Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng sinh học E15 trên động cơ đốt trong

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 61 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG SINH HỌC E15 TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF E15 BIOFUELGASOLINE FUEL USE IN COMBUSTION ENGINES Bùi Văn Tấn1, Nguyễn Việt Hải2 1Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Đà Nẵng; vantan4301s@gmail.com 2Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nvhai@dut.udn.vn Tóm tắt - Trong những năm gần đây, con người đã phải đối mặt với ô nhiễm từ lượng khí thải động cơ đốt trong và đã trở thành một vấn đề môi trường nghiêm trọng trên thế giới. Xăng sinh học là một trong những nhiên liệu sinh học được tái tạo, thay thế và thân thiện với môi trường đầy hứa hẹn có thể được sử dụng trong động cơ đốt trong với rất ít hoặc không có thay đổi trong động cơ. Bài báo này, trình bày nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy đã được thực hiện trên động cơ Daewoo A16DMS chạy xăng sinh học với điều kiện trạng thái hoạt động ổn định. Trong nghiên cứu này, công suất động cơ và mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể được đo lường. Động cơ sử dụng xăng sinh học E15 với góc đánh lửa tối ưu 4,20 4,60 công suất động cơ tăng 4,53% đến 7,50% ở tốc độ trung bình 2500 vòng/phút ứng với mức tải là 50% và 90%. Công suất động cơ khi sử dụng xăng sinh học E15 vẫn thấp hơn so với động cơ nguyên thủy theo thiết kế. Abstract - In recent years, humans have faced pollutant emissions from general vehicle engines which become a serious environmental problem in the world. Bio-fuel is one of the promising renewable, alternative and environmentally friendly biofuels that can be used in diesel engines with little or no modification in the engine. In the present study, an experimental investigation has been carried out into the combustion and performance characteristics of a Daewoo A16DMS engine running with bio-fuel under steady operation conditions. In this study, engine power and specific fuel consumption are measured. The E15 petrol engine with an optimum ignition angle of 4,20 4,60 ncreases the engine power by 4,53% to 7,50% at an average speed of 2500 rpm for 50% and 90% loads. The engine power of using bio-fule E15 is still lower than that of the original engine designed. Từ khóa - xăng sinh học; E15; Ethanol; xăng E15; nhiên liệu sinh học. Key words - Bio-fuel; E15; Ethanol; E15 gasoline; Biofuels. 1. Giới thiệu Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô. Cùng với việc hoàn thiện các hệ thống của động cơ đốt trong để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường thì các dự án, các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế thì nhiên liệu sinh học được quan tâm hàng đầu đặc biệt là ethanol và buthanol với sản lượng lớn, sản xuất với giá thành tương đối thấp và phân bố rộng khắp các quốc gia. Thời gian gần đây, rất nhiều đề tài nghiên cứu về loại nhiên liệu này, tuy nhiên chủ yếu tập trung sử dụng xăng thương mại RON95 có chỉ số octane cao để phối trộn với ethanol hay butanol mà ít đề cập đến việc sử dụng xăng RON92 và ảnh hưởng của chất lượng loại nhiên liệu sinh học này đến tính năng sử dụng trên các loại động cơ xăng đời mới. Xăng pha ethanol đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới với tỉ lệ pha chế khác nhau. Theo qui định của Chính phủ Việt Nam, xăng pha 5% thể tích ethanol (gọi là xăng E5) được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc từ ngày 1/12/2015. Ethanol là hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của cồn etylic, có số octane cao hơn