ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG Nhiên liệu và năng lương mới

ĐỀ CƢƠNG BÀI GIẢNG
HỆ CAO1 ĐẲNG NGHỀ
MÔN: NHIÊN LIỆU VÀ NĂNG LƢỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ
(Thời gian: 30 tiết)
-

-

Phân bổ thời gian:
Lên lớp:

30 tiết

T h c:

60 tiết

Hình thức thi:
Giữa kỳ - T luận (60p)
Cuối kỳ - T luận (60p)

1


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN
Số tiết: 2 (Lý thuyết 2 tiết, bài tập 0 tiết)
A. MỤC TIÊU:
 Trình bày các nguồn năng lượng truyền thống và ưu nhược điểm của nó.
 Trình bày được các loại năng lượng mới đang sử dụng hiện nay trên ô tô.

 Phân tích được các xu hướng sử dụng nguồn năng lượng mới.
B. NỘI DUNG
1.1 Các nguồn năng lƣợng truyền thống.
1.1.1. Khái quát về năng lƣợng truyền thống.
Năng lượng truyền thống sử dụng trên ô tô là năng lượng nhiệt do đốt cháy nhiên liệu
lỏng có nguồn góc từ dầu mỏ như xăng, dầu Diesel...
 Dầu mỏ: có nguồn góc hữu cơ hóa thạch, hình thành do s phân hủy của xác động
th c vật trong các lớp trầm tích ở đáy biển hoặc trong lòng đất dưới tác dụng phá
hủy của các vi khuẩn hiếu khí.
 Dầu khí: là tên g i của dầu mỏ (dầu thô) và hỗn hợp khí thiên nhiên. Dầu khí là
một nguồn khoáng sản lớn và quý của con người, dầu khí cung cấp:
1.1.2. Ƣu điểm của việc sử dụng năng lƣợng truyền thống.
Xe ô tô chạy bằng nhiên liệu truyền thống có những ưu việt sau:
 Có hiệu suất sử dụng nhiên liệu tương đối cao.
 Có độ ổn định và độ tin cậy làm việc cao.
 Động cơ xe có đường đặc tính công suất và moment rất thích hợp với sử dụng
th c tế, đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe.
 Kích thước, khuôn khổ và tr ng lượng tương đối nhỏ nên dễ dàng bố trí, lắp đặt
trên xe, góp phần làm giảm tr ng lượng bản thân của xe và như vậy sẽ làm tăng
được tải tr ng có ích của xe.
2

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
 Dễ sử dụng và đã được sử dụng trong một thời gian dài nên đã tạo ra “thói quen”
cho người sử dụng.
 Nạp nhiên liệu nhanh và an toàn, lưu trữ và bảo quản đơn giản.
 Chi phí sử dụng thấp do:

+ Giá thành động cơ thấp.
+ giá nhiên liệu thấp.
+ Mạng lưới phân phối rộng khắp.
 Dễ bảo trì sửa chữa và có giá thành bảo trì sửa chữa thấp vì nó quá thông dụng.
 Do những lợi điển trên mà động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu lỏng truyền
thống vẫn là nguồn động l c chính cho ôtô.
1.1.3. Những hạn chế của năng lƣợng truyền thống
 Quá trình cháy không hoàn toàn, tạo ra các sản phẩm cháy : CO, CO2, HC, NOx,
SOx, PM, … gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng t nhiên.
 Nhiên liệu sử dụng không tái tạo được,
 Nguồn nhiên liệu ngày càng cạn dần.
 Bị lệ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu lỏng.
- Ở mức độ quốc gia, đối với các quốc gia không sản xuất năng lượng, thì phương
tiện vận chuyển hoàn toàn phụ thuộc vào s độc quyền nhiên liệu, bị ảnh hưởng bởi giá
nhiên liệu và s đảm bảo lượng năng lượng d trữ trên thị trường quốc tế.
- Ở mức độ toàn cầu, trong khoảng thời gian dài sau này, nguồn nhiên liệu để
chạy động cơ nhiệt sẽ bị hạn chế. S cạn kiệt không thể tránh của nguồn tài nguyên này
do việc tìm kiếm và khai thác các mỏ dầu, mỏ khí mới ngày càng khó khăn.
 Ô nhiễm môi trường. (CO, CO2, Nox, HC)

3

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Bảng 1.1 Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển( sau 50 năm)

1.2 Các nguồn năng lƣợng mới.
1.2.1. Xu hƣớng sử dụng nguồn năng lƣợng mới.

- Giải quyết vấn đề cạn kiệt năng lượng truyền thống.
- Giảm ô nhiễm môi trường.
1.2.2. Các nguồn năng lƣợng mới.
- Sản phẩm xăng Ethanol (tiết kiệm và giảm bớt khí thải CO2): Đây là loại xăng pha
cồn sinh h c, sẽ làm giảm bớt khí thải CO2 ra không khí, là một loại nhiên liệu thân
thiện hơn với môi trường, đồng thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm được 500 đồng/lít
xăng so với giá xăng thông thường (A92).
- Biodiesel: Biodiesel còn được g i Diesel sinh h c là một loại nhiên liệu có tính
chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu th c
vật hay mỡ động vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh h c nói chung, là một loại năng
lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong t nhiên.
- Biogas: Là 1 loại khí sinh h c, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các loại
phân hữu cơ hay xác động, th c vật. Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas là nguồn năng
lượng lớn. Tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9% đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới.

