Hà Nội, tháng 9 năm 2011
ĐT.06.11/NLSH
-1-

Mục Lục
Lời nói đầu 3
1. Tổng quan về nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1. Các ưu nhược điểm của nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1.1. Ưu điểm nhiên liệu cồn sinh học 4
1.1.2. Nhược điểm nhiên liệu cồn sinh học 4
1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng Etanol 5
1.2.1. Chỉ tiêu chất lượng của etanol dùng để pha vào xăng 5
1.2.2. Chỉ tiêu chất lượng của xăng etanol 5
2. Trang thiết bị thử nghiệm 11
2.1. Băng thử Chassis Dynamometer 48” 11
2.1.1. Thông tin chung 11
2.1.2. Cơ sở lý thuyết các phép đo chính 12
2.2. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 16
3. Đối tượng thử nghiệm 17
3.1. Nhiên liệu thử nghiệm 17
3.2. Phương tiện thử nghiệm và cách thức tiến hành 18
4. Kết quả thử nghiệm đo công suất,tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ ổn định 20
4.1. Kết quả thử nghiệm xe Lanos 20
4.1.1. Kết quả thử nghiệm công suất xe Lanos 20
4.1.2. Kết quả thử nghiệm nhiên liệu xe Lanos 24

trong nước đạt gần 20 triệu tấn/năm.
Thấy rõ tầm quan trọng của việc nghiên cứu thay thế nguồn nguyên liệu gốc khoáng,
từ những năm 1990, các nhà khoa học trong nước đã tiến hành nghiên cứu sử dụng các
nguồn nhiên liệu sạch khác nhau như khí ga, ethanol và este dầu thực vật thay thế
nhiên liệu gốc khoáng. Xu hướng nghiên cứu này ngày càng phát triển cho đến nay.
Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về ảnh hưởng của xăng pha ethanolđến
đặc tính kỹ thuật của động cơ. Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng
xăng sinh học tới đặc tính kỹ thuật động cơ ô tô là nhu cầu bức thiết. Chính vì vậy,
Chuyên đề “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 ô tô” được thực hiện để đáp ứng một phần các yêu cầu thực tiễn trên.
ĐT.06.11/NLSH
- 4 -
Chuyên đề 10: 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 ô tô
1. Tổng quan về nhiên liệu cồn sinh học
1.1. Các ưu nhược điểm của nhiên liệu cồn sinh học
1.1.1. Ưu điểm nhiên liệu cồn sinh học
Etanol cũng như các nhiên liệu cồn sinh học khác được đánh giá là sạch hơn nhiều so
với xăng có nguồn gốc dầu mỏ vì chúng có nguồn gốc từ thực vật hoặc các phế phẩm
nông nghiệp nên nó là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo theo chu trình các bon kín. Do
vậy trong quá trình sử dụng nhiên liệu này không làm tăng hiệu ứng nhà kính. Khí thải
của nhiên liệu cồn sinh học cũng bớt độc hại hơn nguồn nhiên liệu truyền thống.
Bản thân Etanol có trị số ốctan cao hơn do vậy khi pha etanol vào xăng nó sẽ làm tăng
chỉ số ốctan của hỗn hợp do vậy sẽ bớt được lượng phụ gia pha vào xăng nhằm mục
đích tăng chỉ số octan. Đặc biệt khi dùng xăng Etanol với tỷ lệ nhỏ thì không cần thay
đổi kết cấu của động cơ.
1.1.2. Nhược điểm nhiên liệu cồn sinh học
Việc sản xuất cồn sinh học từ các nguồn tinh bột hoặc các cây thực phẩm được cho là

