BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN VIỆT BẮC

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ
PHỐI TRỘN ETHANOL-DIESEL ĐẾN THÀNH PHẦN
KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

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

60.52.0116

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS: Dương Việt Dũng

Phản biện 1: TS. Lê Văn Tụy
Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Anh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào
ngày 30 tháng 9 năm 2017

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


DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Văn Ga; Ô tô và ô nhiễm môi trường; Năm xuất bản 1999.
[2] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Trần Thanh Hải Tùng; Ô tô và ô nhiễm môi
trường; Năm xuất bản 1999.
[3] Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ; Nghiên cứu dùng cồn Etylic sản xuất trong nước
pha chế xăng thương phẩm có trị số octan cao giai đoạn 3; Đề tài khoa học Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam; Năm xuất bản 2009.
[4] Nguyễn Quang Trung; Nghiên cứu động cơ diesel sử dụng hỗn hợp Ethanolkhông khí hòa trộn trước, Luận án thạc sĩ kỹ thuật Động cơ Nhiệt.
[5] TCVN 6438:2005, Phương tiện giao thông đường bộ- giới hạn lớn nhất cho
phép của khí thải.
[6] Trần Đức Lương; Hiểm họa của biến đổi khí hậu toàn cầu đối với Việt Nam
và nhìn từ Việt Nam, Hà Nội; Năm xuất bản 2007.


1
MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn
là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô. Trong các nguồn
nhiên liệu thay thế thì nhiên liệu sinh học được quan tâm hàng đầu
đặc biệt là Ethanol với sản lượng lớn và sản xuất với giá thành tương
đối thấp và phân bố rộng khắp các quốc gia. Với lý do đó đề tài “
Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn Ethanol – Diesel đến thành
phần khí thải của động cơ Diesel” của luận văn có ý nghĩa to lớn và
hết sức cấp thiết; nó 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 tìm ra các giải pháp sử dụng hiệu quả
và phát triển lên mức cao hơn, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường
trong tình hình mới.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
Xác định tỷ lệ phối trộn tốt nhất ứng với các chế độ vận hành
của động cơ để các chỉ tiêu ô nhiễm thấp nhất.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trên động cơ
diesel của máy phát điện EV2600NB với các tỷ lệ 3%, 5%, 7%, 10%.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn
Ethanol – Diesel. Từ đó xác định được các chỉ tiêu ô nhiễm thấp
nhất: phát thải CO2, NOx.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm tại Phòng Thí
nghiệm, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng. Trong đó
chú trọng đến việc thực nghiệm nhiều hơn để đánh giá ảnh hưởng của


2
các tỷ lệ trộn dầu diesel với Ethanol đến mức độ phát thải ô nhiễm
môi trường.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học: Luận văn góp phần nghiên cứu cơ bản và chuyên
sâu về ứng dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ Diesel tại Việt
Nam.
Ý nghĩa thực tiễn: Nước ta có hơn 70,4% dân số sống ở khu vực
nông thôn. Chất thải hữu cơ từ các quá trình sản xuất nông nghiệp rất
phù hợp cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học, phù hợp với những
thiết bị tiêu thụ năng lượng có công suất nhỏ. Đề tài có ý nghĩa rất
lớn trong việc giải quyết vấn đề năng lượng hiện nay và giảm được ô

nhiễm môi trường.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. VIỄN CẢNH VỀ NGUỒN NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH VÀ
VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG HIỆN NAY
1.1.1. Sự bùng nổ khí hậu toàn cầu hiện nay
Các báo cáo của IPCC và nhiều trung tâm nghiên cứu có uy tín
hàng đầu trên thế giới công bố trong thời gian gần đây nhiệt độ trung
bình trên bề mặt địa cầu ấm lên gần 1°C trong vòng 80 năm và tăng
rất nhanh trong khoảng 25 năm nay (từ 1980 đến 2005). Báo cáo cho
rằng nếu không thực hiện được chương trình hành động giảm khí thải
gây hiệu ứng nhà kính theo Nghị định thư Kyoto,

