Xác định đường đặc tính ngoài của động cơ diesel cỡ nhỏ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu jatropha

Một trong số đó làdầu được chế biến từ hạt cây jatropha dùng thay thế cho nhiên liệu diesel truyềnthống trong động cơ đốt trong đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của rấtnhiều nhà

MỞ ĐẦU

Trên thế giới cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuậtthì nền kinh tế cũng đang phát triển một cách mạnh mẽ trên tất cả các lĩnh vựcnhư công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ Nhiều nước đã thoát khỏi tình trạngnghèo đói chậm phát triển và vươn lên trở thành cường quốc hay những con rồngtrong nền kinh tế Những thành tựu từ sự phát triển đó mang lại là không thể phủnhận được tuy nhiên bên cạnh đó vẫn còn một số tiêu cực như tình trạng ô nhiễmmôi trường, sự nóng lên của trái đất, hiệu ứng nhà kính…và đặc biệt là tình trạngcạn kiệt của nguồn năng lượng truyền thống

Từ khi động cơ đốt trong ra đời đến nay nó đã là một phần không thể thiếutrong đời sống con người Đây là một nguồn động lực quan trọng trong nền kinh

tế quốc dân của tất cả các quốc gia trên thế giới Động cơ đốt trong đang được sửdụng song hành với các động cơ khác trong các lĩnh vực như nông nghiệp, côngnghiệp, giao thông vận tải…Đặc biệt là trên oto, máy kéo, hàng không,các trạmphát điện di động…thì hầu như chưa thể thay thế động cơ đốt trong bằng cácđộng cơ khác Hiện nay, chúng ta vẫn đang sử dụng xăng và diesel trong động cơđốt trong để biến đổi thành năng lượng cơ học Tất cả các nhiên liệu này đều cónguồn gốc hóa thạch, trữ lượng được đánh giá chỉ còn đủ dùng trong khoảng 50năm nữa

Ngày nay , trên thế giới do nhận thức về các vấn đề môi trường cũng như

về nguy cơ cạn kiệt nguyên liệu hóa thạch mà gần đây là vấn đề thay thế cácnhiên liệu truyền thống đang trở nên sôi động Nổi lên trong số đó là nhiên liệusinh học sử dụng trong động cơ đốt trong do những ưu điểm mà nó mang lạinhư: tiết kiệm nguồn năng lượng hóa thạch, giảm thiểu hiệu ứng nhà kính,không

phá hủy môi trường, tăng tính cạnh tranh trong nông nghiệp Một trong số đó làdầu được chế biến từ hạt cây jatropha dùng thay thế cho nhiên liệu diesel truyềnthống trong động cơ đốt trong đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của rấtnhiều nhà khoa học và các doanh nghiệp trên thế giới.

Việt Nam đang trong quá trình thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đấtnước thì vấn đề về năng lượng cũng đang là một yêu cầu cấp thiết Hàng nămnước ta phải chi hàng tỉ đô la để nhập một số lượng lớn xăng dầu từ dầu mỏ phục

vụ cho giao thông vận tải và các nhu cầu khác trong nước Nhưng nguồn nănglượng này đang có nguy cơ cạn kiệt trong vài chục năm tới do đó nếu tìm đượcnguồn nhiên liệu thay thế trong nước thì hàng năm sẽ tiết kiệm được một sốlượng ngoại tệ rất lớn và quan trọng hơn là đảm bảo an ninh năng lượng trongtương lai Vì vậy trồng các cây nhiên liệu sinh học và nghiên cứu công nghệ chếbiến chúng là một việc làm có ý nghĩa kinh tế to lớn Hiện nay cây jatrophađang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu rất lớn của các nhà khoa học và cácdoanh nghiệp trong nước

Ở nước ta cũng đã chế biến được dầu từ hạt jatropha và cũng đã khảonghiệm thử trên động cơ nhưng vẫn chưa có những công bố cụ thể về chỉ tiêunăng lượng và tính kinh tế Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơđược thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động củađộng cơ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của oto máy kéo Vì vậy cầnphải có biện pháp sử dụng loại nhiên liệu mới này một cách có hiệu quả nhất

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế này em đã thực hiện đề tài: “ Xác định

đường đặc tính ngoài của động cơ diesel cỡ nhỏ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu jatropha’’ Trong quá trình thực hiện em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy

cô trong bộ môn Động Lực, các bạn trong lớp CKDL51 và đặc biệt là sự hướng

dẫn của thầy giáo PGS.TS Đặng Tiến Hòa.

Nội dung của đề tài gồm:

Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương II: Tiến hành khảo nghiệm lấy số liệu

Chương III: Tính toán sử lý số liệu

Chương IV: Kết luận và kiến nghị

Đề tài này được thực hiện trong thời gian có hạn, thông tin tài liệu cònthiếu và đặc biệt là năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránhkhỏi những thiếu sót nhất định Em mong được sự góp ý quý báu của các thầy

cô và bạn bè để đề tài này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.Sự phát triển của động cơ đốt trong trên thế giới và ở nước ta

1.1.1.Sự phát triển của động cơ đốt trong trên thế giới

Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ranhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ,các vấn đề được giải quyết và diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn

Về nguyên lý cơ học, động cơ diesel hoạt động đơn giản hơn động cơxăng Cả hai cùng sử dụng xi-lanh, piston, truyền năng lượng thông qua trụckhuỷu và chia thành hai loại 2 thì và 4 thì Động cơ 2 thì thường sử dụng đa dạng

từ xe loại nhỏ, máy xén cỏ đến tàu chở hàng Trong khi đó, động cơ 4 thì được

sử dụng cho xe hạng trung cần hiệu suất nhiên liệu tối đa như xe du lịch

Sự khác biệt duy nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cơ chế đánhlửa Trong khi động cơ xăng cần có thiết bị đánh lửa (bugi) để kích hoạt quátrình cháy nổ của hỗn hợp khí nén xăng - không khí thì động cơ diesel lại hoạtđộng theo nguyên lý tự nổ Khi hòa khí diesel - không khí được nén ở áp suấtcao (tỷ số nén lớn), nhiệt sinh ra sẽ kích hoạt quá trình tự cháy nổ Chính đặcđiểm này làm động cơ diesel có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao

Hình 1.1: Động cơ diesel CRD của Jeep

Tỷ số nén của động cơ diesel ε≤16 , cao hơn nhiều so với động cơ xăng(từ 9 đến 13) Chính vì vậy, công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ diesel cao hơn

để đảm bảo độ bền và giảm thiểu độ mài mòn Nhược điểm nữa của động cơdiesel là nhiên liệu Do nằm trong phân đoạn nặng hơn xăng nên khả năng bayhơi của diesel kém, do đó khó khởi động Cũng vì diesel chứa các phân tử lớnhơn xăng nên khả năng đốt cháy hoàn toàn thấp nên hay sinh ra bụi than và khíđộc Chỉ tiêu của nhiên liệu diesel cũng khác với xăng Trong khi xăng sử dụngchỉ số chống kích nổ Octan thì diesel sử dụng chỉ số kích nổ Cetan Nghĩa là loạidiesel nào càng dễ kích nổ càng tốt Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nồng

độ lưu huỳnh trong của nhiên liệu diesel Ở Việt Nam, diesel hiện được bán cónồng độ lưu huỳnh dưới 5%

