Muốn sử dụng mỡ hoặc dầu thực vật làm nhiờn liệu thay thế diesel cần phải tỏc động vào tớnh chất của chỳng sao cho động cơ vẫn hoạt động như bỡnh thường, trong đú cần quan tõm trước hết là vấn đề cốc hoỏ màng dầu bụi trơn. Cú thể ỏp dụng những biện phỏp sau:
- Làm tương thớch nhiờn liệu với động cơ - Làm tương thớch động cơ với nhiờn liệu
Biện phỏp thứ nhất cú ưu thế hơn vỡ tạo khả năng hoạt động thay đổi với nhiờn liệu diesel, khi đú nhiờn liệu mới cú thể cú nhiều cơ hội sử dụng trong cỏc động cơ diesel sẵn cú. Giải phỏp ở đõy là tỏc động để giảm thiểu độ nhớt hoặc trộn lẫn với cỏc nhiờn liệu khỏc.
Nhờ chuyển đổi hoỏ học dầu thực vật thành methyester mà nú cú cỏc tớnh chất gần với nhiờn liệu diesel, do đú người ta gọi nhiờn liệu này là biodiesel. Việc tỏch nhỏ cỏc liờn kết phõn tử làm cho nhiờn liệu này chỏy nhanh hơn và sự tạo cốc giảm đi.
2.4.4. Động cơ dựng nhiờn liệu sinh học – biodiesel
Dầu thực vật đó xử lý cú thể sử dụng hầu như khụng cú giới hạn cho cỏc động cơ buồng trước hoặc buồng xoỏy theo hai hướng: dựng riờng hoặc trộn lẫn với nhiờn liệu diesel. Với động cơ diesel phun trực tiếp khụng thể sử dụng dầu thực vật tinh
vũng găng. Điều đú hạn chế sự hoạt động của động cơ và dẫn đến nhanh hư hỏng. Nếu trộn lẫn 5% dầu thực vật vào nhiờn liệu diesel thỡ tất cả cỏc loại động cơ đều hoạt động khụng cú vấn đề gỡ.
Trong khi cỏc động cơ cú buồng đốt phõn chia sử dụng dầu thực vật khụng cú những yờu cầu thay đổi lớn về kết cấu thỡ cỏc động cơ phun trực tiếp lại cần thay đổi rất nhiều. Ở động cơ Elsbett buồng đốt dạng bỏn cầu được đặt ở giữa đỏy piston, rónh nạp khớ cú dạng đặc biệt tạo ra một dũng xoỏy khụng khớ rất mạnh. Từ đú dẫn đến sự phõn lớp khớ nạp mạnh và sự chỏy phõn cấp. Để trỏnh bú cứng vũng găng do cốc hoỏ, piston được phõn cỏch làm hai phần, nhờ đú giảm dũng nhiệt ở vựng giữa vũng găng. Ngoài ra dũng khớ xoỏy gần vỏch trong buồng đốt cũn tạo ra một vựng “lạnh” giữa piston và vựng khớ chỏy.
Trong chế độ làm việc với mỡ thực vật trước hết nhiờn liệu cần được hoỏ lỏng và sau đú hõm núng để phun. Nhờ một hệ thống nhiờn liệu thứ hai, động cơ hoạt động bằng nhiờn liệu diesel ở chế độ khởi động và ngắt tải. Nhờ cú hoạt động kộp như vậy mà cỏc quỏ trỡnh khởi động, hõm núng động cơ và thời gian hõm núng mỡ được thực hiện cũng như trỏnh được hiện tượng kẹt vũi phun.
2.4.5. Hoạt động của động cơ
Dưới đõy là một số kết quả nghiờn cứu và kinh nghiệm trong sử dụng thực tế về cỏc tớnh chất hoạt động của động cơ như cụng suất, chi phớ nhiờn liệu, ổn định chuyển động và khớ thải.
