Tải bản đầy đủ

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG XĂNG (Ở VIỆT NAM) ĐẾN KHÍ THẢI XE MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG XĂNG
(Ở VIỆT NAM) ĐẾN KHÍ THẢI XE MÁY

Họ và tên sinh viên: LÊ QUANG TRÍ
Nghành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên khóa: 2008 – 2012

Tháng 6/2012

 
 


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG XĂNG
(Ở VIỆT NAM) ĐẾN KHÍ THẢI XE MÁY


Tác giả

LÊ QUANG TRÍ

Khóa luận được đề tình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sỹ, Giảng viên chính Bùi Công Hạnh

Tháng 6/2012

 
 


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh,
tôi đã nhận được sự quan tâm dạy dỗ đầy nhiệt huyết của Quý Thầy Cô, Cán bộ, nhân
viên của Trường, của Khoa, Bộ môn cũng như sự giúp đỡ của bạn bè. Mặc dù thời
gian không dài nhưng Tôi đã tích góp được phần nào kiến thức để làm hành trang
bước vào cuộc sống.
Với lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến:
 Cha mẹ sinh thành, nuôi dưỡng, dạy bảo con nên người.
 Ban Giám hiệu và Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ khí - Công nghệ.
 Quý Thầy Cô đã giảng dạy Tôi trong suốt khóa học.
 Quý Thầy trong Bộ môn Công nghệ kỹ thuật ô tô.
 Thầy Th.S GVC Bùi Công Hạnh đã tận tình chỉ bảo, là người trực tiếp
hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài tôi đã cố gắng hết sức nhưng khó có
thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi kính mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo và góp ý
của Quý Thầy Cô.
Kính chúc Quý Thầy Cô luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục dìu dắt các thế hệ trẻ
tương lai của đất nước ngày càng tiến xa hơn trên con đường khoa học và học thuật.
Kính chúc các bạn nhiều sức khỏe để tiếp tục trên con đường của mình.
Chân thành cám ơn !
Lê Quang Trí

ii


 


TÓM TẮT
1. Tên luận văn: Khảo sát ảnh hưởng chất lượng xăng (ở Việt Nam) đến khí thải
xe máy.
2. Thời gian và địa điểm thực hiện:
- Thời gian: từ ngày 15 tháng 3 năm 2012 đến ngày 15 tháng 6 năm 2012.
- Tại Xưởng thực hành thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Khoa Cơ
Khí – Công Nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh.
3. Mục đích luận văn:
 Luận văn này nhằm khảo sát thực nghiệm khí thải của động cơ xăng (được
thực hiện trên động cơ xe máy) để đánh giá chất lượng xăng ảnh hưởng đến quá trình
cháy. Chỉ số của chất chống kích nổ (chỉ số Octan) trong xăng ảnh hưởng đến nồng độ
khí thải.
 Luận văn tìm hiểu nồng độ khí thải của động cơ xăng. Đưa ra đánh giá và
nhận xét để động cơ hoạt động hiệu quả hơn, giảm thiểu khí thải ô nhiễm môi trường,
đảm bảo tiêu chuẩn khí thải được đề theo TCVN 2007 về khí thải.
4. Phương pháp và phương tiện:
 Tiến hành khảo sát nồng độ khí thải của động cơ các xe máy dùng khảo
nghiệm. Với mỗi loại xăng, thực hiện khảo nghiệm 3 lần trên từng xe máy dùng khảo
nghiệm.
 Dùng kết quả thu được tính trung bình và đánh giá kết quả.
 Sử dụng các thiết bị kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xe và đo nồng độ khí
thải của động cơ.
 Khảo sát ở 2 chế độ làm việc của động cơ: chế độ cầm chừng 900 – 1.200
vòng/phút, chế độ tốc độ trung bình của động cơ 3.000 vòng/phút.
5. Kết quả
Kết quả sau khi xử lý số liệu được vẽ biểu đồ và đánh giá dựa trên các tiêu
chuẩn khí thải của TCVN đối với xe máy động cơ 4 kỳ.
iii
 