Hình 1.1. Hiểm họa của sự gia tăng nhiệt độ của trái đất


3
1.1.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường do nguồn năng lượng hóa thạch
gây ra
1.2. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC
ETHANOL NHẰM GIẢM Ô NHIỂM MÔI TRƢỜNG CHO
ĐỘNG CƠ DIESEL
1.2.1. Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel pha ethanol trên thế giới
và các nước trong khu vực
1.2.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu nhiên liệu sinh học diesel
pha ethanol ở Việt Nam
Ở Việt Nam, một số cơ quan thuộc các ngành giao thông vận
tải, công nghiệp, năng lượng nghiên cứu về nhiên liệu sinh học. Một
số Công ty, Viện và Trường Đại học đã nghiên cứu thử nghiệm xăng
pha ethanol và diesel sinh học.
1.3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN

ỨNG DỤNG ETHANOL NHẰM GIẢM Ô NHIỂM MÔI
TRƢỜNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

Năm 2010, Thạc sĩ Nguyễn Quang Trung thuộc Trường
Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu thành
công động cơ diesel sử dụng hỗn hợp Ethanol-không khí hòa
trộn trước. Tác giả đánh giá ảnh hưởng của ethanol đến tính
kinh tế và ô nhiễm của động cơ trong điều kiện cùng tính năng
kỹ thuật khi so sánh với động cơ sử dụng diesel [4].
1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Như vậy thông qua tình hình sản xuất, nghiên cứu và ứng dụng
ethanol từ trước đến nay cho thấy tiềm năng phát triển của nhiên liệu
sinh học này là rất lớn, vì thế cần có những nghiên cứu sâu hơn để
đưa ra các biện pháp công nghệ nhằm tăng lượng ethanol sử dụng
cho động cơ đốt trong mà trước mắt là sử dụng cho động cơ diesel
với vai trò là nhiên liệu thứ hai trong lưỡng nhiên liệu ethanol- diesel.


4
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA DIESEL PHA ETHANOL
2.1.1. Giới thiệu chung về Ethanol
2.1.2. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa
Hai loại nhiên liệu này đếu là các chất có thành phần hoá học
chủ yếu là hydro và cacbon nhưng là hỗn hợp của nhiều loại
hydrocacbon có cấu tạo hoá học rất khác nhau do các qui trình sản
xuất khác nhau của chúng. Chính sự khác nhau về cấu tạo này gây
ảnh hưởng lớn tới các tính chất lý hóa cơ bản, đặc biệt là quá trình
bay hơi, tạo hoà khí và bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ.
Ethanol có công thức hoá học là CH3 CH2OH.

2.2. TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL PHA
ETHANOL
2.2.1. Nhiệt trị
2.2.2. Tính bay hơi của nhiên liệu dùng trong động cơ Diesel
Nhiên liệu Diesel được chưng cất trong khoảng nhiệt độ từ
185 C đến 3500 C còn ethanol có điểm sôi ở nhiệt độ 790 C. Như vậy
0

có thể thấy ethanol có tính bay hơi cao hơn Diesel. Khi pha ethanol
vào Diesel rõ ràng sẽ làm tăng tính bay hơi của nhiên liệu hỗn hợp và
sự hình thành hoà khí sẽ nhanh hơn, tốc độ cháy nhanh làm cho động
cơ hoạt động có xu hướng tăng được hiệu suất, giảm muội than, giảm
nhiệt độ khí xả. Nhưng mặt khác khi tỷ lệ của ethanol pha vào quá
cao hoà khí sẽ khó tự cháy, thời gian cháy trễ tăng, có thể sẽ phát
sinh tiếng nổ, động cơ hoạt động không êm và lúc này hiệu suất động
cơ sẽ giảm rõ rệt.
2.2.3. Tính lưu động ở nhiệt độ thấp và tính phun sương
Độ nhớt của ethanol thấp hơn so với độ nhớt của Diesel, chính
vì thế khi pha ethanol vào Diesel sẽ làm giảm độ nhớt của nhiên liệu


