Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu e10 tới độ bền động cơ ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HUẤN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU E10 TỚI ĐỘ BỀN ĐỘNG CƠ Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HUẤN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU E10 TỚI ĐỘ BỀN ĐỘNG CƠ Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM HỮU TUYẾN HÀ NỘI – 2014 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác! Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Huấn HV: Nguyễn Văn Huấn i MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS.Phạm Hữu Tuyến, người hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Động đốt Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học tạo điều kiện giúp học tập làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy đồng nghiệp Khoa Cơ khí động lực trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh tạo điều kiện thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian tham gia học tập làm luận văn Học viên Nguyễn Văn Huấn HV: Nguyễn Văn Huấn ii MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải λ Hệ số dư lượng khơng khí A/F Tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu ASTM Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Hoa kỳ CD48” Chassis Dynamometer 48” (Băng thử ôtô) CEBII Tủ phân tích khí thải CNG Khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas) CO Mơnơxit cácbon CO2 Cácbonníc CVS Hệ thống lấy mẫu với thể tích khơng đổi ĐCT Điểm chết E- Diesel Hỗn hợp nhiên liệu diesel – ethanol E10 Xăng sinh học bao gồm 10% ethanol 90% xăng thông thường E100 Ethanol gốc E5 Xăng sinh học bao gồm 5% ethanol 95% xăng thông thường E85 Xăng sinh học bao gồm 85% ethanol 15% xăng thông thường ECU Bộ điều khiển điện tử động ERG Hệ thống tuần hồn khí thải (Exhaust Gas Recirculation) FC Tiêu thụ nhiên liệu Fe Sắt FFVs Phương tiện sử dụng nhiên liệu linh hoạt (Flexible Fuel Vehicles) GCB Giữa chạy bền ge HC HDPE LPG Me Suất tiêu thụ nhiên liệu Hyđrô cácbon High Density Polyethylene( Nhựa polyethylene đặc biệt) Khí hố lỏng (Liquefied Petroleum Gas) Mơmen có ích HV: Nguyễn Văn Huấn iii MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mn Mangan Ne Cơng suất có ích NLBT Nhiên liệu biến tính NLSH Nhiên liệu sinh học Luận văn thạc sĩ kỹ thuật NOx Ôxit nitơ RON Chỉ số octan nghiên cứu ( Research Octane Number) SAE Hiệp hội kỹ sư ô tô Hoa Kỳ SCB Sau chạy bền SOHC Động có trục cam nắp xilanh (Single Overhead Camshaft) SOx Ôxit lưu huỳnh TCB Trước chạy bền TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam HV: Nguyễn Văn Huấn iv MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii LỜI NÓI ĐẦU GIỚI THIỆU CHUNG Lý chọn đề tài 2 Các đề tài nghiên cứu liên quan Mục đích đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn Các nội dung luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC .7 1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học 1.1.1 Khái niệm nhiên liệu sinh học .7 1.1.2 Ưu nhược điểm nhiên liệu sinh học 1.2 Một số loại nhiên liệu sinh học điển hình 1.2.1 Biomethanol .8 1.2.2 Bioethanol .10 1.2.3.Biodiesel 10 1.2.4 Khí hố lỏng (LPG) 11 1.2.5 Khí thiên nhiên 13 1.2.6 Khí sinh học Biogas 14 1.2.7 Khí Hydro 16 1.3 Xăng sinh học 18 1.3.1 Chỉ tiêu chất lượng ethanol dùng để pha vào xăng 19 1.3.2 Chỉ tiêu chất lượng xăng sinh học 19 1.3.3 Ảnh hưởng xăng pha cồn đến động 23 1.4 Kết luận chương 31 Chương XÂY DỰNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG E10 TỚI ĐỘ BỀN ĐỘNG CƠ Ô TÔ XĂNG ĐANG LƯU HÀNH 32 HV: Nguyễn Văn Huấn v MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.1 Trang thiết bị thử nghiệm 32 2.1.1 Thiết bị thử nghiệm đo công suất 32 2.1.2 Phanh điện APA 100 33 2.1.3 Thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554 35 2.1.4 Thiết bị làm mát nước AVL 553 .37 2.1.5 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S 38 2.1.6 Bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu AVL 753 40 2.1.7 Bộ điều khiển tay ga THA 100 43 2.2 Động thử nghiệm 44 2.3 Chế độ thử nghiệm 44 2.4 Nhiên liệu thử nghiệm 45 2.5 Phương pháp xác định hao mòn chi tiết động 45 2.5.1 Phương pháp đo mòn xilanh 46 2.5.2 Phương pháp đo mòn piston 47 2.5.3 Phương pháp đo mòn xécmăng .48 2.5.4 Phương pháp đo mòn trục khuỷu 48 2.6 Xây dựng quy trình đánh giá 49 2.7 Kết luận chương 50 Chương KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ẢNH CỦA XĂNG SINH HỌC E10 TỚI ĐỘ BỀN ĐỘNG CƠ ĐANG LƯU HÀNH 51 3.1 Đánh giá độ bền đặc tính kỹ thuật 51 3.2 Đánh giá hao mòn chi tiết 56 3.2.1 Kết hao mòn xilanh 56 3.2.2 Kết hao mòn piston 58 3.2.3 Kết đo hao mòn xéc măng 59 3.2.4 Kết đo hao mòn trục khuỷu 60 3.3 Phân tích dầu bơi trơn 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 HV: Nguyễn Văn Huấn vi MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 0.1 Sản lượng xe/năm số nước giới Bảng 1.1 Thành phần LPG 11 Bảng 1.2 Các tiêu chất lượng ethanol dùng để pha với xăng [5] 19 Bảng 1.3 Quy chuẩn ethanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng khơng chì [4] 20 Bảng 1.4 Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu Mỹ năm 2003 [12] 20 Bảng 1.5 : Tiêu chuẩn ethanol nhiên liệu Ấn Độ [12] 21 Bảng 1.6 Tính chất lý hóa xăng pha ethanol [4] 22 Bảng1 Các thơng số ethanol dùng q trình thí nghiệm 28 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động thử nghiệm 44 Bảng 2.2 Tính chất lý hóa xăng RON92 E10 dùng thử nghiệm [4] 45 Bảng 3.1 Kết mômen công suất động chạy RON92 trước chạy bền sau chạy bền 51 Bảng 3.2 Kết suất tiêu hao nhiên liệu động chạy RON92 trước chạy bền sau chạy bền 52 Bảng 3.3 Kết mômen công suất động chạy E10 trước chạy bền sau chạy bền 53 Bảng 3.4 Kết suất tiêu hao nhiên liệu động chạy E10 54 Bảng 3.5 Kết đo đường kính xi lanh (mm) 57 Bảng 3.6 Kết đo piston 58 Bảng 3.7 Kích thước khối lượng xéc măng trước sau chạy bền 60 Bảng 3.8 Kết đo mòn trục khuỷu 61 Bảng 3.9 Kết đo lượng mòn cổ biên 62 Bảng 3.10 Kết phân tích dầu trước sau chạy bền 64 HV: Nguyễn Văn Huấn vii MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quy trình sản xuất khí hoá lỏng LPG 13 Hình 1.2 Quy trình sản xuất khí thiên nhiên 14 Hình 1.3 Quy trình sản xuất biogas 15 Hình 1.4 Quá trình điện phân nước 16 Hình 1.5 Cơng nghệ khí hố lòng đất 17 Hình 1.6 Đồ thị đường cong chưng cất 24 Hình 1.7 Áp suất bão hịa 37,8oC 25 Hình 1.8 Sự tăng trị số octan tăng tỉ lệ ethanol 26 Hình 1.9 Đồ thị công suất tay số IV 28 Hình 1.10 Đồ thị suât tiêu thụ nhiên liệu tay số IV 29 Hình 2.1 Sơ đồ phòng thử động lực cao động 32 Hình 2.2 Phanh điện APA 100 33 Hình 2.3 Đặc tính phanh chế độ máy phát 34 Hình 2.4 Đặc tính phanh chế độ động điện 35 Hình 2.5 Sơ đồ khối thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554 36 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554 36 Hình 2.7 Sơ đồ khối cụm làm mát nước làm mát AVL 553 37 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát nước AVL 553 37 Hình 2.9 Hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu AVL 733S 38 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoặt động hệ thống AVL 733 40 Hình 2.11 Hệ thống ổn định nhiệt độ nhiên liệu AVL 753 41 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát nhiên liệu; 42 HV: Nguyễn Văn Huấn viii MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật E10 suất tiêu thụ thấp 323,45 g/kW.h (TCB); 339,03g/kW.h (GCB) 356,10 g/kW.h (SCB) động đạt 2500 vòng/phút Kết cho thấy xu hướng thay đổi mô men, công suất suất tiêu hao nhiên liệu hai động trước sau chạy bền giống Tỷ lệ suy giảm mô men cực đại sau chạy bền động sử dụng nhiên liệu RON92 5,3% nhiên liệu E10 5,9% Tính tồn dải tốc độ đo, tỷ lệ 6,05% với RON92 6,68% với E10 Tỷ lệ tăng suất tiêu hao nhiên liệu RON92 7,5% E10 8,18% - Đánh giá áp suất cuối kỳ nén động ô tô sử dụng xăng RON92 E10 Kết áp suất cuối kỳ nén thể mức độ kín khít chi tiết bao kín buồng cháy, kết yếu tố sử dụng để đánh giá nguyên nhân suy giảm công suất suất tiêu hao nhiên liệu động Hình 3.5 thể mức độ thay đổi áp suất nén trước sau chạy bền 300h hai động sử dụng nhiên liệu RON92 E10 Với RON92 áp suất nén lớn 14,46 bar TCB; 14,13 bar SCB cịn E10 áp suất nén lớn 14,46 bar TCB; 14,06 bar SCB Kết cho thấy suy giảm áp suất nén động sử dụng nhiên liệu E10 cao so với động sử dụng nhiên liệu xăng với tỷ lệ giảm trung bình RON92 2,65% E10 3,34% Kết phù hợp với kết đo mịn nhóm chi tiết piston - xilanh - xéc măng với lượng mòn động E10 cao động sử dung RON92 14,6 14,5 14.500 Trước chạy bền Áp suất cuối kỳ nén (Kg/cm2) 14.600 Sau chạy bền 14,4 14.400 14,3 14.300 14,2 14.200 14,1 14.100 14,0 14.00 13.900 13,9 13.800 13,8 13.700 13,7 13.600 13,6 Xymáy lanh 1 RON92 Xy lanh22 máy RON92 Xy lanh33 máy RON92 Xy lanh44 máy RON92 Xy lanh11 máy E10 Xy lanh22 máy E10 Xy lanh33 máy E10 Xy lanh44 máy E10 Hình 3.5 Áp suất nén động chạy nhiên liệu xăng RON92 E10 trước sau chạy bền HV: Nguyễn Văn Huấn 55 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.2 Đánh giá hao mòn chi tiết Khi nghiên cứu sử dụng nhiên liệu E10 cho động đốt trong, việc kiểm nghiệm ảnh hưởng nhiên liệu tới chi tiết động thực cần thiết, đặc biệt chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu khí cháy chi tiết chịu tải trọng động lớn nhằm đảm bảo động hoạt động ổn định độ bền đảm bảo giống sử dụng nhiên liệu xăng RON92 Do kết đo hao mòn chi tiết phải thể rõ ảnh hưởng nhiên liệu đến chất lượng làm việc động 3.2.1 Kết hao mòn xilanh Xilanh chi tiết làm việc điều kiện ma sát khắc nghiệt Bề mặt phải tiếp xúc thường xun với khí cháy có nhiệt độ áp suất biến thiên phạm vi rộng (từ nhiệt độ 3200K áp suất khoảng 0,85kG/cm2 trình nạp tăng đến nhiệt độ xấp xỉ 25000K áp suất 100kG/cm2 trình cháy); Nhiệt độ cao gây ứng suất nhiệt làm mềm cục lớp kim loại cùng, song nhiệt độ thành xilanh bị làm lạnh đến mức ngưng tụ nước khí cháy vách, có khả hồ tan an-de-hyt có sản vật cháy, tạo nên a xít gây dạng ăn mịn hố học Việc bơi trơn bề mặt xilanh khơng đều, phía lượng dầu bôi trơn đủ dầu văng lên từ ổ đầu to truyền đường dầu riêng phun vào Càng lên cao điều kiện bôi trơn giảm dần, phía sát buồng cháy khơng có dầu bơi trơn Tải trọng piston đặt lên xilanh lực ngang N biến thiên chiều, cường độ điểm đặt, gây tượng uốn thành xilanh phát sinh tiếng gõ khe hở piston xilanh lớn Tải trọng xéc măng thứ i đặt lên xilanh lực pxi = kipki + px (ki: hệ số phân bố áp suất khí cháy lên xéc măng