4

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
- Khí hoá lỏng LPG (Liquefied Petrolium Gas), Khí thiên nhiên nén CNG
(Compressed Natural Gas):Thành phần hóa h c chủ yếu của LPG là Propan (C3H8) và
Butan (C4H10), thành phần hóa h c của CNG chủ yếu là Metan (CH4) và các
Hydrocacbon khác như là Etan, Propan . . .
- Hydro: nguồn năng lượng mới thay thế dầu - khí trong tương lai: Hydro là một loại
khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên, đã được sử
dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Đặc điểm quan tr ng của hydro là trong phân
tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa h c nào khác, như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ
(N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được g i là nhiên liệu sạch lý

tưởng.
- Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất.

Hình 1.2.Tuốc bin gió tại bờ biển Đan
Mạch
Hình 1.1. Tuốc bin gió tại Tây Ban Nha
- Năng lượng mặt trời là năng lượng thu nhận từ ánh sáng mặt trời.
+ Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị để thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời.
Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cả các tấm năng lượng mặt trời để nung nước
nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện (cung cấp điện năng).

5

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

Hình 1.3. Một phòng giặt ở California sử dụng năng lượng mặt trời
+ Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn
chứa lượng lớn các diod p-n, duới s hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra
dòng điện sử dụng được. S chuyển đổi này g i là hiệu ứng quang điện.

Hình 1.4. Một tế bào quang điện
Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng
chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. Hiện nay một số nơi trên thế giới đã
triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều, một ví dụ điển hình là
hệ thống Limpet. Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý như sau:
+ Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp.
6

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
+ Thuỷ triều lên cao: chu trình nén.
+ Thuỷ triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo.
S thay đội chiều cao cột nước làm quay turbine tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet
có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW.

Hình 1.5. Hệ thống năng lượng thủy triều Bắc Ireland
- Pin nhiên liệu ( Fuel-Cell) là một thiết bị dùng Hydro (hay các nhiên liệu giàu
Hydro) và Oxy để tạo ra điện bằng một quá trình điện hóa.

Hình 1.6. Pin nhiên liệu hydro

7

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

CHƢƠNG 2 NHIÊN LIỆU CỒN
Số tiết: 3 (Lý thuyết 3 tiết, bài tập 0 tiết)
A. MỤC TIÊU:
 Hiểu được các khái niệm nhiên liệu tái sinh, nhiên liệu không tái sinh
 Giải thích được Ethanol sử dụng phổ biến hơn nhiên liệu Methanol
 Trình bày được những thay đổi kỹ thuật của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn.
 Trình bày được quy trình sản xuất nhiên liệu Ethanol

 Trình bày được quy trình sản xuất nhiên liệu Ethanol
B. NỘI DUNG:
2.1. Giới thiệu nhiên liệu cồn và lịch sử phát triển
2.1.1 Giới thiệu nhiên liệu cồn
Cồn là một loại nhiên liệu lỏng, có trị số octan cao. Hiện nay, có 2 loại cồn có thể
sử dụng được cho động cơ đốt trong đó là cồn Methanol và cồn Ethanol.
 Cồn Methanol có nguồn gốc từ than đá hoặc khí thiên nhiên chỉ số octan là 106
thích hợp trên động cơ sử dụng chế hòa khí.
 Cồn Ethanol được sản xuất từ gốc th c vật là một loại nhiên liệu có thể phục hồi
trị số ốctan là 106. Ethanol dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong hoặc là hỗn hợp
xăng pha cồn.

8

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

Hình 2.1 Quy trình sản xuất và sử dụng nhiên liệu cồn
- Giới thiệu nhiên liệu tái sinh
Ethanol là một loại nhiên liệu được sản xuất chủ yếu từ cây mía, cây bắp, cây củ
cải đường, rác thải nông nghiệp,…Sản phẩm chính của Ethanol sau khi bị đốt cháy bao
gồm H2O và CO2. Khí CO2 được cây cối hấp thụ trong quá trình quang hợp để phát
triển. Các loại cây mía, bắp, củ cải đường,… được con người trồng tiếp tục lại được sử
dụng để sản xuất nhiên liệu ethanol. Và vòng tuần hoàn này được tiếp tục như thế, cho
nên, người ta g i ethanol là một loại nhiên liệu tái sinh.