5
và khi đó sẽ ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu, cho nên tỷ lệ
pha không được cao quá, nếu pha nhiều thì cần có các chất phụ gia để
tăng độ nhớt của nhiên liệu tương đương với độ nhớt của dầu Diesel.
2.2.4. Nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy
2.2.5. Đánh giá tính tự cháy của hỗn hợp nhiên liệu
2.2.6. Xác định tỉ lệ hòa trộn của hỗn hợp Diesel và Ethanol
Trong nghiên cứu của T.K.Bhattacharya và T.N. Mishra [14]
đã nghiên cứu khả năng hòa trộn của ethanol trong Diesel. Rút ra các

nhận xét như sau:
+ Ethanol có nồng độ 2000C có thể pha vào Diesel với tỷ lệ đến
20% thể tích hoặc hơn nữa vì không có nước nên sẽ hoà tan triệt để
và có tính đồng nhất.
+ Ethanol có nồng độ 1900C và 1800C có thể pha vào Diesel
với tỷ lệ đến 20% Khi đó hỗn hợp sẽ hoà tan không triệt để và có
pha phân cách không rõ rệt nhưng có thể sử dụng được trong động cơ
Diesel. Tỷ lệ tốt nhất là dưới 15%.
+ Ethanol có nồng độ 1700C chỉ có thể dùng như là nhiên liệu
trong động cơ Diesel khi pha với tỷ lệ nhỏ hơn 15%.
+ Các hỗn hợp còn lại không thể sử dụng làm nhiên liệu trong
động cơ Diesel vì lượng nước chứa trong ethanol quá lớn (20% đến
25%), sự hoà tan sẽ không tốt và tạo ra các pha phân cách rõ rệt.
Với tất cả các vấn đề được đề cập và phân tích ở trên ta thấy chỉ
có thể pha trộn hỗn hợp nhiên liệu với tỷ lệ không quá 15%, vừa để đảm
bảo sự hoà trộn đồng nhất của hỗn hợp nhiên liệu vừa để đảm bảo nhiệt
trị thấp của hỗn hợp không giảm quá nhiều làm giảm công suất động cơ.
2.2.7. Tính chất hỗn hợp nhiên liệu thực nhiệm
2.2.8. Đánh giá ưu nhược điểm của nhiên liệu hỗn hợp


6
2.3. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT PHÁT THẢI Ô
NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.3.1. Sự hình thành COx
2.3.2. Sự hình thành hydrocarbure (HC)
2.3.3. Sự hình thành NOx
2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP TẠO HỖN HỢP NHIÊN LIỆU VÀ
KHÔNG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL
2.4.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

2.4.2. Các phương pháp tạo hỗn hợp nhiên liệu Ethanol và Diesel
a. Hoà trộn tự nhiên qua đường nạp:
b. Hoà trộn cưỡng bức trên đường nạp hoặc trong buồng cháy:
c. Hoà trộn trực tiếp theo thể tích:
Đây là phương pháp rất đơn giản và đem lại khả năng ứng
dụng thực tế rất cao. Chỉ là vấn đề pha sẵn hỗn hợp nhiên liệu theo tỷ
lệ thể tích đề ra và vận hành động cơ bằng nhiên liệu hỗn hợp
diesohol thay vì Diesel.
Trên toàn thế giới, tại các nước đã sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
ethanol và Diesel đều sử dụng phương pháp này như là một phương
án duy nhất và hiệu quả nhất.

Hình 2.1. Phương án hòa trộn trực tiếp
2.5. CÁC TIÊU CHUẨN VỀ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
2.5.1.Tiêu chuẩn khí thải châu Âu


