Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu nhằm nâng cao tính hiệu quả và giảm phát thải độc hại cho động cơ và phương tiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

.......................................

NGUYỄN BÁ HƯNG

NGHIÊN CỨU XỬ DỤNG PHỤ GIA NHIÊN
LIỆU NHẰM NÂNG CAO TÍNH HIỆU QUẢ VÀ
GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC CHO ĐỘNG CƠ VÀ
PHƯƠNG TIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS. TS. LÊ ANH TUẤN

HÀ NỘI – 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài
nghiên cứu nào khác.

Tác giả

NGUYỄN BÁ HƯNG

1

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................7
Chương I. TỔNG QUAN ..................................................................................9
1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu trên thế giới .................9
1.1.1. Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động cơ xăng ................................9
1.1.2. Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diesel..............................12
1.1.3. Phụ gia nhiên liệu Nano ................................................................16
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu ở Việt Nam..................18
Chương II. MỘT SỐ PHỤ GIA NANO ĐIỂN HÌNH
VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG.........................................................20
2.1. Phụ gia eefuel ..........................................................................................20
2.2. Phụ gia Maz.............................................................................................25
2.2.1. Thành phần....................................................................................25
2.2.2. Cơ chế tác dụng.............................................................................25
2.2.3. Một số kết quả thử nghiệm đối chứng phụ gia Maz ........................25
2.3. Phụ gia CeO2 ...........................................................................................26
2.3.1. Giới thiệu chung về CeO2 ..............................................................26
2.3.2. Phương pháp tổng hợp CeO2 .........................................................29
2.3.3. Phụ gia nano xêri ôxit CeO2 cho nhiên liệu diesel..........................34
Chương III. CƠ SỞ LÝ LUẬN KHẢO SÁT CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC
VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL .....................................................38
3.1. Các chỉ tiêu công tác của động cơ ............................................................38
3.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình...............................................................38

3.1.2. Công suất chỉ thị của động cơ........................................................38

2


3.1.3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị.......................................................39
3.1.4. Hiệu suất chỉ thị của chu trình công tác.........................................39
3.1.5. Quan hệ giữa các thông số chỉ thị của chu trình công tác ..............39
3.1.6. Các thông số có ích........................................................................41
3.2. Phát thải độc hại của động cơ diesel.........................................................43
3.2.1. Sản phẩm cháy và các thành phần độc hại chính của ĐC Diesel ...43
3.2.2. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải của động cơ diesel ................46
3.3. Thử nghiệm công nhận kiểu về khí thải của động cơ đốt trong.................48
3.3.1. Tổng quan về thử nghiệm công nhận kiểu ......................................48
3.3.2. Khảo sát chu trình thử Châu Âu ECE R49 (EURO II)....................51
Chương IV. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG
CỦA PHỤ GIA NANO CeO2 ĐẾN ĐỘNG CƠ ................................................53
4.1. Mục đích thử nghiệm...............................................................................53
4.2. Phương pháp thử nghiệm .........................................................................53
4.3. Đối tượng thử nghiệm..............................................................................53
4.4. Trang thiết bị thử nghiệm ........................................................................54
4.5. Quy trình thử nghiệm...............................................................................66
4.5.1. Chuẩn bị thử nghiệm......................................................................66
4.5.2. Quy trình thử nghiệm....................................................................67
Chương V. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ...............................68
5.1. Độ mờ khói..............................................................................................68
5.2. Thành phần THC .....................................................................................69
5.3. Thành phần CO và CO2 ...........................................................................70
5.4. Thành phần NOx ......................................................................................72
5.5. Suất tiêu thụ nhiên liệu ............................................................................74

5.6. Áp suất trong xylanh................................................................................76
5.7. Kết luận...................................................................................................78
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................81
PHỤ LỤC..........................................................................................................83

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MTBE

Methyl tert-butyl ether

TAME

Tertiary amyl methyl ether

ETBE

Ethyl tertiary butyl ether

BHT

Butylated hydroxytoluene

TEL

Tetraethyl lead

MMT

Methylcyclopentadenyl manganese tricarbonyl

DCI

Darex corrosion inhibitor (Chất ức chế ăn mòn Darex)

EHN

2-Ethylhexyl nitrate

DTBP

Di-tertiary butyl peroxide

TBA

Tertiary-butylalcohol

TREO

Total rare earth oxides (Tổng số ôxit đất hiếm)

M

Nồng độ mol/l

PTFE

Polytetrafluoroethylene

XRD

X-ray Diffraction ( nhiễu xạ tia X)

TEM

Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua)

JCPDS

Dữ liệu tiêu chuẩn về xêri ôxit

ECU

Electronic control unit (Bộ điều khiển điện tử)

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1. Kết quả đo các thành phần khí thải. ........................................................24
Bảng 2. Xe chạy với nhiên liệu diesel 0,025% S. .................................................26
Bảng 3. Xe chạy với nhiên liệu diesel 0,025% S pha phụ gia Maz 200
với tỷ lệ pha 1000 ppm. .......................................................................................26
Bảng 4. Đặc tính vật lý của xêri ôxit....................................................................27
Bảng 5. Kết quả tính kích cỡ CeO2 tạo ra từ các chất tiền thân Ce(OH)4 và

xêri axêtat ở các thời gian xử lý khác nhau. .........................................................32
Bảng 6. Phân loại ôtô của tiêu chuẩn Châu Âu. ...................................................51
Bảng 7. Diễn giải các mode của chu trình thử ECE R49. .....................................52
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Nhiên liệu không sử dụng phụ gia eefuel. ............................................21
Hình 2.2. Nhiên liệu có pha phụ gia eefuel. .........................................................21
Hình 2.3. Cơ chế làm sạch muội than của phụ gia eefuel. ....................................22
Hình 2.4. Kết quả đo công suất tại chế độ 30% tải. ..............................................23
Hình 2.5. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ 30% tải..........................23
Hình 2.6. Kết quả đo công suất tại chế độ 80% tải...............................................23
Hình 2.7. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ 80% tải..........................23
Hình 2.8. Mạng lưới tinh thể của CeO2................................................................27
Hình 2.9 CeO2 sử dụng Ce(OH)4 (2500C) như một hàm của thời gian. ................31
Hình 2.10 CeO2 sử dụng xêri axêtat (2500C) như một hàm của thời gian. ...........31
Hình 2.11. CeO2 từ Ce(OH)4 (24 giờ) xử lý nhiệt ở
(a) 5000C, (b) 10000C. .........................................................................................33
Hình 2.12. CeO2 từ xêri axêtat (24 giờ) xử lý nhiệt ở
(a) 5000C, (b) 10000C. .........................................................................................33
Hình 2.13. Hình ảnh quan sát TEM và sự nhiễu xạ electron của CeO2 tạo ra
từ xêri(IV)hyđrôxit (a) và xêri axêtat (b) sau 24 giờ xử lý thủy nhiệt. ..................34
Hình 2.14. Dung dịch phụ gia Nano CeO2 ...........................................................35
Hình 2.15. Hình ảnh chụp hạt nano CeO2 trên kính hiển vi điện tử TEM. ..........35