thứ i; pki: áp suất khí cháy; px: lực bung hướng kính xéc măng) Tải trọng đặt diện tích tiếp xúc nhỏ xéc măng, áp suất lên xilanh lớn, gây tổn thất lực phát sinh nhiệt độ cao bề mặt thành xilanh, đặc biệt trường hợp xéc măng bị bó kẹt khe hở miệng xéc măng bé Những đặc điểm điều kiện ma sát gây dạng mòn đặc trưng cho HV: Nguyễn Văn Huấn 56 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xilanh theo phương chiều cao phương hướng kính Sự thay đổi đột ngột thường xuyên điều kiện ma sát (tải trọng, vận tốc trượt, điều kiện môi trường.) làm tăng cường q trình mài mịn chi tiết nhóm Bảng 3.5 Kết đo đường kính xi lanh (mm) Xilanh RON92 TCB SCB Xilanh RON92 81,51 81,53 81,51 81,53 Xilanh RON92 81,51 81,535 Xilanh RON92 81,51 81,53 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 81,51 81,535 81,51 81,54 Xilanh E10 81,51 81,535 81,51 81,54 81,545 Đường kính xy lanh (mm) 81,540 TCB SCB 81,535 81,530 81,525 81,520 81,515 81,510 81,505 81,500 - Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 Hình 3.6 Thay đổi kích thước xilanh trước sau chạy bền vị trí xéc măng thứ Hình 3.6 thể thay đổi kích thước đường kính xilanh trung bình vị trí xéc măng thứ hai động trước sau chạy bền Kết đo đạc cho thấy, biên dạng mòn xilanh phù hợp với nhận định lượng mòn chủ yếu phân bố vùng điểm chết vị trí xéc măng thứ Đường kính trung bình xilanh trước chạy bền hai động hồn tồn giống nhau, lượng mịn động sau chạy bền 300h đồng cho thấy tuợng hư hỏng tức thời mà có dạng hư hỏng tịnh tiến hay nói cách khác mòn So sánh hai động cho thấy, lượng mòn động sử dụng nhiên liệu E10 lớn động sử dụng nhiên liệu RON92 Lượng mòn lớn động sử dụng nhiên liệu E10 thấy xilanh vào khoảng 0,03mm, nhỏ xilanh HV: Nguyễn Văn Huấn 57 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vào khoảng 0,025mm, lượng mịn lớn động chạy RON92 xilanh vào khoảng 0,025 mm xilanh lại 0,02 mm 3.2.2 Kết hao mòn piston Vai trò chủ yếu piston với chi tiết khác xilanh, nắp xilanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho truyền nhận lực từ truyền để nén khí Do điều kiện làm việc piston khắc nghiệt tải trọng học lớn có chu kỳ, tải trọng nhiệt cao tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ 2200 - 2800 K nên nhiệt độ đỉnh piston đến 500 - 800K làm piston giảm sức bền, bó kẹt; Do có lực ngang N nên piston xilanh có ma sát lớn, điều kiện bơi trơn khó đảm bảo bơi trơn hồn hảo, mặt khác thường xuyên tiếp xúc với sản vật cháy có tính chất ăn mịn axít nên piston cịn phải chịu ăn mịn hóa học Trong điều kiện làm việc bình thường, piston mịn chủ yếu phần thân nơi ma sát trực tiếp với thành xilanh, phần tập trung chủ yếu phân tích kết đo kích thước phần dẫn hướng piston bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết đo piston Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 81,50 81,40 81,51 81,42 81,50 81,39 81,50 81,39 81,50 81,38 81,49 81,40 81,50 81,35 81,50 81,37 TCB SCB Kết đo thể 81,550 Đường kính thân piston (mm) TCB SCB 81,500 81,450 81,400 81,350 81,300 81,250 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh RON92 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 Xilanh E10 Hình 3.7 Thay đổi kích thước phần thân piston trước sau chạy bền HV: Nguyễn Văn Huấn 58 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.7 cho thấy đường kính phần thân piston trước chạy bền giống với sai khác nằm khoảng ±0,01mm, sau chạy bền lượng mòn piston động sử dụng nhiên liệu E10 cao so với động sử dụng