7
2.5.2. Tiêu chuẩn khí thải của một số nước khác
2.5.3 Tiêu chuẩn về khí thải của Việt Nam
2.5.4. Lộ trình áp dụng các tiêu chuẩn khí thải của Việt Nam
2.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Bản chất hình thành các thành phần khí thải ô nhiễm môi
trường của khí xả động cơ đốt trong là cơ sở khoa học để tiến hành
các nội dung thực nghiệm trên động cơ khi sử dụng nhiên liệu sinh
học DOE3, DOE5, DOE7, DOE10. Việc đánh giá các tiêu chí về khí
thải ô nhiễm môi trường của khí xả động cơ phải dựa trên kết quả
thực nghiệm. Các tiêu chuẩn về khí thải cũng là một căn cứ để đưa ra
đánh giá khả năng sử dụng của hỗn hợp nhiên liệu.
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1.1. Mục tiêu, yêu cầu thực nghiệm
Đánh giá mức độ khí thải ô nhiểm của động cơ khi sử dụng
các loại nhiên liệu DOE3, DOE5, DOE7, DOE10.

Hình 3.1. Bố trí lắp đặt băng thử Froude và động cơ Vikyno EV2600NB

3.1.2. Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm
3.1.3. Hỗn hợp nhiên liệu thí nghiệm
Trên cơ sở đã phân tích ở phần 2.2.6 và trong điều kiện thí
nghiệm chưa có chất phụ gia để hòa trộn nhiên liệu hỗn hợp đồng
nhất, hỗn hợp được chọn thí nghiệm gồm hai tỷ lệ cồn ethanol và


8
Diesel theo thể tích là 3%, 5%, 7%, và 10% (gọi tắt là DOE3, DOE5,
DOE7 và DOE10).
Hỗn hợp được hòa trộn trong bình chứa có gắn thiết bị khuấy
trộn liên tục sau đó đưa vào hệ thống thiết bị thí nghiệm qua bộ đo
tiêu hao nhiên liệu AVL733S sau đó đưa vào hệ thống nhiên liệu của
động cơ.
3.2. QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM
3.2.1. Cơ sở lý thuyết
3.2.2. Qui trình thực nghiệm
a. Trình tự thí nghiệm
b. Quá trình thực nghiệm lấy số liệu
c. Các chế độ thực nghiệm
Quá trình thực nghiệm bao gồm các chế độ sau:
 Vận hành ở chế độ không tải.
 Vận hành với chế độ 10% tải: Thay đổi tải động cơ; Đo Ne,

Me, Gnl và thành phần các chất ô nhiễm của khí xả.
 Vận hành với chế độ 30% tải: Thay đổi tải động cơ; Đo Ne,
Me, Gnl và thành phần các chất ô nhiễm của khí xả.
 Vận hành với chế độ 50% tải: Thay đổi tải động cơ; Đo Ne,
Me, Gnl và thành phần các chất ô nhiễm của khí xả.
 Vận hành với chế độ 70% tải: Thay đổi tải động cơ; Đo Ne,
Me, Gnl và thành phần các chất ô nhiễm của khí xả.
3.3. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRÊN BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ
3.3.1. Nhiên liệu diesel (DO)
Từ kết quả thực nghiệm ở trên ta xây dựng đồ thị diễn biến
nồng độ các chất khí thải CO2 và NOx của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu diesel DO (hình 3.2 và 3.3).


DIỄN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CO2 CỦA
NHIÊN LIỆU DO Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ
THANH RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
14.00
12.00

Điểm đo 1

10.00

DIẾN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI NOx CỦA
NHIÊN LIỆU DO Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ
THANH RĂNG 10%, 30% 50%, 70%

Nồng độ (ppm)


Nồng độ (%)

9

900
800
700
600

Điểm đo 1

500

Điểm đo 3

Điểm đo 2

8.00

Điểm đo 2
Điểm đo 3

6.00

Điểm đo 4

400

Điểm đo 4


4.00

Điểm đo 5
Điểm đo 6

300

Điểm đo 5

200

Điểm đo 6

2.00

100

0.00

0

12.92

21.84

27.98

42.00

Nm


12.92

21.84

27.98

42.00

Nm

Hình 3.2
Hình 3.3
3.3.2. Nhiên liệu 3% ethanol pha diesel (DOE3)
Sau khi tiến hành thay thế nhiên liệu, tiến hành chạy thử
nghiệm động cơ EV2600NB với nhiên liệu DOE3 tại vị trí 10%,
30%, 50%, 70% vị trí thanh răng, ta xây dựng đồ thị diễn biến nồng
độ các chất khí thải CO2 và NOx của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
DIỄN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN
LIỆU DOE3 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
10.00
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00

