Đánh giá tính năng của động cơ xe Honda Wave S 110 khi sử dụng phụ gia cho nhiên liệu E10

TS. Lê Danh Quang Trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội PGS. TS. Lê Anh Tuấn GS. TS. Phạm Minh Tuấn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người phản biện: TS. Nguyễn Khắc Tuân TS. Lê Văn Quỳnh

Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của phụ gia VPI-G cho hỗn hợp nhiên liệu gồm 90% xăng và 10% ethanol (gọi là E10) đến tính năng và phát thải của động cơ xe Honda Wave S 110. Đây là những phụ gia do Viện Dầu khí thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam phát triển nhằm trợ tan, tạo nhũ, tăng khả năng ổn định và nâng cao chất lượng cho hỗn hợp nhiên liệu E10.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối chứng trên xe Wave S 110 cho thấy, phụ gia VPI-G giúp mô-men và công suất động cơ tăng trung bình 5%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 4%, các thành phần phát thải cải thiện: CO 9,4%; HC 11,9%, NOx 14,9% và CO₂ 5,4% so với trường hợp E10 không sử dụng phụ gia. So với trường hợp sử dụng phụ gia Keropur của nước ngoài thì phụ gia VPI-G cho công suất cao hơn khoảng 3,4%, suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn khoảng 4,3% và các thành phần phát thải cải thiện: CO 5,6%; HC 9,1%, NOx 5,4% và CO₂ 4,2%.

Từ khóa: Phụ gia nhiên liệu VPI-G, xăng sinh học E10, phát thải, tiết kiệm nhiên liệu.

Abstract: This paper presents experimental research on effects of fuel additives VPI-G for the fuel blend of 90% gasoline and 10% ethanol (so called E10) on engines performance and exhaust emissions of Honda Motor WaveS 110. These additives were developed by Vietnam Petrolium Institute in order to improve solvent ability, emulsion formation, stability and quality for E10.

Test results on the Honda Motor WaveS 110 showed that, using E10 blended with the VPI-G additive the engine’s torque and power raised averagely5%, specific fuel consumption reduced averagely4% . Exhaust emission components  CO 9,4%; HC 11,9%, NOx 14,9%, CO₂ 5,4% in comparision with the case of pure E10  and using E10 blended with the VPI-G additive the engine’s torque and power raised averagely3,4%, specific fuel consumption reduced averagely4,3%. Exhaust emission components  CO 5,6%; HC 9,1%, NOx 5,4 and CO₂ 4,2% when comparision with the E10 blended with the Keropur additive.

Keywords:  VPI-G additive, E10 gasohol,  exhaust  emissions, fuel effciency.

1. Đặt vấn đề

Một trong các hướng nâng cao chất lượng sử dụng nhiện liệu cho động cơ đốt trong là phải nghiên cứu các loại phụ gia phù hợp để thúc đẩy quá trình cháy tốt hơn, hoàn toàn hơn cho nhiên liệu, cải thiện công suất, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn cho người, môi trường và bảo vệ động cơ. Do vậy, phụ gia rất quan trọng đối với nhiên liệu vì quyết định tới đặc tính nhiên liệu, tính kinh tế, kỹ thuật và tuổi thọ của động cơ…

Phụ gia là những chất cho thêm vào nhiên liệu với một lượng nhỏ, nhưng lại làm tăng tính chất sẵn có và có thể tạo ra những tính chất mới cho sản phẩm. Phụ gia có thể pha vào nhiên liệu từ vài ppm đến trên 10%. Mỗi loại phụ gia có tính năng khác nhau, nhưng cùng cần có những yêu cầu sau: Phải tan trong nhiên liệu, phải tăng được các tính năng cần thiết, phải có tính tương hợp với các loại phụ gia khác và với các cấu tử trong sản phẩm, phải có độ bay hơi thấp, với hàm lượng nhỏ nhưng hiệu quả phải cao, không làm thay đổi tính chất hóa lý của nhiên liệu, không độc hại với người sử dụng vì môi trường, rẻ tiền và dễ kiếm.

Nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu sinh học đều phải có phụ gia. Khi phối trộn nhiên liệu hóa thạch với nhiên liệu sinh học mà ethanol là một trường hợp phổ biến, vai trò của phụ gia càng được quan tâm nhiều hơn.

Do đặc điểm của nhiên liệu sinh học là kém ổn định, nhiên liệu sinh học không phải chỉ là este dầu béo hay cồn khan, phối trộn với dầu diesel hay xăng, mà cần thiết phải có các phụ gia đặc biệt khác để bảo đảm tính đồng pha, chống ô-xy hóa, chống biến chất, chống tách lớp, chống gỉ...

Ở Việt Nam đã phát triển thành công phụ gia mang tên VPI-G cho E10, [1]. Đây là các phụ gia trợ tan (hòa tan và phân tán đều ethanol trong xăng), tạo nhũ, tăng khả năng ổn định và nâng cao chất lượng cho E10. Tính năng, tác dụng cụ thể của các thành phần nêu chi tiết trong [1]. Nghiên cứu này tập trung đánh giá thực nghiệm ảnh hưởng của phụ gia VPI-G đến tính năng và phát thải của động cơ.

2. Thử nghiệm

Thử nghiệm được thực hiện theo phương pháp đối chứng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G (0,1%) với cùng loại nhiên liệu nhưng không có phụ gia và với phụ gia Keropur (0,1%) của nước ngoài. Thử nghiệm được tiến hành để đánh giá tác động của phụ gia trên đến các tính năng và phát thải của động cơ Honda 109,1cm³ trên xe Wave S 110.

2.1. Đối tượng và trang thiết bị thử nghiệm

Xe máy Honda Wave S 110 là phương tiện tham gia giao thông phổ biến ở Việt Nam do Công ty Honda sản xuất, với thông số kỹ thuật thể hiện trong Bảng 2.1 và Hình 2.1, được chọn làm đối tượng thử nghiệm. Thử nghiệm được thực hiện trên băng thử Chassis Dynamometer 20 [2].

Bảng 2.1. Thông số cơ bản của động cơ xe Honda Wave S 110

 

Hình 2.1: Đo đặc tính trên băng thử xe máy CD20

 

2.2. Quy trình và nội dung thử nghiệm

Thử nghiệm được thực hiện theo phương pháp đối chứng giữa 3 mẫu nhiên liệu khác nhau ở trên trên xe Wave S 110.

Xe Wave S 110 được vận hành 2 giờ lần lượt với nhiên liệu E10, nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G và nhiên liệu E10 pha phụ gia Keropur sau khi đã căn chỉnh và thay dầu bôi trơn nhằm đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định với nhiên liệu đã cho rồi thực hiện lấy đặc tính động cơ, công suất, tiêu hao nhiên liệu và đo phát thải CO, HC, NO_x, CO₂ theo tốc độ ở chế độ toàn tải ở tay số 4.

3. Đánh giá kết quả thử nghiệm và thảo luận

3.1. Kết quả thử nghiệm

Đặc tính công suất (Ne), suất tiêu hao nhiên liệu (ge) và các thành phần khí thải của xe Wave S 110 theo đặc tính tốc độ động cơ ở chế độ toàn tải khi sử dụng lần lượt nhiên liệu E10 và nhiên liệu E10 có pha hai loại phụ gia được thể hiện trên Hình 3.1.

Hình 3.1: Diễn biến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và các thành phần khí thải của xe Wave S 110 theo tốc độ ở chế độ toàn tải

 Dễ dàng nhận thấy trên Hình 3.1 rằng, khi sử dụng nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G và Keropure, công suất tăng, suất tiêu hao nhiên liệu giảm so với trường hợp sử dụng nhiên liệu không pha phụ gia. Các thành phần khí xả CO, CO₂, HC, NOx trong trường hợp có phụ gia cũng thấp hơn so với trường hợp không có phụ gia. Trong đó, phụ gia VPI-G phát huy hiệu quả hơn phụ gia Keropur.

