Nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ lưỡng nhiên liệu dieselethanol. (tt)

MỞ ĐẦU
i. Lý do chọn đề tài
Ethanol là một trong những nguồn nhiên liệu sinh học (NLSH) thay thế tiềm năng cho
động cơ đốt trong (ĐCĐT).
Năm 2007, thủ tướng chính phủ ra quyết định số 177/2007/QĐ-TTg về “Đề án phát
triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025” [11].
Hiên nay, ở Việt Nam đang sử dụng xăng E5 cho động cơ xăng, nếu có thể sử dụng
ethanol cho động cơ diesel chiếm tỷ 50% tổng số ĐCĐT thì sẽ góp phần nâng cao tỷ lệ sử
dụng ethanol.
Do vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ
lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol”
ii. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Chuyển đổi thành công một động cơ diesel ô tô sang chạy lưỡng nhiên liệu dieselethanol thông qua thiết kế cải tiến và chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm bảo tỷ lệ
thay thế ethanol tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ diesel-ethanol đến tính năng kỹ thuật và phát thải của
động cơ.
iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Động cơ thực nghiệm được lựa chọn là loại động cơ diesel D4BB bốn xy lanh, bốn kỳ,
sử dụng bơm phân phối lắp trên xe tải 1,25 tấn của hãng HYUNDAI.
Phạm vi nghiên cứu của luận án giới hạn trong phòng thí nghiệm với các chế độ ổn
định cũng như chuyển tiếp trong toàn bộ vùng làm việc của động cơ.
iv. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu tổng quan, lý thuyết,
mô phỏng và thực nghiệm.
v. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả của đề tài góp phần nâng cao năng lực làm chủ và phát triển các công nghệ
chuyển đổi động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu sạch.
Luận án đã đưa ra phương pháp xây dựng mô hình cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu
dựa trên số liệu thực nghiệm, làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về động cơ lưỡng
nhiên liệu cũng như về điều khiển động cơ này.
vi. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ngoài một động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol chuyển đổi từ động cơ diesel sử
dụng trên ôtô, sản phẩm của đề tài còn là phương pháp và quy trình công nghệ chuyển đổi
động cơ diesel sang sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol, có thể áp dụng linh hoạt cho
các động cơ phổ biến ở Việt Nam nhằm tăng tỷ lệ tiêu thụ nhiên liệu sinh học.
Qua đó góp phần thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm
nhìn đến năm 2025 đã được chính phủ phê duyệt, theo đó nhiên liệu sinh học sẽ đáp ứng
1% nhu cầu xăng dầu cả nước vào năm 2015 và 5% vào năm 2025 [11].
vii. Điểm mới của luận án
Đề tài đã đưa ra được phương pháp và cơ sở khoa học chuyển đổi động cơ diesel sang
sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol nhằm tăng tỷ lệ tiêu thụ nhiên liệu sinh học ở Việt
Nam.
viii. Bố cục chính của luận án
Thuyết minh của luận án được trình bày gồm các phần chính sau: Mở đầu; bốn Chương;
Kết luận chung và hướng phát triển.

-1-


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vấn đề thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường
Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nhu cầu vận chuyển bằng ôtô ngày càng
tăng dẫn tới nhu cầu trong nước về nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch ngày càng tăng lên.
Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường
là rất quan trọng và thiết thực. Các nhà khoa học trong và ngoài nước đã và đang nghiên cứu
sử dụng các nguồn nhiên liệu thay thế thân thiện với môi trường cho ĐCDT.
1.2. Nhiên liệu thay thế
1.2.1. Nhiên liệu thay thế dạng khí
1.2.1.1. Khí thiên nhiên nén (CNG-Compressed Natural Gas)
CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC và nhẹ hơn
không khí.

1.2.1.2. Hyđrô và khí giàu hyđrô
Hyđrô có thể được sản xuất từ nguồn hyđrôcacbon hóa thạch, từ nước và từ sinh khối
bằng các phương pháp như reforming hơi nước, oxy hóa không hoàn toàn, nhiệt phân khí
thiên nhiên, thu hồi H2 từ quá trình reforming và điện phân nước [1, 7].
1.2.2. Nhiên liệu thay thế dạng lỏng
1.2.1.1. Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG - Liquefied Petroleum Gas)
LPG có thể sử dụng trực tiếp thay thế cho xăng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức hoặc
cũng có thể sử dụng trên động cơ cháy do nén như là một phụ gia nhiên liệu.
1.2.1.2. Than hóa lỏng (CTL-Coal To Liquid) và khí hóa lỏng (GTL -Gas To Liquid)
Than sau quá trình khí hoá, tạo ra syngas và thực hiện quá trình Fischer-Tropsch (FT)
để tạo thành FT diesel (CTL). Trong khi đó, GTL được điều chế từ khí methane, CH4 [1].
1.2.1.3. Dimethyl Ether (DME)
Dimethyl Ether (DME), công thức hoá học là CH3-O-CH3, là loại nhiên liệu có thể làm
khí đốt và có khả năng thay thế cho diesel trên động cơ cháy do nén nhờ có trị số xêtan cao
[1, 57].
1.2.1.4. Biodiesel
Biodiesel có nhiệt trị thấp hơn diesel khoáng. Do đó, nếu hiệu suất cháy như nhau thì
tiêu hao nhiên liệu sẽ cao hơn khi sử dụng biodiesel thay thế diesel khoáng [32].
1.2.1.5. Ethanol
Hiện tại ethanol được sử dụng rộng rãi hơn cả cho các phương tiện giao thông vận tải
[1].
1.3. Đặc điểm nhiên liệu ethanol
1.3.1. Các tính chất vật lý và hóa học của ethanol
1.3.1.1. Tính chất vật lý của ethanol
Ethanol là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị
cay, nhẹ hơn nước [7].
1.3.1.2. Tính chất hóa học của ethanol
Phản ứng oxy hóa, trong đó rượu bị oxy hóa theo 3 mức: Oxy hóa không hoàn toàn
(hữu hạn) tạo ra aldehyde, acid hữu cơ và oxy hóa hoàn toàn (đốt cháy) tạo thành CO 2 và
H2O.

1.3.2. Tình hình sản xuất ethanol trên thế giới và Việt Nam
1.3.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới
Mỹ và Brazil là hai quốc gia có sản lượng ethanol lớn nhất thế giới, chiếm khoảng
86,25% toàn bộ lượng ethanol sản xuất toàn cầu.

-2-


1.3.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol tại Việt Nam
Hiện tại, cả nước có bảy nhà máy ethanol với tổng mức đầu tư trên 500 triệu USD,
tổng công suất thiết kế 600000 m3/năm.
1.4. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ đốt trong
1.4.1. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ xăng
1.4.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng ethanol cho động cơ xăng, trong đó có thể
kể đến nghiên cứu [51] với nhiên liệu E5 và E10 đối chứng với xăng Mogas92. Cụ thể khi
sử dụng xăng E5 và E10 cho động cơ xe máy và động cơ ôtô, công suất động cơ và suất tiêu
hao nhiên liệu được cải thiện khi so sánh với trường hợp sử dụng xăng Moga92. Phát thải
CO và HC giảm đáng kể. Trong khí đó, phát thải NOx và khí gây hiệu ứng nhà kính CO2
đều tăng lên.
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Có nhiều nghiên cứu như: Hsieh và các cộng sự [51], Abdel-Rahman và các cộng sự
[23], Al-Hasan [60], Wu và các công sự [98], Yucesu và các cộng sự [102], Mustafa Koç
và các cộng sự [69]. Qua các nghiên cứu cho thấy khi sử dụng nhiên liệu gasoline-ethanol
ở dạng hòa trộn trước đều cho thấy cải thiện được công suất và mô men động cơ, đồng thời
giảm các thành phần phải thải như CO, HC và NOx.
1.4.2. Nghiên cứu ứng dụng ethanol cho động cơ diesel
1.4.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu về đánh giá tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel khi sử dụng
hỗn hợp diesel-ethanol hòa trộn sẵn với tỷ lệ ethanol thay thế lần lượt là 5% và 10% [71].

Kết quả cho thấy mô men động cơ và tiêu hao nhiên liệu thay đổi không đáng kể, phát thải
HC, CO và độ khói giảm, phát thải NOx tăng khi so sánh với trường hợp sử dụng diesel gốc.
Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào công bố sử dụng ethanol cho động cơ diesel bằng phương
pháp phun ethanol trực tiếp vào cửa nạp và điều khiển phối hợp lưỡng nhiên liệu dieselethanol phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của động cơ.
1.4.2.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
a) Sử dụng hỗn hợp diesel-ethanol hòa trộn sẵn
Đã có nhiều nghiên cứu như: E.A. Ajav và các cộng sự [42], Eugene EE và các cộng
sự [43] …Kết quả cho thấy, ưu điểm của phương pháp này là không phải thay đổi kết cấu
động cơ mà chỉ cần điều chỉnh thời điểm phun và lượng phun cho phù hợp với tỷ lệ ethanol
thay thế để đảm bảo giữ được mô men và công suất động cơ. Tuy nhiên phương pháp này
không tối ưu được tỷ lệ ethanol thay thế theo tốc độ và tải của động cơ, đồng thời ethanol
có tính hút nước mạnh nên lượng nước trong hỗn hợp sẽ dần tăng lên và làm hỗn hợp bị
phân tách, lượng nước này sẽ dần tăng lên trong quá trình bảo quản và lưu trữ gây khó khăn
trong quá trình sử dụng.
b) Ethanol phun trực tiếp
Theo nghiên cứu của Savage LD [49], phương pháp này cho phép tỷ lệ ethanol lên tới
90% trong điều kiện lý tưởng. Công nghệ này còn tạo ra quá trình cháy êm dịu, độ mờ khói
và khí thải rất thấp. Tuy nhiên áp dụng công nghệ này vào thực tế gặp nhiều khó khăn do
tính phức tạp trong thiết kế hệ thống phun ethanol cao áp.
c) Ethanol phun trên đường ống nạp
Theo phương pháp này M. Abu-Qudais và các cộng sự [61], Ogawa H và cộng sự [72],
Volpato và cộng sự [74]. Kết quả cho thấy, hiệu suất nhiệt được cải thiện khoảng 7,5% trên