5


Hình 3.1. Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ diesel theo λ...................46
Hình 3.2. Sơ đồ thể hiện các mode của chu trình thử ECE R49...........................52
Hình 4.1. Băng thử nghiên cứu SCRE tại PTN ĐCĐT.........................................54
Hình 4.2. Động cơ thí nghiệm AVL-5402............................................................55

Hình 4.3. Cụm phanh điện với rôto có trục nối với trục động cơ..........................56
Hình 4.4. Hệ thống làm mát dầu bôi trơn và nước làm mát AVL-577. .................57
Hình 4.5 : Thiết bị Throttle actuator. ..................................................................58
Hình 4.6 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của 733S. .................................................59
Hình 4.7 Sơ đồ bộ phân tích khí CO. ..................................................................60
Hình 4.8 Sơ đồ bộ phân tích khí NOx..................................................................62
Hình 4.9 Sơ đồ bộ phân tích O2. ..........................................................................63
Hình 4. 10. Sơ đồ bộ phân tích HC. .....................................................................65
Hình 5.1. Diễn biến độ mờ khói (opacity) theo đặc tính tải ở tốc độ 1400 v/ph....68
Hình 5.2. Sự phân bố kích cỡ hạt khí thải của động cơ diesel. .............................69
Hình 5.3. Mức độ cải thiện thành phần THC theo thời gian chạy động cơ. ..........70
Hình 5.4. Mức độ cải thiện thành phần CO theo thời gian chạy đông cơ..............71
Hình 5.5. Mức độ cải thiện thành phần CO2 theo thời gian chạy đông cơ.............71
Hình 5.6. Mức độ cải thiện thành phần NOx theo thời gian chạy động cơ. ...........73
Hình 5.7. Tổng hợp mức độ cải thiện theo thời gian chạy động cơ đối với các
khí thải khác nhau...............................................................................................73
Hình 5.8. Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính tải ở tốc độ 1400 v/ph của
động cơ trong các trường hợp sử dụng diesel và diesel pha phụ gia nano CeO2 ...74
Hình 5.9. Mức độ cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu theo thời gian chạy động cơ. 75
Hình 5.10. Biên dạng áp suất theo góc quay trục khuỷu ở 1400 v/ph với diesel
và với diesel pha CeO2 ở các lần đo khác nhau (L1, L2, L3)................................77
Hình 5.11. Biên dạng áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu ở 1800 v/ph (trái)
và 3000 v/ph (phải)..............................................................................................77

6


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay thế giới đang phải đối mặt với một thực tế là nguồn nhiên liệu hóa
thạch dầu mỏ đang có xu hướng ngày càng cạn kiệt. Bên cạnh đó, vấn đề ô nhiễm

môi trường do khí thải từ các phương tiện giao thông vận tải cũng đang trở nên
đáng báo động. Do vậy, việc nghiên cứu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu thành
phần khí thải độc hại của động cơ đốt trong trên các phương tiện cơ giới là cần thiết
và nằm trong xu thế chung của Việt Nam và thế giới.
Một hướng đang được tập trung nghiên cứu nhằm tiết kiệm năng lượng và
giảm thiểu khí thải độc hại từ động cơ là sử dụng phụ gia cho nhiên liệu, điển hình
là phụ gia nano. Trên thế giới, đã có những công ty, tổ chức nghiên cứu và sử dụng
loại phụ gia này như công ty Oxonica của Anh, tập đoàn công nghệ nhiên liệu nano
của Mỹ, công ty Nanoscience Innovation của Singapore. Tại Việt Nam, phụ gia
nano cho nhiên liệu cũng đang được đầu tư nghiên cứu. Cùng nằm trong xu thế đó,
tác giả đã chọn phụ gia nhiên liệu là đề tài cho nghiên cứu của mình với tên:
“Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu nhằm nâng cao tính hiệu quả và giảm phát
thải độc hại cho động cơ và phương tiện”.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là nâng cao tính hiệu quả và giảm phát thải
độc hại cho động cơ bằng cách sử dụng phụ gia nhiên liệu.
Với mục đích nâng cao tính hiệu quả và giảm phát thải độc hại cho động cơ,
đề tài tập trung vào nghiên cứu sử dụng phụ gia nano Xêri ôxit (CeO2) cho nhiên
liệu diesel. Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ nghiên cứu một xylanh AVL
5402 tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội để xác
định hàm lượng khí thải độc hại, tiêu thụ nhiêu liệu và diễn biến áp suất trong
xylanh của động cơ trong các trường hợp sử dụng và không sử dụng phụ gia nano
CeO2 cho nhiên liệu.
Trên cơ sở mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, tác giả đã tiến hành thực
hiện một số nội dung sau:
• Tìm hiểu tổng quan về tình hình nghiên cứu và sử dụng phụ gia nhiên liệu trên
thế giới và tại Việt Nam.

7

• Nghiên cứu một số phụ gia nano điển hình và cơ chế tác động của chúng. Đây
thực chất là nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của các loại phụ gia nano đến động
cơ.
• Nghiên cứu cơ sở lý luận về các chỉ tiêu công tác và các thành phần phát thải
của động cơ. Đây là cơ sở để nghiên cứu phát triển và khai thác hiệu quả động cơ
đốt trong.
• Nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá tác động của phụ gia nano CeO2 đến động
cơ.
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu bằng thực
nghiệm tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, ĐHBK Hà Nội. Trong đó thực
hiện thử nghiệm đối chứng đối với hai loại nhiên liệu là diesel và diesel pha phụ gia
nano CeO2 theo các đường đặc tính tải ở các tốc độ 1400 v/ph, 1800 v/ph và 3000
v/ph. Trong mỗi lần động cơ chạy với từng loại nhiên liệu tiến hành đo suất tiêu hao
nhiên liệu và các thành phần khí thải độc hại. Đối với trường hợp sử dụng phụ gia
nano CeO2 thực hiện 3 lần đo ứng với các thời gian động cơ chạy ổn định 0 giờ (đo
lần đầu), 20 giờ và 56 giờ. Kết quả thử nghiệm tính trung bình theo các hệ số của
chu trình thử nghiệm khí thải Châu Âu ECE R49.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong đề tài này cho thấy, so với khi động cơ
sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống, động cơ dùng nhiên liệu có pha phụ gia
nano CeO2 cho suất tiêu hao nhiên liệu và các thành phần khí thải thấp hơn sau thời
gian 56 giờ chạy động cơ.
Trong thời gian thực hiện ngắn, nên luận văn không thể tránh khỏi những
thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để luận văn hoàn thiện
hơn.
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Anh Tuấn, người
đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong quá trình tác giả thực hiện luận văn. Tác giả
cũng xin gửi lời cám ơn tới tất cả các quý thầy cô trong Phòng thí nghiệm Động cơ
đốt trong - Trường ĐHBK Hà Nội, cùng các anh chị em đồng nghiệp đã giúp đỡ và
tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn của mình đúng thời hạn.

