Xác định chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel - dầu thực vật

i
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT
CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL.......................................................................................2
1.1. Tổng quan về thực nghiệm động cơ đốt trong...............................................2
1.1.1. Mục đích của thực nghiệm ....................................................................2
1.1.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................2
1.2. Tổng quan về tính năng kỹ thuật của động cơ diesel ....................................5
1.2.1. Khái niệm .............................................................................................5
1.2.2. Các thông số đánh giá tính năng kỹ thuật cơ bản của động cơ diesel.....5
1.2.2.1. Tốc độ của động cơ.........................................................................5
1.2.2.2. Tải của động cơ...............................................................................5
1.2.3. Các phương pháp xác định :..................................................................9
1.2.3.1. Phương pháp lý thuyết :...................................................................9
1.2.3.1. Phương pháp thực nghiệm :...........................................................13
Chương 2. XÁC ĐỊNH CHI PHÍ NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ D12 KHI SỬ
DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DIESEL – DẦU THỰC VẬT .................16
2.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động
cơ diesel. .........................................................................................................16
2.1.1. Trên thế giới.........................................................................................16
2.1.2. Trong nước. .........................................................................................18
2.1.3. Tổng quan về dầu thực vật (DTV)........................................................19
2.1.3.1. Thành phần hóa học của DTV.......................................................20
2.1.3.2. Đặc tính của DTV .........................................................................20
2.1.3.3. Những vấn đề khó khăn của dầu thực vật khi dùng làm nhiên liệu thay
thế .........................................................................................................21
2.1.4. Các biện pháp xử lý DTV để làm nhiên liệu cho động cơ diesel...........22
2.1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu..................................................22
2.1.4.2. Phương pháp pha loãng . ...............................................................22
ii

2.1.4.3. Phương pháp Craking ...................................................................22
2.1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật .....................................23
2.1.4.5. Phương pháp ester hoá ( điều chế Biodiesel ) . ..............................23
2.1.5. Ưu nhược điểm của DTV.....................................................................24
2.1.5.1. Ưu điểm........................................................................................24
2.1.5.2. Nhược điểm ..................................................................................25
2.1.5.3. Lý do chọn dầu dừa và dầu jatropha làm nhiên liệu cho động cơ
diesel. ........................................................................................................25
2.2. Trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm...................................27
2.2.1. Động cơ D12 ......................................................................................27
2.2.2. Máy phát điện.....................................................................................28
2.2.3. Bộ tạo tải ............................................................................................29
2.2.4. Thiết bị đo chi phí nhiên liệu ..............................................................30
2.2.5. Thiết bị đo độ nhớt .............................................................................31
2.2.6. Bộ tạo hỗn hợp dầu diesel – dầu thực vật............................................31
2.3. Quy hoạch thực nghiệm..............................................................................31
2.3.1. Nội dung của quy hoạch thực nhiệm...................................................31
2.3.2. Quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu dầu
diesel – dầu thực vật . ....................................................................................32
2.3.2.1. Chọn yếu tố ảnh hưởng .................................................................32
2.3.2.2. Chọn hàm mục tiêu .......................................................................32
2.3.2.3. Chọn miền khảo sát của các yếu tố................................................32
2.3.3. Quy hoạch thực nghiệm xác định chi phí nhiên liệu của động cơ khi
sử dụng nhiên liệu hỗn hợp diesel – dầu thực vật...........................................33
2.3.3.1. Chọn yếu tố ảnh hưởng .................................................................33
2.3.3.2. Chọn hàm mục tiêu .......................................................................33
2.3.3.3. Chọn miền khảo sát của các yếu tố................................................33
2.4. Tiến hành thực nhiệm ................................................................................33
2.4.1. Xác định độ nhớt của nhiên liệu..........................................................33
iii

2.4.1.1. Phương pháp xác định độ nhớt ......................................................33
2.4.1.2. Kết quả đo độ nhớt........................................................................34
2.4.2. Xác định chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp
nhiên liệu dầu diesel – dầu thực vật. ..............................................................36
2.4.2.1. Chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi sử dụng nhiên liệu
diesel ...................................................................................................37
2.4.2.2. Chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp nhiên
liệu diesel – Jatropha..................................................................................38
2.4.2.3. Chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp nhiên
liệu diesel - dầu dừa...................................................................................40
2.5. Xử lý kết quả thực nghiệm.........................................................................42
2.5.1. Xử lý số liệu thực nghiệm theo phương pháp BPNN...........................44
2.5.2. Xử lý kết quả thực nghiệm độ nhớt ......................................................46
2.5.2.1. Xử lý kết qủa thực nghiệm độ nhớt của hỗn hợp diesel –
jatropha......................................................................................................46
2.5.2.2. Xử lý kết quả thực nghiệm độ nhớt hỗn hợp diesel – dầu dừa........50
2.5.3. Xử lý kết quả thực nghiệm xác định chi phí nhiên liệu của động cơ .....50
2.6. Lý giải kết quả thực nghiệm.......................................................................51
Chương 3. KẾT LUẬN........................................................................................55
3.1. Kết luận......................................................................................................55
3.2. Đề xuất ý kiến.............................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................56
PHỤ LỤC .........................................................................................................57

