LUẬN VĂN

XÁC ĐỊNH CHI PHÍ NHIÊN LIỆU
CỦA ĐỘNG CƠ D12 KHI SỬ
DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU
DẦU DIESEL –DẦU THỰC VẬT

cơ diesel. 16
2.1.1. Trên thế giới 16
2.1.2. Trong nước. 18
2.1.3. Tổng quan về dầu thực vật (DTV) 19
2.1.3.1. Thành phần hóa học của DTV 20
2.1.3.2. Đặc tính của DTV 20
2.1.3.3. Những vấn đề khó khăn của dầu thực vật khi dùng làm nhiên liệu thay
thế 21
2.1.4. Các biện pháp xử lý DTV để làm nhiên liệu cho động cơ diesel 22
2.1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu 22
2.1.4.2. Phương pháp pha loãng . 22
ii

2.1.4.3. Phương pháp Craking 22
2.1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật 23
2.1.4.5. Phương pháp ester hoá ( điều chế Biodiesel ) . 23
2.1.5. Ưu nhược điểm của DTV 24
2.1.5.1. Ưu điểm 24
2.1.5.2. Nhược điểm 25
2.1.5.3. Lý do chọn dầu dừa và dầu jatropha làm nhiên liệu cho động cơ
diesel. 25
2.2. Trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm 27
2.2.1. Động cơ D12 27
2.2.2. Máy phát điện 28
2.2.3. Bộ tạo tải 29
2.2.4. Thiết bị đo chi phí nhiên liệu 30
2.2.5. Thiết bị đo độ nhớt 31
2.2.6. Bộ tạo hỗn hợp dầu diesel – dầu thực vật 31
2.3. Quy hoạch thực nghiệm 31
2.3.1. Nội dung của quy hoạch thực nhiệm 31

2.5.3. Xử lý kết quả thực nghiệm xác định chi phí nhiên liệu của động cơ 50
2.6. Lý giải kết quả thực nghiệm 51
Chương 3. KẾT LUẬN 55
3.1. Kết luận 55
3.2. Đề xuất ý kiến 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC 57

1

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, tình hình giá dầu mỏ tăng lên và vấn đề ô nhiễm môi trường do khí
thải của động cơ nói chung, động cơ diesel nói riêng đang là những vấn đề được
nhiều nước quan tâm. Vì vậy, việc tìm kiếm sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế cho
nhiên liệu truyền thống đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng. Nước ta là một
nước nhập khẩu xăng dầu vì vậy chịu ảnh hưởng rất lớn của biến động giá xăng dầu
trên thế giới. Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu mới đang được nhà nước rất
quan tâm. Một trong những nguồn nhiên liệu được quan tâm là nhiên liệu dầu thực
vật, chính vì lí do trên nên em quyết định thực hiện đề tài: ‘Xác định chi phí nhiên
liệu của động cơ D12 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel – dầu thực vât’.
Sau một thời gian nghiên cứu em đã thực hiện xong đề tài với các nội dung
sau:
1. Tổng quan về thực nghiệm và tính năng kỹ thuật của động cơ diesel.
2. xác định chi phí nhiên liệu của động cơ D12 khi swr dụng nhiên liệu dầu
diesel – dầu thực vật.
3. Kết luận
Có được kết quả này ngoài sự cố gắng của bản thân, còn có sự giúp đỡ và tạo
điều kiện của các thầy cô trong bộ môn Động lực, Ban chủ nhiệm khoa. Em xin
chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS. Phùng Minh Lộc đã hướng

1.2 Tốc độ động cơ RPM Encoder
1.3 Công suất động cơ kW Dynamometer Phanh
1.4 Lượng tiêu thụ nhiên liệu kg/h Fuel Balance 733S
1.5 Lượng khí thoát khỏi cacte l/min Blow-by meter 442
1.6 Nhiệt độ khí nạp
C
Pt100
3

1.7 Nhiệt độ khí xả
C
Thermocouple- type K1.8 Nhiệt độ nhiên liệu
C
Pt100
1.9 Nhiệt độ dầu bôi trơn
C
Pt100
1.10 Nhiệt độ nước làm mát
C
Pt100
1.11 Nhiệt độ môi trường
C
Humidity- transducer
1.12 Áp suất khí nạp bar FEM-P
1.13 Áp suất khí xả bar FEM-P
1.14 Áp suất nhiên liệu bar FEM-P
1.15 Áp suất dầu bôi trơn bar FEM-P

