho hỗn hợp diesel/biodiesel trong phương trình 1
φ = 0,5

φ = 1,0

φ = 1,5

Nhiên
liệu

A

Ea

A

Ea

A

Ea

B0

0,00084

35373

0,0003

39178

0,000005

51471

B20

0,0002

38422

0,0015

34987

0,000056

45529

B40

0,00015

40014

0,0013

34632

0,0015

35440

B60

0,00087

35042

0,000028

45669

0,000124

42822

B80

0,00043

36680

0,0015

34176

0,000087

43310

B100

0,00018

38953

0,00011

41829

0,0001

42663

248


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thời gian cháy trễ của nhiên liệu diesel truyền thống (B0)
Hình 3 biểu diễn sự thay đổi thời gian cháy trễ của B0 ở điều kiện áp suất 0,12 MPa và
nhiệt độ trong khoảng từ 1203K đến 1590 K; với φ = 0,5, 1,0 và 1,5. Kết quả đo thời gian
cháy trễ của Haylett và cộng sự [9] được trình bày trên hình 3 (với nhiệt độ cao hơn 1100K,
áp suất 0,12 MPa, φ = 0,5) để so sánh với thời gian cháy trễ trong nghiên cứu.
Từ Hình 3 ta thấy thời gian cháy trễ
của nhiên liệu diesel trong nghiên cứu này
và công trình [9] đều phụ thuộc vào nhiệt
độ và tỷ lệ tương đương φ. So sánh các dữ
liệu thời gian cháy trễ với ϕ = 0,5 trong
nghiên cứu này với nghiên cứu [9] trong
Hình 3 cho thấy dữ liệu thời gian cháy trễ
trong 2 nghiên cứu khá giống nhau, các sai

số giữa hai dữ liệu nhỏ hơn 20%. Các sai số
đó có thể do các điều kiện thí nghiệm khác
nhau và các loại khí pha loãng khác nhau.
Ngoài ra, một nguyên nhân khác có thể là
do sự khác nhau về thuộc tính của B0 giữa
Hình 3. Sự thay đổi của τ của B0 theo T và φ
nghiên cứu này và công trình [9].
Năng lượng kích hoạt của diesel trong nghiên cứu này là 35373 cal/mol trong khi đó
năng lượng kích hoạt trong nghiên cứu [9] là 36028 cal/mol. Rõ ràng, hai nguồn năng lượng
kích hoạt là gần giống nhau cho thấy rằng phương pháp đo và ống xung kích trong nghiên cứu
này là đáng tin cậy và chính xác.
3.2. Thời gian cháy trễ của các hỗn hợp B20, B40, B60, B80, B100
Hình 4 biểu diễn sự thay đổi thời gian cháy trễ của hỗn hợp diesel/biodiesel (B20, B40,
B60, B80 và B100) ở điều kiện áp suất 0,12 MPa và nhiệt độ trong khoảng từ 1174K đến
1685 K với φ = 0,5; 1 và 1,5. Ta thấy thời gian cháy trễ của từng hỗn hợp cũng thể hiện rõ sự
phụ thuộc vào nhiệt độ và tỷ lệ tương đương. Độ dốc của đường thời gian cháy trễ so với
nghịch đảo của nhiệt độ ở các tỷ lệ tương đương khác nhau đại diện cho năng lượng kích hoạt
của các hỗn hợp chất phản ứng. Năng lượng kích hoạt trung bình tổng thể của tất cả các hỗn
hợp là khoảng 39000 cal/mol như thể hiện trong Bảng 4. Phương pháp hồi quy đa biến chỉ
được áp dụng cho từng hỗn hợp nhiên liệu/không khí. Do đó, thông số áp suất và tỷ lệ tương
đương trong phương trình (1) không cần phải tính, bởi vì số mũ của (α, β) bằng 0. Độ dốc của
đường thời gian cháy trễ so với nghịch đảo của nhiệt độ ở các tỷ lệ tương đương khác nhau
đại diện cho năng lượng kích hoạt của các hỗn hợp chất phản ứng. Năng lượng kích hoạt
trung bình tổng thể của tất cả các hỗn hợp là khoảng 39000 cal/mol như thể hiện trong Bảng
4. Phương pháp hồi quy đa biến chỉ được áp dụng cho từng hỗn hợp nhiên liệu/không khí. Do
đó, thông số áp suất và tỷ lệ tương đương trong phương trình (1) không cần phải tính bởi vì số
mũ của (α, β) bằng 0.
Đối với tất cả các hỗn hợp diesel/biodiesel, thời gian cháy trễ tăng lên cùng với sự gia
tăng của tỷ lệ tương đương cho tất cả hỗn hợp, tuy nhiên, ảnh hưởng của tỷ lệ tương đương
với thời gian cháy trễ là khá nhỏ. Điều này phù hợp với những phát hiện trước đó trong

nghiên cứu [17, 19].

249


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

a)

b)

c)

d)

e)

Hình 4. Ảnh hưởng của ϕ và T đến τ của B20 (a), B40 (b), B60 (c), B80 (d), B100 (e)

Hình 5. Thời gian cháy trễ của B0, B20, B40, B60, B80, B100 ở ϕ =1

Hình 5 thể hiện thời gian cháy trễ của B0, B20, B40, B60, B80, B100 tại ϕ =1, ta thấy:

- Thời gian cháy trễ của hỗn hợp nhiên liệu biodiesel ngắn hơn so với nhiên liệu diesel,
điều này phù hợp với nhiều nghiên cứu trước đó [10, 11, 20].
250


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
- Ảnh hưởng của tỷ lệ pha trộn đến thời gian cháy trễ của hỗn hợp nhiên liệu là không

đáng kể. Điều này chứng tỏ rằng việc bổ sung biodiesel ảnh hưởng không đáng kể đến thời
gian cháy trễ hóa học, tuy nhiên, việc bổ sung biodiesel có thể làm giảm thời gian cháy trễ
vật lý do tính chất vật lý của nó như là độ nhớt cao hơn, khối lượng riêng cao hơn, khả năng
chịu nén thấp hơn, nhiệt trị thấp hơn và tính dễ bay hơi thấp hơn [20].
4. Xây dựng công thức tính thời gian cháy trễ
Sử dụng dữ liệu thực nghiệm thu được từ nghiên cứu này cùng với phương pháp hồi
quy đa biến (MLR) ta nhận được biểu thức tổng thể tính thời gian cháy trễ của hỗn hợp
diesel/biodiesel/không khí. Công thức tính thời gian cháy trễ τ được trình bày như sau:
 38704 

 RT 

τ = 3.47 ⋅10−4 ⋅ φ 0.73 ⋅ exp 

(2)

Số mũ của tỷ lệ tương đương là dương chứng tỏ rằng ϕ tỷ lệ thuận với thời gian cháy
trễ và điều này hoàn phù hợp với kết quả thực nghiệm.

Phương trình (2) chỉ ra rằng thời gian cháy trễ phụ thuộc vào ϕ. Khi hỗn hợp nhiên
liệu diesel/biodiesel được sử dụng trong một động cơ diesel thì ngoài ảnh hưởng trên còn có

sự ảnh hưởng của hàm lượng biodiesel trong hỗn hợp đối với thời gian cháy trễ. Khi các
thông số làm việc của động cơ được cố định, số lượng không khí đi vào động cơ là không đổi,
khi đó sự khác biệt của tỷ lệ C/H/O có trong biodiesel pha trộn dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ nhiên
liệu/không khí (do bản thân các phân tử biodiesel có chứa một lượng oxy nhất định và tỷ lệ
nguyên tố carbon trong nhiên liệu giảm xuống trong khi tỷ lệ hydro gần như không thay đổi
khi hàm lượng biodiesel tăng) sẽ dẫn đến thay đổi ϕ. Phản ứng hóa học tổng thể của sự pha
trộn nhiên liệu với O 2 được thể hiện như sau:

(3)

C m H n O p + (m+n/4-p/2).O 2 = mCO 2 + n/2.H 2 O

Nếu tỷ lệ tương đương của hỗn hợp diesel/không khí trong động cơ diesel bằng 1 thì tỷ
lệ này sẽ thay đổi theo hàm lượng biodiesel như được trình bày trong bảng 5.
Bảng 5. Sự thay đổi của tỷ lệ tương đương theo tỷ lệ pha trộn
Hỗn hợp nhiên liệu

