Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với các chế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


LÊ VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG TỐI ƯU ỨNG
VỚI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG
ETHANOL-XĂNG RON 92

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số: 60520116

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHĐN
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Văn Nam

Phản biện 1: TS. Nguyễn Văn Đông
Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Phụng
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ kỹ thuật cơ khí động lực họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày
30 tháng 09 năm 2017
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
 Thư viện Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

- 1 -

MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường và
tìm kiếm nguồn năng lượng sạch thay thế cho nguồn năng lượng
hóa thạch ngày càng cạn kiệt luôn là mục tiêu nghiên cứu của
ngành động cơ và ôtô. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế thì
nhiên liệu sinh học được quan tâm hàng đầu đặc biệt là Ethanol và
Buthanol với sản lượng lớn, sản xuất với giá thành tương đối thấp
đồng thời phân bố rộng khắp ở các quốc gia. Với lý do đó đề tài
“Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với các chế
độ vận hành của động cơ sử dụng Ethanol-xăng RON 92” của luận
văn có ý nghĩa to lớn và hết sức cấp thiết.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Xem xét đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol đến tính
năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức
sử dụng xăng – ethanol. Trên cơ sở đó đề xuất tỷ lệ ethanol tham dự
có lợi và bất lợi đối với mỗi tính năng của động cơ.
- Xem xét đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến
tính năng kỹ thuật, kinh tế và ô nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng
bức khi sử dụng xăng – ethanol ứng với tỷ lệ ethanol bất lợi về mặt
kỹ thuật và kinh tế. Trên cơ sở đó đề xuất hệ số tương đương nhằm
phát huy công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm khí thải.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là động cơ Daewoo A16DMS lắp trên ô tô du lịch Daewoo Nubira.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận văn sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết
và thực nghiệm. Phương pháp lý thuyết sử dụng phương thức tổng

hợp, phân tích cơ sở lý thuyết liên quan đến tính chất lý hóa của


- 2 -

nhiên liệu, môi chất và quá trình cháy của động cơ đánh lửa cưỡng
bức nhằm định hướng cho xây dựng mô hình, chế độ thực nghiệm và
quy trình thực nghiệm.Phương pháp thực nghiệm nhằm xây dựng đặc
tính tốc độ, đặc tính hiệu chỉnh hệ số dư lượng làm cơ sở để đánh giá
tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm đối với đối tượng cụ thể là
động cơ Daewoo A16-DMS.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Việc pha trộn thêm nhiên liệu sinh học ethanol vào nhiên
liệu xăng A92 sẽ làm thay đối tính chất lý hóa đối với nhiên liệu
dùng cho động cơ xăng, do đó sẽ làm cho quá trình gia nhiệt chuẩn
bị cho quá trình cháy của nhiên liệu mới trong buồng cháy bị thay
đổi. Vì vậy kết quả nghiên cứu của luận văn cho phép xác định tỷ lệ
ethanol có lợi và bất lợi cho động cơ, cơ chế và phạm vi điều chỉnh
hệ số tương đương nhằm hạn chế bất lợi của xăng sinh học có tỷ lệ
ethanol cao. Vì vậy ý nghĩa thực tiễn của luận văn là góp phần nâng
cao tỷ lệ ethanol trong xăng sinh học.
CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Đề tài: Nghiên cứu xác định hệ số tương đương tối ưu ứng với
các chế độ vận hành của động cơ sử dụng Ethanol-xăng RON 92”
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài luận vănđược
trình bày trong 04 chươngvới cấu trúc như sau:
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Những vấn đề về môi trường và năng lượng
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học trên
thế giới và ở Việt nam

Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.1. Tính chất lý hóa của xăng pha ethanol
2.2. Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm


- 3 -

2.3.Phân tích quá trình cháy và các yếu tố ảnh hưởng quá trình
cháy động cơ đánh lửa cưỡng bức
2.4. Cơ sở xác định chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của
động cơ
2.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến các tính năng
kinh tế kỹ thuật của động cơ đánh lửa cưỡng bức.
Chƣơng 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1. Thực nghiệm phối trộn nhiên liệu xăng A92 và ethanol
3.2. Thực nghiệm động cơ daewoo A16-DMS trên băng thử
APA204/08
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ pha ethanol trong
xăng sinh học đến tính kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ.
4.2 Phân tích đánh giá ảnh hưởng của hệ số tương đương đến
tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Những vấn đề về môi trƣờng và năng lƣợng
1.1.1. Vấn đề môi trƣờng và biến đổi khí hậu hiện nay
Nhân loại đã và đang trải qua các biến động bất thường của
khí hậu toàn cầu. Trên bề mặt Trái đất, khí quyển và thủy quyển
không ngừng nóng lên làm xáo động môi trường sinh thái, đã và
đang gây ra nhiều hệ lụy với đời sống của con người.