3.2
CO, CO
2
, NO
x
, HC,
O
2
, Lambda
%, ppm DiGas 4000
Dùng cho động cơ
xăng

3.3
Chu
ẩn đoán hoạt động
của các hệ thống điện-
điện tử trong động cơ

-

DiScope

Kết hợp với hệ thống nội soi
4.1 Phân tích sự phân bố nhiệt độ K
Ghi hình ở 3 góc độ
khác nhau: 0, 30,
70
Dùng cho
động cơ diesel

diesel 5

1.2. Tổng quan về tính năng kỹ thuật của động cơ diesel
1.2.1. Khái niệm
Tính năng kỹ thuật của động cơ là thuật ngữ dùng để biểu đạt mức độ và hiệu
quả thực hiện chức năng của động cơ. Có thể định lượng tính năng kỹ thuật của
động cơ đốt trong bằng 3 nhóm thông số sau đây: tốc độ, tải và hiệu suất.
1.2.2. Các thông số đánh giá tính năng kỹ thuật cơ bản của động cơ diesel
1.2.2.1. Tốc độ của động cơ
Tốc độ quay (n) là số vòng quay của trục trong một đơn vị thời gian. Đơn vị
đo của tốc quay là vòng/phút [v/ph], viết tắt tiếng Anh là [rpm].
Tốc độ quay danh nghĩa (n
n
) là tốc độ quay do nhà chế tạo định ra và là cơ sở
để xác định công suất danh nghĩa, để tính toán các kích thước cơ bản của động cơ,
để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý…
Tốc độ quay cực đại (n
max
) là tốc độ quay lớn nhất mà nhà chế tạo cho phép
sử dụng trong một thời gian xác định mà công suất của động cơ không bị quá tải.
Tốc độ quay cực tiểu (n
min
) là tốc độ quay nhỏ nhất, tại đó động cơ vẫn có
thể hoạt động bình thường.
Tốc độ quay sử dụng (n
s
) là tốc độ quay được người thiết kế tổ hợp động cơ

W
p  (1.3)
- Áp suất có ích trung bình:
s
e
e
V
W
p  (1.4)
Trong đó:
- W
ct
: công của chu trình, [J]
- W
t
: công lý thuyết của chu trình, [J]
- W
i
: công chỉ thị của chu trình, [J]
- W
e
: công có ích của chu trình, [J]
- W
m
: công tổn thất cơ giới, [J]
Công chỉ thị: là công do môi chất công tác sinh ra trong một chu trình thực tế,
trong đó chưa xét đến phần tổn thất cơ học, có thể xác định công chỉ thị như sau:
Wi = Q1 -

Qi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (1.5)

phối khí…
- “Tổn thất bơm” phần cơ năng tiêu hao cho quá trình thay đổi khí.
Công có ích: là công thu được ở đầu ra của trục khuỷu. đó là phần cơ năng
thực tế có thể sử được để dẫn động hộ tiêu thụ công suất.
W
e
= Q
1
-

Q
e
= W
i
– W
m
(1.6)
Trong đó

Q
e
là tổng tất các dạng tổn thất năng lượng khi thực hiện một chu trình
công tác thực tế.
Công suất là tốc độ thực hiện công. Trị số công suất của động cơ cho biết
động cơ đó “mạnh” hay “yếu”. công suất của động cơ thường được đo bằng các đơn
vị sau: kilowatt (kW), mã lực (HP, hp – Horse power; cv – Chevaux; PS -
Pferdestarke).
1kW = 1kJ/s.
1HP = 75Kg.m/s
1PS = 0.735 Kw

