Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng góc phun sớm cho động cơ diesel sử dụng hỗn hợp nhiên liệu butanol diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN XUÂN HÀ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG
GÓC PHUN SỚM CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG
HỖN HỢP NHIÊN LIỆU BUTANOL - DIESEL

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 60.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình đƣợc hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN TỤY

Phản biện 1: PGS.TS. DƢƠNG VIỆT DŨNG
Phản biện 2: LÊ XUÂN THẠCH

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày 30 tháng 09 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng


1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm
môi trƣờng luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành ô tô. Trong tình hình dầu mỏ đang cạn
kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở nên ngày một nghiêm trọng đối với loài ngƣời
thì vấn đề năng lƣợng và môi trƣờng càng trở thành mối quan tâm hàng đầu của các nhà
khoa học cũng nhƣ các giới quản lý trên toàn thế giới.
Song song với việc hoàn thiện các hệ thống động cơ để nâng cao hiệu suất nhiệt,
giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng thì các dự án, các chƣơng trình
nghiên cứu nhằm tìm kiếm nguồn năng lƣợng mới, nhiên liệu thay thế và sử dụng hiệu quả
nguồn năng lƣợng này cũng đã và đang đƣợc các nhà khoa học tập trung nghiên cứu.
Để giải quyết vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, trên thế giới hiện nên đã và
đang sử dụng các loại nhiên liệu thay thế sạch nhƣ khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, khí thiên
nhiên nén/hoặc lỏng (CNG/LNG). Ngoài ra, các loại nhiên liệu sinh học nhƣ Biogas,
Biomass, Ethanol, Butanol… cũng đã và đang đƣợc quan tâm nghiên cứu bởi tính chất
sạch, ít gây ô nhiễm môi trƣờng; hơn nữa nhiên liệu sinh học đƣợc hình thành từ các chất
hữu cơ động thực vật nên sản lƣợng lớn và phân bố hầu khắp trái đất. Do đó, đây là nguồn
nhiên liệu thay thế bổ sung phong phú, mang tính bền vững; góp phần đáng kể vào việc
duy trì an ninh năng lƣợng trên toàn thế giới nói chung.
Ngày nay, nhiên liệu Butanol đã và đang đƣợc nghiên cứu để thay thế một phần
vào nhiên liệu truyền thống xăng/dầu nhằm làm giảm mức độ ô nhiễm không khí cũng nhƣ
ảnh hƣởng sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên, khi pha trộn vào nhiên liệu xăng/dầu thì sẽ làm
cho quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ truyền thống bị thay đổi; và do đó làm ảnh
hƣởng đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ. Vì vậy, cần thiết phải điều chỉnh góc
phun sớm cho động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel pha Butanol. Với những lý do đó đề tài
“Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng góc phun sớm cho động cơ diesel sử dụng hỗn

hợp nhiên liệu butanol - diesel” có tính cấp thiết.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Mục đích chung là giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng nhờ
phối trộn thêm nhiên liệu sinh học Butanol, làm phong phú và đa dạng hóa nguồn nhiên
liệu dùng cho động cơ đốt trong. Mục tiêu cụ thể của đề tài là xác định góc phun sớm tối
ƣu cho động cơ diesel sử dụng nhiên liệu Diesel pha Butanol với các tỷ lệ khác nhau.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Đối tƣợng nghiên cứu của luận
văn là động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu diesel pha butanol với các tỷ lệ khác nhau.
Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn đến vấn đề hiệu chỉnh góc phun sớm trong thực nghiệm
đối với các mẫu nhiên liệu liệu Diesel pha Butanol với các tỷ lệ 5% và 15% và đƣợc ký
hiệu lần lƣợt là: DOB5, DOB15.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, trong
đó chú trọng nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hƣởng của góc phun sớm đến tính
năng kinh tế kỹ thuật cũng nhƣ vấn đề ô nhiễm đối với động cơ nhiệt sử dụng nhiên liệu
diesel pha butanol với các tỷ lệ khác nhau.