MỤC LỤC
Trang tựa................................................................................................................. i
Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii
Tóm tắt .................................................................................................................... iii
Mục lục ................................................................................................................... iv
Danh sách chữ viết tắt ............................................................................................ vi
Danh sách các hình ................................................................................................. vii
Danh sách các bảng ................................................................................................ viii
Chương 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
Chương 2. TỔNG QUAN ..................................................................................... 2
2.1 Thành phần cơ bản của xăng ........................................................................ 2
2.1.1 Các loại xăng thương phẩm thường (xăng không pha Ethanol) ........... 3
2.1.2 Xăng sinh học (có pha 5% Ethanol theo thể tích) ................................ 6
2.1.3 Trị số octan ........................................................................................... 6
2.2 Quá trình cháy trong động cơ xăng và sự tạo thành CO, HC ...................... 10
2.2.1 Sự hình thành CO ................................................................................. 10
2.2.2 Sự hình thành HC ................................................................................. 11
2.3 Sự ảnh hưởng đến thành phần khí thải ......................................................... 13
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .......................................... 15
3.1 Thời gian và địa điểm................................................................................... 15
3.2 Phương tiện .................................................................................................. 15
3.3 Phương pháp................................................................................................. 17
3.4 An toàn khi thí nghiệm và bảo vệ thiết bị khi khảo nghiệm ........................ 18
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 19
4.1 Xác định sơ bộ tình trạng kỹ thuật của các xe máy khảo nghiệm............... 19
iv
 


4.1.1 Xe Future biển số 51-X6 2276.............................................................. 19
4.1.2 Xe Future biển số 60-K7 3398.............................................................. 20
4.1.3 Xe Citi biển số 50V 7208 ..................................................................... 20
4.1.4 Xe Future FI biển số 54-X7 0278 ......................................................... 20
4.2 Các bước chuẩn bị đo nồng độ khí thải........................................................ 21
4.3 Kết quả khảo nghiệm nồng độ khí thải các mẫu xăng trên từng loại xe ...... 25
4.3.1 Xe Future biển số 51-X6 2276.............................................................. 25
4.3.2 Xe Future biển số 60-K7 3398.............................................................. 28
4.3.3 Xe Future FI biển số 54-X7 0278 ......................................................... 31
4.3.4 Xe Citi biển số 50V 7208 ..................................................................... 34
4.4 Nhận xét ....................................................................................................... 37
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................ 40
5.1 Kết luận ........................................................................................................ 40
5.2 Đề nghị ......................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 41
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 42

v
 


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
-FI: Fuel Injection
-ppm: parts per million
-TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam
-RON: Reseach Octane Number
-MON: Motor Octane Number
-HC: hydrocarbon
-CO: carbon monoxide

-A92: theo tiêu chuẩn ASTM chỉ số RON 92.
-A95: theo tiêu chuẩn ASTM chỉ số RON 95.

vi
 


DANH SÁCH CÁC BẢNG
- Bảng 2.1: TCVN 6776:2005 dành cho xăng không chì. ........................................... 2
- Bảng 2.2 : Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ
hydrocacbon.................................................................................................................. 5
- Bảng 4.1: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A92, xe Future biển số 51-X6
2276. ............................................................................................................................. 25
- Bảng 4.2: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A95, xe Future biển số 51-X6
2276. ............................................................................................................................. 25
- Bảng 4.3: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng E5, xe Future biển số 51-X6 2276. ..... 25
- Bảng 4.4: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A92, xe Future biển số 60-K7
3398. ............................................................................................................................. 28
- Bảng 4.5: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A95, xe Future biển số 60-K7
3398. ............................................................................................................................. 28
- Bảng 4.6: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng E5, xe Future biển số 60-K7 3398. ..... 28
- Bảng 4.7: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A92, xe Future FI biển số 54-X7
0278. ............................................................................................................................. 31
- Bảng 4.8: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A95, xe Future FI biển số 54-X7
0278. ............................................................................................................................. 31
- Bảng 4.9: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng E5, xe Future FI biển số 54-X7
0278 .............................................................................................................................. 31
- Bảng 4.10: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A92, xe Citi biển số 50V 7208. ......... 34
- Bảng 4.11: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng A95, xe Citi biển số 50V 7208. ......... 34
- Bảng 4.12: Kết quả đo khí thải sử dụng xăng E5, xe Citi biển số 50V 7208. ........... 34
- Bảng 4.13: Tiêu chuẩn khí thải ở việt nam đối với xe máy động cơ 4 thì ................. 36
- Bảng 4.14: Tỷ số nén và trị số octan .......................................................................... 37