1.00
0.00

Nồng độ (ppm)

Nồng độ (%)

diesel DOE3 (hình 3.4 và 3.5).
DIẾN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI NOx CỦA
NHIÊN LIỆU DOE3 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ
THANH RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
900
800

Điểm đo 1
Điểm đo 2
Điểm đo 3
Điểm đo 4
Điểm đo 5
Điểm đo 6

700
600

Điểm đo 1

500

Điểm đo 2


400

Điểm đo 3

300

Điểm đo 4
Điểm đo 5

200

Điểm đo 6

100
0

11.68

29.21

31.44

39.02

Nm

11.68

29.21


31.44

39.02

Nm

Hình 3.4.
Hình 3.5.
3.3.3. Nhiên liệu 5% ethanol pha diesel (DOE5)
Sau khi tiến hành thay thế nhiên liệu, tiến hành chạy thử
nghiệm động cơ EV2600NB với nhiên liệu DOE5 tại vị trí 10%,
30%, 50%, 70% vị trí thanh răng, ta xây dựng đồ thị diễn biến nồng


10
độ các chất khí thải CO2 và NOx của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
DIỄN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN
LIỆU DOE5 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%

Nồng độ (ppm)

Nồng độ (%)

diesel DOE5 (hình 3.6 và 3.7).

12.0
10.0

Điểm đo 1


8.0

Điểm đo 2

6.0

Điểm đo 3

4.0

Điểm đo 4
Điểm đo 5

2.0

Điểm đo 6

0.0
12.41

19.10

32.72

39.02

Nm

DIẾN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN

LIỆU DOE5 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0

Điểm đo 1
Điểm đo 2
Điểm đo 3
Điểm đo 4
Điểm đo 5
Điểm đo 6
12.41

Hình 3.6

19.10

32.72

Nm

39.02


Hình 3.7

DIỄN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN
LIỆU DOE7 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0

Nồng độ (ppm)

Nồng độ (%)

3.3.4. Nhiên liệu 7% ethanol pha diesel (DOE7)
Sau khi tiến hành thay thế nhiên liệu, tiến hành chạy thử
nghiệm động cơ EV2600NB với nhiên liệu DOE7 tại vị trí 10%,
30%, 50%, 70% vị trí thanh răng, ta xây dựng đồ thị diễn biến nồng
độ các chất khí thải CO2 và NOx của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
diesel DOE7 (hình 3.8 và 3.9).
DIẾN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI NOx CỦA
NHIÊN LIỆU DOE7 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ

THANH RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
800
700

Điểm đo 1

600

Điểm đo 1

Điểm đo 2

500

Điểm đo 2

Điểm đo 3

400

Điểm đo 3

Điểm đo 4

300

Điểm đo 4

Điểm đo 5


200

Điểm đo 5

Điểm đo 6

100

Điểm đo 6

0

11.79

23.15

31.00

Hình 3.8.

39.29

Nm

11.79

23.15

31.00


39.29

Nm

Hình 3.9.

3.3.5. Nhiên liệu 10% ethanol pha diesel (DOE10)
Sau khi tiến hành thay thế nhiên liệu, tiến hành chạy thử
nghiệm động cơ EV2600NB với nhiên liệu DOE10 tại vị trí 10%,


11
30%, 50%, 70% vị trí thanh răng, ta xây dựng đồ thị diễn biến nồng
độ các chất khí thải CO2 và Nox của động cơ khi sử dụng nhiên liệu

DIỄN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN
LIỆU DOE10 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
12.00
10.00

Điểm đo 1

8.00

Điểm đo 2

6.00

Điểm đo 3


4.00

Điểm đo 4

2.00

Điểm đo 5
Điểm đo 6

0.00

Nồng độ (ppm)