-3-


toàn dải tốc độ. Về phát thải cho thấy CO, HC đều tăng trong khi smoke và soot giảm. Tỷ
lệ ethanol tối ưu theo sự giảm độ khói là 20%.
Từ các kết quả trên, cho thấy sử dụng phương pháp phun ethanol gián tiếp trên đường
ống nạp là một phương pháp đơn giản và dễ áp dụng. Tuy nhiên phương pháp này có nhược

điểm là không tận dụng được nhiệt của xupáp nạp nhằm tạo điều kiện bay hơi cho ethanol
khi được phun vào nó.
Qua các nghiên cứu đã trình bày ở trên cho thấy phương pháp phun ethanol vào xupáp
bằng cách sử dụng vòi phun ethanol có áp suất thấp. Phương pháp này có các ưu điểm như
sau:
- Không phải thay đổi lớn kết cấu của động cơ, do vòi phun ethanol được đặt ở trên
đường ống nạp;
- Hệ thống nhiên liệu ethanol đơn giản giá thành thấp;
- Do dùng hai hệ thống nhiên liệu riêng, nên việc ngắt phun ethanol dễ dàng;
- Ethanol bay hơi trong đường ống nạp sẽ làm giảm nhiệt độ khí nạp giúp tăng mật độ
không khí nạp nạp vào động cơ;
- Dễ dàng tối ưu tỷ lệ giữa ethanol và diesel theo các chế độ làm việc của động cơ.
Vì vậy tác giả chọn phương án phun ethanol vào xupáp nạp khi nghiên cứu chuyển đổi
động cơ diesel sang chạy lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol.
1.5. Phương pháp xây dựng mô hình động cơ
Nghiên cứu sinh lựa chọn mô hình làm việc theo thời gian thực dựa trên cơ sở nhiệt
động học và mô phỏng mô hình điều khiển trên cùng một mô hình (SIL).
Để nghiên cứu mô phỏng động cơ đốt trong có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau.
Cho đến nay có nhiều phần mềm đã và đang được sử dụng để nghiên cứu mô phỏng mô
hình động cơ và phát triển các loại động cơ đốt trong bao gồm: AVL Boost, Diesel RK,
Ricado WARE, Matlab Simulink... Trong đó nghiên cứu sinh lựa chọn phần mềm Matlab
Simulink để xây dựng mô hình động cơ và thiết kế mô hình điều khiển động cơ trên mô hình
này.
1.6. Phương pháp xây dựng mô hình bộ điều khiển
Trong nghiên cứu thường hay sử dụng phương pháp xây dựng mô hình động cơ lưỡng
nhiên liệu diesel-ethanol rồi tiến hành mô phỏng theo thời gian thực để tìm bộ dữ liệu điều
khiển cung cấp nhiên liệu phối hợp, trên cơ sở đó thiết kế và chế tạo bộ điều khiển.
1.7. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tìm hiểu về nhiên liệu thay thế từ đó lựa chọn nhiên liệu thay thế cho
động cơ diesel phù hợp điều kiện sản xuất tại Việt Nam;

- Nghiên cứu tổng quan các biện pháp cung cấp ethanol cho động cơ diesel, từ đó đưa
ra biện pháp áp dụng cho một động cơ diesel đang thịnh hành tại Việt Nam;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cháy của động cơ diesel khi phun thêm nhiên
liệu ethanol cũng như động học và động lực học của động cơ nhằm đưa ra các điều kiện biên
cần xác định;
- Thiết kế lắp đặt hệ thống phun nhiên liệu ethanol trên động cơ và lắp đặt các cảm
biến phù hợp để xác định điều kiện biên của mô hình tính;
- Thực nghiệm xác định các thông số điều kiện biên và tỷ lệ thay thế ethanol lớn nhất;
- Xây dựng mô hình động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol làm việc
theo thời gian thực và đánh giá sai số của mô hình tính;
- Thiết kế mô hình điều khiển diesel-ethanol trên mô hình động cơ phù hợp với các chế
độ làm việc của động cơ;

-4-


- Thực nghiệm kiểm chứng mô hình điều khiển khi động cơ đặt trên băng thử, đánh giá
sự ổn định của mô hình điều khiển.
1.8. Kết luận chương 1
Phương án lựa chọn: phun ethanol vào xupáp nạp.
Điều khiển phối hợp phun diesel-ethanol: giữ nguyên Me, giới hạn khói đen, kích nổ
động cơ.
Phương pháp tiêp cận: mô phỏng trực tiếp trên đối tượng bằng Matlab Simulink để
thiết kế bộ điều khiển (ĐK) hệ thống nhiên liệu (HTNL) mới.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG
LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-ETHANOL LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN
THỰC
2.1. Đặt vấn đề
Để xây dựng mô hình động cơ sử dụng lưỡng nhiêu liệu diesel-ethanol và mô hình điều
khiển động cơ này trước hết cần phải nghiên cứu cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình.

2.2. Mô hình trao đổi khí
Lượng khí vào và ra khỏi xy lanh được xác định theo các nghiên cứu [36, 53].
2.3. Mô hình hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol.
Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel:
Xác định lượng nhiên liệu diesel phun ở chế độ ổn định theo vị trí tay ga và tốc độ bơm
cao áp [63]. Có nghĩa là lượng nhiên liệu diesel là hàm phụ thuộc vào vị trí tay ga và tốc độ
bơm cao áp np:
(2.9)
ṁ inj_die=f(% tay ga, np )
Trong đó: np- Tốc độ bơm cao áp (vg/ph).
Lượng nhiên liệu này được xác định bằng biện pháp thực nghiệm khi động cơ lắp trên
băng thử, hoặc đo trên thiết bị cân bơm cao áp.
Còn mô hình phun ethanol được xác định trên cơ sở số liệu thực nghiệm giữa lượng
phun ethanol và thời gian mở vòi phun.
2.4. Mô hình động lực học
Chuyển vị piston (x), thể tích xy lanh (V), tốc độ thay đổi thể tích xy lanh (dV), tốc độ
trung bình của piston, tốc độ động cơ, mô men quán tính của động cơ…được xác định theo
quy luật động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, các nghiên cứu [8, 9, 66].
2.5. Mô hình ma sát
Xây dựng mô hình ma sát là cơ sở để xác định tổn thất ma sát của động cơ đốt trong
nói chung trong đó có động cơ diesel. Tổn thất ma sát theo góc quay trục khuỷu bao gồm
hai nhóm sau:
- Nhóm ma sát do piston chuyển động bao gồm: ma sát do độ nhớt của dầu bôi trơn
xéc măng; ma sát hỗn hợp của dầu bôi trơn xéc măng; ma sát của váy piston.
- Nhóm ma sát do chuyển động của các trục gồm: ma sát của các xupáp; ma sát do tải
và phụ tải truyền lên các cổ trục; ma sát do tải tác dụng lên các ổ đỡ.
2.6. Mô hình truyền nhiệt
Nhiệt truyền cho xy lanh được xác định theo định luật làm mát Newton, theo các nghiên
cứu [53-55] nhiệt lượng truyền cho xy lanh được xác định như sau:
dQht dQht dt

1
(2.26)
=
. =A.hg .(T-Tw ). (J/rad)
dθ

dt

dθ

ωe

2.7. Mô hình cháy
2.7.1. Cơ sở lựa chọn mô hình cháy

-5-


Trong nội dung luận án này áp dụng mô hình cháy không chiều một vùng sử dụng
phương trình Wiebe để phân tích và dự đoán quy luật của quá trình cháy trong động cơ
lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol.
2.7.2.
Mô hình cháy
Phương trình Wiebe tính toán khối lượng nhiên liệu đã cháy theo các nghiên cứu [24,
41, 42, 48, 81, 82]:
θ- θSOC mi+1
(2.28)
i)
[-ai (
]

