PHẠM VĂN TRỌNG

/m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN
PhạmVĂN
Văn

Trọng

CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

HV. Nguyễn Văn Nhu

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT
CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG PHỤ
GIA NHIÊN LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

KHÓA – 2013B


Lời cam đoan ............................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt....................................................................... 6
Danh mục các bảng ..................................................................................................... 8
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 11
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 13
1.1 Động cơ đốt trong và vấn đề sử dụng nhiên liệu hóa thạch .......................13
1.1.1 Sự gia tăng nhanh về số lƣợng phƣơng tiện ............................................13
1.1.2 Sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch .......................................................15
1.1.3 Phát thải và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng..................................................16
1.2 Các biện pháp giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải .........................19
1.2.1 Tối ƣu hóa kết cấu ...................................................................................19
1.2.2 Giảm thành phần độc hại bằng xử lý khí thải..........................................20
1.2.3 Sử dụng nhiên liệu thay thế ....................................................................21
1.2.4 Sử dụng phụ gia nhiên liệu ......................................................................24
1.3 Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................24
CHƢƠNG 2: PHỤ GIA NHIÊN LIỆU..................................................................... 26
2.1 Mục đích của việc sử dụng phụ gia nhiên liệu ...........................................26
2.2 Các loại phụ gia nhiên liệu .........................................................................26
2.2.1 Phụ gia bảo quản .....................................................................................26
2.2.2 Phụ gia chống kích nổ .............................................................................27
2.2.3 Phụ gia cải thiện hiệu suất và phát thải của động cơ ...............................30
2.4 Phụ gia Maz- Nitro .....................................................................................33
2.4.1 Giới thiệu về phụ gia Maz- Nitro ............................................................33
2.4.2 Kết quả nghiên cứu ở một số nƣớc về hiệu quả của phụ gia Maz-Nitro .35
2.5 Kết luận chƣơng 2 ......................................................................................43
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHỤ GIA
MAZ- NITRO ........................................................................................................... 44
3


Phạm Văn Trọng

5


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Tên đầy đủ (nghĩa tiếng việt)

Stt

Tên viết tắt/Ký hiệu

1

OICA

Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô thế giới

2

GDP

Gross Domestic Product

3

EIA

Cơ quan thông tin về năng lƣợng


9

NO

Nitơ oxit

10

N2 O

Đinitơ oxít

11

Sox

Các hợp chất lƣu huỳnh oxit

12

SO2

Lƣu huỳnh đioxit

13

Pb

Chì


EFI

Electronic fuel injection

20

ECM

Engine Control Module

21

ECU

Engine control unit

22

TBA

Tertiary-butyl alcohol

23

MTBE

24

A/F



28

RON98

Reseach Octane Number 98

29

RON92

Reseach Octane Number 92

30

TP

31

Rpm

Revolutions per minute (Vòng trên phút)