Hình 1.2: Động cơ diesel của Mercedes

SLK 320 Ngành vận tải có lẽ là nơi duy nhất ưu ái với động cơ diesel ngay từ khi rađời do nó bền hơn từ 2 đến 3 lần so với động cơ xăng và sinh ra nhiều mô-menxoắn hơn Đại lượng mô-men xoắn đồng nghĩa với khả năng đẩy một vật từ vị trí

đứng yên sang trạng thái chuyển động Vì vậy, khi mô-men xoắn đủ lớn, động cơ

dễ dàng giúp chiếc xe đạt vận tốc như mong muốn từ trạng thái dừng

Trong khi người Mỹ giữ thái độ “ghẻ lạnh” với diesel thì châu Âu và châu

Á lại coi đó như một nguồn nhiên liệu hiệu quả Các phát minh cải tiến xuất phátchủ yếu từ những hãng xe của hai châu lục này Cùng với sự phát triển của côngnghệ, vấn đề khí thải của động cơ diesel được giải quyết thông qua bộ trung hòaxúc tác Còn để giảm thiểu tiếng ồn, các nhà nghiên cứu tập trung phát triển hệthống nạp nhiên liệu mới hoạt động êm ái hơn Giới thiệu lần đầu tiên năm 1995,

hệ thống nạp liệu CRD (common rail direct injection) sử dụng bơm cao áp (lêntới 1.579 atm) cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các đầu phun Động cơ ứng dụngcông nghệ CRD có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu tiếng ồn.Những năm sau đó, hệ thống điều khiển điện tử tích hợp trên CRD khiến côngnghệ này ngày càng trở nên tối ưu hơn

Hình 1.3: Volkswagen Pheaton V10 CDI chạy diesel

Hiện nay, không chỉ có các dòng xe tải, xe van chở hàng mà dòng xe du lịchcũng sử dụng diesel Mercedes, BMW và Volkswagen là những hãng đi đầu trongứng dụng công nghệ diesel trên các sản phẩm hạng sang Mercedes có E320 CDIvới mức tiêu hao nhiên liệu 8 lít cho 100 km trong thành phố và 6 lít trên đường

trường Volkswagen có các mác xe chạy diesel nổi tiếng như Golf, Jetta, NewBeetle Còn các sản phẩm chạy diesel của BMW có kí hiệu “d” dưới mã tên như318d, 325d, 525d thậm chí cả dòng xe sang cao cấp serie 7 như 730d.

Khoa học kỹ thuật tiên tiến, bên cạnh đó các chỉ tiêu về tiết kiệm nhiên liệu,không gây ô nhiễm môi trường một cách tối thiểu…nhưng vẫn đảm bảo đượctính thẩm mỹ, độ bền tốt, công suất cao Đặc biệt được trang bị các thiết bị tiệnnghi, an toàn cho người sử dụng

Hình 1.4: Động cơ Diezen

1.1.2.Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng ở Việt Nam

Trong những năm qua xu hướng sử dụng động cơ Diesel ở Việt Nam cũng

đang gia tăng mạnh kể cả về số lượng lẫn chủng loại Theo VAMA ( Hiệp hội

các nhà sản suất ôtto Việt Nam) , xe động cơ Diesel hiện chiếm 21,75% thị

trường oto mới tại Việt Nam(khoảng gần 40.000 chiếc), tăng đáng kể so với năm

2001, khi tỉ lệ này dưới 10%, nhưng phần lớn vẫn sử dụng động cơ Diesel thế hệ

cũ với nhược điểm là tiếng ồn và khí thải nhiều Tại Việt Nam ngoài các xe tải

và xe chở khách, máy dầu mới chỉ được lắp cho 4 loại xe Ford Ranger ( chiếm

80% thị phần), Everet Isuzu Hi- Lander ( chiếm 36% toàn bộ xe Iusuzu tiêu thụ),

D- Max…

Theo các chuyên gia oto và nhiều người tiêu dùng thì sử dụng oto động cơDiesel là trào lưu mới tại Việt Nam mà Ford đang ở vị trí tiên phong Hiện Fordđang là nhà sản xuất tiên phong trong sản xuất và tiêu thụ oto gắn động cơ Dieseltại Việt Nam Năm 2005, riêng xe chạy dầu đã chiếm 90% lượng xe bán ra củadòng Ford Transit, 75% với Ford Everest Hiện nay xe động cơ dầu của các liêndoanh oto cũng đang bán khá chạy Trong hai tháng đầu năm 2006, Ford ViệtNam đã bán được 236 xe Everest, 113 xe Transit và 65 xe Ranger máy dầu.Toyota Việt Nam đã bán được 50 xe Hiace máy dầu , Mercedez Việt Nam bánđược 15 xe oto chạy dầu Sprinter, Iuszu Việt Nam bán được 30 xe đa dụng(MPV) Hi- Lander… Số xe máy dầu (chỉ tính các loại xe trở khách từ 16 chỗ trởxuống , xe pich up, xe MPV, không kể xe tải) của 11 liên doanh oto trong 2tháng đầu năm 2006 bán ra là 480 xe trong tổng 1892 xe loại này Đây chính làminh chứng cho xu thế chuyển sang sử dụng xe động cơ Diesel tại Việt Nam.Hiện nay, động cơ diesel thế hệ mới cũng bắt đầu được sử dụng trong một

số loại xe sản xuất trong nước như Mecedes Sprinter (Cdi) Hay xe nhập khẩunhư Hyundai SantaFe (CRDi) Sau khi phân tích mẫu dầu Diesel lưu thông tại

Việt Nam, các nhà sản xuất cho rằng nó hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu củađộng cơ Diesel thế hệ mới và tiến hành phổ biến tại Việt Nam.

Xu hướng sử dụng oto động cơ Diesel thế hệ mới được dự báo là sẽ pháttriển rất mạnh trong tương lai bởi nó tiết kiệm nhiên liệu, có công suất lớn, vậnhành êm ái và không ô nhiễm môi trường Nhiều hãng oto không muốn bỏ lỡ cơhội này, đang tập trung phát triển các loại động cơ Diesel thế hệ mới

Tại Việt Nam , xe sử dụng động cơ Diesel cực kỳ phát huy hiệu quả tronglĩnh vực giao thông vận tải, nông nghiệp , xây dựng và khai khoáng Chỉ tínhriêng tỉnh Quảng Ninh theo số liệu thống kê của phòng vận tải Sở giao thông vậntải tỉnh, tính đến ngày 2/6/2005 có 12392 chiếc xe các loại

Đặc biệt số lượng xe tải và xe chở khách loại nhỏ sử dụng động cơ Dieselkhông có hệ thống điều khiển điện tử và hệ thống tự chuẩn đoán đang ngày mộttăng kể từ khi có quyết định của Thủ tướng chính phủ cấm lưu hành các loại xecông nông , xe tự chế , cũng như các xe quá hạn sử dụng 25 năm Các dòng xenày đang được các nhà sản xuất đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng ( TMT,Vinaxuki, Trường Hải…)

1.1.3.Phạm vi sử dụng các động cơ Điesel cỡ nhỏ (4 – 30 mã lực) ở nước ta

Sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp ô tô và động cơ đang ảnhhưởng rất lớn tới nền kinh tế của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Cácloại động cơ nói chung,động cơ nhỏ nói riêng ( 4-30 mã lực )được sử dụng rộngrãi trong các ngành kinh tế: Giao thông, nông nghiệp, xây dựng, nó góp phần rấtlớn đến sự phát triển nền kinh tế của đất nước ta

Ở Việt Nam hiện nay, tình trạng cơ sở hạ tầng yếu kém, nền sản xuất cònnhỏ, phân tán, sản xuất nông nghiệp vẫn chiếm ưu thế Việc sử dụng các động cơ

có công suất nhỏ là nhu cầu rất lớn vì nó có giá trị hợp lý, tiện sử dụng Động cơ

có công suất nhỏ đã đáp ứng được phần nào nhu cầu sản xuất, sinh hoạt của mọitầng lớp xã hội trên đất nước chúng ta.