∆θi
xbi =1-e
Trong đó: θ: Góc quay trục khuỷu, (độ); θSOCi: Thời điểm bắt đầu cháy của từng giai
đoạn, (độ); θi: Khoảng thời gian cháy của từng giai đoạn, (độ); ai, mi: Tham số mô hình
tương ứng với từng giai đoạn cháy; i: Số hàm Wiebe.
Trong luận án này tham số mô hình ai cũng được lựa chọn bằng 5 cho tất cả các giai
đoạn cháy, tham số mi được lựa chọn phù hợp cho các giai đoạn cháy cụ thể như bảng sau:
Bảng 2.1. Tham số mô hình mi
Tham số mô hình mi
Giai đoại cháy
1,2
Giai đoạn cháy nhanh nhiên liệu diesel
0,8
Giai đoạn cháy nhiên liệu ethanol
0,6
Giai đoạn cháy khuếch tán nhiên liệu diesel
Cơ sở xác định hai tham số θSOCi và θi: theo các nghiên cứu [41, 42, 82], hai tham số
này không phụ thuộc vào ba tham số còn lại. Từ đó hai tham số này có thể được xác định
bằng phân tích kết quả thực nghiệm và tối ưu hóa trên mô hình động cơ vì vậy cần phải kết
hợp với mô hình động cơ nên sẽ được trình bày cụ thể trong phần phân tích số liệu thực
nghiệm và xây dựng mô hình động cơ ở Chương 3.
2.8. Tính toán áp suất xy lanh
Để tính toán áp suất xy lanh ta sử dụng phương trình nhiệt động thứ nhất cho môi chất
trong xy lanh được giới thiệu trong công thức sau:
dQhr γ
dm
dV dQ
dm
(2.36)
−γ-1.p. dt - dtht -hin . dtin + hout . dtout

dp
dt
=
(N/m2.s)
1
dt

γ-1

.V

2.9. Mô men và công suất động cơ
Công suất có ích của động cơ được xác định bằng biểu thức sau:
(2.40)
Pb =2.π.ne .Tb (W)
2.10. Xác định hệ số dư lượng không khí và tỷ lệ ethanol thay thế
Hệ số dư lượng không khí  được xác định theo các nghiên cứu [58], cụ thể là:
mair
(2.48)
λ=
A
A
minj_die. ( ) +minj_eth . ( )
F die
F eth
Tỷ lệ ethanol thay thế tính theo khối lượng được xác định bằng biểu thức sau:
ED=

minj_eth
minj_eth +minj_die

.100 (%)

(2.49)

2.11. Kết luận chương 2
Đã nghiên cứu và tìm hiểu được cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình động cơ lưỡng nhiên
liệu diesel-ethanol: mô hình trao đổi khí; mô hình hệ thống cung cấp nhiên liệu; mô hình
động lực học; mô hình ma sát; mô hình truyền nhiệt; mô hình cháy Wiebe; tính toán áp suất
xy lanh; tính toán mô men và công suất động cơ; xác định hệ số dư lượng không khí .

-6-


CHƯƠNG 3 ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-ETHANOL VÀ MÔ
HÌNH MÔ PHỎNG
3.1. Đặt vấn đề
Trên cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình động cơ đã trình bày trong Chương 2, nghiên
cứu sinh thực hiện thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu, xây dựng mô hình động cơ, mô
hình bộ điều khiển, đánh giá độ tin cậy của mô hình, phương pháp xác định hai tham số
θSOCi và θi sẽ lần lượt trình bày sau đây.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng hai loại nhiên liệu là diesel và ethanol.
Động cơ thực nghiệm được lựa chọn là loại động cơ diesel D4BB bốn xy lanh, 4 kỳ,
buồng cháy ngăn cách IDI (Indirect Injection), sử dụng bơm phân phối lắp trên xe tải 1,25
tấn của hãng Hyundai đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam.
3.3. Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu
Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol được thể hiện trên Hình 3.1.

Hình 3.1. Hệ thống phun ethanol, hệ thống điều khiển phun và vị trí lắp vòi phun

Trong quá trình thực nghiệm tác giả sử dụng vòi phun của động cơ xăng có dung tích
công tác 2.0 để phun ethanol. Đây là vòi phun kiểu điện từ được điều khiển phun bằng ECU
MotoHawk ECM-0565-128-0702-C của hãng Woodward. Áp suất phun ethanol được tạo ra
nhờ bơm ethanol và luôn được duy trì ổn định ở mức 2,5 kg/cm2.
3.4. Trang thiết bị nghiên cứu
Các trang thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu được lắp đặt tại Phòng thí nghiệm
Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng thí
nghiệm Động cơ đốt trong - Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận Tải và Học Viện
Kỹ thuật Quân sự.
3.4.1. Băng thử tính năng động lực cao (AVL APA 100)
3.4.2. Thiết bị cung cấp, đo tiêu hao nhiên liệu diesel kiểu khối lượng AVL
733S và điều khiển nhiệt độ nhiên liệu diesel AVL 753
3.4.3. Thiết bị cung cấp và điều khiển nhiệt độ dung dịch làm mát động cơ
AVL 553
Thiết bị AVL 553 dùng để cung cấp dung dịch làm mát và điều khiển nhiệt độ dung
dịch làm mát động cơ theo yêu cầu thực nghiệm..
3.4.4. Thiết bị phân tích khí xả AVL CEB-II
3.4.5. Bộ điều khiển vòi phun ethanol

-7-


Vòi phun ethanol được điều khiển bởi ECU MotoHawk ECM-0565-128-0702-C của
hãng Woodward và được xây dựng đặc tính mối quan hệ giữa thời gian phun và lượng phun
trước khi lắp lên động cơ.
3.4.6. Cảm biến áp suất xy lanh AVL QC33C
Có nhiều loại cảm biến có thể đo được diễn biến áp suất trong xy lanh. Trong luận án
này, nghiên cứu sinh sử dụng cảm biến áp suất xy lanh QC33C của hãng AVL.
3.4.7. Thiết bị đo áp suất xy lanh AVL 620 Indiset
Thiết bị AVL 620 Indiset với phần mềm Indiwin có chức năng đo diễn biến áp suất

trong xy lanh theo thời gian thực hoặc góc quay trục khuỷu, đồng thời đo độ rung động cơ.
3.4.8. Cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ được sử dụng để đo rung động của động cơ, cảm biến này được bố
trí lắp đặt trên nắp máy của động cơ.
3.4.9. Cảm biến lambda LSU 4.9
Cảm biến này được sử dụng để đo thông số hệ số dư lượng không khí  trong khí xả,
được bố trí lắp đặt tại đầu ra của cụm đường ống thải động cơ.
3.5. Qui trình và chế độ thực nghiệm động cơ
Động cơ được đặt trên băng thử động lực học cao APA 100. Đi kèm là các thiết bị đo
kiểm của hãng AVL; vòi phun ethanol và độ mở tay ga của bơm cao áp được điều khiển bởi
ECU MotoHawk ECM-0565-128-0702-C [98] của hãng Woodward.
Chế độ thực nghiệm ổn định: mục đích việc thực nghiệm ở chế độ này là nhằm xác
định lượng ethanol thay thế lớn nhất cũng như xác định các tham số cho quá trình cháy, do
đó quá trình tiến hành như sau: tải của động cơ được lựa chọn ở 100%, 75% và 50% của giá
trị mô men lớn nhất khi thực nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu diesel gốc, cụ thể là 165,
121 và 81(Nm) trong hai trường hợp: tốc độ động cơ được cố định tại vùng mô men lớn
nhất 2000 vg/ph và tốc độ động cơ thay đổi từ 1000  3500 vg/ph với bước nhảy 500 vg/ph.
Thực nghiệm chế độ chuyển tiếp: Mục đích việc thực nghiệm chế độ chuyển tiếp là
nhằm xác định đặc tính động học của bộ điều tốc bơm cao áp.
3.6. Xác định các thông số đầu vào cơ bản của mô hình động cơ
3.6.1. Quy luật phối khí
Quy luật phối khí được xác định bằng thực nghiệm.
3.6.2. Lưu lượng khí qua xupáp nạp và thải
Lưu lượng khí qua xupáp nạp và thải được xác định trên thiết bị đo lưu lượng và tổn
thất dòng khí.
3.6.3. Áp suất xy lanh
Kết quả thực nghiệm đo được giá trị áp suất trong xy lanh được thể hiện trên các Hình
3.19. Qua đó cho thấy khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế, thời điểm đường áp suất bắt đầu tách
khỏi đường nén có xu hướng muộn đi, tuy nhiên vị trí đạt áp suất lớn nhất hầu như không
thay đổi, kết quả này có thể là do ethanol bay hơi thu nhiệt của không khí làm giảm nhiệt

độ quá trình nén dẫn tới thời điểm bắt đầu cháy muộn đi, tuy nhiên do ethanol cháy nhanh
[37] nên đỉnh áp suất không bị muộn so với trường hợp không phun ethanol.

-8-


a) Tại 50% tải
a) Tại 75% tải
a) Tại 100% tải
Hình 3.20. Áp suất xy lanh tại các chế độ tải khác nhau với các tỷ lệ ethanol thay thế khác
nhau khi cố định tốc độ động cơ 2000 vg/ph
EDxx%-Tỷ lệ ethanol thay thể theo khối lượng, trong đó xx là phần trăm ethanol thay thế,
với ED0% là diesel hoàn toàn.
3.6.4. Đặc tính bơm cao áp và vòi phun ethanol
Đặc tính bơm cao áp được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử động cơ AVL đặt
tại Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải.
Đặc tính vòi phun ethanol cũng được xác định bằng thực nghiệm..
3.7. Phân tích số liệu thực nghiệm và xây dựng mô hình động cơ
3.7.1. Xác định hệ số lưu lượng của dòng khí đi qua xupáp
Kết quả mối quan hệ giữa hệ số
lưu lượng của dòng khí đi qua xupáp
với độ nâng xupáp được thể hiện trên
Hình 3.24.
Hình 3.24. Hệ số lưu lượng của dòng khí đi
qua xupáp theo độ nâng xupáp
3.7.2. Xác định tốc độ tỏa nhiệt
Tốc độ tỏa nhiệt thực nghiệm được xác định theo các nghiên cứu [45, 55, 62,77] như
biểu thức 3.3.
dQhr
dQ

1
dp
γ
dV
(3.3)
= .V. + .p. − ht (J/độ)
dθ

γ-1

dθ

γ-1

dθ

dθ

3.7.3. Xác định thời điểm bắt đầu cháy, khoảng thời gian cháy và phần
nhiên liệu đã cháy
Các tham số SOCi, i và xfi được xác định bằng phương pháp tối ưu tham số Gradient
Descent [64, 65] và sử dụng thuật toán SQP (sequential quadratic programming) để giải
[64]. Kết quả xác định được các tham số này cụ thể được thể hiện trên các Hình 3.27 đến
3.29 và Bảng 3.12.