Dầu mỏ

Hình 2.2 Nhiên liệu không tái sinh
- Giới thiệu nhiên liệu không tái sinh

9

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Hầu hết nhiên liệu xăng, diesel dùng trong giao thông được sản xuất từ dầu mỏ.
Các sản phẩm dầu được xem là nhiên liệu không tái sinh (non–renew able).
Khi dầu được đốt cháy, khí CO2 thải ra môi trường không khí, nhưng t nhiên
không tái tạo CO2 quay trở lại thành dầu. Vì vậy, số lượng khí CO2 trong không khí
càng ngày càng gia tăng và số lượng dầu mỏ trong đất ngày càng cạn kiệt.
2.1.2 Lịch sử phát triển
Khoảng thế kỷ 19, cồn methanol dùng ở Pháp như một loại nhiên liệu sạch dùng để
nấu ăn và sưởi ấm.
Năm 1937, nước Đức đã tiêu thụ 70.000 tấn metylic tổng hợp.
Năm 1971, Viện nghiên cứu dầu mỏ Mỹ tiếp tục xem xét vấn đề sử dụng Methanol,
những năm tiếp theo cơ quan bảo vệ môi trường đã giới thiệu các công trình nghiên cứu
của hãng ESSO (nay là hãng EXXON CORP) về nhiên liệu thay thế .
Mùa hè 1974 Tổ chức kỹ thuật Mỹ đã tổ chức một hội nghị chuyên đề về vấn đề sử
dụng Methanol làm nhiên liệu thay thế.
Cùng năm 1974, Bộ nghiên cứu và công nghệ của Đức giới thiệu công trình nghiên
cứu về sản xuất, phân phối, sử dụng, tính kinh tế và s nguy hiểm của Methanol và
Hydrô khi dùng làm nhiên liệu.
Năm 1981, Ấn Độ đã nghiên cứu ứng dụng Methanol bằng cách bổ sung thêm vào
nhiên liệu diesel.
2.2 Các chỉ tiêu và kỹ thuật của nhiên liệu cồn
2.2.1. Tính chất của nhiên liệu cồn

2.2.1.1. Nguồn gốc, tính chất của Methanol
 Nguồn gốc
Methanol được sản xuất chủ yếu từ khí t nhiên hoặc than đá. Methanol ở dạng
chất lỏng có thể được sử dụng cho động cơ đốt trong hoặc tế bào nhiên liệu.
 Tính chất
Công thức hóa h c:

CH3OH.
10

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Công thức cấu tạo:

H
H

C OH
H

 Cấu trúc không gian của Methanol:

 Các thông số của Methanol:
- Nhiệt độ sôi :

337,5140K

64,5140C.

- Nhiệt độ nóng chảy:

1760K

-97,560C  0,02.

- Nhiệt độ tới hạn:

512,580K

239,430C.

- Nhiệt độ chớp lửa:

110 C

- Áp suất tới hạn :

8069kPa

- Nhiệt lượng nóng chảy (kJ/mol):


79,9atm.

32,13  0,05.

Nhiệt ẩn hoá hơi: nhóm -OH làm cho nó phân c c mạnh nên nhiệt ẩn hoá

hơi cao (280kcal/kg tại 250C) so với xăng (78kcal/kg). Vì vậy vấn đề cung cấp đủ nhiệt
để bay hơi Methanol là một vấn đề cần được giải quyết khi sử dụng trên động cơ.


Áp suất hơi bão hoà: bản chất phân c c mạnh của Methanol làm cho áp

suất hơi bão hoà thấp và nhiệt độ sôi cao khi so sánh với các chất không phân c c trên
cùng một phân tử gam Iso-octan có tr ng lượng phân tử lớn hơn 3,57 lần tr ng lượng
11

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
phân tử của Methanol nên nhiệt độ sôi cao hơn 34,80C và áp suất hơi bão hoà thấp hơn
21,5 kPa. Áp suất hơi bão hoà của methanol là 37 kPa còn của Iso-octan là 15,5 kPa.


Áp súât hơi bảo hoà của Methanol thấp nên gây khó khăn khi khởi động động cơ

lạnh và không thể khởi động khi nhiệt độ môi trường <100C.


Khả năng hoà tan: Bản chất phân c c của Methanol làm nó hoà tan không hạn

chế trong nước, trong khi nó vẫn còn đủ tính chất của một hydrocacbon để hoà tan
trong xăng.


S ăn mòn và biến dạng: nhóm Hydrocarbon phân c c mạnh và hoạt động trong

Methanol là s khác biệt đáng chú ý so với nhiên liệu lấy từ dầu mỏ với việc mài mòn
kim loại. Methanol ăn mòn nghiêm tr ng với kẽm, chì và Mangan. Methanol là một
chất hoà tan mạnh nên dễ làm biến dạng và làm mềm chất dẻo và cao su dùng làm
tấm đệm, phao trong hệ thống nhiên liệu.


Khả năng chống kích nổ: Methanol có trị số octan cao hơn iso-octan nên được

dùng cho động cơ có tỷ số nén lớn. Trong th c tế Methanol đã được dùng trên xe đua
có tỷ số nén cao nên có hiệu suất và công suất cao hơn so với khi dùng xăng. Khi trộn
Methanol với xăng sẽ tăng trị số octan.


