Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel 3 xylanh theo hướng sử dụng nhiên liêu sinh học

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRƯƠNG VĂN NGỌC

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL 3 XY LANH
THEO HƯỚNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC
Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô – máy kéo

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HUỲNH THANH CÔNG
(chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :...................................................................................
(chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 :...................................................................................
(chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM
Ngày …….. tháng ……. năm…….
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ )

1. ……………………………………
2. ……………………………………
3. ……………………………………
4. ……………………………………
5. ……………………………………
Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THƠNG
----------------

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 02 tháng 0 7 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRƯƠNG VĂN NGỌC

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1983

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo

MSHV: 09130412

1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử
dụng nhiên liệu sinh học”.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
2.1 Nghiên cứu tổng quan khả năng ứng dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel trên động
cơ Diesel 3 xy-lanh phục vụ trong nông lâm ngư nghiệp.
2.2 Nghiên cứu mơ hình hóa động cơ Diesel 3 xy-lanh dựa trên các mơ hình lý thuyết
và các phần mềm mơ phỏng chuyên sâu.
2.3 Nghiên cứu đánh giá đặc tính động cơ và nồng độ khí thải của động cơ Diesel 3 xylanh.
2.4 Dựa trên kết quả mô phỏng, đánh giá và so sánh với một số kết quả thực nghiệm
nhằm tìm ra hướng đề xuất tỷ lệ pha trộn hỗn hợp Biodiesel hợp lý cho động cơ Diesel
3 xy-lanh phục vụ trong nông nghiệp và vận tải nông thôn.
2.5 Đề xuất các hướng cải tiến phù hợp về kết cấu của động cơ nghiên cứu nhằm nâng
cao công suất động cơ, giảm ô nhiễm môi trường.
2.6 Tổng kết đánh giá kết quả thực hiện.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/7/2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/12/2010
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HUỲNH THANH CÔNG
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CÁM ƠN

Đề tài "Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xylanh theo hướng sử dụng
nhiên liệu sinh học" đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quí thầy cô, các anh chị
trong lớp và các bạn đồng nghiệp.
Để luận văn hoàn thành và đạt kết quả tốt, ngoài sự cố gắng của bản thân, em
xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường
Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của
thầy ThS. Nguyễn Đình Hùng, các bạn sinh viên trong Bộ mơn, Phịng thí nghiệm
động cơ đốt trong đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực hiện luận văn này.
Đặc biệt cảm ơn Thầy hướng dẫn, TS. Huỳnh Thanh Công, đã chỉ đạo về ý tưởng,
phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc.
Cảm ơn các anh chị trong lớp và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp cơng sức và
những ý kiến q giá.
Xin cảm ơn ba mẹ đã động viên giúp đỡ vật chất và tinh thần để vượt qua bao
khó khăn hồn thành luận văn.
Mặc dù rất nổ lực, nhưng do kiến thức cịn hạn chế, thời gian có hạn và thiết
bị cịn giới hạn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Q Thầy Cơ và
các bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu này có thể sớm được áp dụng vào thực tế.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010
Học viên thực hiện

HV. Trương Văn Ngọc


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn này tập trung nghiên cứu khả năng ứng dụng Biodiesel từ mỡ cá Basa
làm nhiên liệu cho động cơ Diesel 3 xy-lanh bằng phần mềm mô phỏng. Phần mềm
Ricardo – Wave đã được sử dụng để mơ phỏng đặc tính động cơ và đặc tính khí thải của
động cơ nghiên cứu, sử dụng ba tỷ lệ pha trộn nhiên liệu Biodiesel theo thể tích (B5, B10,
B30) từ mỡ cá Basa so sánh với nhiên liệu Diesel truyền thống.
Kết quả mô phỏng cho thấy khi động cơ sử dụng nhiên liệu pha trộn hỗn hợp

Biodiesel-Diesel (B5, B10, B30) so với nhiên liệu Diesel truyền thống thì công suất, mômen thấp hơn, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên, nồng độ khí thải giảm. Nhìn chung các
kết quả mơ phỏng đặc tính động cơ phù hợp với đặc tính động cơ mà nhà sản xuất cung
cấp. Cụ thể giá trị trung bình cơng suất các mẫu B5, B10, B30 đều thấp hơn so với mẫu
Diesel tương ứng là 4,45%; 9,46%; 16,55%. Cịn giá trị mơ-men động cơ các mẫu B5,
B10, B30 giảm so với mẫu Diesel lần lượt: 2,19%; 3,92%; 6,61%. Tuy nhiên, suất tiêu
hao nhiên liệu của các mẫu B5, B10 và B30 so với mẫu Diesel lại tăng lên tương ứng là:
3,92%; 8,08%; 15,51%. Nồng độ khí thải giảm, đặc biệt lượng NOx tăng theo từng mẫu
nhiên liệu B5, B10, B30 so với mẫu Diesel cụ thể 1,59%, 3,39%, 8,47%.
Trên cơ sở của kết quả mơ phỏng, phân tích và so sánh với một số kết quả thực
nghiệm, thì tỷ lệ pha trộn biodiesel – Diesel dưới 10% sử dụng cho động cơ Diesel 3 xylanh là hợp lý nhất đối với động cơ nghiên cứu. Đồng thời luận văn là cơ sở ban đầu cho
việc nghiên cứu phục vụ cho quá trình thiết kế chế tạo động cơ Diesel 3 xy-lanh tại Việt
Nam.