a) SOCi

a) SOCi

-9-

a) SOCi


b) i
b) i
b) i
Hình 3.27. 50% tải
Hình 3.28. 75% tải
Hình 3.29. 100% tải
SOC_xy và delta_xy- Lần lượt là thời điểm bắt đầu và khoảng thời gian của từng giai
đoạn cháy trong đó xy là giai đoạn cháy (pilot là giai đoạn cháy nhiên liệu ethanol, main
là giai đoạn cháy nhanh nhiên liệu diesel, diff là giai đoạn cháy khuếch tán của nhiên liệu
diesel)
Bảng 3.12. Phần nhiên liệu đã cháy cho từng giai đoạn cháy
xfi (%)
Giai đoạn cháy
80
Giai cháy nhanh của nhiên liệu diesel
20
Giai đoạn cháy khuếch tán của nhiên liệu diesel
100
Giai đoạn cháy của nhiên liệu ethanol
3.7.4. Mô hình hóa hệ thống nhiên liệu
Như đã phân tích tại Chương 2, mô hình nhiên liệu sử dụng trong động cơ bao gồm hai
chế độ là chế độ ổn định và chế độ chuyển tiếp.
Chế độ ổn định được xác định bằng biện pháp xây dựng đặc tính làm việc của bơm phụ
thuộc vào độ mở bàn đạp ga và tốc độ động cơ.
Trong chế độ chuyển tiếp để đơn giản cho quá trình xác định đặc tính động học của bộ
điều tốc thì tốc độ động cơ trước khi vào bảng tra nhiên liệu sẽ được đưa qua hàm truyền

bậc 2 giống như phương trình vi phân cấp hai của bộ điều tốc theo phương trình 3.9 [63].
ne
⁄
(3.8)
np = 2 2 (vg/ph)
a.s +b.s+c
Trong đó: np là tốc độ bơm là thông số đầu vào của bảng tra, ne là tốc độ động cơ. Các
hệ số a, b, c được xác định bằng biện pháp tối ưu khi mô hình động cơ mô phỏng lại chế độ
chuyển tiếp giống như động cơ đặt trên băng thử.
Phương pháp tối ưu sử dụng trong xác định các hệ số a, b, c là Gradient Descent [64,
65] và sử dụng thuật toán SQP (sequential quadratic programming) để giải [64].
Kết quả tối ưu với ba thông số a, b, c xác định được là: a=0,005816; b=0,208105; c=1.
Kết quả cho thấy tốc độ động cơ của mô hình mô phỏng bám sát với đường thực nghiệm
của động cơ trên băng thử.
3.7.5. Xây dựng mô hình động cơ
Trên cơ sở lý thuyết đã được trình bày trong
Chương 2 và các tham số đầu vào của mô hình đã
được trình bày ở trên. Nghiên cứu sinh tiến hành xây
dựng mô hình động cơ lưỡng nhiên liệu dieselethanol bằng phần mềm Matlab Simulink. Cụ thể
Hình 3.31. Mô hình động
mô hình động cơ được thể hiện trên Hình 3.31.
cơ lưỡng nhiên liệu dieselethanol
3.8. Đánh giá độ tin cậy của mô hình ở chế độ ổn định

-10-


3.8.1. Đánh giá lưu lượng không khí nạp
Kết quả so sánh lưu lượng không
khí nạp tại chế độ tải 100% với ne thay

đổi từ 1000  3500 vg/ph trong trường
hợp sử dụng nhiên liệu diesel nguyên
bản giữa mô hình và thực nghiệm được
thể hiện trên Hình 3.32. Kết quả cho
Hình 3.32. Lưu lượng không khí nạp tại chế
thấy sai số trung bình bằng 1,83% trên
độ tải 100% với ne thay đổi
toàn dải tốc độ động cơ.
Exp- Thực nghiệm; Model- Mô hình
3.8.2. Đánh giá áp suất xy lanh
Trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel gốc:
Diễn biến áp suất xy lanh giữa mô phỏng và thực nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu
diesel nguyên bản theo tốc độ động cơ thay đổi trong khoảng từ 1000  3500 vg/ph ở chế
độ 100% tải được thể hiện cụ thể trên Hình 3.33.

b) Tại các ne lần lượt là 2500; 3000;
a) Tại các ne lần lượt là 1000; 1500;
3500 (vg/ph)
2000 (vg/ph)
Hình 3.33. Diễn biến áp suất xy lanh giữa mô phỏng và thực nghiệm động cơ sử dụng
nhiên liệu diesel nguyên bản
P_model- Áp suất xy lanh trên mô hình; P_exp- Áp suất xy lanh thực nghiệm
Kết quả cho thấy sai số trung bình áp suất xy lanh đều nhỏ hơn 1,24% giữa mô phỏng
và thực nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu diesel nguyên bản trên toàn dải tốc độ động cơ
ở chế độ 100% tải.
Trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol:
Diễn biến áp suất xy lanh giữa mô phỏng và thực nghiệm động cơ sử dụng lưỡng nhiên
liệu diesel-ethanol tại tốc độ động cơ 2000 (vg/ph) ở các chế độ 50%, 75%, 100% tải với
các tỷ lệ ethanol thay thế khác nhau được thể hiện cụ thể lần lượt trên các Hình 3.34 đến
3.36.

a) ED 0%

a) ED 19,29%;

-11-

a) ED 7,68%


b) ED 25,88%
b) ED 26,29%
b) ED 19,77%
Hình 3.34. 50% tải
Hình 3.35. 75% tải
Hình 3.36. 100% tải
Trong trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol sai số trung bình áp
suất xy lanh đều nhỏ hơn 5% giữa mô phỏng và thực nghiệm động cơ tại tốc độ động cơ
2000 (vg/ph) ở các chế độ 50%, 75%, 100% tải với các tỷ lệ ethanol thay thế khác nhau.
3.8.3. Đánh giá mô men và công suất động cơ
Kết quả đặc tính mô men, công suất
động cơ giữa mô hình và thực nghiệm
theo tốc độ động cơ thay đổi trong khoảng
từ 1000  3500 vg/ph tại chế độ tải 100%
trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên
Hình 3.37. Me và Ne của động cơ giữa
liệu diesel gốc không phun ethanol được
MH và TN theo ne
thể hiện trên Hình 3.37.
Tb_model- Mô men động cơ trên mô hình; Tb_exp- Mô men động cơ thực nghiệm;

Pb_model- Mô men động cơ trên mô hình; Pb_exp- Mô men động cơ thực nghiệm.
Kết quả đặc tính mô men, công suất động cơ giữa mô hình và thực nghiệm tại tốc độ
động cơ bằng 2000 (vg/ph) tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% với các tỷ lệ ethanol thay thế
khác nhau từ 0  60,09% được thể hiện cụ thể lần lượt trên các Hình 3.38 và 3.39.

Hình 3.38. Me tại các chế độ tải 50%,
Hình 3.39. Ne tại các chế độ tải 50%,
75% và 100%
75% và 100%
Kết quả sai số đặc tính mô men, công suất động cơ giữa mô hình và thực nghiệm đều
nhỏ hơn 1,53% trong các trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel nguyên bản và sử
dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol. Sai số này có thể chấp nhận được khi nghiên cứu xây
dựng mô hình động cơ. Do đó mô men và công suất động cơ của mô hình động cơ lưỡng
nhiên liệu diesel-ethanol đảm bảo tin cậy.
3.8.4. Đánh giá tốc độ động cơ ở chế độ ổn định và chuyển tiếp
Kết quả tốc độ động cơ giữa mô hình
và thực nghiệm (Hình 3.44) ở chế độ tốc độ
động cơ đươc giới hạn đạt giá trị lớn nhất
bằng 1600 vg/ph. Kết quả cho thấy tốc độ
động cơ mô phỏng bám sát tốc độ động cơ
thực nghiệm.
Hình 3.44. ne giữa MH và TN
ne_model- ne mô hình; ne_exp- ne thực nghiệm.
3.9. Bộ điều khiển động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol và mô hình mô
phỏng

-12-


3.9.1. Sơ đồ tổng quan bộ điều khiển

Sơ đồ tổng quan mô hình điều khiển được thể hiện trên Hình 3.45.