Khả năng t bốc cháy: Methanol có trị số Cetan <10 và không thể đo tr c tiếp

được. Methanol nguyên chất có Cetan =3, hỗn hợp Methanol (10% nước) có cetan =
2. Vậy Methanol nguyên chất không thích hợp làm nhiên liệu cho động cơ diesel.


S phân ly: khi nhiệt độ tăng Methanol sẽ phân ly thành CO và Hydrô. S phân

ly có ảnh hưởng đến quá trình cháy làm giảm áp suất và nhiệt độ c c đại trong động
cơ.
2.2.1.2.


Nguồn gốc, tính chất của Ethanol

Nguồn gốc

-Ethanol được sản suất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa
tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường,
củ sắn…Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa cellulose.

12

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
-Ngày nay, các công nghệ mới có thể sản suất Ethanol từ giấy phế thải, mùn cưa hoặc
một số nguyên liệu có giá trị thấp khác như vỏ, cành cây xanh, phế thải nông
nghiệp… Ethanol ở dạng chất lỏng có thể được sử dụng cho động cơ đốt trong.


Tính chất
Công thức hóa h c :

C2H5OH.

Công thức cấu tạo:

H

H

H

C

C

H

H

OH

Cấu trúc không gian của Ethanol:



Các thông số của Ethanol:

- Nhiệt độ chớp lửa:

17 0C.

- Nhiệt độ sôi:

351,5 0K

78,40C.

- Nhiệt độ nóng chảy

158,8 0K

-114,30C.

- Nhiệt độ tới hạn:

5140K

2410C.

- Áp suất tới hạn:

6.300 kPa.
13

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
 Nhiệt ẩn hóa hơi: nhóm OH làm cho nó phân c c mạnh nên nhiệt ẩn hoá hơi cao.
Nhiệt ẩn hoá hơi của Ethanol (201 kcal/kg) lớn gấp 2.58 lần xăng (78 kcal/kg). Do
đó khả năng bay hơi của Ethanol kém hơn xăng làm ảnh hưởng rất lớn đến tính
năng khởi động của động cơ. Vì vậy, để đảm bảo bay hơi tốt cần hâm nóng đường
ống nạp.
 Áp suất hơi bão hòa: Áp suất hơi bão hoà của Ethanol thấp hơn xăng. Ethanol là
2,3psi còn xăng (87) là 8 đến 15psi. Áp suất hơi bão hoà của Ethanol thấp nên gây
khó khăn khi khởi động động cơ lạnh.
 Khả năng hoà tan: Bản chất phân c c của ethanol làm nó hoà tan không hạn chế
trong nước, khi tăng tỷ lệ nước thì nhiệt trị giảm.
 Khả năng chống kích nổ: Ethanol có trị số octan từ 98 đến 111. Trị số octan của
Ethanol cao hơn xăng. Nên có thể dùng cho động cơ có tỷ số nén cao, hoặc khi
pha Ethanol vào xăng sẽ tăng trị số octan của hỗn hợp nhiên liệu.
 Tỷ tr ng: của ethanol ở 200C là 0,789 g/ml

2.2.2. Cấu trúc nhiên liệu cồn
Cấu trúc của một nhóm đơn methane gồm 1 nguyên tố cacbon và 4 ngyên tố
hydrogen. Ethanol với 2 nguyên tố cacbon và 6 ngyên tố hydrogen .Propane với 3
nguyên tố cacbon và butane có 6 nguyên tố cacbon .
Khi chúng ta thêm nhiều cacbon vào phần tử hydrocacbon thì dạng hóa h c sẽ
thay đổi thành thể lỏng : pentane,hexane, octane….khi chúng ta tiếp tục cho nhiều
phần tử vào thì chúng chuyển thành thể rắn.

14

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

2.3 Hỗn hợp xăng pha cồn
2.3.1. Hỗn hợp xăng pha cồn E85
E85 hay có thể viết Ed85 là hỗn hợp gồm 85% Ethanol nguyên chất và 15%
gasoline, thường dùng trên ô tô có động cơ chuyên sử dụng E85 hoặc động cơ xăng.
Ngày nay, E85 được sử dụng rộng rãi trên các xe sử dụng nhiên liệu linh hoạt FFVs.
FFVs là loại xe có thể sử dụng nhiên liệu Ethanol nguyên chất, hỗn hợp Ethanol –
xăng (chủ yếu là E85) hoặc 100% xăng.
Nhiều nghiên cứu cho rằng E85 là một loại nhiên liệu có tiềm năng đặc biệt sử
dụng nhiên liệu hóa thạch và gảm hiệu ứng nhà kính (GHGs).
Xu hướng sử dụng nhiên liệu E85 tăng nhanh, theo đó các loại xe FFVs cũng
được sản xuất ngày càng nhiều, mang nhãn hiệu của các đại gia sản xuất xe hơi, tiêu
biểu là General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Mercury, Mazda, Isuzu, Mercedes và
Nissan
E85 không thể dùng trên động cơ diesel. Bởi vì tính chất của E85 khác xa với
dầu diesel, gần giống với xăng hơn-nhất là về nhiệt độ chớp lửa và nhiệt trị, nhiệt hóa

hơi

15

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Bảng 2.1 Đặc tính của nhiên liệu cồn và xăng đặc
Đặc tính nhiên liệu Ethanol và nhiên liệu E85
Đặc tính

Nội dung

Mật độ hơi

Hơi nhiên liệu Ethanol giống hơi nhiên liệu Xăng, nó
nặng hơn không khí và có khuynh hướng lắng xuống
phía dưới. Hỗn hợp Xăng/Ethanol bao gồm E85 được
coi giống như hỗn hợp xăng.