4 Hàm lượng các chất biến tính, % thể tích 1,96 – 4,76
5 Hàm lượng nước <1
6 Độ axit (axit axetic), % Khối lượng <0,007
7 Hàm lượng các clorit vô cơ, ppm <40
ĐT.06.11/NLSH
- 6 -
8 Hàm lượng đồng mg/kg <0,1
9 Độ PH 6,5 – 9
10 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm <30
Về mặt nhiệt trị thì nhiệt trị của etanol bằng khoảng 2/3 của xăng thông thường tuy
nhiên khi chúng ta sử dụng xăng pha cồn có tỷ lệ thấp <15% thì công suất, suất tiêu
hao nhiên liệu gần như không thay đổi. Điều này được giải thích bởi vì khi pha vào
hỗn hợp cồn làm cho quá trình cháy triệt để hơn điều này được thể hiện thông qua hàm
lượng phát thải CO và HC được giảm đi đáng kể (CO giảm từ 25-35%, HC giảm từ 15
– 40%).
Về nguyên tắc etanol khan 99,5% hoàn toàn có thể sử dụng làm nhiên liệu cho ôtô, xe
máy. Tuy nhiên do đặc tính phân cực của cồn nên có thể gây ra ăn mòn kim loại, làm
hỏng các chi tiết cao su, nhựa có trong động cơ. Ở các nước tiên tiến trên thế giới như
Brazin, Mỹ…để sử dụng nhiên liệu có độ cồn cao, như nhiên liệu E 85 (hỗn hợp pha
85% Etanol và 15% xăng từ dầu mỏ) thì động cơ phải được sản xuất riêng như mẫu xe
Saab 9-5 hoặc Ford Focus ở Châu Âu.
Dựa trên các tiêu chuẩn của các nước trên thế giới chính phủ Việt Nam đã ban hành
tiêu chuẩn riêng cho nhiên liệu xăng pha etanol (Bảng 1.2): [1]
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn TCVN về Etanol pha với xăng (TCVN 7716:2007)
STT

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
1
Hàm lượng Etanol, % thể tích, không nhỏ
hơn

Tại Hoa kỳ, từ năm 2005 đã đưa vào sử dụng nhiên liệu E85 với số lượng lớn và động
cơ chế tạo riêng cho loại nhiên liệu này. Tính chất của các loại nhiên liệu được thể
hiện trong Bảng 1.3: [1]
Bảng 1.3. So sánh các tính chất của các nhiên liệu khác nhau
STT

Đặc tính MEtanol Etanol Xăng RON 87 Xăng E85
1 Công thức hóa
học
CH
3
OH C
2
H
5
OH

C
4
đến C
12

nhánh
*
2 Thành phần phân
tử (% TL)
38C, 12H,
50 O
52C,
13H, 35


7 – 36

3 – 19

1 – 8

*
ĐT.06.11/NLSH
- 8 -
không khí (%)
-Nhiệt độ (°F)

800

850

495

*
10 Tỷ trọng 0,796 0,794 0,72 – 0,78 0,78
11 Khởi động nguội Kém Kém Tốt Tốt
12 Công suất xe cộ 4% công
suất cần
tăng lên
5% công
suất cần
tăng lên
Tiêu chuẩn 3 – 5% công
suất cần tăng

Psi 38 – 59
5,5 – 8,5 48 – 65
7,0 – 9,5 66 – 83
9,5 – 12
ASTM
D4815
D5190
D5191
5 Phốt pho (max, mg/l) 0,3 0,3 0,4 ASTM
D3231
ĐT.06.11/NLSH
- 9 -
6 Sunfua (max, mg/l) 210 260 300 ASTM
D3120
D1266
7 Metanol (max, %TT) - 0,5 N/A
8 Các rượu béo cao, C
3
– C
8
(max, % TT)

1 Hàm lượng chì, g/l 0,013 TCVN 7143 (ASTM D 3237)
2 Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg
500
TCVN 6701 (ASTM D 2622)
hoặc TCVN 7760 (ASTM D
ĐT.06.11/NLSH
- 10 -
5453)
3 Hàm lượng benzen, % thể
tích
2,5
TCVN 3166 (ASTM D 5580)
4 Hàm lượng hydrocacbon
thơm, % thể tích
40
TCVN 7330 (ASTM D 1319)
5 Hàm lượng olefin, % thể tích

38 TCVN 7330 (ASTM D 1319)
6 Hàm lượng ôxy, % khối
lượng
2,7
TCVN 7332 (ASTM D 4815)
7 Hàm lượng etanol, % thể
tích
5
TCVN 7332 (ASTM D 4815)
8 Hàm lượng kim loại (Fe,
Mn), mg/l

kế này cho phép thu nhỏ kích thước của băng thử và cách bố trí các thiết bị liên quan
từ trên xuống một cách dễ dàng đồng thời nó cũng thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng
sau này.
Để tránh hiện tượng trễ do ma sát sinh ra ở ổ trục thì ổ trục này được quay với tốc độ
chậm thông qua một động cơ điện xoay chiều. Hai ổ trục được điều khiển quay cùng
chiều nhau để loại trừ sự tổn thất do ma sát. Việc lắp các ổ trục này không gây tổn thất
cho băng thử Chassis Dynamometer 48”.

Hình 2.1 Phòng thử ô tô của PTN Động cơ đốt trong - ĐHBK Hà Nội
ĐT.06.11/NLSH
- 12 -
Băng thử Chassis Dynamometer 48” được có thể mô phỏng khối lượng của xe trong
phạm vi từ 454 kg tới 5448 kg. Quán tính cơ sở của các con lăn là 1678 kg.
Các thông số cơ bản của băng thử [2]:
- Tốc độ lớn nhất: 200 km/h.
- Phạm vi mô phỏng quán tính: 454 kg  5448 kg
- Dung sai tốc độ đo: 0…2 km/h <0,1 % ; 2…200 km/h <0,01%
- Dung sai của giá trị lực kéo đo: 0,1% giá trị lớn nhất của dải đo.
- Độ chính xác của phép đo khoảng cách: 1m
- Độ chính xác của phép đo thời gian: 10 ms
- Nhiệt độ môi trường trong buồng thử: 5 40
0
C
- Độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí trong buồng thử <75 %
Băng thử Chassis Dynamometer 48” có các chức năng chính sau đây:
- Xác định tốc độ của xe
- Xác định lực tại bề mặt con lăn
- Xác định gia tốc và công suất của xe
- Kiểm tra đồng hồ tốc độ và đồng hồ đo quãng đường xe chạy
Ngoài các chức năng trên, băng thử Chassis Dynamometer 48” cùng với hệ thống lấy

5V
t
ĐT.06.11/NLSH
- 14 -

x
*
t
y
n 
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
b. Phép đo lực
Đo lực trên bề mặt con lăn dựa trên nguyên lý phanh điện xoay chiều.
Hình 2.4. Nguyên lý đo lực
1. Con lăn 2. Gối trục 3. Động cơ điện 4. Bộ cân tải
Một động cơ điện xoay chiều được đặt trên hai gối trục sao cho stator luôn tự do, do
vậy stator có thể quay tương đối so với rotor.
Khi con lăn quay quanh trục kéo theo trục rotor quay theo. Nhờ tác dụng tương hỗ của
từ trường giữa rotor và stator sẽ làm stator của động cơ điện quay theo. Khi stator dịch
chuyển thông qua cụm cân tải (loadcell) sẽ xác định được giá trị lực kéo.
Lực F
W
được đo nhờ bộ cân tải dựa trên nguyên tắc đo lực nhờ hiện tượng áp điện. Từ
lực tại bộ cân tải F
W
có thể tính ra lực tại bề mặt con lăn F
Kéo

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 =
t
v


(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.
ĐT.06.11/NLSH
- 16 -
2.2. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
Hình 1.6 thể hiện sơ đồ nguyên lý làm việc của cân nhiên liệu (Fuel balance 733S) sử
dụng trong hệ thống thiết bị thử nghiệm. Thiết bị này thực hiện theo nguyên lý đo kiểu
khối lượng, có vai trò quan trong quyết định đến độ chính xác lượng nhiên liệu tiêu thụ
của đông cơ.

Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cân nhiên liệu 733S
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

C)
Nhiệt độ sôi đầu
Nhiệt độ sôi cuối

60
149

80
3 Tỷ trọng ở 20
0
C 0,7291 0,7917
4 Áp suất hơi bão hòa (psi) 7,963
5 Nồng độ cồn (%) 99,5 ĐT.06.11/NLSH
- 18 -
3.2. Phương tiện thử nghiệm và cách thức tiến hành
Ô tô thử nghiệm gồm hai xe:
- Xe thử Daewoo Lanos 2001, số kilomet đi được trước khí vào thử nghiệm 97263
(km), xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử. Các thông số kỹ thuật của xe
được đưa ra trong Bảng 3.2:
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos [4]
Thông số kỹ thuật Kích thước - trọng lượng
Loại động cơ 1.5 SOHC Dài x Rộng x Caoz(mm) 4,237 x 1,678 x 1,432
Kiểu xe
4 xy lanh thẳng
hàng
Chiều dài cơ sở(mm) 2.520
Dung tích xy