1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do nguồn năng lƣợng hóa thạch
gây ra
Ô nhiễm bầu khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả
thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường
khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến
con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và sử dụng


- 4 -

hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào
môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải
sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng
các loại khí độc hại tăng lên ngày càng nhanh chóng.
1.1.3 Vấn đề an ninh năng lƣợng của thế giới và các nƣớc
trong khu vực
Trữ lượng dầu mỏ đang cạn đi một cách nhanh chóng,
nhiều lần hơn so với người ta tưởng... Theo số liệu của hãng dầu lửa
khổng lồ BP thì trữ lượng dầu thế giới còn đủ thỏa mãn nhu cầu toàn
cầu trong vòng 40 năm nữa, tính theo mức tiêu thụ như hiện nay.
1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC TRÊN
THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1 Sử dụng nhiên liệu sinh thế giới
Brazil, Trung Quốc và Mỹ là các quốc gia sản xuất và sử dụng
cồn nhiên liệu lớn trên thế giới. Họ đã khai thác và tận dụng nguồn
nhiên liệu sạch này từ rất lâu và đã mang lại nhiều lợi thế cũng như
tiết kiệm được nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng khan hiếm.
Ấn Độ đã sử dụng xăng pha 5% cồn ở 9 bang và 4 vùng
từ ngày 1/1/2003, các bang còn lại sử dụng ở giai đoạn 2, giai đoạn 3
sẽ tăng 10% cồn pha trong xăng. Các nước EU năm 2010 sẽ sử dụng

5,75% nhiên liệu sinh học trong tổng số xăng dầu cho giao thông
vận tải, năm 2020 sẽ tăng lên 20%.
1.1.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
Nếu thử so sánh với các nước trên thế giới có nền công
nghiệp sản xuất cồn phát triển như Brazil, Mỹ, Trung Quốc... Nhìn
lại, sản lượng cồn của Việt Nam hiện nay rất nhỏ, công suất sản xuất
của mỗi nhà máy cũng nhỏ, các đơn vị sản xuất cồn đang gặp nhiều
khó khăn do nguồn nguyên liệu quá cao và công nghệ sản xuất lạc


- 5 -

hậu, tốn nhiều chi phí sản xuất nên sản phẩm không có sức cạnh
tranh cao.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ETHANOL LÀM
NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên liệu trên thế giới
Tình hình nghiên cứu sử dụng xăng – ethanol trên thế giới
không ngừng được tăng lên. Tại thời điểm hiện tại ethanol được sử
dụng trong động cơ đánh lửa cưỡng bức bằng cách trộn với xăng ở
nồng độ thấp mà không có bất kỳ sửa đổi nào về động cơ. Ethanol
tinh khiết cũng có thể được sử dụng trong động cơ đánh lửa cưỡng
bức nhưng đòi hỏi một số sửa đổi động cơ nhất định.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ethanol làm nhiên ở Việt Nam
Nhu cầu "xăng pha ethanol" trên thế giới không ngừng
tăng lên, nước ta cũng không đứng ngoài xu hướng đó, Tổng cục
Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (Bộ Khoa học và Công nghệ)
đã ban hành yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính
(TCVN 7716 : 2007) dùng để pha chế xăng sinh học; Chính phủ
cũng đã phê duyệt " Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm

2015, tầm nhìn đến năm 2025 ".
Chƣơng 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA XĂNG PHA ETHANOL
2.1.1 Giới thiệu chung về ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, 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 mạch, lúa mì, củ cải
đường, củ sắn… Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ có
chứa cellulose…


- 6 -

Ethanol đã được các nước công nghiệp phát triển sử dụng như
một loại nhiên liệu độc lập hoặc pha vào xăng để làm tăng chỉ số
octane và giảm lượng khí thải CO2.
2.1.2 Thành phần hóa học và tính chất lý hóa
Bảng 2.1: Tính chất lý hóa của xăng và ethanol
Áp
suất
Nhiên Tỷ
liệu trọng

Nhiệt
trị
(MJ/L)

hơi
bão
hòa

ở
100oF

Chỉ

%

Nhiệt

Độ
nhớt

Tỷ lệ
Nhiệt ẩn
số
khối
độ tự
KK/NL
hóa hơi
ở
octan
lượng
cháy
(*)
(Btu/gal) o
40oC
RON
ôxy
( C)
(CSt)

(psi)
Ethanol 0,794 19,6
0,720-

Xăng

0,775

32

2,00
4,50

107
9099

9,0

34,7

2378

363

1,2

14,6

<2,7

900

280

0,8

KK/NL: Tỷ lệ không khí/nhiên liệu cháy hoàn toàn lý thuyết
Ethanol là hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của cồn
etylic, dễ cháy, không màu, là một trong các cồn thông thường có
trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Công thức hoá học là
C2H5OH, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng
0,7917 g/ml ở 200C) sôi ở nhiệt độ 78,390C, hóa rắn ở -114,150C, tan
trong nước vô hạn.
(*)