2

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Việc pha trộn thêm nhiên liệu
sinh học Butanol vào nhiên liệu Diesel sẽ làm thay đối tính chất lý hóa đối với nhiên liệu
dùng cho động cơ diesel, do đó sẽ làm cho quá trình gia nhiệt chuẩn bị cho quá trình tự
cháy của nhiên liệu mới trong buồng cháy bị thay đổi. Vì vậy việc nghiên cứu thực
nghiệm nhằm tay đổi góc phun sớm cho phù hợp với mỗi mẫu nhiên liệu pha trộn có tỷ lệ
Butanol khác nhau có ý nghĩa khoa học rõ rệt và mang tính thực tiễn cao.
CẤU TRÚC LUẬN VĂN: Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài luận văn:
“Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng góc phun sớm cho động cơ diesel sử dụng hỗn
hợp nhiên liệu butanol - diesel” đƣợc trình bày trong 04 chƣơng với cấu trúc nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan các vấn đề cạn kiệt nguồn năng lƣợng, tác hại của ô nhiễm
môi trƣờng do nhiên liệu hóa thạch, tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học
Diesel-Butanol trong và ngoài nƣớc.

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết: phân tích tính chất nhiên liệu, diễn biến quá trình cháy
của động cơ diesel, các thông số ảnh hƣởng đến góc phun sớm, điều khiển phun sớm cho
động cơ diesel.
Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm: giới thiệu trang thiết bị thí nghiệm, chạy thí
nghiệm nhiên liệu Diesel pha Butanol với các tỷ lệ khác nhau và ứng với các góc phun
sớm khác nhau trên băng thử công suất Froude, kết quả dữ liệu nhận đƣợc từ thí nghiệm.
Chƣơng 4 – Kết quả và bàn luận: phân tích đánh giá kết quả về ảnh hƣởng của góc
phun sớm đến tính năng kinh tế kỹ thuật và ô nhiễm môi trƣờng đối với động cơ thí
nghiệm sử dụng nhiên liệu diesel pha Butanol với các tỷ lệ khác nhau.
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƢỢNG VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG
TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI.
Hình 1.1: So sánh mức độ ô nhiễm CO2 của các loại nhiên liệu dùng cho ôtô
Hình 1.2: So sánh tiêu hao năng lượng của các loại nhiên liệu dùng cho ôtô.
5.0

Tiªu hao n¨ng l-îng [MJ/km]

Møc ®é « nhiÔm CO2 [g/km]

250

200

150

100

50

4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5

0

0.0

Gasoline ICE car

Diesel ICE car

CNG ICE car

Hydrogen ICE car

Gasoline ICE car

Diesel ICE car

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC BUTANOL

CNG ICE car

Hydrogen ICE car


3

1.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới
1.2.2 Tình hình sản xuất Butanol trên thế giới
Butanol sinh học (hay xăng sinh học) là một trong số những loại nhiên liệu lỏng thế
hệ tiếp theo thay thế cho các sản phẩm hóa dầu đang đƣợc sử dụng hiện nay. Butanol sinh
học đƣợc chiết xuất từ đƣờng lên men với số lƣợng lớn trong sinh khối xenluloza (từ gỗ),
với mức calori cao hơn (34 MJ/kg) so với Ethanol (C2H5OH - 27 MJ/kg).
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu Butanol
1.3 KẾT LUẬN
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong chƣơng 2 này, luận văn sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về vấn đề nhiên liệu sinh
học Butanol, tính chất nhiên liệu sinh học DO-Butanol; về vấn đề quá trình cháy của động
cơ diesel, ảnh hƣởng của góc phun sớm đến quá trình cháy của động cơ diesel.
2.1 TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU BUTANOL VÀ DO-BUTANOL
2.1.1 Pha chế Butanol làm nhiên liệu

Hình 2.1. Mô hình phân tử n- Butanol
2.1.2 Tính chất lý hóa của nhiên liệu sinh học DOB15 (Hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel
pha 15% thể tích Butanol)
2.2 QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL
2.2.1 Diễn biến quá trình cháy của động cơ Diesel.
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
cháy.
2.2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến giai
đoạn chuẩn bị cháy:
2.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai

đoạn còn lại của quá trình cháy
2.2.2.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến
quá trình cháy
2.2.3 Điều chỉnh góc phun sớm cho
động cơ Diesel


4

2.2.3.1 Các phương pháp điều chỉnh góc phun sớm động cơ Diesel.
2.2.3.2 Cách điều chỉnh góc phun sớm ở động cơ thí nghiệm EV2600
2.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1 GIỚI THIỆU TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1.1 Sơ đồ bố trí tổng thể băng thử công suất động cơ
5