32

Nm

Newton metre

33


ECE1505

39

ECE15

Chu trình thử xe con và xe tải trong thành phố

40

EUDC

Chu trình thử xe con và xe tải trên xa lộ

41

TK

Tiết kiệm nhiên liệu

42

Ppm

Parts per million

43

NL


Danh mục các bảng
Stt

Tên bảng

Trang

1

Bảng 2.1. Tính chất vật lý của các phụ gia oxygen

28

2

Bảng 3.1. Thông số của Chu trình ECE- EUDC

57

3

Bảng 3.2. So sánh mức phát thải khi chạy phụ gia và không phụ

67

gia của ô tô Toyota Land Cruiser 4500 theo chu trình thử châu Âu
4

Bảng 3.3. So sánh mức phát thải khi chạy phụ gia và không phụ


Stt

Trang

1

Hình 1.1. Động cơ diesel

13

2

Hình 1.2. Động cơ xăng

13

3

Hình 1.3. Xe ô tô lƣu thông trên đƣờng phố

13

4

Hình 1.4. Minh họa về số lƣợng ô tô trên thế giới

14

5

10 Hình 1.10. Ô nhiễm không khí do ô tô gây ra tại Việt Nam ngày càng

18

trầm trọng
11 Hình 1.11. Bộ xúc tác trên xe con

21

12 Hình 1.12. Cánh đồng trồng sắn để sản xuất nhiên liệu sinh học ở

22

Quảng Ngãi
13 Hình 2.1. Công thức hóa học của Methanol

29

14 Hình 2.2. Công thức hóa học của Ethanol

29

15 Hình 2.3. Công thức hóa học của TBA

29

16 Hình 2.4. Công thức hóa học của MTBE

30



Stt

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

24 Hình 3.3. Bơm nhiên liệu Fill Rite

48

25 Hình 3.4. Dụng cụ đo độ mòn kích thƣớc

49

26 Hình 3.5. Băng thử dụng cho ô tô

54

27 Hình 3.6. Chu trình thử ECE15

56

28 Hình 3.7. Chu trình thử EUDC

56

29 Hình 3.8. So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu ở các giai đoạn thử nghiệm

69

MỞ ĐẦU
Ngày nay, dân số thế giới đang tăng nhanh do vậy nhu cầu đi lại, vận chuyển
càng ngày càng tăng cao. Các loại phƣơng tiện giao thông ngày càng đa dạng về
chủng loại cũng nhƣ số lƣợng và chất lƣợng. Ô tô là phƣơng tiện giao thông chủ
đạo trong tình hình hiện nay. Do đó ngành công nghiệp ô tô đang phát triển không
ngừng trên thế giới và trong nƣớc. Hàng loạt các mẫu xe mới, dòng xe hiện đại
đƣợc đƣa ra thị trƣờng và góp phần thay đổi, nâng cao chất lƣợng của cuộc sống
của chúng ta. Đi kèm với sự phát triển ấy thì nhu cầu về nhiên liệu, áp lực về ô
nhiễm môi trƣờng cũng đang là vấn đề nhức nhối ngày nay. Khi nguồn hóa thạch
đang cạn kiệt, môi trƣờng đang bị ô nhiễm một các nghiêm trọng thì nhu cầu bức
thiết là tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu suất và giảm mức độ phát thải do ô tô
gây ra cũng là vấn đề đang đƣợc quan tâm hàng đầu. Nƣớc ta còn là nƣớc đang phát
triển, nguồn tài nguyên hóa thạch đang cạn dần thì nhu cầu đó lại càng trở lên cấp
bách hơn. Chính vì vậy tìm ra biện pháp để cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của
ô tô nhằm nâng cao hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải vào môi
trƣờng là hƣớng nghiên cứu đúng đắn của các nhà khoa học trong hiện tại cũng nhƣ
tƣơng lai.
Thực tế có rất nhiều cách để cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của ô tô.
Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu nhƣợc điểm khác nhau và đƣợc áp dụng tùy vào
điều kiện của mỗi quốc gia. Một trong những phƣơng pháp đó là sử dụng phụ gia
nhiên liệu để cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ ô tô.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của
động cơ ô tô bằng phƣơng pháp sử dụng phụ gia nhiên liệu Maz-Nitro
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của việc pha 2 phụ
gia nhiên liệu Maz 100 và Maz 200 vào nhiên liệu để cho ô tô vận hành.
- Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá, phân tích,
tổng hợp số liệu để so sánh mức tiêu hao nhiên liệu, lƣợng phát thải, mức độ mài
mòn các chi tiết chính của 2 ô tô sử dụng nhiên liệu thông thƣờng và 2 ô tô cùng
loại sử dụng nhiên liệu có pha phụ gia Maz-Nitro.
11


Động cơ đốt trong đƣợc sử dụng rộng rãi trong thực tế và trang bị trên nhiều
loại máy móc, phƣơng tiện vận tải. Ô tô chiếm đại đa số trong các phƣơng tiện vận
tải. Mỗi ô tô đƣợc trang bị một loại động cơ sao cho phù hợp với mục đích và nhu
cầu sử dụng. Sự gia tăng nhanh dân số và phát triển kinh tế của các quốc gia dẫn
đến sự gia tăng chóng mặt của ô tô trên thế giới.Từ đó các chủng loại ô tô phát triển
mạnh mẽ và đồng thời số lƣợng
các phƣơng tiện cũng tăng lên
không ngừng. Theo Hiệp hội Các
nhà sản xuất ô tô thế giới (OICA),
năm 2012, toàn thế giới có khoảng
1,143 tỷ xe ô tô các loại đang lƣu
hành, trong đó riêng Mỹ gần 251
triệu xe, toàn châu Âu hiện có 368
Hình 1.3. Xe ô tô lưu thông trên đường phố

13


triệu xe, riêng 27 quốc gia thuộc Liên minh châu Âu và các nƣớc thuộc Hiệp hội
mậu dịch tự do châu Âu chiếm 291 triệu xe. Với 1,143 tỷ xe đang lƣu thông, cũng
tính trung bình mỗi xe chỉ dài 5m, khi toàn bộ xe trên thế giới xếp thành một hàng
thì ƣớc tính chiều dài của đoàn xe này là khoảng 5,7 triệu km, tức hơn 140 lần chu
vi trái đất.