Động cơ có công suất nhỏ làm động lực cho các máy xay xát, máy bơmnước, máy kéo, máy phun thuốc trừ sâu, máy cắt cỏ…đang sử dụng chủ yếu ởViệt Nam

Trong giao thông vận tải đường thuỷ, động cơ nhỏ còn dùng cho tàu thuỷhoặc thuyền dân dụng Trong giao thông đường bộ sử dụng cho các loại xe côngnông (đầu dọc, đầu ngang)…

Trong công nghiệp và xây dựng, động cơ nhỏ được sử dụng phổ biến ởnhững cơ sở sản xuất nhỏ như máy ép vật liệu, máy cưa, máy cắt vật liệu, máytrộn vật liệu xây dựng của các cơ sở tư nhân hoặc hợp tác xã

Động cơ nhỏ cho đến nay và về lâu về dài vẫn là một nhu cầu sử dụngkhông thể thiếu cho các ngành sản xuất

1.2.Khái quát về các đặc tính của động cơ

1.2.1 Đường đặc tính của động cơ

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loạipitông Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõtrên đường đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động của động cơ ảnhhưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phảinắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề

cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tínhnăng động lực học của máy kéo

Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đường đặc tínhtốc độ và đường đặc tính tải trọng

1.2.2 Đường đặc tính tốc độ

Mem ax

Me

Ne

Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng

Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge

(lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo sốvòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điềuchỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mômen cản Mc) thay đổi Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộcrất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tựđiều chỉnh

Có hai loại đường đặc tính tốc độ :

 Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài

Trên hình 1.5 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen

Hình 1.5: Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ Điezen.

Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cựcđại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơlàm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế

độ làm việc định mức ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọitương ứng : công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và sốvòng quay định mức nn

Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quaychạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc Phần đồ thịtương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường

đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn lànhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong)

Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng,tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽchịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độquay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một

số nhược điểm khác nữa Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải

NeMe

nM nn nck

nmin

Memax

Nemax

Ne

Me

Memax

nck

nM nn

nmin

trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quátải tức thời

Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khiđạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me

và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháynhiên liệu không thực hiện được Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được vớitải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc độ quay n > nM

Đối với động cơ xăng, đường đặc tính cũng có có dạng tương tự như động

cơ điê den, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định Trên hình1.6 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạnchế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b)

a) b)

Hình 1.6: Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

a  không có hạn chế số vòng quay; b  có bộ hạn chế số vòng quay

Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khảnăng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thíchứng theo mô men quay và được xác định như sau :

(1.1)

trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiệntượng quá tải càng tốt Ở các động cơ điêzen thông thường kM = 1,1  1,25,còn ở động cơ xăng kM = 1,1  1,35

Máy kéo thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm

vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi

số truyền và dẫn đến bị chết máy Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơnhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ởnhánh tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ

số sử dụng tải trọng :

 = (1.2)

trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn  = 0,8  0,9 Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật đểđánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết máy kéothường được sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực họchoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máykéo liên hợp máy công tác)

Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hànhbằng thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng cóthể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ

M

max n

M M

c n

số thực nghiệm Một trong những công thức hay được sử dụng là công thứcS.R Lay Đecman, có dạng như sau :

(1.3)trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;

Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay

trong đó : Ne - công suất động cơ, KW;

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Me - mô men quay của động cơ, Nm

Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (1.3) và (1.4) ta có thể xây dựngđược một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n)

1.2.3 Đường đặc tính tải trọng

Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệudụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô menquay của động cơ Me Đường đặc tính tải trọng có dạng như hình 1.7

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng cácmối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc độ

Mem ax

M

n

Hình 1.7: Đường đặc tính tải trọng của động cơ

Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu,nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo Vì rằng, nhánh điều chỉnhtrong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến

Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ(trong khoảng nn - nck) Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông số trên đồ thị

sẽ chính xác hơn Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động

cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơvới nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge

1.3.Tổng quan về sử dụng nhiên liệu sinh học hiện nay

1.3.1 Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới

Theo thông tin của EU tháng1/2007 tiêu thụ năng lượng toàn cầu đã tăng lêngấp đôi từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn qui dầu/năm vào năm 2050 Giáo sư Nghê Duy Đấu,Viện sĩ công trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh)cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới dự báo nguồnnăng lượng hoá thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60

năm, than đá 111 năm Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu mỏ thế giới ngàycàng tăng

Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khuvực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020 Indonesia là nước có nguồn năng lương hoá thạch lớn nhất trong các nướcASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm, khí đốt

60 năm và than đá 150 năm

Trong những tháng gần đây giá dầu thế giới đạt ngưỡng 70 USD/thùng vàvới nhu cầu tiêu thụ khoảng 82,5triệu thùng/ngày trong lúc đó số lượng dầu thừachỉ 1-2 triệu thùng/ngày, vì vậy theo Uỷ ban quốc gia các chính sách năng lượngcủa Mỹ nếu chỉ 4% năng lượng thế giới bị ngừng trệ bởi thiên tai thì giá dầu thô

có thể lên đến 160USD/thùng

Mặt khác, theo dự báo của các chuyên gia thì sắp tới ô tô sẽ là phương tiệngiao thông được ưa chuộng hơn cả mà nhiên liệu cho ô tô là xăng và dầu diesel

Ở Mỹ đã quảng cáo bán trả góp ô tô không phải trả lãi năm đầu Hiện nay tỷ lệ

sử dụng ô tô trên thế giới là 8/1000 người và dự báo là sẽ tăng lên đáng kể trong

2 thập kỷ tới, điều đó đòi hỏi một khối lượng nhiên liệu xăng dầu lớn

Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biếnđộng liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hoá thạch vàkhí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có tínhsống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng lượng sinh học Vậy nănglượng sinh học là gì?

Năng lượng sinh học bao gồm các nguồn năng lượng được sản xuất từnhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ, quả cây, các sảnphẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước thải và bã phế

thải hửu cơ công nghiệp, rác thải….Vì vậy, năng lượng sinh học là nguồn nănglượng thay thế có thể tồn tại, tái sinh và điều chỉnh theo ý muốn của con người.