Nồng độ (%)

diesel DOE10 (hình 3.10 và 3.11).
DIẾN BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN
LIỆU DOE10 Ở CÁC ĐIỂM ĐO TẠI VỊ TRÍ THANH
RĂNG 10%, 30% 50%, 70%
900
800
700

Điểm đo 1

600
500

Điểm đo 2

Điểm đo 3

400
300

Điểm đo 4
Điểm đo 5

200
100

Điểm đo 6

0

12.47

23.09

32.6

37.05

Nm

12.47

23.09

32.6


37.05

Nm

Hình 3.10.
Hình 3.11.
3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Sản phẩm của quá trình cháy bao gồm: CO2, H2O, N2, O2, CO,
HC cháy không hết, NOx, phát thải hạt. Trong các thành phần khí
thải thì NOx, CO2, phát thải hạt, CO và HC cháy không hết là phát
thải gây độc hại nghiêm trọng nhất của động cơ Diesel. Với quy mô
của đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu thực nghiệm thành phần khí thải CO2
và NOx; đây là chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính, trong đó
theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì CO2 đóng góp 50% vào
việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%, Nitơ 5% và nguyên nhân
gây ra quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng và chúng
ta phải có biện pháp khắc phục tình trạng này thông qua việc nghiên
cứu nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu Diesel truyền thống;
còn khí CO, HC chiếm tỷ lệ nhỏ trong khí thải của động cơ Diesel và
phát thải hạt do hạn chế của thiết bị thí nghiệm nên không đánh giá
trong thí nghiệm.
CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.1. PHÂN TÍCH Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ KHI
SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL PHA ETHANOL 3%,
5%, 7%, 10%
4.1.1. Phân tích thành phần CO2 trong khí thải


12

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm chúng ta xây dựng đồ thị diễn
biến nồng độ khí thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu
DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10, ở các vị trí thanh răng 10%,
30%, 50%, 70% và được thể hiện qua hình 4.1; 4.2; 4.3; 4.4.

Hình 4.1

Hình 4.2

Hình 4.3

Hình 4.4

Từ số liệu thực nghiệm và đồ thị có thể đánh giá kết luận sau:
- Nồng độ khí thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu
DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 tăng dần khi tăng tốc độ động cơ
tương ứng với các vị trí thanh răng 10%, 30%, 50%, 70%.
- Nồng độ khí thải CO2 của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu
DOE3, DOE5, DOE7 thấp hơn so với khi sử dụng nhiên liệu DO
truyền thống tương ứng với các vị trí thanh răng 10%, 30%, 50%,
70%.


13
- Nồng độ khí thải CO2 của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
DOE10 cao hơn so với khi sử dụng nhiên liệu DO truyền thống
tương ứng với các vị trí thanh răng 10%, 30%, 50%, 70%. Như vậy,
nhiên liệu này không cháy hoàn toàn và quá trình cháy diễn ra yếu.
- Đặc biệt khi động cơ sử dụng nhiêu liệu DOE7 thì nồng độ
khí thải CO2 thấp nhất so với các nhiên liệu trên tương ứng với các vị

trí thanh răng 10%, 30%, 50%, 70%. Như vậy, ở các chế độ, nhiên
liệu này được đốt cháy hoàn toàn và quá trình cháy diễn ra tốt.
4.1.2. Phân tích thành phần NOx trong khí thải
Trên cơ sở kết quả thực nghiệm chúng ta xây dựng đồ thị diễn
biến nồng độ khí thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu
DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10, ở các vị trí thanh răng 10%,
30%, 50%, 70% và được thể hiện qua hình 4.5; 4.6; 4.7; 4.8.