- Xe Toyota Corolla 1990, số kilomet đi được 230134 (km), hệ thống nhiên liệu sử
dụng bộ chế hòa khí, các thông số kỹ thuật của xe được thể hiện trong Bảng 3.3:
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla 1990 [5]
Loại nhiên liệu Xăng Trọng lượng - Đo lường
Kiểu động cơ Chế hòa khí Dài x Rộng x Cao (mm) 4250x1655x1450
Xi lanh 4 xylanh Khoảng sáng gầm xe 150mm
Dung tích 1,6L (1587cc)

Trọng lượng 1185kg
Công suất kéo 1000 kg Bore & Stroke 81x77mm
Tỷ số nén 9,5+/-0,2 Tiêu thụ nhiên liệu 10(l)/100km
Momen Max 140Nm Tiêu thụ nhiên liệu 7l/100km
Max, Power: 76kW Công suất/ khối lượng 15,92:1 kW/kg

Hình ảnh thử nghiệm xe được đưa ra trong Hình 3.2: Hình 3.2. Hình ảnh thử nghiệm xe Toyota Corolla 1990

Xe thí nghiệm
ĐT.06.11/NLSH
- 20 - 4. Kết quả thử nghiệm đo công suất,tiêu hao nhiên liệu ở các chế độ ổn định
4.1. Kết quả thử nghiệm xe Lanos
4.1.1. Kết quả thử nghiệm công suất xe Lanos
Sau khi qua các bước kiểm tra điều chỉnh và khởi động ta tiên hành đo công suất và
lượng tiêu thụ nhiên liệu động cơ bằng cách khởi động chương trình điều khiển băng
thử. Người lái thực hiện giữ nguyên 100% tay ga, người điều khiển thay đổi tốc độ

E15
E20

Hình 4.1. Đồ thị công suất tại tay số 4
ĐT.06.11/NLSH
- 21 -
Đối với một loại nhiên liệu, trong khoảng vận tốc từ 45 (km/h) đến 75 (km/h)
khi vận tốc tăng thì công suất tăng theo. Xét ở cùng một tốc độ xe chạy với nhiên liệu
E10 cho công suất cao nhất, tiếp đến với nhiên liệu xăng RON 92, thấp nhất là E20.
Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm công suất tại tay số 5
Tốc độ
km/h
Công suất tay số 5 (kw)
RON 92 E10 E15 E20
60
13,804 13,996 13,692 13,446
65
15,09 15,348 15,027 14,707
70
16,115 16,437 15,986 15,679
80
18,42 18,561 18,351 17,892
90
21,209 21,382 21,012 20,224

13
14.5
16
17.5
19

khăn cho việc xé nhỏ và hòa trộn nhiên liệu, do đó ảnh hưởng xấu đến chất lượng và
quá trình hình thành và cháy hòa khí, độ nhớt tăng tăng sức cản lưu động trong hệ
thống nhiên liệu. Bảng 4.3 dưới đây thể hiện sự thay đổi công suất của xe khi chạy với
các nhiên liệu E10, E15, E20 so với chạy xăng:
Bảng 4.3. Thay đổi công suất so với xăng RON92
Vận tốc (km/h)
Tay số 4
E10 (%) E15 (%) E20 (%)
45
0,84 -1,62 -8,57
50
1,61 -1,35 -4,33
55
2,40 -1,20 -3,48
65
1,85 -1,32 -2,17
75
1.02 -3.53 -4.23

Hình 4.3. Đồ thị độ tăng công suất tay số 4 so với RON 92
Tại tay số 4,E10, E15, E20 độ tăng công suất so với công suất RON 92 có xu hướng
giảm dần theo tốc độ xe nhưng độ giảm là không đáng kể.
ĐT.06.11/NLSH
- 23 -
Bảng 4.4. Thay đổi công suất so với xăng RON92 tại tay số 5
Vận tốc (km/h)
Tay số 5

Kết quả thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu tại tay số 4 được thể hiện trong Bảng 4.5:
Bảng 4.5. Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số 4
Tốc độ
(km)
Tay số 4 (kg/h)
RON 92 E10 E15 E20
45
4,413 4,493 4,556 4,699
50
4,945 5,046 4,959 5,205
55
5,387 5,495 5,467 5,63
65
6,431 6,497 6,493 6,647
75
7,657 7,767 7,649 7,833
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
45 50 55 60 65 70 75
Tiêu hao nhiên liệu (kg/h)
Vận tốc (km/h)
RON92
E10