1
LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, tình hình giá dầu mỏ tăng lên và vấn đề ô nhiễm môi trường do khí
thải của động cơ nói chung, động cơ diesel nói riêng đang là những vấn đề được
nhiều nước quan tâm. Vì vậy, việc tìm kiếm sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế cho

nhiên liệu truyền thống đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng. Nước ta là một
nước nhập khẩu xăng dầu vì vậy chịu ảnh hưởng rất lớn của biến động giá xăng dầu
trên thế giới. Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu mới đang được nhà nước rất
quan tâm. Một trong những nguồn nhiên liệu được quan tâm là nhiên liệu dầu thực
vật, chính vì lí do trên nên em quyết định thực hiện đề tài: ‘Xác định chi phí nhiên
liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel – dầu thực vât’.
Sau một thời gian nghiên cứu em đã thực hiện xong đề tài với các nội dung
sau:
1. Tổng quan về thực nghiệm và tính năng kỹ thuật của động cơ diesel.
2. xác định chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi swr dụng nhiên liệu dầu
diesel – dầu thực vật.
3. Kết luận
Có được kết quả này ngoài sự cố gắng của bản thân, còn có sự giúp đỡ và tạo
điều kiện của các thầy cô trong bộ môn Động lực, Ban chủ nhiệm khoa. Em xin
chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS. Phùng Minh Lộc đã hướng
dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến
của các thâỳ cô và các bạn
Xin chân thành cảm ơn!!!
Nha Trang, tháng 12 năm 2009
Sinh viên thực hiện

Trần Tuấn Anh
2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH NĂNG KỸ
THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1. Tổng quan về thực nghiệm động cơ đốt trong
1.1.1. Mục đích của thực nghiệm
- Kiểm nghiệm động cơ trước khi xuất xưởng (nhằm kiểm tra động cơ sau khi
thiết kế, chế tạo có đạt được những chỉ tiêu đề ra không).

- Kiểm nghiệm động cơ sau khi sữa chữa lớn.
- Khi động cơ đang hoạt động có nhu cầu kiểm nghiệm (chẳng hạn như kiểm tra
suất tiêu hao nhiên liệu để kịp thời điều chỉnh nhằm tiết kiệm nhiên liệu,…)
- Vẽ đặc tính động cơ (nhằm hướng dẫn cho người sử dụng chế độ hoạt động có
lợi nhất).
Tuy nhiên, tùy từng mục đích nghiên cứu cụ thể mà người ta chỉ nghiên cứu một
hoặc nhiều các mục đích nói trên. Trong đề tài này chỉ đề cập đến việc xác định suất
tiêu hao nhiên liệu.
1.1.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là xác định các thông số cần thiết
thông qua việc đo đạc. Cụ thể cần xác định các thông số sau:
Bảng 1.1. Các thông số trong nghiên cứu thực nghiệm động cơ đốt trong
STT Giá trị đo Đơn vị Thiết bị Ghi chú
1.1 Momen xoắn N.m Torque flange
1.2 Tốc độ động cơ RPM Encoder
1.3 Công suất động cơ kW Dynamometer Phanh
1.4 Lượng tiêu thụ nhiên liệu kg/h Fuel Balance 733S
1.5 Lượng khí thoát khỏi cacte l/min Blow-by meter 442
1.6 Nhiệt độ khí nạp
C
Pt100
3
1.7 Nhiệt độ khí xả
C
Thermocouple- type K
1.8 Nhiệt độ nhiên liệu
C
Pt100
1.9 Nhiệt độ dầu bôi trơn
C

Pt100
1.10 Nhiệt độ nước làm mát
C
Pt100
1.11 Nhiệt độ môi trường
C
Humidity- transducer
1.12 Áp suất khí nạp bar FEM-P
1.13 Áp suất khí xả bar FEM-P
1.14 Áp suất nhiên liệu bar FEM-P
1.15 Áp suất dầu bôi trơn bar FEM-P
1.16 Áp suất môi trường bar Barometric- transducer
1.17 Độ ẩm môi trường % Humidity- transducer
Kết hợp với hệ thống chỉ thị
2.1 Áp suất xylanh bar
QC33C, QC43D, GU21C,
GU13Z

2.2 Áp suất phun nhiên liệu bar QL61D, SL31D
2.3 Áp suất khí nạp bar QC43D
2.4 Áp suất khí xả bar QC43D
2.5 Rung động g Accelerometer
2.6 Độ nhấc kim phun mm
Nozzle needle lift
indicating transducer

4
2.7 Độ nhấc xupap mm
Valve lift indicating
transducer

2.8 Thời điểm đánh lửa
CA
Ignition-time module
Kết hợp với hệ thống chuẩn đoán
3.1 Độ đục khí xả % DiSmoke 4000
Dùng cho động cơ
Diesel
3.2
CO, CO
2
, NO
x
, HC,
O
2
, Lambda
%, ppm DiGas 4000
Dùng cho động cơ
xăng