Hình 3.45. Sơ đồ tổng quan mô hình điều khiển
3.9.2. Thuật toán điều khiển
3.9.2.1. Mô men yêu cầu
Mô men yêu cầu là hàm của vị trí
chân ga, được lựa chọn đơn giản là dạng
hàm tuyến tính bậc nhất (Hình 3.47).
Hình 3.47. Mô men yêu cầu
3.9.2.2. Lượng phun diesel và ethanol chế độ ổn định
Lượng phun diesel và ethanol chế độ ổn định là hàm của mô men yêu cầu và tốc độ
động cơ được xác định trên băng thử công suất AVL với các đặc điểm như sau: Lượng thay
thế ethanol lớn nhất; Hệ số dư lượng không khí  ≥ 1,2 nhằm giới hạn khói đen; Giới hạn
kích nổ động cơ; Động cơ hoạt động ổn định không có sự dao động của tốc độ và mô men.
3.9.2.3. Điều khiển giới hạn hệ số  chế độ chuyển tiếp
Khi phun thêm nhiên liệu ethanol vào  sẽ thay đổi có thể tăng lên hoặc giảm đi khi so
sánh ở cùng tốc độ và mô men, đặc biệt ở thời điểm chuyển tiếp khi mà đạp ga đột ngột sẽ
dẫn tới hiện tượng thừa nhiên liệu trong khoảng vài giây đầu do lúc này quả ga của bơm cao
áp được điều chỉnh cung cấp lượng nhiên liệu lớn nhất do tốc độ động cơ chưa đạt tới ngưỡng
điều tốc làm việc đồng thời lượng ethanol đang được điều chỉnh ở mức cao. Để giải quyết
vấn đề trên, trong nghiên cứu này sử dụng biện pháp hiệu chỉnh lại lượng phun ethanol trong
thời kỳ chuyển tiếp. Biện pháp hiệu chỉnh lượng phun được xây dựng dựa trên cơ sở bộ lọc
thông thấp bậc nhất.
3.9.2.4. Xác định vị tay ga và thời gian phun ethanol
Lượng phun diesel (g/chu trình) sau hiệu
chỉnh được đưa vào bảng tra để xác định vị trí tay
ga của bơm cao áp. Công cụ “curve fitting” của
Matlab được sử dụng để xác định bảng tra ngược
Hình 3.50. Map ngược bơm
này. Map ngược được thể hiện trên Hình 3.50.

3.9.3. Đánh giá mô hình điều khiển trên mô hình động cơ
3.9.3.1. Đánh giá mô hình điều khiển trên mô hình động cơ ở chế độ ổn định
Kết quả đánh giá mô hình điều khiển trên mô hình động cơ và thực nghiệm ở chế độ
ổn định được lựa chọn tại 100% tải với ne thay đổi từ 1000  3500 vg/ph trong trường hợp
có phun ethanol được thể hiện trên Hình 3.51.
Kết quả cho thấy, mô men động cơ và
hệ số  trên mô hình động cơ luôn bám với
mô men động cơ và hệ số  thực nghiệm tại
cùng chế độ, sai lệch mô men trung bình trên
Hình 3.51. Me và hệ số .
toàn dải tốc độ động cơ là 0,51%, sai lệch hệ
số  trung bình trên toàn dải tốc độ động cơ
1,17%. Từ đó cho thấy bộ điều khiển đảm
bảo yêu cầu.
3.9.3.2. Đánh giá mô hình điều khiển trên mô hình động cơ ở chế độ chuyển tiếp

-13-


Chế độ chuyển tiếp được lựa chọn để đánh
giá bộ điều khiển: thay đổi độ mở chân ga yêu
cầu từ 10  100% theo thời gian với bước nhảy
25% (Hình 3.52), tốc độ động cơ được đặt
giống trên băng thử công suất là 1500 vg/ph.
Kết quả đánh giá bộ điều khiển ở chế độ chuyển
tiếp được thể hiện trên Hình 3.52. Kết quả cho
thấy, khi động cơ mô hình bắt đầu khởi động từ
thời gian 0s thì tốc độ động cơ mô hình tăng vọt
và ngay sau đó giảm nhanh về tốc độ làm việc
không tải và ổn định ở tốc độ 800 vg/ph tương

ứng với độ mở chân ga 10%. Khi thay đổi độ
mở chân ga từ 10  25% tốc độ động cơ mô hình
và thực nghiệm đều đồng thời tăng nhanh và lớn
hơn 1500 vg/ph tuy nhiên tốc độ động cơ thực
Hình 3.52. Tốc độ động cơ, mô men
nghiệm tăng đến 1678 vg/ph trong khi tốc độ
động cơ, tiêu hao nhiên liệu và hệ
động cơ mô hình tăng đến 1513 vg/ph, ngay sau
số 
khi tăng thì tốc độ động cơ thực nghiệm và mô
a) Tốc độ động cơ; b) Mô men
hình đều giảm và xoay quanh giá trị 1500 vg/ph.
động cơ; c) Tiêu hao nhiên liệu; d)
Ở các bước thay đổi độ mở chân ga từ 25  50
Hệ số .
 75  100% thì tốc độ động cơ mô hình luôn
bám tốc độ động cơ thực nghiệm.
3.10. Kết luận chương 3
Đã thiết kế được hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol nhằm mục đích
chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol.
Đưa ra được bộ số liệu thực nghiệm về quy luật phối khí, lưu lượng khí qua xupáp nạp
và thải, áp suất xy lanh, đặc tính bơm cao áp và đặc tính vòi phun ethanol cho động cơ
Hyundai D4BB. Các bộ dữ liệu này được sử dụng để xây dựng mô hình động cơ lưỡng nhiên
liệu diesel-ethanol và đánh giá độ tin cậy của mô hình động cơ.
Đã phân tích được số liệu thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho mô hình
động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol như: hệ số lưu lượng của dòng khí đi qua
xupáp; thời điểm bắt đầu cháy và khoảng thời gian cháy; phần nhiên liệu đã cháy trong từng
giai đoạn cháy khác nhau.
Đã xây dựng được mô hình động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol. Từ các
kết quả đánh giá độ tin cậy của mô hình như đã phân tích ở trên cho thấy mô hình động cơ

sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol đảm bảo tin cậy. Vì vậy có thể sử dụng mô hình
động cơ này cho các nghiên cứu tiếp theo.
Thiết kế được bộ điều khiển động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol:
Đưa ra được sơ đồ tổng quan bộ điều khiển; thuật toán điều khiển mô men động cơ yêu
cầu; thuật toán điều khiển lượng phun diesel và ethanol ở chế độ ổn định; thuật toán điều
khiển giới hạn hệ số dư lượng không khí  ở chế độ chuyển tiếp; thuật toán xác định vị trí
tay ga và thời gian phun ethanol. Các thuận toán này được biên dịch và nạp vào ECM-0565128-0702-C của hãng Woodward rồi tiến hành thực nghiệm động cơ.
Bộ điều khiển đảm bảo điều khiển được mô men động cơ yêu cầu, lượng phun diesel,
lượng phun ethanol, giới hạn hệ số dư lượng không khí , xác định vị trí tay ga và thời gian

-14-


phun ethanol phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ theo yêu cầu đặt ra, đảm bảo cho
động cơ làm việc ổn định ở tất cả các chế độ làm việc.
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Đặt vấn đề và mục tiêu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm giải quyết các mục tiêu sau:
- Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ diesel-ethanol đến tính năng kỹ thuật, phát thải của
động cơ ở chế độ ổn định và chuyển tiếp.
- Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố mà nghiên cứu mô phỏng chưa chỉ ra được
như giới hạn kích nổ và sự rung động khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế.
4.2. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm
Thực nghiệm được thực hiện trên động cơ diesel D4BB trên băng thử động cơ với các
chế độ ổn định cũng như chuyển tiếp trong toàn bộ vùng làm việc của động cơ.
4.3. Điều kiện nghiên cứu thực nghiệm
Động cơ được bảo dưỡng, băng thử phải tiến hành hiệu chuẩn các thiết bị trước khi
thực nghiệm nhằm đảm bảo kết quả đo được chính xác. Nhiên liệu diesel sử dụng trong các
thực nghiệm được mua tại các cửa hàng xăng dầu trên thị trường và có hàm lượng lưu huỳnh
theo tiêu chuẩn nhỏ hơn 500ppm.

4.4. Phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng ở đây là phương pháp thực nghiệm đối chứng
ở chế độ ổn định cũng như ở chế độ chuyển tiếp.
4.5. Kết quả thực nghiệm ở chế độ ổn định
4.5.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến nhiệt tỏa ra
Kết quả nhiệt tỏa ra theo góc quay trục khuỷu khi thay đổi tỷ lệ ethanol thay thế được
thể hiện trên các Hình 4.1 đến 4.3. Qua các Hình 4.1 đến 4.3 cho thấy nhiệt tỏa ra tại các tải
khác nhau khi thay đổi tỷ lệ ethanol thay thế hầu như không thay đổi so với nhiệt tỏa ra của
động cơ sử dụng nhiên liệu diesel nguyên bản mặc dù nhiên liệu ethanol có nhiệt trị thấp
hơn nhiều so với nhiên liệu diesel. Nhiệt tỏa ra không thay đổi do trong quá trình thực
nghiệm động cơ ở chế độ ổn định lượng nhiên liệu diesel cung cấp cho động cơ được điều
khiển giảm dần và lượng nhiên liệu ethanol cung cấp cho động cơ được điều khiển tăng lên,
lượng nhiên liệu ethanol tăng lên bù vào phần nhiệt tỏa ra bị giảm đi của nhiên liệu diesel.