4

FUEL
733
HỘP
NỐI KẾT

6

3

7
FROUDE

EV2600

1

2

KEG-500

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống băng thử công suất Froude


5

3.1.2 Băng thử công suất Froude DFX3

Hình 3.2: Các cấu thành băng thử công suất Froude
3.1.3 Động cơ thí nghiệm VIKYNO – EV2600
Hình 3.3: Động cơ VIKYNO
DIESEL EV2600.
Động cơ đƣợc sử
dụng cho thí nghiệm là động
cơ diesel có mã hiệu
EV2600 (xem hình 3.3) do
nhà máy VIKYNO DIESEL
của Việt nam sản xuất. Đó
là động cơ diesel 4 kỳ, 1 xy
lanh bố trí nằm ngang, làm
mát bằng nƣớc.
3.1.4 Thiết bị cấp và đo

tiêu hao nhiên liệu AVL
FUEL BALANCE 733


6

3.1.5 Thiết bị đo mô-men xoắn băng thử công suất Froude

Hình 3.6: Hình dạng của Loadcell
chịu kéo/nén dùng trên băng thử
3.1.6 Thiết bị đo tốc độ Encoder
634C/X

Hình 3.4: Thiết bị AVL 733

Hình 3.8: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện của encoder tốc độ
3.1.7 Thiết bị đo các chất ô nhiễm khí thải KEG-500
Thiết bị đo khí thải
KEG-500 (hình 3.9) do Hàn
Quốc sản xuất. Thiết bị có
thể phân tích hàm lƣợng
các chất khí thải từ động cơ
đốt trong nhƣ CO[%V],
HC[ppm],
CO2[%V],
O2[%V], tỷ số Lamda[-]
hoặc NOx[ppm]. Kết hợp in
kết quả lƣu trữ hoặc xuất ra

7

máy tính nhờ phần mềm chuyên nghiệp.
Hình 3.9. Thiết bị đo khí thải KEG-500.
Bảng 3.5: Bảng thông số kỹ thuật thiết bị đo khí thải KEG-500
Thông số đo

Đơn vị

Giới hạn đo

Sai số

CO

[%Vol]

0 10

0,01[%]

CO2

[%Vol]

0 20

0,10[%]

HC

[ppm]

20.000

1[ppm]

O2

[%Vol]

04

0,01[%]

>4  22

0,10[%]

NOx

[ppm]

4.000

1 [ppm

3.2 TỔ CHỨC THỬ NGHIỆM
3.2.1 Nội dung thử nghiệm
3.2.2 Quy trình thử nghiệm động cơ EV2600 trên băng thử Froude

3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM NHIÊN LIỆU DIESEL-BUTANOL
3.3.1 Phương pháp ghi nhận dữ liệu
3.3.1.1 Ghi nhận dữ liệu mô-men và tốc độ động cơ
3.3.1.2 Ghi nhận dữ liệu tiêu hao nhiên liệu độngcơ
3.3.1.3 Ghi nhận các đại lượng khí xả từ động cơ EV2600
3.3.2 Kết quả thử nghiệm
3.3.2.1 Kết quả đo diễn biến mô-men và tiêu hao nhiên liệu động cơ

Hình 3.35: Tổng hợp lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Gh[kg/h] của mẫu DOB5 ứng
với 05 góc phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.


8

Hình 3.36: Tổng hợp diễn biến mô-men động cơ của mẫu nhiên liệu DOB5 ứng với 05 góc
phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.

Hình 3.37: Tổng hợp lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Gh[kg/h] của mẫu DOB15
ứng với 05 góc phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.

Hình 3.38: Tổng hợp diễn biến mô-men động cơ của mẫu nhiên liệu DOB15 ứng với 05
góc phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.


9

3.3.2.2 Kết quả đo diễn biến các đại lượng khí thải động cơ

Hình 3.39: Tổng hợp diễn biến khí xả NOx của mẫu nhiên liệu DOB5 ứng với 05 góc phun
sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.

Hình 3.40: Tổng hợp diễn biến khí xả CO2 của mẫu nhiên liệu DOB5 ứng với 05 góc phun
sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.

Hình 3.41: Tổng hợp diễn biến khí xả NOx của mẫu nhiên liệu DOB15 ứng với 05 góc
phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.