so với xăng. Do đó Ethanol có thể được sử dụng để nâng cao trị số octane của nhiên liệu nhằm cải thiện hiệu quả của quá trình cháy trong động cơ đốt trong [1], [5]. Mustafa Koc [6], nghiên cứu ảnh hưởng của xăng pha ethanol E50, E85 đến tính năng động cơ, mức độ phát ô nhiễm ở tỷ số nén 10 và 11 và tốc độ động cơ biến thiên từ 1500 đến 5000 vòng/phút cho thấy, khi pha ethanol vào xăng momen động cơ và tiêu hao nhiên liệu tăng, nhưng mức độ phát thải ô nhiễm giảm. Nghiên cứu này cũng cho thấy, xăng pha ethanol cho phép tăng tỷ số nén động cơ mà không xảy ra kích nổ. Do nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol và nhiệt độ bốc cháy của ethanol cao hơn xăng nên thời gian cháy trễ của ethanol bị kéo dài. Vì vậy, để tăng hiệu quả động cơ sử dụng xăng pha ethanol chúng ta cần tăng góc đánh lửa sớm của động cơ theo hàm lượng ethanol [1], [5], [6]. Richie Daniel [3], nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến tính năng động cơ sử dụng xăng pha ethanol, cho thấy ở tốc độ 1500 vòng/phút, góc đánh lửa sớm động cơ sử dụng xăng khoảng 7-8, trong khi đó góc đánh lửa sớm của ethanol khoảng 22. Phuangwongtrakul [4] thử nghiệm xăng pha cồn với thành phần khác nhau, cho thấy momen lớn nhất khi động cơ chạy ở 5000 vòng/phút đạt được với góc đánh lửa sớm là 30, 35 và 40 ứng với xăng E10, E30 và E85 [4]. Mặc khác Thủ tướng Chính phủ Việt Nam cũng đã có Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 về việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”. Theo đó lộ trình áp dụng từ ngày 1/12/2014, xăng sinh học E5 (với mức hòa trộn là 5%) sẽ được sản xuất để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tại 7 địa phương: Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa - Vũng Tàu và sẽ chính thức sử dụng rộng rãi trên toàn quốc từ 1/12/2015. Xăng sinh học E10 (với mức hòa trộn là 10%) sẽ được sản xuất để sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ trên toàn quốc từ ngày 01/12/2017. Thế giới vẫn còn tranh luận về mức độ ethanol trong xăng có thể ảnh hưởng đến các vật liệu trong xe và gây mòn quá nhiều các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu động cơ. Tuy nhiên, tại Mỹ các nhà sản xuất xe hơi đã đồng ý rằng việc sử dụng xăng lên đến 10% ethanol sẽ không ảnh hưởng đến vận hành các loại xe của họ [1], [2], [7]. Bên cạnh đó xăng sinh học hàm lượng cao hơn 10%, hiện nay chưa có 62 Bùi Văn Tấn, Nguyễn Việt Hải nhiều nghiên cứu xác thực cũng như lộ trình áp dụng. Với hơn 214 nghiên cứu về hòa trộn ethanol vào xăng ở nhiều khía cạnh khác nhau đã chỉ rằng, với hàm lượng ethanol hòa trộn biến động trong một mức hẹp từ 1416% thì thành phần ethanol lý thuyết (danh nghĩa) là 15% [1], [7]. 2. Nghiên cứu thực nghiệm 2.1. Chất lượng E15 làm nhiên liệu động cơ Theo kết quả đánh giá, ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến đường cong chưng cất thì khi tăng hàm lượng cồn tuyệt đối từ 10% lên 20%, nhiệt độ sôi tại các điểm sôi T40 Và T50 sụt giảm mạnh đặt biệt là điểm sôi T50 nhiệt độ giảm đi 300C so với T50 ứng với hàm lượng cồn 10% thể tích. Nguy cơ hình thành các nút hơi hệ thống nhiên liệu là rất lớn, đây chính là rào cản kỹ thuật, nâng cao hàm lượng ethanol trong xăng khó trở thành hiện thực nếu như không có sự cải tạo lớn nào về kết cấu động cơ. Do nhiều đặc tính của ethanol có thể gây ra ăn mòn kim loại hoặc làm hư hại các chi tiết cao su, nhựa có trong động cơ nên không thể dùng trực tiếp để thay cho xăng dầu được mà phải hoán cải một số chi tiết của động cơ. Đối với các loại động cơ ô tô, xe máy thông dụng chỉ được phép sử dụng xăng pha ethanol với hàm lượng ethanol tối đa là 10% thể tích (tiêu chuẩn ASTM D 4806, EN228:2008...). Với hàm lượng 15% hiện chưa có đánh giá tổng quan và số liệu đầy đủ về hao mòn này. Rõ ràng tồn chứa gasohol luôn có sự tách pha xảy ra khi hàm lượng nước trong xăng quá cao. Đối với nhiên liệu xăng thông thường (không chứa oxy) hiện tượng tách pha xảy ra khi xăng chỉ cần hấp thụ một lượng nhỏ nước; nhưng đối với nhiên liệu xăng pha ethanol có thể hấp thụ một lượng nước đáng kể mà không xảy hiện tượng tách pha. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ lưu kho, lượng nước có thể được hấp thụ trong nhiên liệu gasohol nhỏ hơn 1% thể tích (tiêu chuẩn ASTM D 4806) mà không xảy ra hiện tượng tách pha trong bồn chứa. Xăng E15 đáp ứng được yêu cầu này. 2.2. Tính chất cơ bản của nhiên liệu xăng RON92 và xăng E15 Việc phân tích thành phần các tính chất lý hóa của nhiên liệu dùng làm thực nghiệm được thực nghiệm tại phòng thử nghiệm xăng dầu thuộc Công ty Xăng dầu khu vực V. Bảng 1. Chỉ tiêu lý hóa của nhiên liệu RON92, E15 sử dụng trong thực nghiệm TT Chỉ tiêu lý hóa ĐVT RON92 E15 1 Tỉ trọng ở 150C Kg/l 0,755 0,7322 2 Trị số Octane (RON) 92 96,3 3 Hàm lượng chì g/l <0,001 <0,0025 4 Hàm lượng nhựa mg/100ml 1,0 1,0 5 Hàm lượng lưu huỳnh mg/kg 109 160 6 Độ ổn định oxy hóa Phút >480 >480 7 Ăn mòn đồng 3h, 500C 1a 1a 8 Áp suất hơi bão hòa kPa 57,5 72,9 9 Thành phần cất 0C - Nhiệt độ sôi đầu 38,6 34,4 - Nhiệt độ sôi 10% 58,7 49,0 - Nhiệt độ sôi 50% 112,6 67,9 - Nhiệt độ sôi 90% 160,5 145,2 - Nhiệt độ sôi 95% - 158,6 - Nhiệt độ sôi cuối 185,5 171,8 - Cặn 1,0 0,9 10 Hàm lượng Benzen % thể tích 1,38 1,03 11 Hydrocacbon thơm % thể tích 38,3 22,0 12 Olefin % thể tích 30,3 36,0 13 Hàm lượng Oxy % k.lượng <0,2 5,95 14 Hàm lượng kim loại mg/l <1 <1 2.3. Bố trí hệ thống thí nghiệm Hình 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên băng thử động cơ AVL APA 204 1: Máy tính điều khiển; 2: Tủ điện Puma; 3: Bộ điều khiển tay ga tự động THA100; 4: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 5: Thiết bị đo lọt khí cacte; 6: Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu; 7,8: Bộ chuyển đổi tín hiệu; 9: Thiết bị cấp nước làm mát; 10: Thiết bị cấp dầu bôi trơn; 11: Băng thử APA204/E/0943; 12: Động cơ Daewoo A16DMS; 13,14: Cụm bệ thử và giảm chấn khí nén; 15: Thiết bị phân tích và đo ô nhiễm khí thải OPUS 40 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 63 Băng thử APA 204 (Asynchron Pendelmaschinen Anlage) được sử dụng để đo công suất và mômen của động cơ thí nghiệm thông qua cảm biến do lực. Băng thử APA 204 /E/0943 có công suất cực đại 220Kw, mômen quay cực đại 934Nm, tốc độ quay cực đại 8000vòng/phút. Băng thử được điều khiển và thu nhận dữ liệu qua hệ thống Puma. Các thiết bị đo được sử dụng trong phòng thí nghiệm do hãng AVL sản xuất. Suất tiêu hao nhiên liệu lỏng được đo bởi thiết bị AVL Fuel Balance 733S phù làm việc theo nguyên lý cân khối lượng nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu cung cấp có thể đạt đến 0,8bar và phạm vi ứng dụng cho phép: 080 Kg/h. Hệ thống điều khiển tay ga động cơ được thực hiện nhờ hệ thống AVL THA 100-Throttle Actuator. Các vị trí tay ga được xác định theo % tải được cài đặt ban đầu khi lắp đặt động cơ lên băng thử. Hệ thống dịch chuyển tay ga bằng một động cơ bước điều khiển bằng Puma. Lưu lượng không khí được đo bằng lưu lượng kế ABB vận hành theo nguyên lý sợi nóng. Hệ thống nước làm mát của động cơ được điều hòa bởi thiết bị AVL-553, thiết bị này có nhiệm vụ cung cấp và điều hòa nhiệt độ nước làm mát, đảm bảo duy trì nhiệt độ động cơ ở mức cho phép. Tất cả các tín hiệu từ các cảm biến được truyền về phòng điều khiển trung tâm, nhờ sự hổ trợ của phần