Hình 1.4. Minh họa về số lượng ô tô trên thế giới
Hòa chung với sự phát triển mạnh mẽ của ô tô thế giới thì số lƣợng của ô tô
tại nƣớc ta cũng đang tăng lên một cách nhanh chóng. Cụ thể với tốc độ tăng trƣởng
GDP năm 2014 lần lƣợt là 5,98%, mức tăng trƣởng năm 2014 cao hơn mức tăng
trƣởng 5,25% của năm 2012 và 5,42% của năm 2013 thì số lƣợng ô tô đang lƣu

tỷ thùng

nghìn tỷ thùng

Các quốc gia trên thế giới
đều có nhu cầu năng lƣợng tăng
lên do vậy sản lƣợng khai thác
dầu mỏ của thế giới và đặc biệt
là Mỹ đang tăng lên nhanh
chóng.
Hình 1.8. Biểu đồ sản lượng khai thác dầu mỏ
của Mỹ và thế giới

15


Tại nƣớc ta những năm gần đây thì sản lƣợng khai thác và tiêu thụ dầu mỏ
cũng tăng lên đáng kể

Hình 1.9. Biểu đồ sản xuất và tiêu thụ dầu mỏ tại Việt Nam qua các năm
Đứng trƣớc nhu cầu lớn về năng lƣợng nhƣ vậy thì nhà nƣớc ta đã có những
chính sách khuyến khích khai thác và chế biến dầu mỏ tại chỗ. Các dự án lọc dầu
đƣợc đầu tƣ và xây dựng. Thực trạng khai thác và tiêu thụ lớn của thế giới cũng nhƣ
trong nƣớc sẽ làm cạn kiệt dần trữ lƣợng dầu mỏ trên thế giới. Đi kèm với sự cạn
kiệt của dầu mỏ thì môi trƣờng trên thế giới cũng đang bị ảnh hƣởng nặng nề bởi ô
nhiễm mà một trong những nguyên chính gây ra sự ô nhiễm đó là sự phát thải của ô
tô.
1.1.3 Phát thải và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng
Quá trình làm việc của động cơ đốt trong bao gồm các quá trình nạp nhiên
liệu, hòa trộn nhiên liệu và không khí, đốt cháy nhiên liệu và thải khí thải ra ngoài.

nƣớc tạo thành a-xit ni-tơ-ríc. [NO] = 9 mg/m3.
- An-đê-hýt: có nhiều dạng khác nhau nhƣng có chung một công thức tổng
quát là C-H-O. Khi ở dạng khí an-đê-hýt có mùi gắt và có tác dụng gây tê. Một số
loại có thể gây ung thƣ. Đối với fooc-môl-đê-hýt hàm lƣợng cực đại cho phép là
0,6mg/m3.

17


- Chì: Đối với tế bào sống, chì rất độc, làm giảm khả năng hấp thụ ô-xy trong
máu. [Pb] = 0,1 mg/m3
- SO2: là một khí không màu, có mùi gắt và gây tác hại đối với niêm mạc.
Khi kết hợp với nƣớc tạo thành a-xít yếu H2SO3 . [SO2] = 2ml/m3.
- CO2: là sản phẩm cháy hoàn toàn của các-bon với ô-xy. Tuy CO2 không
độc đối với sức khoẻ con ngƣòi nhƣng với nồng độ quá lớn sẽ gây ngạt, [CO2] =
9000 mg/m3. Ngoài ra, CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Tìm hiểu
cách hình thành cũng nhƣ thành phần hóa lý, tính chất hóa học của khí thải giúp ta
lựa chọn, thiết kế đƣợc các phƣơng pháp xử lý hạn chế khí thải, giúp giảm thiểu ô
nhiễm môi trƣờng. Khi nồng độ các chất thải ngày càng tăng lên thì ảnh hƣởng của
chúng tới môi trƣờng ngày càng nhiều. Và con ngƣời đang dần cảm nhận và thấy
đƣợc hậu quả của việc biến đổi khí hậu ngày càng rõ nét. Cụ thể là:

Hình 1.10. Ô nhiễm không khí do ô tô gây ra tại Việt Nam ngày càng trầm trọng
Môi trƣờng đang xấu đi trầm trọng, các hiện tƣợng tiêu cực của thời tiết đang
xuất hiện ngày một nhiều. Hiện tƣợng trái đất nóng lên, băng tan làm xuất hiện các
siêu bão trên các đại dƣơng, hạn hán ở nhiều khu vực. Hiện tƣợng Enino làm cho
khu vực các quốc gia Ấn Độ, nam Á, trong đó có Việt Nam trải qua đợt nắng nóng
kỷ lục trong hơn 10 năm vừa qua đã gây ra nhiều xáo trộn trong cuộc sống. Ô
nhiễm môi trƣờng, biến đổi khí hậu đang là mối đe dọa rất lớn đến điều kiện sống
hiện nay. Chính vì vậy cải thiện môi trƣờng sống, giảm thiều ô nhiễm môi trƣờng

hệ thống phun xăng điện tử đƣợc sử dụng phổ biến do có những tính năng ƣu việt
của nó so với ô tô có động cơ dùng chế hòa khí.
- Hệ thống phun dầu điện tử trên động cơ diesel: Hệ thống phun dầu điện tử
đƣợc trang bị trên các động cơ diesel nhằm cải thiện quá trình cháy của động cơ
diesel nhằm tăng hiệu suất, giảm hàm lƣợng phát thải. Giúp cung cấp nhiên liệu tốt
hơn so với hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel kiểu cũ.
19


- Hệ thống thay đổi pha phân phối khí: nhằm cung cấp lƣợng khí nạp phù
hợp hơn với các chế độ làm việc của động cơ ở tốc độ cao.
- Hệ thống tăng áp trên động cơ diesel: Hệ thống tăng áp đƣợc trang bị chủ
yếu trên động cơ diesel hiện đại. Mục đích làm tăng lƣợng khí nạp mới, giúp cho
quá trình hình thành xoáy lốc trong buồng đốt động cơ diesel tăng lên. Giúp cho quá
trình đốt nhiên liệu diesel tốt hơn qua đó làm tăng hiệu suất, công suất của động cơ,
góp phần tiết kiệm nhiên liệu.
- Hệ thống luân hồi khí xả: Luân hồi khí xả trên động cơ là biện pháp đƣa,
trích một phần khí xả đƣa vào đƣờng nạp và từ đó hòa trộn với khí nạp mới, góp
phần sấy nóng khí nạp mới để tăng hiệu quả làm việc, giảm phát thải khí độc hại ra
môi trƣờng, góp phần tiết kiệm nhiên liệu. Ngày nay các xe ô tô đều có hệ thống
luân hồi khí xả vì những lợi ích của hệ thống này.
Ngày nay khi khoa học kỹ thuật ứng dụng trên ô tô nói chung và động cơ nói
riêng đã đạt tới mức gần nhƣ hoàn thiện về công nghệ thì việc tối ƣu hóa kết cấu
không còn khả thi nữa, áp dụng phƣơng pháp giảm thành phần độc hại bằng xử lý
khí thải đã đƣợc sử dụng trên nhiều phƣơng tiện và đã góp phần làm giảm đáng kể
các thành phần độc hại của khí xả.
1.2.2 Giảm thành phần độc hại bằng xử lý khí thải
Giảm thành phần độc hại khí thải thì xử lý khí thải trên hệ thống thải là biện
pháp hiệu quả để giảm thành phần độc hại của quá trình cháy. Phƣơng pháp xử lý
đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các bộ xúc tác trên đƣờng thải, phổ biến nhất là