8


Chương I. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu trên thế giới
1.1.1. Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động cơ xăng
Phụ gia nhiên liệu có thể hiểu là những chất phụ được pha vào nhiên liệu với
tỷ lệ nhất định nhằm cải thiện chất lượng và tính hiệu quả của nhiên liệu sử dụng
cho động cơ đốt trong.
Phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng có thể hoạt động như một chất bôi trơn
trong động cơ hoặc có thể làm tăng chỉ số ốc tan cho nhiên liệu động cơ xăng.
Trong khi đây là hai lợi ích tuyệt vời thì bên cạnh đó phụ gia nhiên liệu có thể chứa
những chất gây nguy hiểm cho môi trường, như : chất chống ôxi hóa, chất ôxi hóa
và chất ức chế ăn mòn kim loại.
Trên thế giới, phụ gia dùng cho nhiên liệu xăng có nhiều loại với những công
dụng khác nhau. Các kiểu phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng bao gồm : kiểu oxy
hóa (Oxygenates), kiểu chống oxy hóa (Antioxidants), kiểu chống kích nổ
(Antiknock) và kiểu ức chế ăn mòn (Corrosion inhibitors) [20].
1.1.1.1. Kiểu phụ gia oxy hóa.
Kiểu phụ gia ôxy hóa gồm có hai nhóm là cồn (alcohols) và ête (Ethers).
Trong đó nhóm cồn thì có thể kể đến các chất như methanol, ethanol; còn đối với
nhóm ête thì gồm có MTBE, TAME và ETBE.
+ Phụ gia thuộc nhóm cồn:
- Methanol: Methanol (methyl alcohol) CH3OH là một chất lỏng không màu ở
nhiệt độ thường với mùi alcohol nhẹ đặc trưng và có thể được sử dụng như một phụ
gia để pha vào xăng nhằm tăng chỉ số ốc tan. Tuy nhiên phụ gia này có nhược điểm
là tan vô hạn trong nước nên có thể dẫn đến những hậu quả không tốt hay nói cách
khác là methanol có tính hút ẩm nên nhiên liệu có methanol để một thời gian sẽ bị
đọng nước và tất nhiên khi dùng cho động cơ sẽ có hại.
Ở Mỹ, methanol được sử dụng như thành phần nhiên liệu chủ yếu từ sau thập

kỷ 1940. Methanol cũng được sử dụng với động cơ tăng áp cơ khí trong tốp xe đua
chạy bằng cồn. Mãi đến năm 2006, tất cả các phương tiện ở thành phố Indianapolis

9


(Mỹ) đã chạy với methanol. Methanol có thể được sử dụng ở mức độ thấp cùng với
việc sử dụng những chất chống ăn mòn trong những phương tiện hiện nay. Tiêu
chuẩn chất lượng nhiên liệu châu Âu cho phép lên đến 3% methanol với một lượng
dung môi thích hợp để pha vào xăng. Ngày nay, Trung Quốc là nước sử dụng nhiều
hơn một tỷ gallons methanol trên một năm với vai trò như một nhiên liệu trong hỗn
hợp với xăng ở mức thấp để sử dụng cho các phương tiện hiện nay và ở mức cao
trong các phương tiện được thiết kế để phù hợp với việc sử dụng nhiên liệu
methanol.
- Ethanol: Ethanol (C2H5OH) là loại nhiên liệu dạng cồn, nó có thể được sản
xuất 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 mì, lúa mạch… Ngoài ra, ethanol còn
được sản xuất từ cây, cỏ có chứa cellulose.
Ethanol cũng được sử dụng như một chất phụ gia để tăng trị số ôctan cho
nhiên liệu xăng nhằm cải thiện quá trình cháy trong động cơ từ đó giảm khí thải độc
hại cho động cơ xăng. Tuy nhiên, ethanol có nhược điểm lớn là tính hút ẩm do vậy
sẽ có ảnh hưởng không tốt tới động cơ.
Trên thế giới, Brazil là quốc gia có nền công nghiệp nhiên liệu ethanol lớn
nhất. Hơn 20% xe ôtô ở Brazil có thể sử dụng 100% ethanol như là một nhiên liệu,
trong đó gồm có động cơ chỉ chạy nhiên liệu ethanol và động cơ sử dụng nhiên liệu
linh hoạt (flex-fuel). Động cơ sử dụng nhiên liệu linh hoạt ở Brazil có thể làm việc
với bất kỳ tỷ lệ nào của ethanol và xăng. Xăng bán ở Brazil chứa ít nhất 25%
ethanol khan, nhưng chính phủ đã yêu cầu tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu
giảm xuống còn 20% trong giai đoạn 90 ngày bắt đầu từ ngày 01 tháng 02 năm
2010 do giảm sự cung cấp của nhiên liệu sinh học. Bên cạnh Brazil còn có Mỹ cũng

là nước có nền công nghiệp ethanol phát triển. Theo hiệp hội nhiên liệu tái tạo, ngày
30 tháng 10 năm 2007, sản lượng ethanol của Mỹ là 7 tỷ gallons trên một năm. Mỹ
cũng là nước có động cơ sử dụng nhiên liệu linh hoạt, động cơ này có thể chạy từ
0% đến 85% ethanol(15% xăng), mức ethanol cao hơn 85% thì chưa nhận được sự
cho phép của chính phủ.

10


+ Phụ gia thuộc nhóm ête
- MTBE : là một chất dễ bay hơi, dễ cháy và là chất lỏng không màu, không
trộn lẫn được với nước. MTBE là một phụ gia dùng cho nhiên liệu xăng, được sử
dụng như một chất ôxy hóa và để làm tăng chỉ số ốctan cho xăng.
Ở Mỹ, MTBE đã được sử dụng trong xăng ở mức độ thấp từ năm 1979 để thay
thế cho tetra-ethyl chì và để làm tăng chỉ số ốctan giúp ngăn ngừa động cơ khỏi sự
kích nổ.
- TAME : là một ête và được sử dụng như một phụ gia ôxy hóa cho xăng. Nó
được thêm vào xăng vì ba lý do: thứ nhất là để làm tăng chỉ số ốctan của xăng, thứ
hai là để thay thế tetraethyl chì và lý do cuối cùng là làm tăng hàm lượng ôxy trong
xăng. Phụ gia TAME pha vào trong nhiên liệu có tác dụng giảm khí thải độc hại
như những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.
1.1.1.2. Kiểu phụ gia chống ôxy hóa
Trong thành phần của nhiên liệu cần pha chế có chứa nhiều olefin, những chất
này có xu hướng tạo nhựa và ôxi hoá nên người ta cho thêm chất phụ gia để làm
chậm quá trình tạo nhựa và ôxi hoá của các thành phần ôlefin có trong xăng. Các
phụ gia thuộc loại này có thể kể đến như BHT, 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol.
Trong đó BHT là một hợp chất béo và có thể được sử dụng như một phụ gia chống
ôxy hóa trong nhiên liệu. Tương tự với BHT, 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol cũng
được sử dụng như một phụ gia chống ôxy hóa, ví dụ như nó có tác dụng ngăn ngừa
tạo nhựa trong nhiên liệu.

