amokIpq l!jq hpmq l7pq nZ\klq XRpVj>nq n^cpmq pYClq boiq loSq VMpm Vj>nq n^cpmq pYClq boiq loSq VMpm noYGpmqbo2gql;qn^?qXTq%lnipqlic #qmkikq_cKpq
KS. Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ ThS. Huỳnh Minh Thuận
KS. Lê Hồng Nguyên, KS. Lê Dương Hải
Viện Dầu khí Việt Nam
Theo xu hướng phát triển các dạng năng lượng mới nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và an toàn môi trường sinh thái, việc sử dụng nhiên liệu sinh học cho các phương tiện xe cộ thay thế dần xăng dầu gốc khoáng là điều tất yếu đã và đang lan rộng nhiều quốc gia trên thế giới. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ trình bày hai nội dung nghiên cứu liên quan đến thử nghiệm đánh giá độ bền động cơ xe ô tô chạy xăng pha 5% cồn tuyệt đối (E5) so với xăng thị trường và thử nghiệm độ ổn định chất lượng xăng E5 theo thời gian tồn trữ bảo quản bằng bể chứa đặt ngầm mô hình cây xăng thực tế. Kết quả thử nghiệm cho thấy, độ hao mòn của động cơ xe ô tô tải mới chạy xăng E5 tương đương với xăng thị trường trong lộ trình 20.000km và chất lượng của xăng E5 được bảo đảm trong tồn trữ bảo quản bằng bể chứa mô hình cây xăng trong thời gian 2 tháng. Đồng thời qua bài báo này, nhóm tác giả sẽ nêu lên những ưu nhược điểm của tính năng làm việc của xăng E5 đến các thông số hoạt động của động cơ so với xăng thị trường. Các kết quả thực nghiệm này là những căn cứ khoa học giúp cho các đơn vị sản xuất kinh doanh xăng dầu tham khảo chuẩn bị tổ chức phương án pha chế và phân phối nhiên liệu sinh học theo lô trình.
1. Đi tng nghiên cu/kho sát
Nhiên liệu xăng thị trường M92 pha với 5%tt cồn tuyệt đối có pha thêm 0,12%tt phụ gia VpCI-705 được tồn trữ và bảo quản bằng mô hình bể chứa cây xăng để đánh giá độ ổn định trong thời gian 2 tháng. Thử nghiệm đánh giá độ bền động cơ sử dụng xe ô tô tải Suzuki chạy xăng E5 so với xăng M92. Một trong những mục tiêu của đề tài là phương án giải quyết đầu ra cho lượng xăng thành phẩm RON 90 của NMLD Dung Quất bằng cách pha thêm 5%tt cồn để nâng trị số octan của xăng lên RON 92.
2. Thit lp mô hình tn tr và đánh giá s n đnhcht lng ca xăng E5 trong điu kin thc t cht lng ca xăng E5 trong điu kin thc t
a. Mô hình bể chứa
Bể chứa hình trụ nằm ngang, đặt ngầm được thiết kế để chứa xăng dầu theo tiêu chuẩn TCVN.
- Kích thước bể: 1.800mm x 1.250mm x 3mm (dung tích 2.200 lít);
- Vật liệu chế tạo bể: Thép tấm CT3;
- Bên ngoài bể được bảo ôn bằng 2 lớp bông thuỷ tinh tẩm nhựa đường.
b. Phương pháp và kết quả thử nghiệm
Định kỳ 01 tuần/lần nhóm kỹ thuật viên phòng thí nghiệm xăng dầu (Petrolimex V) tiến hành lấy mẫu và đo các chỉ tiêu cơ bản của xăng E5, kết quả phân tích ở cuối tuần thứ 1, thứ 4 và thứ 8 như Bảng 1.
Qua kết quả thực nghiệm khảo sát ta thấy: - Nhiệt độ mẫu xăng E5 tồn trữ âm đất hạ dần
theo nhiệt độ môi trường: Từ 280C vào tuần thứ 1,
đến tuần thứ 8 là gần 240C;
- Khi pha trộn 5%tt cồn tuyệt đối vào 95% thể tích xăng gốc - xăng thị trường M92 - đã có sẵn 1,79% khối lượng oxy thì hàm lượng oxy trong xăng tăng lên 2,86%kl.