 (1.7)
Trong đó:
- i: số xylanh của động cơ
- z: hệ số kỳ; z = 1 đối với động cơ 2 kỳ; z = 2 đối với động cơ 4 kỳ.
- Công suất danh nghĩa (N
en
): là công suất lớn nhất mà động cơ có thể phát ra
một cách liên tục mà không bị quá tải trong những điều kiện quy ước.
- Công suất cực đại (N
emax
): là công suất có ích lớn nhất mà động cơ có thể phát
ra trong một thời gian nhất định mà không bị quá tải.
TCVN 1684 – 75 quy định công suất cực đại của động cơ phải đạt 110% N
en

trong khoảng thời gian một giờ. Tổng số thời gian làm việc ở chế độ công suất cực
đại không quá 10% tổng thời gian làm việc của động cơ. Khoảng thời gian lặp lại
chế độ công suất cực đại không được nhỏ hơn 6 giờ.
- Công suất sử dụng (N
es
): là công suất có ích do người thiết kế tổ hợp động cơ –
hộ tiêu thụ công suất khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của
động cơ vừa đảm bảo tuổi bền, độ tin cậy cần thiết.
Hiệu suất là đại lượng đánh giá hiệu quả biến đổi nhệt năng thành cơ năng
của động cơ. Để đánh giá mức độ tổn thất trong từng công đoạn của cả quá trình
biến đổi năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau: hiệu suất lý
thuyết, hiệu suất cơ học, hiệu suất chỉ thị, hiệu suất có ích.
- Hiệu suất lý thuyết (
t


m

=
i
m
i
e
W
W
W
W
1 (1.9).
9

- Hiệu suất có ích (
e

): là đại lượng đánh giá tất cả các dạng tổn thất năng lượng
trong quá trình biển đổi nhiệt năng có ích của động cơ.
miti
e
e
Q
W


1

 (1.10).
Trong đó: η

: Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ .
- N
e
: Công suất có ích của động cơ .
Đơn vị thường dùng của G
h
là [ kg/h ] hoặc [ lít/h ] .
Đơn vị thường dùng của g
e
là [ g/Kw.h ] hoặc [ g/HP.h ]
1.2.3. Các phương pháp xác định :
1.2.3.1. Phương pháp lý thuyết :
- Xác định hiệu suất có ích η
e
:
η
e
= η
i
. η
m
(1.12)
- Xác định suất tiêu hao nhiên liệu g
e
:
g
e
= 3,6 . 10
6
/ H

(1.14)
Trong đó :
P
k
: áp suất khí nạp ( bar ) .
R
k
: Hằng số khí .
T
k
: nhiệt độ khí nạp .
3. Xác định áp suất cuối quá trình nạp P
a
.
P
a
= K
pa
. P
k
(1.15)
K
pa
: hệ số điền đầy đồ thị .

4. Áp suất khí sót P
r
.
P
r

p
p





11
1
2




(1.18)
ε : tỷ số nén .
r
rrkk
a
TTT
T










1
1


n
ac
TT

(1.20)
10. Xác định áp suất cuối quá trình cháy P
z
.
P
z
được xác định bằng các thiết bị đo áp suất phục vụ cho công tác khảo
nhiệm .
11. Xác định hệ số tăng áp suất ψ .
c
z
p
p


(1.21 )
12. Xác định nhiệt độ môi chất công tác cuối quá trình cháy T
z
.
T
z
được xác định từ phương trình cháy .

z
z
vzc
c
v
r
fz
TCTC
M
H



83148314
1
"'
1




- µC
v
= 19806 + T095.219806
2
T19.4


(J/Kmol.deg)
- (µC





r
c
vr
c
v
v
CC
C






1
"
'

12

13. Xác định hệ số dãn nở trước ( ) .

c
zz
T
T

2


n
z
b
T
T

[K] (1.25 )
18. Xác định áp suất chỉ thị trung bình (p
i
) .
 

