10

Hình 3.42: Tổng hợp diễn biến khí xả CO2 của mẫu nhiên liệu DOB15 ứng với 05 góc
phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.
3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU CỦA HỖN HỢP BUTANOL PHA
TRỘN VỚI DẦU DIESEL
Để có thể phân tích đánh giá ảnh hƣởng của góc phun sớm đến các chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật và ô nhiễm môi trƣờng của động cơ Diesel EV2600 khi sử dụng nhiên liệu sinh
học pha butanol vào dầu diesel DO 0,05S, cần thiết phải biết tính chất của hỗn hợp nhiên
liệu sinh học Diesel-Butanol khác biệt với nhiên liệu gốc Diesel DO nhƣ thế nào. Vì vậy
cần thiết phải nghiên cứu tính chất nhiên liệu của hỗn hợp Butanl phối trộn với Diesel DO
mà đê tài nghiên cứu.
Bảng 4.1: So sánh tính chất của nhiên liệu Diesel khoáng với DOB15
Tính chất

n-Butanol

Dầu DO 0,05S

- Tỷ trọng ứng với 20 C (kg/lit)

0,814

0,84 ÷0,89

- Nhiệt trị (MJ/Lít)

29,20

21,6???

- Độ nhớt động học (cSt)

3,64

>3

-

40 ÷ 55

- Áp suất hơi (Reid) ở 100oF (Psi)

0,33

-

- Hàm lƣợng oxy (%)

21,60

-

-

0,05

11,10

14,4

9,10

-

-

<5

o

- Chỉ số cetan

- Hàm lƣợng lƣu huỳnh (%)
- Tỷ lệ không khí/nhiên liệu (A/F)
o

- Độ tan trong nƣớc ở 25 C (%)
0

- Nhiệt độ đông đặc, (t C)

4.2 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ Ô NHIỄM KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG
CƠ


11

Dựa trên những số liệu thực nghiệm ở chƣơng 3, tác giả tiến hành phân tích đánh giá
kết quả thực nghiệm về tính kinh tế kỹ thuật cũng nhƣ ô nhiễm môi trƣờng của động cơ
EV2600 sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-Diesel khi thay đổi góc phun sớm của động cơ.
Các chỉ tiêu phân tích đánh giá bao gồm:
- Mức độ phát huy và sử dụng công suất Pe(kW).
- Mức độ tiêu hao hao nhiên liệu ge(g/kW.h).
- Mức độ phát thải các chất khí xả NOx(ppm) và CO2(%Vol).
Việc phân tích chi tiết cho từng mẫu nhiên liệu DOB5 và DOB15 ứng với từng góc
phun sớm đới với tính kinh tế kỹ thuật cũng nhƣ mức độ phát thải các chất khí xả CO2 và
NOx đƣợc trình bày chi tiết ở bảng phụ lục 1.
Dƣới đây, luận văn sẽ trình bày kết quả đánh giá phân tích tổng hợp tính năng kinh tế
kỹ thuật cũng nhƣ các chất phát thải CO2 và Nox đối với 02 mẫu nhiên liệu khi thực hiện
thay đổi các góc phun sớm khác nhau.
4.2.1 Phân tích đánh giá tổng hợp tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ
4.2.1.1 Đối với mẫu nhiên liệu DOB5
Kết quả phân tích đánh giá tổng hợp công suất động cơ theo đặc tính điều chỉnh của
bộ điều tốc ứng với các chế độ vận hành cho mẫu nhiên liệu DOB5 (bao gồm 05 góc phun
sớm cho 02 vị trí thanh răng) và đƣợc cho nhƣ tren hình 4.21.

Hình 4.1: Diễn biến công suất động cơ của mẫu DOB5 khi điều chỉnh theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%
Bằng phƣơng pháp xấp xỉ thực nghiệm, cho phép chúng ta dễ dàng xác định hàm số

biểu diễn đại lƣợng suất tiêu hao nhiên liệu ge = f(n) cho mỗi vị trí tay ga đối với mỗi mẫu
nhiên liệu thực nghiệm vận hành với một góc phun sớm xác định (xem hình 4.2).