Luận văn Thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xi-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Trang
CHƯƠNG I: DẪN NHẬP.............................................................................................1
1.1 Lý do chọn và tính cấp thiết của đề tài .....................................................................2
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................4
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................5
1.4 Nội dung nghiên cứu và phương pháp tiếp cận .......................................................5
1.5 Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................6
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn .............................................................7
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................................8
2.1 Giới thiệu chung.......................................................................................................9

2.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước ....................................10
2.3 Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong ................................13
2.4 Nhiên liệu Diesel và Biodiesel ..............................................................................15
2.5 Các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của Biodiesel lên động cơ ................................33
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ
DIESEL 3 XY-LANH..................................................................................................46
3.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng nghiên cứu...........................................................47
3.2 Lý thuyết cơ bản .....................................................................................................50
3.3 Phương pháp xây dựng mơ hình và chu trình mơ phỏng theo phần mềm..............58
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG, BÀN LUẬN VÀ SO SÁNH THỰC
NGHIỆM......................................................................................................................66
4.1 Sơ lược quá trình mơ phỏng....................................................................................67
4.2 Trình tự mơ phỏng ..................................................................................................67
4.3 Kết quả mơ phỏng và phân tích đánh giá kết quả mơ phỏng..................................68
4.4 Phân tích và so sánh với một số kết quả thực nghiệm tại Bộ môn ô tô Khoa kỹ
thuật giao thông-trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM ...............................................81
HVTH: Trương Văn Ngọc

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn Thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xi-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..........................87
5.1 Kết luận ..................................................................................................................88
5.2 Những công việc kế tiếp cần triển khai .................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

HVTH: Trương Văn Ngọc

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn cao học

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xi-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
•

ne [vịng/phút]

Tốc độ động cơ

•

Ne

[kW]

Cơng suất động cơ

•

Me

[Nm]

Mơ-men động cơ

•

BSFC

[g/kWh] = ge Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ Diesel

•

CO

[ppm]

Nồng độ khí thải Carbon Monoxide

•

CO2

[ppm]

Nồng độ khí thải Carbon Dioxide

•

HC

[ppm]

Nồng độ khí thải Unburned Hydrocarbon

•

NOx

[ppm]

Nồng độ khí thải Oxide Nitrogen

•

Smoke emission [Bosch smoke number] Độ mờ khói của khí thải

•

D0

Nhiên liệu diesel thương phẩm

•

B5

Hỗn hợp thể tích 5% biodiesel + 95% diesel

•

B10

Hỗn hợp thể tích 10% biodiesel + 90% diesel

•

B30

Hỗn hợp thể tích 30% biodiesel + 70% diesel

•

IMEP

•

d [%]

Tỷ trọng nhiên liệu

•

LHV [MJ/Kg]

Nhiệt trị thấp

•

Gnl

Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1 giờ

[bar]

Áp suất chỉ thị trung bình

[kg/h]

Cơng suất động cơ

Mô-men động cơ

:

2πn e ⎞ 1
⎛
Ne = ⎜ M e ×
×
60 ⎟⎠ 1000
⎝

(kW)

:

10 4. N e
Me =
1, 047 .n e

(N.m)

G nl
Ne

Suất tiêu hao nhiên liệu :

ge =

Hiệu suất nhiệt

ηe =

HVTH: Trương Văn Ngọc

:

Ne
G nl . LHV

(g/kW.h)

(%)

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

CHƯƠNG I

DẪN NHẬP

HVTH: Trương Văn Ngọc

1

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

1.1 Lý do chọn và tính cấp thiết của đề tài
1.1.1 Lý do chọn đề tài
Góp phần giải quyết bài tốn 3-E. Hiện nay, sự phát triển của ngành công
nghiệp thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đã tạo ra các bài toán hết sức
khẩn cấp cần phải giải quyết về năng lượng (Energy), ô nhiễm môi trường sinh thái
(Ecology), và sự gia tăng về giá nhiên liệu (Economy). Các tổ chức và các nhà khoa
học đã và đang giải quyết bài toán 3-E này ở các mức độ khác nhau. Tuy nhiên, mối
quan hệ 3-E này chưa được giải quyết một cách toàn diện. Nguồn năng lượng, nhiên
liệu truyền thống có nguồn gốc dầu mỏ hóa thạch đang dần cạn kiệt và giá dầu trên
thế giới ngày càng gia tăng. Trong khi đó, lĩnh vực cơng nghiệp và giao thơng vận
tải có sử dụng nhiên liệu dầu khí này đã và đang tạo ra sự ơ nhiễm cho bầu khí
quyển và mơi trường sống.
Giảm ơ nhiễm mơi trường trong sản xuất thủy sản tại Việt Nam, đặc biệt từ
chất thải cá Basa. Mỗi năm ĐBSCL thải ra khoảng hơn 30.000 tấn mỡ cá tra, cá
ba sa. Mỡ cá này thường được tận dụng bán cho cơ sở sản xuất mỡ bôi trơn, thức

