Hà Nội, tháng 9 năm 2011
ĐT.06.11/NLSH

1
MỤC LỤC

Lời nói đầu 2
1. Nhiên liệu sinh học 3
1.1. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học 3
1.2. Nhược điểm của nhiên liệu sinh học 4
2. Thiết bị thử nghiệm 4
2.1. Băng thử xe máy CD20 (Chassis dynamometer 20’’) 4
2.1.1. Đặc điểm và chức năng chính của băng thử 4
2.1.2. Kết cấu băng thử 5
2.1.3. thông số của băng thử 6
2.1.4. Sơ đồ hệ thống 7
2.2. Thiết bị đo tiêu thụ nhiên liệu 733S 10
2.2.1. Đặc điểm của hệ thống 11
2.2.2. Nguyên lý hoạt động 11
3. Phương pháp thử nghiệm 12
3.1. Nhiên liệu thử nghiệm 12
3.2. Phương tiện thử nghiệm và cách thức tiến hành 13
4. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe máy 16
4.1. Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu ở tay số III 16

Trong các loại nhiên liệu thay thế trên, nhiên liệu sinh học đã và đang phát triển
mạnh mẽ trên thế giới. Hiện nay, nhiên liệu sinh học có khả năng thay thế khoảng 5
đến 10% nhiên liệu hóa thạch và đến năm 2020 nhiên liệu sinh học có thể thay thế
khoảng 20% nhiên liệu hóa thạch trên thế giới.
Nhiên liệu sinh học ngoài chức năng như một phụ gia, tăng cường oxy cho quá
trình cháy, nó còn có thể thay thế nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt, bởi đây là
nhiên liệu có thể tái sinh và nuôi trồng được. Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới, với
hàng trăm loại động thực vật khác nhau sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệu vô tận cho
quá trình sản xuất nhiên liệu như biodiesel, etanol sinh học, dimetyl este, metanol,
. Ở Việt Nam do đặc thù lượng xe máy là khá lớn chính vì vậy chuyên đề này sẽ
đưa ra những đánh giá về ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20
đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động, không tải và khả năng
tăng tốc của xe so với khi sử dụng nhiên liệu truyền thống.

ĐT.06.11/NLSH

3
Chuyên đề 9: Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10, E15
và E20 đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu, khả năng khởi động và
khả năng tăng tốc của động cơ xe máy

1. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học được định nghĩa là bất kỳ loại nhiên liệu nào được sản xuất từ
sinh khối, được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật. Ví dụ như
nhiên liệu chế suất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, dầu đậu
nành, ) ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, khoai, sắn, ) các chất thải nông nghiệp (rơm rạ,
phân, ) sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải, phế phẩm lâm nghiệp ).
Chúng bao gồm bioetanol, biodiesel, biogas, etanol pha trộn (etanol-blended fuels),
dimetyl este sinh học và dầu thực vật. Nhiên liệu sinh học được sử dụng phổ biến hiện
nay là nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ xăng trong đó có thể kể đến như bioetanol

và nông nghiệp.
Bên cạnh đó, công nghệ sản xuất cồn sinh học từ các nguồn lignocellulose chưa
đạt được hiệu suất cao nên giá thành sản xuất vẫn cao hơn so với nhiên liệu truyền
thống từ đó việc ứng dụng và sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống chưa được phổ
biến.
2. Thiết bị thử nghiệm
Thiết bị thử nghiệm bao gồm:
- Băng thử xe máy CD 20”
- Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 733S
Băng thử và hệ thống trên đều là những trang thiết bị hiện đại được cung cấp đồng bộ
bởi Hãng AVL, Cộng hòa Áo.
2.1. Băng thử xe máy CD20 (Chassis dynamometer 20’’)
2.1.1. Đặc điểm và chức năng chính của băng thử
Băng thử chassis Dynamometer 20’’ do hãng AVL cung cấp, có chức năng thử
nghiệm và kiểm tra xe ở các chế độ mô phỏng. Qua đó giúp cho quá trình nghiên cứu
cải tiến xe máy và động cơ được dễ dàng.
Các chức năng chính của băng thử:
- Xác định tốc độ của xe
- Xác định lực tác dụng trên bề mặt con lăn
- Xác định gia tốc và công suất của xe
- Mô hình hóa tải trọng trên đường thông qua băng thử.
Kết hợp băng thử với hệ thống lấy mẫu khí thải CVS, tủ phân tích khí CEBII và
thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 733S trong quá trình thử nghiệm theo chu trình châu Âu
ĐT.06.11/NLSH