- Chỉ tiêu trị số octan, ăn mòn mảnh đồng của xăng E5 không thay đổi sau 8 tuần tồn trữ: Trị số octan có giá trị không đổi là RON 93,9, chỉ tiêu ăn mòn mảnh đồng vẫn đạt loại 1A;
- Hàm lượng oxy, hàm lượng nước, thành phần độ sôi, áp suất hơi bão hòa và khối lượng riêng của mẫu E5 thay đổi nhẹ sau 8 tuần tồn trữ;
- Hàm lượng nhựa có thay đổi theo chiều hướng gia tăng: Xăng gốc M92 có hàm lượng nhựa 1,50 mg/100ml. Sau khi pha trộn, mẫu xăng E5 có hàm lượng nhựa là 1,84 mg/100ml; và sau 8 tuần tồn trữ hàm lượng nhựa của mẫu E5 tăng lên 1,90 mg/100ml;
- Từ các nhận xét trên cho thấy, trong suốt thời gian tồn trữ 8 tuần, các giá trị đo kiểm một số chỉ tiêu (RON, tỷ trọng, hàm lượng nước, hàm lượng oxy) có thể xem là không thay đổi theo thời gian. Do đó có thể kết luận rằng xăng E5 không bị tách lớp trong bồn chứa. Nếu trong bể chứa có hiện tượng tách lớp xảy ra (phân tử cồn bị kéo khỏi liên kết xăng - cồn chuyển qua pha cồn - nước lắng dưới đáy bể chứa) thì hàm lượng cồn trong xăng E5 đã giảm, dẫn đến RON giảm, tỷ trọng giảm và hàm lượng oxy giảm;
- Ngoài ra, xăng gốc M92 có pha
Hình 1.Bể chứa xăng E5 đang được thi công đặt ngầm
Bảng 1.Các chỉ tiêu của xăng E5 được đo kiểm trong thời gian tồn trữ bảo quản
sẵn MTBE. Hợp chất chứa oxy này được xem là hợp chất đồng dung môi (so-solvent) khi pha vào xăng pha cồn sẽ giúp hòa tan nước tốt hơn, giảm nhiệt độ tách lớp, giảm hiện tượng tách lớp trong nhiên liệu. Trong khuôn khổ của thử nghiệm này, kết quả đánh giá chỉ tập trung vào độ ổn định của xăng E5 trong thời gian tồn trữ, thử nghiệm không khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng MTBE đến tác
dụng chống tách lớp trong xăng pha cồn. Mặc dù, một số tài liệu nghiên cứu của nước ngoài đã khẳng định tác dụng chống tách lớp cho xăng pha cồn của các hợp chất chứa oxy (tiêu chuẩn EN 228).
3. Đánh giá đ bn đng c ô tô s d!ng xăngE5 so v"i xăng th trng E5 so v"i xăng th trng
a. Xe ô tô thử nghiệm
Bảng 2.Thông số xe ô tô tải thử nghiệm
Bảng 3.So sánh công suất động cơ chạy xăng E5 và M92
b. Phương pháp thử nghiệm
Thử nghiệm trên các thiết bị đo thử hiện đại của châu Âu theo một quy trình thống nhất đối với
2 động cơ (còn mới nguyên 100%) sử dụng 2 loại
nhiên liệu xăng pha cồn E5 và xăng thị trường M92. Tiến hành đo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tổng hợp của động cơ, đo độ kín khít buồng cháy động cơ, và đo hàm lượng các kim loại hao mòn hình thành trong dầu bôi trơn động cơ theo một chu trình thử nghiệm thống nhất cho 2 động cơ chạy thử nghiệm chạy xăng pha cồn E5 và xăng thị
trường M92.
Các số liệu đo kiểm, giá trị phân tích, đo đạt các thông số hoạt động của động cơ thứ 1 chạy xăng thị trường M92 trong suốt quá trình chạy thử nghiệm (455 giờ) được lấy làm dữ liệu chuẩn để so sánh với động cơ thứ 2 chạy xăng pha cồn E5.
c. Chế độ đo - kết quả thử nghiệm
* Chế độ 1: Đo kiểm đặc tính kinh tế kỹ thuật tổng
hợp của động cơ
Đo kiểm đặc tính công suất động cơ
- Số liệu đo cho thấy, sau 455 giờ hoạt động liên tục, mức độ giảm công suất của động cơ chạy xăng E5 (1,887%) ít hơn so với khi chạy xăng M92 (2,242%).
Đo kiểm tiêu hao nhiên liệu
- So sánh mức độ tiêu hao nhiên liệu giữa 2 động cơ ở tốc độ tối đa sau 455 giờ thử nghiệm, kết
quả cho thấy: Tiêu hao nhiên liệu của động cơ chạy xăng E5 gia tăng hơn so với động cơ chạy xăng thị trường M92 khoảng 2,496% đến 2,955%. Điều này có thể lý giải do một phần nhiên liệu xăng E5 trong buồng đất không được đốt cháy hoàn toàn để sinh công mà bị lọt xuống car-ter động cơ.