12

Hình 4.2: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của mẫu DOB5-2 khi điều chỉnh góc phun
sớm muộn hơn 3,0[độ] (khi vận hành ở vị trí tay ga 30%)
Thông qua hàm xấp xỉ ge = f(n), chúng ta dễ dàng tìm đƣợc giá trị suất tiêu hao
nhiên liệu nhỏ nhất ge_min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành (ứng với mỗi vị trí tay ga
và ứng với mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm). Bằng cách đó, luận văn đã xác định
gần đúng đƣợc tất cả các giá trị ge_min cho mẫu nhiên liệu DOB5 (gồm 10 giá trị ge_min)
ứng với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ), +1,5(độ), +
3,0(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy của động cơ EV2600 khi vận hành tay ga ở 02 vị
trí 30% và 50% nhƣ trên hình 4.3.

Hình 4.3: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của mẫu DOB5 khi điều chỉnh theo 05 góc
phun sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%


13

Hình 4.4a: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB5 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 30%

Hình 4.4b: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB5 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 50%
Trên cơ sở phân tích đánh giá tổng hợp này, luận văn rút ra đƣợc quan hệ suất tiêu
hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min của 05 chế độ vận hành theo góc phun sớm cho mỗi vị trí
tay ga 30% và 50%. Kết quả đƣợc cho trên bảng 4.2 nhƣ sau.

Bảng 4.2: Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (ge_min) khi thay đổi góc phun sớm (so với
góc nguyên thủy) của mẫu nhiên liệu DOB5
Góc phun sớm thay đổi (độ)

-3.0

-1.5

0.0

1.5

3.0

ge_min_30% [g/kW.h]

309.55

299.50

297.52

304.26

311.84

ge_min_50% [g/kW.h]

307.79

298.14

299.62

301.13

310.55

Căn cứ dữ liệu phân tích có đƣợc ở bảng 4.2, luận văn tiến hành vẽ đồ thị tổng hợp
biểu diễn sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min theo góc phun sớm
điều chỉnh nhƣ trên hình 4.5.


14

Hình 4.5: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu min của mẫu DOB5 theo sự điều chỉnh góc
phun sớm (khi vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%)
Kết quả từ bảng 4.2 và đồ thị 4.5 cho thấy, đối với mẫu nhiên liệu sinh học DOB5,
khi vận hành ở mức tải trung bình thấp 30% tính kinh tế kỹ thuật không tốt khi thay đổi
góc phun sớm vƣợt quá 1,5(độ) theo cả hai hƣớng tăng cũng nhƣ giảm. Tuy nhiên, khi vận
hành với mức ga trung bình khá 50% thì tiêu hao nhiên liệu giảm chút ít (0,5%) khi tăng
góc phun sớm lên 1,5 (độ) so với góc chuẩn.
4.2.1.2 Đối với mẫu nhiên liệu DOB15
Kết quả phân tích đánh giá tổng hợp công suất động cơ theo đặc tính điều chỉnh của
bộ điều tốc ứng với các chế độ vận hành cho mẫu nhiên liệu DOB15 (bao gồm 05 góc
phun sớm và với 02 vị trí vận hành của thanh răng là 30% và 50%) và đƣợc cho nhƣ trên
hình 4.6a.

Hình 4.6a: Diễn biến công suất động cơ của mẫu DOB15 khi điều chỉnh theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%

15

Hình 4.6b: Diễn biến công suất của mẫu DOB15 theo phụ tải khi điều chỉnh theo 05 góc
phun sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%
Kết quả phân tích đánh giá tổng hợp công suất động cơ theo đặc tính phụ tải ứng
với các chế độ vận hành cho mẫu nhiên liệu DOB15 (bao gồm 05 góc phun sớm cho 02 vị
trí vận hành của thanh răng là 30% và 50%) và đƣợc cho nhƣ trên hình 4.6b.
Bằng phƣơng pháp xấp xỉ thực nghiệm, cho phép chúng ta dễ dàng xác định hàm số
biểu diễn đại lƣợng suất tiêu hao nhiên liệu ge = f(n) cho mỗi vị trí tay ga đối với mỗi mẫu
nhiên liệu thực nghiệm vận hành với một góc phun sớm xác định (xem hình 4.2).
Cũng vậy, thông qua hàm xấp xỉ ge = f(n), chúng ta dễ dàng tìm đƣợc giá trị suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành (ứng với mỗi vị trí
tay ga và ứng với mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm). Bằng cách đó, luận văn đã xác
định gần đúng đƣợc tất cả các giá trị ge_min cho mẫu nhiên liệu DOB15 (gồm 10 giá trị
ge_min) ứng với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ),
+1,5(độ), + 3,0(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy của động cơ EV2600 khi vận hành
tay ga ở 02 vị trí 30% và 50% nhƣ trên hình 4.7.