mềm ghi và xuất dữ liệu được cài đặt sẵn trong hệ thống Puma được cung cấp bới AVL. Phần mền này được cài trên một PC chạy Window NT, đây là thiết bị dùng để lấy dữ liệu của các tin hiệu độc lập được lắp trên động cơ. Thí nghiệm tiến hành xác định đo đạc các thông số hoàn toàn phù hợp với các chế độ vận hành động cơ, nhằm mục đích đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu xăng Ron92 phối trộn Ethanol ứng với tỉ lệ phối trộn cố định trước (15% thể tích) ảnh hưởng đến các thông số động lực học động cơ để từ đó có các giải pháp cụ thể để tăng tính năng sử dụng loại nhiên liệu này một cách hiệu quả trên các loại động cơ xăng hiện nay. 3. Kết quả và bàn luận 3.1. Đặc tính kỹ thuật của động cơ khi chạy ở các chế độ tải khác nhau (20%, 50%, 70% và 90%) ứng với xăng RON92 và xăng E15 Trên Hình 2, trình bày đặc tính công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở mức tải 20%, khi chưa điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Kết quả cho thấy, công suất và momen động cơ DAEWOO A16-DMS đều giảm mạnh đặc biệt là ở vùng tốc độ cao 3500  4000 vòng/phút, trong khi đó suất tiêu hao nhiên liệu ge và lượng tiêu thụ nhiên liệu Gnl của động cơ tăng mạnh đến 22,69% và 18,84%. Ở mức tải nhỏ này ứng với số vòng quay thấp và trung bình n=10002500 vòng/phút các chỉ tiêu đo đạc động cơ khi sử dụng RON92 và E15 không có khác biệt lớn, ở số vòng quay cao dần trên 2500 vòng/phút đặc tính tốc độ động cơ khi dùng E15 tách hẳn khỏi RON92. Khi tăng tải động cơ lên mức 50%, ở tốc độ trung bình n=2500vòng/phút (Hình 3) công suất và momen động cơ đều giảm nhẹ lần lượt là 4,45% và 4,40%, trong khi đó suất tiêu hao nhiên liệu vẫn tăng đến 12,25%. Rõ ràng đặc tính tốc độ của động cơ trong trường hợp này được cải thiện so với trường hợp ở mức tải nhỏ 20%. Tuy nhiên, diễn biễn tăng công suất đều hơn và đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu động cơ khi sử dụng RON92 và E15 đều cải thiện hơn (ít dốc hơn so với mức tải 20%). Hình 2. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 20% ứng với RON92-E15 Hình 3. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 50% ứng với RON92-E15 Tiếp tục tăng mức tải trung bình lên 70% đặc tính công suất và momen động cơ đều giảm ở tất cả các tốc độ động cơ, trong khi tiêu hao nhiên liệu vẫn tăng đến 14,08% so với khi sử dụng xăng thương mại RON92. Đặc tính tốc độ 0 100 200 300 400 500 600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 g e [ g /K w h ] N e [k W ] n[rpm] ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DEAWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/20% Công suất Ne=f(n)-RON92 Công suất Ne=f(n)-E15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92 Suất tiêu hao nhiên liệu ge-E15 Poly. (Công suất Ne=f(n)-RON92) Poly. (Công suất Ne=f(n)-E15) Poly. (Suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92) Poly. (Suất tiêu hao nhiên liệu ge-E15) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ k g /h ] M e [N m ] n [rpm] ĐẶC TÍNH MÔMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/20% TẢI Moment Me=f(n)-RON92 Moment Me=f(n)-E15 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Tiêu hao nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 Xấp xỉ moment Me=f(n)-RON92 Xấp xỉ moment Me=f(n)-E15 Xấp xỉ tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Xấp xỉ tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 200 220 240 260 280 300 320 340 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 N e [k W ] g e [ g /K w h ] n[rpm] CÔNG SUẤT VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO-A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/50% Công