1.1.1.3. Kiểu phụ gia chống kích nổ
Kiểu phụ gia chống kích nổ có thể kể đến như TEL và MMT. Trong đó TEL là
một hợp chất có công thức (CH3CH2)4Pb và được sử dụng như một phụ gia chống
kích nổ hay như làm gia tăng chỉ số ốctan trong xăng. Một trong những thuận lợi
lớn nhất của TEL ngoài khả năng chống kích nổ hoặc làm tăng chỉ số ốctan của
xăng đó là mật độ tập trung cần thiết rất thấp Tuy nhiên việc sử dụng TEL bị gián
đoạn bởi vì tác hại của chì và ảnh hưởng có hại của nó lên bộ xúc tác khí xả. TEL
được sử dụng như một phụ gia trong xăng bắt đầu ở Mỹ, trong khi đó ở châu Âu,

11


cồn được sử dụng đầu tiên. Đối với phụ gia MMT, công thức của nó là
(CH3C5H4)Mn(CO)3. Phụ gia MMT bắt đầu được đưa ra thị trường vào năm 1958,
nó có vai trò như một phần bổ sung với phụ gia tetraethyl lead để làm tăng chỉ số
ốctan của nhiên liệu, về sau thì MMT được sử dụng trong xăng không chì. Mặc dù
bị cấm sử dụng như một phụ gia ở Mỹ từ năm 1977 đến 1995 nhưng MMT đã được
sử dụng trong xăng ở Canada từ năm 1976 (năm 1997 đến năm 1998 thì Canada
cũng cấm sử dụng phụ gia này do lo lắng về tính an toàn của nó) và gần đây, nó
được giới thiệu ở Australia.
1.1.1.4. Kiểu phụ gia ức chế ăn mòn
Phụ gia ức chế ăn mòn là một hợp chất hóa học được thêm vào nhiên liệu để
giảm sự ăn mòn kim loại hoặc hợp kim. Các phụ gia ức chế ăn mòn được sử dụng
cho nhiên liệu xăng gồm có: DCI-4A, DCI-6A, DCI-11, DCI-28, DCI-30 và DMA4. Trong đó DCI-4A được sử dụng rộng rãi trong nhiên liệu phản lực thương mại và
quân sự. Ngoài tác dụng ức chế ăn mòn kim loại, phụ gia này cũng hoạt động như
một chất bôi trơn. Còn phụ gia DCI-30 thì có tác dụng rất tốt trong việc ức chế ăn
mòn trong các đường ống vận chuyển nhiên liệu và nơi dự trữ nhiên liệu.
Ngoài những kiểu phụ gia kể trên, người ta còn thêm vào xăng các loại phụ
gia khác như phụ gia biến đổi cặn, các chất màu và chất tẩy rửa.
1.1.2. Phụ gia nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diesel

Phụ gia sử dụng cho nhiên liệu diesel [14] có vai trò rất quan trọng, nó có thể
giúp cải thiện chất lượng nhiên liệu hoặc cải thiện quá trình cháy cũng như góp
phần làm giảm khí thải ô nhiễm của động cơ diesel. Có bốn kiểu phụ gia được sử
dụng cho nhiên liệu diesel là :
• Phụ gia cải thiện hiệu quả động cơ và hệ thống phân phối nhiên liệu
• Phụ gia cải thiện nhiên liệu
• Phụ gia ổn định nhiên liệu
• Phụ gia kiểm soát tạp chất (contaminant control)
1.1.2.1. Phụ gia cải thiện hiệu quả động cơ và hệ thống phân phối nhiên liệu

12


Kiểu phụ gia này có thể cải thiện hiệu quả động cơ hoặc hệ thống phun nhiên
liệu. Điều này được thể hiện qua việc làm gia tăng chỉ số xêtan của nhiên liệu, làm
sạch vòi phun hoặc có thể hoạt động như một chất bôi trơn. Trong một dải nhất
định, chỉ số xêtan của nhiên liệu càng cao thì nó càng cho phép giảm độ ồn, độ khói
và có thể cải thiện khả năng khởi động của động cơ trong thời tiết lạnh.
Phụ gia EHN là một chất làm tăng chỉ số xêtan cho nhiên liệu diesel và được
sử dụng rộng rãi nhất. Nó cũng được gọi với cái tên octyl nitrate. EHN không ổn
định do nhiệt và phân hủy một cách nhanh chóng ở nhiệt độ cao trong buồng cháy.
Sản phẩm của sự phân hủy giúp quá trình cháy nhiên liệu bắt đầu và do đó rút ngắn
giai đoạn cháy trễ. EHN được sử dụng trong dải mật độ từ 0,05 đến 0,4% khối
lượng và có thể làm tăng thêm chỉ số xêtan từ 3 đến 8. Một nhược điểm của EHN
đó là nó làm giảm độ ổn định nhiệt của một vài nhiên liệu diesel. Điều này có thể
được bù đắp bằng việc sử dụng các phụ gia ổn định nhiệt.
DTBP là một phụ gia khác mà cũng được sử dụng như một chất làm tăng chỉ
số xêtan cho nhiên liệu diesel; nó kém hiệu quả hơn so với EHN. Tuy nhiên DTBP
không làm giảm độ ổn định nhiệt của hầu hết nhiên liệu diesel và nó không chứa
nitơ (điều này có thể quan trọng đối với việc đáp ứng những yêu cầu quy định về

nhiên liệu diesel tái tạo).
Nhiên liệu có thể hình thành chất kết tủa trong bề mặt lỗ vòi phun, bề mặt lỗ
phun lại đặt trong xylanh nên tiếp xúc với nhiệt độ cao. Mức độ hình thành kết tủa
là khác nhau với thiết kế động cơ, thành phần nhiên liệu, thành phần bôi trơn và các
điều kiện hoạt động là khác nhau. Nếu chất kết tủa này quá nhiều thì có thể dẫn đến
làm rối loạn hình dạng tia phun ảnh hưởng đến quá trình hòa trộn không khí - nhiên
liệu. Trong một vài động cơ, điều này có thể dẫn đến kết quả là tính kinh tế nhiên
liệu giảm và phát thải tăng. Do vậy, phụ gia tẩy rửa polymer không cặn được sử
dụng để làm sạch chất kết tủa ở vòi phun nhiên liệu, giữ cho vòi phun sạch không
cặn bẩn. Phụ gia tẩy rửa điển hình được sử dụng nằm trong dải nồng độ từ 50 tới
300 ppm.
1.1.2.2. Phụ gia cải thiện nhiên liệu