2.4.5.1. Cụng suất và chi phớ nhiờn liệu
Với hiệu suất như nhau, cụng suất của động cơ phụ thuộc vào nhiệt trị thể tớch của cỏc loại nhiờn liệu khỏc nhau. Việc định lượng lượng phụ nhiờn liệu trong một chu kỳ được thực hiện theo thể tớch nhờ thiết bị phun. Nhiệt trị thể tớch của dầu thực vật thấp hơn 5%, của RME thấp hơn 10% so với nhiệt trị của nhiờn liệu diesel.
Khi lượng phun khụng đổi, cụng suất động cơ giảm theo lượng giảm nhiệt trị. Nếu tăng năng suất cung cấp của bơm nhiờn liệu thỡ cú thể giữ cụng suất như hoạt động với nhiờn liệu diesel, tuy nhiờn sẽ làm tăng chi phớ nhiờn liệu theo thể tớch.
Khi sử dụng rượu cồn, chi phớ nhiờn liệu theo thể tớch tăng mạnh do nhiệt trị của rượu rất nhỏ. Nếu so sỏnh tực tiếp với cỏc động cơ xăng thụng thường thỡ chi phớ nhiờn liệu khi động cơ chạy bằng rượu tăng khoảng 20%. Tuy nhiờn lượng khớ thải CO2 của động cơ dựng nhiờn liệu là rượu cồn giảm nhiều.
2.4.5.2. Tớnh ổn định làm việc
Việc sử dụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiờn liệu trong chế độ hoạt động lõu dài của động cơ phun trực tiếp nhanh chúng dẫn đến mất ổn định như giảm cụng suất đến mức chết mỏy, trong buồng đốt và ở đầu vũi phun xuất hiện cốc hoỏ mạnh. Sự tạo bụi nhiờn liệu và tạo thành nhiờn liệu bị xấu đi do hậu quả của việc bốc chỏy khụng tốt.
Nguyờn nhõn của việc cốc hoỏ là tớnh chất bay hơi kộm, tớnh ổn định nhiệt thấp và trọng lượng phõn tử lớn của dầu thực vật. Ở động cơ cú buồng trước cú nhiều thời gian để tạo hỗn hợp, quỏ trỡnh chỏy được tiến hành khụng bị nhiễu và nhờ đú ớt bị cốc hoỏ.
Khi sử dụng RME, cả động cơ phun trực tiếp và động cơ cú buồng đốt phõn chia đều hoạt động tốt khụng bị cốc hoỏ và muội. Độ sạch của piston cú phần nào tốt hơn, cũn độ bỏm cặn muội ở cỏc vũi phun và xupap thỡ tương đương như ở chế độ làm việc với nhiờn liệu diesel.
Trong khi động cơ làm việc cú một lượng nhỏ nhiờn liệu lọt qua vũng găng xuống dầu bụi trơn. Hậu quả của hiện tượng này là làm xấu việc tạo màng dầu bụi trơn ở thành xilanh. Việc làm loóng dầu bụi trơn thể hiện mạnh ở động cơ phun trực tiếp hơn là ở động cơ cú buồng trước hoặc buồng xoỏy. Nếu giữ chớnh xỏc khoảng thời gian thay dầu thỡ khi động cơ hoạt động với RME hiện tượng loóng dầu bụi trơn khụng cú biểu hiện gỡ đỏng chỳ ý.
2.4.5.3. Tớnh chất vật liệu
RME cú thể làm bong sơn và thậm chớ hoà tan sơn, do đú khụng được chứa RME trong thựng cú sơn bảo vệ. Sơn hoà tan di chuyển theo nhiờn liệu cú thể làm tắc bỡnh lọc và vũi phun. Ống dẫn nhiờn liệu và đệm kớn bằng cao su sẽ dễ bị vỡ và hoỏ cứng do ester. Cỏc vật liệu từ cao su – flour liờn kết phự hợp với RME.