2.1.3 Ảnh hƣởng củaethanol đến liệu nhiên hỗn hợp xăngethanol và tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ
đánh lửa
a) Ảnh hưởng của ethanol đến tính chất của nhiên liệu xăngethanol: + Tính bay hơi; + Nhiệt trị; + Tính chống kích nổ
b) Ảnh hưởng của ethanol đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô
nhiễm của động cơ đánh lửa cưỡng bức: + Tính kinh tế, kỹ thuật;


- 7 -

+ Phát thải ô nhiễm; + Độ bền của động cơ; +Bảo dưỡng hệ
thống nhiên liệu
2.2 THÀNH PHẦN PHA CHẾ NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM
2.2.1 Cồn tuyệt đối sử dụng để pha chế
2.2.2 Xăng A92 dùng để pha chế

2.3 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH
HƢỞNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỞNG
BỨC
2.3.1 Diễn biễn quá trình cháy của động cơ châm cháy cƣỡng bức

Hình 2. 1.Quá trình cháy của động cơ xăng châm cháy cưỡng bức
I – cháy trễ, II – cháy nhanh, III – cháy rớt;
1 – đánh lửa; 2 – hình thành màng lửa trung tâm; 3 – áp suất lớn
nhấtpz
Trong động cơ châm cháy cưỡng bức, quá trình cháy được bắt
đầu từ nguồn lửa xuất hiện ở điện cực bugi trong môi trường hòa khí
đều được hòa trộn trước, sau đó xuất hiện màng lửa theo mọi hướng
tới khắp không gian buồng cháy. Trong quá trình cháy hóa năng của
nhiên liệu được chuyển thành nhiệt năng làm tăng áp suất và nhiệt độ
của môi chất. Nếu nhiên liệu được cháy càng kiệt, kịp thời thì năng


- 8 -

lượng nhiệt nhả ra được chuyển thành công càng tốt làm tăng công
suất và hiệu suất động cơ.
2.3.2 . Các nhân tố chính ảnh hƣởng đến quá trình cháy động cơ
đánh lửa cƣỡng bức
a) Ảnh hưởng của chất lượng hòa khí đến quá trình cháy
b) Ảnh hưởng của tia lửa điện
c) Ảnh hưởng của tốc độ và phụ tải đến quá trình cháy
d) Ảnh hưởng của kết cấu động cơ
2.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH VỚI CÁC
CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ
2.4.1. Đặc tính động cơ xăng

a) Chế độ làm việc của động cơ
Chế độ làm việc của động cơ đặc trưng bằng tổ hợp các thông
số làm việc của động cơ như tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt...
Trong đó chủ yếu là công suất có ích Ne (hoặc mô men- Me) và số
vòng quay n.

Ne  M e .  M e .

2 .n
 0,1047 M e .n
60

(2. 1)

Để đánh giá những đặc tính cần biết các thông số của động cơ
trên các chế độ vận hành của máy. Muốn vậy cần biết quan hệ của
các thông số làm việc của động cơ với một trong những thông số cơ
bản đặc trưng cho chế độ làm việc của động cơ, quan hệ đó chính là
đặc tính làm việc của động cơ đốt trong.
b) Đặc tính tốc độ động cơ xăng
Đặc tính tốc độ thể hiện mối quan hệ của công suất Ne, mô
men xoắn Me, suất tiêu hao nhiên liệu ge với số vòng quay trong điều
kiện giữ nguyên vị trí bướm ga. Bao gồm:
- Đặc tính ngoài: Đặc tính tốc độ ứng với công suất lớn nhất của
động cơ.


- 9 -

- Đặc tính bộ phận: là đặc tính tốc độ ứng với các vị trí cố định của

cơ cấu điều khiển nhiên liệu ở những vị trí trung gian nhỏ hơn giới
hạn ngoài.
2.4.2 Suất tiêu hao năng lƣợng
Suất tiêu hao năng lượng W[kJ/kW/h]

W

G
Wh
; Wh  nl ( E %. E .WE  Xa%. xa .Wxa )
Ne
H
(2. 2)

2.5 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ DƢ LƢỢNG
KHÔNG KHÍ ĐẾN CÁC TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT
CỦA ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƢỠNG BỨC
2.5.1 Hệ số dƣ lƣợng không khí ()
a) Ảnh hưởng của  đến công suất và suất tiêu hao nhiên
liệu (ge) của động cơ

Hình 2. 2. Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng
b) Ảnh hưởng của  đến quá trình cháy của động cơ
c) Ảnh hưởng của  tới hiệu suất của động cơ