5
(ECE R40) qua đó xác định thành phần các chất thải độc hại có trong khí thải, lượng
nhiên liệu tiêu thụ.
Các chế độ vận hành băng thử:
- Chế độ lực không đổi (F=const)

6
Xe được giữ trên băng thử bằng cơ cấu kẹp bánh trước sử dụng khí nén, với áp suất
nén 4,5→10 bar nhằm giữ chặt xe trong suốt chu trình thử.
Quạt gió được gắn liền với băng thử nên có khả năng tạo ra tốc độ gió thay đổi theo
tốc độ con lăn trên băng thử có tác dụng làm mát động cơ trong quá trình thử nghiệm.
Các thông số cơ bản của quạt:
- Lưu lượng quạt 32.000 m
3
/h.
- Áp suất tĩnh: 600 Pa, tổng áp suất: 837 Pa, áp suất hút ở 20
0
C là 101 kPa, công
suất : 12,29 kW
- Thời gian khới động chuẩn: 5,2 s
- Kích thước cửa quạt: 800*600 mm.
2.1.3. thông số của băng thử
Băng thử chassis dyno 20’’ được thiết kế để mô phỏng lại khối lượng của xe trong
phạm vi 80kg đến 350kg.
Quán tính cơ sở của con lăn tương đương với khối lượng của xe khoảng 170kg.
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ động cơ là 1512 N ở 90 Km/h. Lực kéo lớn
nhất ở chế độ máy phát là 1680 N ở 90 Km/h.
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ khi sử dụng nhiều là là 945 N ở 90Km/h. Ở
chế độ máy phát sử dụng nhiều là 1040 N ở 90 Km/h.
Các thông số của quá trình thử và dung sai:
- Trong quá trình thử nghiệm, con lăn luôn bị khóa
- Vùng quán tính mô phỏng lớn nhất là 80 đến 350 kg
- Vùng dòng điện mô phỏng lớn nhất: -90 đến 180 kg
- Gia tốc lớn nhất trong quá trình mô phỏng tải trọng: 3,7 m/s
2


Hình 2. Sơ đồ tổng quát của băng thử
Quá trình thử nghiệm được giám sát trên giao diện phần mền MMI, các thông số tốc
độ, lực kéo, công suất được hiển thị tức thời, ngoài ra người vận hành có thể theo dõi
các thông số của quá trình thử nghiệm trên thiết bị điều khiển từ xa.
Băng thử xe máy có thể thực hiện được các phép đo chính sau:
Máy chủ
MMI (giao diện người dùng)
Đầu ra tốc
độ và lực
kéo V
ỏ

Máy tính điều
khi
ển

Cụm
phanh
đi
ện



Hình 3. Cấu tạo của cảm biến tốc độ
1 : Đĩa mã hoá 2 : Nguồn sáng (đèn LED) 3: Tranzitor quang
Đĩa mã hoá 1 được gắn cứng với trục con lăn 4 vì vậy khi trục con lăn quay sẽ làm
cho đĩa 1 quay cùng với tốc độ con lăn.
Khi vị trí đèn LED 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor quang 3 thằng hàng khi đó tranzitor
nhận được ánh sáng do đèn 2 phát ra sẽ làm thông mạnh điện, lúc đó điện áp cung cấp
cho mạch là 5 V.
Khi vị trí của đèn 2, lỗ trên đĩa 1 và Tranzitor không thẳng hàng thì Tranzitor 3
không nhận được ánh sáng do 2 cung cấp do đó Tranzitor quang 3 bị khoá nên điện áp
cung cấp của mạch là 0 V.
Do đĩa 1 quay liên tục nên tín hiệu ở đầu ra có dạng xung chữ nhật :
2 3
3
1
4
2
ĐT.06.11/NLSH