16

Hình 4.7: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của mẫu DOB15 khi điều chỉnh theo 05 góc
phun sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%
Để có thể thấy rõ hơn diễn biến quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu động cơ theo mức
độ sử dụng công suất động cơ, luận văn có thể biểu diễn chúng nhƣ hình 4.8a đối với vị trí
tay ga 30% và hình 4.8b đối với tay ga 50%.

Hình 4.8a: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB15 khi

điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 30%


17

Hình 4.8b: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB15 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 50%
Trên cơ sở phân tích đánh giá tổng hợp này, luận văn rút ra đƣợc quan hệ suất tiêu
hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min của 05 chế độ vận hành theo góc phun sớm cho mỗi vị trí
tay ga 30% hay 50%. Kết quả xử lý đƣợc cho trên bảng 4.3 nhƣ sau.
Bảng 4.3: Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (ge_min) khi thay đổi góc phun sớm (so với
góc nguyên thủy) của mẫu nhiên liệu DOB15
Góc phun sớm thay đổi (độ)

-3.0

-1.5

0.0

1.5

3.0

ge_min_30% [g/kW.h]

315.22

303.06

299.95

307.09

311.97

ge_min_50% [g/kW.h]

308.02

304.10

299.03

307.64

305.13

Căn cứ dữ liệu phân tích có đƣợc ở bảng 4.3, luận văn tiến hành vẽ đồ thị tổng hợp
biểu diễn sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min theo góc phun sớm
điều chỉnh nhƣ trên hình 4.29.


18

Hình 4.9: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu min của mẫu DOB15 theo sự điều chỉnh góc
phun sớm (khi vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%)
Kết quả từ bảng 4.3 và đồ thị 4.9 cho thấy, đối với mẫu nhiên liệu sinh học DOB15,
khi thay đổi góc phun sớm vƣợt quá 1,5(độ) theo cả hai hƣớng tăng/giảm đều không có
hiệu quả. Hay nói cách, trong phạm vi điều chỉnh góc phun sớm nhở hơn hoặc bằng 1,5 độ

góc quay trục khuỷu so với góc phun sớm nguyên thủy, với mẫu nhiên liệu DOB15, không
làm thay đổi tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ EV2600.
Tuy nhiên, khi điều chỉnh góc phun sớm vƣợt quá 1,5 độ theo cả hai phía thì suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất đều tăng; tức là không hiệu quả.
Tiếp tục xử lý xấp xỉ các đƣờng cong suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất theo “góc
phun sớm điều chỉnh” ge_min = f(góc phun sớm điều chỉnh), luận văn đã tìm đƣợc suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất xấp xỉ 300[g/kW.h] ứng với góc phun sớm thay đổi trong
phạm vi +/- 1(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy của nhà chế tạo động cơ (đối với cả
hai chế độ vận hành ứng với tay ga ở vị trí 30% và 50%). So với suất tiêu hao nhiên liệu
nhỏ nhất của dầu diesel DO 0,05S đạt xấp xỉ 299[g/kW.h], thì có thể kết luận suất tiêu hao
nhiên liệu min của mẫu nhiên liệu sinh học DOB5 gần nhƣ không đổi so với nhiên liệu
diesel thuần túy DO 0,05S.
4.2.3 Phân tích đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả
Cũng vậy,căn cứ vào kết quả phân tích dữ liệu thí nghiệm đối với các thành phần
khí xả nêu trên, luận văn tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực nghiệm cho hai
mẫu nhiên liệu DOB5 và DOB15 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600 đối với
các thành phần khí xả nhƣ sau.
4.2.3.1 Đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả mẫu nhiên liệu DOB5
Tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực nghiệm đối với mẫu nhiên liệu
DOB5 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600 cho các thành phần khí xả
NOx[ppm] và CO2[%] biểu diễn theo phụ tải đƣợc cho trên các hình 4.10a và 4.10b.


19

Kết quả cho thấy NOx tăng khi phun sớm hơn và giảm khi phun muộn hơn. Điều
này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết lẫn thực nghiệm do nahr hƣởng mạnh bởi nhiệt độ
cháy của hỗn hợp.