Tính tan trong

Ethanol là chất hút ẩm mạnh. Vì thế, nước phải được

nước

cách li với nhiên liệu Ethanol tại những nơi như: thùng
chứa, và thiết bị phân phối, vận chuyển.
E85 có thể hòa tan một lượng nhỏ nước

Năng lượng

Cùng thể tích, Ethanol kém hơn 30% năng lượng so với
Xăng phụ thuộc vào công thức của Xăng. Đối với E85
giảm vào khoảng 25% s phụ thuộc vào công thức của
xăng và là nhiên liệu dùng riêng cho ôtô

Tính chất ng n

Ethanol cháy với ng n lửa sáng kém hơn nhiên liệu

lửa

Xăng nhưng nó dễ nhìn thấy vào ban ngày

Tr ng

lượng

Ethanol nguyên chất và hỗn hợp Ethanol/xăng là nặng

riêng

không đáng kể so với xăng.

Tính dẫn điện

Ethanol và hỗn hợp Ethanol dẫn điện lớn hơn so với
xăng. Điều này ảnh hưởng đến việc ăn mòn kim loại

trong hệ thống

Tỉ lệ A/F

Do Ethanol có chứa oxi nên tỉ lê A/F của E85 nhỏ hơn
so với Xăng. FFVs được thiết kế để nhận ra nhiên liệu
Ethanol và điều chỉnh chính xác tỉ lệ A/F
16

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Tính độc hại

Một lượng nhỏ Ethanol nguyên chất không gây độc hại
và không gây ung thư. Tuy nhiên, nhiên liệu Ethanol và
hỗn hợp Ethanol/Xăng phải được kiểm tra về độc tố và
chất gây ung thư của nó, do có thêm vào một lượng HC
và xăng vào Ethanol nguyên chất.

Đặc tính nhiên liệu Ethanol, xăng và E85
Đặc tính

Ethanol

Xăng

E85
C4

Công

thức

hóa h c

C2H5OH

C4

–

C12

Hidrocarbon

–

C12

Hirocacbon
và oxi hóa
Hidrocarbon

Thành

phần

52 C, 13 H,

85-88 C, 12-

57 C, 13 H,

chính

35 O

15 H

30 O

Octan

98-100

86-94

95-97

76,300

116,900

1.5

1

1.3-1.4

2.3

7-16

7-12

3-19

1-8

*

Giá trị nhiệt
thấp

83,60089,400

(Btu/gallon)
Về mặt nhiệt
lượng
Ap l c hơi
nước
Reid(psi)
Điểm

bốc

17

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


cháy

Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
của

nhiên

liệu

trong

không
850

495

*

0.794

0.72-0.78

0.78

Kém

Tốt

Tốt

Tỉ lệ A/F

9

14.7

10

Tỉ lệ H/C

3.0

1.85

2.75-2.95

khí (%).
Nhiệt độ bốc
cháy(oF).
Tr ng lượng
riêng
(60/65°F)
Khởi động ở
nhiệt độ lạnh

2.3.2. Hỗn hợp xăng pha cồn E95
E95 hay có thể viết Ed95 là hỗn hợp gồm 95% Ethanol nguyên chất và 5%

gasoline, dùng trên động cơ diesel.
E95 cũng không thể sử dụng trên động cơ xăng, bởi vì E95 với lượng gasoline ít
nên có điểm chớp lửa thấp hơn xăng và có tính chất gần giống với dầu diesel hơn. Vì
vậy, khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn ta cần lưu ý đến nồng độ của cồn và xăng
trong hỗn hợp sao cho hợp lý ứng với từng l ai động cơ xăng hay diesel.
Động cơ sử dụng hỗn hợp xăng pha cồn có đặc điểm là tăng công suất. Đơn giản,
nếu sử dụng nhiên liệu là hỗn hợp xăng pha cồn thì động cơ có tỉ số nén cao hơn, cháy
tốt hơn vì trong cồn có chứa ôxy. Tỉ số nén cao hơn sẽ làm cho động cơ có công suất
cao hơn. Theo thống kê, nếu tăng 10% tỉ số nén có thể tăng 15% công suất.
2.4. Quy trình sản xuất nhiên liệu Ethanol
 Giai đoạn 1: chuẩn bị nguồn nguyên liệu.
18

