ĐỀ CƢƠNG BÀI GIẢNG
HỆ CAO1 ĐẲNG NGHỀ
MÔN: NHIÊN LIỆU VÀ NĂNG LƢỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ
(Thời gian: 30 tiết)
-

-

Phân bổ thời gian:
Lên lớp:

30 tiết

T h c:

60 tiết

Hình thức thi:
Giữa kỳ - T luận (60p)
Cuối kỳ - T luận (60p)

1


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

CHƢƠNG 1 :TỔNG QUAN
Số tiết: 2 (Lý thuyết 2 tiết, bài tập 0 tiết)
A. MỤC TIÊU:
 Trình bày các nguồn năng lượng truyền thống và ưu nhược điểm của nó.
 Trình bày được các loại năng lượng mới đang sử dụng hiện nay trên ô tô.

+ Giá thành động cơ thấp.
+ giá nhiên liệu thấp.
+ Mạng lưới phân phối rộng khắp.
 Dễ bảo trì sửa chữa và có giá thành bảo trì sửa chữa thấp vì nó quá thông dụng.
 Do những lợi điển trên mà động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu lỏng truyền
thống vẫn là nguồn động l c chính cho ôtô.
1.1.3. Những hạn chế của năng lƣợng truyền thống
 Quá trình cháy không hoàn toàn, tạo ra các sản phẩm cháy : CO, CO2, HC, NOx,
SOx, PM, … gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng t nhiên.
 Nhiên liệu sử dụng không tái tạo được,
 Nguồn nhiên liệu ngày càng cạn dần.
 Bị lệ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu lỏng.
- Ở mức độ quốc gia, đối với các quốc gia không sản xuất năng lượng, thì phương
tiện vận chuyển hoàn toàn phụ thuộc vào s độc quyền nhiên liệu, bị ảnh hưởng bởi giá
nhiên liệu và s đảm bảo lượng năng lượng d trữ trên thị trường quốc tế.
- Ở mức độ toàn cầu, trong khoảng thời gian dài sau này, nguồn nhiên liệu để
chạy động cơ nhiệt sẽ bị hạn chế. S cạn kiệt không thể tránh của nguồn tài nguyên này
do việc tìm kiếm và khai thác các mỏ dầu, mỏ khí mới ngày càng khó khăn.
 Ô nhiễm môi trường. (CO, CO2, Nox, HC)

3

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Bảng 1.1 Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển( sau 50 năm)

1.2 Các nguồn năng lƣợng mới.
1.2.1. Xu hƣớng sử dụng nguồn năng lƣợng mới.

tưởng.
- Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất.

Hình 1.2.Tuốc bin gió tại bờ biển Đan
Mạch
Hình 1.1. Tuốc bin gió tại Tây Ban Nha
- Năng lượng mặt trời là năng lượng thu nhận từ ánh sáng mặt trời.
+ Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị để thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời.
Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cả các tấm năng lượng mặt trời để nung nước
nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện (cung cấp điện năng).

5

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

Hình 1.3. Một phòng giặt ở California sử dụng năng lượng mặt trời
+ Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn
chứa lượng lớn các diod p-n, duới s hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra
dòng điện sử dụng được. S chuyển đổi này g i là hiệu ứng quang điện.

Hình 1.4. Một tế bào quang điện
Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng
chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. Hiện nay một số nơi trên thế giới đã
triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều, một ví dụ điển hình là
hệ thống Limpet. Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý như sau:
+ Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp.
6

 Trình bày được quy trình sản xuất nhiên liệu Ethanol
B. NỘI DUNG:
2.1. Giới thiệu nhiên liệu cồn và lịch sử phát triển
2.1.1 Giới thiệu nhiên liệu cồn
Cồn là một loại nhiên liệu lỏng, có trị số octan cao. Hiện nay, có 2 loại cồn có thể
sử dụng được cho động cơ đốt trong đó là cồn Methanol và cồn Ethanol.
 Cồn Methanol có nguồn gốc từ than đá hoặc khí thiên nhiên chỉ số octan là 106
thích hợp trên động cơ sử dụng chế hòa khí.
 Cồn Ethanol được sản xuất từ gốc th c vật là một loại nhiên liệu có thể phục hồi
trị số ốctan là 106. Ethanol dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong hoặc là hỗn hợp
xăng pha cồn.

8

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô

Hình 2.1 Quy trình sản xuất và sử dụng nhiên liệu cồn
- Giới thiệu nhiên liệu tái sinh
Ethanol là một loại nhiên liệu được sản xuất chủ yếu từ cây mía, cây bắp, cây củ
cải đường, rác thải nông nghiệp,…Sản phẩm chính của Ethanol sau khi bị đốt cháy bao
gồm H2O và CO2. Khí CO2 được cây cối hấp thụ trong quá trình quang hợp để phát
triển. Các loại cây mía, bắp, củ cải đường,… được con người trồng tiếp tục lại được sử
dụng để sản xuất nhiên liệu ethanol. Và vòng tuần hoàn này được tiếp tục như thế, cho
nên, người ta g i ethanol là một loại nhiên liệu tái sinh.

Dầu mỏ


2.2.1.1. Nguồn gốc, tính chất của Methanol
 Nguồn gốc
Methanol được sản xuất chủ yếu từ khí t nhiên hoặc than đá. Methanol ở dạng
chất lỏng có thể được sử dụng cho động cơ đốt trong hoặc tế bào nhiên liệu.
 Tính chất
Công thức hóa h c:

CH3OH.
10

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Công thức cấu tạo:

H
H

C OH
H

 Cấu trúc không gian của Methanol:

 Các thông số của Methanol:
- Nhiệt độ sôi :

337,5140K

64,5140C.

hơi cao (280kcal/kg tại 250C) so với xăng (78kcal/kg). Vì vậy vấn đề cung cấp đủ nhiệt
để bay hơi Methanol là một vấn đề cần được giải quyết khi sử dụng trên động cơ.


Áp suất hơi bão hoà: bản chất phân c c mạnh của Methanol làm cho áp

suất hơi bão hoà thấp và nhiệt độ sôi cao khi so sánh với các chất không phân c c trên
cùng một phân tử gam Iso-octan có tr ng lượng phân tử lớn hơn 3,57 lần tr ng lượng
11

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
phân tử của Methanol nên nhiệt độ sôi cao hơn 34,80C và áp suất hơi bão hoà thấp hơn
21,5 kPa. Áp suất hơi bão hoà của methanol là 37 kPa còn của Iso-octan là 15,5 kPa.


Áp súât hơi bảo hoà của Methanol thấp nên gây khó khăn khi khởi động động cơ

lạnh và không thể khởi động khi nhiệt độ môi trường

-Ethanol được sản suất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa
tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường,
củ sắn…Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ có chứa cellulose.

12

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
-Ngày nay, các công nghệ mới có thể sản suất Ethanol từ giấy phế thải, mùn cưa hoặc
một số nguyên liệu có giá trị thấp khác như vỏ, cành cây xanh, phế thải nông
nghiệp… Ethanol ở dạng chất lỏng có thể được sử dụng cho động cơ đốt trong.


Tính chất
Công thức hóa h c :

C2H5OH.

Công thức cấu tạo:

H

H

H

C


- Nhiệt độ tới hạn:

5140K

2410C.

- Áp suất tới hạn:

6.300 kPa.
13

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
 Nhiệt ẩn hóa hơi: nhóm OH làm cho nó phân c c mạnh nên nhiệt ẩn hoá hơi cao.
Nhiệt ẩn hoá hơi của Ethanol (201 kcal/kg) lớn gấp 2.58 lần xăng (78 kcal/kg). Do
đó khả năng bay hơi của Ethanol kém hơn xăng làm ảnh hưởng rất lớn đến tính
năng khởi động của động cơ. Vì vậy, để đảm bảo bay hơi tốt cần hâm nóng đường
ống nạp.
 Áp suất hơi bão hòa: Áp suất hơi bão hoà của Ethanol thấp hơn xăng. Ethanol là
2,3psi còn xăng (87) là 8 đến 15psi. Áp suất hơi bão hoà của Ethanol thấp nên gây
khó khăn khi khởi động động cơ lạnh.
 Khả năng hoà tan: Bản chất phân c c của ethanol làm nó hoà tan không hạn chế
trong nước, khi tăng tỷ lệ nước thì nhiệt trị giảm.
 Khả năng chống kích nổ: Ethanol có trị số octan từ 98 đến 111. Trị số octan của
Ethanol cao hơn xăng. Nên có thể dùng cho động cơ có tỷ số nén cao, hoặc khi
pha Ethanol vào xăng sẽ tăng trị số octan của hỗn hợp nhiên liệu.
 Tỷ tr ng: của ethanol ở 200C là 0,789 g/ml

hơi

15

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Bảng 2.1 Đặc tính của nhiên liệu cồn và xăng đặc
Đặc tính nhiên liệu Ethanol và nhiên liệu E85
Đặc tính

Nội dung

Mật độ hơi

Hơi nhiên liệu Ethanol giống hơi nhiên liệu Xăng, nó
nặng hơn không khí và có khuynh hướng lắng xuống
phía dưới. Hỗn hợp Xăng/Ethanol bao gồm E85 được
coi giống như hỗn hợp xăng.

Tính tan trong

Ethanol là chất hút ẩm mạnh. Vì thế, nước phải được

nước

cách li với nhiên liệu Ethanol tại những nơi như: thùng
chứa, và thiết bị phân phối, vận chuyển.
E85 có thể hòa tan một lượng nhỏ nước

trong hệ thống

Tỉ lệ A/F

Do Ethanol có chứa oxi nên tỉ lê A/F của E85 nhỏ hơn
so với Xăng. FFVs được thiết kế để nhận ra nhiên liệu
Ethanol và điều chỉnh chính xác tỉ lệ A/F
16

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Tính độc hại

Một lượng nhỏ Ethanol nguyên chất không gây độc hại
và không gây ung thư. Tuy nhiên, nhiên liệu Ethanol và
hỗn hợp Ethanol/Xăng phải được kiểm tra về độc tố và
chất gây ung thư của nó, do có thêm vào một lượng HC
và xăng vào Ethanol nguyên chất.

Đặc tính nhiên liệu Ethanol, xăng và E85
Đặc tính

Ethanol

Xăng

E85
C4


85-88 C, 12-

57 C, 13 H,

chính

35 O

15 H

30 O

Octan

98-100

86-94

95-97

76,300

116,900

1.5

1

1.3-1.4

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


cháy

Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
của

nhiên

liệu

trong

không
850

495

*

0.794

0.72-0.78

0.78

Kém

Tốt

gasoline, dùng trên động cơ diesel.
E95 cũng không thể sử dụng trên động cơ xăng, bởi vì E95 với lượng gasoline ít
nên có điểm chớp lửa thấp hơn xăng và có tính chất gần giống với dầu diesel hơn. Vì
vậy, khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn ta cần lưu ý đến nồng độ của cồn và xăng
trong hỗn hợp sao cho hợp lý ứng với từng l ai động cơ xăng hay diesel.
Động cơ sử dụng hỗn hợp xăng pha cồn có đặc điểm là tăng công suất. Đơn giản,
nếu sử dụng nhiên liệu là hỗn hợp xăng pha cồn thì động cơ có tỉ số nén cao hơn, cháy
tốt hơn vì trong cồn có chứa ôxy. Tỉ số nén cao hơn sẽ làm cho động cơ có công suất
cao hơn. Theo thống kê, nếu tăng 10% tỉ số nén có thể tăng 15% công suất.
2.4. Quy trình sản xuất nhiên liệu Ethanol
 Giai đoạn 1: chuẩn bị nguồn nguyên liệu.
18

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
Nguồn nhiên liệu có thể được l a ch n có nguồn gốc th c vật như mía đường,
bắp, lúa,ngũ cốc….Nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau nhưng phải có một số
đặc tính giống nhau như:
 Mía đường hay lúa phải được nghiền nát.
 Tinh bột và cenlulo (chất xơ) phải được nghiền nát, vì vậy chúng mới có thể
thấm nước và bước cuối cùng tách từng phần tử riêng biệt của tinh bột.
Nấu nguyên liệu:
Tinh bột được chuyển đổi thành đường dưới hai dạng là hoá lỏng và hoá đường
do được thêm nước, enzin và nhiệt. L a ch n enzin thích hợp sẽ xác định s giám
sát tình trạng nấu được cài đặt (như thông tin về nhiệt độ, áp xuất và độ PH).
o S hoá lỏng và tách tinh bột và đường ở dạng phức phải đạt các yêu cầu sau:
 Hoà trộn nguyên liệu với nước.
 Điều chỉnh độ pH của hỗn hợp ở mức thích hợp cho enzin sẽ được dùng.

 Bây giờ bột nhão đã sẵn sàng dùng cho chưng cất, tách b t từ thể bột nhão, tại
giai đoạn này sẽ giúp ngăn ngừa s tắt nghẽn trong quá trình chưng cất.
 Giai đoạn 3: chƣng cất.
S chưng cất nhằm tách Ethanol từ dạng b t mà hầu hết là nước và cồn. Ethanol
sôi tại 1720F trong khi đó nước sôi ở 2120F, bằng cách làm nóng b t này tới 1720F,
ethanol sẽ hoá hơi và cô đặc tới 90% (192 proof) Ethanol và điều này có được nhờ thêm

Gỗ xanh

Acid hoặc enzymes
Thủy phân
hóa h c

Cấp liệu
Mạt gỗ, phoi
nghiền.
Lưu trữ
ethanol
vào các bước khử nước.

Thêm nước
Quá trình
chưng cất

Trung hòa và
tinh chế đường
Đường

Mật đường


Từ những điều đã nêu trên, ta thấy rằng việc sản xuất ra nhiên liệu cồn cũng không
đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp lắm. Vì thế cồn có thể chế tạo trong nước. Với lợi thế
nước ta là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cây cối phát triển quanh năm, nền nông
nghiệp rất phát triển, nhưng hiện nay ta lại phung phí rất nhiều nguyên liệu mà đáng lẽ ra
phải được tận dụng để sản xuất ra nguồn nhiên liệu – cồn rất hữu dụng trong nhiều mặt,
kể cả về mục tiêu trước mắt lẫn về lâu dài chiến lược phát triển nền kinh tế đất nước.
Trong mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, phát triển ngành nông nghiệp và
công nghiệp chế biến lấy nguyên liệu từ nông nghiệp như công nghiệp chế biến cồn là
một vấn đề rất cần quan tâm.
Song song với việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất cồn thì vấn đề về sản
xuất hay cải tiến ôtô sử dụng nhiên liệu cồn cũng được đặt ra. Thông thường hiện nay,
21

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
người ta thường sử dụng nhiên liệu cồn ở dạng nguyên chất hoặc xăng pha cồn cho
những động cơ mà nguyên thủy là sử dụng xăng hoặc diesel. Do đó, ô tô sử dụng nhiên
liệu cồn có thể dùng xăng pha cồn hay có thể kết hợp dùng xăng hay diesel với cồn song
song trên cùng một động cơ.
Cồn là hydrocacbon thuộc h alcolhol nên ngậm ôxy, cho nên cồn dễ cháy với tỉ lệ
hòa khí thấp hơn xăng hay diesel rất nhiều. Tỉ số A/F của cồn từ 4,5:1 đến 9,5:1 trong khi
của xăng là 14.7:1, diesel 14.4:1.
2.5.2. Nhƣợc điểm
Trong bản thân cồn có chứa một lượng tạp chất nhất định, trong đó có axít axêtic,
andehid,…Axit axêtic trong cồn làm ăn mòn da và ăn mòn vật liệu. Chất andehid có
trong cồn dễ làm cho người ta say khi hít phải. Vì thế sẽ rất nguy hiểm khi hít hay uống
cồn.
So với nhiên liệu xăng, thì động cơ sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốn nhiều hơn.

Để tăng tỷ số nén thì thể tích buồng đốt cần giảm một lượng Vc
Bằng cách tăng chiều cao đỉnh piston, so với điểm chết trên cũ của piston .
Vc = Vc1-Vc2
Vc1: thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén ban đầu.
Vc2 : thể tích buồng đốt ứng với tỉ số nén muốn tăng.
Để đảm bảo tính động l c của động cơ ít bị thay đổi có thể không tăng chiều dày piston
mà dịch tâm chốt về phía chân piston một đ an bằng h. Như vậy thể tích buồng đốt
giảm đi một lượng để có tỉ số nén cần tăng .
Về mặt kết cấu : khi ở điểm chết trên ,đỉnh piston sẽ cao hơn bề mặt thân máy .Còn khi
chưa tăng đỉnh piston thấp hơn bề mặt thân máy .Để l c ngang phân bố đều trên bề mặt
dẫn hướng của xylanh khi piston vận động thì vị trí tâm chốt thường cao hơn vị trí phần
tr ng tâm thân piston
Thường Hch = ( 0,6-0,7 )Ht
Với Hch : chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt ( mm)
Ht

: chiều cao từ đáy piston đến tr ng tâm thân piston ( mm)

Vì vậy khi thay đổi vị trí tâm chốt thì chiều cao từ đáy piston đến tâm chốt phải nằm
trong giới hạn qui định này. Phương án này có ưu điểm cải tạo đơn giản .Nhược điểm
23

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
do thay đổi kết cấu piston làm thay s phân bố l c ngang thay đổi và gây mài mòn tăng,
giảm tuổi th động cơ.
2.6.2.1.3 Thay đổi cụm piston – xylanh
Thay cụm piston – xylanh có đường kính lớn hơn cũng làm tăng tỉ số nén

Bất lợi là ta phải hiệu chỉnh lại động cơ để chạy cồn hoặc chạy song song hai loại
nhiên liệu.
Methanol được sử dụng với tỉ số nén rất cao khi có hoặc không có turbocharge,
không khí được làm mát sau khi được tăng áp. Khuynh hướng đánh lửa sớm hầu hết tại
mức hỗn hợp loãng.
Cồn có nhiệt hóa hơi cao hơn xăng nên cần hâm nóng đường ống nạp. Khi trời lạnh
động cơ khó khởi động, nên cần hâm nóng nhiên liệu bằng cách gắn bugi xông trên đường

24

Biên soạn: ThS. Hồ Tr ng Du


Đề cương bài giảng môn nhiên liệu và năng lượng mới trên ô tô
ống nạp, pha thêm 8 % pentane để dễ khởi động (nếu nhiệt độ < 00C). Có thể khởi động
bằng xăng sau đó mới chạy bằng cồn.
2.7.1.1. Hiệu suất sử dụng nhiên liệu cồn
Ở đây ta thấy áp suất hiệu dụng của động cơ khi sử dụng nhiên liệu cồn cao hơn là do nhiên
liệu được đưa vào nhiều hơn. [Do chuẩn bằng 1 tức là A/F = 14,7:1 mà  (xăng) = 0.88  0.95
= A/F =20% còn  (cồn) = 0,75  0.8 = 40%].
Giới hạn cho cồn và xăng tương t nhau và cả hai nhiên liệu phát ra hiệu suất nhiệt
cao nhất ở khoảng 15% không khí, với hỗn hợp lớn hơn 15% thì cả hai nhiên liệu đều

M
ã

mất hiệu suất nhiệt.

Công suất c c đại