ăn chăn nuôi nhưng đầu ra, giá cả còn khá bấp bênh nên lượng mỡ dư thừa không
được tận dụng hết, gây ô nhiễm. Trong khi đó, theo các nhà khoa học, mỡ cá basa,
cá tra có thể sản xuất thành dầu biodiesel - một dạng dầu diesel sạch, thân thiện
với mơi trường. Do đó, việc nghiên cứu dự báo cho tương lai nguồn năng lượng
vơ tận đồng thời góp phần bảo vệ mơi trường sống là vơ cùng quan trọng trong
q trình phát triển kinh tế xã hội ở nước ta.
Nhu cầu sản xuất động cơ Diesel 3 xy-lanh phục vụ nông lâm ngư nghiệp
trong tương lai của nước ta. Động cơ một xy-lanh cơng suất nhỏ, nếu lắp lên máy
nơng nghiệp thì khơng phù hợp, khi đó động cơ ba xy-lanh sẽ đáp ứng được cơng
suất cần thiết, 20 ÷ 30 mã lực. Với động cơ 3 xy-lanh thì dây chuyền cơng nghệ chế
tạo không thay đổi nhiều, phù hợp với thời điểm hiện nay và chiến lược kinh doanh.
Điều này làm tăng tính khả thi của đề tài khi áp dụng thực tế.
Ứng dụng sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm rút ngắn thời gian nghiên cứu
và phát triển động cơ. Đồng thời với sự phát triển không ngừng của các phần mềm
HVTH: Trương Văn Ngọc

2

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

máy tính, các phương pháp tính trợ giúp, đặc biệt là phương pháp mơ hình hóa và
mơ phỏng. Việc ứng dụng các phương tiện và công nghệ thông tin trong nghiên cứu
sẽ rút ngắn thời gian thiết kế và kiểm tra nhằm giảm chi phí trong q trình phát
triển sản phẩm mới vì khơng phải chế tạo nhiều vật mẫu thử nghiệm và dự báo
trước các sai sót có thể khi triển khai theo phương pháp truyền thống.

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu được đề xuất nhằm góp phần tìm ra
cơ sở cho các ứng dụng các loại nhiên liệu mới, nhiên liệu sinh học trên động cơ đốt
trong nhằm góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường và giảm chi phí việc sử dụng
nhiên liệu cho các phương tiện giao thơng trong tương lai. Điều đó rất có ý nghĩa
trong sự phát triển kinh tế - xã hội và cơng nghệ của đất nước.
1.1.2

Phân tích tích cấp thiết của đề tài

Ứng dụng nhiên liệu mới bảo vệ mơi trường. Tính cấp bách trong tìm kiếm
nguồn nhiên liệu mới như biogas, biodiesel, CNG,...nhằm thay thế nhiên liệu truyền
thống có nguồn gốc hóa thạch góp phần cắt giảm ô nhiễm không khí từ động cơ đốt
trong và ô tô. Việc nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học (biodiesel) trên động
cơ Diesel góp phần tận dụng các nguồn nhiên liệu tái tạo và giảm đáng kể mức độ ô
nhiễm môi trường so với các loại nhiên liệu truyền thống. Đây là xu hướng ứng
dụng nhiên liệu xanh và sạch nhằm góp phần thúc đẩy sản xuất nơng nghiệp, dịch
vụ nông thôn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và chủ động về nguồn nhiên liệu.
Nghiên cứu cơ bản cho việc phát triển loại động cơ nhiều xy-lanh tại Việt Nam.
Đề tài này là tiền đề để các nhà máy sản xuất động cơ có thể ứng dụng để chế tạo
động cơ nhiều xy-lanh, trong đó có động cơ 3 xy-lanh sử dụng nhiên liệu sinh học
lần đầu tiên ở Việt Nam. Đề tài được thực hiện nhằm đánh giá bước đầu chuẩn bị
các điều kiện cần thiết để có thể sản xuất các loại động cơ nhiều xy-lanh của Việt
Nam phục vụ nông nghiệp, nông thôn, và giao thông vận tải.
Rút ngắn quá trình nghiên cứu và phát triển động cơ nhiều xy-lanh tại Việt
Nam. Hiện nay, các công ty sản xuất động cơ tại Việt Nam (như Công ty SVEAM,
Công ty chế tạo động cơ Diesel Sông Công – DISOCO...) chỉ có thể sản xuất loại
HVTH: Trương Văn Ngọc

3

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

động cơ 1 xy-lanh công suất nhỏ và phạm vi ứng dụng hẹp (như việc ứng dụng kéo
máy bơm nước, máy phát điện cỡ nhỏ, tàu thuyền công suất nhỏ,...). Các nghiên cứu
ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ nhiều xy-lanh vẫn chưa được triển khai.
Bên cạnh đó nhu cầu về loại động cơ công suất lớn nhiều xy-lanh đang trở nên vấn
đề cần thiết trong quá trình phục vụ nông nghiệp và vận tải nông thôn.

1.2

Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu chung
Thiết lập mô phỏng một số đặc tính động cơ Diesel 3 xy-lanh nhằm tìm ra
ảnh hưởng của các thơng số kỹ thuật lên đặc tính động cơ nghiên cứu góp phần hỗ
trợ cho q trình nghiên cứu và phát triển động cơ nhiều xy-lanh tại Việt Nam.
Ngoài ra, đề tài đề xuất việc thực hiện ứng dụng nhiên liệu sinh học
(Biodiesel) góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường, giảm chi phí sử dụng nhiên
liệu và chứng minh tính khả thi trong việc thay thế một phần nhiên liệu Diesel trên
động cơ Diesel nông nghiệp trong tương lai tại Việt Nam.