- 10 -

Hình 2. 3.Ảnh hưởng của  đến t và i
1-Với tải bộ phận; 2- Với 100%tải; 3 - Với 2 bugi cho mỗi xylanh;

4 - Với khí mới phân lớp; 5 - Với buồng đốt trước
d) Ảnh hưởng của () đến độ độc hại của khí thải

Hình 2. 3.Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với thành
phần hơi độc trong khí thải ô tô
Chƣơng 3 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật và ô nhiễm của động
cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng xăng-ethanol cần có các trang thiết
bị hiện đại và một quy trình thực nghiệm chi tiết để đạt được mục
tiêu của thực nghiệm là xây dựng đặc tính tốc độ và đặc tính hiệu


- 11 -

chỉnh áp suất nhiên liệu trước vòi phun cho động cơ đánh lửa cưỡng
bức ở các mức tải khác nhau.
3.1 TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM
3.1.1 Phòng thí nghiệm động cơ AVL
Trang thiết bị phục vụ cho thí nghiệm cần bố trí trong ở trong
phòng thí nghiệm. Phòng thí nghiệm động cơ AVL là một trong
những phòng thí nghiệm hiện đại nhất Việt Nam.
3.1.1.1 Hệ thống trang thiết bị phòng thí nghiệm động cơ

Hình 3. 1. Sơ đồ chung khu vực thí nghiệm

1.
2.
3.
4.
5.

Máy tính điều khiển trung tâm
Trung tâm xử lý dữ liệu Puma.
Bộ điều khiển tay ga THA-100.
Bộ đo lưu lượng khí nạp.
Hộp thu nhận các tín hiệu nhiệt độ và áp suất từ động cơ thí
nghiệm.

6. Bộ đo độ lọt khí Cacter.
7. Các cảm biến gắn trên động cơ.
8. Bộ cấp và đo tiêu hao nhiên liệu.


- 12 -

9. Băng thử APA 204/8.
10. Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ nước làm mát động cơ.
11. Thiết bị đo ô nhiễm khí thải KME500
12. Bộ giảm chấn khí nén.
13. Bệ thử nghiệm.
3.1.2 Đối tƣợng thí nghiệm
Động cơ Daewoo A16DMS, là động cơ ô tô được lắp trên dòng
xe Nubira.
3.1.3 Trang thiết bị thí nghiệm
3.1.3.1 Băng thử công suất động cơ APA
3.1.3.2 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL-733
3.1.3.3 Thiết bị đo tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu ( AVL 364C
và 364X encoder) và thiết bị đo áp suất AVL Indiset 620
3.1.3.4 Thiết bị làm mát nước AVL 553
3.1.3.5 Các thiết bị cảm biến

3.2 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ các trang bị cho quá trình thí
nghiệm ta tiến hành thí nghiệm.
Quá trình thí nghiệm được thục hiện qua các bước sau:
- Chuẩn bị thí nghiệm
- Thí nghiệm:
1. Vận hành các thiết bị phụ trợ
2. Vận hành các trang thiết bị xác lập điều kiện thí nghiệm
3. Vận hành hệ thống làm mát nhiên liệu
4. Vận hành hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu
5.Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ nước làm mát cấp cho
động cơ


- 13 -

6. Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ
(554)
7. Vận hành hệ thống đo bồ hóng, khí xả động cơ
8.Kiểm tra động cơ và nối kết điện acqui cho hệ thống điều khiển
động cơ
9. Chuẩn bị công tác PCCC và an toàn
10. Vận hành PUMA
CHƢƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả thực nghiệm được tiến hành ứng với nhiên liệu xăng
RON 92 pha ethanol ở mức 0%, 10%, 15% và 20% theo thể tích.
Trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng của hệ số  đến tính kỹ thuật, kinh tế
và ô nhiễm của động cơ Daewoo A16DMS để xác định khoảng giá
trị của hệ số tương đương đáp ứng khả năng phát công suất, giảm
tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm cho động cơ khi sử dụng nhiên

liệu E20.
4.1. ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ ETHANOL ĐẾN TÍNH
KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ
4.1.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ ethanol đến hệ số tƣơng
đƣơng của hỗn hợp.
Đối với trường hợp động cơ sử dụng xăng RON 92, hệ số
tương đương thay đổi tương đối lớn theo tải và tốc độ của động cơ.
Khi tải động cơ tăng lên hệ số tương đương tăng, nghĩa là hỗn hợp
đậm lên để cải thiện công suất động cơ. Diễn biến của hệ số tương
đương tương tự khi động cơ sử dụng nhiên liệu E10, E15 và E20, chỉ
có điểm khác là ở cùng tốc độ và độ mở bướm ga hệ số tương đương
giảm xuống khi tăng tỷ lệ ethanol trong xăng, mức giảm của hệ số
tương đương  khoảng 0,05 ứng với tỷ lệ ethanol tăng khoảng 5%.