13


Phụ gia cải thiện nhiên liệu có thể kể đến như phụ gia chống tạo bọt và phụ gia
chống đóng băng. Một vài nhiên liệu có xu hướng tạo bọt khi chúng được đổ vào
thùng nhiên liệu của xe. Sự tạo bọt có thể gây trở ngại đối với việc đổ đầy hoàn toàn
nhiên liệu vào thùng hoặc có thể gây ra tràn nhiên liệu, do đó cần pha vào nhiên liệu
phụ gia chống tạo bọt. Hầu hết các loại phụ gia chống tạo bọt là những hợp chất
thuộc tổ chức silicon và được sử dụng ở nồng độ 10ppm hoặc thấp hơn. Các phụ gia
chống tạo bọt được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và châu Á để đảm bảo rằng các
khách hàng có thể đổ đầy nhiên liệu cho xe của họ. Ngoài sự tạo bọt, trong nhiên
liệu diesel còn có hiện tượng đóng băng của nước ở trạng thái tự do trong điều kiện
nhiệt độ thấp. Kết quả là những tinh thể băng có thể gây cản trở dòng chảy nhiên
liệu hoặc gây thêm cản ở bộ lọc. Cồn có khối lượng phân tử thấp có thể được thêm
vào trong nhiên liệu diesel để ngăn ngừa sự hình thành băng, cho phép hạ thấp nhiệt
độ điểm đóng băng của nước tự do trong nhiên liệu diesel thấp hơn so với nước
nguyên chất.

1.1.2.3. Phụ gia ổn định nhiên liệu
Độ không ổn định của nhiên liệu sẽ dẫn đến hình thành chất gôm và chất này
có thể gây kết tủa ở vòi phun hoặc có thể làm cản trở nhiên liệu qua bộ lọc. Đối với
các nhiên liệu diesel khác nhau thì phụ gia ổn định pha vào nhiên liệu cũng khác
nhau. Nó phụ thuộc vào nhiên liệu được tạo nên từ nguồn dầu thô và quá trình lọc
dầu và pha trộn như thế nào. Vì liên quan đến lĩnh vực hóa học phức tạp nên một
phụ gia có thể làm việc hiệu quả trong nhiên liệu này nhưng lại không làm việc hiệu
quả trong một nhiên liệu khác. Nếu một nhiên liệu cần được ổn định thì nó nên
được kiểm tra để chọn ra một phụ gia hiệu quả và tỷ lệ phù hợp.
Một trong những kiểu không ổn định của nhiên liệu là sự ôxy hóa. Sự ôxy hóa
diễn ra khi oxy trong không khí tấn công hỗn hợp phản ứng trong nhiên liệu qua
những phản ứng chuỗi phức tạp. Do vậy, chất chống ôxy hóa cần được thêm vào
nhiên liệu để làm ngừng những phản ứng chuỗi này. Các phenon bảo vệ và amin
nhất định cũng như phenylenediamin là những chất được sử dụng phổ biến nhất để

14


ngăn ngừa sự ôxy hóa trong nhiên liệu. Các chất này thường được sử dụng trong dải
nồng độ từ 10 đến 80 ppm.
Các phản ứng axit-bazơ là kiểu không ổn định khác của nhiên liệu. Những
chất ổn định được sử dụng để ngăn ngừa các phản ứng này điển hình như là những
amin có tính kiềm mạnh và được sử dụng trong dải nồng độ từ 50 tới 150 ppm.
Chúng phản ứng với những hỗn hợp axít yếu để tạo nên các sản phẩm hòa tan trong
nhiên liệu và không phản ứng thêm nữa.
Một yếu tố nữa liên quan đến độ không ổn định của nhiên liệu là kim loại. Khi
có một lượng kim loại nhất định, đặc biệt là đồng và sắt trong nhiên liệu diesel,
chúng sẽ làm xúc tác cho những phản ứng liên quan đến độ không ổn định của
nhiên liệu. Những chất khử hoạt tính kim loại được sử dụng để khử những kim loại
này và làm vô hiệu hóa ảnh hưởng xúc tác của chúng. Những chất này thường được

sử dụng trong dải nồng độ từ 1 tới 15 ppm.
1.1.2.4. Phụ gia kiểm soát tạp chất
Những phụ gia thuộc loại này chủ yếu được sử dụng để giải quyết những vấn
đề nội tại trong hệ thống phân phối và dự trữ nhiên liệu. Nhiên liệu diesel có thể
nhanh chóng trở nên bẩn nếu phơi ra ngoài môi trường không khí hoặc hơi nước có
nhiều vi sinh vật. Những vi sinh vật này bao gồm cả vi khuẩn và nấm. Bởi vì hầu
hết những vi sinh vật cần nước tự nhiên để phát triển nên sự phát triển của vi sinh
thường tập trung ở bể mặt nhiên liệu tiếp xúc với hơi nước. Thời gian phát triển của
vi sinh cũng là vấn đề quan trọng. Khi quần thể vi sinh vật có thời gian để phát triển
lớn mạnh hơn, chúng sẽ sinh ra những chất có tính axít và làm gia tăng sự ăn mòn
thùng nhiên liệu.
Các đioxit có thể được sử dụng như một phụ gia để giải quyết vấn đề vi sinh
vật bằng cách tấn công chúng. Một đioxit có thể không làm việc nếu có một lớp
màng sinh học dày tích tụ trên bề mặt của thùng nhiên liệu hoặc các thiết bị khác
bởi vì nó có thể không có khả năng thâm nhập vào các tổ chức sống ở sâu bên trong
lớp màng. Trong trường hợp này, thùng nhiên liệu phải được tháo cạn và làm sạch.
Bên cạnh việc làm dừng sự phát triển của vi sinh vật, đioxit cũng loại bỏ khối vi

15


sinh vật tích lũy để tránh tắc lọc nhiên liệu. Các đioxit dùng làm phụ gia có thể
được sử dụng trong dải nồng độ từ 200 đến 600 ppm.
Bình thường, các hydrocacbon và nước trong nhiên liệu ở trạng thái riêng rẽ.
Nếu nhiên liệu chứa các hợp chất phân cực và nước trong nhiên liệu ở trạng thái tự
do thì nhiên liệu và nước có thể hình thành thể nhũ tương. Chất khử nhũ tương là
chất hoạt tính bề mặt mà phá vỡ thể nhũ tương và cho phép nhiên liệu và nước tách
ra. Các chất khử nhũ tương được sử dụng nằm trong dải nồng độ từ 5 tới 30 ppm.
Hầu hết các đường ống và thùng chứa nhiên liệu được làm từ thép và kiểu ăn
mòn phổ biến nhất là hình thành gỉ sắt do sự có mặt của nước. Sự hóa gỉ có thể gây