Hình 4.5

Hình 4.6

Hình 4.7

Hình 4.8


14
Từ số liệu thực nghiệm và đồ thị có thể đánh giá kết luận sau:
- Trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ
NO trong sản phẩm cháy cũng tăng. Từ đồ thị ta có thể thấy nồng độ
khí thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu DO, DOE3,
DOE5, DOE7, DOE10 tăng dần khi tăng tốc độ động cơ tương ứng
với các vị trí thanh răng 10%, 30%, 50%, 70%.
- Nồng độ khí thải NOx của động cơ khi sử dụng các nhiên liệu
DOE3, DOE5, DOE7, DOE10 thấp hơn so với khi sử dụng nhiên liệu
DO truyền thống tương ứng với các vị trí thanh răng 30%, 50%,
70%. Chỉ riêng ở vị trí thanh răng 10%, nồng độ khí thải NOx của
động cơ khi sử dụng nhiên liệu DOE10 cao hơn so với khi sử dụng
nhiên liệu DO truyền thống. Như vậy, ở chế độ này có nhiệt độ cháy

cao hơn cùng với hàm lượng ôxy cao hơn, làm cho sự hình thành
NOx nhiều hơn.
- Đặc biệt khi động cơ sử dụng nhiêu liệu DOE7 thì nồng độ
khí thải NOx thấp nhất so với các nhiên liệu trên tương ứng với các
vị trí thanh răng 10%, 30%, 50%, 70%. Như vậy, ở các chế độ, nhiên
liệu này được đốt cháy ở trong điều kiện nhiệt độ và nồng độ O2 phù
hợp, hỗn hợp nhiên liệu cháy triệt để.
4.1.3 So sánh khí thải CO2 của các nhiên liệu DOE3, DOE5,
DOE7, DOE10 đối với nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng
a. So sánh nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng thông qua bảng tính exel. Kết quả nếu tỷ lệ CO2
của DOE3/DO giảm thì bảng tính mang dấu dương (+) hoặc tăng thì
bảng tính mang dấu âm (-) và được thể hiện qua bảng 4.1.


15

BẢNG 4.1. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE3 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng


7,73 %

5,71 %

13,19 %

12,04 %

Thông qua kết quả so sánh tương ứng với vị trí 10% thanh răng
thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 so với nhiên
liệu DO ở mức 7,73 %. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ
lệ giảm nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu
DO ở mức 5,71 %. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng
độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức
13,19 % và đối với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí
thải CO2 của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức 12,04 %.
Tỷ lệ nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE3 giảm so với
nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.9.
ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE3 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG

7

Nồng độ(%)

6
5
4
3


DO

2

DOE3

1
0
12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.9
b. So sánh nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE5 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:
Tương tự như trên ta có kết quả so sánh nồng độ khí thải CO2
của nhiên liệu DOE5 với nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng.


16

BẢNG 4.2. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE5 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng


30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng

2,27 %

16,29 %

- 0,43 %

2,89 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải CO2 của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức
2,27%. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải CO2 của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức
16,29%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ khí thải
CO2 của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức 0,43% và đối
với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải CO2 của
nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO 2,89%.
- Tỷ lệ tăng, giảm nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE5
so với nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.10.

Nồng độ(%)

ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE5 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG


7
6
5
4
3
2
1
0

DO
DOE5

12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.10
c. So sánh nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE7 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng.



17

BẢNG 4.3. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE7 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng

10,45 %

12,86 %

18,09 %

11,40 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải CO2 của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức
10,45%. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng
độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức
12,86%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải
CO2 của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức 18,09% và đối
với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải CO2 của
nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức 11,40%.
- Tỷ lệ giảm nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE7 giảm

so với nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.11.

Nồng độ(%)

ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE7 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG

7
6
5
4
3
2
1
0

DO
DOE7

12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.11

d. So sánh nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE10 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng.