suất Ne=f(n)-RON92 Công suất Ne=f(n)-E15 Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-RON92 Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-E15 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- E15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92 Suất tiêu hao nhiên liệu ge-E15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 20 40 60 80 100 120 140 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ k g /h ] M e [N .m ] n [rpm] ĐẶC TÍNH MÔMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS HẾ ĐỘ RON92-E15/50% Moment Me=f(n)-RON92 Moment Me=f(n)-E15 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 Xấp xỉ moment Me=f(n)-RON92 Xấp xỉ moment Me=f(n)-E15 xấp xỉ Gnl=f(n)-RON92 xấp xỉ Gnl=f(n)-E15 64 Bùi Văn Tấn, Nguyễn Việt Hải động cơ thực nghiệm có xu hướng xấu hơn ở chế độ 50% tải (Hình 4). Hình 4. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 70% ứng với RON92-E15 Hình 5. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 90% ứng với RON92-E15 Hình 5, trình bày biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 90% ứng với RON92-E15. Với mức tải này ở vùng tốc độ trung bình 2500vòng/phút công suất và mô men tiếp tục có xu hướng giảm, tuy nhiên mức giảm rất nhẹ lần lượt là 2,10% và 2,17%. Trong khi đó, suất tiêu hao nhiên liệu vẫn tăng nhẹ ở mức 5,07%. Rõ ràng, đặc tính momen động cơ bị giảm mạnh nhất là ở vùng tốc độ cao (2500 4000) vòng/phút. Ở tất cả các mức tải thực nghiệm công suất và momen động cơ Daewoo A16DMS khi sử dụng E15 đều giảm so với khi động cơ chạy xăng thương mại RON92, ở mức tải thấp 20% giá trị giảm mạnh hơn so với mức tải cao 90%. Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ ở các chế độ tải đều tăng so với khi sử dụng RON92, điều này là hiển nhiên do nhiệt trị thấp theo thể tích của gashol E15(LHV=32,765MJ/lít) thấp hơn xăng RON92 (LHV=34,4MJ/lít) 4,75% nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để sản sinh một năng lượng tương đương khi dùng xăng thương mại [2]. Tuy nhiên, mức tăng tiêu thụ nhiên liệu khi chạy bằng E15 thực tế đo thấp hơn theo lý thuyết tính nhiệt trị hỗn hợp điều này là do E15 cần ít hơn 2,62% lượng oxy theo khối lượng yêu cầu tương ứng khi dùng RON92. 3.2. Đặt tính kỹ thuật của động cơ khi chạy ở các chế độ tải khác nhau 50% và 90% ứng với xăng RON92 và xăng E15 khi thay đổi góc đánh lửa sớm Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật động cơ thực nghiệm theo mức tải và tốc độ của động cơ khi điều chỉnh góc đánh lửa sớm lên 10, 20, 30, 40 và 50 được so sánh tại các Hình 6 và Hình 7. Hình 6. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 50% ứng với RON92-E15 khi thay đổi góc đánh lửa sớm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 N e [k W ] g e [ g /K w h ] n[rpm] ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/70% Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-RON92 Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-E15 Công suất Ne=f(n)-RON92 Công suất Ne=f(n)-E15 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- E15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge=f(n)-RON92 Suất tiêu hao nhiên liệu ge=f(n)-E15 0 2 4 6 8 10 12 14 16 60 70 80 90 100 110 120 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ k g/ h ] M e[ N .m ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH MÔMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/70% Xấp xỉ moment Me=f(n)-E15 Moment Me=f(n)-RON92 Moment Me=f(n)-E15 Xấp xỉ Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Xấp xỉ tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 Xấp xỉ moment Me=f(n)-RON92 0 50 100 150 200 250 