Hình 4.10a: Diễn biến nồng độ NOx[ppm] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm ứng với

02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30%

Hình 4.10b: Diễn biến nồng độ NOx[ppm] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm ứng với
02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 50%
Cũng vậy, chúng ta dễ dàng phân tích đánh giá nồng độ riêng của CO2[%/kW] tính
trên một đơn vị công suất sẽ đạt giá trị thấp nhất min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành
(ứng với mỗi vị trí tay ga và ứng với mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm) và đƣợc cho
trên các hình 4.11a và 4.11b.
Bằng cách đó, luận văn đã xác lập đƣợc gần đúng các quan hệ nồng độ riêng CO2
=f(n) cho mẫu nhiên liệu DOB5 (gồm 10 quan hệ) ứng với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh


20

thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ), +1,5(độ), + 3,0(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy
của động cơ EV2600 khi vận hành tay ga ở 02 vị trí 30% và 50% nhƣ trên hình 4.12.

Hình 4.11a: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30%.
Cũng vậy, kết quả cho thấy, nồng độ CO2 tăng khi tăng góc phun sớm và ngƣợc lại,
nồng độ CO2 giảm khi phun muộn. Đặc biệt, khi phân tích theo nồng độ riêng, ta dễ dàng
nhận thấy chế độ vận hành tốt nhất, cho nồng độ riêng CO2[%/kW] thấp nhất ứng với phụ
tải cao gần với định mức.

Hình 4.11b: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 50%.


21

Hình 4.12: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%
Từ các đồ thị cho thấy, mặc dầu giá trị tuyệt đối của khí xả NOx[ppm], CO2[%]
đều tăng khi tăng phụ tải; nhƣng nồng độ riêng lại giảm và đạt cực tiểu gần với phụ tải cực
đại. Qua đó cho phép đánh giá thuận lợi chế độ vận hành tối ƣu theo tính kinh tế kỹ thuật
lẫn tính chất phát thải khí xả ô nhiễm CO2 và NOx khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DieselButanol.
4.2.3.2 Đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả mẫu nhiên liệu DOB15
Tƣơng tự nhƣ trên, luận văn tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực
nghiệm đối với mẫu nhiên liệu DOB15 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600
đối với các thành phần khí xả. Cũng vậy, chúng ta dễ dàng phân tích đánh giá nồng độ
riêng của NOx[ppm/kW] và của CO2[%/kW] tính trên một đơn vị công suất sẽ đạt giá trị
thấp nhất min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành (ứng với mỗi vị trí tay ga và ứng với
mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm) cho mẫu nhiên liệu DOB15 (gồm 10 quan hệ) ứng
với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ), +1,5(độ), + 3,0(độ)
so với góc phun sớm nguyên thủy của động cơ EV2600 khi vận hành tay ga ở 02 vị trí 30%
và 50% nhƣ trên hình 4.13a và hình 4.13b đối với khí xả NOx; và hình 4.14a và 4.14b đối
với khí xả CO2.


22

Hình 4.13a: Diễn biến nồng độ riêng NOx[ppm/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30%

Hình 4.13b: Diễn biến nồng độ riêng NOx[ppm/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 50%
Từ độ thị dễ dàng nhận thấy, nồng độ NOx tăng khi tăng phun sớm và ngƣợc lại
giảm khi giảm góc phun sớm; điều này đƣợc giải thích bởi chế độ nhiệt của hỗn hợp (NOx
tăng khi nhiệt độ cháy tăng và ngƣợc lại).

23

Hình 4.14a: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30%.

Hình 4.14b: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 50%.
Từ các đồ thị cho thấy, mặc dầu giá trị tuyệt đối của khí xả NOx[ppm], CO2[%]
tăng khi tăng phụ tải; nhƣng nồng độ riêng NOx[ppm/kW], CO2[%/kW] lại giảm. Qua đó
có thể cho phép lựa chọn hợp lý chế độ vận hành tối ƣu theo hƣớng giảm ô nhiễm lẫn tiết
kiệm nhiên liệu.
4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG
+ Kết luận về tính chất nhiên liệu.
+ Kết luận về hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi thay đổi góc phun sớm của động cơ sử
dụng nhiên liệu sinh học DOB5 và DOB15: