Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tỉ số nén đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng ethanol

I HỌC
N NG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN THÀNH TÀI

NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ
NÉN ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ
SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG - ETHANOL

UẬN VĂN THẠC S NGÀNH CƠ

Đà Nẵng - Năm 2018

HÍ ĐỘNG ỰC


I HỌC
N NG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN THÀNH TÀI

NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ SỐ
NÉN ĐẾN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ
SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG - ETHANOL

C uy
số

à

:C
ộ
: 60.52.01.16

UẬN VĂN THẠC S NGÀNH CƠ

ực

HÍ ĐỘNG ỰC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS DƢƠNG VIỆT DŨNG

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CA

ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được
phát triển trên động cơ Diesel D28 có tỷ số nén thay đổi là đề tài luận văn cao học của
khóa K32,chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực của Kỹ sư Lê Đức Trọng Nguyễn và
đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có
tỷ số nén thay đổi” của Kỹ sư Đỗ Phú Ngưu.
Vì vậy, các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực,
không sửa đổi và chưa được công bố ở trong bất kỳ công trình trước đây.

Tác iả luậ vă

P a T à

Tài


LỜI CẢ

ƠN

Sau một thời gian học tập và thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, ngoài sự nổ
lực của bản thân, tác giả chân thành cảm ơn các thành viên thực hiện trong nhóm đề tài
luận văn tốt nghiệp thực hiện trên động cơ Diesel D28, đến nay bản luận văn đã hoàn
thành.
Tác giả vô cùng biết ơn quý thầy trong Khoa Cơ khí Giao thông - Trƣờng
học Bách Khoa

ại

à Nẵng, đặc biệt là Thầy hƣớng dẫn PGS. TS Dƣơng Việt Dũng đã

giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp quan trọng trong định hƣớng nghiên cứu của đề tài.
Do hạn chế về khả năng, đề tài đƣợc thực hiện mới hoàn toàn, trong điều kiện
thiếu thiết bị kiểm thử, thời gian cũng nhƣ nguồn thông tin nên luận văn không tránh
khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong tiếp tục nhận đƣợc những ý kiến đóng góp để
luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn

P a T à

Tài


TÓ

TẮT ĐỀ TÀI

Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thành phần nhiên liệu ,
các thông số kết cấu của động cơ thay đổi tỷ số nén, vận hành động cơ đến quá
trình cháy và tính năng của động cơ thay đổi nhiên liệu cháy ( từ động cơ sử
dụng nhiên liệu Diesel sang động cơ Xăng) , đánh lửa cƣỡng bức chạy bằng
nhiên liệu Xăng pha Ethanol. Góc đánh lửa sớm tối ƣu của động cơ D28là 200
đồng thời thay đổi tỷ số nén nằm trong dãy : 9.75 , 10 , 10.25 , 10.5 , 11 , thì cho
ta thấy động cơ ổn định trong khoảng từ 9.75 đến 10.5 trong phạm vi tốc độ 800
vòng/phút đến 1600 vòng/phút.

EXECUTIVE SUMMARY
The thesis presents the results of the study on the effect of fuel composition,
engine performance parameters, compression ratios, engine operation on
combustion and the characteristics of the combustion engine. from diesel engine
to gasoline engine), fueled by Ethanol fuel. The optimum ignition timing of the
D28 is 200 and the compression ratio in the range 9.75, 10, 10.25, 10.5, 11
shows the steady state of the engine. It shows that the engine is stable between
9.75 and 10.5 in the range micro speed 800 rpm to 1600 rpm.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.Lý do chọn đề tài. .........................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................................1

3. ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ..............................................................................2
4. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................3
6. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................5
1.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHI N CỨU VÀ ỨNG DỤNG NHI N IỆU SINH
HỌC ................................................................................................................................ 5
1.1.1. Tính cấp thiết .........................................................................................................5
1.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học đã và đang đƣợc nghiên cứu sử dụng cho phƣơng
tiện giao thông vận tải .....................................................................................................6
1.1.2.1 Nhiên liệu lỏng ....................................................................................................6
1.1.2.2 Khí sinh học (Biogas) .......................................................................................... 7
1.1.2.3 Nhiên liệu sinh học rắn ........................................................................................7
1.2.Tính chất lý hóa của xăng pha Ethanol .....................................................................7
1.2.1. Giới thiệu chung về Ethanol ..................................................................................7
1.2.2. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa ................................................................ 9
1.2.2.1. Thành phần hóa học............................................................................................ 9
1.2.2.2 Tính chất lý hóa của Ethanol ...............................................................................9
1.2.3. ặc trƣng của hổn hợp Ethanol-xăng ..................................................................10
1.2.3.1.Ƣu điểm của Ethanol so với xăng.....................................................................10
1.2.3.2.Nhƣợc điểm của Ethanol so với xăng ................................................................ 10
1.3 Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm ........................................................... 11
1.3.1.Phƣơng pháp sản xuất Ethanol (Cồn tuyệt đối) ....................................................11
1.3.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam về etanol nhiên liệu biến tính ......................................12
1.3.2.2 ặc tính kỹ thuật của nhiên liệu E10 .................................................................13
1.4 Tình hình sản xuất ethanol (và xăng sinh học) trên thế giới và ở Việt Nam ...........16
1.4.1Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam ..............................................16
1.4.1.1Vấn đề sản xuất Ethanol ở Việt Nam .................................................................16
1.4.1.2Tình hình cung cấp và nhu cầu cồn tại Việt Nam ..............................................18
1.4.2 Tình hình sản xuất ethanol (và xăng sinh học) trên thế giới ................................ 20

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ Ý THUYẾT ...........................................................................24
2.1 Giới thiệu về động cơ đốt trong truyền thống. .......................................................24
2.1.1

ịnh nghĩa ...........................................................................................................24

2.1.2 Phân loại. ..............................................................................................................24
2.1.2 Một số thuật ngữ và khái niệm thông dụng. ......................................................... 26
2.1.3 Nguyên lý làm việc động cơ đốt trong pittông. ....................................................27
2.1.3.1 ộng cơ xăng 4 kỳ............................................................................................. 28
2.1.3.2

ộng cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp. ................................................................ 31

2.1.4 Các bộ phận cơ bản của động cơ đốt trong: ......................................................... 33
2.2. ặc tính kết cấu động cơ thí nghiệm một xylanh có tỷ số nén thay đổi. ................46
2.3 Tính toán gia công pittong chính .............................................................................49
2.3.1 Cơ sở lý thuyết......................................................................................................49
2.3.2 Gia công pittong chính ......................................................................................... 49
2.4. Hệ thống đánh lửa đƣợc trang bị trên động cơ thí nghiệm 1 xylanh ......................52
2.4.1. Phƣơng án thiết kế tƣơng tự HT L bán dẫn không tiếp điểm của ô tô ..............52
2.4.2. Hệ thống đánh lửa thiết kế: .................................................................................53
2.5 iều chỉnh thay đổi thể tích buồng cháy động cơ thí nghiệm một xylanh có tỷ số
nén thay đổi. ..................................................................................................................53
CHƯƠNG 3 . TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHI N IỆU CHO ĐỘNG
CƠ D28 SỬ DỤNG NHI N LIỆU XĂNG ................................................................ 58
3.1. Tính toán nhiệt kiểm nghiệm động cơ D28. ........................................................... 58
3.1.1. Các số liệu ban đầu. ............................................................................................. 58

3.1.2. Các thông số chọn. .............................................................................................. 58
3.1.3. Tính toán kiểm nghiệm đƣờng kính xylanh động cơ D28 ..................................59
3.2. Tính toán nhiệt khi động cơ D28 sử dụng nhiên liệu xăng. ...................................66
3.2.1. Các số liệu ban đầu. ............................................................................................. 66
3.2.2. Các thông số chọn. .............................................................................................. 66
3.2.3. Tính toán các chu trình công tác..........................................................................67
3.3.Tính toán thiết kế bộ hoà trộn..................................................................................73
CHƯƠNG 4 . NGHI N CỨU THỰC NGHIỆM......................................................77
4.1 MỤC ÍCH THỬ NGHIỆM. ..................................................................................77
4.2 ỐI TƢỢNG THỬ NGHIỆM. ...............................................................................77
4.3 QUY TRÌNH V PH M VI THỬ NGHIỆM. .......................................................78
4.3.1 Quy trình thực nghiệm.......................................................................................... 78
4.3.2 Phạm vi thử nghiệm. ............................................................................................. 78


4.4 SƠ Ồ BỐ TRÍ THỬ NGHIỆM V TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM. ..........78
4.4.1 Giới thiệu về thiết bị thử công suất động cơ. .......................................................78
4.4.2 Trang thiết bị thử nghiệm .....................................................................................79
4.4.2.1 Hệ thống đo lƣờng ............................................................................................ 79
4.4.2.2 Phanh thủy lực. ................................................................................................ 79
1. ƣờng nƣớc vào, 2. Nhãn mác, 3. Buồng gây tải, 4 Trục phanh nƣớc, 5. ƣờng
nƣớc ra, 6. Ống dẫn nƣớc, 7. Van tải, 8. Vành tốc độ, ..................................................80
9. Núm vú mỡ, 10. Trục ................................................................................................ 80
4.4.2.3 Các tín hiệu cảm biến đầu vào. ..........................................................................80
4.4.2.4 Các thiết bị xử lý tín hiệu. .................................................................................86
4.4.2.5 Tổng quan phần mềm. .......................................................................................88
4.5 Kết quả thử nghiệm .................................................................................................90
4.5.1 Kết quả đo công suất, momen động cơ sử dụng nhiên liệu E10 trên băng thử tải
.......................................................................................................................................90
4.5.2 Kết quả đo công suất, momen động cơ sử dụng nhiên liệu E5 trên băng thử tải .91

4.5.3 Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liêu cơ sử dụng nhiên liệu E10, E5 trên băng thử
tải ...................................................................................................................................93
KẾT LUẬN CHUNG ..................................................................................................95
1. ÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM. .................................................................95
2. HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ề T I ..............................................................................95
3. KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................96
DANH MỤC T I LIỆU THAM KHẢO ......................................................................97


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của Ethanol ..........................................................................9
Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza ............................................................... 12
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của động cơ đốt trong. ............................................26
Hình 2.2 Nguyên lý làm việc động cơ đốt trong pittông sử dụng xăng ........................ 28
Hình 2.3 ồ thị công động cơ xăng 4 kỳ.......................................................................28
Hình 2.4 ồ thị pha phân phối khí ................................................................................29
Hình 2.5 Nguyên lý làm việc động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp .................................31
Hình 2.6 ồ thị công động cơ diesel 4 kỳ .....................................................................31
Hình 2.7 Bộ phận cố định trong động cơ ......................................................................34
Hình 2.8 Thân xy lanh và lót xy lanh a. xy lanh đúc liền với khối xy lanh b.Lót xy lanh
khô .................................................................................................................................35
Hình 2.9 Nhóm pittông – thanh truyền – trục khuỷu ....................................................36
Hình 2.10 Kết cấu pittông ............................................................................................. 37
Hình 2.11 Các biên dạng đỉnh pitttông động cơ xăng và diesel. ...................................37
Hình 2.12 Thanh truyền. ................................................................................................ 39
Hình 2.13 Kết cấu trục khuỷu........................................................................................ 39
Hình 2.14 Hệ thống bôi trơn cƣỡng bức cacte ƣớt. .......................................................41
Hình 2.15 Hệ thống bôi trơn cƣỡng bức cacte khô .......................................................42
Hình 2.16 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel. ......................................44
Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu động cơ Xăng .........................................45

Hình 2.18 ộng cơ sau khi gia công .............................................................................47
Hình 2.19 Cơ cấu cần liên động điều chỉnh độ mở cánh bƣớm ga ( Bộ chế hòa khí ) .48
Hình 2.20 Pittông chính của động cơ thí nghiệm 1 xilanh có tỷ số nén thay đổi khi
động cơ hoạt động theo phƣơng pháp tự cháy .............................................................. 50
Hình 2.21 Pittông chính của động cơ thí nghiệm 1 xilanh có tỷ số nén thay đổi khi
động cơ hoạt động theo phƣơng pháp đốt cháy cƣỡng bức ...........................................51
Hình 3 .1 Các loại bộ hoà trộn. ......................................................................................73
Hình 3 .2 Bộ hoà trộn trực giao. ....................................................................................74
Hình 4.1 Các bộ phận của băng thử công suất POWER TEST 500HP ........................ 79
Hình 4.2 Cấu tạo phanh thủy lực ...................................................................................80
Hình 4.3 Cảm biến lực cánh tay đòn. ............................................................................81
Hình 4.4 Cảm biến tốc độ. ............................................................................................ 82
.......................................................................................................................................82


Hình 4.5 Cảm biến tiêu hao nhiên liệu. .........................................................................82
Hình 4.6 Cảm biến áp suất nhớt. ...................................................................................83
Hình 4.7 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát....................................................................84
Hình 4.8 Cảm biến nhiệt độ nƣớc phanh thủy lực......................................................... 84
Hình 4.9 Cảm biến áp suất nƣớc vào. ............................................................................85
Hình 4.10 Hệ thống điều khiển ga tự động. ..................................................................85
Hình 4.11 Biến tần điều khiển động cơ điện. ................................................................ 86
Hình 4.12 Thiết bị hiệu chuẩn cảm biến lực. ................................................................ 87
Hình 4.13 Máy tính để thu thập xử lý tín hiệu. ............................................................. 87
Hình 4.14 Giao diện phần mềm. ....................................................................................88
Hình 4.15 Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm thủ công. .....................................89
Hình 4.16 Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm tự động ........................................89
Hình 4.17 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất và số vòng quay động cơ ........90
Hình 4.18 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Momen và số vòng quay động cơ ...........91
Hình 4.19 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất và số vòng quay động cơ ........92

Hình 4.20 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Momen (Nm) và số vòng quay động cơ .92
Hình 4.21 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay
động cơ sử dụng E10 .....................................................................................................93
Hình 4.22 ồ thị thể hiện mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay
động cơ sử dụng E5 .......................................................................................................94


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính ....................................8
Bảng 1.2 Kết quả phân tích của mẫu xăng sinh học E10...............................................13
Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lƣợng cơ sở của xăng E10 ..................................................15
Bảng 1.4. Sản lƣợng cồn của các vùng kinh tế năm 2000 [7] .......................................16
Bảng 1.5. Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính [7] ............................ 17
Bảng 2.1 Thông số điều chỉnh tỷ số nén khi thay đổi pittông phụ thứ nhất. .................54
Bảng 2.2 Thông số điều chỉnh tỷ số nén khi thay đổi pittông phụ thứ hai. ...................56
Bảng 3.1 .Thông số ban đầu. ......................................................................................... 58
Bảng 3.2 Thông số chọn. ............................................................................................... 58
Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố C, H, O trong nhiên liệu xăng. ............................ 60
Bảng 3.4 Các hệ số của phƣơng trình tính toán Tz. .......................................................63
Bảng 3.5 Bảng hệ số tổn thất dựa vào các loại động cơ ................................................65
Bảng 3.6 Thông số ban đầu. .......................................................................................... 66
Bảng 3.7 Thông số chọn. ............................................................................................... 66
Bảng 3.8 Bảng giá trị an. ................................................................................................ 75
Bảng 4.1 Kết quả đo thực nghiệm công suất, momen động cơ 1 xylanh sử dụng xăng
E10 .................................................................................................................................90
Bảng 4.2 Kết quả đo thực nghiệm công suất, momen động cơ 1 xylanh sử dụng xăng
E5 ...................................................................................................................................91
Bảng 4.3 Kết quả đo thực nghiệm suất tiêu hao nhiên liệu động cơ 1 xylanh sử dụng
xăng E10 ........................................................................................................................ 93

Bảng 4.4 Kết quả đo thực nghiệm Momen động cơ 1 xylanh sử dụng xăng E5 ...........94


DANH MỤC CÁC

Ý HIỆU

Ne
N
Dxl
S

Vh
Va
Vc
Pk
Pa
Pr
m
Ta
Cm
Vh

[Kw]
[Vòng/phút]
[mm]
[mm]
[-]
[cm3]
[cm3]

[cm3]
[MN/m2]
[MN/m2]
[MN/m2]
[-]
[K]
[m/s]
[m3 ]

Công suất động cơ
Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới
ƣờng kính xy lanh
Hành trình pít-tông
Tỷ số nén
Thể tích công tác
Thể tích cực đại của xilanh
Thể tích buồng cháy
Áp suất không khí nạp
Áp suất cuối quá trình nạp
Áp suất khí sót
Chỉ số nén đa biến
Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp
Tốc độ trung bình của pittông
Thể tích công tác xy lanh

S

[m]
[KJ/Kmol0K]
[KJ/Kmol0K]

[KJ/Kmol0K]
[KJ/Kmol0K]
[-]

Hành trình pittông
Tỷ nhiệt mol trung bình không khí
Tỷ nhiệt mol trung bình sản vật cháy
Tỷ nhiệt mol trung bình của hỗn hợp công tác
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z
Chỉ số nén đa biến trung bình

mCVkk
mCV"
mCV'
mCVz"

n1

ý iệu Hylạp:
1
[-]
2
[-]
t
[-]
r
[-]
v
[-]


[-]
B
[-]
P
[-]

[-]
0
[-]

[-]
z
[-]
z
[-]
b
[-]

Hệ số nạp thêm
Hệ số quét buồng cháy
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Hệ số khí sót
Hệ số nạp
Hệ số dƣ lƣợng không khí
Phân tử lƣợng của Butane
Phân tử lƣợng của Propane
Tỷ số nén
Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
Hệ số biến đổi phân tử thực tế
Hệ số biến đổi phân tử tại z

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b





d
i
m
e


[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]

Hệ số tăng áp
Tỷ số giãn nở sau
Tỷ số giãn nở sớm
Hệ số điền đầy đồ thị công
Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất cơ giới
Hiệu suất có ích
Hệ số kỳ

1

Ở ĐẦU
1. ý do c ọ ề tài.
Nhiên liệu sinh học tại Mỹ, Braxin và một số quốc gia khác chủ yếu là
ethanol đƣợc sản xuất từ quá trình lên men mía đƣờng và bắp. ứng trƣớc
nguy cơ của sự phát triển dân số, lệ thuộc nguồn năng lƣợng hóa thạch và sự
biến đổi khí hậu toàn cầu tại Mỹ và nhiều nơi khác đang có nhiều chƣơng
trình dự án phát triển công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, chủ yếu là
ethanol.
Ngày nay chủ yếu tập trung vào các mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả
làm việc của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm mức khí thải độc hại.
Các giải pháp để đạt đƣợc các mục tiêu trên bao gồm nghiên cứu cải thiện và
nâng cao hiệu quả quá trình cháy. Chúng ta đều biết hiệu suất của quá trình
cháy phụ thuộc rất lớn vào tỷ số nén, tỷ số nén cao thì quá trình cháy diễn ra
càng triệt để. Tuy nhiên đối với các động cơ xăng thì không thể tăng mãi tỷ số
nén bởi nếu tỷ số này lớn thì hỗn hợp nhiên liệu xăng và không khí khi đi vào
bên trong buồng đốt có thể tự bốc cháy mà không cần đến bugi đánh lửa và
gây nên hiện tƣợng kích nổ trong động cơ và dẫn đến giảm công suất của
động cơ và có thể gây nên hƣ hỏng động cơ.
Tiết kiệm năng lƣợng và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng luôn là mục tiêu
nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô. Song song với việc hoàn thiện các hệ
thống của động cơ đốt trong thay đổi đƣợc tỷ số nén 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 tìm kiếm nguồn năng lƣợng thay thế mà cụ thể là
nguồn nhiên liệu sinh học đã và đang đƣợc các nhà khoa học tại Brazil, Mỹ,
Thái Lan, Trung Quốc, Ấn ộ... tập trung nghiên cứu. ể góp phần nghiên
cứu và đánh giá tính năng hiệu quả của việc sử dụng nhiên liệu sinh học hiện

nay, tác giả quyết định chọn đề tài có tên là “N i cứu thực nghiệm ảnh
ưởng của tỷ số é ế t
ă
i tế kỹ thuật của ộ c sử dụng
i
iệu xă -ethanol” với nội dung có ý nghĩa to lớn và hết sức cấp thiết;
không những góp phần làm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sạch dùng cho động
cơ đốt trong khi dầu mỏ đang cạn kiệt, mà còn góp phần nghiên cứu pha chế
nhiên liệu sinh học từ Ethanol với tỉ lệ 10% với xăng Ron95 trên thị trƣờng
hiện nay để sử dụng hiệu quả trên động cơ xăng nhằm tiết kiệm lƣợng xăng
nhập khẩu cho Việt Nam.
2. ục c
i cứu.
+ Khảo sát một số tính chất của xăng-ethanol ( E10, E5)


2

+ ánh giá tính kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng xăng-ethanol khi thay
đổi tỷ số nén.
3. Đối tượ và p ạm vi
i cứu.
- ối tƣợng nghiên cứu: động cơ một xy lanh. ây là động cơ một xylanh,
không tăng áp, làm mát bằng nƣớc, động cơ này sử dụng 2 xupap (1 nạp, 1
thải), buồng cháy thống nhất, sử dụng hỗn hợp nhiên liệu pha 10%, 5%
Ethanol với xăng RON95
-Thông số kỹ thuật:
STT Loại

Thông số

Thứ nguyên

1

Kiểu động cơ

1 xylanh

2

Công suất

12.5

Kw

3

Số vòng quay

1750

Vòng /phút

125

Mm

4

ƣờng kính xylanh D

5

Hành trình piston

120

Mm

6

Dung tích xilanh

1473

Cc

7

Tỉ số nén

9.5-11.5

- Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm việc sử dụng xăng E10, E5, trên động cơ thay
đổi tỷ số nén nhằm phân tích đánh giá tính năng kỹ thuật, tiêu hao nhiên liệu

3
4. Các tiếp cậ , p ư

p áp

i

cứu

Các tiếp cậ
ề tài đƣợc thực nghiệm với các trang thiết bị hiện đại và có tính đồng
bộ cao, bằng việc sử dụng hệ thống băng thử công suất POWER TEST 500HP
tại xƣởng X2 sửa chữa ô tô thuộc đơn vị 387- Cục kỹ thuật quân khu địa chỉ
số 120 Nguyễn Văn Thoại TP à Nẵng. Với hệ thống bao gồm các trang thiết
bị có tính đồng bộ cao, đây là điều kiện tốt nhất để có thể đánh giá một cách
khoa học về những tác động ảnh hƣởng của nhiên liệu sinh học E10 đến các
tính năng động lực của động cơ thay đổi đƣợc tỷ số nén.
Công đoạn pha chế nhiên liệu xăng sinh học đƣợc sự hỗ trợ từ PTN Khoa
Hóa trƣờng ại Học Bách Khoa, đảm bảo độ chính xác về % thể tích pha trộn
Ethanol với xăng Ron95.
Việc phân tích thành phần các tính chất lý hóa của nhiên liệu xăng sinh
học đƣợc thử nghiệm tại Phòng thử nghiệm tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn
đo lƣờng chất lƣợng
P ư

p áp

i

cứu

Trọng tâm đến việc thực nghiệm nhiều hơn nhằm để đánh giá ảnh hƣởng
của nhiên liệu xăng E10, E5 đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ thay
đổi tỷ số nén
Chạy thực nghiệm xăng – Ethanol trên động cơ thay đổi tỷ số nén cải tạo
từ động cơ D28
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên băng thử công suất
POWER TEST 500HP tại xƣởng X2 sửa chữa ô tô thuộc đơn vị 387-Cục kỹ
thuật quân khu địa chỉ số 120 Nguyễn Văn Thoại TP à Nẵng.
5. Ý

ĩa

oa ọc và t ực tiễ

Xác định các thông số động lực học, hơn nữa đánh giá chính xác lƣợng
tiêu hao nhiên liệu thực tế của động cơ thay đổi tỷ số nén ở mọi chế độ làm
việc của động cơ, nhờ các thiết bị hiện đại đƣợc trang bị đồng bộ cùng với


4

băng thử POWER TEST 500HP nên đề tài có ý nghĩa khoa học và phản ánh
tính thực tiễn rõ nét.
6. Cấu trúc của uậ vă
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đƣợc chia bố cụ thành 04
chƣơng và phần phụ lục:
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CHO

ỘNG CƠ D28 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
PHỤ LỤC


5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHI N CỨU VÀ ỨNG DỤNG NHI N
IỆU SINH HỌC
1.1.1. Tính cấp thiết
Năng lƣợng và nhiên liệu có vai trò quan trọng hàng đầu cho sự phát triển kinh
tế - xã hội nói chung cũng nhƣ sự phát triển của các loại phƣơng tiện vận tải nói
riêng. Với vai trò quan trọng nhƣ vậy, trong sự phát triển kinh tế - xã hội nhiên liệu
cần phải phát triển trƣớc một bƣớc so với các ngành kinh tế khác. Còn đối với sự
phát triển các loại phƣơng tiện thì nhiên liệu chính là cơ sở để nghiên cứu và
phát triển các loại phƣơng tiện ở hiện tại cũng nhƣ trong tƣơng lai.
Với sự tăng trƣởng kinh tế, tăng dân số (nhất là các nƣớc đang phát triển)
dẫn đến tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng. Theo báo cáo nhu cầu tiêu thụ nhiên
liệu trong vòng 50 năm tới so với năm 1995 sẽ tăng 50% đối với phƣơng án tăng
trƣởng kinh tế thấp và sẽ tăng 250% với tăng trƣởng kinh tế cao. Trong khi nguồn
nhiên liệu hoá thạch (than, dầu khí vốn đƣợc coi là nguồn năng lƣợng chủ yếu ở
hiện tại và trong tƣơng lai 4,5 thập kỷ nữa) giờ đây đang cạn kiệt và trở nên đắt
đỏ. Việc khai thác, sử dụng nhiên liệu hoá thạch còn gây ô nhiễm môi trƣờng, làm
tăng nguy cơ của hiệu ứng nhà kính, làm cho trái đất nóng dần lên; lƣợng khí gây
hiệu ứng nhà kính mà chủ yếu là CO 2 đã tăng trên 30% so với thời kỳ tiền công
nghiệp (tăng từ 280 ppmV lên 360 ppmV và có nguy cơ tăng lên 500 ppmV trƣớc
năm 2100) gây ra hậu quả xấu cho nền kinh tế và xã hội toàn cầu. Bên cạnh đó tình
hình bất ổn tại các khu vực giàu dầu mỏ Iran, Iraq, Nigeria… khiến nguồn cung
không đảm bảo liên tục gây lo ngại cho các nƣớc “khát dầu” phục vụ cho nền kinh

tế phát triển.
ể đảm bảo đƣợc an ninh nhiên liệu, tăng trƣởng kinh tế và giảm thiểu ô
nhiễm môi trƣờng, chúng ta, bao gồm cả những nƣớc phát triển và đang phát triển
phải có chiến lƣợc kết hợp sử dụng hợp lý các nguồn nhiên liệu dài hạn với chiến
lƣợc phát triển sử dụng các nguồn nhiên liệu ít gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ nhiên
liệu sạch (nhiên liệu sinh học) càng sớm càng tốt. Chính vì những lý do đó, nhiều
quốc gia và các hãng sản xuất ô tô lớn trên thế giới trong vài thập kỷ qua đã đầu tƣ
cho nghiên cứu và phát triển các loại phƣơng tiện sử dụng các dạng nhiên liệu sạch
thay thế, trong đó có nhiên liệu sinh học.
Phƣơng tiện sử dụng nhiên liệu thay thế là các loại phƣơng tiện có động cơ
chạy bằng các loại nhiên liệu khác không có nguồn gốc từ dầu mỏ (không chạy
bằng xăng hoặc dầu diesel) và các loại phƣơng tiện sử dụng các công nghệ khác
không liên quan đến dầu mỏ (ví dụ nhƣ xe điện, xe điện hybrid, năng lƣợng mặt
trời). Do tác động của các yếu tố nhƣ ảnh hƣởng tới môi trƣờng, sự tăng cao của


6
giá dầu nên việc phát triển các loại xe sử dụng nhiên liệu thay thế đang là một ƣu
tiên của nhiều chính phủ và các nhà sản xuất ô tô trên toàn thế giới.

1.1.2 Các loại nhiên liệu sinh học đã và đang được nghiên cứu sử dụng
cho phương tiện giao thông vận tải
Hiện nay, đã và đang có nhiều loại nhiên liệu sinh học đƣợc nghiên cứu và sử
dụng. Các loại nhiên liệu sinh học đó bao gồm:
1.1.2.1 Nhiên liệu lỏng
+ Nhiên liệu Diesel sinh học (BioDiesel)
Diesel sinh học (BioDiesel): Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính
chất tƣơng đƣơng với nhiên liệu dầu diesel nhƣng không phải đƣợc sản xuất từ dầu
mỏ mà đƣợc sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa
ester. Trên thực tế, để có thể dùng làm Biodiesel, các loại dầu và mỡ phải đƣợc tinh

chế thành methyl hoặc ethyl ester. Trong quá trình chuyển hóa nhiều loại dầu đƣợc
chuyển hóa thành methyl ester nhờ phản ứng hóa học với Methanol (có các chất
xúc tác nhƣ Na (natri) hay KOH (potassium hydroxide). Sau đó, nƣớc, glyxerin,
methanol và một số chất cặn bã khác sẽ đƣợc tách trƣớc khi Biodiesel trở thành loại
nhiên liệu có chất lƣợng đủ tiêu chuẩn dùng cho động cơ diesel.
+ Nhiên liệu sinh học gốc rƣợu (Ancol)
Nhiên liệu sinh học gốc rƣợu, còn gọi là ancol, trong hóa học là một hợp chất
hữu cơ chứa nhóm -OH gắn vào một nguyên tử cácbon mà nó đến lƣợt mình lại gắn
với một nguyên tử hiđrô hay các bon khác. Bao gồm các nhiên liệu chính sau đây:
Methanol (CH3OH): Methanol, cũng gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ,
naphtha gỗ hay rƣợu mạnh gỗ, là một hợp chất hóa học với công thức phân tử
CH3OH (thƣờng viết tắt MeOH). ây là rƣợu đơn giản nhất, nhẹ, dễ bay hơi,
không màu, dễ cháy chất lỏng với một mùi đặc trƣng, rất giống, nhƣng hơi ngọt
hơn ethanol, dễ bay hơi, dễ cháy, mùi gây chóng mặt, độc và gây ăn mòn, có thể
hấp thụ qua da. Methanol đƣợc làm từ than đá và khí tự nhiên, cũng có thể làm từ
nguồn nguyên liệu tái sinh nhƣ gỗ hoặc giấy thải dƣới tác dụng của vi khuẩn.
Ethanol (C2H5OH): là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là
C2H6O hay C2H5OH. Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện
carbon ở nhóm metyl (CH3–) liên kết với carbon ở nhóm metylen (–CH2–), nhóm
này lại liên kết với oxy của nhóm hydroxyl (–OH). Ethanol là chất lỏng, không
màu, mùi thơm dễ chịu và đặc trƣng, vị cay, nhẹ hơn nƣớc, dễ bay hơi, sôi ở nhiệt
độ 78,39°C, hóa rắn ở -114,15°C, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có
màu xanh da trời. Ethanol đƣợc chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm
hữu cơ nhƣ tinh bột, cellulose, lignocellulose. Ethanol nguyên chất ít đƣợc dùng
làm nhiên liệu, thông thƣờng ethanol đƣợc pha với xăng để làm nhiên liệu cho


7
động cơ đốt trong. Theo một số nghiên cứu thì khi pha 5÷10% ethanol vào xăng thì
động cơ không phải thay đ ổi bất kỳ thông số kết cấu nào.

Butanol (C4H7OH): là một hợp chất hữu cơ có nhóm chức OH nhƣ ethanol
nhƣng số nhóm CH2 nhiều hơn gấp 3 lần nên thuộc loại rƣợu mạnh. Tuy có cùng
nhóm chức OH nhƣng chứa cấu trúc mạch cacbon dài hơn và có nhiều nhánh nên
Butanol ít hoặc khó hòa vào nƣớc so với ethanol. Cũng giống nhƣ ethanol, Butanol
thu đƣợc thông qua tổng hợp hóa học gọi là Butanol tổng hợp, đƣợc dùng chủ yếu
nhƣ một dung môi trong công nghiệp, còn nếu thu đƣợc bằng con đƣờng sinh học
thì gọi là Butanol sinh học, đƣợc dùng nhƣ nhiên liệu.
1.1.2.2 Khí sinh học (Biogas)
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác
phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trƣờng yếm khí. Thành
phần chính của Biogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác
nhƣ hơi nƣớc N2, O2, H2S, CO, … đƣợc thuỷ phân trong môi trƣờng yếm khí, xúc
tác nhờ nhiệt độ từ 20-40ºC, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động
cơ đốt trong. ể sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trƣớc khi sử
dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong
động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nƣớc có hàm lƣợng
nhỏ nhƣng ảnh hƣởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp
và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas.
1.1.2.3 Nhiên liệu sinh học rắn
Nhiên liệu sinh học rắn đã đƣợc con ngƣời sử dụng từ rất lâu trong lịch sử
nhân loại. ó là các loại gỗ cũng nhƣ phân thú khô. Trƣớc kia cũng nhƣ ngày nay,
loại nhiên liệu này chủ yếu đƣợc sử dụng hàng ngày trong công việc nấu nƣớng hay
sƣởi ấm. ối với phƣơng tiện giao thông vận tải, nhiên liệu sinh học rắn đƣợc sử
dụng trong thời kỳ phát triển của các động cơ mà quá trình cháy diễn ra ở bên ngoài
nhƣ động cơ hơi nƣớc. Lúc đó, gỗ đƣợc sử dụng để đốt để lấy nhiệt cho các lò hơi
nƣớc. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển của các phƣơng tiện sử dụng động cơ
đốt trong thì loại nhiên liệu sinh học rắn này không còn đƣợc sử dụng trên các loại
phƣơng tiện nữa.

1.2.T

c ất ý óa của xă p a Ethanol
1.2.1. Giới thiệu chung về Ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp lên men và
chƣng cất nguyên liệu nhƣ nƣớc mía, mật rỉ hoặc các loại ngũ cốc chứa tinh bột nhƣ
ngô, sắn, gạo … ể có thể sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng, cần phải làm
khan ethanol để đạt độ cồn lên trên 99,7%.
Ethanol đã đƣợc các nƣớc công nghiệp phát triển sử dụng nhƣ một loại nhiên
liệu độc lập hoặc pha vào xăng để làm tăng chỉ số octane và giảm lƣợng khí thải


8
CO2. Khi pha vào xăng với tỷ lệ 5 - 10% thì có thể làm tăng chỉ số octan lên 3 - 5
đơn vị. Brazil hiện đang là nƣớc đứng đầu trong sản xuất và xuất khẩu ethanol từ
mía đƣờng. Tỷ lệ pha trộn cồn vào xăng ở Brazil thông dụng ở khoảng 25% đến 30
%. Hiện tại ở nƣớc này các loại xe có thể chạy bằng xăng pha cồn tới 85% (E85)
hoặc hoàn toàn bằng cồn. Ở Mỹ, ethanol đƣợc sản xuất từ ngô, chiếm 37% tổng sản
lƣợng toàn cầu.
Xăng pha ethanol khan ở tỷ lệ 5-10% đƣợc dùng bình thƣờng trên mọi động cơ
xăng dùng bugi đánh lửa. Hiện nay ở châu Âu, tỷ lệ ethanol trong xăng là 5,75%, ở
Mỹ thông dụng là 10%, ở các nƣớc khác cũng nằm trong khoảng từ 5-10%.
Nguồn nguyên liệu hoá thạch: dầu mỏ, than đá, khí đốt…trên thế giới cũng
nhƣ ở Việt Nam không phải là nguồn vô tận. Hiện nay mỗi năm nƣớc ta phải nhập
khẩu từ 12 đến 14 triệu tấn nhiên liệu các loại, tiêu tốn một lƣợng lớn ngoại tệ. Mức
tăng nhu cầu nhiên liệu hiện nay của Việt Nam khoảng 10 % đến 15 % một năm.
Các chủng loại, chất lượng sản phẩm cồn
Do nhu cầu sử dụng cồn làm nhiên liệu tại Việt Nam chƣa phổ biến nên cồn
sản xuất chủ yếu để xuất khẩu và sử dụng vào các mục đích khác nhƣ:
- Cồn thực phẩm: dùng trong chế biến thực phẩm, rƣợu bia...
- Cồn y tế (nồng độ 90 - 96% thể tích) : dùng trong ngành y để sát trùng, rửa
dụng cụ, diệt khuẩn...

- Cồn công nghiệp (nồng độ 94 - 96% thể tích) : trong công nghiệp dùng làm
dung môi, sản xuất cồn khô ...
- Cồn tuyệt đối (nồng độ 99,5% thể tích): dùng trong nghiên cứu pha chế thử
nghiệm.
- Cồn nhiên liệu: ethanol nhiên liệu biến tính dùng trực tiếp cho động cơ hoặc
pha trộn với xăng truyền thống. Cồn để pha vào xăng ngày nay đã đƣợc tiêu chuẩn
hóa theo tiêu chuẩn ASTM hoặc tiêu chuẩn quốc gia các nƣớc và về cơ bản vẫn phải
tuân theo các chỉ tiêu cụ thể nhƣ sau:
Bả 1.1. Y u cầu kỹ thuật ối với et a o
i liệu biế t
T c ỉ ti u
1. Ethanol, % thể tích, min
2. Methanol, % thể tích, max
3. Hàm lƣợng nhựa và rửa qua dung môi, mg/100ml, max
4. Hàm lƣợng nƣớc, % thể tích, max
5. Hàm lƣợng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích
6. Hàm lƣợng clorua vô cơ, mg/L (ppm khối lượng), max
7. Hàm lƣợng đồng, mg/kg, max
8. ộ axit (axit axêtic CH3COOH), % khối lƣợng (mg/L), max
9. ộ pHe, min ÷ max

Giới hạn
92,1
0,5
5,0
1,0
1,96 ÷5,0
32 (40)
0,1
0,007 (56)

6,5 ÷9,0


9
10. Lƣu huỳnh, mg/kg (ppm khối lượng), max
11. Sulfat, mg/kg (ppm khối lượng), max
12. Khối lƣợng riêng ở 150C, kg/m3
13. Ngoại quan

30
4
Báo cáo
Trong, sạch

1.2.2. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa
1.2.2.1. Thành phần hóa học
Cồn methanol có thành phần chính là CH3OH và cồn ethanol là C2H5OH.
Tùy theo công nghệ sản xuất mà cồn có những tạp chất và lƣợng nƣớc khác nhau.
Ethanol là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rƣợu etylic, dễ
cháy, không màu, là một trong các rƣợu thông thƣờng có trong thành phần của đồ
uống chứa cồn. Công thức hoá học là C2H5OH, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn
nƣớc (khối lƣợng riêng 0,7936 g/ml ở 150C) sôi ở nhiệt độ 78,390C, hóa rắn ở 114,150C, tan trong nƣớc vô hạn. Sở dĩ rƣợu etylic tan trong nƣớc vô hạn và có nhiệt
độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lƣợng phân tử xấp xỉ là do sự
tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rƣợu với nhau và với nƣớc.

Hì

1.1. Cấu trúc p â tử của Ethanol

1.2.2.2 Tính chất lý hóa của Ethanol

- Tính bay hơi của ethanol ở nhiệt độ thấp thua xăng do đó rất khó khởi động
động cơ. Ở nhiệt độ 780C ethanol bay hơi hết. Khi tăng nhiệt độ quá cao, cồn sẽ khó
tự cháy.
- Trị số octane của cồn cao hơn so với xăng. Trị số này càng tăng khi tỷ lệ cồn
trong hỗn hợp này tăng. Do đó động cơ đánh lửa cƣỡng bức dùng hỗn hợp xăng –
ethanol không bị cháy kích nổ.
- Tỷ trọng và độ nhớt của hỗn hợp xăng – ethanol cao hơn xăng nên tính lƣu
động của hỗn hợp này kém, ảnh hƣởng đến việc lƣu thông nhiên liệu qua lỗ gicleur.
- Trị số cetane trong ethanol rất thấp.


10
- Muốn hỗn hợp đƣợc hòa trộn đồng nhất, phƣơng pháp khuấy trộn liên tục
đƣợc sử dụng bằng bơm cánh quạt.
- Tính ăn mòn kim loại: Ethanol có chứa acid acetic làm giảm tuổi thọ
động cơ, nó ăn mòn các chi tiết máy động cơ làm bằng kim loại.
- Nhiệt trị thấp của ethanol bé hơn xăng nên suất tiêu hao nhiên liệu cồn tăng.
- Lƣợng không khí lý thuyết để đốt cháy của ethanol nhỏ hơn rất nhiều so với
xăng cần thiết phải tăng tỷ số nén, mở rộng lỗ gicleur nhiên liệu ở bộ chế hòa khí và
tăng thêm góc đánh lửa sớm.
1.2.3. Đặc trưng của hổn hợp Ethanol-xăng
Ethanol có thể đƣợc sử dụng để nâng cao trị số octane và nguồn oxi bên trong
để cải thiện hiệu quả của quá trình cháy trong động cơ đốt trong.
Ƣu điểm chính của ethanol về phƣơng diện kỹ thuật và kinh tế là nâng cao
đƣợc chỉ số ốc-tan cho xăng (bảng 1.1). Theo các thực nghiệm ở Brazil, thì độ tăng
của chỉ số ốc-tan phụ thuộc vào lƣợng pha Ethanol vào xăng
Do ethanol là nhiên liệu giàu oxy nên nó cho phép cháy tốt hoàn toàn hơn
trong buồng cháy.
Nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol cao hơn xăng và nhiệt độ bốc cháy của ethanol
cao hơn xăng, do hai yếu tố này nên tăng thời gian cháy trễ. Vì vậy, để cho động cơ

khi pha cồn phát huy đƣợc hiệu suất và công suất cao, cần tăng góc đánh lửa sớm. %
E càng tăng thì cần tăng thêm nhiều hơn góc đánh lửa sớm.
1.2.3.1.Ưu điểm của Ethanol so với xăng
- Ethanol là chất bay hơi ở nhiệt độ khá thấp nhƣng lại có tính háo nƣớc rất
lớn, nó có thể tan vô hạn trong nƣớc và trong nhiều chất hữu cơ, vô cơ khác.
- Ethanol không có màu và có mùi thơm, ngọn lửa của nó không màu.
- Vì ethanol là hợp chất Hydrocacbon có chứa nhiều oxy nên tỉ lệ không khí
cần để đốt là 9 (kgkk/kgnl) ít hơn nhiều so với xăng 14 (kgkk/kgnl)
- Chỉ số octan cao, tức là khả năng chống kích nổ tốt, do vậy cho phép tối ƣu
hóa việc thiết kế và vận hành động cơ (tỉ số nén lớn).
- Trong phân tử ethanol (C2H5OH) có sẵn oxy tức là phân tử ethanol tự có một
phần oxy để đốt cháy Hydro và Cacbon. iều này tránh đƣợc quá trình cháy thiếu
cục bộ oxy trong hỗn hợp. Do đó làm cho quá trính đốt cháy nhiên liệu đƣợc hoàn
toàn hơn và giảm sự phát thải khí CO và HC.
- Nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol cao dẫn đến hiệu ứng làm lạnh môi chất nạp. Do
đó nạp đƣợc đầy hỗn hợp hơn vào trong xylanh của động cơ, kết hợp với nhiệt trị
thể tích của hỗn hợp ethanol gần bằng của xăng, cho nên công suất của động cơ
dùng ethanol có thể lớn hơn khi dùng xăng.
1.2.3.2.Nhược điểm của Ethanol so với xăng