B0
φ

1

B10

B20

B30

B40

B50

B60

B70

B80

B90

B100

0,983 0,966 0,948 0,931 0,914 0,897 0,879 0,862 0,845 0,828

Theo Bảng 5 ta thấy hàm lượng biodiesel trong hỗn hợp nhiên liệu càng cao thì ϕ càng
giảm. Mối quan hệ giữa ϕ và hàm lượng biodiesel với tỷ lệ pha trộn bất kỳ được thể hiện theo
công thức sau:
φBx =1 − 1.725 ⋅10−3 ⋅ x φB 0
(4)

(

)

trong đó: x là tỷ lệ phần trăm của biodiesel trong hỗn hợp diesel/biodiesel.
Kết hợp giữa phương trình (2) và phương trình (4) ta được công thức tính thời gian cháy
trễ của hỗn hợp nhiên liệu diesel/biodisel với tỷ lệ pha trộn bất kỳ:

τ Bx= 3.47 ⋅10−4 ⋅ (1 − 1.725 ⋅10−3 ⋅ x )

0.73

 38704 
⋅ φB0.73
0 ⋅ exp 

 RT 

(5)

Phương trình (5) cho thấy rằng thời gian cháy trễ giảm khi tăng tỷ lệ biodiesel.
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu xác định thời gian cháy trễ của các hỗn hợp
diesel/biodiesel với tỷ lệ pha trộn khác nhau bằng ống xung kích. Các kết quả thực nghiệm
251


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
cho thấy thời gian cháy trễ tăng khi tăng tỷ lệ tương đương của hỗn hợp. Tuy nhiên, ảnh
hưởng của tỷ lệ tương đương đối với thời gian cháy trễ là khá nhỏ. Khi tỷ lệ tương đương là
cố định, hiệu quả của việc bổ sung biodiesel ảnh hưởng tới sự chậm trễ hóa học của hỗn hợp
diesel/biodiesel là không đáng kể. Tuy nhiên, việc bổ sung biodiesel sẽ gián tiếp ảnh hưởng
tới tỷ lệ tương đương do tỷ lệ C/H/O trong diesel và biodiesel là khác nhau. Đã xây dựng
được công thức tính thời gian cháy trễ τ dựa theo kết quả thực nghiệm. Công thức này cho
phép dự báo thời gian cháy trễ τ của hỗn hợp diesel/biodiesel có tỷ lệ pha trộn bất kỳ.
LỜI CẢM ƠN
Các tác giả xin chân thành cảm ơn Ban điều hành Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025/Bộ Công thương đã tạo điều kiện để thực hiện nghiên
cứu này (trong khuôn khổ Đề tài cấp Quốc gia mã số ĐT.08.14/NLSH). Các tác giả cũng xin
cảm ơn nhóm nghiên cứu do GS Huang Zuohua (ĐH Giao thông Tây An-Trung Quốc) đứng
đầu đã tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thành công việc thử nghiệm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hoàng Vũ, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH và PTCN cấp Quốc gia “Nghiên cứu
sử dụng nhiên liệu diesel sinh học B10 và B20 cho phương tiện cơ giới quân sự”, mã số:
ĐT.06.12/NLSH, Hà Nội-05/2014.
[2]. Nguyễn Hoàng Vũ, Thuyết minh đề tài NCKH và PTCN cấp Quốc gia “Nghiên cứu,
chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu diesel sinh học biodiesel
với các mức pha trộn khác nhau”, mã số: ĐT.08.14/NLSH, 2014- 2015.