- 14 -

4.1.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ ethanol đến tính kỹ thuật, kinh tế của
động cơ
a) Đến mô men và công suất có ích
Mô men có ích ở 30%BG
120
110

Me (Nm)

100
90
80
70

60
50
40
1000

1500

2000

RON92
RON92

2500

3000
n (rpm)

E10
E10

3500
E15
E15

4000

4500

E20
E20

Mô men có ích ở 70%BG
130

120
110
Me (Nm)

100
90

80
70
60
50

40
1000

1500

RON92
RON92

2000

2500
E10
E10

3000
n (rpm)

3500
E15
E15

4000

4500
E20
E20

Hình trên thể hiện diễn biến mô men và công suất của động cơ
theo độ mở bướm ga và tốc độ động cơ. Kết quả cho thấy ở cùng độ
mở bướm ga mô men có ích của động cơ có sự thay đổi theo hướng


- 15 -

tăng dần khi tăng tốc độ và đạt giá trị cực đại ở phạm vi tốc độ từ
3000-3500 vòng/phút, sau đó lại giảm dần. Khác với mô men có ích,
công suất có ích tăng tỷ lệ theo tốc độ. Khi động cơ sử dụng nhiên
liệu xăng RON 92, mô men có ích của động cơ đạt giá trị cực đại
90Nm, 112Nm ở 3250 vòng/phút và 122Nm ở 3500 vòng/phút lần
lượt ứng với các mức tải 30, 50 và 70%BG.
b) Đến suất tiêu hao nhiên liệu và năng lượng có ích
Kết quả thí nghiệm cho thấy ở cùng độ mở bướm ga, ge của
động cơ có sự thay đổi theo hướng giảm dần khi tăng tốc độ và đạt
giá trị cực tiểu ở phạm vi tốc độ từ 3000-4000 vòng/phút, sau đó lại

tăng trở lại và qe có cùng quy luật. Khi động cơ sử dụng nhiên liệu
xăng RON 92, ge của động cơ đạt giá trị cực tiểu 306g/kWh,
308g/kWh ở 3250 vòng/phút và 301g/kWh ở 3500 vòng/phút lần
lượt ứng với các mức tải 30, 50 và 70%BG. Khi động cơ sử dụng
xăng pha ethanol diễn biến của ge và qe có cùng qui luật nhưng có sự
thay đổi về giá trị.
4.1.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ ethanol đến phát thải ô nhiễm
Từ những kết quả thí nghiệm cho thấy nhiên liệu E10 và E15
sử dụng trên động cơ Daewoo A16DMS cho công suất, mô men có
ích, cũng như suất tiêu hao nhiên liệu có ích tương đương và thậm
chí tốt hơn so với RON 92; đồng thời phát thải CO và HC thấp hơn
hơn so với xăng RON 92. Tuy nhiên đối với E20 thì tỏ ra bất lợi về
mô men và công suất có ích, đặc biệt mô men, công suất có ích giảm
đến 14% và suất tiêu hao nhiên liệu có ích tăng đến 10% ở pham vi
tốc độ thấp. Nguyên nhân trực tiếp ảnh hưởng đến đông cơ khi sử
dụng E20 chính là nhiệt ẩn hóa hơi của E20 cao và nhiệt trị của E20
thấp hơn xăng khá nhiều. Điều này làm gia tăng thời gian cháy trễ
của hỗn hợp khi động cơ sử dụng nhiên liệu E20.


- 16 -

Vì vậy cần có sự hiệu chỉnh về thông số vận hành như tăng
nhiệt độ nước làm mát, tăng hệ số tương đương (tăng lượng nhiên
liệu cung cấp), làm sớm góc đánh lửa để hạn chế nhược điểm nói
trên của nhiên liệu E20.
4.2. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ TƢƠNG ĐƢƠNG
CỦA HỖN HỢP ĐẾN TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ Ô
NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU E20
Bảng 4.1:Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 1250

vòng/phút
Gnl
(kg/h)
1.25
3.93
4.42
4.58

Gkk
(kg/h)
21.45
55.06
59.91
54.34


0.80
0.91
0.99
1.04

Me
(Nm)
64.51
67.48
94.89
76.03

Ne
(kW)

8.44
8.83
12.42
9.95

ge
(g/kWh)
423.98
444.92
355.84
460.17

qe
(MJ/kWh)
16.18
17.76
14.20
18.37

Bảng 4.2:Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 2000
vòng/phút
Gnl
(kg/h)
5.65
6.14
6.88
7.01

Gkk
(kg/h)