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Nguồn nhiên liệu có thể được l a ch n có nguồn gốc th c vật như mía đường,
bắp, lúa,ngũ cốc….Nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau nhưng phải có một số
đặc tính giống nhau như:
 Mía đường hay lúa phải được nghiền nát.
 Tinh bột và cenlulo (chất xơ) phải được nghiền nát, vì vậy chúng mới có thể
thấm nước và bước cuối cùng tách từng phần tử riêng biệt của tinh bột.
Nấu nguyên liệu:
Tinh bột được chuyển đổi thành đường dưới hai dạng là hoá lỏng và hoá đường
do được thêm nước, enzin và nhiệt. L a ch n enzin thích hợp sẽ xác định s giám
sát tình trạng nấu được cài đặt (như thông tin về nhiệt độ, áp xuất và độ PH).
o S hoá lỏng và tách tinh bột và đường ở dạng phức phải đạt các yêu cầu sau:
 Hoà trộn nguyên liệu với nước.
 Điều chỉnh độ pH của hỗn hợp ở mức thích hợp cho enzin sẽ được dùng.

 Hoà trộn hỗn hợp enzin lỏng thích hợp cho lượng tinh bột cần chuyển hoá.
 Làm nóng tinh bột, điều này làm tách các tế bào tinh bột.
Tinh bột t do sẽ ở dạng bột nhão trong suốt khi nhiệt độ tăng. Khi bột nhão dần
đến nhiệt độ enzin tối ưu, về phương diện hoá h c enzin sẽ tách tinh bột tạo
thành đường phức (dextrin).
o Khi s hoá lỏng này hoàn tất, bột nhão xuất hiện.
S hoá đường và tách đường phức thành đường đơn gồm các bước:
 Làm nguội bột nhão tới nhiệt độ tối ưu cho enzin hoá đường.
 Điều chỉnh độ pH của bột nhão tới mức yêu cầu nhờ thêm enzin.
 Hoà trộn lượng enzin thích hợp để đường hoá lỏng chuyển đổi thành đường có
thể dùng được.

19

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
 Giữ cho độ pH và nhiệt độ (122-1400F) trong khoảng thích hợp và không đổi cho
đến khi hoá đường hoàn toàn, điều này được th c hiện bằng cách kiểm tra nồng độ
đường.
 Giai đoạn 2: Sự lên men.
 Tại thời điểm này tinh bột đã tách thành đường glucose đơn giản và ở dạng hạt
rất nhỏ, được g i là men. Men trong quá trình chuyển hoá glucose, tạo ra ethanol
và CO2. Như với enzin, men phải có khoảng nhiệt độ tối ưu.
 Bột nhão được chuyển tới thùng lên men và được làm lạnh đến nhiệt độ tối ưu
(khoảng 80 -900F ) và phải đảm bảo rằng không có nhiễm bẩn xảy ra.
 Thêm vào lượng men thích hợp. Lượng men này sẽ bắt đầu tạo ra cồn và trở
thành bột nhão trong 8 -12% bột cồn và sau đó trở nên không tác dụng nữa khi
lượng cồn trở nên quá cao.

 Bây giờ bột nhão đã sẵn sàng dùng cho chưng cất, tách b t từ thể bột nhão, tại
giai đoạn này sẽ giúp ngăn ngừa s tắt nghẽn trong quá trình chưng cất.
 Giai đoạn 3: chƣng cất.
S chưng cất nhằm tách Ethanol từ dạng b t mà hầu hết là nước và cồn. Ethanol
sôi tại 1720F trong khi đó nước sôi ở 2120F, bằng cách làm nóng b t này tới 1720F,
ethanol sẽ hoá hơi và cô đặc tới 90% (192 proof) Ethanol và điều này có được nhờ thêm

Gỗ xanh

Acid hoặc enzymes
Thủy phân
hóa h c

Cấp liệu
Mạt gỗ, phoi
nghiền.
Lưu trữ
ethanol
vào các bước khử nước.

Thêm nước
Quá trình
chưng cất

Trung hòa và
tinh chế đường
Đường

Mật đường

Sơ, tinh bột

Quá trình lên men

Hình 2.3 Sơ đồ sản xuất Ethanol từ gỗ xanh.

20

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
2.5. Những ƣu nhƣợc điểm chính khi sử dụng Cồn trên ô tô
2.5.1. Ƣu điểm
Cồn có chỉ số octan cao hơn xăng khả năng chống kích nổ cao hơn, nên thường
được dùng để pha vào xăng nhằm tăng chỉ số octan của hỗn hợp; bên cạnh đó, nếu pha
chế hỗn hợp xăng - cồn với tỉ lệ thích hợp sẽ dùng tốt trên động cơ đốt trong và nhất là
trên ô tô nhằm mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cũng là một giải pháp tiết
kiệm nhiên liệu ở các nước phải nhập khẩu xăng, dầu nói riêng và trong tình hình giá
xăng, dầu gia tăng như hiện nay nói chung.
Nhiên liệu cồn cháy sạch hơn xăng, do trong thành phần của nhiên liệu có chứa
một lượng ôxy. Lượng ôxy này sẽ góp phần tham gia vào phản ứng cháy trong buồng đốt
động cơ, từ đó hỗn hợp hòa khí sẽ cháy hoàn hảo hơn, sản phẩm cháy ít khí độc hại hơn –
đặc biệt là lượng CO, CO2 thải ra ít, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường.
Cồn chủ yếu sản suất từ th c vật, nguyên liệu dễ tìm. Với công nghệ hiện nay, cồn
còn được sản xuất từ các chất thải nông nghiệp - đây là nguồn nguyên liệu vô tận mà lâu
nay thường bị bỏ qua. Do đó, nếu được đầu tư đúng mức, sản lượng cồn sẽ ngày càng
một tăng cao, dẫn đến giá thành cũng ngày càng được giảm xuống. Đặc biệt là kết hợp
phát triển nền nông nghiệp, tạo thêm công ăn việc làm cho xã hội, tăng đời sống người
dân, nhất là nông dân, từng bước rút ngắn khỏang cách giữa thành thị và nông thôn.