RON92 Hình 3.8 đánh giá lượng mịn trung bình hai chi tiết xilanh piston Kết cho thấy tốc độ mịn trung bình động sử dụng nhiên liệu E10 nhanh Lượng mòn trung bình (mm) khoảng 20% tốc độ mịn động sử dụng nhiên liệu RON92 0,14 140 Lượng mòn trung bình xy lanh 0,12 120 Lượng mịn trung bình pít tơng 0,10 100 0,08 080 0,06 060 0,04 040 0,02 020 000 Xăng RON92 E10 Hình 3.8 So sánh lượng mịn trung bình trước sau chạy bền chi tiết xilanh piston 3.2.3 Kết đo hao mòn xéc măng Điều kiện làm việc xéc măng tương tự xilanh, nhiên phản lực từ xilanh ln đặt lên diện tích tiếp xúc nhỏ xéc măng, cường độ chịu lực xéc măng lớn nhiều Ngoài ra, khí cháy lọt qua khe hở miệng xéc măng gây ứng suất nhiệt lớn, cộng với nhiệt lượng phát sinh ma sát trượt, tạo điều kiện đốt cháy nhiên liệu dầu thành muội than đọng bám rãnh piston, làm xéc măng bị bó kẹt Mỗi xéc măng tiến hành đo theo hai phương pháp khối lượng kích thước, kết thể hiển thị bảng 3.7 Bao gồm xéc măng khí thứ nhất, xéc măng khí thứ hai, lưỡi gạt dầu lò xo xéc măng dầu Kết cho thấy khe hở xéc măng hai động đảm bảo kích thước lúc mới, so sánh trọng lượng xéc măng hai động cho thấy xéc măng HV: Nguyễn Văn Huấn 59 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật khí thứ động chạy nhiên liệu RON92 không thay đổi sau 300 Tuy nhiên, xéc măng động chạy nhiên liệu E10 bắt đầu có tượng mịn, lượng mịn trung bình bốn xilanh đo theo khối lượng 0,15 gam, trọng lượng xéc măng xilanh số giảm nhiều 0,3 gam Bảng 3.7 Kích thước khối lượng xéc măng trước sau chạy bền Xéc măng khí Trước chạy Xéc măng khí bền nhiên liệu Xéc măng dầu E10 Lị xo Xéc măng khí Sau chạy bền Xéc măng khí nhiên liệu E10 Xéc măng dầu Lị xo Xéc măng khí Trước chạy Xéc măng khí bền nhiên liệu Xéc măng dầu RON92 Lị xo Xéc măng khí Sau chạy bền Xéc măng khí nhiên liệu Xéc măng dầu RON92 Lò xo Khối Khối Khe hở lượng lượng (mm) (gam) (gam) 7,7 0,3 7,7 8,8 0,4 8,7 0,25 2,5 2,5 7,6 0,3 7,6 8,7 0,4 8,7 0,25 2,5 2,5 7,4 0,3 7,3 8,8 0,4 8,7 0,25 2,2 2,2 7,4 0,3 7,3 8,8 0,4 8,7 0,25 2,2 2,2 Khe Khối Khe Khối Khe hở lượng hở lượng hở (mm) (gam) (mm) (gam) (mm) 0,3 7,7 0,3 7,7 0,3 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 0,25 0,25 0,25 2,5 2,5 0,3 7,6 0,3 7,4 0,3 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 0,25 0,25 0,25 2,5 2,5 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 0,25 0,25 0,25 2,2 2,2 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 0,25 0,25 0,25 2,2 2,2 3.2.4 Kết đo hao mòn trục khuỷu Trục khuỷu bạc làm việc môi trường ma sát trượt, tổ chức bôi trơn cưỡng tốt Nếu điều kiện bôi trơn ma sát ướt hình thành cách hồn hảo nói trục bạc khơng tiếp xúc trực tiếp với nhau, khơng gây hao mịn; Tuy nhiên có nhiều giai đoạn làm việc trục, chế độ bôi trơn không đảm bảo; Ví dụ: khởi động tốc độ quay trục chậm lượng dầu cung cấp không đủ, động chạy số vòng quay thấp, nhiệt độ dầu cao làm độ nhớt giảm thấp, thời điểm đầu nổ áp suất khí thể lớn, khe hở bạc trục bé lớn giai đoạn làm việc gây cho trục hao mòn mạnh HV: Nguyễn Văn Huấn 60 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.8 Kết đo mòn trục khuỷu Lượng mịn trung bình cổ (mm) Cổ Cổ Cổ Cổ Cổ RON92 RON92 RON92 RON92 RON92 0,005 0,035 0,045 0,015 0,055 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 0,01 0,015 0,02 0,015 0,005 Trục khuỷu tiến hành đo cổ cổ biên, cổ đo vị trí dọc theo cổ trục vị trí đo theo hai hướng trùng đường tâm xilanh vng góc đường tâm xilanh Kết so sánh cho thấy