Hiện có 2 dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và dieselsinh học:

+) Ethanol sinh học

Ethanol là một loại nhiên liệu thay thế dạng cồn, được sản xuất bằngphương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyểnhóa thành đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch Ngoài ra, ethanol còn được sảnxuất từ cây, cỏ có chứa cellulose Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quátrình phân giải của vi sinh vật có thể sản xuất ra ethanol, sau đó tách nước bổ sungcác chất phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên liệu biến tính hay cồnnhiên liệu Ethanol là chất phụ gia để tăng trị số Octane (trị số đo khả năng kíchnổ) và giảm khí thải độc hại của xăng Trong chính sách năng lượng của mình, từkhối EU đến Mỹ, Trung Quốc, Ôxtrâylia, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứngdụng ethanol Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010

có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa, các contàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàuchở dầu hiện nay Những chiếc xe chỉ chạy được bằng xăng sẽ phải nhường chỗcho các thế hệ xe chạy bằng ethanol Lúc đó, sẽ diễn ra sự cạnh tranh gay gắttrong thị trường nhiên liệu và cả trong thị trường xe hơi thế giới…

+) Diesel sinh học

Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung là một loạinăng lượng tái tạo.Về phương diện hoá học diesel sinh học là methyl este củaaxit béo.Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật.Đểsản xuất diesel sinh học người ta pha khoảng 10% mêtanol vào dầu thực vật vàdùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và các

ancolat) Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng 60°C liên kết este củaglyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa vớimêtanol Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu diesel sinh học sauđấy Thông qua việc chuyển đổi este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít hơndầu thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel

mà không cần phải cải biến động cơ để phù hợp Tùy theo lượng sinh học người

ta chia ra thành:

 RME: Mêthyl este của cây cải dầu

(Brassica napus) theo DIN EN 14214 (có giá

trị toàn châu Âu từ 2004)

 SME: Mêthyl este của dầu cây đậu nành hay

dầu cây hướng dương

 PME: Mêthyl este của dầu dừa hay dầu hạt cau Bên cạnh đó còn có

mêthyl este từ mỡ nhưng chỉ có những sản phẩm hoàn toàn từ dầu thực vật(PME

và đặc biệt là RME) là được dùng trong các loại xe diesel hiện đại, khi được cácnhà sản xuất cho phép

Bảng 1 – 1: Thông số của dầu diesel sinh học

Hình 1.8: Mẫu diesel sinh học

Vì vậy trên thế giới nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài câynông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến năng lượng sinhhọc.

Nghiên cứu về dầu diesel sinh học bắt đầu được thực hiện từ những năm

1990 Năm 1983, ngưòi Mỹ có tên là Gruham Quick đã sử dụng dầu từ hạt lanhchạy máy động cơ Năm 1990 Mỹ đề ra “Luật không khí sạch” trong đó ethanolđược sử dụng thay thế chất MTBE là chất phụ gia vào xăng được coi là chấtngấm vào nước ngầm có thể gây ung thư Năm 2005 Mỹ có Luật năng lượng đề

ra tiêu chuẩn bắt buộc trong xăng tiêu dùng phải pha nhiên liệu sinh học với tỷ lệtăng dần hàng năm Dự kiến đến 2017 hàng năm sản xuất 132 tỷ lít nhiên liệusinh học, giảm 20% lượng xăng Hiện nay Mỹ có 114 nhà máy đang sản xuất

ethanol sinh học, 79 nhà máy đang xây dựng, mở rộng 11 nhà máy và 200 nhàmáy sẽ hoạt động vào tháng 9 năm 2008 Hãng dầu mỏ lớn thứ 3 nước Mỹ làConoco Phillips sẽ đầu tư 22,5 triệu USD cho đại học Iowa State University(ISU, Mỹ) trong 8 năm để phát triển các công nghệ sinh học mới

Mới đây tại Hội nghị năng lượng sinh học Trường đại học Georgia (Mỹ),giáo sư vật lý đã nghỉ hưu 70 tuổi - hiện là lão nông – Zimmy Grine đã giới thiệumột loại ethanol nhiên liệu được chưng cất từ lúa mì và lạc Theo tính toán vềnhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay thế 1 lít xăng Nếu pha ethanol vớixăng thì tuỳ theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng từ 10 đến 15%

mà công suất và hiệu suất mài mòn động cơ không đổi

Ấn Độ dự kiến số ô tô của quốc gia này vào năm 2007 là 10 triệu chiếc vàhàng năm nhu cầu nhập dầu mỏ của họ tăng khoảng 10% Năm 2004 trong tổng

số 114 triệu tấn dầu của quốc gia này có đến 75 % là nhập từ nước ngoài với sốtiền là 26 tỷ USD Trong báo cáo năm 2003 của Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinhhọc của Ấn Độ cho rằng khả năng sản xuất 29 triệu lít cồn ethanol của họ đủ tạo

ra hỗn hợp nhiên liệu 5% cồn cho đến kế hoạch lần thứ 12

Braxin sản xuất 14 tỷ lít cồn (tương đương 20 vạn thùng) từ cây mía Luậtpháp nước này qui định tất cả các loại xe phải sử dụng xăng pha với 22% cồnethanol và nước này đã có 20% số lượng xe chỉ dùng cồn ethanol Chương trìnhsản xuất cồn này của họ tạo việc làm cho 1 triệu người và tiết kiệm được 60 tỷUSD tiền nhập dầu trong 3 thập kỷ qua Số tiền này lớn gấp 10 lần chi chochương trình trên và gấp 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu.Từ sau 1985 sản lượngethanol nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm, thay thế luỹ kế 200 tấn dầu

mỏ Hiện nay toàn bộ xăng chạy ô tô của Braxin đều pha 20-25% ethanol sinhhọc và đã có loại ô tô chạy hoàn toàn bằng ethanol sinh học Năm 2005 có 70%

số ôtô đã sử dụng nhiên liệu sinh học Lượng tiêu thụ ethnol sinh học ở quốc gia

này đạt 12 triệu tấn năm 2005, thay thế 45% lượng tiêu thụ xăng và chiểm 1/3tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho các loại xe, tạo công ăn việc làm cho 700.000người Braxin có thể sản xuất được lượng ethanol thay thế 10% nhu cầu xăngdầu của thế giới trong vòng 20 năm tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ lít, sovới mức 3 tỷ lít hiện nay.

Trong khối EU nhiên liệu sinh học là một ưu tiên trong chính sách môitrường và giao thông Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng nhiên liệu sinhhọc trong các loại hình vận tải ở châu Âu có thể tiết kiệm được 120 triệu thùngdầu thô vào năm 2010.Từ đầu năm 2004 các trạm xăng ARAL và Sell ở Đức bắtđầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ 31/12/2005 ít nhất 2% và đến31/12/2010 ít nhất 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốctái tạo.Tại Áo một phần chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ1/11/2005 chỉ có dầu diesel với 5% nguồn gốc sinh học được bán

EU đặt mục tiêu đến 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượngtái sinh EU qui định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% nhiên liệusinh học từ nay đến 2020 Mỹ đề ra đến 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh họctrong giao thông

Indonesia đã phải trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho năng lượng Nước này đặtmục tiêu đến năn 2010 nhiên liệu sinh học đáp ứng 10% nhu cầu cho ngành điện

và giao thông Hiện nay ở đây phần lớn xe buýt và xe tải chạy bằng dầu dieselsinh học- một hỗn hợp dầu cọ với nhiên liệu hoá thạch - do Công ty dầu khí quốcdoanh Pertamina cung cấp Công ty điện lực PLN đang sử dụng dầu cọ trong dự

án thí điểm nhằm hướng tới chuyển tất cả các nhà máy điện trong nước dùngdầu diesel sinh học và năm 2010