3.3
Chuẩn đoán hoạt động
của các hệ thống điện-
điện tử trong động cơ

-

DiScope

Kết hợp với hệ thống nội soi
4.1 Phân tích sự phân bố nhiệt độ K
Ghi hình ở 3 góc độ
khác nhau: 0, 30,
70
Dùng cho
động cơ diesel
4.2
Phân tích mật độ tập trung bồ
hóng
%
Ghi hình ở ba góc độ
khác nhau: 0, 30,
70
Dùng cho
động cơ diesel

4.3
Ghi hình ảnh phun nhiên liệu,
hình ảnh ngọn lửa tại những
vị trí góc quay trục khuỷu xác
định trước

-

Ghi hình ở 3 góc độ
nhau: 0, 30, 70

Dùng cho
động cơ

diesel


5
1.2. Tổng quan về tính năng kỹ thuật của động cơ diesel
1.2.1. Khái niệm
Tính năng kỹ thuật của động cơ là thuật ngữ dùng để biểu đạt mức độ và hiệu
quả thực hiện chức năng của động cơ. Có thể định lượng tính năng kỹ thuật của
động cơ đốt trong bằng 3 nhóm thông số sau đây: tốc độ, tải và hiệu suất.
1.2.2. Các thông số đánh giá tính năng kỹ thuật cơ bản của động cơ diesel
1.2.2.1. Tốc độ của động cơ
Tốc độ quay (n) là số vòng quay của trục trong một đơn vị thời gian. Đơn vị
đo của tốc quay là vòng/phút [v/ph], viết tắt tiếng Anh là [rpm].
Tốc độ quay danh nghĩa (n
n
) là tốc độ quay do nhà chế tạo định ra và là cơ sở
để xác định công suất danh nghĩa, để tính toán các kích thước cơ bản của động cơ,
để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý…
Tốc độ quay cực đại (n
max
) là tốc độ quay lớn nhất mà nhà chế tạo cho phép
sử dụng trong một thời gian xác định mà công suất của động cơ không bị quá tải.
Tốc độ quay cực tiểu (n
min
) là tốc độ quay nhỏ nhất, tại đó động cơ vẫn có
thể hoạt động bình thường.
Tốc độ quay sử dụng (n
s
) là tốc độ quay được người thiết kế tổ hợp động cơ
– máy công tác khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ vứa

đảm bảo độ tin cậy và tuổi bền cần thiết
1.2.2.2. Tải của động cơ
Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong một
chu trình công tác hoặc trong một đơn vị thời gian. Các đại lượng được dùng để
đánh gía của động cơ đốt trong bao gồm: áp suất trung bình, công suất, momen quay.
Áp suất trung bình của chu trình là đại lượng được xác định bằng công sinh
ra trong một chu trình và dung tích công tác của xylanh.

s
ct
tb
V
W
p  (1.1)
Tùy thuộc vào việc công chu trình được xác định như thế nào, có thể phân biệt:
6
- Áp suất lý thuyết trung bình:
s
t
t
V
W
p  (1.2)
- Áp suất chỉ thị trung bình:
s
i
i
V
W
p  (1.3)

- Áp suất có ích trung bình:
s
e
e
V
W
p  (1.4)
Trong đó:
- W
ct
: công của chu trình, [J]
- W
t
: công lý thuyết của chu trình, [J]
- W
i
: công chỉ thị của chu trình, [J]
- W
e
: công có ích của chu trình, [J]
- W
m
: công tổn thất cơ giới, [J]
Công chỉ thị: là công do môi chất công tác sinh ra trong một chu trình thực tế,
trong đó chưa xét đến phần tổn thất cơ học, có thể xác định công chỉ thị như sau:
Wi = Q1 - Qi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (1.5)
Trong đó:
- Q
1
: lượng nhiệt chu trình (lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn

lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong một chu trình công tác).
- Qi : tổng nhiệt năng bị tổn thất trong một chu trình nhiệt động thực
tế.
- Q
m
: tổn thất do làm mát (phần nhiệt năng truyền từ môi chất công tác
qua vách xylanh cho môi chất làm mát)
- Q
x
: tổn thất theo khí xả
- Q
cl
: phần nhiệt tổn thất không tính chính xác được vào các dạng kể
trên, ví dụ: tổn thất do lọt khí qua khe hở giữa piston và xylanh, lọt khí
do xupap không kín…
Công tổn thất cơ học: là công tiêu hao cho các hoạt động mang tính chất cơ
học khi thực hiện một chu trình công tác. Các dạng tổn thất năng lượng sau đây
được tính vào công tổn thất cơ học:
7
- Tổn thất do ma sát giữa các chi tiết của động cơ chuyển động tương đối
với nhau.
- Phần năng lượng tiêu hao cho việc dẫn động các thiết bị và cơ cấu của
bản thân động cơ như: bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, cơ cấu phân
phối khí…
- “Tổn thất bơm” phần cơ năng tiêu hao cho quá trình thay đổi khí.
Công có ích: là công thu được ở đầu ra của trục khuỷu. đó là phần cơ năng
thực tế có thể sử được để dẫn động hộ tiêu thụ công suất.
W
e
= Q

