Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính năng của động cơ ô tô khi sử dụng phụ gia cho nhiên liệu E10

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. 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 động cơ ô tô Ford Laser BPD-N 1.8L cho thấy, phụ gia VPI-G giúp mô-men và công suất của động cơ tăng trung bình 7,3%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 6,8%, các thành phần phát thải cải thiện: CO 13,1%; HC 14,7% và NOx 18,6%. Riêng CO₂ có tăng chút ít (6,5%) do lượng CO và HC cháy kiệt hơn so với trường hợp 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 3,65%, suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn khoảng 3,5% và các thành phần phát thải cải thiện: CO 5,3%; HC 7% và NOx 9,7%. 

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. 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 Ford Laser  BPD-N  1.8 L gasoline engine showed that, using E10 blended with the VPI-G additive the engine’s torque and power raised averagely7,3%, specific fuel consumption reduced averagely6,8% . Exhaust emission components  CO 13,1%; HC 14,7% và NOx 18,6%. only CO₂ increased (6,5%) because combustion process was improved in comparision with the case of pure E10 and using E10 blended with the VPI-G additive the engine’s torque and power raised averagely3,65%, specific fuel consumption reduced averagely3,5% . Exhaust emission components  CO 5,5%; HC 7% và NOx 9,7% when comparision with the E10 blended with the Keropur additive.

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

1. Đặt vấn đề

Phụ gia trong nhiên liệu có tác dụng cải thiện và bổ sung các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của nhiên liệu gốc nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng. Hiện nay, có nhiều loại phụ gia với công dụng khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm chính: Nhóm phụ gia tính năng và nhóm phụ gia tồn trữ bảo quản.

Phụ gia tính năng giúp nhiên liệu đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về chất lượng khi sử dụng (ví dụ: Tăng trị số octan đối với xăng, cải thiện trị số xetan đối với nhiên liệu diesel, cải thiện quá trình cháy...).

Phụ gia tồn trữ bảo quản giúp nhiên liệu giữ ổn định thành phần và chất lượng khi chưa sử dụng như phụ gia chống ăn mòn, phụ gia chống tách pha, phụ gia chống ô xy hóa...

Có những phụ gia đa chức năng, vừa đóng vai trò giúp nhiên liệu giữ được chất lượng ổn định khi tồn trữ, vừa đóng vai trò giúp nhiên liệu đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu cần thiết khi sử dụng. 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.

Phụ gia cho xăng pha ethanol về mặt nguyên tắc cũng giống như phụ gia cho xăng khoáng. Tuy nhiên, do tính chất đặc thù của nhiên liệu hỗn hợp, trong thành phần phụ gia sử dụng cho các loại nhiên liệu này cần có sự thay đổi sao cho phù hợp.

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 với cùng loại nhiên liệu nhưng không có phụ gia và với phụ gia Keropur 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 ô tô Ford Laser BPD-N 1.8.

2.1. Đối tượng và trang thiết bị thử nghiệm

Thử nghiệm được thực hiện trên băng thử động cơ (ETB) của Phòng Thí nghiệm Động cơ đốt trong (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) [2]. Động cơ ô tô Ford Laser BPD-N 1.8là loại động cơ được dùng khá phổ biến tại Việt Nam với những thông số kỹ thuật được thể hiện trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1. Thông số cơ bản của động cơ Ford Laser  BPD-N 1.8           

Hình 2.1: Động cơ Ford Laser BPD-N 1.8 trên băng thử ETB

2.2. Quy trình và nội dung thử nghiệm

Thử nghiệm được thực hiện theo phương pháp đối chứng giữa ba mẫu nhiên liệu khác nhau ở trên động cơô tô Ford Laser BPD-N 1.8.

Động cơ ô tô Ford Laser BPD-N 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 trên đường đặc tính ngoài.

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 động cơ ô tôFord Laser 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 về Ne, ge và các thành phần khí thải của động cơ ô tô Ford Laser BPD-N 1.8  theo tốc độ ở chế độ toàn tải

Từ Hình 3.1 có thể thấy 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 7,3%, còn suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn trung bình khoảng 6,8% 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 13,1%; HC 14,7% và NOx 18,6%. Riêng CO₂ có tăng chút ít (6,5%) do lượng CO và HC cháy kiệt hơn.

Hình 3.2: Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ ô tô Ford BPD-N 1.8 khi 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 3,65%, suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn trung bình khoảng 3,5% 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 5,3%; HC 7% và NOx 9,7%. Riêng CO₂ có tăng chút ít (5,1%) do lượng CO và HC cháy kiệt hơn.

Hình 3.3: Tỷ lệ cải thiện các thông số tính năng và phát thải của động cơ ô tô Ford 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 ô tô Ford Laser 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 cho thấy, với phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 được thực hiện đối chứng trên động cơ 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.

Như vậy, bước đầu khẳng định phụ gia đã phát huy hiệu quả tốt cho nhiên liệu sinh học, cụ thể là phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10. Tuy nhiên, đây mới chỉ là những kết quả nghiên cứu bước 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://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.