vii
 


DANH SÁCH CÁC HÌNH
- Hình 2.1: Hình minh họa về aromatic ........................................................................ 4
- Hình 2.2: Sơ đồ các nguồn phát sinh HC ................................................................... 12
- Hình 2.3: Ảnh hưởng của các không gian chết .......................................................... 12
- Hình 2.4: Ảnh hưởng của tỉ số không khí/nhiên liệu đến Nox .................................. 14
- Hình 2.5: Ảnh hưởng của tỉ số không khí/nhiên liệu đến nồng độ HC trong khí
xả .................................................................................................................................. 14
- Hình 3.1: Thiết bị đo áp suất ...................................................................................... 15
- Hình 3.2 Thiết bị đo khí thải Keg-500 của Hàn Quốc ............................................... 16
- Hình 3.3 Thiết bị Timing Light của Italy ................................................................... 17
- Hình 4.1: Kết nối thiết bị đo nồng độ khí thải với máy tính qua cổng COM ............ 22
- Hình 4.2: Quá trình tự kiểm tra hệ thống ................................................................... 22
- Hình 4.3: Quá trình tự làm nóng của thiết bị đo nồng độ khí thải KEG-500 khi
kết nối với máy tính. ..................................................................................................... 23
- Hình 4.4: Chế độ sẵn sàng của thiết bị đo nồng độ khí thải KEG-500 được báo
trên máy tính. ................................................................................................................ 23
- Hình 4.5: Đưa đầu đo và ống xã ................................................................................ 24
- Hình 4.6: Kết quả đo hiển thị trên thiết bị đo nồng độ khí thải KEG-500 và
máy tính. ....................................................................................................................... 24
- Hình 4.7: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế độ
cầm chừng (900-1200 vòng/phút) của xe Future biển số 51-X6 2276......................... 26
- Hình 4.8: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế độ
tốc độ động cơ trung bình 3000 vòng/phút của xe Future biển số 51-X6 2276. .......... 27
- Hình 4.9: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế độ
cầm chừng (900-1200 vòng/phút) của xe Future biển số 60-K7 3398......................... 29
- Hình 4.10: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế
độ tốc độ động cơ trung bình 3000 vòng/phút của xe Future biển số 60-K7 3398. ..... 30
viii
 


- Hình 4.11: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế
độ cầm chừng (900-1200 vòng/phút) của xe Future FI biển số 54-X7 0278. .............. 32
- Hình 4.12: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế
độ tốc độ động cơ trung bình 3000 vòng/phút của xe Future FI biển số 54-X7
0278. ............................................................................................................................. 33
Hình 4.13: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế độ
cầm chừng (900-1200 vòng/phút) của xe Citi biển số 50V 7208. ............................... 35
Hình 4.14: Biến thiên nồng độ CO, HC trong khí thải theo từng loại xăng chế độ
tốc độ động cơ trung bình 3000 vòng/phút của xe Citi biển số 50V 7208. .................. 36

ix
 


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 DẪN NHẬP
Chất lượng xăng dầu của nước ta theo tiêu chuẩn hiện hành so với tiêu chuẩn
của các nước trong khu vực hiện nay là khá thấp. Chất lượng xăng dầu thấp làm ảnh
hưởng đến khả năng làm việc của động cơ, khí thải.
Phương tiện đi lại ở nước ta hiện nay chủ yếu là xe máy. Lượng khí thải từ
động cơ xe máy so với các loại phương tiện vận tải khác là rất lớn. Các nhà sản suất
hiện đã áp dụng tiêu chuẩn EURO II vào sản phẩm nhưng trên thực tế nồng độ khí thải
vẫn cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn EURO II, một phần ảnh hưởng không nhỏ đến
nồng độ khí thải là chất lượng nhiên liệu đầu vào của nước ta là quá thấp. Nhưng để
tăng chất lượng nhiên liệu đồng nghĩa với việc tăng giá thành điều đó hiện tại là rất
khó.
Vấn đề được đặt ra là làm sao phải đảm bảo được các tiêu chuẩn khí thải mà
chất lượng nhiên liệu vẫn đạt theo tiêu chuẩn hiện nay.
1.2 MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN
- Khảo sát các thành phần chính trong khí thải động.
- Khảo sát chất lượng xăng ảnh hưởng đến nồng độ khí thải trên từng loại xe.
- Đo nồng độ khí thải của từng loại xe trên từng loại xăng thông dụng hiện nay.
- So sánh giữa các loại xăng, trên từng loại xe.
- So sánh kết quả khảo nghiệm với tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành về khí thải.
- Đưa ra kết luận và nhận xét.

1
 


Chương 2
TỔNG QUAN
Trong chương này chúng tôi sẽ nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nhiên liệu
(xăng) đến nồng độ khí thải và quá trình hoạt động của động cơ.
2.1 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA XĂNG
Bảng 2.1: TCVN 6776:2005 dành cho xăng không chì.
Xăng không chì
Tên chỉ tiêu

Phương pháp thử

RON RON RON
90

92

95

90

92

95

1. Trị số ốc tan, min.
- theo phương pháp nghiên cứu
(RON).
- theo phương pháp môtơ
(MON).
2. Hàm lượng chì, g/l, max.

(ASTM D2699)
79

81
0,013

3. Thành phần cất phân đoạn:
- điểm sôi đầu, 0C.

Báo cáo

- 10% thể tích, 0C, max.