1
- Q
e
= W
i
– W
m
(1.6)
Trong đó Q
e
là tổng tất các dạng tổn thất năng lượng khi thực hiện một chu trình
công tác thực tế.
Công suất là tốc độ thực hiện công. Trị số công suất của động cơ cho biết
động cơ đó “mạnh” hay “yếu”. công suất của động cơ thường được đo bằng các đơn
vị sau: kilowatt (kW), mã lực (HP, hp – Horse power; cv – Chevaux; PS -
Pferdestarke).
1kW = 1kJ/s.
1HP = 75Kg.m/s
1PS = 0.735 Kw
1hp = 1.04 PS
Ta có các khái niệm về công suất của động cơ đốt trong:
- Công suất chỉ thị (N
i
): là tốc độ thực hiện công chỉ thị của động cơ. Nói cách
khác, công suất chỉ thị là công suất của động cơ, trong đó bao gồm cả phần tổn
thất cơ học.
- Công suất có ích (N
e
): là công suất của động cơ được đo ở đầu ra của trục
khuỷu.

Từ định nghĩa của công suất, áp suất trung bình của chu trình và tốc độ quay ta
có các công thức xác định công suất chỉ thị và công suất có ích sau:

z
inVp
N
si
i
...
 (1.6)
8

z
inVp
N
se
e
...
 (1.7)
Trong đó:
- i: số xylanh của động cơ
- z: hệ số kỳ; z = 1 đối với động cơ 2 kỳ; z = 2 đối với động cơ 4 kỳ.
- Công suất danh nghĩa (N
en
): là công suất lớn nhất mà động cơ có thể phát ra
một cách liên tục mà không bị quá tải trong những điều kiện quy ước.
- Công suất cực đại (N
emax
): là công suất có ích lớn nhất mà động cơ có thể phát
ra trong một thời gian nhất định mà không bị quá tải.

TCVN 1684 – 75 quy định công suất cực đại của động cơ phải đạt 110% N
en

trong khoảng thời gian một giờ. Tổng số thời gian làm việc ở chế độ công suất cực
đại không quá 10% tổng thời gian làm việc của động cơ. Khoảng thời gian lặp lại
chế độ công suất cực đại không được nhỏ hơn 6 giờ.
- Công suất sử dụng (N
es
): là công suất có ích do người thiết kế tổ hợp động cơ –
hộ tiêu thụ công suất khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của
động cơ vừa đảm bảo tuổi bền, độ tin cậy cần thiết.
Hiệu suất là đại lượng đánh giá hiệu quả biến đổi nhệt năng thành cơ năng
của động cơ. Để đánh giá mức độ tổn thất trong từng công đoạn của cả quá trình
biến đổi năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau: hiệu suất lý
thuyết, hiệu suất cơ học, hiệu suất chỉ thị, hiệu suất có ích.
- Hiệu suất lý thuyết (
t

): là hiệu suất của chu trình lý thuyết.
- Hiệu suất chỉ thị (
i

): là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động thực tế

111
11
Q
QQQQ
Q
Q

Q
W
clkhxmii
i





(1.8).
- Hiệu suất cơ học (
m

): là đại lượng đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong
động cơ, tức là đánh giá mức độ hoàn thiện của động cơ về phương diện cơ học.
Nó được xác định bằng công thức:
m

=
i
m
i
e
W
W
W
W
1 (1.9).
9
- Hiệu suất có ích (

e

): là đại lượng đánh giá tất cả các dạng tổn thất năng lượng
trong quá trình biển đổi nhiệt năng có ích của động cơ.
miti
e
e
Q
W

..
1

 (1.10).
Trong đó: η
t-i
_ Hệ số diện tích đồ thị công, nó đặc trưng cho mức độ
khác nhau giữa diện tích đồ thị công chỉ thị và đồ thị công lý thuyết
Hiệu quả biến đổi nhịêt năng thành cơ năng của động cơ đốt trong cũng đồng
nghĩa với khái niệm “ tính tiết kiệm nhiên liệu ” của nó. Trong thực tế khai thác,
người ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng thể hiện lượng nhiên liệu do
động cơ tiêu thụ để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu. Lượng nhiên liệu do động cơ
tiêu thụ trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng nhiên liệu tiêu thụ giờ ( G
nl
).
Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong
một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích ( gọi tắt là
suất tiêu hao nhiên liệu g
e
) .

Công thức tính như sau :
g
e
=
e
N
G
h
(1.11)
Trong đó :
- g
e
: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích .
- G
h
: Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ .
- N
e
: Công suất có ích của động cơ .
Đơn vị thường dùng của G
h
là [ kg/h ] hoặc [ lít/h ] .
Đơn vị thường dùng của g
e
là [ g/Kw.h ] hoặc [ g/HP.h ]
1.2.3. Các phương pháp xác định :
1.2.3.1. Phương pháp lý thuyết :
- Xác định hiệu suất có ích η
e
:

η
e
= η
i
. η
m
(1.12)
- Xác định suất tiêu hao nhiên liệu g
e
:
g
e
= 3,6 . 10
6
/ H
f
. η
e
(1.13)
10
Các bước xác định theo lý thuyết :
1. Xác định nhiệt độ khí nạp T
k
:
Động cơ D12 là động cơ không tăng áp nên nhiệt độ khí nạp T
k
≈ T
o
. Ở điều
kiện khảo nghiệm T

o
bằng nhiệt độ phòng khảo nghiệm được xác định bằng nhiệt
kế .
2. Xác định mật độ khí nạp ρ
k
.
ρ
k
= P
k
/ R
k
. T
k
(1.14)
Trong đó :
P
k
: áp suất khí nạp ( bar ) .
R
k
: Hằng số khí .
T
k
: nhiệt độ khí nạp .
3. Xác định áp suất cuối quá trình nạp P
a
.
P
a

= K
pa
. P
k
(1.15)
K
pa
: hệ số điền đầy đồ thị .