[3]. Nguyễn Hoàng Vũ, Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong, NXB QĐND, 2010.
[4]. B. Kegl, M. Kegl, S. Pehan (2013), Green diesel engines, Springer-Verlag, London. (179 -181).
[5]. D.Y.C. Leung (2003), Feasibility study of using biodiesel as motor fuel in Hong Kong,
The University of Hong Kong.
[6]. V.H. Nguyen, H.T.T Vu, H.M Do, J.Y Woo, H.H Jun, Esterification of waste fatty acid
from palm oil refining process into biodiesel by heterogeneous catalysis: fuel properties
of B10, B20 blends, International Journal of Renewable Energy and Environmental
Engineering, 01 (01), 2013, 1-5.
[7]. D.N. Assanis, Z.S. Filipi, S.B. Fiveland, M. Simiris, A predictive ignition delay
correlation under steady-state and transient operation of a direct injection diesel
engine, J. Eng. Gas Turbines Power 2003;125:450–7.
[8]. H. An, W.M. Yang, A. Maghbouli, J. Li, S.K. Chou, K.J. Chua, Performance,
combustion and emission characteristics of biodiesel derived from waste cooking oils,
Applied Energy 112 (2013) 493–499.
[9]. D.R. Haylett, P.P. Lappas, D.F. Davidson, R.K. Hanson, Application of an aerosol
shock tube to the measurement of diesel ignition delay times, Proceedings of the
Combustion Institute 32 (2009), 477–484.
[10]. D.R. Haylett, D.F. Davidson, R.K. Hanson, Ignition delay times of low-vapor-pressure
fuels measured using an aerosol shock tube, Combustion and Flame 159 (2012) 552–
561.
[11]. M.EL-Kasaby, M.A. Nemit-allah, Experimental investigations of ignition delay period
and performance of a diesel engine operated with Jatropha oil biodiesel, Alexandria
Engineering Journal (2013) 52, 141–149.
[12]. C. Morl, Gaseq, http ://www.c.morley.d sl.pipex.com/.
252


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
[13]. Thi Luong Dinh, Vu Nguyen Hoang, Determination of C/H/O Fractions and Lower
Heating Values for Diesel-Biodiesel Blends Derived from Vietnam, International Journal

of Renewable Energy Engineering Vol.2, No. 3; July -2014.
[14]. E.L. Petersen, J.M. Hall, S.D. Smith, J. de Vries, A.R. Amadio and M.W. Crofton,
Ignition of Lean Methane-Based Fuel Blends at Gas Turbine Pressures, J. Eng. Gas
Turbines Power 129(4), 937-944 (2007).
[15]. D.A. Rothamer, L. Murphy, Systematic study of ignition delay for jet fuels and diesel fuel in
a heavy-duty diesel engine, Proceedings of the Combustion Institute 34 (2013) 3021–3029.
[16]. E. Rosseel, R. Sierens, The physical and chemical part of the injection delay in diesel
engines. SAE 96 Fuels and Lubricants meeting. Dearborn; 1996. p. 961123.
[17]. H.P.R. Lancheros, M. Fikri, L.R. Cancino, G. Moréac, C. Schulz, P. Dagaut,
Autoignition of surrogate biodiesel fuel (B30) at high pressures: Experimental and
modeling kinetic study, Combustion and Flame 159 (2012) 996–1008.
[18]. M.J.A. Rickard, J.M. Hall, E.L. Petersen, Effect of silane addition on acetylene ignition
behind reflected shock waves, Proceedings of the Combustion Institute 30 (2),
2005,1915–1923.
[19]. H.E.Saleh, The preparation and shock tube investigation of comparative ignition delays
using blends of diesel fuel with bio-diesel of cottonseed oil. Fuel 90 (2011) 421–429.
[20]. M. Shahabuddin, A.M. Liaquat, H.H. Masjuki, M.A. Kalam, M. Mofijur, Ignition delay,
combustion and emission characteristics of diesel engine fueled with biodiesel,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 21 (2013), 623–632.
[21]. Ramón Piloto Rodríguez, Roger Sierens, Sebastian Verhelst, Ignition delay in a palm
oil and rapeseed oil biodiesel fuelled engine and predictive correlations for the ignition
delay period, Fuel 90 (2011), 766–772.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

ThS. Dương Quang Minh, Học viện Kỹ thuật Quân sự,
, 0979.867.197.

2.

TS.Lương Đình Thi, Học viện Kỹ thuật Quân sự,
, 0974.922.757.

3.

PGS.TS. Nguyễn Hoàng Vũ, Học viện Kỹ thuật Quân sự,
, 0913.226.206.

253