9

Hình 4. Tín hiệu xung đầu ra của cảm biến tốc độ
Tín hiệu xung ở đầu ra được đưa đến máy đếm xung đồng thời liên kết với cơ cấu
đếm thời gian sẽ xác định được tốc độ của con lăn.

trong đó : n : Tốc độ của con lăn
y : Số xung đếm được ở máy đếm xung
t : Thời gian đo (s)
x : Số rãnh trên đĩa mã hoá 1
2.1.6. Nguyên lý phép đo lực

F
W
.r = F
kéo
.R 
Trong đó F
Kéo
: Lực kéo tại bề mặt con lăn
FW: Lực đo tại bộ cân tải
` r: Chiều dài cánh tay đòn
R: Bán kính con lăn

Hình 6. Cơ sở xác định lực kéo
2.1.7. Nguyên lý Phép đo gia tốc và công suất
Công suất của xe theo công thức sau :
P = F
Kéo
.v
Tốc độ của con lăn v (m/s) được xác định từ bộ cảm biến tốc độ và bán kính con
lăn.
Lực kéo tại bề mặt con lăn F
Kéo
được xác định được nhờ bộ cân tải (loadcell).
Gia tốc của xe được xác định trên cơ sở định nghĩa:
a = (m/s
2
)
Căn cứ vào các điểm đo liên tiếp trong các lần đo ta có thể xác định được độ chênh
lệnh vận tốc v trong khoảng thời gian t.
2.2. Thiết bị đo tiêu thụ nhiên liệu 733S

liệu tiêu thụ cung cấp cho động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa (đo
theo kiểu khối lượng). Nguyên lý hoạt động của thiết bị được thể hiện trên hình 8.
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo 6 thông qua đường cấp
nhiên liệu 1. Khi lượng nhiên liệu đã đầy lúc này lực tỳ lên cảm biến lưu lượng là lớn
nhất. Van điện từ 12 đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào thùng đo trong khi
ĐT.06.11/NLSH

12
đường cấp vào động cơ vẫn mở, lượng nhiên liệu trên đường hồi của động cơ (khi sử
dụng hệ thống phun xăng điện tử) áp suất trong bình được giữ ổn định nhờ ống thông
hơi 4. Đồng thời với quá trình đó bộ phận đếm thời gian hoạt động. Lượng nhiên liệu
trong bình chứa được đo liên tục trong từng giây dựa vào lượng nhiên liệu còn trong
bình ECU sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ.

Hình 8. Sơ đồ nguyên lý hoặt động của hệ thống AVL 733
1. Nhiên liệu cấp vào thùng đo 2. Nhiên liệu tới động cơ
3. Nhiên liệu hồi từ động cơ 4. Ống thông hơi
5. Các ống nối mềm 6. Thùng đo
7. Thanh cân 8. Lò xo lá
9. Cân bì 10. Cảm biến lưu lượng
11. Thiết bị giảm chấn 12. Van điện từ đường nạp
3. Phương pháp thử nghiệm
3.1. Nhiên liệu thử nghiệm
- Etanol E100 sản xuất bởi Công ty Cổ phần Đồng Xanh, Quảng Nam, có nồng
độ cồn 99,5%
- Xăng RON92 đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường cung cấp bởi
Petrolimex
Trên cơ sở 2 loại nhiên liệu gốc trên, hỗn hợp xăng-etanol được pha trộn như sau:
- Xăng sinh học E10: 10% etanol biến tính và 90% xăng RON92, xăng dsinh
học E15: 15% etanol biến tính và 85% xăng RON92, Xăng sinh học E20:

các thông số cơ bản của xe được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của xe máy thử nghiệm
Động cơ Xe Honda Super Dream
Loại động cơ 4 kỳ, một xylanh, 2 xupáp, làm mát bằng gió
Bố trí xylanh Xy lanh đơn, nghiêng phía trước
Dung tích xylanh 97 cc
Đường kính và hành trình piston 50,0mm x 49,5 mm
Tỷ số nén 9:1
Công suất tối đa 4.41 kW/7.000 vòng/phút
Mô men cực đại 6,03 Nm/5.000 vòng/phút
Hệ thống khởi động Cần đạp và khởi động bằng điện
Hệ thống bôi trơn Vung té
Hệ thống nhiên liệu Bộ chế hòa khí
Dung tích dầu máy 1,0 lít
Dung tích bình xăng 3,7 lít
Hệ thống đánh lửa DC.CDI
ĐT.06.11/NLSH

14
Hệ thống ly hợp Ly tâm loại khô
Kiểu hệ thống truyền lực 4 số tròn
Tỷ số truyền động 1,880-0,807
Khung xe

Loại khung Ống thép
Phanh trước Phanh thường
Phanh sau Phanh thường
Giảm xóc trước Phuộc nhún, giảm chấn dầu, lò xo
Giảm xóc sau Phuộc hai khúc, giảm chấn dầu, lò xo
Kích thước

Tay số 3 (100% tải)

Tay số 4 (100% tải)

2025303540506070
b. Đánh gía ảnh hưởng của xăng sinh học E10, E15 và E20 đến khả năng khởi

4. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 đến công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe máy
4.1. Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu ở tay số III
4.1.1. Công suất động cơ
Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu của xe tại tay số III được thể hiện
như bảng 4.
Bảng 4: Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu tại tay số III
n (km/h)
RON92 E10 E15 E20
Ne (kW) Ne (kW)

Thay đ
ổi
(%)
Ne (kW)
Thay đ
ổi
(%)
Ne (kW)

Thay đ
ổi
(%)
20 1.422 1.522
7.03
1.471
3.45
1.534
7.88
25 1.753 1.825

1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
2.8
3.1
3.4
15 20 25 30 35 40 45
Công suất Ne (kW)
Tốc độ n (km/h)
RON92
E10
E15 E20
ĐT.06.11/NLSH

17
Kết quả đo tại tay số III cho thấy công suất xe khi sử dụng cả ba loại xăng sinh học
đều cao hơn so với khi sử dụng xăng RON92 (hình 9). Với công suất trung bình trên
toàn tay số đều tăng hơn so với RON92: E10 tăng 4,45%, E15 tăng 2,65% và E20 tăng
2,03%.

Hình 10. Mức độ thay đổi công suất tại tay số III
Kết quả trên hình 10 cho thấy công suất của xe được cải thiện ở mọi tốc độ
khảo sát tại tay số 3 đối với cả ba loại xăng sinh học khi so sánh với RON92. Trong đó
mức độ cải thiện lớn nhất đối với xăng sinh học E10 và E20 lần lượt là 7.03% và
7.88% tại tốc độ 20 km/h. Mức độ cải thiện lớn nhất của xăng sinh học E15 là 4.84%
tại tốc độ 30 km/h.
4.1.2. Suất tiêu thụ nhiên liệu
Kết quả đo suất tiêu thụ nhiên liệu của xe tại tay số III được thể hiện như bảng

ge
(g/kW.h)

Thay đổi
(%)
ge
(g/kW.h)

Thay đổi (%)

20 467.65 425.76
-8.96
443.92
-5.07
441.98
-5.49
25 439.82 412.60
-6.19
418.75
-4.79
422.40
-3.96
30 436.03 402.29
-7.74
427.99
-1.84
425.40
-2.44
35 450.70 426.20
-5.44

475
15 20 25 30 35 40 45
Tiêu thụ nhiên liệu ge (g/kW.h)
Tốc độ n (km/h)
RON92 E10
E15 E20
ĐT.06.11/NLSH