4. Áp suất khí sót P
r
.
P
r
= K
pr
. P
o
(1.16)
K
pr
: hệ số khí sót .
5. Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
.

(1.17)


o ∆T

k
: mức độ sấy nóng khí nạp .
7. Xác định hệ số nạp η
v
.

a
k
k
a
r
v
T
T
p
p





11
1
2




(1.18)
ε : tỷ số nén .

r
rrkk
a
TTT
T





1
1
11
γ
r
: hệ số khí sót .
λ
2
: hệ số nạp thêm .
8. Xác định áp suất cuối quá trình nén P
c
.
P
c
= P
a
.
1
n


(1.19)
n
1
: chỉ số nén đa biến trung bình .

9. Xác định nhiệt độ cuối quá trình nén T
c
.
1
1


n
ac
TT

(1.20)
10. Xác định áp suất cuối quá trình cháy P
z
.
P
z
được xác định bằng các thiết bị đo áp suất phục vụ cho công tác khảo
nhiệm .
11. Xác định hệ số tăng áp suất ψ .
c
z
p
p



(1.21 )
12. Xác định nhiệt độ môi chất công tác cuối quá trình cháy T
z
.
T
z
được xác định từ phương trình cháy .

 
c
v
C

,
 
c
v
C
''

,
 
c
v
C
'


 
 
 
 
 
z
z
vzc
c
v
r
fz
TCTC
M
H



83148314
1
"'
1




- µC
v
= 19806 + T095.219806
2

T19.4


(J/Kmol.deg)
- (µC
v
)
c
” =
T10
36.184
38.427
2
1634.1
867.19
5


















-
 
 
 
r
c
vr
c
v
v
CC
C






1
"
'

12
13. Xác định hệ số dãn nở trước ( ) .

c
zz

T
T




(1.22 )
14. Xác định hệ số dãn nở sau ( ) .





(1.23)
16. Xác định áp suất cuối quá trình dãn nở (p
b
) .

2
n
z
b
p
p


[bar] (1.24 )
17. Xác định nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (T
b
), [K] .

1
2


n
z
b
T
T

[K] (1.25 )
18. Xác định áp suất chỉ thị trung bình (p
i
) .
 


































 1
1
1
2
12
1
1
1
1
11
1

1
1
1
nn
n
apii
nn
pKp






19. Xác định áp suất có ích trung bình (p
e
) .
p
e
= 
m
. p
i
(1.25)
20. Xác định hiệu suất chỉ thị (
i
) .

kvf
i

i
H
pL






0
2
10
(1.27)
H
f
: Nhiệt trị của nhiên liệu . ( J/kg )
21. Xác định hiệu suất có ích (
e
) .

e
= 
m
. 
i
(1.28)

m
có thể được xác định theo các phương pháp sau đây :
13

- Phương pháp quay trực tiếp bằng động cơ điện .
- Phương pháp cắt lửa từng xylanh .
Ở điều kiện khảo nghiệm tại phòng khảo nghiệm có thể chọn phương pháp
quay trực tiếp bằng động cơ điện . Trước tiên cho động cơ khởi động chạy ấm máy
tới nhiệt đọ làm việc bình thường của nước làm mát và của dầu nhờn sau đó cắt
nhiên liệu cho phanh điện hoạt động ở chế độ động cơ điện để quay động cơ đốt
trong , xác định công suất của động cơ điện theo từng tốc độ động cơ sẽ xác định
được công suất tổn hao cơ giới của động cơ theo các số vòng quay khác nhau .
22. Xác định suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (g
i
) :

if
i
H
g




6
106,3
[g/kW.h] (1.29)
23. Xác định suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (g
e
) :

ef
e
H

g




6
106,3
[g/kW.h] (1.30)

24. Xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (G
e
) :


eee
NgG 
3
10
[kg/h] (1.31)
1.2.3.1. Phương pháp thực nghiệm :
Phương pháp thực nghiệm đơn giản hơn được xác định bằng cách :
1. Xác định thông số G
h
. [kg/h]
2. Xác định thông số N
e
. [kW]
Phương pháp xác định công suất từ thực nghiệm :
14
Công suất là tốc độ thực hiện công. Trị số của công suất cho ta biết động cơ đó

mạnh hay yếu.
Công suất có ích là công suất của động cơ được đo ở đầu ra của trục khuỷu.
Ký hiệu là N
e
.
Công suất có ích là yếu tố chính thể hiện công của động cơ dẫn động các loại
máy công tác khác.
Phương pháp xác định công suất có ích của động cơ được thực hiện như sau:
Khi xác định công suất có ích N
e
của động cơ ở đầu ra của trục khuỷu thì ta phải
dùng một trong các loại phanh thay cho máy công tác (chân vịt, máy phát điện, máy
nén khí…mà động cơ cung cấp năng lượng cho chúng) Tuỳ theo nguyên tắc tạo ra
mômen cản mà ta dùng các loại phanh sau:
 Phanh cơ khí.
 Phanh không khí.
 Phanh thuỷ lực.
 Phanh điện.
Ở đây ta dùng phanh điện gồm phanh điện dòng một chiều và phanh điện dòng
xoay chiều. Để xác định công suất có ích của động cơ ta dùng một trong hai loại
phanh trên và được tính theo công thức như sau :
 Đối với phanh điện dòng một chiều thì N
e
(hp) có công thức tính như sau:
),(
.
.36,1 hp
IU
N
e