70

- 50% thể tích, 0C, max.

120

0

- 90% thể tích, C, max.
0

215

- cặn cuối, % thể tích, max.

2,0

0

50 C/3giờ, max.

Loại 1

5. Hàm lượng nhựa thực tế (đã

5

rửa dung môi), mg/100 ml, max.
6. Độ ổn định ôxy hóa, phút, min.

480
2

 

84

ASTM D2700
TCVN 7143:2002
(ASTM D3237)
TCVN 2698:2002
(ASTM D86)

190

- điểm sôi cuối, C, max.
4. Ăn mòn mảnh đồng ở

TCVN 2703:2002

TCVN 2694:2000
(ASTM D130)
TCVN 6593:2000
(ASTM D381)
TCVN 6778:2000
(ASTM D525)


7. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg,
max.

TCVN 6701:2000
500

(ASTM D2622) /
ATSM D 5453

8. Áp suất hơi (Reid) ở 37,80C,
kPa.

TCVN 7023:2002
43 - 75

(ASTM D4953) /
ASTM D5191

9. Hàm lượng benzen, % thể tích,
max.

TCVN 6703:2000
2,5

(ASTM D3606) /
ASTM D4420

10. Hydrocacbon thơm, % thể
tích, max.
11. Olefin, % thể tích, max.

38

12. Hàm lượng oxy, % khối
lượng, max.
13. Khối lượng riêng (ở 150C),
kg/m3.
14.

Hàm

40

2,7

TCVN 7330:2003
(ASTM D1319)
TCVN 7330:2003
(ASTM D1319)
TCVN 7332:2003
(ASTM D4815)
TCVN 6594:2000

Báo cáo

(ASTM D1298) /
ASTM D 4052

lượng

kim

loại

5

(Fe,Mn),mg/l, max
15. Ngoại quan

Trong, không có tạp
chất lơ lửng

TCVN 7331:2003
(ASTM D3831)
ASTM D 4176

RON: Reseach Octane Number.
MON: Motor Octane Number, chỉ áp dụng khi có yêu cầu.

2.1.1 Các loại xăng thương phẩm thường (xăng không pha ethanol)
Thành phần hóa học của xăng rất phức tạp. Và khi nghiên cứu về thành phần
hoá học của dầu mỏ cũng như các phân đoạn hay sản phẩm của nó thì người ta thường
chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là hydrocacbon và phi hydrocacbon.
3
 


1. Thành phần hydrocacbon của xăng
a. Họ parafinic
Công thức hóa học chung là CnH2n+2, bao gồm các chất có số nguyên tử như
đã nêu trên, chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng (n-parafin) và mạch phân nhánh (iparafin), với các isoparaffin thì mạch chính dài, mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc
metyl.
b. Olefin
Các hydrocacbon olefine có công thức chung là CnH2n, được tạo thành từ các
quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hoá. Các olefine
này cũng bao gồm hai loại n-parafin và iso-parafin.
c. Họ naphtenic
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung
là: CnH2n và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc
không có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó
các hợp chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này
thường có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH3).
d. Họ aromatic
Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba
họ và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó.
Đây là hợp chất hydrocacbon thơm có công thức hóa học chung:

Hình 2.1: Hình minh họa về aromatic
4


Bảng 2.2: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon
Thành phần tính theo khối lượng

Số
nguyên
tử

N-parafin Isoparafin Naphten

Olefin

Aromatic

Hợp chất
chứa oxy

Tổng

%

%

%

%

%

4

5,14

0,3

0

1,49

0

0

6,93

5

1,26

7,84

0

10,11

0

0,5

19,71

6

0,64

6,34

1,19

5,07

1,23

3

17,47

7

0,65

3,22

1,05

1,56

8,11

0

14,59

8

0,48

11,47

0,43

0,34

13,61

0

26,33

9

0,11

1,12

0,16

0,07

9,49

0

10,95

10

0,01

0,09

0,09

0,02

2,8

0

3,01

11

0

0,1

0

0

0,25

0

0,35

12

0

0,61

0

0

0

0

0,61

13

0

0,01

0

0

0

0

0,01

8,29

31,1

2,92

35,49

18,66

3,5

99,96

cacbon

Tổng

%

Các cấu tử không xác định chiếm 0,04 %
Các giá trị được cung cấp bởi IFP của một loại xăng thường thương phẩm.