92.55
96.03
94.26
89.92


0.84
0.92
1.01
1.08

Me
(Nm)
66.90
81.97
89.94
85.43

Ne
(kW)
14.01
17.17
18.84
17.89

ge
(g/kWh)
403.24
357.65
365.25

391.80

qe
(MJ/kWh)
15.39
14.27
14.58
15.64

Bảng 4.3:Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 2500
vòng/phút
Gnl
(kg/h)
6.67
7.19
8.09
8.96

Gkk
(kg/h)
102.93
107.07
109.41
115.39


0.88
0.93
1.00
1.10

Me
(Nm)
76.77
82.14
95.46
91.30

Ne
(kW)
20.10
21.50
24.99
23.90

ge
(g/kWh)
331.88
334.35
323.71
374.86

qe
(MJ/kWh)
12.66
13.34
12.92
14.96

Bảng 4.4:Thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ ứng với 30% BG ở 3000

vòng/phút
Gnl
(kg/h)
7.45
8.48
10.11
10.44

Gkk
(kg/h)
119.03
129.64
127.81
123.63


0.87
0.94
1.09
1.17

Me
(Nm)
75.55
82.28
97.71
81.80

Ne
(kW)

23.73
25.85
30.70
25.70

ge
(g/kWh)
313.89
328.08
329.34
406.25

qe
(MJ/kWh)
11.98
13.09
13.14
16.21


- 17 Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ ở 50%BG
16

14

14

12

12

Gnl (kg/h)

Gnl (kg/h)

Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ ở 30%BG

16

10
8

10

6

8

6
4

4

2

2
1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0
1000

4500

1500

2000

2500

E20_Pf=2.5bar
E20_Pf=5bar

3000

3500

4000

4500

n (rpm)

n (rpm)
E20_Pf=3.2bar
A92_Pf=3.2bar

E20_Pf=4.5bar

E20_Pf=2.5bar

E20_Pf=3.2bar

E20_Pf=5bar

A92_3.2bar

E20_Pf=4.5bar

Hình 4.1.Sự thay đổi của lượng nhiên liệu cung cấp theo áp suất phun nhiên liệu
Công suất có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 ứng với 50%BG

Công suất có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20 ứng với 30%BG
45

35
30

35

20

Ne (kW)

Ne (kW)

25

15
10

25
15

5

5

0
3

5

1250rpm

7

9
Gnl (kg/h)

2500rpm

2000rpm

11

3

13

5

7

9

11

13

15

Gnl (kg/h)
3000rpm

1250rpm

3500rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

Hình 4.2.Diễn biến công suất có ích của động cơtheo lượng nhiên liệucung cấp
Hệ số tƣơng đƣơng của hỗn hợp không khí nhiên liệu E20 ứng với 50%BG

Hệ số tƣơng đƣơng của hỗn hợp không khí nhiên liệu E20 ứng với 30%BG
1.25

1.20

1.20

1.15

1.15

1.10

1.10

1.05





1.05
1.00

1.00
0.95

0.95

0.90

0.90

0.85

0.85
0.80

0.80
3.0

5.0

7.0

9.0

11.0

13.0

0.0

2.0

4.0

6.0

Gnl (kg/h)
1250rpm

2000rpm

2500rpm

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

Gnl (kg/h)
3000rpm

3500rpm

1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

Hình 4.3.Diễn biến của hệ số tương đương của hỗn hợptheo lượng nhiên liệu cung
cấp

Tính năng kinh tế, kỹ thuật và ô nhiễm của động cơ Daewoo
A16DMS sử dụng E20 có sự thay đổi khi thay đổi lượng nhiên liệu
cung cấp bằng cách thay đổi áp suất phun nhiên liệu. Như vậy chất
lượng hỗn hợp mà ở đây là độ đậm nhạt của hỗn hợp đã thay đổi,
nghĩa là hệ số tương đương  của hỗn hợp đã ảnh hưởng đến mô
men, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu có ích và phát thải của động
cơ.


- 18 -

4.2.1. Ảnh hƣởng của hệ số tƣơng đƣơng đến tính kinh tế, kỹ
thuật của động cơDaewoo A16DMS khi sử dụng nhiên liệu E20
a) Tính kỹ thuật của động cơ

Hình 4.4 Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến mô men có

ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20
Công suất có ích của động cơ ở 50%BG sử dụng E20
45
40
35

Ne (kW)

30
25
20
15
10
5
0
0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20


1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

Hình 4.5 Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến công suất có ích
của động cơ sử dụng nhiên liệu E20
Từ diễn biến ở trên cho thấy ở tốc độ từ 2000 đến 3500
vòng/phút khi hệ số tương đương trong khoảng từ 0,92-1,05 thì động
cơ phát huy được mô men và công suất có ích, ở tốc độ thấp 1250
vòng/phút do trạng thái nhiệt của động cơ thấp nên hệ số tương
đương giảm xuống còn 0,85-0,95. Như vậy xu hướng chung là để
động cơ Daewoo A16DMSphát huy tốt mô men và công suất khi sử
dụng E20 thì hệ số tương đương 0,90 ≤  ≤1,0để đảm bảo khả năng
bay hơi tốt cho nhiên liệu.