(1.32)
 Đối với phanh điện dòng xoay chiều thì N
e
(hp) có công thức tính như sau:
),(cos
.
.36,1 hp
IU
N
e




(1.33)
Trong đó : - U : Hiệu điện thế. (V)
- I : Cường độ dòng điện. (A)
-

: Hiệu suất của máy phát ở phụ tải đang sử dụng.
- cosφ : Hệ số công suất ở phụ tải đã cho.
15
 Trong trường hợp có oát kế, công suất có ích ( N
e
) của động cơ được xác
dịnh như sau :
N

e
= 1,36.

m
N
p
(hp) ( 1.34)
Trong đó : - N
p
: Công suất của máy phát, kW.
- η
m
: Hiệu suất cơ giới của máy phát ở phụ tải đã cho.
3. Xác định giá trị g
e
= G
h
/ N
e
[g/kW.h] (1.35)

16
Chương 2. XÁC ĐỊNH CHI PHÍ NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ D12 KHI SỬ
DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DIESEL – DẦU THỰC VẬT

2.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động
cơ diesel.
2.1.1. Trên thế giới.
Nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới mà đặc
biệt là trong ngành giao thông vận tải có xu hướng tăng nhanh.
Trong những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ
dầu hạt cải. Và được dùng ở dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel) và B30 (30%
Biodiesel trộn với 70% Diesel).
Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đó từ ngày 31 tháng 12
năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các
nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Áo, một phần của chỉ
thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ còn có
dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là được phép bán.
Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005.
Tại Mỹ năm 2005, đã sử dụng B20.
Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok

Đã có nhiều ứng dụng trong việc sử dụng các loại dầu thực vật dùng làm
nhiên liệu thay thế cho các động cơ ô tô chẳng hạn: Brazin là một nước đi đầu
trong việc phát triển các loại nhiên liệu sạch từ mía, hiện tại ở Brazin có tới 90% ô
tô sử dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sạch pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu
mỏ, chúng được cung cấp bởi 5 nhà máy sản xuất với tổng sản lượng 49 triệu
lít/năm. Từ đó, nước này đã giảm được hàng chục tỷ USD cho việc không phải
nhập khẩu nhiên liệu. Họ đang dự kiến sản xuất 1.1 tỷ lít diesel sinh học vào năm
2007, với việc tiếp tục đưa thêm khoảng 5 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với
tổng công suất 61 triệu lít/ năm. Thị trường châu Âu cũng không phải là nhỏ khi
nghị định Kyoto được đưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, mới
17
đây nhất là chỉ thị 2003/30/EC theo đó từ ngày 31/12/2005 thì ít nhất 2% cho đến
31/12/2010 ít nhất 5.75% nhiên liệu dùng cho vận tải phải có nguồn gốc tái tạo. Tại
Đức thì chỉ thị trên đã được thực hiện sớm, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu
chứa 5% có nguồn gốc tái tạo đã được bán. Ở Mỹ, Áo đã cho xe ô tô động cơ diesel
chạy bằng dầu thực vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các nhà hàng…Tại
Achentina một kỹ sư đã tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế
từ đậu nành, chi phí cho sản xuất chỉ bằng ½ so với diesel truyền thống, ngoài ra
Anh cũng có khả năng sản xuất nhiên liệu nhiên liệu thay thế từ hạt hướng dương,
hạt thầu dầu và hạt cọ.
Đức cũng đang trở thành "ông trùm" nguồn nhiên liệu sinh học với sản
lượng 1,5 triệu tấn cùng với mức gia tăng sản lượng 50% hàng năm.Theo dự kiến
của chính phủ, thì trong vòng 5 năm tới, sản lượng nhiên liệu sinh học sẽ thay thế
khoảng 20% lượng xăng, dầu truyền thống. Chính phủ Ân Độ và Thái Lan cũng có
kế hoạch sản xuất nguồn nhiên liệu sinh học để thay thế 10% nhu cầu về xăng, dầu.
Công ty Fortum Oil đang tiến hành xây dựng nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học
cho động cơ Diezen tại ngoại ô Helsinki.
Trung Quốc đã có nhiều nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch ở nhiều nơi, và
hiện đang có một nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu sạch lớn nhất thế giới hiện nay
ở tỉnh Cát Lâm có sản lượng 600.000 tấn/năm. Tổng sản lượng nhiên liệu diesel