+ Nhiên liệu giàu Hyđrô: hỗn hợp của nhiên liệu hóa thạch với hyđrô.
- Nhiên liệu khí có nguồn gốc hoá thạch có giá thành rẻ hơn xăng và có tỷ lệ
HC lớn hơn nên khi cháy thải ra ít CO và CO2 hơn. Thêm nữa, nhiên liệu này không
chứa benzen và các thành phần các bua hyđrô khác nên sạch hơn xăng. Nhiên liệu
21


này có khả năng tạo hoà khí tốt, có tính chống kích nổ cao, khả năng cháy với hỗn
hợp nghèo hơn hẳn nhiên liệu xăng cho nên lƣợng khí thải độc hại thấp hơn nhiều,
có thể giảm 20% lƣợng CO2 so với dùng nhiên liệu xăng.
- Hiện nay trên thế giới đang có hơn 1,2 triệu xe sử dụng nhiên liệu khí thiên
nhiên nén (CNG) và gần 1,4 triệu phƣơng tiện sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
chủ yếu ở Achentina, Italy, Canada, Mỹ, Nhật bản. Không chỉ ở các nƣớc phát triển
mà các nƣớc đang phát triển cũng rất quan tâm tới nguồn nhiên liệu sạch này. Ở
Việt Nam, sử dụng nguồn nhiên liệu sạch cũng là một vấn đề đƣợc nhà nƣớc và
chính phủ quan tâm, nhất là khi ngành khí công nghiệp ở nƣớc ta rất phát triển và
đến nay đã có nhiều chƣơng trình chạy
thử xe dùng nhiên liệu khí. Tuy nhiên do
nhiệt trị mole thấp hơn xăng nên công
suất động cơ sẽ thấp hơn nếu cùng kích
thƣớc.
- Nhiên liệu cồn Methanol và cồn
Ethanol cũng đã đƣợc sử dụng làm nhiên
liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu với
mục đích giảm chi phí, giảm thành phần

Hình 1.12. Cánh đồng trồng sắn để sản
xuất nhiên liệu sinh học ở Quảng Ngãi

độc hại khí xả và tăng trị số ốc tan nhiên

chính tốt hơn nên giảm đƣợc thành phần độc hại khí thải, mở rộng giới hạn cháy và
tăng tính chống kích nổ cho động cơ trong khi không thay đổi kết cấu động cơ so
với khi dùng xăng hoặc diesel. Vấn đề đặt ra là cần có nguồn cung cấp hydro ổn
định và tiện lợi ngay trên xe để động cơ hoạt động liên tục với hỗn hợp nhiên liệu
nói trên.
Sử dụng nhiên liệu thay thế là hƣớng đi đƣợc rất nhiều quốc gia lựa chọn.
Tuy nhiên việc sản xuất nhiên liệu thay thế số lƣợng lớn thƣờng gặp khó khăn, do
sản xuất mất nhiều công đoạn, vùng đòi hỏi vùng nguyên liệu và giá thành sản xuất
đắt, tình hình lƣơng thực trên thế giới. Một trong những phƣơng pháp đơn giản và
dễ áp dụng hơn để cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ ô tô là sử dụng
phụ gia nhiên liệu.

23


1.2.4 Sử dụng phụ gia nhiên liệu
Nhiên liệu của động cơ đốt trong không đơn thuần chỉ là sản phẩm của một
quá trình chƣng cất từ một công đoạn nào đó của dầu mỏ, nó là một sản phẩm hỗn
hợp đƣợc lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần kết hợp với một số phụ gia nhằm
đảm bảo cho điều kiện vận hành thực tế và lƣu trữ bảo quản. Hơn nữa, ngoài mục
đích lƣu trữ và bảo quản, việc dùng phụ gia nhiên liệu còn nhằm mục đích giảm
thành phần khí thải độc hại một cách hiệu quả. Tuy nhiên, để đạt đƣợc mục đích
này, vấn đề đặt ra là cần lựa chọn loại phụ gia nào cho phù hợp, hàm lƣợng pha trộn
là bao nhiêu, vấn đề giá thành, công nghệ sản xuất cũng là một vấn đề cần xem xét.
Nguyên lý tác dụng chung của một số phụ gia nhiên liệu trong việc cải thiện đặc
tính cháy của nhiên liệu và giảm thành phần độc hại khí xả là tạo ra môi trƣờng ôxi
trong quá trình cháy, làm cho nhiên liệu cháy nhanh hơn, tiếp tục cháy một phần
sản phẩm CO, HC độc hại. Một số phụ gia còn hình thành môi trƣờng Hydro tạo ra
phản ứng xúc tác quá trình cháy làm cho quá trình cháy hoàn thành một cách tốt
nhất. Nhiều loại phụ gia đã đƣợc sử dụng, tuy nhiên chúng không phải hoàn toàn vì