- 19 -

b) Tính kinh tế của động cơ
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ở 30%BG
550

ge (g/kWh)

500
450

400
350
300
250
0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25


1250rpm
1250rpm

2000rpm
2000rpm

2500rpm
2500rpm

3000rpm
3000rpm

3500rpm
3500rpm

Hình 4.6. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến suất tiêu hao
nhiên liệu có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20
Suất tiêu hao năng lượng có ích của động cơ ở 50%BG

30
qe (MJ/kWh)

qe (MJ/kWh)

Suất tiêu hao năng lượng có ích của động cơ ở 30%BG

30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10

25
20
15
10

0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25


0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25



1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

1250rpm

2000rpm

2500rpm

3000rpm

3500rpm

Hình 4.7. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến suất tiêu hao năng
lượng có ích của động cơ sử dụng nhiên liệu E20
Từ diễn biến ở trên cho thấy ở tốc độ từ 2000 đến 3500
vòng/phút khi hệ số tương đương trong khoảng từ 0,90-0,97 thì động
cơ tiêu hao ít nhiên liệu và năng lượng, ở tốc độ thấp 1250 vòng/phút
do trạng thái nhiệt của động cơ thấp nên hệ số tương đương giảm
xuống còn 0,80-0,90. Như vậy xu hướng chung là để động cơ
Daewoo A16DMStiêu thụ ít nhiên liệu khi sử dụng E20 thì hệ số
tương đương 0,85 ≤ ≤ 0,97 để đảm bảo khả năng bay hơi tốt cho
nhiên liệu.


- 20 -

4.2.2. Ảnh hƣởng của hệ số tƣơng đƣơng đến ô nhiễm của
khí thải động cơ
Bảng 4. 5: Phát thải ô nhiễm ở 30%BG
CO(%) HC(ppm) CO2(%) NOx(ppm)

n=1250 vòng/phút
0.80
1.03

96.00
15.40
455.00
0.91
1.48
132.00
15.30
1098.00
0.99
3.10
239.00
14.90
1253.00
1.04
5.52
280.00
13.90
1212.00
n=2000 vòng/phút
0.84
1.53
49.00
15.30
520.00
0.92
1.13
82.00
17.00
1401.00
1.01

3.51
108.00
15.10
1561.00
1.08
5.35
146.00
13.90
1235.00
n=2500 vòng/phút
0.88
1.16
49.00
14.60
899.00
0.93
1.58
96.00
16.70
1229.00
1.00
3.02
94.00
16.30
1688.00
1.10
5.31
167.00
13.90
1021.00

n=3000 vòng/phút
0.90
1.12
39.00
15.20
1054.00
0.94
1.22
57.00
16.90
1173.00
1.09
3.20
109.00
14.90
841.00
1.17
6.15
283.00
13.50
535.00
n=3500 vòng/phút
0.91
4.06
92.00
14.60
807.00
0.99
4.02
122.00

16.00
894.00
1.15
5.52
273.00
12.90
671.00
1.22
8.61
499.00
12.10
349.00


- 21 -


0.80
0.85
0.92
0.96
0.82
0.88
0.96
1.01
0.83
0.90
0.99
1.04
0.84

0.94
1.05
1.12
0.90
0.97
1.08
1.17

Bảng 4.6: Phát thải ô nhiễm ở 50%BG
NOx(ppm
CO(%)
HC(ppm)
CO2(%)
)
n=1250 vòng/phút
2.11
158.00
15.60
874.00
3.19
174.00
15.50
1219.00
3.37
150.00
16.00
1440.00
4.66
290.00
13.90

913.00
n=2000 vòng/phút
1.11
35.00
16.10
1078.00
1.15
80.00
17.00
1311.00
2.43
107.00
16.80
1195.00
2.91
195.00
15.30
1011.00
n=2500 vòng/phút
1.15
27.00
15.60
1333.00
1.18
63.00
17.40
1428.00
2.64
80.00
16.60

1457.00
3.72
163.00
15.20
1289.00
n=3000 vòng/phút
1.16
18.00
15.60
1566.00
1.22
57.00
17.50
1873.00
4.21
74.00
15.40
1256.00
5.00
298.00
14.00
995.00
n=3500 vòng/phút
1.84
49.00
15.60
1092.00
1.83
92.00
17.20