2. Thành phần phi hydrocacbon của xăng
Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi
hydrocacbon như các hợp chất của O2, N2, S. Trong các hợp chất này thì người ta quan
tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh (S) vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi trường.
Trong xăng, S chủ yếu tồn tại ở dạng mercaptan (RSH), hàm lượng của nó phụ
thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả quá trình
xử lý HDS.
Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lượng chủ yếu ở dạng vết, trong
đó nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng pyridin, còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng
thường ở dạng phenol và đồng đẳng.
5
 


2.1.2 Xăng sinh học (có pha 5% etanol theo thể tích)
Khái niệm: Ethanol (ethanol sinh học) được sản xuất từ các loại nguyên liệu
thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại nguyên liệu
chứa tinh bột và cellulose thông qua phản ứng trung gian thủy phân thành đường. Hiện
nay trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử dụng phổ biến do chi
phí sản xuất thấp.
Phương pháp tạo etanol sinh học
Phản ứng thủy phân tinh bột:
(C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6
Phản ứng tạo ethanol từ đường
C6H12O6 = C2H5OH + CO2 + Q
Ở Việt Nam xăng sinh học E5 được pha chế theo phương pháp 5% etanol +
95% xăng. Với hàm lượng etanol nhỏ hơn 10% trong nhiên liệu, ta không cần thay đổi
kết cấu động cơ.
2.1.3 Trị số octan
Chỉ số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại sự
kích nổ của xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan
(2,2,4-trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có khả
năng chống kích nổ tương đương với khả năng chống kích nổ của xăng đang khảo sát.
Trong hỗn hợp này thì iso-octan có khả năng chống kích nổ tốt, được quy ước bằng
100, ngược lại n-heptan có khả năng chống kích nổ kém và được quy ước bằng 0.
Trị số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xăng, khi dùng xăng có trị
số octan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo thì sẽ gây ra hiện tượng kích nổ
làm giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy. Ngược
lại nếu dùng xăng có trị số octan cao quá sẽ gây lãng phí. Điều quan trọng là phải
dùng xăng đúng theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là theo đúng tỷ số nén của
động cơ, khi tỷ số nén lớn thì yêu cầu trị số octan lớn và ngược lại.

6
 


Các yếu tố của động cơ ảnh hưởng đến chỉ số octan:
 Tỷ số nén;
 Hệ số đầy;
 Góc đánh lửa sớm;
 Nhiệt độ và áp suất vào;
 Độ giàu.
Khả năng chống kích nổ khi cháy trong động cơ của các hydrocacbon thay đổi
khác nhau tùy theo loại và tuy theo đặc điểm cấu trúc của nó.
 Đối với hydrocacbon parafinic:
Khi có cùng một cấu trúc loại thẳng, thì mạch càng dài càng dễ bị cháy nổ,
khả năng chống kích nổ càng kém.
Khi tăng số lượng nhánh phụ để giảm chiều dài mạch thì khả năng chống kích
nổ lại tăng lên. Như vậy, các i-parafin bao giờ cũng có khả năng chống kích nổ cao
hơn các n-parafin có cùng một số nguyên tử cacbon tương ứng, đồng thời các i-parafin
nào trong số đó càng có nhiều nhóm metyl, khả năng chống kích nổ càng cao.
Đối với các i-parafin, khi mạch nhánh càng chuyển vào giữa mạch, tức càng
làm cho cấu trúc phân tử thêm gọn ghẽ càng có khả năng chống kích nổ cao.
 Đối với các olefin:
Khả năng chống kích nổ của các olefin nằm trung gian giữa n-parafin và iparafin. Tăng chiều dài của mạch cacbon, khả năng chống kích nổ càng giảm. Khi có
cùng một chiều dài mạch cacbon như nhau, nhưng khi nối đôi càng chuyển dần vào
giữa mạch, khả năng chống kích nổ càng tăng lên.
Các olefin có mạch nhánh cũng có khả năng chống kích nổ cao hơn các loại
mạch thẳng.
Các olefin không kể đến vị trí của nối đôi, cũng như kích thước phân tử của nó,
khi chúng có mạch cacbon no với độ dài như nhau, khả năng chống kích nổ của chúng
vẫn như nhau.
Các diolefin (trừ 1-3 butadien) cũng có khả năng chống kích nổ cao hơn các nparafin tương ứng. Khi nối đôi chuyển vào giữa mạch, cũng như khi nối đôi nằm liên
hợp với nhau (cách đều) khả năng chống kích nổ tăng lên.
7
 