sinh học của Trung Quốc hiện vào khoảng 1.5 triệu tấn/năm. Theo dự tính của các
chuyên gia, đến năm 2010, Trung Quốc (TQ) sẽ sản xuất khoảng 6 triệu tấn dầu
nhiên liệu sinh học.
Đông Nam Á là khu vực có điều kiện thiên nhiên ưu đãi, có nguồn dầu thực
vật được lấy từ nhiều loại cây trong đó chủ yếu là cọ và dừa. Thái Lan một trong
những nước trong khu vực đi tiên phong trong việc sản xuất nhiên liệu sạch, theo
đó 10% nhiên liệu sạch sẽ được sử dụng trước 2011. Còn tại Malayxia, một nước
có sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới đã quyết định lấy đó làm nguồn nguyên liệu
để sản xuất dầu diesel sinh học và tới 2007 nước này sẽ sử dụng B5 (pha 5% dầu
diesel sinh học vào dầu diesel) trên diện rộng.
18
2.1.2. Trong nước.
Quyết định 177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu
sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" được Thủ tướng Chính phủ ký
ngày 20/11/2007 nêu rõ: phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới,
tái tạo được để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo
đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Theo đó, mục tiêu đến năm 2010 là
sẽ xây dựng và phát triển được mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu
sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/năm, bảo đảm đáp ứng 0,4%
nhu cầu xăng dầu của cả nước. Giai đoạn 2011-2015, xây dựng và phát triển các cơ
sở sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên phạm vi cả nước, đến năm 2015, sản
lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5, B5), đáp
ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước
Ngày 6-9, Nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học Bio-Ethanol đã được khởi
công xây dựng tại khu kinh tế Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi. Dự án do Công ty cổ
phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Miền Trung (PCB) làm chủ đầu tư và Tổng công
ty cổ phần Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí (PTSC) là đơn vị tổng thầu EPC (tư vấn, thiết
kế - cung cấp thiết bị - xây lắp, vận hành).
Nhật Bản đang xúc tiến xây dựng nhà máy sản xuất biodiesel từ dừa tại Bình
Định. Theo nghiên cứu ban đầu, tại Bình Định sẽ xây dựng 1 nhà máy sản xuất dầu

diesel sinh học có công suất 100 tấn/ngày đòi hỏi vùng nguyên liệu lên tới 50.000
ha dừa. Dự kiến tổng vốn đầu tư cho dự án khoảng 80 - 100 triệu USD, trong đó,
vốn xây dựng nhà máy trên 20 triệu do các doanh nghiệp của Nhật Bản và Bình
Định liên doanh thực hiện, còn lại sẽ đầu tư bằng vốn ODA cho người trồng dừa và
chế biến dầu dừa. Tuy đi sau các nước trong việc phát triển nhiên liêu sạch nhưng
Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu trong việc nghiên cứu chế
biến dầu thực vật, mỡ động vật thành diesel sinh học. Chúng ta đã nghiên cứu chiết
suất thành công dầu diesel sinh học từ dầu mè, chiết suất thành công diesel sinh học
19
từ mỡ cá basa, cá tra, tảo nó đã mở ra một hướng mới cho các nhà đầu tư . Đối với
cây mè chúng ta có thể dùng phụ phẩm của nó để làm thuốc, làm phân bón, …còn
đối với mỡ cá basa, cá tra ta tận dụng được nguồn mỡ thải lâu nay vẫn không dùng
phải vứt bỏ. Đó là công trình nghiên cứu của Phân viện khoa học vật liệu tại Thành
phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.
Theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội,
ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là cơ quan
đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã
xác nhận dự án PIN phát triển dầu dừa diesel sinh học theo cơ chế phát triển sạch
(CDM) tại tỉnh Bình Định.
Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện
Khoa học vật liệu Tp.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì, khẳng
định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ dầu thực
vật của Việt Nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu đã hợp tác với
Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức) phân tích thành phần, tính chất các
mẫu dầu diesel sinh học do nhóm điều chế. Kết quả cho thấy, mẫu dầu diesel sinh
học từ dầu hạt cao su Việt Nam đạt tiêu chuẩn châu Âu về Biodiesel.
Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu diesel sinh học từ dầu ăn phế thải
với công suất 2 tấn/ngày đã được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức,
Tp.HCM. Dự án này có nguồn vốn đầu tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ đồng
vay từ ngân sách Nhà nước.