19

Hình 12. Mức độ thay đổi suất tiêu thụ nhiên tại tay số III
4.2. Kết quả đo công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu ở tay số IV
4.2.1. Công suất
Kết quả đo công suất của xe tại tay số IV được thể hiện như bảng 6.
Bảng 6: Kết quả đo công suất tại tay số IV
n (km/h)
RON92 E10 E15 E20
Ne (kW) Ne (kW)

Thay đ
ổi
(%)
Ne (kW)
Thay đ
ổi
(%)
Ne (kW)

Thay đ
ổi


Hình 13. Đồ thị công suất tại tay số IV
Tại tay số IV, công suất xe khi sử dụng các xăng sinh học đều cao hơn khi sử dụng
RON92 (hình 13). Tuy nhiên mức độ cải thiện công suất khi sử dụng xăng sinh học ở
thay số IV đã giảm hơn tay số III.

Hình 14. Mức độ thay đổi công suất tại tay số IV
1
1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
2.8
3.1
3.4
25 35 45 55 65 75
Công suất Ne (Kw)
Tốc độ n (km/h)
RON92 E10
E15 E20
-1.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00

ge
(g/kW.h)

Thay đổi
(%)
ge
(g/kW.h)

Thay đổi
(%)
30 486.82 433.96 -10.86 435.48 -10.55 459.68 -5.57
40 448.1 421.18 -6.01 428.28 -4.42 457.26 2.04
50 455.71 435.16 -4.51 454.98 -0.16 454.99 -0.16
60 448.44 453.42 1.11 458.05 2.14 456.24 1.74
70 485.96 465.71 -4.17 467.32 -3.84 484.73 -0.25
Trung bình 465.01 441.89 -4.97 448.82 -3.48 462.58 -0.52

ĐT.06.11/NLSH

22

Hình 15. Đồ thị suât tiêu thụ nhiên liệu tại tay số IV
Tương tự như tại tay số III, hình 15 cho thấy trung bình trên toàn tay số cả ba loại
xăng sinh học đều có suất tiêu thụ nhiên liệu nhỏ hơn so với xăng RON92. Trong đó
xăng sinh học E10 có suất tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất.

Hình 16. Mức độ thay đổi suât tiêu thụ nhiên liệu tại tay số IV
410
420
430


23
Trên toàn tay số suất tiêu thụ nhiên liệu khi sử dụng xăng sinh học E10, E15 và E20
được cải thiện đáng kể so với xăng RON92 với E10 giảm 4,97%, E15 giảm 3,48%,
E20 giảm 0,52%.
Kết quả này cho ta thấy xăng sinh học cháy tốt hơn xăng RON92. Sở dĩ như vậy là vì
ngoài lượng ôxy lấy từ ngoài môi trường vào trong buồng cháy thì ngay bản thân trong
cồn cũng chứa Ôxy nên đã cung cấp thêm lượng Ôxy cho quá trình cháy. Bên cạnh đó,
xăng sinh học cao có tính bay hơi tốt hơn xăng thông thường do cồn có khả năng bay
hơi tốt, ở nhiệt độ 78
0
C cồn bay hơi hết còn đối với xăng nhiệt độ bay hơi hết lớn hơn
190
0
C đây cũng là yếu tố giúp cho quá trình cháy của xăng sinh học tốt hơn RON92.
Ngoải ra khi ta pha cồn vào xăng thì hỗn hợp xăng sinh học thu được có trị số ốctan
cao hơn xăng thông thường do đó khả năng chống kích nổ của xăng sinh học tốt hơn,
như vậy mặc dù nhiệt độ của quá trình cháy có cao hơn nhưng khả năng xảy ra hiện
tượng kích nổ là thấp hơn. ĐT.06.11/NLSH

24
5. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng xăng sinh học E10,
E15 và E20 đến khả năng khởi động và tăng tốc của động cơ xe máy
5.1. Chế độ khởi động
Ứng với mỗi loại nhiên liệu tiến hành các thử nghiệm khởi động xe ở hai chế độ
khởi động lạnh (nhiệt độ nắp máy 20
0