1.2.2 Mục tiêu cụ thể
(1) Nghiên cứu tổng quan khả năng ứng dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel trên
động cơ Diesel 3 xy-lanh phục vụ trong nơng nghiệp.
(2) Nghiên cứu mơ phỏng đặc tính động cơ và đặc tính khí thải của động cơ

Diesel 3 xy-lanh.
(3) Nghiên cứu, đánh giá đặc tính và so sánh với kết quả thực nghiệm của động
cơ Diesel 3 xy-lanh nhằm tìm ra hướng đề xuất thơng số động cơ Diesel 3
xy-lanh có cơng suất phù hợp có thể sử dụng loại nhiên liệu sinh học
Biodiesel.
(4) Đề xuất các hướng cải tiến phù hợp và tỷ lệ pha trộn biodiesel hợp lý cho
động cơ nghiên cứu nhằm nâng cao công suất động cơ, giảm ô nhiễm môi
trường và làm cơ sở để ứng dụng nguồn nhiên liệu mới sạch và sạch hơn cho
động cơ Diesel 3 xy-lanh phục vụ trong nông nghiệp và vận tải nông thôn.
HVTH: Trương Văn Ngọc

4

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
™ Động cơ Diesel 3 xy-lanh Kubota từ 20 đến 30 Mã lực.
™ Sử dụng nhiên liệu Diesel và nhiên liệu Biodiesel từ mỡ cá Basa pha vào
theo các tỷ lệ khác nhau để mơ phỏng các q trình chính động cơ Diesel
3 xy-lanh Kubota.
™ Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng chuyên sâu Ricardo WAVE,...

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi của luận văn tốt nghiệp này, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu:

™ Nghiên cứu mô phỏng đặc tính làm việc và đặc tính phát thải của động cơ
Diesel 3 xy-lanh dựa trên phần mềm chuyên ngành theo hướng sử dụng
nhiên liệu sinh học.
™ Đánh giá, đề xuất các hướng cải tiến phù hợp từng loại hỗn hợp nhiên
liệu cho loại động cơ Diesel trên.
™ Đề tài chỉ tập trung đánh giá động cơ qua các chỉ tiêu về công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu, khói thải của động cơ Diesel sử dụng nhiên
liệu Diesel và các mẫu nhiên liệu Biodiesel pha trộn.

1.4 Nội dung nghiên cứu và phương pháp tiếp cận
1.4.1 Nội dung nghiên cứu
Luận văn được thực hiện với các nội dung chính như sau:
1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết mơ hình hóa- mơ phỏng của động cơ đốt trong.
2) Nghiên cứu mơ phỏng đặc tính động cơ Diesel 3 xy-lanh Kubota.
3) Mơ phỏng đặc tính của động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên
liệu sinh học bằng phần mềm mơ phỏng chun dùng sử dụng Ricardo
Wave.
4) Phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu. Đề xuất tỷ lệ pha trộn biodiesel –
Diesel hợp lý cho động cơ 3 xy-lanh.
HVTH: Trương Văn Ngọc

5

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

5) So sánh đánh giá với một số kết quả thực nghiệm về đặc tính làm việc của

động cơ Diesel 3 xy-lanh.

1.4.2 Phương pháp tiếp cận
(1) Phương pháp tiếp cận bằng lý thuyết: Dựa trên lý thuyết vận hành động cơ
đốt trong truyền thống và đặc tính của từng loại nhiên liệu sinh học, tham
khảo thêm các tài liệu về thiết kế và mô phỏng động cơ Diesel của các hãng
nước ngoài cũng như về nhiên liệu Biodiesel trên Internet, sách báo, luận văn
trước đây.
(2) Phương pháp tiếp cận bằng mô phỏng: Nghiên cứu phần mềm mô phỏng
chuyên sâu xác định các thơng số đặc tính và động lực học của động cơ mẫu
sử dụng các loại nhiên liệu sinh học. So sánh, đánh giá, đề xuất các hướng
thiết kế và chế tạo loại động cơ nghiên cứu phù hợp.
(3) Dựa trên các phần mềm mô phỏng chuyên dùng như: Ricardo Wave, AVL
Boost, ...

1.5

Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp bao gồm:

– Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các lý thuyết động cơ hiện đại vào nghiên cứu,
sử dụng các phương trình truyền nhiệt, nhiệt động học và cơ lưu chất trong
q trình hịa trộn và cháy.
– Nghiên cứu mơ phỏng: phân tích, đánh giá, so sánh dùng sự hỗ trợ của phần
mềm mô phỏng máy tính.
– Nghiên cứu các thơng số đặc tính trên động cơ mẫu có sử dụng các loại
nhiên liệu sinh học.

HVTH: Trương Văn Ngọc

6

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

1.6

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
– Việc nghiên cứu có thể ứng dụng nhiên liệu sinh học trên động cơ Diesel
nơng nghiệp nhiều xy-lanh có khả năng ứng dụng tại Việt Nam.
– Kết hợp giữa nhiên liệu sinh học Biodiesel và nhiên liệu Diesel trên động
cơ nghiên cứu nhiều xy-lanh dựa trên nguồn nguyên liệu thô sẵn có nhằm
chủ động nguồn nhiên liệu, năng lượng trong tương lai và phục vụ các mục
đích nơng nghiệp tại nơng thôn Việt Nam.
– Định hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu sinh
học trên các xe ôtô du lịch và ôtô tải góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi
trường, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu năng lượng từ nước ngoài và đảm
bảo an ninh năng lượng.