Từ những điều đã nêu trên, ta thấy rằng việc sản xuất ra nhiên liệu cồn cũng không
đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp lắm. Vì thế cồn có thể chế tạo trong nước. Với lợi thế
nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cây cối phát triển quanh năm, nền nông
nghiệp rất phát triển, nhưng hiện nay ta lại phung phí rất nhiều nguyên liệu mà đáng lẽ ra
phải được tận dụng để sản xuất ra nguồn nhiên liệu – cồn rất hữu dụng trong nhiều mặt,
kể cả về mục tiêu trước mắt lẫn về lâu dài chiến lược phát triển nền kinh tế đất nước.
Trong mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, phát triển ngành nông nghiệp và
công nghiệp chế biến lấy nguyên liệu từ nông nghiệp như công nghiệp chế biến cồn là
một vấn đề rất cần quan tâm.
Song song với việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất cồn thì vấn đề về sản
xuất hay cải tiến ôtô sử dụng nhiên liệu cồn cũng được đặt ra. Thông thường hiện nay,
21

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
người ta thường sử dụng nhiên liệu cồn ở dạng nguyên chất hoặc xăng pha cồn cho
những động cơ mà nguyên thủy là sử dụng xăng hoặc diesel. Do đó, ô tô sử dụng nhiên
liệu cồn có thể dùng xăng pha cồn hay có thể kết hợp dùng xăng hay diesel với cồn song
song trên cùng một động cơ.
Cồn là hydrocacbon thuộc h alcolhol nên ngậm ôxy, cho nên cồn dễ cháy với tỉ lệ
hòa khí thấp hơn xăng hay diesel rất nhiều. Tỉ số A/F của cồn từ 4,5:1 đến 9,5:1 trong khi
của xăng là 14.7:1, diesel 14.4:1.
2.5.2. Nhƣợc điểm
Trong bản thân cồn có chứa một lượng tạp chất nhất định, trong đó có axít axêtic,
andehid,…Axit axêtic trong cồn làm ăn mòn da và ăn mòn vật liệu. Chất andehid có
trong cồn dễ làm cho người ta say khi hít phải. Vì thế sẽ rất nguy hiểm khi hít hay uống
cồn.
So với nhiên liệu xăng, thì động cơ sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốn nhiều hơn.

Điều này là do tỉ lệ giữa nhiên liệu và không khí trong hỗn hợp hòa khí thấp. Từ đó dẫn
đến khoảng [(1,6 - 1,7)lít] cồn tương đương 1 lít xăng làm cho giá thành sử dụng hiện
nay của cồn cao hơn xăng và diesel.
Xe khó khởi động khi trời lạnh do nhiệt hóa hơn của cồn cao. Trước khi hòa khí
cồn cần một lượng nhiệt tương đối lớn để hóa hơi, điều này làm phức tạp thêm trong chế
tạo hệ thống nạp nhiên liệu trên động cơ. Do đó, hạn chế sử dụng ở những vùng có khí
hậu lạnh.
Methanol cháy có lửa không màu, do đó rất khó phát hiện dưới ánh sáng mặt trời,
khó khăn cho bảo quản và chuyên chở.
2.6. Những thay đổi kỹ thuật của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn
2.6.1. Những yêu cầu đối với động cơ khi chạy nhiên liệu cồn
- Hệ thống nhiên liệu của động cơ phải đảm bảo cho động cơ dễ khởi động do cồn có
nhiệt ẩn hóa hơi cao.
- Cồn có trị số octan cao nên có thể tăng tỉ số nén của động cơ, để bù một phần công
suất cho động cơ do nhiệt trị của cồn thấp.
22

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
2.6.2. Phƣơng án cải tạo động cơ
2.6.2.1 Thay đổi tỉ số nén của động cơ :
Tỉ số nén là một trong những thông số nhiệt động h c quan tr ng có ảnh hưởng
đến cá chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ .
2.6.2.1.1 Hạ bớt chiều cao nắp máy
Tăng tỉ số nén bằng cách hạ chiều cao nắp máy, làm cho thể tích buồng đốt giảm
đi
Ưu điểm là đơn giản dễ tiến hành nhưng cần chú ý đến khỏang giữa piston và xupáp.
2.6.2.1.2 Thay đổi kết cấu piston – xylanh