Hình 4.1. 50% tải
Hình 4.2. 75% tải
Hình 4.3. 100% tải
4.5.2. Mối quan hệ giữa tỷ lệ ethanol thay thế và tốc độ động cơ
Kết quả thực nghiệm mối quan hệ
giữa tỷ lệ ethanol thay thế và tốc độ động
cơ ở các chế độ tải 50%, 75% và 100%
theo tốc độ động cơ được thể hiện trên
Hình 4.4. Kết quả cho thấy tỷ lệ ethanol
Hình 4.4. Mối quan hệ giữa tỷ lệ
thay thế đều giảm dần khi tăng tốc độ
ethanol thay thế và tốc độ động cơ tại
động cơ ở các chế độ tải khác nhau.
các chế độ tải khác nhau
4.5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến suất tiêu hao năng lượng

-15-


Kết quả suất tiêu hao năng lượng (BSEC) tại
các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động
cơ với tỷ lệ ethanol thay thế thay đổi so với trường
hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện
trên Hình 4.5. Kết quả cho thấy tại tải cao 100%,
BSEC nhỏ hơn khi so sánh trường hợp chạy diesel
Hình 4.5. BSEC tại các chế
gốc trên toàn dải tốc độ động cơ. Điều này có thể
độ tải 50%, 75%, 100% khi
được giải thích là do trong ethanol có 34,8% khối
thay đổi tốc độ động cơ
lượng oxy làm cho quá trình cháy hoàn thiện hơn,
trong hai trường hợp không
dẫn đến BSEC nhỏ hơn. Kết quả nghiên cứu [5,
phun và có phun ethnaol
61] cũng cho thấy kết quả tương tự.
Kết quả BSEC theo tỷ lệ ethanol thay thế tại các
chế độ tải khác nhau ở tốc độ động cơ 2000 vg/ph được
giới thiệu trong Hình 4.6. Qua đó cho thấy khi tỷ lệ
thay thế tăng lên, BSEC ở 50% tải tăng lên, ở 75% tải
ít thay đổi, trong khi tại 100% tải giảm xuống đáng kể.
Hình 4.6. BSEC tại các chế
Kết quả này cho thấy hiệu quả thay thế tại tải thấp kém
độ tải 50%, 75%, 100% ở
hơn tại tải cao, tuy nhiên tỷ lệ thay thế cho phép tại tải
tốc độ động cơ 2000 vg/ph
thấp đạt cao hơn. Kết quả nghiên cứu [6, 28] cũng có

những nhận định tương tự.
4.5.4. Xác định tỷ lệ ethanol thay thế lớn nhất
Tỷ lệ ethanol thay thế lớn nhất được xác định trên các tiêu chí: áp suất xy lanh, tín hiệu
dao động và phân tích phổ của tín hiệu dao động. Các kết quả này lần lượt được thể hiện
trên các Hình 4.7 đến 4.9. Từ kết quả này cho thấy nếu xét theo tiêu chí kích nổ thì tỷ lệ
ethanol thay thế lớn nhất tại tốc độ 2000 vg/ph có thể đạt được là 60,09% ở chế độ 50% tải,
49,12% ở chế độ 75% tải và 38,19% ở chế độ 100% tải. Tuy nhiên ngoài việc xét theo tiêu
chí kích nổ động cơ đốt trong còn có những chỉ tiêu và giới hạn khác như hệ số dư lượng
không khí, mức độ ổn định, khí thải, độ bền … do đó cần phải xét cụ thể từng mục đích thay
thế khác nhau để lựa chọn tỷ lệ thay thế lớn nhất. Dưới đây chỉ đề cập đến điều kiện về hệ
số dự lượng không khí .

Hình 4.8. Tín hiệu dao động
Hình 4.9. Phổ của tín hiệu
thân máy
Hình 4.7. Áp suất xy lanh
dao động thân máy
4.5.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến hệ số dư lượng không khí 
Kết quả hệ số dư lượng không khí  của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu dieselethanol tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ 2000 vg/ph theo tỷ lệ ethanol
thay thế được thể hiện trên Hình 4.10. Qua đó cho thấy ở chế độ tải khác nhau hệ số dư
lượng không khí  đều lớn hơn 1,3 về lý thuyết bảo đảm ngoài giới hạn khói đen [9, 14].

-16-


Hình 4.10. Hê số  tại ne 2000 vg/ph
Hình 4.11. Hệ số  theo ne
Kết quả hệ số  của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol ở chế độ thực
nghiệm tại các tải khác nhau 50%, 75%, 100% và tốc độ động cơ được thay đổi từ 1000 
3500 vg/ph khi thay đổi tỷ lệ ethanol thay thế được thể hiện trên Hình 4.11. Kết quả trên

Hình 4.11 cũng cho thấy hệ số  trường hợp có phun ethanol, hệ số  đồng dạng với tỷ lệ
ethanol thay thế, đồng thời hệ số  trong trường hợp này cao hơn động cơ nguyên bản là do
trong ethanol có chứa oxy.
4.5.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến tiêu hao nhiên liệu
Kết quả biến thiên tổng tiêu hao lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol sau khi quy đổi theo
lượng diesel tiêu thụ tương đương tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ 2000
vg/ph theo tỷ lệ ethanol thay thế được thể hiện trên Hình 4.12 và các bảng số liệu kèm theo
trong thuyết minh luận án. Qua đó cho thấy khi tỷ lệ ethanol thay thế tăng lên, lượng diesel
tiêu thụ tương đương ở 50% tải tăng lên, ở 75% tải ít thay đổi, trong khi tại 100% tải giảm
xuống đáng kể. Kết quả này cho thấy hiệu quả thay thế tại tải thấp kém hơn tại tải cao, tuy
nhiên tỷ lệ thay thế cho phép tại tải thấp đạt cao hơn. Đặc điểm này cũng tương đồng như
suất tiêu hao năng lượng đã được phân tích ở trên. Kết quả nghiên cứu [6, 28] cũng có những
nhận định tương tự.

Hình 4.13. ge theo ne
Hình 4.12. ge tại ne 2000 vg/ph
Kết quả tổng tiêu hao lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol sau khi quy đổi theo lượng diesel
tiêu thụ tương đương tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với tỷ lệ
ethanol thay thế thay đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện
trên Hình 4.13 và các bảng số liệu kèm theo trong thuyết minh luận án. Qua đó cho thấy tại
chế độ tải 50% lượng diesel tiêu thụ tương đương lớn hơn, tại chế độ tải 75% lượng diesel
tiêu thụ tương đương ít thay đổi, tuy nhiên tại chế độ tải cao 100% thì lượng diesel tiêu thụ
tương đương thấp hơn khi so sánh với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ. Điều này
chứng tỏ tại tải cao 100% hiệu quả thay thế cao hơn, quan điểm này cũng tương đồng khi
bàn luận trong phần đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến suất tiêu hao năng
lượng đã được trình bày ở trên.
4.5.7.
Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol thay thế đến phát thải của động cơ
4.5.7.1. Phát thải HC
Biến thiên của hàm lượng HC tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ

2000 vg/ph theo tỷ lệ ethanol thay thế được thể hiện trong Hình 4.14. Kết quả cho thấy khi
tỷ lệ thay thế tăng thì phát thải HC cũng tăng theo ở tất cả các chế độ tải. Như chúng ta đã
biết phát thải HC là do có một phần nhiên liệu không cháy. Vì vậy khi tăng tỷ lệ ethanol

-17-


thay thế phát thải HC tăng có thể do sự hình thành các vùng dập lửa nên màng lửa không
lan đến được hay khi màng lửa lan đến được thì nhiệt độ giảm (do ethanol có đặc điểm bay
hơi thu nhiệt làm giảm nhiệt độ) không đốt cháy được môi chất công tác tại vùng đó.
Biến thiên phát thải HC tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với tỷ
lệ ethanol thay thế thay đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện
trên Hình 4.15.

Hình 4.15. HC khi thay đổi ne
Hình 4.14. HC tại ne 2000 vg/ph
Kết quả thể hiện trên Hình 4.15 cho thấy trong trường hợp có phun ethanol khi tăng tải
thì phát thải HC giảm đi rõ rệt trên toàn dải tốc độ động cơ, điều này có thể do khi tải tăng
thì tỷ lệ ethanol thay thế giảm làm độ dày màng dập lửa giảm dẫn đến quá trình cháy hoàn
thiện hơn và với tỷ ethanol thay thế giảm khi tăng tải thì thời điểm bắt đầu cháy muộn ít hơn
tạo điều kiện cho quá trình cháy hoàn thiện hơn.
Qua kết quả thể hiện trên Hình 4.15 cũng cho thấy trong trường hợp có phun ethanol
tại từng chế độ tải khi tăng tốc độ động cơ phát thải HC đều giảm, đặc biệt ở các chế độ tải
50%, 75% giảm đi rõ rệt. Nguyên nhân có thể do khi tăng tốc độ động cơ tỷ lệ ethanol thay
thế giảm làm độ dày màng dập lửa giảm và thời điểm bắt đầu cháy cũng muộn ít hơn dẫn
đến quá trình cháy hoàn thiện hơn.
4.5.7.2. Phát thải CO
Kết quả của hàm lượng CO tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ 2000
vg/ph theo tỷ lệ ethnaol thay thế được giới thiệu trong Hình 4.16.
Kết quả cho thấy phát thải CO đều tăng lên tại các chế độ tải khác nhau khi tăng tỷ lệ

ethanol thay thế. Điều này có thể do khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế thời điểm bắt đầu cháy
muộn đi và suất hiện các màng dập lửa làm cho quá trình cháy kém hoàn thiện dẫn đến nhiệt
độ giảm không đủ để oxy hóa CO thành CO2.