ăn mòn thép và tạo nên các lỗ thũng. Các hạt gỉ sắt làm cho nhiên liệu bị bẩn và có
thể làm tắc bộ lọc nhiên liệu hoặc làm tăng công bơm nhiên liệu và làm mòn vòi
phun. Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng với vai trò như một phụ gia chống lại
sự ăn mòn. Chúng được sử dụng trong dải nồng độ từ 5 tới 15 ppm.
1.1.3. Phụ gia nhiên liệu Nano
Trong bối cảnh giá xăng dầu biến động mạnh (có lúc lên đến 147 USD/thùng,
được xác lập vào ngày 11/07/2008), tài nguyên năng lượng hóa thạch ngày càng cạn
kiệt và tình trạng ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông ngày càng trầm
trọng, thì việc ứng dụng công nghệ Nano để tổng hợp các chất phụ gia cho công
nghiệp chế biến xăng dầu đã và đang được các nước có nền khoa học và kỹ thuật
phát triển quan tâm sâu sắc. Lý do là các loại phụ gia này mang lại hiệu quả nhiều
mặt, rõ rệt đối với việc tiết kiệm xăng dầu và giảm ô nhiễm môi trường.
Phụ gia nhiên liệu Nano là một “chất nhũ tương” được điều chế theo công
nghệ cao Nano, bằng kỹ thuật “vi nhũ hóa” cấp độ nanomét và pha trộn vào xăng
dầu, để tạo ra nhiên liệu “nano nhũ hóa”. Bản chất đốt cháy của “dầu vi nhũ hóa”
dựa trên hai phương diện tốt, là đốt hóa học và đốt vật lý. Đốt hóa học dựa trên các
phản ứng cháy của cácbon và đốt vật lý dựa trên lý thuyết các “vụ nổ nhỏ”, ở đây
nước (H2O) đóng vai trò của cả hai quá trình đốt này.
Về mặt nguyên lý tác dụng, phụ gia nhiên liệu Nano sau khi pha trộn vào
nhiên liệu, nó sẽ nhanh chóng được khuếch tán thành những “giọt nước siêu nhỏ”

16


cỡ 6 A thông qua chuyển động nhiệt Brown, các giọt nước siêu nhỏ này sẽ phân tán
đồng đều trong lòng khối chất lỏng nhiên liệu. Với kỹ thuật cơ-điện tử (bộ đôi kim
phun cao áp…), nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ, thành các hạt sương
nhiên liệu có kích thước chỉ đạt cỡ 60÷100µm, lúc này mỗi giọt sương nhiên liệu đã
chứa ở trong nó cả vạn giọt nước phụ gia Nano. Dưới tác dụng của lực nén và nhiệt
độ cao trong buồng cháy, các hạt nước Nano sẽ vượt qua nhiệt độ sôi, chúng sẽ bốc

hơi, phát nổ, làm vỡ vụn các hạt sương nhiên liệu. Nhiên liệu lúc này được hóa
sương lần hai với kích cỡ “siêu nhỏ” nanomét. Thông qua việc “hóa sương lần hai”
và qua “hàng triệu vụ nổ nhỏ” trong buồng cháy, công suất của động cơ được nâng
cao, hệ thống buồng cháy được làm sạch- chống bám dính phụ phẩm cháy, tỏa nhiệt
tốt hơn nhiều, nhiên liệu được đốt cháy triệt để, tiết kiệm nhiên liệu rõ rệt, giảm ô
nhiễm, tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí sửa chữa thường xuyên…
Một nghiên cứu gần đây ở Anh [19] đối với những xe buýt sử dụng một loại
phụ gia nhiên liệu Nano là ôxit xêri (Envirox) đã đưa ra kết luận rằng nhiên liệu tiết
kiệm nhiều hơn 6% so với mức thông thường khi không sử dụng phụ gia. Thử
nghiệm cũng cho thấy có sự giảm lượng muội than bám trong thành xylanh động
cơ.
Trung Quốc là một trong số những cường quốc, đang ưu tiên đầu tư nghiên
cứu phát triển và ứng dụng công nghệ cao Nano, để tạo ra các loại vật liệu mới, làm
thay đổi căn bản các tính năng lý hóa cơ…của vật liệu truyền thống, trong số đó
phải kể đến vật liệu – phụ gia nhiên liệu Nano, do Tập đoàn Phương Chính
(PKUBOYA) - Đại học Bắc Kinh nghiên cứu phát triển, trên cơ sở ý tưởng khoa
học “nhũ tương/đốt vật lý” của Mỹ. Và ý tưởng này chỉ thành hiện thực, để trở
thành hàng hóa, khi công nghệ cao Nano ra đời và cho đến đầu những năm 2000,
mới được triển khai ứng dụng rộng rãi, trực tiếp vào các cơ sở sản xuất chế biến
xăng dầu.
Phụ gia nhiên liệu Nano đã được gắn logo công nghệ cao, được bình chọn là
sản phẩm kỹ thuật bảo vệ môi trường và được Cơ quan Quản lý Tiêu chuẩn hóa
Chính phủ - Cục giám định kỹ thuật Thành phố Bắc Kinh, chuẩn y làm tiêu chuẩn

17


cho chất phụ gia nhiên liệu vi nhũ hóa Q/PGBDB 004-2004, Q/PGBDB 0022007…
Hiện nay tại Trung Quốc, phụ gia nhiên liệu Nano đã được đưa vào pha trộn
trực tiếp tại các công ty sản xuất chế biến xăng dầu như: Công ty Dầu Triết Long

Giang, Công ty Dầu khí Bắc Kinh, công ty Dầu Phúc Châu, Trường Sa, Phương
Tháp, Hồ Nam…
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia nhiên liệu ở Việt Nam
Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là
một nội dung quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững của nước
ta, gắn liền với việc đảm bảo phát triển kinh tế, đảm bảo an ninh năng lượng và bảo
vệ môi trường.
Do vấn đề ô nhiễm môi trường nên Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định kể
từ ngày 1/7/2001 đưa Việt Nam trở thành thành viên các quốc gia loại bỏ xăng pha
chì. Tuy nhiên để xăng không chì có trị số ốctan cao người ta vẫn phải thêm một số
phụ gia cần thiết. Các chất phụ gia chủ yếu của xăng không chì gồm: Methanol,
Ethanol, TBA và MTBE. Ngoài sử dụng xăng không chì, Việt Nam cũng đã thử
nghiệm và áp dụng nhiên liệu sinh học là xăng pha cồn hay xăng E5, trong đó cồn
(Ethanol) được pha vào xăng với tỷ lệ là 5%. Cụ thể, ngày 15/9/2008, Tổng công ty
Dầu Việt Nam (PV Oil) thuộc Petro Việt Nam đã bán xăng pha 5% ethanol (gọi là
Gasohol E5) ra thị trường với giá 16.500 đồng/lít, rẻ hơn A92 là 500 đồng. Ethanol
được công ty PV Oil nhập từ Brazil, hai địa điểm được chọn bán đầu tiên là cây
xăng 27 Thái Thịnh và 148 Hoàng Quốc Việt. Tuy nhiên, sau khoảng 5 ngày (20/9),
Bộ Công thương ra quyết định đình chỉ hoàn toàn biệc bán xăng pha ethanol ta thị
trường. Giải thích điều này, Thứ trưởng Nguyễn Cẩm Tú cho rằng, do chúng ta
chưa có tiêu chuẩn về xăng pha ethanol nên không thể tiếp tục bán ra thị trường.
Quyết định trên làm chậm lại tiến trình phát triển và sử dụng nhiên liệu sinh học ở
nước ta, tạo ra tâm lý không tốt cho nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây
ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công