HVTH: Trương Văn Ngọc

7

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công

Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

CHƯƠNG II

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

HVTH: Trương Văn Ngọc

8

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

2.1 Giới thiệu chung
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, số lượng xe tham gia lưu thơng
trên đường ngày một tăng lên. Vấn đề ô nhiễm nảy sinh nghiêm trọng ở các thành
phố lớn. Theo dự báo của thế giới, nguồn nhiên liệu truyền thống sẽ cạn kiệt vào
những năm 2050- 2060 [12]. Khi xã hội ngày càng phát triển, thì động cơ đốt trong
có vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực như: công nghiệp, nơng nghiệp.....
Làm sao có thể kiểm sốt được ơ nhiễm, bảo vệ sức khỏe của cộng đồng? Một chiến
lược tổng thể được đặt ra là: sử dụng xe sạch, sử dụng nhiên liệu sạch và qui hoạch
chiến lược giao thông, sử dụng đất hợp lý.
Những chiếc xe hiện nay đã sạch hơn rất nhiều. Các công nghệ được ứng dụng
trên xe đã giảm đi một lượng khí xả độc hại. Quá trình cháy trong động cơ được cải

thiện, sử dụng công nghệ điều khiển phun xăng, đánh lửa bằng máy tính, bộ xúc tác
được gắn trên ống xả. Hiện nay, ở các thành phố lớn đã có những qui hoạch tổng
thể về giao thông nhằm giảm lượng xe tập trung vào thành phố. Nhiều tiêu chuẩn về
nhiên liệu sạch được đặt ra buộc các nhà sản xuất và nhập khẩu phải tuân theo. Tuy
nhiên, các giải pháp đó chỉ đáp ứng một phần trong việc kiểm sốt khí thải và cần
nhiều nỗ lực hơn nữa từ phía các nhà nghiên cứu, sản xuất và quản lý.
Gần đây, những nghiên cứu xung quanh vấn đề sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng,
Khí thiên nhiên, ứng dụng năng lượng mặt trời, sản xuất ô tô chạy bằng năng lượng
điện, fuelcell và nhiên liệu sinh học (Biodiesel)… cho các phương tiện giao thông
đã có những kết quả khả quan. Sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel trên xe chạy
Diesel, có thể giảm ơ nhiễm khói thải mà vẫn duy trì được cơng suất của động cơ.
Việc ứng dụng nhiên liệu biodiesel trên xe chạy dầu Diesel cũng gặp những khó
khăn riêng do kết cấu động cơ và bản chất quá trình cháy. Nghiên cứu, mô phỏng và
lắp đặt thành công hệ thống cung cấp nhiên liệu Biodiesel cho động cơ Diesel 3xylanh có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm ơ nhiễm khói thải từ xe
Diesel và chi phí thấp.
Ngun liệu để điều chế nhiên liệu sinh học có từ nhiều nguồn gốc khác nhau
như: dầu thực vật (dầu dừa, dầu cọ,...) hay mỡ động vật. Ngoài yếu tố thân thiện với
HVTH: Trương Văn Ngọc

9

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

môi trường, biodiesel cịn là nguồn tài ngun có thể tái tạo được và cịn góp phần
thúc đẩy nền sản xuất nông nghiệp và kinh tế phát triển.

2.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan trong và ngồi nước
2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngày nay, trong xã hội hầu hết các nguồn năng lượng được cung cấp từ nhiên
liệu hóa thạch. Xã hội càng phát triển nguồn nhiên liệu tiêu thụ càng nhiều kéo theo
các khí thải cacbon dioxide (CO2)càng tăng. Trong xã hội phát triển ơ tơ đóng vai
trị chính trong sự phát triển cơng nghiệp và kinh tế cũng như thõa mãn các nhu cầu
của cuộc sống. Vì vậy ơ tơ là nguồn gây ơ nhiễm lớn đến mơi trường.
Ơ tơ sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch ngoài việc thải các chất độc hại như
NOx, CO, HC và PM cịn có lượng khí thải khá lớn là CO2 khơng thể khống chế
được (vì đây là sản phẩm tất yếu của q trình oxi hóa chất hữu cơ). Mà CO2 là chất
gây ra hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân làm tăng dần nhiệt độ trái đất.
Theo tốc độ phát triển ô tô hiện nay cùng với sự khan hiếm về nguồn năng
lượng hoá thạch sử dụng, một vấn đề cấp bách không kém đang đặt ra là tình trạng
ơ nhiễm mơi trường do ơ tơ gây ra. Để khắc phục điều này hàng loạt giải pháp đã
được thực hiện như: ứng dụng kỹ thuật đốt nghèo trong động cơ, tìm các nguồn
năng lượng mới, nguồn năng lượng sạch cho ô tô thay thế nguồn năng lượng hóa
thạch.
Theo dự đốn, nếu với đà tiêu thụ này thì nguồn năng lượng chúng ta sẽ bị cạn
kiệt vào nửa sau thế kỷ 21. Vì vậy, chúng ta cần cải tiến hiệu suất của động cơ cũng
như tìm ra các nguồn năng lượng mới để thay thế chúng. Việc kết hợp các loại
nhiên liệu thay thế và nhiên liệu truyền thống ứng dụng trên động cơ đốt trong đã và
đang được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Hiện nay, có khoảng hơn 50 nước ở
khắp các châu lục khai thác và sử dụng nhiên liệu sinh học (Biofuel) ở các mức độ
khác nhau.
J. S. Lee (Hàn Quốc) [21] đã thử nghiệm loại nhiên liệu Diesel sinh học
(biodiesel BD5 và BD20) trên các phương tiện xe thương mại sử dụng Diesel. Các
HVTH: Trương Văn Ngọc