Hình 4.16. CO tại ne 2000 vg/ph
Hình 4.17. CO khi thay đổi ne
Biến thiên phát thải CO tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với tỷ
lệ ethanol thay thế thay đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể hiện
trên Hình 4.17.
Qua Hình 4.17 cho thấy: Tại chế độ tải 50% và 75% khi có phun ethanol thay thế phát
thải CO đều cao hơn khi không phun ethanol. Tuy nhiên, tại chế độ tải cao 100%, trường
hợp có nhiên liệu ethanol thay thế phát thải CO giảm đi rõ rệt khi so sánh với trường hợp
động cơ sử dụng nhiên liệu diesel gốc trên toàn dải tốc độ động cơ. Điều này có thể được
giải thích là do ở chế độ tải này tỷ lệ ethanol thay thế ít hơn khi so sánh với các chế độ tải
nhỏ hơn làm thời điểm bắt đầu cháy muộn ít hơn và độ dày màng dập lửa nhỏ hơn, đồng

-18-


thời trong nhiên liệu ethanol có ít cácbon và nhiều oxy hơn trong nhiên liệu diesel làm cho
quá trình cháy hoàn thiện hơn. Các nghiên cứu [5, 39] cũng có cùng nhận định như vậy.
4.5.7.3. Phát thải NOx
Kết quả hàm lượng NOx tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ 2000
vg/ph theo tỷ lệ ethanol thay thế được thể hiện trên Hình 4.18. Kết quả cho thấy khi tăng tỷ
lệ thay thế ở chế độ tải 50% và 75% hàm lượng NOx thay đổi không đáng kể. Nguyên nhân
có thể do tại hai chế độ tải này tỷ lệ ethanol thay thế nhiều hơn ở chế độ 100% tải làm cho
thời điểm bắt đầu cháy muộn hơn và độ dày màng dập lửa tăng do đó quá trình cháy kém
hoàn thiện hơn dẫn đến nhiệt độ ít thay đổi. Tuy nhiên ở vùng tải cao 100% tỷ lệ ethanol
thay thế ít hơn so với chế độ tải nhỏ hơn làm cho thời điểm bắt đầu cháy muộn ít hơn và độ
dày màng dập lửa giảm do đó quá trình cháy kiệt hơn làm nhiệt độ cháy tăng, đồng thời với

lượng oxy dư thừa khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế, hệ quả là lượng NOx tăng nhanh.

Hình 4.18. NOx tại ne 2000 vg/ph
Hình 4.19. NOx khi thay đổi ne
Biến thiên phát thải NOx tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với
tỷ lệ ethanol thay thế thay đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể
hiện trên Hình 4.19.
Kết quả cho thấy: tại các chế độ tải khác nhau, trường hợp có nhiên liệu ethanol thay
thế phát thải NOx cao hơn nhiều khi so với trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel
gốc. Nguyên nhân có thể là do trị số xêtan của ethanol thấp hơn nhiều so với nhiên liệu
diesel. Trị số xêtan thấp làm cho thời gian cháy trễ tăng và tốc độ tăng áp suất trong xy lanh
cũng tăng, kết quả làm cho áp suất trong xy lanh cao hơn và nhiệt độ quá trình cháy lớn hơn.
Hơn nữa do hệ số  cao dư thừa oxy nên cũng làm tăng phát thải NOx. Các kết quả nghiên
cứu [5, 43, 75] cũng cho kết quả tương tự.
4.5.7.4. Phát thải CO2
Biến thiên phát thải CO2 tại các chế
độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động
cơ với tỷ lệ ethanol thay thế thay đổi so
với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng
chế độ được thể hiện trên Hình 4.20.
Hình 4.20. CO2 tại các chế độ tải khác
nhau khi thay đổi tốc độ động cơ
Qua đó cho thấy phát thải CO2 tăng khi tăng tốc độ động cơ, và phát thải CO2 tăng
cùng với quy luật tăng tải. Các nghiên cứu [5, 61] cũng có kết quả tương đồng. Phát thải
CO2 tăng khi tăng tốc độ động cơ có thể là do tỷ lệ ethanol thay thế giảm khi tăng tốc độ
động cơ, điều này đã được trình bày trong phần mối quan hệ giữa tỷ lệ ethanol thay thế với
tốc độ động cơ. Đồng thời như đã trình bày ở trên, cho thấy phát thải CO2 tăng khi giảm tỷ
lệ ethanol thay thế tại các chế độ tải khác nhau ở cùng một tốc độ.
4.5.7.5. Phát thải smoke
Phát thải smoke tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ 2000 vg/ph theo

tỷ lệ ethanol thay thế được thể hiện trên Hình 4.21. Kết quả cho thấy phát thải smoke đều
giảm ở các chế độ tải khác nhau, đặc biệt ở chế độ 100% tải khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế

-19-


thì phát thải smoke giảm mạnh có thể do có thể là do trong nhiên liệu ethanol có 34,8% khối
lượng là oxy làm cho quá trình cháy hoàn thiện hơn giúp diesel cháy kiệt hơn.
Biến thiên phát thải smoke tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với
tỷ lệ ethanol thay thế thay đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ được thể
hiện trên Hình 4.22.

Hình 4.21. Smoke tại ne 2000 vg/ph
Hình 4.22. Smoke khi thay đổi ne
Qua đó cho thấy, trường hợp có nhiên liệu ethanol thay thế thì phát thải smoke nhỏ hơn
nhiều khi so sánh với trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel gốc, đồng thời tải càng
cao thì phát thải smoke càng giảm mạnh. Các nghiên cứu [5, 61] cũng có kết quả tương
đồng.
Cụ thể, tại tải cao 100%, khi có ethanol thay thế tại tốc độ 1000 vg/ph phát thải smoke
giảm nhiều nhất đạt 64,92%, tại tốc độ 3000 (vg/ph) phát thải smoke giảm ít nhất đạt
12,92%. Phát thải smoke giảm có thể là do trong ethanol có 34,8% khối lượng là oxy làm
cho quá trình cháy hoàn thiện hơn giúp nhiên liệu diesel cháy kiệt hơn.
4.6. Kết quả thực nghiệm ở chế độ chuyển tiếp
4.6.1. Tốc độ động cơ
Kết quả tốc độ động cơ ở chế độ
chuyển tiếp trong hai trường hợp có phun
và không phun ethanol được thể hiện trên
Hình 4.24. Qua Hình 4.24 cho thấy khi
tăng độ mở chân ga tốc độ động cơ tăng
lên nhanh và đều hơn khi so sánh với

Hình 4.24. ne
trường hợp không phun ethanol.
ne_WI- ne có phun; ne_WO- ne không phun.
4.6.2. Mô men động cơ
Kết quả mô men
động cơ trong hai trường
hợp có phun và không
phun ethanol ở cùng chế
độ chuyển tiếp được thể
hiện trên Hình 4.25.
Hình 4.25. Me
Tb_WI- Me có phun; Tb_WO- Me không phun.
Qua Hình 4.25 cho thấy khi tăng độ mở bàn đạp chân ga thì mô men động cơ tăng lên
sớm hơn và khi giảm ga thì mô men động cơ giảm đều hơn khi so sánh với trường hợp
không phun ethanol. Đồng thời khi tăng độ mở chân ga ở vùng nhỏ hơn hoặc bằng 50% mô
men động cơ tăng lên sớm và lớn hơn khi so sánh với trường hợp không phun ethanol, còn
ở vùng độ mở chân ga lớn hơn 50% cho thấy mô men động cơ nhỏ hơn và tăng đều hơn, tại
độ mở chân ga là 100% mô men nhỏ hơn. Khi giảm độ mở chân ga ở vùng lớn hơn 50% thì

-20-


mô men động cơ nhỏ hơn và giảm đều hơn, còn ở vùng độ mở chân ga nhỏ hơn hoặc bằng
50% thì mô men lớn hơn và giảm đều hơn.
4.6.3. Công suất động cơ
Kết quả công suất
động cơ ở chế độ chuyển
tiếp trong hai trường hợp
có phun và không phun
ethanol được thể thiện trên

Hình 4.26.
Hình 4.26. Ne
Pb_WI- Me có phun; Pb_WO- Me không phun.
Qua Hình 4.26 cho thấy khi so sánh với trường hợp không phun ethanol thì ở vùng độ
mở bướm ga nhỏ hơn hoặc bằng 50% công suất động cơ lớn hơn và tăng lên sớm hơn khi
tăng độ mở chân ga, còn khi giảm độ mở chân ga thì mô men động cơ cũng lớn hơn và giảm
đều hơn theo độ giảm độ mở chân ga. Tại vùng độ mở chân ga lớn hơn 50% công suất động
cơ tăng lên đều hơn và nhỏ hơn khi tăng độ mở chân ga và ngược lại khi giảm độ mở chân
ga công suất động cơ giảm đều hơn và nhỏ hơn, tuy nhiên khi độ mở chân ga đạt 100% thì
công suất động cơ nhỏ hơn khi so sánh với trường hợp không phun ethanol, điều này có thế
do đây chưa phải là vùng tốc độ mà động cơ có thể đạt công suất lớn nhất.
4.6.4. Suất tiêu hao năng lượng
Kết quả suất tiêu hao năng
lượng trong hai trường hợp
không phun và có phun ethanol
ở cùng chế độ chuyển tiếp được
thể hiện trên Hình 4.27.

Hình 4.27. BSEC
BSEC_WI- BSEC có phun; BSEC_WO- BSEC không phun.
Qua Hình 4.27 cho thấy suất tiêu hao năng lượng đều thấp hơn trên toàn bộ chu trình
khi so sánh với trường hợp không phun ethanol, chứng tỏ hiệu quả thay thế của nhiên liệu
ethanol cao hơn rõ rệt. Điều này có thể được giải thích là do trong ethanol có 34,8% khối
lượng oxy làm cho quá trình cháy hoàn thiện hơn, dẫn đến suất tiêu hao năng lượng nhỏ
hơn.
4.6.5. Hệ số dư lượng không khí 
Kết quả hệ số dư
lượng không khí  ở chế
độ chuyển tiếp trong hai
trường hợp có phun và

không phun ethanol được
thể hiện trên Hình 4.28.
Hình 4.28. Hệ số 
_WI-  có phun; _WO-  không phun.
Qua Hình 4.28 cho thấy trong cả hai trường hợp có phun và không phun ethanol ở chế
độ chuyển tiếp hệ số  đều lớn hơn 1,2. Giá trị hệ số  này thỏa mãn cho động cơ diesel làm
việc bình thường theo điều kiện hệ số .