18


nghệ, các vấn đề dần được giải quyết và động cơ diesel ngày càng trở nên phổ biến

và hữu dụng hơn. Tại Việt Nam, số lượng xe chạy bằng nhiên liệu diesel cũng rất
nhiều trong đó bao gồm cả những xe đời cũ, kỹ thuật lạc hậu nên tính hiệu quả thấp
đồng thời gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Đặc biệt tại các thành phố lớn, dân
cư đông đúc nên nhu cầu đi lại bằng các phương tiện giao thông tăng cao, điển hình
như xe buýt, loại phương tiện mà có mật độ lưu hành nhiều lần trên một ngày và
thường xuyên chở quá tải vào những giờ cao điểm nên dẫn đến tình trạng nhanh
xuống cấp và gây ô nhiễm môi trường. Do vậy, việc áp dụng các biện pháp công
nghệ để cải thiện tính hiệu quả và giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel là rất
cần thiết. Một trong các biện pháp đó là sử dụng phụ gia nano cho nhiên liệu diesel.
Hiện tại, Việt Nam đang kiểm tra, đánh giá về tính năng ưu việt của Maz, phụ gia
được xem là giúp tiết kiệm hàng nghìn tỷ đồng mỗi năm khi sử dụng với nhiên liệu
truyền thống, để đưa vào sử dụng rộng rãi. Áp dụng công nghệ pha chế Maz được
xem là ưu thế nhất trong hàng trăm chất phụ gia hiện có sẽ tiết kiệm cho người Việt
ít nhất 25.000 tỷ đồng/năm. Một lít Maz giá khoảng 25 USD pha với 1.000 lít xăng
dầu. Thử nghiệm của nhóm chuyên gia Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như tại một
số nước đối với phụ gia Maz trên động cơ xăng (Maz 100) cho thấy nhiên liệu tiết
kiệm được 5-20% (từ trước đến nay, áp dụng chất phụ gia tiết kiệm lớn nhất là 2%),
các khí thải độc hại CO giảm 5-11%, HC giảm 13-25%; trên động cơ diesel (Maz
200) tiết kiệm 24 % nhiên liệu; trên động cơ dầu diesel sinh học tiết kiệm tới 25%
nhiên liệu,...[9]. Ngoài phụ gia Maz còn có phụ gia Xêri ôxit (CeO2), đây là một
loại phụ gia nano được sử dụng cho động cơ diesel. Việc sử dụng ôxit xêri CeO2
làm phụ gia cho nhiên liệu diesel nhằm giảm khí thải độc hại và tiết kiệm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong là một trong những công nghệ phụ gia nano cho nhiên liệu
tiên tiến, được phát triển, thử nghiệm và sử dụng thử ở khá nhiều nước như Anh
Quốc, Mỹ, Singapore. Ở Việt Nam, phụ gia nano CeO2 cũng đang là một hướng
nghiên cứu hiện nay.

19

Chương II
MỘT SỐ PHỤ GIA NANO ĐIỂN HÌNH VÀ CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG
CỦA CHÚNG
2.1. Phụ gia Eefuel
Eefuel là một phụ gia nano cho nhiên liệu có xuất sứ từ tập đoàn công nghệ
nhiên liệu nano của Mỹ. Phụ gia eefuel đã được đăng ký với cơ quan bảo vệ môi
trường của Mỹ (United States Environmental Protection Agency, viết tắt là USEPA)
từ năm 1990. Eefuel có thể được sử dụng trong tất cả các loại xăng bao gồm xăng
pha chì, xăng không pha chì, xăng được ôxy hóa cũng như xăng pha cồn. Ngoài ra
phụ gia eefuel cũng có thể được sử dụng cho nhiên liệu diesel bao gồm nhiên liệu
diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp và cao.
Eefuel là một phụ gia nhiên liệu nano có độ tập trung cao và sử dụng công
nghệ nano lỏng tiên tiến. Trong thùng nhiên liệu, eefuel xây dựng một cấu trúc
mạng ba chiều ổn định bao gồm các cụm nano siêu hiển vi, tất cả được phân bố đều
trong nhiên liệu. Các cụm nano eefuel này có tác dụng về mặt vật lý, hóa học hoặc
xúc tác phụ thuộc vào giai đoạn của chu kỳ cháy.
* Cơ chế tác dụng:
Khi các cụm nano eefuel vào trong xylanh động cơ và bắt đầu cháy trong
buồng cháy, chúng sẽ tăng cường nhiệt một cách nhanh chóng và bùng nổ thành
dạng hơi. Sự bùng nổ thành dạng hơi này tạo ra hai lợi ích rất quan trọng đó là:
 Các giọt nhiên liệu lớn bị phá vỡ thành những giọt nhiên liệu nhỏ hơn
và làm cho khả năng bay hơi dễ dàng hơn.
 Tăng cường chuyển động rối, cải thiện sự hòa trộn hỗn hợp hơi không
khí-nhiên liệu.
Khi sự bùng nổ các cụm nano vươn tới bề mặt của buồng cháy động cơ, chúng
tạo ra tác dụng làm sạch bất kỳ muội than nào tích tụ trong buồng cháy. Một buồng
cháy sạch sẽ đem lại các lợi ích như: giảm khí thải, dầu bôi trơn sạch hơn, làm mát
buồng cháy tốt hơn và giảm được yêu cầu về chỉ số ốctan như đối với nhiên liệu
động cơ xăng.

20


Hình 2.1. Nhiên liệu không sử dụng phụ gia eefuel
Trong trường hợp không sử dụng phụ gia eefuel như hình 2.1, tia nhiên liệu
phun vào buồng cháy sẽ có những giọt lớn và những giọt này không cháy hoàn toàn
trong quá trình cháy. Quá trình cháy không hoàn toàn tạo ra những khí thải độc hại
và thúc đẩy sự hình thành muội than trong buồng cháy. Những muội than này hoạt
động như vật cách nhiệt do đó làm gia tăng nhiệt độ quá trình cháy và tăng khí thải
NOx. Muội than trong buồng cháy và nhiên liệu cháy không hoàn toàn cũng gây ra
hiện tượng như làm bẩn dầu bôi trơn, từ đó có thể làm giảm tuổi thọ của động cơ.