Dầu hạt cải cú ưu thế hơn cỏc loại nhiờn liệu truyền thống về mặt phõn huỷ sinh học. Điều này làm giảm thiểu tai hoạ xảy ra khi vận chuyển và cất giữ, kể cả cỏc trường hợp cú thể hoặc khụng trỏnh khỏi sự tiếp xỳc của dầu với mụi trường. RME và dầu thực vật tự phõn huỷ sinh học trong vũng 3 tuần, cú nghĩa là vết dầu trờn mặt đất sau đú khụng cũn nhận thấy nữa. Với một chỳt bẩn do dầu diesel hoặc dầu bụi trơn cần lượng đất lớn hơn nhiều để làm mất vết và phải chi phớ lớn hơn nhiều để làm sạch so với cỏc loại vết bẩn khỏc.
Methanol cú cỏc tớnh chất xõm thực hoỏ học mạnh, do đú đũi hỏi sự thớch ứng về vật liệu trong hệ thống cung cấp nhiờn liệu. Kể cả dầu bụi trơn cũng cần phải cú tớnh thớch ứng với methanol.
2.4.5.4. Tớnh thớch ứng với mựa đụng
Đối với chế độ hoạt động mựa đụng, dầu và mỡ thực vật chỉ phự hợp trong những điều kiện nhất định. Do cú độ nhớt cao nờn việc sử dụng dầu thực vật khú khăn khi nhiệt độ thấp hơn 200C.Việc khởi động động cơ ở vựng nhiệt độ này khụng thể thực hiện được nếu khụng cú cỏc biện phỏp trợ giỳp. Dưới 100C phần lớn dầu tinh khiết bị cứng hoặc sệt lại. Khi đú cần phải hõm núng bỡnh lọc và đốt núng bỡnh chứa, …Nhờ bổ sung thờm chất phụ gia, chất làm tăng tớnh lưu động mà RME cú thể hoạt động tốt ở nhiệt độ - 100C.
2.4.5.5. Khớ thải
Cỏc thành phần chớnh của khớ thải như CO2, NOx và carburhydro CH được giới hạn bởi cỏc luật quốc gia và quốc tế đối với động cơ và xe cộ. Khi sử dụng động cơ tĩnh tại như ở cỏc trạm phỏt điện đó cú cỏc qui định về giỏ trị giới hạn đối với CO2, NOx, SO2 và muội than.
Mức lan toả SO2 từ nhiờn liệu dầu thực vật là khụng đỏng kể và cú thể bỏ qua bởi vỡ dầu thực vật chứa rất ớt lưu huỳnh.
Khi động cơ hoạt động với dầu hạt cải tinh khiết thấy rằng cả lượng thải CO và CH đều tăng rừ hơn so với trường hợp động cơ hoạt động với nhiờn liệu diesel. Mức
Trong trường hợp động cơ hoạt động với RME thỡ mức thải cỏc chất CH, CO, NOx lại giảm một chỳt so với khi sử dụng nhiờn liệu diesel. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mức thải chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ làm việc của mỗi động cơ nờn kết quả nghiờn cứu cú phần nào phõn tỏn.
Mức thải muội than, biểu hiện bởi độ đen, khi động cơ hoạt động với dầu cải nhỏ hơn đỏng kể so với khi động cơ hoạt động với nhiờn liệu diesel, xột trong cả vựng hoạt động của động cơ và cũn nhỏ hơn nữa khi sử dụng RME. Mức thải andehyd và keton và cả chất thơm khi hoạt động với dầu cải cao hơn so với khi sử dụng diesel. Đối với động cơ sử dụng RME lượng thải cỏc chất cacburhydro thơm mạch vũng thấp hơn khi sử dụng diesel khoảng 30%. Dầu cải cú mức thải mựi khỏ mạnh do cú thành phần Acrlein.
Khi sử dụng cỏc bộ xỳc tỏc ụxy húa cú thể giảm đỏng kể tất cả cỏc thành phần độc hại của khớ xả. Lượng thải mang tớnh phỏp lý CO2, CH và NOx được qui định kể cả với dầu cải và RME khi sử dụng và khụng sử dụng katalysator.