-21-


4.6.6. Phát thải động cơ
4.6.6.1. Phát thải HC
Kết quả phát thải HC
ở chế độ chuyển tiếp trong
hai trường hợp có phun và
không phun ethanol được
thể hiện trên Hình 4.29.
Hình 4.29. HC có phun và không phun
HC_WI- HC có phun; HC_WO- HC không phun.
Qua Hình 4.29 cho thấy phát thải HC cao hơn khi so sánh với trường hợp không phun
ethanol. Đồng thời phát thải HC tỷ lệ thuận với độ mở chân ga và mô men động cơ và ngược
lại. Điều này có thể là do động cơ D4BB sử dụng buồng cháy ngăn cách nên tồn tại nhiều
vùng thể tích chết, màng lửa không lan tràn đến nơi nên HC tăng.
4.6.6.2. Phát thải CO
Kết quả phát thải CO
ở chế độ chuyển tiếp trong
hai trường hợp có phun và
không phun ethanol được
thể hiện trên Hình 4.30.

Hình 4.30. CO có phun và không phun
CO_WI- CO có phun; CO_WO- CO không phun.
Qua Hình 4.30 cho thấy phát thải CO đều lớn hơn khi so sánh với trường hợp không
phun ethanol, kết quả này có thể do nhiên liệu ethanol bay hơi thu nhiệt làm giảm nhiệt độ
vì vậy nhiệt độ cháy tại nhiều vùng trong buồng cháy không đủ cao để oxy hóa CO thành
CO2 do đó CO tăng.
4.6.6.3. Phát thải NOx
Kết quả phát thải NOx ở
chế độ chuyển tiếp trong hai
trường hợp có phun và không
phun ethanol được thể hiện
trên Hình 4.31.
Hình 4.31. NOx có phun và không phun
NOx_WI- NOx có phun; NOx_WO- NOx không phun.
Qua Hình 4.31 cho thấy ở chế độ chuyển tiếp khi thay đổi độ mở chân ga, tại vùng mô
men động cơ nhỏ (vùng A và C) phát thải NOx nhiều hơn, tại vùng mô men động cơ lớn
(vùng B) phát thải NOx ít hơn khi so sánh với trường hợp không phun ethanol.
4.6.6.4. Phát thải CO2
Kết quả phát thải CO2 ở
chế độ chuyển tiếp trong hai
trường hợp có phun và không
phun ethanol được thể hiện trên
Hình 4.32.
Hình 4.32. CO2 có phun và không phun
CO2_WI- CO2 có phun; CO2_WO- CO2 không phun.

-22-


Qua Hình 4.32 cho thấy ở chế độ chuyển tiếp khi thay đổi độ mở chân ga, tại vùng mô

men động cơ nhỏ (vùng D và F) phát thải CO2 nhiều hơn, tại vùng mô men động cơ lớn
(vùng E) phát thải CO2 ít hơn khi so sánh với trường hợp không phun ethanol.
4.7. Kết luận chương 4
Tại các chế độ tải khác nhau 50%, 75%, 100% ở tốc độ động cơ ổn định 2000 vg/ph
khi tăng tỷ lệ ethanol thay thế từ không phun ethanol thì:
- Thời điểm đạt đỉnh áp suất không thay đổi, tốc độ tỏa nhiệt tăng, thời điểm bắt đầu
cháy muộn đi, góc cháy trễ tăng lên, nhiệt tỏa ra không đổi;
- Mô men và công suất động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol vẫn đảm bảo
duy trì được gần như động cơ sử dụng nhiên liệu diesel gốc và sai lệch trung bình không
quá 1,19%;
- Hiệu quả thay thế tại tải thấp kém hơn tại tải cao, tuy nhiên tỷ lệ thay thế cho phép
tại tải thấp đạt cao hơn;
- Tỷ lệ ethanol thay thế lớn nhất có thể đạt được là 60,09% ở chế độ 50% tải, 49,12%
ở chế độ 75% tải và 38,19% ở chế độ 100% tải nếu xét theo tiêu chí kích nổ;
- Hệ số dư lượng không khí  đều lớn hơn 1,2 cho thấy đảm bảo điều kiện làm việc
bình thường của động cơ diesel nếu xét theo tiêu chí này;
- Tổng tiêu hao lưỡng nhiên liệu tăng do lượng nhiên liệu ethanol phải tăng lên nhiều
hơn lượng nhiên liệu diesel giảm đi vì nhiệt trị của nhiên liệu ethanol thấp hơn nhiều so với
nhiệt trị của nhiên liệu diesel, đồng thời để đảm bảo ổn định được mô men và công suất
động cơ;
- Phát thải HC và CO đều tăng, ở chế độ tải nhỏ tăng nhiều hơn và ở chế độ tải lớn
100% tăng ít hơn. Trong khí đó phát thải CO2 giảm, đặc biệt ở chế độ tải cao thì CO2 giảm
mạnh;
- Ở vùng tải thấp hàm lượng NOx không tăng, tuy nhiên ở vùng tải cao 100% lượng
NOx tăng nhanh. Trong khi đó phát thải smoke giảm, đặc biệt ở chế độ 100% tải thì phát
thải smoke giảm mạnh.
Tại các chế độ tải 50%, 75%, 100% theo tốc độ động cơ với tỷ lệ ethanol thay thế thay
đổi so với trường hợp chạy diesel gốc tại cùng chế độ thì:
- Tỷ lệ ethanol thay thế đều giảm dần khi tăng tốc độ động cơ ở các chế độ tải khác
nhau, tải càng cao thì tỷ lệ ethanol thay thế càng giảm;

- Sai số trung bình mô men và công suất động cơ lớn nhất bằng 1,3766% tại tất cả các
chế độ tải trên toàn dải tốc độ động cơ với các tỷ lệ ethanol thay thế khác nhau;
- Suất tiêu hao năng lượng nhỏ hơn nhiều ở chế độ tải cao 100%, còn ở chế độ tải 50%
và 75% thì suất tiêu hao năng lượng lớn hơn trên toàn dải tốc độ động cơ với các tỷ lệ ethanol
thay thế khác nhau. Như vậy, hiệu quả thay thế ở tải cao lớn hơn ở tải thấp;
- Hệ số dư lượng không khí  đều lớn hơn 1,1 đảm bảo điều kiện làm việc bình thường
đối với động cơ diesel nếu xét theo tiêu chí này;
- Tiêu hao nhiên liệu ở chế độ tải cao 100% nhỏ hơn, còn ở các chế độ tải 50% và 75%
thì tiêu hao nhiên liệu cao hơn trên toàn dải tốc độ động cơ;
Tại chế độ chuyển tiếp khi so sánh trường hợp có phun ethanol với trường hợp không
phun ethanol thì:
- Khi tăng độ mở chân ga tốc độ động cơ tăng lên nhanh và đều hơn;
- Mô men và công suất động cơ lớn hơn ở vùng độ mở chân ga nhỏ hơn hoặc bằng
50%;
- Hiệu quả thay thế của nhiên liệu ethanol cao hơn rõ rệt;

-23-


- Hệ số  đều lớn hơn 1,2;
- Phát thải HC và CO cao hơn;
- Tại vùng mô men động cơ nhỏ phát thải NOx nhiều hơn, tại vùng mô men động cơ
lớn phát thải NOx ít hơn;
- Tại vùng mô men động cơ nhỏ phát thải CO2 nhiều hơn, tại vùng mô men động cơ
lớn phát thải CO2 ít hơn.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung:
Đề tài đã đưa ra được phương pháp và cơ sở khoa học chuyển đổi động cơ diesel sang
sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol, có thể áp dụng linh hoạt cho các động cơ phổ biến
ở Việt Nam nhằm tăng tỷ lệ tiêu thụ nhiên liệu sinh học. Với các kết quả chính như sau:

- Đã chuyển đổi thành công một động cơ diesel D4BB sang chạy lưỡng nhiên liệu
diesel-ethanol thông qua thiết kế cải tiến và chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu với điều
kiện giữ nguyên mô men, tỷ lệ thay thế ethanol tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
Động cơ làm việc bình thường ở mọi chế độ ổn định cũng như chuyển tiếp, giảm phát thải.
Trên cơ sở phương pháp mô phỏng trực tiếp trên đối tượng:
+ Xây dựng được mô hình động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol, từ đó giúp cho việc
chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol và đạt các mục
tiêu như đã nói ở trên.
+ Xây dựng được mô hình bộ điều khiển lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol, tiến hành
chạy mô hình để tìm ra bộ dữ liệu phục vụ cho việc chuyển đổi động cơ diesel thành động
cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol.
+ Đã xây dựng được mô hình điều khiển động cơ có bộ điều tốc của bơm cao áp cho
động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol để từ đó nghiên cứu quá trình chuyển tiếp.
- Kết quả so sánh giữa mô phỏng với thực nghiệm đảm bảo tin cậy và khẳng định tính
đúng đắn của mô hình và cách tiếp cận.
Hướng phát triển:
Phạm vi nghiên cứu của luận án mới chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm
Nhằm đưa nghiên cứu này ứng dụng vào thực tiễn, cần thiết phải bổ sung các nghiên
cứu sau:
- Thử nghiệm bền động cơ và thử nghiệm hiện trường để đánh giá khả năng làm việc
của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol trong thời gian dài và trong môi trường thực tế.
- Mở rộng áp dụng trên các động cơ diesel đời mới có tích hợp các hệ thống EGR, tăng
áp đường nạp, hệ thống nhiên liệu CR, ….
- Nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun sớm diesel.

-24-