 Đối với các naphten:
Khả năng chống kích nổ kém hơn so với các olefin mạch thẳng có cùng số
nguyên tử cacbon (chỉ trừ cyclopentan có khả năng chống kích nổ cao hơn các đồng
phân α-olefin C5). Khi số vòng naphten tăng lên khả năng chống kích nổ càng kém.
Khi có nhiều nhánh phụ ngắn, thì khả năng chống kích nổ tốt hơn so với
naphten có nhánh phụ dài, với số cacbon trong nhánh phụ bằng tổng số cacbon trong
các nhánh phụ ngắn.
Vị trí các nhánh phụ dính vào đầu ở vòng naphten không ảnh hưởng mấy đến
khả năng chống kích nổ của nó.
Khi nhánh phụ của vòng naphten là mạch nhánh thì khả năng chống kích nổ sẽ
nâng cao.
Đối với các vòng không no (cyclolefin) khả năng chống kích nổ cao hơn đối với
vòng naphten tương ứng.
 Đối với các hydrocacbon thơm:
Đây là hợp chất có khả năng chống kích nổ cao nhất so với tất cả các loại.
Khi vòng thơm có thêm nhánh phụ mà số nguyên tử của nhánh phụ chưa quá 3,
thì khả năng chống kích nổ càng cao, sau đó nếu nhánh phụ dài hơn, thì khả năng
chống kích nổ lại càng kém đi. Tuy nhiên, khi nhánh phụ là mạch nhánh thì khả năng
chống kích nổ lại tăng.
Khi vòng thơm có chứa càng nhiều gốc metyl thì khả năng chống kích nổ càng
tốt, như toluen, xylen, mezitilen có khả năng chống kích nổ rất cao. Tuy nhiên nếu
vòng thơm đã có mạch dài thì việc đưa thêm các nhóm thế metyl vào vòng thơm có
hiệu quả không đáng kể. Mặc dù vậy, nếu nhánh phụ là mạch nhánh (như isopropylbenzen, iso amylbenzen) thì việc đưa thêm nhóm thế metyl vào vòng thơm lại
có khả năng làm tăng cao khả năng chống kích nổ.
Vị trí của các nhánh phụ của vòng thơm có ảnh hưởng đến tính chống kích nổ.
Khi khoảng cách giữa các nhánh phụ của vòng thơm càng xa, thì khả năng chống kích
nổ càng lớn.
Khi nhánh phụ của vòng thơm có nối đôi, thì khả năng chống kích nổ cao hơn
vòng thơm có nhánh phụ không có nôi đôi tương ứng.
Như vậy, khả năng chống kích nổ của các loại hydrocacbon với cấu trúc khác
8
 


nhau, đều có phạm vi thay đổi rất lớn có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả năng
chống kích nổ của các hydrocacbon như sau:
Aromatic > olefin có mạch nhánh > parafin có mạch nhánh > naphten có mạch
nhánh không no > olefin mạch thẳng > naphten > parafin mạch thẳng.
Để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của xăng, người ta đưa ra khái niệm
chỉ số octan, đó là đại lượng quy ước được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan
(loại 2,2,4-trimetylpentan: C8H18) trong hỗn hợp của nó với n-heptan (n- C7H16) khi
hỗn hợp này có khả năng chống kích nổ tương đương với xăng đang xem xét. Trong
đó iso-octan là cấu tử có khả năng chống kích nổ lớn nên chỉ số octan của nó được quy
ước bằng 100 còn n-heptan là cấu tử có khả năng chống kích nổ kém nên chỉ số octan
của nó được quy ước bằng 0. Như vậy, trị số này càng lớn, càng có khả năng chống
kích nổ cao.
Nói chung, trong thành phần phân đoạn xăng của dầu mỏ hàm lượng các cấu tử
có trị số octan cao thường rất ít. Vì vậy phân đoạn xăng lấy trực tiếp ra từ dầu mỏ
thường không đáp ứng yêu cầu về khả năng chống kích nổ khi sử dụng làm nhiên liệu
cho động cơ xăng, chúng có trị số octan rất thấp (từ 30 - 60) trong khi đó yêu cầu trị số
octan cho động cơ xăng phải trên 70. Do đó, để có thể sử dụng được, phải áp dụng các
biện pháp nhằm nâng cao khả năng chống kích nổ của xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ
(xăng chưng cất trực tiếp).
Các phương pháp thay đổi chỉ số octan:
 Phương pháp hóa học
Thực hiện các phản ứng hoá học để biến đổi cấu trúc của nguyên liệu xăng
ban đầu như RC, FCC, Alkyl hoá, Isomer hoá . . . phương pháp này được dùng rộng
rãi và chiếm đại bộ phận xăng thương phẩm.
 Dùng phụ gia
Phương pháp này dùng hoá chất để làm tăng chỉ số octan như nước chì.
Phương pháp này ngày nay gần như bị cấm bởi sự độc hại do chì gây ra.
 Phương pháp dùng các cấu tử có chỉ số octan cao
Phương pháp này dùng các cấu tử có chỉ số octan cao để pha trộn vào xăng như
MBTE, EBTE, Methanol, Ethanol . . . phương pháp này ngày nay được khuyến khích
dùng nhiều bởi những ưu điểm về mặt bảo vệ môi trường.
9
 