300 350 400 8 16 24 32 40 48 56 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 N e [k W ] g e [ g /K w h ] n[rpm] ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/90% Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-RON92 Xấp xỉ công suất Ne=f(n)-E15 Công suất Ne=f(n)-RON92 Công suất Ne=f(n)-E15 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- RON92 Xấp xỉ suất tiêu hao nhiên liệu ge- E15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge=f(n)-RON92 Suất tiêu hao nhiên liệu ge=f(n)-E15 3 5 7 9 11 13 15 17 0 20 40 60 80 100 120 140 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ k g/ h ] M e[ N m ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH MÔMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ RON92-E15/90% Xấp xỉ moment Me=f(n)-RON92 Xấp xỉ moment Me=f(n)-E15 Moment Me=f(n)-RON92 Moment Me=f(n)-E15 Xấp xỉ tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Xấp xỉ tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-RON92 Tiêu thụ nhiên liệu Gnl=f(n)-E15 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53 58 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 ge [g /k W /h ] N e[ kW ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS CHẾ ĐỘ E15/50%, GÓC ĐLS qS=q0+ n(=1,2,3,4,5) Ne_E15(ĐLS+1độ) Ne_E15(ĐLS+2độ) Ne_E15(ĐLS+3độ) Ne_E15(ĐLS+4độ) Ne_E15(ĐLS+5độ) Ne-E15(giữ nguyên ĐLS) ge-E15(ĐLS+1độ) ge-E15(ĐLS+2 độ) ge-E15(ĐLS+3độ) ge-E15(ĐLS+4 độ) ge-E15(ĐLS+5 độ) ge-E15(giữ nguyên ĐLS) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ kg /h ] M e[ N .m ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH MOMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO-A16DMS CHẾ ĐỘ 50% tải /E15-THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA Me+1 ĐLS Me+2 ĐLS Me+3 ĐLS Me+4 ĐLS Me+5 ĐLS Me-E15(giữ nguyên ĐLS) Gnl-E15(ĐLS+1độ) Gnl-E15(ĐLS+2độ) Gnl-E15(ĐLS+3độ) Gnl-E15(ĐLS+4độ) Gnl-E15(ĐLS+5độ) Gnl-E15(giữ nguyên ĐLS) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 65 Hình 7. Biến thiên công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Daewoo A16DMS ở chế độ tải 90% ứng với RON92-E15 khi thay đổi góc đánh lửa sớm Động cơ thực nghiệm sử dụng nhiên liệu gasohol E15 trong điều kiện có can thiệp đến góc đánh lửa sớm, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ này giảm nhẹ so với khi không thay đổi qs. Suất tiêu hao nhiên liệu giảm cực đại là 9,866%, tương ứng với góc đánh lửa điều chỉnh sớm lên 4 độ. Đặc tính tốc độ động cơ ge= f(n) lúc thay đổi qs lên 150 đều tốt hơn so với lúc không thay đổi góc đánh lửa, đường đặc tính ít dốc hơn. Ở vùng tốc độ thấp 1000 rpm và vùng tốc độ cao 4000vòng/phút, suất tiêu hao nhiên liệu ge đều thấp hơn, đặc tính cải thiện đáng kể. Ở mức tải thấp 1000 vòng/phút công suất đạt cực đại khi tăng qs thêm 30 tuy nhiên vì đây là chế độ làm việc không thường xuyên của động cơ nên tác giả chọn góc đánh lửa sớm qs= q0 +40 là góc đánh lửa sớm tối ưu theo số liệu thực nghiệm. Tại góc đánh lửa tối ưu này công suất động cơ là cực đại ứng với số vòng quay trung bình (2500 vòng/phút) và cao (4000 vòng/phút) đồng thời tại đó suất tiêu hao nhiên liệu là cực tiểu. Trường hợp, tiếp tục tăng góc đánh lửa sớm từ 50 trở lên thì tiêu hao nhiên liệu có diễn biến xấu. Đây chính là điểm đánh lửa sớm tối ưu điều chỉnh khi động cơ DAEWOO A16-DMS sử dụng nhiên liệu gasohol E15. 