10

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

nhà nghiên cứu này đã đánh giá tính khả thi trong việc ứng dụng nhiên liệu sinh học
và mức độ ảnh hưởng của chúng đến tuổi thọ của các phương tiện giao thông công
cộng.
K. Maniatis (Biofuels & Industry, Cộng đồng Châu Âu) [20] báo cáo các hoạt
động thực nghiệm nhiên liệu sinh học trên các phương tiện giao thông. Nghiên cứu
này đề cập đến các chính sách và mục tiêu, định hướng và kế hoạch, cũng như việc
nghiên cứu, phát triển và ứng dụng loại nhiên liệu sinh học trên các phương tiện
công cộng tại Châu Âu.
T.C. Huynh và đồng nghiệp tại ĐH Sungkyunkwan (Hàn Quốc) đã có những
nghiên cứu chuyên sâu theo hướng ứng dụng loại nhiên liệu thay thế (như
Hydrogen, LPG, CNG, biogas,...) trên động cơ ô tô nhằm giải quyết các vấn đề
nâng cao tính năng động cơ và giảm ơ nhiễm mơi trường.

2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Cho đến nay các nghiên cứu về nhiên liệu Biodiesel cịn rất ít và hầu như cịn
rất mới mẻ tại Việt Nam. Tại trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM cũng có một số
đề tài nghiên cứu khả năng ứng dụng Biodiesel sản xuất từ mỡ cá basa hoặc từ cây
dầu dừa, từ cây dầu Jatropha…. Tại Việt Nam, số xe động cơ diesel đang chiếm hơn
20% - 30% thị trường ôtô mới tại Việt Nam, khoảng gần 40.000 chiếc. Năm 2001,
con số này cịn ở mức dưới 10%. Thơng thường, máy dầu được ưa chuộng trong
lĩnh vực chuyên chở. Sau Ford Transit, lần lượt xuất hiện Mercedes-Benz Sprinter
và Toyota Hiace mới làm tăng thêm lựa chọn cho khách hàng đối với loại xe chở

khách 16 chỗ trang bị động cơ dầu. Nhưng với các xe 7 chỗ chở xuống, sự hiện diện
của loại động cơ này còn ở mức rất khiêm tốn.
Gần như độc chiếm thị trường xe pickup trong nước, với sự cạnh tranh không
đáng kể từ Isuzu D-Max. Ở dịng xe đa dụng hiện cũng chỉ có chiếc Isuzu HiLander và một phiên bản Everest là trang bị động cơ diesel. Có thể đây vẫn sẽ là
mảnh đất tiềm năng nhất đối với xe máy dầu ở Việt Nam. Theo Ford, xe máy dầu
chiếm tới 75% số Everest hãng sản xuất.
HVTH: Trương Văn Ngọc

11

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

Mặt khác đối với nước ta, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ nhiều xylanh đã được thực hiện. Ví dụ, Cơng ty SVEAM, Cơng ty chế tạo động cơ Diesel
Sông Công (DISOCO) đã nghiên cứu chế tạo động cơ Diesel lên đến 60 mã lực,
nhưng vì nhiều lý do đã khơng thành cơng. Ngồi ra, việc nghiên cứu, sản xuất và
sử dụng nhiên liệu sinh học dùng trên động cơ đốt trong vẫn còn là vấn đề khá mới
mẽ. Đã có một số cơ quan thuộc các ngành giao thông vận tải, công nghiệp, năng
lượng nghiên cứu về nhiên liệu sinh học như Cơng ty Mía đường Lam Sơn (Thanh
Hố), Sài Gịn Petro, Cơng ty Rượu Bình Tây, Cơng ty Chí Hùng cũng đã có dự án
sản xuất ethanol làm nhiên liệu. Gần đây, một số công ty tại An Giang, Cần Thơ,
Long An, công ty TNHH Minh Tú đã đầu tư xưởng sản xuất Diesel sinh học từ mỡ
cá basa với tổng công suất khoảng 60.000 tấn /năm, nhưng do chưa có tiêu chuẩn
chất lượng cho sản phẩm, nên chưa thương mại hóa được. Một số nghiên cứu đã
được thực hiện việc ứng dụng nhiên liệu sinh học trên động cơ đốt trong gần đây
như sau:

Năm 2004-2005, Bộ mơn Ơ tơ – Máy động lực (trường ĐH Bách khoa TP
HCM) và công ty Vikyno đã phối hợp thực hiện đề tài chuyển giao công nghệ
nghiên cứu thiết kế động cơ 1 xy-lanh làm mát bằng gió cho nông nghiệp.
Năm 2005-2008, công ty TNHH MTV Động cơ và Máy nông nghiệp Miền nam
đã liên tục thực hiện và đã nghiệm thu hai đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo động cơ Diesel có cơng suất 22.5 HP có các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật tiên tiến và kiểu dáng mới phục vụ Nông, Lâm, Ngư nghiệp” và
“Nghiên cứu, thiết kế, và chế tạo động cơ Diesel có tính năng kỹ thuật tiên tiến và
kiểu dáng hiện đại phục vụ Nông, Lâm, Ngư nghiệp”.
Th.s Nguyễn Vương Chí, Khoa Kỹ thuật Giao thơng(Đại Học Bách Khoa,
TP.HCM) [14], Với phần mềm chuyên dụng BOOST, bài báo trình bày mơ phỏng
chu trình cơng tác của động cơ diesel cơng suất 10HP và số vịng quay
n=3600vịng/phút của hãng Vikyno. Kết quả mô phỏng khi sử dụng nhiên liệu
diesel và biodiesel-dầu dừa sẽ cho biết áp suất, nhiệt, cơng có ích của chu trình làm

HVTH: Trương Văn Ngọc

12

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

việc của từng lọai nhiên liệu. Trên cơ sở đó, có thể so sánh đặc tính ngịai của động
cơ khi sử dụng hai lọai nhiên liệu này.
T.S. Nguyễn Hữu Hường [12], các nghiên cứu ứng dụng biodiesel từ mỡ cá basa
trên động cơ đốt trong được thực hiện tại Đại học Bách khoa Tp.HCM, bài báo cho

thấy kết quả nghiên cứu thử nghiệm biodiesel từ mỡ cá pha với dầu Diesel theo các
tỷ lệ khác nhau kết quả công suất, mô-men, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi
sử dụng mẫu B5 gần với kết quả động cơ khi sử dụng nhiên liệu Diesel nhất .
Các nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ nhiều xy-lanh đã
được triển khai nhưng đối với động cơ Diesel 3 xy-lanh phun gián tiếp ứng dụng
nhiên liệu sinh học thì chưa được nghiên cứu.

2.3 Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
Phương tiện giao thơng là một vấn đề tồn tại song song của hai mặt (tích cực
và tiêu cực). Nó giúp cho sự phát triển nhanh chóng về kinh tế và các mặt khác của
xã hội. Bên cạnh đó hoạt động của các phương tiện giao thông gây ảnh hưởng đến
sức khoẻ và môi trường một cách nghiêm trọng. Sau đây là một số tác hại cơ bản
của khí thải phương tiện giao thơng tới sức khoẻ và môi trường.
2.3.1 Tác hại sức khỏe con người.
Ơ xit cácbon (CO): là chất khí khơng màu, không thấy được, được tạo ra khi
nhiên liệu chứa cácbon cháy không hết – đe doạ nghiêm trọng đến sức khoẻ con
người. Đặc biệt nguy hại với thai nhi và người mắc bệnh tim. Ở nồng độ thấp hơn,
CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người [2].
Ơxit nitơ (NO): là một dạng hợp chất, ơxit nitơ được người ta quan tâm đến
nhiều do tác hại của nó tới mơi trường, sức khoẻ con người và cộng đồng. Điôxit nitơ
(NO2) gắn liền với việc gia tăng ô nhiễm đường hô hấp [10].
Hydrocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do q trình cháy
khơng hồn tồn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy khơng bình thường.
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm.
HVTH: Trương Văn Ngọc

13

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công

Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

SO2: Oxit lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dể hịa tan vào nước
mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu
trong phổi.
Bồ hóng: Bồ hóng là chất ơ nhiễm đặt biệt quan trọng trong khí xả động cơ
diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3m
nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi.
2.3.2 Tác hại môi trường.
a. Ảnh hưởng nhiệt độ khí quyển.
Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí
carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa
thành phần carbon. Việc tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự có mặt của các chất khí
gây hiệu ứng nhà kính.
Những chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành
phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt
trời, quả đất và khơng gian. CO2 là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với
bước sóng 15m, vì vậy được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là
chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt
lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất, làm nóng thêm bầu khí
quyển theo hiệu ứng nhà kính .
b. Ảnh hưởng đến sinh thái.
Việc tăng của NOx nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại tầng ozone ở thượng
tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím
gây ung thư da và gây đột biến sinh học.
Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hoá thành axit
sulfuric, axit nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù . . . làm hủy hoại

thảm thực vật trên mặt đất và gây ăn mịn các cơng trình kim loại.

HVTH: Trương Văn Ngọc

14

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công


Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

2.4 Nhiên liệu Diesel và Biodiesel
2.4.1 Nhiên liệu Diesel
2.4.1.1 Định nghĩa
Nhiên liệu Diesel là sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm
giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bơi trơn (lubricating oil), có nhiệt độ bốc hơi từ
1750C đến 3700C (đối với nhiên liệu Diesel nặng: 3150C ÷ 425C còn gọi là Mazut –
Fuel oil), hydrocacbon từ C14 đến C20.

2.4.1.2 Tính chất vật lý của nhiên liệu diesel
•

Nhiên liệu phải có độ nhớt phù hợp (2-6 cSt), có tính chống đơng đặc và lưu
động tốt.

•

Có thành phần chưng cất ổn định đặc trưng bởi khoảng nhiệt độ bốc hơi của

nhiên liệu Diesel là 1750C đến 3700C.

•

Có mức độ phát ơ nhiễm thấp (đánh giá bằng độ khói đen và nồng độ khí độc
của sản vật cháy gồm HC và NOx). Nhiên liệu Diesel có tính bốc hơi tốt,
cháy hồn tồn, khí độc và khói giảm.