Khi đốt chỏy rượu cồn cú khả năng cải thiện lượng thải độc hại thể khớ từ 10 đến 50%.
Hydro là nhiờn liệu sạch nhất theo cỏch nhỡn về mụi trường và hiệu ứng nhà kớnh, chỉ xuất hiện NOx do lượng ụxy thừa trong phản ứng chỏy với hydro. Lượng thải ở đõy cũng tương đương với trường hợp động cơ hoạt động cú katalysator. Nhờ chế độ làm việc nghốo ụxy mà cú thể tiếp tục giảm lượng thải NOx. Do khụng cú cacburhydro tham gia phản ứng chỏy nờn chỉ xuất hiện lượng thải CO và CO2 rất nhỏ tạo bởi sự chỏy theo một lượng rất nhỏ dầu bụi trơn.
2.4.6. Ảnh hưởng đến mụi trường
Trong tương lai, triển vọng về sử dụng bổ sung dầu và mỡ thực vật làm nhiờn liệu là rất lớn. Việc sản xuất dầu thực vật từ cõy cú dầu được nhỡn nhận là một quỏ trỡnh cú ưu điểm về mặt sinh thỏi, trước hết là cõn bằng CO2 hợp lý.
Về việc nghiờn cứu quỏ trỡnh chỏy trong động cơ thỡ khụng cú gỡ cần nghi ngờ vỡ khi chỏy động cơ chỉ thải ra CO2 mà trước đú trong quỏ trỡnh phỏt triển thực vật đó lấy từ khớ quyển. Để nghiờn cứu chớnh xỏc hơn cõn bằng CO2 cần khảo sỏt toàn bộ quỏ trỡnh tạo thành nhiờn liệu sinh học, nghĩa là cần tớnh toỏn cả việc sản xuất phõn bún và phương tiện bảo vệ thực vật cũng như quỏ trỡnh canh tỏc trong nụng nghiệp. Điều này cú nghĩa là sự cõn bằng CO2 khụng cũn là trung tớnh nữa nhưng so với cõn bằng CO2 của nhiờn liệu hoỏ thạch thỡ rừ ràng là tốt hơn nhiều.
2.4.7. Tớnh kinh tế
Ở chõu Âu, việc sản xuất nhiờn liệu thực vật đó là một thực tại và ngày càng phỏt triển. Thớ dụ, diện tớch nụng nghiệp ở Đức năm 1990 là 18 triệu ha, cũn diện tớch trồng cõy cải dầu khi đú là 570000 ha. Đến năm 2000 diện tớch trồng cõy cải dầu đó tăng gấp đụi.
Giỏ sử dụng nhiờn liệu biodiesel khi khụng phải tớnh thuế tương đối phự hợp so với giỏ nhiờn liệu diesel truyền thống.
Động cơ chạy bằng rượu cồn cú ưu điểm trội hẳn về mặt sử dụng năng lượng và tớnh chất khớ thải so với cỏc động cơ diesel truyền thống. Tuy nhiờn cũng cú vấn đề
CO2 mà cỏc nhà sản xuất nhiờn liệu rượu cồn được khuyến cỏo chỉ nờn sử dụng nguyờn liệu tỏi tạo được. Giỏ sản xuất nhiờn liệu rượu cồn hiện nay cũn cao so với nhiờn liệu từ dầu mỏ nờn theo quan điểm thị trường thỡ rừ ràng nhiờn liệu rượu cồn chưa cú cơ hội sử dụng. Việc thay thế nhiờn liệu hoỏ thạch về lõu dài sẽ cũn phải thay đổi.
Đối với hydro chỳng ta cũn thiếu hoàn toàn một cơ cấu cung cấp. Nhược điểm mang tớnh quyết định hiện nay là chi phớ quỏ lớn cho sản xuất và cất giữ hydro. Về lõu dài so với cỏc loại nhiờn liệu truyền thống hydro sẽ là loại nhiờn liệu tốt nhất trong tương lai bởi vỡ vấn đề sinh thỏi ngày càng được coi trọng hơn vấn đề kinh tế.