4. Kết luận Kết quả nghiên cứu của bài báo này cho ta rút ra một số kết luận sau: - Công suất động cơ đều giảm ở tất cả các chế độ hoạt động khi vẫn giữ nguyên góc đánh lửa sớm của động cơ thực nghiệm. Khi thay đổi góc đánh lửa sớm thì công suất động cơ khi sử dụng E15 có cải thiện đáng kể, tăng nhẹ so với công suất động cơ dùng E15 với góc đánh lửa sớm chuẩn tuy nhiên công suất vẫn thấp hơn so với động cơ nguyên thủy theo thiết kế. - Về tiêu thụ nhiên liệu Gnl Với góc đánh lửa sớm chuẩn động cơ đều tiêu thụ tăng so với khi sử dụng RON92. Ở chế độ tải lớn nhất 90% tải, ứng với số vòng quay trung bình 2500 vòng/phút: lượng tiêu thụ nhiên liệu tăng 3,21% xấp xỉ 0,4 kg/h, tương đương 0,546 lít/h. Ở chế độ tải lớn nhất 90% tải, ứng với số vòng quay lớn nhất 4000vòng/phút: lượng tiêu thụ nhiên liệu tăng 1,17% xấp xỉ 0,2kg/h, tương đương 0,273lít/h. - Về ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm Sau khi thực hiện điều chỉnh góc đánh lửa sớm từng độ một ở chế độ tải trung 50% và tải cao 90% kết hợp với thực hiện xấp xỉ đa thức bậc cao tác giả nhận thấy dãi giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu đối với động cơ thực nghiệm tốt nhất ở giá trị tăng 4,20 4,60 tức qs=9,20 9,60 trước điểm chết trên. Cụ thể, với góc đánh lửa tối ưu này công suất động cơ tăng 4,53% đến 7,50% ở tốc độ trung bình 2500 rpm ứng với mức tải là 50% và 90%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] concawe (8/2009), “Ethanol/Petrol Blends: Volatility Character- isation in the Range 5-25 Vol% (BEP525)”. CONCAWE Boulevard. [2] Fawzy elmahallawy, Saad Eldinhabik (2002), “Fundamentals and technology of combustion”, elsevler science Ltd The Boulevard, Langford Lane Kidlington. Oxford OX5 IGB. [3] Richie Daniel, Guohong Tian, Hongming Xu, Shijin Shuai: Ignition tiiming sensivities of oxygenated biofuels compared to gasoline in direct-injection SI engine. Fuel 99 (2012), pp. 72-82. [4] S. Phuangwongtrakul, K. Wannatong, T. Laungnarutai and W. Wechsatol: Suitable Ignition Timing and Fuel Injection Duration for Ethanol-Gasoline Blended Fuels in a Spark Ignition Internal Combustion Engine. Proc. of the Intl. Conf. on Future Trends in Structural, Civil, Environmental and Mechanical Engineering, FTSCEM 2013, ISBN: 978-981-07-7021-1, pp. 39-42. [5] Huseyin Serdar Yucesu, Tolga Topgul, Can Cinat, Melih Okur: Effect of ethanol–gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in different compression ratios. Applied Thermal Engineering, Volume 26, Issues 17-18, December 2006, Pages 2272–2278. [6] Mustafa Koc, Yakup Sekmen, Tolga Topgül, Hüseyin Serdar Yücesu: The effects of ethanol–unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in a spark-ignition engine. Renewable Energy, Volume 34, Issue 10, October 2009, Pages 2101–2106. [7] StockholmUniversity (2004-2005), “Blending of ethanol in gasoline for spark ignition engines”, ATRAX AB, Autoemission KEE Consultant AB. (BBT nhận bài: 07/5/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 24/7/2018) 200 240 280 320 360 400 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 g e [[ g /k W /h ] N e [k W ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT-TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO-A16DMS 90% tải/E15,GÓC ĐLS qS=q0+ n(=1,2,3,4,5) Ne_E15(+1ĐLS) Ne_E15(+2 ĐLS) Ne_E15(+3ĐLS) Ne_E15(+4ĐLS) Ne_E15(+5ĐLS) Ne_ E15-giữ nguyên ĐLS ge_ E15(ĐLS+1độ) ge_ E15(ĐLS+2độ) ge_ E15(ĐLS+4độ) ge_ E15(ĐLS+3độ) ge_ E15(ĐLS+5độ) ge_ E15-giữ nguyên ĐLS 3 5 7 9 11 13 15 17 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 G n l[ k g /h ] M e[ N .m ] n [rpm] SO SÁNH ĐẶC TÍNH MOMEN VÀ TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO-A16DMS 90% tải/E15 ĐLS qs= q0+ n(=1,2,3,4,5) Moment Me- E15+1 độ Moment Me- E15+2 độ Moment Me- E15+3 độ Moment Me- E15+4 độ Moment Me- E15+5 độ Me_ E15-giữ nguyên ĐLS Gnl_E15(ĐLS+1) Gnl_E15(ĐLS+2) Gnl_E15(ĐLS+3) Gnl_E15(ĐLS+4) Gnl_E15(ĐLS+5) Gnl_ E15-giữ nguyên ĐLS