Bảng 4.Tiêu hao nhiên liệu của động cơ chạy xăng E5 và M92
- Sau thời gian chạy rà và tiếp tục chạy đến 220 giờ, độ lọt khí của 2 động cơ dùng xăng E5 và xăng M92 đều giảm (nhờ các bề mặt làm việc giữa thành xy-lanh và sec-măng được rà kín khít theo qui luật rà ổn định kích thước);
- Sau đó độ lọt cac-ter của cả 2 động cơ đều gia tăng do khe hở bắt đầu gia tăng theo thời gian sử dụng vì mài mòn, trong đó độ lọt khí cac-ter của động cơ chạy xăng E5 gia tăng hơn động cơ chạy xăng M92 sau thời gian khoảng 400 giờ. Điều này là do trong buồng cháy của động cơ chạy xăng pha cồn có tồn tại lượng cồn không hóa hơi hoàn toàn đã đóng vai trò như chất tẩy rửa
màng dầu bôi trơn trên thành xy-lanh và piston, làm sec-măng gia tăng hao mòn hơn, kéo theo độ lọt khí gia tăng hơn và do đó áp suất nén cũng giảm hơn;
- Diễn biến này thể hiện rõ hơn khi chạy động cơ ở tốc độ cực đại (5.500 vòng/phút) và ở mức tải cao (95-100% mức tải động cơ). Lúc này tồn tại nhiều hơn lượng cồn không hóa hơi hoàn toàn đã làm cho màng dầu bôi trơn giữa bề mặt làm việc của xy-lanh và sec-măng bị tẩy rửa, không bảo đảm độ bôi trơn và làm giảm độ kín nên lượng khí từ buồng cháy lọt xuống cac-ter động cơ gia tăng hơn;
Đo thử áp suất nén trong buồng cháy động cơ - Tuy nhiên, khi xem xét mức độ tiêu hao nhiên
liệu trung bình của toàn quá trình thử nghiệm đánh giá hao mòn động cơ chạy xăng E5 so với xăng thị trường, kết quả cho thấy: Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình của 2 động cơ trong quá trình chạy thử nghiệm khoảng 6,9kg/h, tương đương 10,9 lít nhiên liệu/100km và tốc độ trung bình của 2 xe quy đổi ra khi xe chạy trên điều kiện đường sá thực tế đạt
khoảng 79km/h. Trong Bảng 5 cho thấy, tiêu hao nhiên liệu trung bình của động cơ chạy bằng xăng pha cồn E5 trong quá trình thử nghiệm tiêu tốn ít hơn động cơ chạy bằng xăng thị trường M92 khoảng 0,653%.
* Chế độ 2: Đo kiểm độ kín khít buồng cháy động cơ
Đo kiểm kích thước xy-lanh và xu-pap động cơ
Bảng 6.Độ hao mòn xy-lanh của động cơ chạy xăng E5 và M92
- Kết quả thử nghiệm về độ hao mòn xy-lanh động cơ sau 455 giờ thử nghiệm cho thấy: Độ mòn các xy-lanh động cơ khi chạy xăng E5 so với xăng M92 giảm khoảng 0,018% - 0,064%.
Bảng 7.Độ hao mòn xu-pap của động cơ chạy xăng E5 và M92
- Kết quả thử nghiệm về độ hao mòn xu-pap động cơ sau 455 giờ thử nghiệm cho thấy: Độ mòn xu-pap của động cơ khi chạy xăng pha cồn E5 so với xăng M92 có tăng chút ít: Từ 0,003-0,037 mm. Có thể lý giải điều này do xăng E5 ở chế độ tải lớn (khi chạy 95 - 100% mức tải động cơ) và tốc độ tối đa (5.500 vòng/phút), một phần cồn và xăng không hóa hơi hết (còn thể lỏng) làm tẩy rửa màng dầu bôi trơn phần đỉnh piston với xy-lanh và rồi bị cháy, tạo thành hạt muội, làm mài mòn đôi chút bộ đôi
xu-pap và đế xu-pap. Mặc dầu xu-pap động cơ chạy xăng E5 có mòn nhiều hơn đôi chút nhưng độ khít xy-lanh vẫn được duy trì tốt bởi lò xo đóng kín xu-pap. Và ngay chính sự hao mòn này góp phần rà kín bộ đôi xu-pap, nên về lý thuyết việc mòn bộ đôi xu-pap không ảnh hưởng đến áp suất nén trong xy-lanh động cơ và độ lọt khí xuống cac- ter động cơ.