1637.00
5.89
61.00
14.80
1056.00
9.30
575.00
13.70
552.00

Trên cơ sở số liệu khí thải động cơ ( Bảng 4.7, Bảng 4.8) khi
sử dụng nhiên liệu E20 theo hệ số tương đương ở 2 mức tải 30%BG
và 50%BG, xác định được qua hệ giữa quan hệ bậc 2 giữa nồng độ
các chất CO, CO2, HC và NOx với hệ số tương đương  ở ba mức
tốc độ đặc trưng là 1250, 2000-2500 và 3000-3500 vòng/phút (Hình
4.). Diễn biến cho thấy:


- 22 -

- Ở phạm vi hệ số tương đương =0,8-0,85, mức phát thải
CO và HC gần như thấp nhất. Do hỗn hợp nhạt khiến nhiệt độ cháy
thấp nên lượng CO2 và NOx sinh ra cũng chưa đạt giá trị lớn nhất.
- Ở phạm vi hệ số tương đương =0,85-0,92, mức phát thải
CO và HC tăng lên, mức phát thải NOx tăng lên và mức phát thải
CO2 đạt giá trị lớn nhất. Đây chính là phạm vị của hệ số tương
đương mà động cơ tiêu hao nhiên liệu ít nhất nghĩa là quá trình cháy
hoàn thiện nhất chính là lý do khiến phát thải CO2 đạt giá trị lớn.
- Ở phạm vi hệ số tương đương =0,92-1,0, mức phát thải
CO và HC tiếp tục tăng lên, mức phát thải CO2 giảm xuống và mức

phát thải NOx đạt giá trị lớn nhất. Đây chính là phạm vị của hệ số
tương đương mà động cơ phát công suất lớn nhất nhất nghĩa là nhiệt
độ cháy cao nhất chính là lý do khiến phát thải NOx đạt giá trị lớn.
- Giá trị của hệ số tương đương để phát thải CO và HC thấp
nhất, phát thải CO2 và NOx cao nhất ở mức tải 30% có xu hướng
dịch sang cận phải và ở mức tải 50%BG có xu hướng dịch sang cận
trái của các khoảng giá trị của hệ số tương đương ở trên.
Phát thải ô nhiễm ở 1250 vòng/phút tại 30%BG
18.0

1400
1200

14.0
1000

12.0
10.0

800

8.0

600

6.0

400

4.0

HC (ppm), NOx (ppm)

CO (%), CO2 (%)

16.0

200

2.0
0.0

0
0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10



CO_1250rpm

CO2_1250rpm

HC_1250rpm

NOx_1250rpm

Hình 4.8.Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương ở
1250 vòng/phút


- 23 -

1800

16.0

1600

16.0

1600

14.0

1400

14.0

1400

12.0

1200

12.0

1200

10.0

1000

10.0

1000

8.0

800

8.0

800

6.0

600

6.0

600

4.0

400

4.0

400

2.0

200

2.0

0

0.0

0.0
0.80

0.85

CO_2000rpm

0.90

0.95

1.00



CO2_2000rpm

1.05

HC_2000rpm

CO (%), CO2 (%)

18.0

1.10

200
0
0.80

NOx_2000rpm

HC (ppm), NOx (ppm)

Phát thải ô nhiễm ở 2000 vòng/phút tại 50%BG
1800

HC (ppm), NOx (ppm)

CO (%), CO2 (%)

Phát thải ô nhiễm ở 2000 vòng/phút tại 30%BG
18.0

0.85

CO_2000rpm

0.90

0.95



CO2_2000rpm

1.00

HC_2000rpm

1.05
NOx_2000rpm

Hình 4.9.Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương ở
2000 vòng/phút
1200

16.0

800

10.0
600
8.0
6.0

400

4.0
200

2.0

CO (%), CO2 (%)

12.0

HC (ppm), NOx (ppm)

CO (%), CO2 (%)

1000
14.0

20

1800

18

1600

16

1400

14

1200

12

1000

10

800

8

600

6

400

4

200

2

0.0

0
0.90

CO_3500rpm

0.95

1.00

1.05

CO2_3500rpm



1.10

1.15

HC_3500rpm

1.20

1.25
NOx_3500rpm

HC (ppm), NOx (ppm)

Phát thải ô nhiễm ở 3500 vòng/phút tại 50%BG

Phát thải ô nhiễm ở 3500 vòng/phút tại 30%BG
18.0

0

0

-200
0.85

CO_3500rpm

0.90

0.95

1.00

CO2_3500rpm

1.05



1.10

HC_3500rpm

1.15

1.20
NOx_3500rpm

Hình 4.10.Phát thải CO, CO2, HC và NOx theo hệ số tương đương
ở 3500 vòng/phút
Từ diễn biến ở trên cho thấy để phát thải CO, HC và NOx
thấp và CO2 hợp lý (giảm tiêu hao nhiên liệu) nên duy trì hệ số tương
đương  0,90.