11
Do có oxy trong nhiên liệu ethanol (khoảng 35% trọng lƣợng) dẫn đến nhiệt trị
của ethanol thấp hơn xăng. Do vậy tiêu hao nhiên liệu tính trên cùng một quãng
đƣờng chạy xe nhiều hơn so với dùng xăng.
-Nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol cao và nhiệt độ bay hơi khá cao (78 0C) làm cho
khó khởi động lạnh xe.
-Hiện tƣợng azeotrope (đẳng phí) của ethanol với các hydrocacbon nhẹ trong
xăng làm cho sự hao hụt do bay hơi tăng.
-Khó tách ethanol ra khỏi nƣớc do hiện tƣợng đồng sôi của ethanol với nƣớc.

Hàm lƣợng nƣớc trong ethanol lớn hơn 1% sẽ tạo ra sự phân lớp khi pha vào xăng.
Nếu không bảo quản tốt thì một phần nhỏ ethanol bị oxy hóa thành acid axetic gây
ăn mòn động cơ.
-Lƣợng aldehyt trong khí thải ra khỏi động cơ nhiều hơn khi động cơ dùng
xăng.
1.3 T à p ầ p a c ế i
iệu t ực
iệm
1.3.1.Phương pháp sản xuất Ethanol (Cồn tuyệt đối)
Ethanol nguyên chất có thể đƣợc sản xuất từ rất nhiều nguồn. Với mỗi nguồn
nguyên liệu khác nhau sẽ có các quy trình sản xuất tƣơng ứng nhƣng nhìn chung lại
có hai phƣơng pháp phổ biến:
+ Hydrat hóa ethylen
Ethanol đƣợc sử dụng nhƣ là nguyên liệu công nghiệp và thông thƣờng nó
đƣợc sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phƣơng pháp hydat
hóa ethylen trên xúc tác axit, đƣợc trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen
hợp nƣớc ở 3000C áp suất 70 – 80 atm với xúc tác là axit photphoric: H2C = CH2
+H2O → CH3CH2OH
+ Phƣơng pháp lên men:
Mọi sự lên men các đƣờng đến C6, trong đó chủ yếu là glucose và cenlulozo
đều chuyển thành ethanol và khí CO2.
Với các loại ngũ cốc thì ngƣời ta tách tinh bột và cần có thuỷ phân bởi các
enzymes để thu đƣợc đƣờng rồi mới lên men. Ở Pháp ethanol đƣợc sản xuất từ củ
cải đƣờng hay lúa mạch. Sản phẩm phụ của công nghệ này là bã rƣợu hay bã ép củ
cải đƣờng để làm thực ăn cho gia súc góp phần giảm giá thành ethanol. Bã rƣợu
còn có thể dùng để điều chế nhiên liệu pha vào dầu nặng.
Công nghệ sản xuất ethanol có thể đƣợc tóm tắt nhƣ sau :
ầu tiên là thuỷ phân tinh bột để thu đƣợc đƣờng. Tiếp sau là lên men
đƣờng. Rồi chƣng cất ethanol để thu đƣợc ethanol nguyên chất. Có hai gia đoạn
chƣng cất: Giai đoạn đầu, thu đƣợc loại ethanol 96%. Giai đoạn sau, khử nƣớc để

có ethanol alhydrid (99,5% tối thiểu, theo khối lƣợng).
Ở Việt Nam và các nƣớc chủ yếu sử dụng các loại nguyên liệu có nguồn gốc
xenlulozo hoặc dạng tinh bột : (C6H10O5)n +nH2OnC6H12O6


12
C6H12O6 2C2H5OH + CO2
Tuy nhiên sản xuất theo nguyên tắc chung nhƣ trên tỷ lệ ethanol chỉ nhỏ hơn
10% thể tích trong dung dịch với nƣớc và chất bã do vậy muốn khử hết nƣớc để đạt
đƣợc ethanol nguyên chất (99% )có thể dùng phƣơng pháp nhƣ chƣng cất hoặc
dùng chất phụ gia hoặc xúc tác để khử nhƣ CaCO3, canxiclorua khan, chƣng cất ba
chất đồng thời nhƣ ethanol, nƣớc và thêm chất benzen. Tuy nhiên để có đƣợc
ethanol tuyệt đối là việc làm khá khó khăn và có thể dẫn tới chi phí để sản xuất ra
ethanol tăng gây giảm hiệu quả kinh tế.
Dƣới đây giới thiệu quy trình sản xuất ethanol từ ngô - một trong những
nguyên liệu đƣợc dùng phổ biến hiện nay: Hình 1.1 dƣới đây giới thiệu sơ đồ sản
xuất ethanol từ xenluloza.[6]

Hì

1.2 Sơ đồ sản xuất ethanol từ xenluloza

1.3.2 Xăng sinh học (xăng pha ethanol)
1.3.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam về etanol nhiên liệu biến tính
Trên thế giới, mỗi quốc gia có những bộ tiêu chuẩn riêng của mình về etanol
nhiên liệu biến tính. Ví dụCAN/CGSB-3.511 (Canada), ASTM D5798-07, ASTM
D5798 - 10a (Mỹ), ... Năm 2007, Việt Nam đã xây dựng tiêu chuẩn nhiên liệu xăng
sinh học etanol nhiên liệu biến tính E100 TCVN 7716-2007 [3]. ến năm 2009,
Việt Nam đã có quy chuẩn kỹ thuật về xăng, nhiên liệu điêzen và nhiên liệu
sinh học QCVN 1:2009/BKHCN cho nhiên liệu xăng sinh học E5[4]. Năm 2010,