2.1.3. Tổng quan về dầu thực vật (DTV).
DTV là loại dầu được chiết suất từ các loại hạt, quả của cây cối. Nói chung
các hạt, quả của các cây đều chứa dầu nhưng từ DTV chỉ dùng để chỉ dầu của
những cây có dầu với chiết suất lớn.
Dầu lấy từ các hạt cây có dầu như: đậu phộng, nành, cải dầu, nho, bông,
hướng dương, mè(jatropha) . . .
Dầu lấy từ quả như: dừa, cọ…
20
Có thể phân loại DTV theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người: dầu ăn
được và dầu không ăn được.
DTV làm nhiên liệu cho động cơ diesel có hai loại: sản phẩm DTV được
điều chế trực tiếp từ hạt, quả của các cây lấy dầu và sản phẩm DTV đã qua este
hóa(biodiesel).
2.1.3.1. Thành phần hóa học của DTV
Thành phần hóa học của DTV nói chung bao gồm 95% các Triglyceride và
5% các axid béo tự do. Triglyceride là các Triester tạo bởi phản ứng của các axit
béo trên ba chức rượu của Glycerol. Trong phân tử của chúng có chứa các nguyên
tố H, C, và O. Về thành phần hóa học, của DTV so với dầu Diesel: Chứa C ít hơn
10 – 12%, lượng chứa H ít hơn 5 – 13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu
Diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9 – 11% O) cho nên DTV là
nhiên liệu có chứa nhiều Oxy. Chính vì điều này mà DTV có thể cháy hoàn toàn với
hệ số dư lượng không khí bé.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại dầu.
Thành phần
hóa học
Dầu jatropha Dầu cải Dầu dừa Dầu diesel
Cac bon 76,11 76,80 72,00 86,60
Hydro 10,52 11,90 12,00 13,40
Oxy 11,06 11,30 16,00 0,00
Tỷ trọng C/H 7,23 6,45 6,00 6,46

2.1.3.2. Đặc tính của DTV
Khối lượng riêng: Nói chung khối lượng riêng của dầu thực vật lớn hơn dầu
diesel từ 6 - 17% .
Độ nhớt: Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ thường cao hơn so với dầu diesel
khoảng vài chục lần, nhưng đường cong chỉ thị độ nhớt rất dốc, khi nhiệt độ 100
0
C
đối với dầu bông chỉ còn lớn hơn 7 lần, dầu hạt cải chỉ còn lớn hơn 8 lần so với dầu
diesel. Riêng đối với dầu dừa, độ nhớt ở 20
0
C lớn hơn dầu diesel 10- 12 lần. Độ
21
nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến khả năng thông qua của dầu trong bầu lọc, đến chất
lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp, do đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế
và năng lượng của động cơ .
Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu
thực vật nghiên cứu thì dầu dừa có chỉ số cetane gần bằng dầu diesel và dầu
jatropha có trị số cetane cao hơn. Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể
dùng biện pháp thêm chất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu
thực vật .
Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật cao
hơn so với dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng
dầu diesel .
Đường cong bay hơi: Về khả năng bay hơi, đối với dầu thực vật so với dầu
diesel : điểm bắt đầu bay hơi thấp hơn (130 - 150
0
C), điểm kết thúc bay hơi cao hơn
(360 - 375
0

C). Nhiều loại dầu thực vật trong khoảng nhiệt độ 200 - 280
0
C đường
cong bay hơi gần trùng với dầu diesel, nhưng vượt quá 280
0
C thì chúng lại thấp
hơn. Điểm đáng lưu ý là dầu thực vật không hoàn toàn bay hơi hết, đây có thể là
nguyên nhân gây đóng cặn trên buồng cháy .
2.1.3.3. Những vấn đề khó khăn của dầu thực vật khi dùng làm nhiên liệu thay thế
- Độ nhớt của DTV lớn hơn của dầu diesel nên ảnh hưởng đến chất lượng phun
và chất lượng hòa trộn
- DTV không hoàn toàn bay hơi hết, điều này có thể gây đóng cặn trên buồng đốt
- Khả năng bốc hơi và tự bốc cháy kém hơn diesel.
Tuy nhiên nhược điểm chính cần khắc phục khi sử dụng dầu thực vật làm
nhiên liệu động cơ diesel là làm giảm độ nhớt vì nó ảnh hưởng chính đến các chỉ
tiêu của động cơ .

22
2.1.4. Các biện pháp xử lý DTV để làm nhiên liệu cho động cơ diesel.
2.1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu
Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ .
Nhiệt độ trong khoảng 30
o
C - 80
o
C sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, nhưng khi
nhiệt độ vượt trên 80
o
C thì độ nhớt thay đổi rất ít. Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm
khi nhiệt độ tăng lên, bởi vậy sấy nóng được coi là một phương pháp hữu hiệu làm

giảm độ nhớt của dầu thực vật .
Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn định thì nhiệt độ của nhiên liệu ở sau
bơm cao áp thay đổi trong phạm vi từ 35 – 40
o
C. Trong khoảng nhiệt độ này thì độ
nhớt của dầu thực vật thay đổi từ 25-35mm
2
/s, cao hơn 10 lần so với độ nhớt của
dầu diesel. Để đạt được độ nhớt của nhiên liệu diesel thì cần tăng nhiệt độ của dầu
thực vật lên (60-80)
o
C, bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ vượt trên 80
o
C .
Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến
hệ thống cấp nhiên liệu. Mặt khác phương pháp này không cải thiện được trị số
cetane của dầu thực vật,… do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng
thời với phương pháp khác, nhằm mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực
vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp .
2.1.4.2. Phương pháp pha loãng .
Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm
độ nhớt, có thể sử dụng các dung môi pha loãng khác nhau .
Pha loãng không chỉ làm giảm độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện
được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông đặc thấp hơn,…
2.1.4.3. Phương pháp Craking .
Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình
craking dầu mỏ. Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của
dầu thực vật dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác. Sản phẩm thông thường
bao gồm: nhiên liệu khí, xăng, nhiên liệu diesel và một số sản phẩm phụ khác .