lượng mòn chênh lệch hai động chủ yếu tập trung vào cổ biên thể hình 3.9 3.10 Kết cho thấy động sử dụng nhiên liệu E10 có lượng mịn lớn động sử dụng nhiên liệu RON92 (mm) 0.06 0,06 L ượng mịn trung bình cổ 0,04 0.04 0.02 0,02 0 Cổ Cổ Cổ Cổ Cổ Cổ RON92 RON92 RON92 RON92 RON92 E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Hình 3.9 So sánh lượng mịn trung bình trước sau chạy bền cổ HV: Nguyễn Văn Huấn 61 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.9 Kết đo lượng mịn cổ biên Lượng mịn trung bình cổ biên (mm) Cổ RON92 0,015 Cổ RON92 0,02 Cổ RON92 0,015 Cổ RON92 0,015 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 0,025 0,02 0,02 0,02 (mm) 0,04 0.04 L ượng mịn trung bình cổ biên 0.03 0,03 0.02 0,02 0.01 0,01 00 Cổ Cổ Cổ Cổ RON92 RON92 RON92 RON92 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Cổ E10 Hình 3.10 So sánh lượng mịn trung bình trước sau chạy bền cổ biên 3.3 Phân tích dầu bơi trơn Độ nhớt dầu bôi trơn động đặc biệt quan trọng nhiều khía cạnh, độ nhớt ảnh hưởng đến độ kín khít, tổn hao cơng ma sát, khả chống mài mòn chi tiết, khả tạo cặn Do vậy, độ nhớt dầu tác động đến lượng tiêu hao nhiên liệu, khả tiết kiệm dầu hoạt động chung động Độ nhớt yếu tố ảnh hưởng đến khởi động dễ dàng tốc độ trục khuỷu Độ nhớt cao gây sức cản lớn nhiệt độ xung quanh thấp, làm giảm tốc độ trục khuỷu làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu kể sau động khởi động Độ nhớt thấp nhanh mài mòn chi tiết tăng lượng tiêu hao dầu Như vậy, HV: Nguyễn Văn Huấn 62 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật loại động động ôtô điều phải dùng dầu có độ nhớt thích hợp với điều kiện vận hành cụ thể Thông thường phương tiện tải trọng nặng, tốc độ thấp sử dụng dầu có độ nhớt cao ngược lại phương tiện tải trọng nhẹ tốc độ cao dùng dầu có độ nhớt thấp Độ nhớt tiêu quan trọng việc theo dõi dầu trình sử dụng Nếu độ nhớt dầu tăng nhanh biểu hiện tượng dầu bị oxy hóa Tuy nhiên, việc tăng độ nhớt có mặt polime phụ gia Nguyên nhân tăng độ nhớt dầu có khả năng: - Nhiệt độ làm việc cao làm tăng khả dầu bị oxy hoá có xúc tác kim loại đặc biệt kim loại đồng - Nhiệt độ cao làm bay thành phần nhẹ dầu động Nếu độ nhớt dầu giảm nhiên liệu hay tạp chất khác lẫn vào dầu, ngồi phân huỷ học phụ gia tăng số độ nhớt dầu bốn mùa Tuy nhiên, trình oxy hố có khả làm tăng giảm độ nhớt chủ yếu tăng, làm tăng khả làm đặc chúng nhiệt độ cao Nhiệt độ cao gây tổn thất bay cấu tử nhẹ, làm dầu đặc thêm nồng độ thành phần nhớt dầu tăng lên Dầu động phải chịu thay đổi gây yếu tố hoạt động động - Kết phân tích dầu bơi trơn trước sau chạy bền động thể bảng 3.10 HV: Nguyễn Văn Huấn 63 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.10 Kết phân tích dầu trước sau chạy bền Kết phân tích dầu trước sau chạy bền Tên tiêu Độ nhớt động học 40oC, cSt Độ nhớt động học 100oC, cSt Chỉ số độ nhớt Nhiệt độ chớp cháy cốc hở,oC Trị số kiềm tổng, mgKOH/g Sau chạy bền 300h Sau chạy bền 300h E10 RON92 171,59 87,15 169,07 19,12 17,77 17,54 118,2 150,9 109,8 216 216 225 9,14 8,54 7,78 Dầu Hàm lượng Kim loại Sn (mg/kg) 749,07 849,41 513,61 Fe (mg/kg) 2,38 59,86 15,24 Cu (mg/kg) 0,82 8,15 11,64 Pb (mg/kg) 0,60 7,15 5,44 Al (mg/kg) - - HV: Nguyễn Văn Huấn 64 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kết phân tích dầu bôi trơn trước sau chạy bền xăng RON92 xăng E10 thể hình 3.11 900 800 Dầu 700 Sau chạy bền 300h E10 600 Sau chạy bền 300h RON92 500 400 300 200 100 Độ nhớt Độ nhớt động học động