1
nn
n
apii
nn
pKp






19. Xác định áp suất có ích trung bình (p
e
) .
p
e
= 
m
. p
i
(1.25)
20. Xác định hiệu suất chỉ thị (
i
) .

kvf
i
i
H

- Phương pháp quay trực tiếp bằng động cơ điện .
- Phương pháp cắt lửa từng xylanh .
Ở điều kiện khảo nghiệm tại phòng khảo nghiệm có thể chọn phương pháp
quay trực tiếp bằng động cơ điện . Trước tiên cho động cơ khởi động chạy ấm máy
tới nhiệt đọ làm việc bình thường của nước làm mát và của dầu nhờn sau đó cắt
nhiên liệu cho phanh điện hoạt động ở chế độ động cơ điện để quay động cơ đốt
trong , xác định công suất của động cơ điện theo từng tốc độ động cơ sẽ xác định
được công suất tổn hao cơ giới của động cơ theo các số vòng quay khác nhau .
22. Xác định suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (g
i
) :

if
i
H
g




6
106,3
[g/kW.h] (1.29)
23. Xác định suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (g
e
) :

ef
e
H

Công suất là tốc độ thực hiện công. Trị số của công suất cho ta biết động cơ đó
mạnh hay yếu.
Công suất có ích là công suất của động cơ được đo ở đầu ra của trục khuỷu.
Ký hiệu là N
e
.
Công suất có ích là yếu tố chính thể hiện công của động cơ dẫn động các loại
máy công tác khác.
Phương pháp xác định công suất có ích của động cơ được thực hiện như sau:
Khi xác định công suất có ích N
e
của động cơ ở đầu ra của trục khuỷu thì ta phải
dùng một trong các loại phanh thay cho máy công tác (chân vịt, máy phát điện, máy
nén khí…mà động cơ cung cấp năng lượng cho chúng) Tuỳ theo nguyên tắc tạo ra
mômen cản mà ta dùng các loại phanh sau:
 Phanh cơ khí.
 Phanh không khí.
 Phanh thuỷ lực.
 Phanh điện.
Ở đây ta dùng phanh điện gồm phanh điện dòng một chiều và phanh điện dòng
xoay chiều. Để xác định công suất có ích của động cơ ta dùng một trong hai loại
phanh trên và được tính theo công thức như sau :
 Đối với phanh điện dòng một chiều thì N
e
(hp) có công thức tính như sau:
),(
.
.36,1 hp
IU
N

dịnh như sau :
N
e
= 1,36.

m
N
p
(hp) ( 1.34)
Trong đó : - N
p
: Công suất của máy phát, kW.
- η
m
: Hiệu suất cơ giới của máy phát ở phụ tải đã cho.
3. Xác định giá trị g
e
= G
h
/ N
e
[g/kW.h] (1.35)
Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005.
Tại Mỹ năm 2005, đã sử dụng B20.
Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok
Đã có nhiều ứng dụng trong việc sử dụng các loại dầu thực vật dùng làm
nhiên liệu thay thế cho các động cơ ô tô chẳng hạn: Brazin là một nước đi đầu
trong việc phát triển các loại nhiên liệu sạch từ mía, hiện tại ở Brazin có tới 90% ô
tô sử dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sạch pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu
mỏ, chúng được cung cấp bởi 5 nhà máy sản xuất với tổng sản lượng 49 triệu
lít/năm. Từ đó, nước này đã giảm được hàng chục tỷ USD cho việc không phải
nhập khẩu nhiên liệu. Họ đang dự kiến sản xuất 1.1 tỷ lít diesel sinh học vào năm
2007, với việc tiếp tục đưa thêm khoảng 5 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với
tổng công suất 61 triệu lít/ năm. Thị trường châu Âu cũng không phải là nhỏ khi
nghị định Kyoto được đưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, mới
17

đây nhất là chỉ thị 2003/30/EC theo đó từ ngày 31/12/2005 thì ít nhất 2% cho đến
31/12/2010 ít nhất 5.75% nhiên liệu dùng cho vận tải phải có nguồn gốc tái tạo. Tại
Đức thì chỉ thị trên đã được thực hiện sớm, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu
chứa 5% có nguồn gốc tái tạo đã được bán. Ở Mỹ, Áo đã cho xe ô tô động cơ diesel
chạy bằng dầu thực vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các nhà hàng…Tại
Achentina một kỹ sư đã tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế
từ đậu nành, chi phí cho sản xuất chỉ bằng ½ so với diesel truyền thống, ngoài ra
Anh cũng có khả năng sản xuất nhiên liệu nhiên liệu thay thế từ hạt hướng dương,
hạt thầu dầu và hạt cọ.
Đức cũng đang trở thành "ông trùm" nguồn nhiên liệu sinh học với sản
lượng 1,5 triệu tấn cùng với mức gia tăng sản lượng 50% hàng năm.Theo dự kiến
của chính phủ, thì trong vòng 5 năm tới, sản lượng nhiên liệu sinh học sẽ thay thế
khoảng 20% lượng xăng, dầu truyền thống. Chính phủ Ân Độ và Thái Lan cũng có
kế hoạch sản xuất nguồn nhiên liệu sinh học để thay thế 10% nhu cầu về xăng, dầu.
Công ty Fortum Oil đang tiến hành xây dựng nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học