2.2 QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG VÀ SỰ TẠO THÀNH CO,
HC
Nhiên liệu trước khi nạp vào xylanh nó đã được phối trộn với không khí để
tạo hỗn hợp cháy, như vậy độ bay hơi của xăng trong buồng cháy không phải là vấn đề
lớn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy.
Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ được thực hiện khi bugie bật lửa hoặc khi
màng lửa lan truyền đến.
Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy bắt đầu, lúc này hỗn hợp trong buồng
cháy được chia thành hai phần: Phần thứ nhất là khí cháy, phần thứ hai là hỗn hợp
của không khí và nhiên liệu chưa cháy (hỗn hợp công tác), trong điều kiện nhiệt độ và
áp suất cao với sự có mặt của oxy không khí thì các hydrocacbon của nhiên liệu
sẽ bị biến đổi một cách sâu sắc, cụ thể là chúng sẽ bị oxy hoá để tạo thành các hợp
chất có khả năng tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan truyền đến. Trong trường hợp
này, nếu như phần nhiên liệu tự bốc cháy nhiều thì nó sẽ làm tăng áp suất trong
buồng cháy một cách đột ngột và gây ra những sóng xung kích va đập vào piston,
xylanh tạo ra những tiếng gỏ kim loại. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cháy
kích nổ.
2.2.1 Sự hình thành CO
Khi nhiên liệu bị đốt cháy trong điều kiện không đủ oxy thì một phần nhiên liệu
không cháy sẽ chịu tác động của nhiệt độ cao và bị phân huỷ hoặc cháy không hoàn
toàn để tạo thành monoxyt cacbon (CO). Ngoài ra ở trong điều kiện có nhiệt độ cao thì
một phần khí CO2 hình thành có thể bị biên đổi thành CO. Phường trình phản ứng:
2C + O2 → 2CO
C + CO2 → 2CO
Nồng độ của CO phụ thuộc và các yếu tố sau:
- Ảnh hưởng của áp suất nạp
Với cùng góc phun sớm, áp suất nạp càng nhỏ thì tốc độ cháy càng thấp kéo
theo sự giảm áp suất và nhiệt độ cực đại trong xi lanh.
- Ảnh hưởng của độ giàu
Khi nồng độ quá thấp hay quá cao đều làm gia tăng nồng độ của CO trong khí
thải.
10
 


- Ảnh hưởng của góc phun sớm
Góc phun sớm gây ảnh hưởng đến nồng độ CO trên đường xả. Nếu nhiên
liệu được phun vào quá trễ, quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở, khi đó
nhiệt độ giảm nhanh làm giảm khả năng cháy của nhiên liệu, do đó làm tăng nồng độ
CO.
- Ảnh hưởng của hệ số khí sót
Khi tăng hệ số khí sót, nhiệt độ cháy giảm làm giảm tốc độ phản ứng phân giải
CO2 thành CO, do đó nồng độ CO trong sản phẩm cháy giảm. Vì vậy, hệ thống hồi
lưu khí xả EGR lắp trên các động cơ hiện đại để khống chế nồng độ NOx đồng thời
cũng góp phần làm giảm nồng độ CO ở chế độ tải thấp
2.2.2 Sự hình thành HC
Trong khí xả của động cơ xăng, nồng độ HC tăng nhanh theo độ giàu của hỗn
hợp. Tuy nhiên, khi độ giàu của hỗn hợp quá thấp, HC cũng tăng do sự bỏ lửa hay do
sự cháy không hoàn toàn diễn ra ở một số chu trình công tác. Sự hình thành HC trong
động cơ đánh lửa cưỡng bức có thể do các nguyên nhân sau đây:
 Sự tôi màng lửa khi tiếp xúc với thành tạo ra một hỗn hợp không bén lửa
trên mặt thành buồng cháy.
 Hỗn hợp chứa trong các không gian chết không cháy được do màng lửa bị
dập tắt (đây được xem là nguyên nhân chủ yếu)
 Hơi nhiên liệu hấp thụ vào lớp dầu bôi trơn trên bề mặt xi lanh trong giai
đoạn nạp và nén, sau đó thải ra trong giai đoạn giãn nở và thải.
 Sự cháy không hoàn toàn diễn ra ở một số chu trình làm việc của động cơ
(cháy cục bộ hay bỏ lửa) do sự thay đổi độ giàu, thay đổi góc đánh lửa sớm hay hồi
lưu khí xả, đặc biệt là khi giảm tốc độ. (Chất lượng của quá trình cháy). Mặt khác,
muội than trong buồng cháy cũng có thể gây ra sự gia tăng mức độ ô nhiễm do sự
thay đổi theo cơ chế trên đây.