học 40oC, cSt 100oC, cSt Chỉ số độ nhớt Nhiệt độ T rị số kiềm Sn (mg/kg) Fe (mg/kg) chớp cháy tổng, cốc hở,oC mgKOH/g Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Al (mg/kg) Hình 3.11 Kết phân tích dầu bơi trơn trước sau chạy bền Kết độ nhớt động học nhiệt độ làm việc cho thấy độ nhớt hai loại dầu sau chạy bền động sử dụng nhiên liệu E10 RON92 thay đổi thấp vào khoảng 10% đáp ứng yêu cầu làm việc động Kết cho thấy sử dụng nhiên liệu E10 không làm ảnh hưởng đến độ nhớt động học dầu bôi trơn nhiệt độ làm việc Kết nhiệt độ chớp cháy cốc hở cho thấy giá trị nhiệt độ không thay đổi sau chạy 300h cho hai loại nhiên liệu Kết phù hợp với kết đo độ nhớt nhiệt độ làm việc Như vậy, động chạy nhiên liệu E10 không tạo chất làm giảm độ nhớt lọt nhiên liệu xuống dầu bôi trơn với chất có điểm chớp cháy thấp Kết trị số kiềm tổng cho thấy tính kiềm dầu bơi trơn hai động tốt phù hợp với quy luật tiêu hao trị số kiềm tổng chủ yếu sản phẩm cháy (mang tính axit) lọt vào hệ thống bơi trơn q trình hoạt động Tuy nhiên lượng kiềm cịn lại dầu bơi trơn động E10 có so với động HV: Nguyễn Văn Huấn 65 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật sử dụng RON92, điều chứng tỏ khí cháy lọt xuống te động E10 có hàm lượng axít nhiều so với động sử dụng RON92 làm giảm lượng kiềm dầu Tuy nhiên, lượng kiềm dầu nằm phạm vi cho phép sau chu kỳ thay dầu Kết hàm lượng kim loại dầu bôi trơn cho thấy hàm lượng sắt tăng lên với động sử dụng nhiên liệu E10, kết phù hợp với lượng mòn xilanh, trục khuỷu sau 300h chạy bền, nhiên mức độ tăng hai nhiên liệu nhỏ giới hạn cho phép (200mg/kg) Hàm lượng đồng chì dầu tăng chủ yếu mịn nhóm bạc trục khuỷu, kết cho thấy lượng đồng chì dầu bơi trơn động sử dụng nhiên liệu E10 lớn động sử dụng nhiên liệu RON92, kết có nguyên nhân động sử dụng nhiên liệu E10 có chất lượng q trình cháy tốt nên lực khí thể tác dụng lên trục khuỷu cao dẫn tới lượng mòn bạc tăng lên Tuy nhiên, hàm lượng đồng chì động sử dụng nhiên liệu E10 nhỏ nhiều giới hạn cho phép ([60 mg/kg] đồng; [40 mg/kg] chì) Với kết sử dụng xăng E10 động thông thường cần phải rút ngắn thời gian thay dầu bôi trơn cho động HV: Nguyễn Văn Huấn 66 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Luận văn thử nghiệm hai loại nhiên liệu xăng RON92, E10 hai động TOYOTA 4A-F có hệ thống nhiên liệu chế hịa khí phịng thí nghiệm Động đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, qua đánh giá độ bền đặc tính kỹ thuật động sử dụng xăng sinh học E10 Về công suất, tiêu thụ nhiên liệu áp suất nén động từ thử nghiệm chạy ổn định chạy bền 300 băng thử sử dụng hai loại nhiên liệu RON92 E10 Kết cho thấy xu hướng thay đổi mô men, công suất suất tiêu hao nhiên liệu hai động trước sau chạy bền giống Tỷ lệ suy giảm mô men cực đại sau chạy bền động sử dụng nhiên liệu RON92 5,3% nhiên liệu E10 5,9% Tính tồn dải tốc độ đo, tỷ lệ 6,05% với RON92 6,68% với E10 Tỷ lệ tăng suất tiêu hao nhiên liệu RON92 7,5% E10 8,18% Kết cho thấy suy giảm áp suất nén động sử dụng nhiên liệu E10 cao so với động sử dụng nhiên liệu xăng với tỷ lệ giảm trung bình RON92 2,65% E10 3,34% Về độ bền chi tiết đông sử dụng nhiên liệu E10 cho động đốt trong, việc kiểm nghiệm ảnh hưởng nhiên liệu tới chi tiết động thực cần thiết, đặc biệt chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu khí cháy chi tiết chịu tải trọng động lớn nhằm đảm bảo động hoạt động ổn định độ bền đảm bảo sử dụng nhiên liệu xăng RON92 Kết độ nhớt động học nhiệt độ làm việc