Ở Trung Quốc các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang…đãsản xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt 1,02 triệu

tấn Hắc Long Giang đã sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000 tấn/năm Nướcnày đang nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ xenlulose và hiện đã có cơ

sở đạt 600 tấn/năm Theo kế hoạch đến 2010 sản lượng nhiên liệu sinh học củaTrung Quốc khoảng 6 triệu tấn Đến năm 2020 là 19 triệu tấn, trong đó ethanol

10 triệu tấn và diesel 9 triệu tấn

Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất276.000 tấn /năm Chính phủ nước này đặt chỉ tiêu sản xuất 1 triệu tấn dầudiesel sinh học xuất khẩu vào năm 2007-2008 Hiện nay Malaysia đã trồng được

có thể đạt trên 95%, cao hơn phương pháp hoá học, giá thành giảm từ 15-20%

1.3.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam

Gây trồng cây cung cấp nguyên liệu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinhhọc là một vấn đề mới đối với Việt Nam Vừa qua Bộ Công nghiệp đã xây dựng

đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020, với mục tiêusản xuất xăng E10 và dầu sinh học nhằm thay thế một phần nhiên liệu truyềnthống hiện nay Theo đề án, trong giai đoạn 2006-2010, Việt Nam sẽ tiếp cậncông nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng mạng lưới thí điểm phân phốinhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng cây nguyên liệucho năng suất cao, đào tạo cán bộ chuyên sâu về kỹ thuật

Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinhhọc thay thế một phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạnglưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác, đa

dạng hóa nguồn nguyên liệu Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinhhọc ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷlít xăng E10 và 500 triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo các chuyên gia, xăngE10 là xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10%, đáp ứng hoàn toàn mọi hoạtđộng binh thường của ô tô, xe máy Dầu diesel sinh học luôn được pha trộn vào dầu

DO, với tỷ lệ phổ biến 5-30%, để giảm bớt ô nhiễm môi trường

Từ tháng 8/2007 một hệ thống sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu ăn phế thải vớicông suất 2 tấn/ ngày sẽ được triển khai tại Công ty Phú Xương thành phố Hồ ChíMinh Dự án được triển khai với nguyên liệu đầu vào từ 4-5 tấn/ngày.Theo ước tínhgiá dầu là 7,500đ/lít thấp hơn giá giá bán diesel trên thị trường khoảng 400đ/lít

Bộ Công nghiệp đang triển khai công nghệ sản xuất các loại hoá chất, phụgia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng Các đơn vị thuộc Bộ sẽứng dụng và làm chủ công nghệ sản xuất các chất phụ gia, chất xúc tác để phachế xăng với ethanol và diesel sinh học và diesel khoáng, triển khai sản xuất cáchoá chất, phụ gia cung cấp cho các cơ sở pha chế Dự kiến năm 2007 làm chủcông nghệ này và sản xuất với qui mô nhỏ Năm 2011-2015 mở rộng cơ sở sảnxuất phụ gia và bảo đảm cho nhu cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10 Tổng kinhphí dự kiến cho dự án này là 20 tỷ đồng Việt Nam

1.4 Một số vấn đề về cây jatropha

1.4.1 Giá trị sử dụng jatropha

Jatropha vốn dĩ là một cây dại, bán hoang dại mà người dân các nướctrồng chỉ để làm bờ rào và làm thuốc, nhưng với những phát hiện mới của khoahọc, đã cho thấy Jatropha có tiềm lực giá trị cực kỳ to lớn, được đánh giá rất cao,thậm chí đã có những lời ca ngợi có phần quá đáng, nhưng dù sao, Jatropha vẫn

là một loại cây hết sức quý giá mà loài người phải quan tâm khai thác tốt nhữnggiá trị sinh học của cây này

a - Về kinh tế, xã hội

Phát hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất

dầu diesel sinh học Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầuthô, từ dầu thô tinh luyện được diesel sinh học và glyxerin Mặc dầu diesel sinhhọc được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương,dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chấtlượng tốt, tương đương với dầu diesel hóa thạch truyền thống Nếu 1 haJatropha đạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất được 3 tấn diesel sinhhọc Loại dầu này sẽ thay thế được 1 phần dầu diesel truyền thống đang cạn kiệt,giảm thiểu được lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết vàkhông có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường Hạt Jatropha sau khi

ép dầu, 30% là sản phẩm dầu, 70% là khô dầu, có hàm lượng protein khoảng30%, dùng làm phân hữu cơ quý, nếu khử hết độc tố có thể làm thức ăn gia súccao đạm 1 ha Jatropha, giả thiết đạt 10 tấn hạt/ha/năm sẽ thu được các loại sảnphẩm chủ yếu có giá trị cao như sau:

- Dầu diesel sinh học: 3 tấn x 700 USD/tấn = 2.100 USD

- Bã khô dầu: 7 tấn x 300 USD/tấn = 2.100 USD

Như vậy 1 ha Jatropha tạo ra giá trị khoảng 4.200 USD/năm (hơn 60 triệuđồng/ha/năm), lợi nhuận thu được sẽ phân phối cho nông dân sản xuất nguyênliệu và nhà đầu tư công nghiệp chế biến dầu

Jatropha còn tạo ra hiệu ứng xã hội cực kỳ to lớn Do trồng ở các vùng miềnnúi nghèo túng, cây Jatropha sẽ tạo nhiều việc làm và thu nhập khả quan chođồng bào các dân tộc, trong khi cho đến nay, trên đất dốc còn lại của các vùngnày vẫn chưa tìm kiếm được bất cứ cây gì khả dĩ trồng được trên diện tích lớn,

có thu nhập cao, lại có thị trường ổn định

b - Về môi trường

Jatropha là cây lâu năm, phủ đất cực kỳ tốt, tuổi thọ 50 năm, sinh trưởngphát triển được ở hầu hết các loại đất xấu, nghèo kiệt, đất dốc, đất trơ sỏi đá,không cháy, gia súc không ăn Bởi vậy cây Jatropha trồng trên các vùng đất dốc

sẽ được coi là cây "lấp đầy" lỗ hổng sinh thái ở các vùng sinh thái xung yếumiền núi, sớm tạo ra thảm thực bì dày đặc chống xói mòn, chống cháy, nâng cao

độ phì của đất Không những vậy, Jatropha còn có thể trồng ở các vùng đất samạc hóa, bãi thải khai thác khoáng sản, góp phần phục hồi hệ sinh thái các vùngnày Vì vậy cây Jatropha được đánh giá là "vệ sĩ sinh thái", tạo ra hiệu ứng to lớn

về bảo vệ môi trường

c - Bã sau khi ép dầu làm phân hữu cơ và thức ăn chăn nuôi

Sau khi ép dầu, bã khô dầu có hàm lượng N 4,14-4,78%, P2O5 0,66%, CaO 0,60-0,65%, MgO 0,17-0,21% được sử dụng làm phân hữu cơ rấttốt để bón cho các loại cây trồng, nhất là cho vùng sản xuất nông nghiệp hữu cơ,nông nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phìcủa đất Trong thành phần hạt Jatropha có độc tố curcin, có thể gây tử vong chongười và gây hại cho vật nuôi Phân tích 2 giống được sử dụng trong vườn giốngcủa Trường Đại học Thành Tây, hàm lượng dinh dưỡng trong bã khô dầu:protein đạt 25,87-29,91%, xơ đạt 21,41-29,77%, tro đạt 4,86-5,11%, chất béo đạt28,61-31,67%, sắt đạt 177,89-177,94 mg/kg và nhiều chất khoáng khác Nếu khửhết độc tố thì bã khô dầu Jatropha trở thành một loại thức ăn giàu đạm cho cácloài gia súc, gia cầm, tạo ra nguồn thức ăn chăn nuôi quý, góp phần giải quyếtnhu cầu thức ăn công nghiệp sẽ thiếu hụt trầm trọng đối với ngành chăn nuôinước nhà trong tương lai gần

