BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN XUÂN HÀ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG
GÓC PHUN SỚM CHO ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG
HỖN HỢP NHIÊN LIỆU BUTANOL - DIESEL

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 60.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình đƣợc hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN TỤY

Phản biện 1: PGS.TS. DƢƠNG VIỆT DŨNG
Phản biện 2: LÊ XUÂN THẠCH

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày 30 tháng 09 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

hợp nhiên liệu butanol - diesel” có tính cấp thiết.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Mục đích chung là giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng nhờ
phối trộn thêm nhiên liệu sinh học Butanol, làm phong phú và đa dạng hóa nguồn nhiên
liệu dùng cho động cơ đốt trong. Mục tiêu cụ thể của đề tài là xác định góc phun sớm tối
ƣu cho động cơ diesel sử dụng nhiên liệu Diesel pha Butanol với các tỷ lệ khác nhau.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Đối tƣợng nghiên cứu của luận
văn là động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu diesel pha butanol với các tỷ lệ khác nhau.
Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn đến vấn đề hiệu chỉnh góc phun sớm trong thực nghiệm
đối với các mẫu nhiên liệu liệu Diesel pha Butanol với các tỷ lệ 5% và 15% và đƣợc ký
hiệu lần lƣợt là: DOB5, DOB15.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, trong
đó chú trọng nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hƣởng của góc phun sớm đến tính
năng kinh tế kỹ thuật cũng nhƣ vấn đề ô nhiễm đối với động cơ nhiệt sử dụng nhiên liệu
diesel pha butanol với các tỷ lệ khác nhau.


2

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Việc pha trộn thêm nhiên liệu
sinh học Butanol vào nhiên liệu Diesel sẽ làm thay đối tính chất lý hóa đối với nhiên liệu
dùng cho động cơ diesel, do đó sẽ làm cho quá trình gia nhiệt chuẩn bị cho quá trình tự
cháy của nhiên liệu mới trong buồng cháy bị thay đổi. Vì vậy việc nghiên cứu thực
nghiệm nhằm tay đổi góc phun sớm cho phù hợp với mỗi mẫu nhiên liệu pha trộn có tỷ lệ
Butanol khác nhau có ý nghĩa khoa học rõ rệt và mang tính thực tiễn cao.
CẤU TRÚC LUẬN VĂN: Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài luận văn:
“Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng góc phun sớm cho động cơ diesel sử dụng hỗn
hợp nhiên liệu butanol - diesel” đƣợc trình bày trong 04 chƣơng với cấu trúc nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan các vấn đề cạn kiệt nguồn năng lƣợng, tác hại của ô nhiễm
môi trƣờng do nhiên liệu hóa thạch, tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học
Diesel-Butanol trong và ngoài nƣớc.

4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5

0

0.0

Gasoline ICE car

Diesel ICE car

CNG ICE car

Hydrogen ICE car

Gasoline ICE car

Diesel ICE car

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC BUTANOL

CNG ICE car


đoạn còn lại của quá trình cháy
2.2.2.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến
quá trình cháy
2.2.3 Điều chỉnh góc phun sớm cho
động cơ Diesel


4

2.2.3.1 Các phương pháp điều chỉnh góc phun sớm động cơ Diesel.
2.2.3.2 Cách điều chỉnh góc phun sớm ở động cơ thí nghiệm EV2600
2.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1 GIỚI THIỆU TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1.1 Sơ đồ bố trí tổng thể băng thử công suất động cơ
5

4

FUEL
733
HỘP
NỐI KẾT

6

3

7
FROUDE

tiêu hao nhiên liệu AVL
FUEL BALANCE 733


6

3.1.5 Thiết bị đo mô-men xoắn băng thử công suất Froude

Hình 3.6: Hình dạng của Loadcell
chịu kéo/nén dùng trên băng thử
3.1.6 Thiết bị đo tốc độ Encoder
634C/X

Hình 3.4: Thiết bị AVL 733

Hình 3.8: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện của encoder tốc độ
3.1.7 Thiết bị đo các chất ô nhiễm khí thải KEG-500
Thiết bị đo khí thải
KEG-500 (hình 3.9) do Hàn
Quốc sản xuất. Thiết bị có
thể phân tích hàm lƣợng
các chất khí thải từ động cơ
đốt trong nhƣ CO[%V],
HC[ppm],
CO2[%V],
O2[%V], tỷ số Lamda[-]
hoặc NOx[ppm]. Kết hợp in
kết quả lƣu trữ hoặc xuất ra




[ppm]

20.000

1[ppm]

O2

[%Vol]

04

0,01[%]

>4  22

0,10[%]

NOx

[ppm]

4.000

1 [ppm

3.2 TỔ CHỨC THỬ NGHIỆM
3.2.1 Nội dung thử nghiệm
3.2.2 Quy trình thử nghiệm động cơ EV2600 trên băng thử Froude


Hình 3.40: Tổng hợp diễn biến khí xả CO2 của mẫu nhiên liệu DOB5 ứng với 05 góc phun
sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.

Hình 3.41: Tổng hợp diễn biến khí xả NOx của mẫu nhiên liệu DOB15 ứng với 05 góc
phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.


10

Hình 3.42: Tổng hợp diễn biến khí xả CO2 của mẫu nhiên liệu DOB15 ứng với 05 góc
phun sớm ở 30% và 50% vị trí thanh răng.
3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU CỦA HỖN HỢP BUTANOL PHA
TRỘN VỚI DẦU DIESEL
Để có thể phân tích đánh giá ảnh hƣởng của góc phun sớm đến các chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật và ô nhiễm môi trƣờng của động cơ Diesel EV2600 khi sử dụng nhiên liệu sinh
học pha butanol vào dầu diesel DO 0,05S, cần thiết phải biết tính chất của hỗn hợp nhiên
liệu sinh học Diesel-Butanol khác biệt với nhiên liệu gốc Diesel DO nhƣ thế nào. Vì vậy
cần thiết phải nghiên cứu tính chất nhiên liệu của hỗn hợp Butanl phối trộn với Diesel DO
mà đê tài nghiên cứu.
Bảng 4.1: So sánh tính chất của nhiên liệu Diesel khoáng với DOB15
Tính chất

n-Butanol

Dầu DO 0,05S

- Tỷ trọng ứng với 20 C (kg/lit)


-

-

0,05

11,10

14,4

9,10

-

-


biểu diễn đại lƣợng suất tiêu hao nhiên liệu ge = f(n) cho mỗi vị trí tay ga đối với mỗi mẫu
nhiên liệu thực nghiệm vận hành với một góc phun sớm xác định (xem hình 4.2).


12

Hình 4.2: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của mẫu DOB5-2 khi điều chỉnh góc phun
sớm muộn hơn 3,0[độ] (khi vận hành ở vị trí tay ga 30%)
Thông qua hàm xấp xỉ ge = f(n), chúng ta dễ dàng tìm đƣợc giá trị suất tiêu hao
nhiên liệu nhỏ nhất ge_min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành (ứng với mỗi vị trí tay ga
và ứng với mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm). Bằng cách đó, luận văn đã xác định
gần đúng đƣợc tất cả các giá trị ge_min cho mẫu nhiên liệu DOB5 (gồm 10 giá trị ge_min)
ứng với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ), +1,5(độ), +
3,0(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy của động cơ EV2600 khi vận hành tay ga ở 02 vị
trí 30% và 50% nhƣ trên hình 4.3.

Hình 4.3: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu của mẫu DOB5 khi điều chỉnh theo 05 góc
phun sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%


13

Hình 4.4a: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB5 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 30%

Hình 4.4b: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB5 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 50%
Trên cơ sở phân tích đánh giá tổng hợp này, luận văn rút ra đƣợc quan hệ suất tiêu
hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min của 05 chế độ vận hành theo góc phun sớm cho mỗi vị trí
tay ga 30% và 50%. Kết quả đƣợc cho trên bảng 4.2 nhƣ sau.

298.14

299.62

301.13

310.55

Căn cứ dữ liệu phân tích có đƣợc ở bảng 4.2, luận văn tiến hành vẽ đồ thị tổng hợp
biểu diễn sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min theo góc phun sớm
điều chỉnh nhƣ trên hình 4.5.


14

Hình 4.5: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu min của mẫu DOB5 theo sự điều chỉnh góc
phun sớm (khi vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%)
Kết quả từ bảng 4.2 và đồ thị 4.5 cho thấy, đối với mẫu nhiên liệu sinh học DOB5,
khi vận hành ở mức tải trung bình thấp 30% tính kinh tế kỹ thuật không tốt khi thay đổi
góc phun sớm vƣợt quá 1,5(độ) theo cả hai hƣớng tăng cũng nhƣ giảm. Tuy nhiên, khi vận
hành với mức ga trung bình khá 50% thì tiêu hao nhiên liệu giảm chút ít (0,5%) khi tăng
góc phun sớm lên 1,5 (độ) so với góc chuẩn.
4.2.1.2 Đối với mẫu nhiên liệu DOB15
Kết quả phân tích đánh giá tổng hợp công suất động cơ theo đặc tính điều chỉnh của
bộ điều tốc ứng với các chế độ vận hành cho mẫu nhiên liệu DOB15 (bao gồm 05 góc
phun sớm và với 02 vị trí vận hành của thanh răng là 30% và 50%) và đƣợc cho nhƣ trên
hình 4.6a.

Hình 4.6a: Diễn biến công suất động cơ của mẫu DOB15 khi điều chỉnh theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%

điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 30%


17

Hình 4.8b: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất động cơ của mẫu DOB15 khi
điều chỉnh 05 góc phun sớm ở vị trí tay ga 50%
Trên cơ sở phân tích đánh giá tổng hợp này, luận văn rút ra đƣợc quan hệ suất tiêu
hao nhiên liệu nhỏ nhất ge_min của 05 chế độ vận hành theo góc phun sớm cho mỗi vị trí
tay ga 30% hay 50%. Kết quả xử lý đƣợc cho trên bảng 4.3 nhƣ sau.
Bảng 4.3: Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (ge_min) khi thay đổi góc phun sớm (so với
góc nguyên thủy) của mẫu nhiên liệu DOB15
Góc phun sớm thay đổi (độ)

-3.0

-1.5

0.0

1.5

3.0

ge_min_30% [g/kW.h]

315.22

303.06


góc quay trục khuỷu so với góc phun sớm nguyên thủy, với mẫu nhiên liệu DOB15, không
làm thay đổi tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ EV2600.
Tuy nhiên, khi điều chỉnh góc phun sớm vƣợt quá 1,5 độ theo cả hai phía thì suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất đều tăng; tức là không hiệu quả.
Tiếp tục xử lý xấp xỉ các đƣờng cong suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất theo “góc
phun sớm điều chỉnh” ge_min = f(góc phun sớm điều chỉnh), luận văn đã tìm đƣợc suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất xấp xỉ 300[g/kW.h] ứng với góc phun sớm thay đổi trong
phạm vi +/- 1(độ) so với góc phun sớm nguyên thủy của nhà chế tạo động cơ (đối với cả
hai chế độ vận hành ứng với tay ga ở vị trí 30% và 50%). So với suất tiêu hao nhiên liệu
nhỏ nhất của dầu diesel DO 0,05S đạt xấp xỉ 299[g/kW.h], thì có thể kết luận suất tiêu hao
nhiên liệu min của mẫu nhiên liệu sinh học DOB5 gần nhƣ không đổi so với nhiên liệu
diesel thuần túy DO 0,05S.
4.2.3 Phân tích đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả
Cũng vậy,căn cứ vào kết quả phân tích dữ liệu thí nghiệm đối với các thành phần
khí xả nêu trên, luận văn tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực nghiệm cho hai
mẫu nhiên liệu DOB5 và DOB15 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600 đối với
các thành phần khí xả nhƣ sau.
4.2.3.1 Đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả mẫu nhiên liệu DOB5
Tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực nghiệm đối với mẫu nhiên liệu
DOB5 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600 cho các thành phần khí xả
NOx[ppm] và CO2[%] biểu diễn theo phụ tải đƣợc cho trên các hình 4.10a và 4.10b.


19

Kết quả cho thấy NOx tăng khi phun sớm hơn và giảm khi phun muộn hơn. Điều
này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết lẫn thực nghiệm do nahr hƣởng mạnh bởi nhiệt độ
cháy của hỗn hợp.

Hình 4.10a: Diễn biến nồng độ NOx[ppm] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm ứng với

Hình 4.12: Diễn biến nồng độ riêng CO2[%/kW] của mẫu DOB5 theo 05 góc phun sớm
ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30% và 50%
Từ các đồ thị cho thấy, mặc dầu giá trị tuyệt đối của khí xả NOx[ppm], CO2[%]
đều tăng khi tăng phụ tải; nhƣng nồng độ riêng lại giảm và đạt cực tiểu gần với phụ tải cực
đại. Qua đó cho phép đánh giá thuận lợi chế độ vận hành tối ƣu theo tính kinh tế kỹ thuật
lẫn tính chất phát thải khí xả ô nhiễm CO2 và NOx khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DieselButanol.
4.2.3.2 Đánh giá tổng hợp các thành phần khí xả mẫu nhiên liệu DOB15
Tƣơng tự nhƣ trên, luận văn tiếp tục phân tích đánh giá tổng hợp kết quả thực
nghiệm đối với mẫu nhiên liệu DOB15 khi thay đổi góc phun sớm của động cơ EV2600
đối với các thành phần khí xả. Cũng vậy, chúng ta dễ dàng phân tích đánh giá nồng độ
riêng của NOx[ppm/kW] và của CO2[%/kW] tính trên một đơn vị công suất sẽ đạt giá trị
thấp nhất min tƣơng ứng cho mỗi chế độ vận hành (ứng với mỗi vị trí tay ga và ứng với
mỗi tấm đệm điều chỉnh góc phun sớm) cho mẫu nhiên liệu DOB15 (gồm 10 quan hệ) ứng
với 05 góc phun sớm hiệu chỉnh thay đổi từ -3,0(độ), -1,5(độ), 0 (độ), +1,5(độ), + 3,0(độ)
so với góc phun sớm nguyên thủy của động cơ EV2600 khi vận hành tay ga ở 02 vị trí 30%
và 50% nhƣ trên hình 4.13a và hình 4.13b đối với khí xả NOx; và hình 4.14a và 4.14b đối
với khí xả CO2.


22

Hình 4.13a: Diễn biến nồng độ riêng NOx[ppm/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 30%

Hình 4.13b: Diễn biến nồng độ riêng NOx[ppm/kW] của mẫu DOB15 theo 05 góc phun
sớm ứng với 02 chế độ vận hành ở vị trí tay ga 50%
Từ độ thị dễ dàng nhận thấy, nồng độ NOx tăng khi tăng phun sớm và ngƣợc lại
giảm khi giảm góc phun sớm; điều này đƣợc giải thích bởi chế độ nhiệt của hỗn hợp (NOx
tăng khi nhiệt độ cháy tăng và ngƣợc lại).