cho thấy độ nhớt hai loại dầu sau chạy bền động sử dụng nhiên liệu E10 RON92 thay đổi thấp vào khoảng 10% đáp ứng yêu cầu làm việc động Kết cho thấy sử dụng nhiên liệu E10 không làm ảnh hưởng đến độ nhớt động học dầu bôi trơn nhiệt độ làm việc Với kết sử dụng xăng E10 động thông thường cần phải rút ngắn thời gian thay dầu bôi trơn cho động HV: Nguyễn Văn Huấn 67 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tóm lại, sử dụng nhiên liệu E10 cho động xe ô tô lưu hành công suất động không bị ảnh hưởng Hướng phát triển Trong thời gian tới, đề tài nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng với nội dung liên quan sau: - Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng xăng sinh học E10 tới động sử dụng phun xăng điện tử - Tương thích vật liệu động với xăng sinh học có tỷ lệ ethanol E100 lớn 10% - Nghiên cứu tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa hỗ trợ khởi động lạnh động sử dụng xăng E10 xăng sinh học có tỷ lệ ethanol E100 lớn 10% - Nghiên cứu phát triển hệ thống nhiên liệu linh hoạt nhằm đáp ứng đa dạng hóa nhiên liệu sử dụng xăng sinh học tỷ lệ ethanol HV: Nguyễn Văn Huấn 68 MSHV: CA120130 VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Lê Anh Tuấn, Bài giảng “Nhiên liệu thay dùng cho động đốt trong”, Trường Đại học Bách khoa Hà nội [2] PGS.TS Lê Anh Tuấn, “Thử nghiệm nhiên liệu gasohol E5 E10 ôtô xe máy”, Báo cáo kết hợp đồng số: 05-07/HĐ/ĐHBK-PTN ĐCĐT [3] PGS.TS Phạm Minh Tuấn, Khí thải động nhiễm môi trường, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [4] QCVN 1: 2009/BKHCN, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng, nhiên liệu diesel NLSH” [5] TCVN 7716 “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xăng, nhiên liệu diesel NLSH” [6] Thủ Tướng Chính Phủ, 2007, Quyết định 177/2007/QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” [7] A Testing Based Assessment to Determine Impacts of a 20% Ethanol Gasoline Fuel Blend on the Australian Passenger Vehicle Fleet Report to Environment Australia [8] Frank Rosillo – Calle, et al; Aglobal overview of vegetable oils, with reference to biodiesel; A Report the IEA Bioenergy Task 40, 2009 [9] OECD/FAO; Chapter 3-Biofuels, OECD – FAO Agricultural Outlook 2011 – 2020; 2011 [10] Richard L Bechtold; Alternative Fuels Guidebook – Properties, Storage, Dispensing, and Vehicle Facility Modifications; SAE International, 1997 [11] Website http://hepa.gov.vn [12].Website http:// www.methanol.org/ [13] Website http:// www.khoahoc.com.vn [14] Website http:// www.petrotimes.vn/thuong-truong/2011/03/taxi-dau-khi- khongbi-anh-huong-boi-gia-xang-dau [15] Website http:// www.tcvn.info.org.vn [16] Website http:// www.vr.org.vn [17] Website http:// wikipedia.org/wiki/Motor_vehicle [18] Website http:// www.worldometers.info/cars/ HV: Nguyễn Văn Huấn 69 MSHV: CA120130 ... bao gồm vấn đề sau:  Tổng quan nhiên liệu sinh học  Xây dựng đánh giá ảnh hưởng xăng E10 tới độ bền động ô tô  Nghiên cứu ảnh hưởng xăng E10 tới độ bền động ô tô  Kết luận kiến nghị HV: Nguyễn... tới độ bền động ô tô? ?? Đề tài nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu xăng sinh học E10 tới tính kinh tế, kỹ thuật phát thải độ bền động tơ Kết đề tài có ý nghĩa thực tiễn nhà sản xuất động cơ, ... Tuy nhiên, với tỷ lệ cồn cao hơn, xăng E10 cần nghiên cứu đánh giá tác động xăng sinh học tới động khoảng thời gian dài Chính em chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu E10 tới độ