•

Khơng ăn mịn gỉ, mài mòn và kết muội than trước và sau khi cháy. Yêu cầu
này phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh (S), tro và các tạp chất hữu cơ, vô
cơ, nước,…trong nhiên liệu Diesel.

•

Tính tự cháy tốt được đánh giá bằng chỉ số Cetane.

Động cơ diesel làm việc ổn định, nhiên liệu diesel đảm bảo các tính chất như :
- Tính tự cháy phù hợp
- Độ bay hơi thích hợp
- Tính lưu chuyển tốt trong mọi điều kiện thời tiết
- Khơng gây ăn mịn và bào mịn máy
- Đảm bảo an toàn chống cháy nổ.

HVTH: Trương Văn Ngọc

15

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công

Luận văn thạc sĩ

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

2.4.1.3 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Diesel
™

Đặc điểm tự bốc cháy của động cơ diesel ảnh hưởng lớn đến khả năng
làm việc của động cơ, do đó địi hỏi nhiên liệu diesel có những tính chất thích
hợp [4].
– Tính cháy của nhiên liệu diesel biểu thị qua khả năng tự cháy bằng trị số
cêtan (TSXT). Nhà sản xuất phải đảm bảo các loại nhiên liệu có TSXT thích
hợp cho từng loại động cơ.
– Tính bay hơi của nhiên liệu ảnh hưởng đến sự tạo thành hỗn hợp nhiên liệu
và không khí. Để đánh giá độ bay hơi của nhiên liệu người ta xác định thành
phần điểm sôi, tỷ trọng và màu sắc nhiên liệu. Thành phần điểm sôi phù hợp
đảm bảo nhiên liệu sẽ được cháy hoàn toàn trong động cơ, khơng xả khói đen
và bơi trơn hệ thống tiếp liệu.
– Tính lưu chuyển của nhiên liệu thơng qua độ nhớt động học và nhiệt độ đông
đặc. Đối với nước ta khí hậu nhiệt đới chỉ dùng loại nhiên liệu dùng cho mùa
hè có nhiệt độ đơng đặc khơng vượt quá +5oC hoặc +9oC.
Bảng 2.1: Tiêu chuẩn nhiên liệu Diesel ở Việt Nam (TCVN 5689-2005) [4]

TT
1
2
3
4

5
6

Tên chỉ tiêu
Hàm

lượng

lưu

Mức
huỳnh,

500

mg/kg, max.
Chỉ số xêtan, min.

46

Nhiệt độ cất, oC, 90% thể

360

tích, max.
Điểm chớp cháy cốc kín, oC,

55

min.

Độ nhớt động học ở 40oC,

2 - 4,5

mm2/ s
Cặn cácbon của 10% cặn

0,3

chưng cất, %khối lượng,max.

HVTH: Trương Văn Ngọc

2500

16

Phương pháp thử
TCVN 6701:2002 (ASTM
D 2622)/ ASTM D 5453
ASTM D4737
TCVN2698:2002/ (ASTM
D 86)
TCVN 6608:2000 (ASTM
D 3828)/ ASTM D 93
TCVN 3171:2003 (ASTM
D 445)
TCVN 6324:1997 (ASTM
D 189)/ ASTM D 4530
CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công

Luận văn thạc sĩ

7
8
9
10
11

Nghiên cứu mô phỏng động cơ Diesel 3 xy-lanh theo hướng sử dụng nhiên liệu sinh học

Điểm đông đặc, oC, max.
Hàm

lượng

tro,

TCVN 3753:1995/ ASTM

+6

%khối

D 97
TCVN 2690:1995/ ASTM

0,01

lượng, max.
Hàm lượng nước, mg/kg,

D 482
ASTM E203

200

max.
Tạp chất dạng hạt, mg/l,

ASTM D2276

10

max.
Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC,

TCVN 2694: 2000/

Loại 1

3 giờ, max.

(ASTM D 130-88)

Khối lượng riêng ở 15oC,
12

TCVN 6594:

kg/m3

820 - 860

2000(ASTM D 1298)/
ASTM 4052

13

Độ bơi trơn, µm, max.

14

Ngoại quan

460

ASTM D6079

Sạch, trong

ASTM D4176

– Tính ăn mịn của nhiên liệu được đánh giá bằng các chỉ tiêu kiểm nghiệm ăn
mòn mảnh đồng, hàm lượng lưu huỳnh tổng số và độ axit của nhiên liệu.
– Tính năng an tồn chống cháy nổ được đánh giá thơng qua nhiệt độ mà tại đó
hơi nhiên liệu được đốt nóng tạo hỗn hợp với khơng khí, bén cháy khi có tia
lửa ở gần.
– Số cetane thích hợp nằm trong khoảng 45 đến 60 vì:

™ Số cetane < 40 khó khởi động (ngay cả mùa hè), rốc máy do thời gian ủ
cháy dài, cùng lúc số lượng nhiên liệu tham gia cháy lớn nên áp suất Pz
cao, áp suất tăng vọt.
™ Số cetane > 60 nhiên liệu rất dễ cháy, tuy nhiên chất lượng q trình
cháy khơng cải thiện tốt hơn, mặt khác còn ảnh hưởng tới chất lượng
phun tơi nhiên liệu và độ bền của kim (béc) phun nhiên liệu.

HVTH: Trương Văn Ngọc

17

CBHD: TS. Huỳnh Thanh Công