phần Nhiên liệu sinh học Dầu khí Miền Trung (PCB) làm chủ đầu tư và Tổng công
ty cổ phần Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí (PTSC) là đơn vị tổng thầu EPC (tư vấn, thiết
kế - cung cấp thiết bị - xây lắp, vận hành).
Nhật Bản đang xúc tiến xây dựng nhà máy sản xuất biodiesel từ dừa tại Bình
Định. Theo nghiên cứu ban đầu, tại Bình Định sẽ xây dựng 1 nhà máy sản xuất dầu
diesel sinh học có công suất 100 tấn/ngày đòi hỏi vùng nguyên liệu lên tới 50.000
ha dừa. Dự kiến tổng vốn đầu tư cho dự án khoảng 80 - 100 triệu USD, trong đó,
vốn xây dựng nhà máy trên 20 triệu do các doanh nghiệp của Nhật Bản và Bình
Định liên doanh thực hiện, còn lại sẽ đầu tư bằng vốn ODA cho người trồng dừa và
chế biến dầu dừa. Tuy đi sau các nước trong việc phát triển nhiên liêu sạch nhưng
Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu trong việc nghiên cứu chế
biến dầu thực vật, mỡ động vật thành diesel sinh học. Chúng ta đã nghiên cứu chiết
suất thành công dầu diesel sinh học từ dầu mè, chiết suất thành công diesel sinh học
19

từ mỡ cá basa, cá tra, tảo nó đã mở ra một hướng mới cho các nhà đầu tư . Đối với
cây mè chúng ta có thể dùng phụ phẩm của nó để làm thuốc, làm phân bón, …còn
đối với mỡ cá basa, cá tra ta tận dụng được nguồn mỡ thải lâu nay vẫn không dùng
phải vứt bỏ. Đó là công trình nghiên cứu của Phân viện khoa học vật liệu tại Thành
phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.
Theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội,
ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là cơ quan
đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã
xác nhận dự án PIN phát triển dầu dừa diesel sinh học theo cơ chế phát triển sạch
(CDM) tại tỉnh Bình Định.
Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện
Khoa học vật liệu Tp.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì, khẳng
định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ dầu thực
vật của Việt Nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu đã hợp tác với
Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức) phân tích thành phần, tính chất các

Thành phần
hóa học
Dầu jatropha Dầu cải Dầu dừa Dầu diesel
Cac bon 76,11 76,80 72,00 86,60
Hydro 10,52 11,90 12,00 13,40
Oxy 11,06 11,30 16,00 0,00
Tỷ trọng C/H 7,23 6,45 6,00 6,46

2.1.3.2. Đặc tính của DTV
Khối lượng riêng: Nói chung khối lượng riêng của dầu thực vật lớn hơn dầu
diesel từ 6 - 17% .
Độ nhớt: Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ thường cao hơn so với dầu diesel
khoảng vài chục lần, nhưng đường cong chỉ thị độ nhớt rất dốc, khi nhiệt độ 100
0
C
đối với dầu bông chỉ còn lớn hơn 7 lần, dầu hạt cải chỉ còn lớn hơn 8 lần so với dầu
diesel. Riêng đối với dầu dừa, độ nhớt ở 20
0
C lớn hơn dầu diesel 10- 12 lần. Độ
21

nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến khả năng thông qua của dầu trong bầu lọc, đến chất
lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp, do đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế
và năng lượng của động cơ .
Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu
thực vật nghiên cứu thì dầu dừa có chỉ số cetane gần bằng dầu diesel và dầu
jatropha có trị số cetane cao hơn. Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể
dùng biện pháp thêm chất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu
thực vật .
Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật cao