0,5-d-Để làm thuốc

Trong thành phần cây Jatropha, đã chiết xuất được những hợp chất chủ

yếu như tecpen, flavon, coumarin, lipit, sterol và alkaloit Nhiều bộ phận của câynày có thể chữa bệnh như lá, vỏ cây, hạt và rễ Rễ trị tiêu viêm, cầm máu, trịngứa; dầu của hạt có thể nhuận tràng; dịch nhựa trắng tiết ra từ vết thương củacành có thể trị viêm lợi, làm lành vết thương, chữa trị bệnh trĩ và mụn cơm; nướcsắc từ lá dùng để chữa trị bệnh phong thấp, đau răng…

Trong cây Jatropha có nhiều thành phần độc tố, nhất là phytotoxin (curcin) tronghạt, nếu được nghiên cứu sâu hơn rất có thể tạo ra hợp chất mới về nguồn dược, từ đóđộc tố thực vật có thể trở thành một loại tài nguyên về nguồn dược liệu mới

1.4 2 Tiềm năng phát triển Jatropha ở Việt Nam

Cây Jatropha là một cây trồng rất dễ tính, có phổ thích nghi rộng, có thểtrồng được ở hầu hết các nước nhiệt đới, á nhiệt đới trong phạm vi vĩ độ 280oN –

300oS, ở độ cao từ 7 - 1600m so với mực nước biển, nhiệt độ bình quân năm từ

11 – 28oC, lượng mưa/năm từ 520 - 2000mm, chịu được đất sỏi sạn, đất nghèokiệt, độ dốc tới 30 - 400, chịu hạn, chịu đất xấu, không cháy, không bị gia súc

ăn, rất ít sâu bệnh Như vậy, ở Việt Nam cây Jatropha có thể trồng được ở mọinơi của vùng đồi núi, vùng đất cằn cỗi, trừ vùng đất ngập nước, gồm:

- Các vùng miền núi phía bắc

- Các vùng miền núi miền trung

- Các vùng đất cát ven biển dọc miền trung từ Hà Tĩnh đến Bình Thuận

Xét khả năng phát triển của cây Jatropha để sản xuất nhiên liệu sinh học

tại nước ta, về tầm nhìn dài hạn, có thể xem xét hai loại căn cứ sau đây:

*Thị trường tiêu thụ diesel sinh học

Dự báo khả năng tiêu thụ diesel sinh học trong tương lai là không đáng longại vì nguồn cung cấp diesel truyền thống sẽ cạn kiệt dần mà diesel sinh học có

đủ khả năng thay thế một phần đáng kể đối với diesel truyền thống với giá cạnhtranh, nghĩa là thị trường toàn cầu về diesel sinh học vừa có nhu cầu to lớn, vừa

có thể được chấp nhận về giá Từ đó có thể khẳng định trồng cây Jatropha để sảnxuất diesel sinh học có thị trường bền vững

*Khả năng trồng cây Jatropha ở Việt Nam

Về điều kiện khí hậu

Đối chiếu với yêu cầu sinh lý của cây Jatropha về nhiệt độ, lượng mưa thìkhắp các vùng sinh thái của nước ta đều được coi là rất thích hợp phát triển trồngcây jatropha, kể cả các vùng núi cao

Về điều kiện lao động

Các vùng của nước ta có nguồn lao động dồi dào tại chỗ, thoả mãn nhucầu lao động để trồng cây Jatropha, bất kể ở quy mô nào

Về vốn

Trồng Jatropha chủ yếu dựa vào hộ nông dân, trong đó có kinh tế trangtrại Chế biến dầu diesel sinh học chủ yếu dựa vào các doanh nghiệp tư nhân.Suất đầu tư trồng Jatropha rất thấp Tiền giống trong 1 - 2 năm đầu có thể tốnkém nhiều, nhưng do hệ số nhân của Jatropha rất cao (1ha đạt năng suất 10 tấnhạt, đủ hạt để trồng cho 5 nghìn ha, nghĩa là hệ số nhân 1/5000), nên tiền giống

sẽ không đáng kể (1ha trồng 3000 cây, tiền hạt giống chỉ hết khoảng 5000đ/ha).Tiền đào hố và phân bón cũng ít tốn kém Vừa qua, Công ty Minh Sơn và Công

ty Núi Đầu đã thuê dân trồng 150ha, chi phí tiền làm đất và đào hố cho 3000cây/

ha hết 1 triệu đồng/ha, tiền phân bón 300kgNPK/ha, hết 1,5 triệu đồng/ha, cáckhoản chi phí này cộng lại không tới 3 triệu đồng/ha trong năm trồng đầu tiên,các năm sau không phải đầu tư gì thêm Với số vốn này, các gia đình nông dân

có thể tự lo liệu

Về chế biến

Suất đầu tư để chế biến diesel sinh học cần khoảng 400USD/tấn Với nhàmáy nhỏ 3 vạn tấn/năm, cần 12 triệu USD Khoản đầu tư này do các doanhnghiệp tự tìm vốn đầu tư Như vậy, vốn để trồng Jatropha trên quy mô lớnkhông đáng lo ngại Còn vốn chế biến diesel sinh học thì huy động các doanhnghiệp trong nước và nước ngoài tham gia đầu tư cũng không gặp trở ngại lớn.

Về giống và công nghệ

Cho đến hết năm 2007, Trường Đại học Thành Tây đã thu thập được nhiều giốngJatropha tốt có xuất xứ từ Trung Quốc, Thái Lan, Indonexia, diện tích các giốngnày đạt 150ha, đến năm 2008, đủ giống trồng 3 - 5 nghìn ha, từ năm 2009 trở đi,

đủ giống trồng hàng trăm nghìn ha/năm, có nghĩa là đủ giống tốt cung cấp thoảmãn cho dân trồng trong phạm vi cả nước Quy trình kỹ thuật thâm canhJatropha cũng đã được xây dựng, hướng tới mục tiêu đạt trên 10 tấn hạt/ha/năm

1.4.3 Thành phần hóa học của dầu jatropha

Thành phần hóa học gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự

do Triglyceride là các triester tạo bởi phản ứng của các axit béo trên ba chứcrượu của glycerol Trong phân tử có chứa các nguyên tố H, C, và O Jatrophathuộc nhóm dầu nửa mau khô có chỉ số Iốt từ 95÷ 130

Bảng 1- 2: Thành phần hóa học của jatropha [6]

1.4.4 Đặc tính của dầu thực vật và dầu jatropha nói riêng

Khối lượng riêng: Nói chung khối lượng riêng của dầu thực vật lớn

hơndầu diesel từ 6 - 17%

Độ nhớt: Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ thường cao hơn so với dầudiesel khoảng vài chục lần, nhưng đường cong chỉ thị độ nhớt rất dốc, khinhiệt độ 100oC đối với dầu bông chỉ còn lớn hơn 7 lần, dầu hạt cải chỉ còn lớnhơn 8 lần so với dầu diesel Riêng đối với dầu Jatropha, độ nhớt ở 20oC lớn hơndầu diesel 8÷16 lần Độ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến khả năng thông quacủa dầu trong bầu lọc, đến chất lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp, do

đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế và năng lượng của động cơ

Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầuthực vật nghiên cứu thì dầu Jatropha có chỉ số cetane tương đương với dầudiesel Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêmchất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật

Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật

nói chung và của Jatropha nói riêng cao hơn dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì

giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel

Đường cong bay hơi: Về khả năng bay hơi, đối với dầu thực vật so với dầudiesel: điểm bắt đầu bay hơi thấp hơn 130 – 150oC , điểm kết thúc bay hơi caohơn 360 – 375oC Nhiều loại dầu thực vật trong khoảng nhiệt độ 200 – 280oCđường cong bay hơi gần trùng với dầu diesel, nhưng vượt quá 280oC thìchúng lại thấp hơn Điểm đáng lưu ý là dầu thực vật không hoàn bay hơi hết,đây có thể là nguyên nhân gây đóng cặn trên buồng cháy

Bảng 1-3: Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật và dầu diesel [6].

Loại dầu

Khối lượng riêng

(g/cm3

Độ nhớt ở

20 0 C

(cSt)

Chỉ số cetane

(CN)

Điểm đục

(0C)

Điểm chớp lửa

(0C)

Nhiệt trị

(MJ/kg;Kcal/kg)

1.4.5 Phương pháp dùng dầu Jatropha làm nhiên liệu

Việt Nam là nước có khí hậu cận nhiệt đới với thảm thực vật phong phú do

đó nguồn nguyên liệu cho việc sản xuất dầu thực vật cũng phong phú theo.Dầu thực vật Việt Nam được chế biến từ các nguyên liệu có nguồn gốc thựcvật gồm: Đậu nành, đậu tương, đậu phụng (lạc), vừng, dừa, cám gạo…trong

đó phổ biến nhất là dầu dừa: 39.320 tấn, đậu nành 29.170 tấn và lạc 17.800tấn - số liệu năm 2005 và gần đây nhất là dầu Jatropha với nhiều triển vọng.Thành phần chủ yếu của các lọai dầu này là Ester của axit béo vàglycerine Đặc điểm của dầu thực vật nguyên chất là có độ nhớt cao, tan tốttrong các dung môi hữu cơ không phân cực như Ete, acetone…

Hỗn hợp nhiên liệu dầu Jatropha-diesel (J-D) không có chất xúc tác là sảnphẩm của quá trình pha trộn theo tỷ lệ phần trăm giữa dầu Jatropha và dầu

diesel Đây là giải pháp nhằm làm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu dieseltruyền thống, sử dụng cho động cơ đốt trong Tuy nhiên độ nhớt quá lớn sovới diesel, ma sát nội giữa các phần tử của dầu cao, cản trở sự chảy của dầutrong đường ống, làm khả năng thông qua của dầu trong bầu lọc kém, chấtlượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp xấu làm thời gian cháy kéo dài vàcháy không hoàn toàn lượng nhiên liệu được cấp vào buồng đốt gây ảnhhưởng xấu đến các chỉ tiêu kinh tế và hiệu quả của động cơ.

Để sử dụng dầu Jatropha làm nhiên liệu, cần áp dụng những phương pháp xử

lý dầu để tính chất của nó gần giống với nhiên liệu diesel

1.4.5.1 Điều chế thành biodiesel sinh học

Quy trình công nghệ ester hóa dầu Jatropha cũng giống như quy trìnhcông nghệ ester hóa dầu thực vật, tuy nhiên với các quy trình phức tạp và giáthành của thiết bị còn quá cao nên đây không phải là giải pháp tối ưu

1.4.5.2 Sấy nóng dầu Jatropha:

Như đã biết, độ nhớt của dầu thực vật nói chung không giảm hoặc giảm rất

ít khi nhiệt độ của nó > 80oC , do vậy, nếu chỉ gia tăng nhiệt độ thì dầuJatropha vẫn còn độ nhớt cao hơn nhiều so với dầu diesel truyền thống Tăngnhiệt độ lên quá cao sẽ tạo bọt trong hệ thống nhiên liệu, cản trở việc cungcấp liên tục nhiên liệu, gây chết máy Mặt khác phương pháp này không cảithiện được các chỉ tiêu khác của dầu Jatropha như: trị số cetan, nhiệt trị…

1.4.5.3 Pha loãng và gia nhiệt

Trên cơ sở phân tích ở trên, ta chọn phối hợp hai giải pháp: pha dầu Jatrophavào dung môi là dầu diesel và gia nhiệt hỗn hợp sao cho độ nhớt tương đươngvới dầu diesel

1.4.5.4 Pha thủ công bằng tay

Phương pháp này không khả thi trong thực tế, vì pha chế thủ công bằngtay sẽ không đảm bảo cho sự đồng nhất hỗn hợp sau khi pha, mặt khác quátrình này không thể áp dụng ở quy mô lớn nên chỉ áp dụng trong quá trình tạomẫu thử nghiệm

1.4.5.5 Pha nhiên liệu theo qui mô công nghiệp

Hỗn hợp nhiên liệu J-D theo tỉ lệ phù hợp được pha chế ngay trong cácnhà máy quy mô lớn và được phân phối đến các điểm cấp nhiên liệu.Khi sử dụnghỗn hợp này chỉ cần thêm động tác gia nhiệt đến 80oC và đưa vào sử dụng kếthợp với các thiết bị đồng thể hóa nhiên liệu

1.4.6.Các động cơ sử dụng dầu thực vật nói chung hay dầu jatropha nói riêng

Dầu thực vật đã sử lý có thể được sử dụng hầu như không có giới hạn chocác động cơ buồng trước hoặc buồng xoáy theo hai hướng: hoặc dùng riêng hoặctrộn lẫn với nhiên liệu diesel Với động cơ diesel phun trực tiếp không thể sửdụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiên liệu Trong quá trình làm việc lâu dài sẽnhanh dẫn đến sự cốc hóa và kẹt vòng găng Điều đó hạn chế hoạt động củađộng cơ và nhanh dẫn đến hư hỏng Nếu trộn lẫn khoảng 5% dầu thực vật vàonhiên liệu diesel thì tất cả các loại động cơ đều hoạt động không có vấn đề gì

Trong khi các động cơ có buồng đốt phân chia sử dụng dầu thực vật không

có những yêu cầu thay đổi lớn về kết cấu thì các động cơ phun trực tiếp lại cầnthay đổi rất nhiều Ở động cơ Elsbett buồng đốt dạng bán cầu được đặt ở giữa đáypitson Rãnh nạp khí có dạng đặc biệt tạo ra một dòng xoáy không khí rất mạnh , từ

đó dẫn đến sự phân lớp không khí nạp mạnh và dẫn đến sự cháy phân cấp Để tránh

bó cứng vòng găng do cốc hóa, piston được phân cách làm hai phần , nhờ đó giảmdòng nhiệt ở vùng rãnh vòng găng Ngoài ra dòng khí xoáy gần vách trong buồngđốt còn tạo ra một vùng lạnh giữa piston và vùng khí cháy

Trong chế độ làm việc với mỡ thực vật trước hết nhiên liệu cần được hóa lỏng

và sau đó hâm nóng để phun Nhờ một hệ thống nhiên liệu thứ hai, động cơ hoạt độngbằng nhiên liệu diesel ở chế độ khởi động và ngắt tải Nhờ có hoạt động kép như vậy

mà các quá trình khởi động, hâm nóng động cơ và thời gian hâm nóng mỡ được thựchiện cũng như tránh được các hiện tượng và kẹt vòi phun

Hình 1-9: Dạng buồng đốt của các động cơ diesel có buồng xoáy lốc

Hình 1-10: Dạng buồng đốt của các động cơ diesel có buồng cháy trước.