18

BẢNG 4.4. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE10 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng

- 30,45 %

- 5,14 %

- 18,72 %

- 8,03 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ
khí thải CO2 của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức
30,45 %. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng

độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức
5,14%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ khí thải
CO2 của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức 18,72% và
đối với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ khí thải CO2 của
nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức 8,03%.
- Tỷ lệ nồng độ khí thải CO2 của nhiên liệu DOE10 tăng so với
nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.12.
ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI CO2 CỦA NHIÊN LIỆU
DOE10 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG

Nồng độ(%)

8
6
DO

4

DOE10

2
0
12.25

23.28

31.15

39.28


Nm

Hình 4.12
4.1.4. So sánh khí thải NOx của các nhiên liệu DOE3, DOE5,
DOE7, DOE10 đối với nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng
a. So sánh nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE3 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở


19
các vị trí thanh răng thông qua bảng tính exel. Kết quả nếu tỷ lệ NOx
của DOE3/DO giảm thì bảng tính mang dấu dương (+) hoặc tăng thì
bảng tính mang dấu âm (-) và được thể hiện qua bảng 4.5.
BẢNG 4.5. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE3 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

1,77 %

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng

6,66 %

12,26 %


13,03 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức
1,77%. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức
6,66%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải
NOx của nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức 12,26% và
đối với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải NOx của
nhiên liệu DOE3 so với nhiên liệu DO ở mức 13,03%.
- Tỷ lệ nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE3 giảm so với
nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.13.

600

ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE3 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG

Nồng độ(ppm)

500
400
DO

300
200

DOE3


100
0
12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.13
b. So sánh nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE5 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:


20
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng.
BẢNG 4.6. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE5 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng


- 3,54 %

14,34 %

7,27 %

20,44 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức
3,54%. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức
14,34%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải
NOx của nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức 7,27% và đối
với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải NOx của
nhiên liệu DOE5 so với nhiên liệu DO ở mức 20,44%.
- Tỷ lệ nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE5 tăng, giảm
so với nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.14.
ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE5 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG
Nồng độ(ppm)

600
500
400
300

DO


200

DOE5

100
0
12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.14
c. So sánh nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE7 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:


21
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng.
BẢNG 4.7. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE7 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng


50% Thanh răng

70% Thanh răng

0,57 %

12,41%

16,08%

13,62 %

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức
0,57%. Tương tự đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức
12,41%. Đối với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải
NOx của nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức 16,08% và
đối với vị trí 70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải NOx của
nhiên liệu DOE7 so với nhiên liệu DO ở mức 13,62%.
- Tỷ lệ nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE7 giảm so với
nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.15.
ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE7 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG
Nồng độ(ppm)

600
500
400

300

DO

200

DOE7

100
0
12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.15
d. So sánh nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE10 với
nhiên liệu DO ở các vị trí thanh răng:


22
Từ kết quả số liệu thí nghiệm ta tính được tỷ lệ tăng hoặc giảm
nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở
các vị trí thanh răng.
BẢNG 4.8. SO SÁNH TỶ LỆ TĂNG GIẢM NOx CỦA NHIÊN LIỆU

DOE10 SO VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG 10%, 30%, 50%, 70%
10% Thanh răng

30% Thanh răng

50% Thanh răng

70% Thanh răng

- 18,59 %

1,14 %

5,89%

6,48%

- Tương ứng với vị trí 10% thanh răng thì tỷ lệ tăng nồng độ
khí thải NOx của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức
18,59%. Đối với vị trí 30% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải
NOx của nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức 1,14%. Đối
với vị trí 50% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải NOx của
nhiên liệu DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức 5,89% và đối với vị trí
70% thanh răng thì tỷ lệ giảm nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu
DOE10 so với nhiên liệu DO ở mức 6,48%.
- Tỷ lệ nồng độ khí thải NOx của nhiên liệu DOE10 tăng, giảm
so với nhiên liệu DO được thể hiện qua đồ thị hình 4.16.
ĐỒ THỊ SO SÁNH KHÍ THẢI NOx CỦA NHIÊN LIỆU
DOE10 VỚI DO Ở CÁC VỊ TRÍ THANH RĂNG


600
Nồng độ(ppm)

500
400
300

DO

200

DOE10

100
0
12.25

23.28

31.15

39.28

Nm

Hình 4.16
4.1.5. Đánh giá ô nhiễm môi trường của động cơ khi sử dụng các
loại nhiên liệu DO, DOE3, DOE5, DOE7, DOE10