Hình 2.2. Nhiên liệu có pha phụ gia eefuel

21


Trường hợp nhiên liệu có pha phụ gia eefuel như hình 2.2, eefuel tạo ra hàng
triệu cụm nano rất nhỏ trong nhiên liệu. Những cụm nano này bùng nổ ngay trước
và trong quá trình cháy làm tăng cường chuyển động rối và sinh ra những giọt nhiên
liệu nhỏ hơn. Những giọt nhiên liệu nhỏ hơn bay hơi hoàn toàn tạo điều kiện cho
nhiên liệu cháy tốt hơn từ đó làm tăng công suất của động cơ.

Hình 2.3. Cơ chế làm sạch muội than của phụ gia eefuel
Hình 2.3 thể hiện cơ chế làm sạch muội than bám trong buồng cháy của động
cơ khi sử dụng nhiên liệu pha phụ gia eefuel. Sự bùng nổ các cụm nano eefuel giúp
phá vỡ và phân hủy muội than bám trong buồng cháy cũng như ngăn ngừa bất kỳ sự
hình thành muội than sau này. Buồng cháy sạch sẽ giảm đáng kể khí thải NOx và
nâng cao khả năng làm mát động cơ.
- Dưới đây là một số kết quả từ việc thử nghiệm đối chứng phụ gia eefuel trên

động cơ diesel 1 xylanh nghiên cứu AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt
trong- Trường ĐHBK Hà Nội [2]:
+ Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các chế độ 30% và 80%
tải được thể hiện qua các hình từ hình 2.4 đến hình 2.7. Trong đó các kết quả đo thể
hiện sự so sánh giữa hai trường hợp là động cơ sử dụng nhiên liệu diesel truyền
thống và động cơ sử dụng nhiên liệu diesel có pha phụ gia nano eefuel.

22


310

5

305
300

4

ge (g /kW .h)

P (k W )

6

P(diesel)

3

P(eefuel)

2

295
290

ge(diesel)

285

ge(eefuel)

280

1

275

0
1400

1800 2200 2600
n (vòng/phút)

270
1400

3000

Hình 2.4. Kết quả đo công suất

3000

Hình 2.5. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu

tại chế độ 30% tải.

tại chế độ 30% tải.

9

340

8
7
6
5
4
3

330
g e (g /k W .h )

P (k W )

1800 2200 2600
n (vòng/phút)

P(diesel)
P(eefuel)

2
1
0
1400

320
310

ge(diesel)
ge(eefuel)

300
290
280
270
1400

1800

1800 2200 2600 3000
n (vòng/phút)

Hình 2.6. Kết quả đo công suất

2200

2600

3000

n (vòng/phút)

Hình 2.7.Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu

tại chế độ 80% tải

tại chế độ 80% tải

+ Kết quả đo các chất thải độc hại trong hai trường hợp là động cơ sử dụng
nhiên liệu diesel truyền thống và động cơ sử dụng nhiên liệu diesel có pha phụ gia
nano eefuel được thể hiện qua bảng 1. Trong đó khí thải được đo ở 30% và 80% tải
với các tốc độ động cơ là 1400, 1800, 2200, 2600 và 3000 v/ph. Kết quả của mỗi
thành phần khí thải được tính trung bình để tiện so sánh.

23


Bảng 1. Kết quả đo các thành phần khí thải.
Tải

30%

80%

Tốc độ
Khí thải

(v/ph)

CO

(ppm)

So sánh

%

CO2

(ppm)

So sánh

%

HC

(ppm)

So sánh

%

NOx

(ppm)

So sánh

%

Độ khói

(FSN)

So sánh

%

CO

(ppm)

So sánh

%

CO2

(ppm)

So sánh

%

HC

(ppm)

So sánh

%

NOx

(ppm)

So sánh

%

Độ khói

(FSN)

So sánh

%

Nhiên
liệu
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL

Diesel
EEFUEL

Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL
Diesel
EEFUEL

1400

1800

2200

2600

3000

256,81
213,46
-16,88
55348,98
52999,35
-4,25

87,2
84,52
-3,07
674,22
720,48
6,86
0,25
0,15
-40

200,78
171,32
-14,67
52802,55
50959,55
-3,49
84,21
77,16
-8,37
995,28
1067,55
7,26
0,14
0,12
-14,29

186,07
162,12
-12,87
54327,34

53486,5
-1,55
75,14
63,64
-15,3
996,39
1066,01
6,99
0,11
0,08
-27,27

223,84
223
-0,38
56809,5
54899,33
-3,36
81,27
80,41
-1,06
1061,57
1126,54
6,12
0,16
0,15
-6,25

908,3
614,42

-32,35
71241,38
68967,45
-3,19
127,89
125,56
-1,82
1106,42
1243,91
12,43
1,42
0,91
-35,92

Trung
bình
355,16
276,86
-15,43
58105,95
56262,44
-3,17
91,14
86,26
-5,93
966,78
1044,9
7,93
0,42
0,28

-24,74

20341,25
15991,33
-21,38
94147,3
94193,38
0,05
187,71
150,06
-20,06
679,69
760,01
11,82
5,82
5,66
-2,75

11083,02
9611,48
-13,28
100554,8
101076,84
0,52
95,68
76,45
-20,1
993,67
1108,13
11,52

5,2
5,01
-3,65

9218,24
9049,56
-1,83
100164,4
100406,96
0,24
73,25
72,28
-1,32
1042,05
1100,17
5,58
5,44
5,37
-1,29

10854,6
10097,43
-6,98
96934,3
97232,07
0,31
95,77
85,1
-11,14
1047,84

1121,3
7,01
6,01
5,94
-1,16

16246,52
13682,34
-15,78
100984,37
102171,51
1,18
223,13
161,68
-27,54
924,03
969,87
4,96
8,9
8,01
-10

13548,73
11686,43
-11,85
98557,03
99016,15
0,46
135,11
109,11

-16,03
937,46
1011,9
8,18
6,27
6
-3,77

Nhận xét: So với nhiên liệu diesel thông thường, nhiên liệu diesel có pha phụ
gia nano eefuel có những thay đổi như sau:
Trung bình ở 30 phần trăm tải công suất tăng 3,41%, suất tiêu hao nhiên liệu
giảm 3,26%. Các thành phần khí thải CO giảm 15,43%, CO2 giảm 3,17%, HC giảm
5,93%, NOx tăng 7,93%, Độ khói giảm 24,74%.
Trung bình ở 80 phần trăm tải công suất tăng 2,92%, suất tiêu hao nhiên liệu
giảm 2,84%. Các thành phần khí thải CO giảm 11,85%, CO2 tăng 0,46%, HC giảm
16,03%, NOx tăng 8,18%, Độ khói giảm 3,77%.

24