Đo kiểm độ lọt khí từ buồng cháy xuống car- ter dầu bôi trơn
- Mặc dầu đã được chạy rà khoảng 15 giờ, song vẫn có sự lọt khí xuống cac-ter do bề mặt làm việc của sec-măng và xy-lanh chưa được rà kín khít nên độ nhớt cả 2 động cơ thử nghiệm bị giảm đôi chút, chỉ còn khoảng 15,5 cSt;
- Sau thời gian khoảng 100 giờ chạy máy, các bề mặt đã được rà kín khít, hạn chế đến mức thấp nhất sự rò khí xuống cac-ter động cơ, thì độ nhớt động học của dầu nhờn tăng lên (khoảng 16,5 cSt, tăng khoảng 6,7% so với độ nhớt ban đầu khi động cơ còn mới, sau chạy rà);
- Sau thời gian 220 giờ chạy máy, độ nhớt giảm nhẹ về khoảng 16,30 đến 16,46 cSt, trong đó động cơ dùng xăng pha cồn E5 bắt đầu có dấu hiệu giảm độ nhớt;
- Cho đến thời gian khoảng 370 giờ chạy máy thì độ nhớt của động cơ dùng xăng pha cồn E5 đã theo xu hướng giảm rõ (chỉ còn khoảng 14,90 cSt, tức giảm 9,8%; trong khi đó động cơ dùng xăng M92 vẫn duy trì độ nhớt bôi trơn tốt ở giá trị 16,24 cSt, mức giảm chỉ 1,52%).
Đo kiểm hàm lượng kim loại hao mòn hình thành trong dầu bôi trơn
Hàm lượng các kim loại bị hao mòn hình thành trong dầu bôi trơn được xác định đều nằm trong giới hạn cho phép (giá trị cho phép xác định trên cơ
sở độ nhớt động học ở 1000C để đảm bảo màng
dầu bôi trơn cho các bề mặt làm việc giữa sec- măng và xy-lanh không được thấp hơn 10,4 cSt); trong Bảng 10 cho thấy sau 455 giờ chạy thử
nghiệm độ nhớt động học ở 1000C của dầu bôi trơn
trong 2 động cơ vẫn còn cao hơn 14 cSt.
Tác động của nhiên liệu xăng E5 đến hao mòn động cơ được đánh giá lần cuối cùng thông qua việc phân tích cường độ hình thành các kim loại bị hao mòn trong dầu bôi trơn động cơ.
-Hao mòn séc-măng: Lúc đầu các thành phần
các kim loại Cr và Mo của động cơ chạy xăng M92 có nồng độ hình thành gia tăng hơn do sec-măng bị mòn vì độ-côn và ô-van ban đầu của động cơ chạy M92 lớn hơn; sau khi đã san phẳng và kín khít thì ngược lại, thành phần kim loại Cr và Mo của động cơ chạy xăng pha cồn E5 có nồng độ Cr và Mo hình thành gia tăng hơn do sec-măng lúc này bị hao mòn vì điều kiện bôi trơn giảm do dầu bôi trơn bị loãng nên độ nhớt giảm;
- Hao mòn xy-lanh: Lúc đầu do độ ô-van và độ- côn xy-lanh động cơ chạy M92 lớn hơn, nên cường độ hao mòn kim loại Fe của thành xy-lanh động cơ chạy xăng M92 gia tăng hơn động cơ chạy xăng E5 chút ít, nhưng sau khi đã san phẳng độ ô-van và độ côn thì cường độ mài mòn kim loại Fe của thành xy- lanh động cơ chạy xăng pha cồn E5 lại gia tăng hơn do điều kiện bôi trơn kém hơn;
- Hao mòn bạc đỡ trục khuỷu, trục cam động cơ: Mật độ hình thành các kim loại Al, Cu và Pb bị hao mòn trong dầu bôi trơn là kết quả tổng hợp sự mài mòn của các bạc đỡ trục khuỷu và trục cam. Khi mật độ hình thành các kim loại này (Al, Cu và Pb) gia tăng cùng sự gia tăng hao mòn cụm séc- măng và xy-lanh sẽ ảnh hưởng làm giảm chất lượng dầu bôi trơn (do dầu bôi trơn bị lẫn các kim
Bảng 9.Áp suất nén xy-lanh của động cơ chạy xăng E5 và M92
- Lúc đầu áp suất nén trong xy-lanh của 2 động cơ chạy xăng E5 và xăng M92 đều tăng nhẹ (khoảng 1,119 - 1,277%), điều này thể hiện động cơ được chạy rà tạo ra độ kín khít tốt cho buồng cháy động cơ (cho đến 220 giờ);
- Sau đó cả hai đều bị giảm áp suất nén trong xy - lanh do hao mòn các chi tiết sec - măng
và xy-lanh tăng lên theo thời gian làm việc của động cơ. Đặc biệt sau khoảng 400 giờ áp suất nén trong xy-lanh động cơ chạy xăng pha cồn giảm còn 13,837 bar, tức giảm khoảng 13% do sec-măng đã bị mòn nhiều trong khi động cơ chạy xăng M92 vẫn duy trì áp suất nén tốt khoảng 15,726 bar.
* Chế độ 3: Đo kiểm chất lượng dầu bôi trơn
Đo kiểm chất lượng dầu bôi trơn (độ nhớt động học)