CHƯƠNG II : TIẾN HÀNH KHẢO NGHIỆM

2.1 Tổng quan về khảo nghiệm động cơ đốt trong

2.1.1 Định nghĩa và yêu cầu chung

2.1.1.1 Định nghĩa

Khảo nghiệm động cơ là phương pháp dùng để kiểm tra và nghiên cứu động

cơ đốt trong, để xác định các thông số cơ bản của động cơ, từ đó điều chỉnh saocho động cơ có độ tin cậy làm việc và tuổi bền đạt mức cao nhất

2.1.1.2 Yêu cầu chung

Khảo nghiệm cần phải tiến hành cho từng động cơ với mục đích kiểm tra cácthông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ Khảo nghiệm phải tiến hành khinghiệm thu lần cuối Các động cơ phải được khảo nghiệm định kỳ để kiểm tra cácthông số, độ tin cậy làm việc và độ bền cũng như để kiểm tra tính ổn định của động cơ.Khảo nghiệm phải được tiến hành trong các điều kiện kỹ thuật cho phép

2.1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong

2.1.2.1 Mục đích nghiên cứu động cơ đốt trong

Với trình độ hiểu biết hiện nay, chúng ta chưa có khả năng xác định mộtcách chính xác những tính chất đặc trưng và công dụng thực tế của động cơ đốttrong bằng con đường tính toán lý thuyết Bởi vậy, nghiên cứu động cơ đốt trongvẫn là một công việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế kỹthuật và các thông số của động cơ, trên cơ sở đó có thể rút ra kết luận về khảnăng và phương hướng hoàn thiện nó

2.1.2.2 Nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong

1 Nghiên cứu kiểm tra

Kiểm tra các thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ sau khi chế

tạo hoặc sữa chữa động cơ

Có hai loại nghiên cứu kiểm tra đó là : “ kiểm tra sản xuất và kiểm tra định

kỳ ” Cụ thể như sau :

Kiểm tra sản xuất được tiến hành cho các động cơ trước khi xuất xưởng, kếtquả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc nghiệm thu hay loại bỏ một động cơ cụ thể Kiểm tra định kỳ được tiến hành cho động cơ chọn từ dây chuyền sản xuấtmột cách ngẫu nhiên Mục đích kiểm tra định kỳ là kiểm tra tính ổn định của sảnxuất, kết quả kiểm tra định kỳ sẽ là cơ sở để đánh giá chất lượng dây chuyềncông nghệ đang được áp dụng

3 Nghiên cứu khoa học hay nghiên cứu cơ bản

Mục đích nghiên cứu cơ bản động cơ đốt trong là tìm ra những quy luật chi phốicác quá trình diễn ra trong động cơ đốt trong, giải thích bản chất của chúng, thiết lập

những phương pháp tính toán và thực nghiệm mới… Kết quả nghiên cứu cơ bản có thểđược sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp vào quá trình thực hiện động cơ.

Nghiên cứu động cơ đốt trong được tiến hành trong các phòng thí nghiệmhoặc trong điều kiện sử dụng thực tế (gọi là thử nghiệm trực tiếp) Nghiên cứutrong các phòng thí nghiệm cho phép chúng ta điều chỉnh động cơ một cách dễdàng và sử dụng đa dạng các thiết bị nghiên cứu, kết quả thu được không phụthuộc vào những ngẫu nhiên bên ngoài Thử nghiệm trực tiếp cho phép chúng tađánh giá với mức độ chính xác nhất định, độ tin cậy, tuổi bền và sự hoạt độngbình thường của động cơ trong điều kiện sử dụng thực tế Thông thường kết quảthử nghiệm thực tế có tác dụng bổ sung cho nghiên cứu tại phòng thí nghiệm

2.2.Mục đích khảo nghiệm động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu jatropha

Khảo nghiệm động cơ D15 và D4 dùng hỗn hợp nhiên liệu jatropha để lấy

số liệu xây dựng đường đặc tính ngoài Từ đường đặc tính ngoài của động cơ khi

sử dụng hỗn hợp nhiên liệu jatropha đem so sánh với đường đặc tính ngoài củađộng cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel Từ đó đưa ra những nhận xét đánh giá vềchỉ tiêu năng lượng, tính năng kinh tế, tính chất hoạt động của động cơ khi sửdụng hỗn hợp nhiên liệu jatropha để đưa ra phương án sử dụng dầu jatropha mộtcách có hiệu quả tạo tiền đề cho việc sử dụng phổ biến nguồn nhiên liệu mới,nhiên liệu tái sinh này trong tương lai

2.3 Thiết bị thí nghiệm

2.3.1 Bàn khảo nghiệm động cơ

Hình 2-1: Hệ thống khảo nghiệm với động cơ D15

Hình 2-2: Sơ đồ hệ thống khảo nghiệm

1.Bình hỗn hợp nhiên liệu

jatropha-diesel

11.Khớp nối mềm

2.Bình nhiên liệu diesel 12.Bơm bánh răng bơm dầu làm mát

4.Bình gia nhiệt cho hỗn hợp nhiên liệu 14.Van tiết lưu

5.Bình lọc nhiên liệu 15.Thùng dầu

7.Động cơ khảo nghiệm 17 Động cơ điện ba pha

8.Động cơ điện ba pha 18 Két làm mát dầu

-Bàn khảo nghiệm động cơ được sử dụng trên cơ sở đã được xây dựngsẵn từ trước và có thiết kế bổ xung thêm bộ phận khởi động điện, bộ phậngia nhiệt cho dầu jatropha

2.3.1.1 Động cơ khảo nghiệm

- Động cơ khảo nghiệm là động cơ diesel D4, D15 có dạng buồng đốt phânchia ( buồng xoáy Ricardo ) phù hợp cho việc dùng nhiên liệu Jatropha

- Nhiệm vụ: phát ra công suất và momen quay để truyền chuyển động chobơm thủy lực trong hệ thống tạo tải

- Các thông số kỹ thuật của động cơ như sau:

Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật động cơ khảo nghiệm

Tên động cơ Dongfeng S1100 (D15) Jiulong R170 (D4)

Kiểu động cơ ` Làm mát bằng nước - 1

xilanh - nằm ngang - 4 kỳ

` Làm mát bằng nước

- 1 xilanh - nằmngang - 4 kỳ

Phương pháp đốt cháy Hỗn hợp xoáy trong buồng

đốt tự bốc cháy

Hỗn hợp xoáy trongbuồng đốt tự bốc cháy

Hiệu suất cao nhất 12.73/16.5/2200 3.0/4/2600

Sự tiêu thụ nhiên liệu

2.3.1.2 Hệ thống truyền lực