3.2. Đánh giá về tính năng và phát thải của động cơ

Từ các kết quả thử nghiệm cho thấy, khi động cơ hoạt động với nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G, công suất cao hơn trung bình khoảng 5%, còn suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn trung bình khoảng 4% so với trường hợp không có phụ gia (Hình 3.2).

Kết quả trên Hình 3.2 cũng cho thấy, phát thải của động cơ giảm khi dùng nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G. Các thành phần cải thiện như sau: CO 9,4%; CO₂ 5,4%; HC 11,9% và NOx 14,9%.

Hình 3.2: Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe khi dùng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không pha phụ gia

Từ các kết quả thử nghiệm cho thấy, khi động cơ hoạt động với nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G, công suất cao hơn trung bình khoảng 3,4%, còn suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn trung bình khoảng 4,3% so với trường hợp sử dụng phụ gia Keropur (Hình 3.3).

Kết quả trên Hình 3.3 cũng cho thấy, phát thải của động cơ giảm khi dùng nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G so với phụ gia Keropur. Các thành phần cải thiện như sau: CO 5,6%; CO₂ 4,2%; HC 9,1% và NOx 5,4%.

Hình 3.3: Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe Wave khi nhiên liệu E10  pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur

Các kết quả trên đây cho phép nhận định rằng, các thông số tính năng và phát thải của động cơ xe Honda Wave S 110 được cải thiện khi sử dụng nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không dùng phụ gia và cả trường hợp sử dụng phụ gia Keropur của nước ngoài.

4. Kết luận và hướng phát triển

Kết quả thử nghiệm phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 được thực hiện đối chứng trên xe Honda Wave S 110 cho thấy, phụ gia này đã cải thiện được các thông số về tính năng và phát thải so với trường hợp không có phụ gia và với phụ gia Keropur của nước ngoài.

Cụ thể, mô-men và công suất động cơ tăng trung bình 5%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 4%, các thành phần phát thải cải thiện: CO 9,4%; HC 11,9%, NOx 14,9% và CO₂ 5,4%. So với trường hợp sử dụng phụ gia Keropur của nước ngoài thì phụ gia VPI-G cho công suất cao hơn khoảng 3,4%, suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn khoảng 4,3% và các thành phần phát thải cải thiện: CO 5,6%; HC 9,1%, NOx 5,4% và CO₂ 4,2%.

Như vậy, bước đầu khẳng định, phụ gia đã phát huy hiệu quả tốt cho nhiên liệu sinh học, cụ thể là phụ gia phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10. Tuy nhiên, đây mới chỉ là những kết quả nghiên cứu ban đầu. Để có thể phổ biến sử dụng các phụ gia này trên thực tế, cần thiết phải thử nghiệm bền dài lâu hơn, đồng thời mở rộng đối với nhiều loại động cơ khác và cuối cùng cần phải thử nghiệm động cơ trên thực tế hiện trường.

Tài liệu tham khảo

[1]. Trần Văn Toại (2010), Nghiên cứu lựa chọn các chất phụ gia pha trộn nhiên liệu sinh học với   nhiên liệu gốc khoáng nhằm đảm bảo yêu cầu về chất lượng nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dụng, đồng thời đảm bảo tính an toàn môi trường của nhiên liệu, Đề tài cấp ngành Dầu khí.

[2]. http://www.icelab.hut.edu.vn/.

[3]. Khong Vu Quang, Le Anh Tuan, Pham Minh Tuan, Le Danh Quang, Tran Van Toai, Experimental study of the effect of gasohol fuel with and without additive on performance and emissions of spark ignition, The 5^th South East Asian Technical University Consortium (SEATUC) Symposium.

[4]. Lê Danh Quang (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu E10 và D5 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, Luận án Tiến sĩ.