Để tăng tỷ số nén thì thể tích buồng đốt cần giảm một lượng Vc
Bằng cách tăng chiều cao đỉnh piston, so với điểm chết trên cũ của piston .
Vc = Vc1-Vc2
Vc1: thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén ban đầu.
Vc2 : thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén muốn tăng.
Để đảm bảo tính động l c của động cơ ít bị thay đổi có thể không tăng chiều dày piston
mà dịch tâm chốt về phía chân piston một đ an bằng h. Như vậy thể tích buồng đốt
giảm đi một lượng để có tỉ số nén cần tăng .
Về mặt kết cấu : khi ở điểm chết trên ,đỉnh piston sẽ cao hơn bề mặt thân máy .Còn khi
chưa tăng đỉnh piston thấp hơn bề mặt thân máy .Để l c ngang phân bố đều trên bề mặt
dẫn hướng của xylanh khi piston vận động thì vị trí tâm chốt thường cao hơn vị trí phần
tr ng tâm thân piston
Thường Hch = ( 0,6-0,7 )Ht
Với Hch : chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt ( mm)
Ht

: chiều cao từ đáy piston đến tr ng tâm thân piston ( mm)

Vì vậy khi thay đổi vị trí tâm chốt thì chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt phải nằm
trong giới hạn qui định này. Phương án này có ưu điểm cải tạo đơn giản .Nhược điểm
23

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
do thay đổi kết cấu piston làm thay s phân bố l c ngang thay đổi và gây mài mòn tăng,
giảm tuổi th động cơ.
2.6.2.1.3 Thay đổi cụm piston – xylanh
Thay cụm piston – xylanh có đường kính lớn hơn cũng làm tăng tỉ số nén

,nhược điểm là khi dùng xăng sẽ dễ gây kích nổ .Phải dùng xăng có trị số octan cao .
2.6.2.2 Cải tiến hệ thống nhiên liệu
Ethanol có nhiệt ẩn hóa hơi cao và khả năng bay hơi kém nên khi động cơ khởi
động khó .Vì vậy nhiên liệu Ethanol phải được xông nóng hoặc sử dụng các biện pháp
khác như :
-

Bố trí vị trí ống hút gần ống xả để tận dụng nguồn nhiệt của khí xả

-

Xông nóng hỗn hợp bằng cách bố trí ống nạp gần đường ống xảnhưng cần chú ý đến an
tòan cháy nổ. Hoặc dùng điện trở nhiệt để xông nóngnhiên liệu.

-

Gắn thêm bugi xông nóng trên đường ống nạp

-

Có thể khởi động bằng xăng sau đó mới chạy bằng cồn.

2.7.

Phƣơng pháp sử dụng nhiên liệu cồn trên ô tô
2.7.1. Đối với cồn nguyên chất
Ưu điểm cháy của cồn nguyên chất 85% - 90% thì tốt hơn, trước hết thiết bị chưng

cất rẻ hơn và có thể tạo ra nhiên liệu có giá thành thấp hơn xăng. Thứ hai là chúng ta có
thể pha từ 5-15% nước vào trong cồn.

Bất lợi là ta phải hiệu chỉnh lại động cơ để chạy cồn hoặc chạy song song hai loại
nhiên liệu.
Methanol được sử dụng với tỉ số nén rất cao khi có hoặc không có turbocharge,
không khí được làm mát sau khi được tăng áp. Khuynh hướng đánh lửa sớm hầu hết tại
mức hỗn hợp loãng.
Cồn có nhiệt hóa hơi cao hơn xăng nên cần hâm nóng đường ống nạp. Khi trời lạnh
động cơ khó khởi động, nên cần hâm nóng nhiên liệu bằng cách gắn bugi xông trên đường

24

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
ống nạp, pha thêm 8 % pentane để dễ khởi động (nếu nhiệt độ < 00C). Có thể khởi động
bằng xăng sau đó mới chạy bằng cồn.
2.7.1.1. Hiệu suất sử dụng nhiên liệu cồn
Ở đây ta thấy áp suất hiệu dụng của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn cao hơn là do nhiên
liệu được đưa vào nhiều hơn. [Do chuẩn bằng 1 tức là A/F = 14,7:1 mà  (xăng) = 0.88  0.95
= A/F =20% còn  (cồn) = 0,75  0.8 = 40%].
Giới hạn cho cồn và xăng tương t nhau và cả hai nhiên liệu phát ra hiệu suất nhiệt
cao nhất ở khoảng 15% không khí, với hỗn hợp lớn hơn 15% thì cả hai nhiên liệu đều

M
ã

mất hiệu suất nhiệt.

Công suất c c đại

1/3 công suất

Hinh 2.4 Đồ thị công suất động cơ sử dụng nhiên liệu cồn.
2.7.2. Đối với hỗn hợp xăng pha cồn

25

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du