11
 


Hình 2.2: Sơ đồ các nguồn phát sinh HC

Hình 2.3: Ảnh hưởng của các không gian chết
12
 


2.3 SỰ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI
Động cơ đánh lửa cưỡng bức làm việc với hỗn hợp nghèo đã được nghiên cứu
từ lâu nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu dẫn đến giảm nồng độ CO2, chất 'ô nhiễm'
được quan tâm nhiều trong vài năm gần đây vì nó là chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
Khi động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo (hệ số dư lượng không khí a >1,25),
nồng độ các chất ô nhiễm chính (CO, HC, NOx) đều giảm. Khi hệ số dư lượng
không khí thay đổi từ a=1,0 đến a=1,4, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đi 7%, nồng độ
NOx có thể giảm đến 85% so với động cơ làm việc với hỗn hợp có a=1 nếu kết hợp
với việc giảm một cách hợp lý góc đánh lửa sớm. Tuy nhiên, ưu điểm này chỉ có được
trong điều kiện hỗn hợp gần nến đánh lửa có thể bốc cháy và sự lan tràn màng lửa
diễn ra một cách bình thường. Điều này đòi hỏi việc tổ chức tốt quá trình cháy cũng
như phân bố hợp lý độ đậm đặc của hỗn hợp trong buồng cháy.
Khi gia tăng hệ số dư lượng không khí hay làm bẩn hỗn hợp bằng khí xả hồi
lưu vượt quá một giới hạn cho phép sẽ dẫn đến:
 Giảm tốc độ cháy, điểm cực đại của áp suất sẽ lệch về phía giai đoạn giãn
nở dù đánh lửa sớm hơn.
 Momen phát ra không đều dẫn tới sự làm việc không ổn định thường xuyên
bỏ lửa.
 Gia tăng mức độ phát sinh HC.
 Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tốc độ cháy giảm.
Các hydrocarbure thơm có chỉ số octane nghiên cứu RON>100 và chỉ số
octane động cơ MON thường lớn hơn 90. Do đó, thêm thành phần hydrocarbure
thơm vào nhiên liệu là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu hiện
đại.
Hiện nay người ta có khuynh hướng gia tăng hàm lượng các chất hydrocarbure
thơm trong nhiên liệu nhằm phổ biến nhiên liệu không chì. Theo tiêu chuẩn Cộng
Đồng Châu Âu, hàm lượng benzene trong nhiên liệu phải thấp hơn 5%.
Các hydrocarbure thơm có tỉ số C/H cao hơn do đó khối lượng riêng lớn hơn.
Do nhiệt lượng tỏa ra đối với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy của hỗn
hợp tăng làm tăng NOx.
13
 


Nồng độ thể tích
NOx (ppm x100) 

Tốc độ: 1500 vg/phút
Áp suất có ích trung bình: 500kPa
Tỉ số nén: 11:1 

Hình 2.4: Ảnh hưởng của tỉ số không khí/nhiên liệu đến NOx
Qua Hình 2.4 cho thấy, ví dụ trên động cơ có tốc độ 1.500 vòng/phút ở chế độ
tải trung bình sự thay đổi NOx theo tỉ số không khí/nhiên liệu đối với alkylat không
thơm và đối với nhiên liệu super thơm. Chúng ta thấy ở vị trí phát ô nhiễm cực đại,
alkylat làm giảm nồng độ ô nhiễm khoảng 20%.
Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocarbure thơm.
Tuy nhiên, các hydrocarbure thơm có cấu tạo ổn định hơn parafine nên có động học
phản ứng cháy chậm hơn. Do đó, trong cùng điều kiện cháy, sự phát sinh
hydrocarbure chưa cháy của nhiên liệu chứa nhiều hydrocarbure thơm hơn sẽ cao
hơn. Khi chuyển từ nhiên liệu super thơm sang alkylat, mức độ phát sinh HC giảm đi
16% (hình 2.5).
Nồng độ thể tích HC
(ppm x100)

Tốc độ: 1500 vg/phút
Áp suất có ích trung bình: 500kPa
Tỉ số nén: 11 

Hình 2.5: Ảnh hưởng của tỉ số không khí/nhiên liệu đến nồng độ HC trong khí xả
14
 


Chương 3
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM
- Thời gian tiến hành: từ ngày 15 tháng 3 đến ngày 15 tháng 6 năm 2012.
- Địa điểm: thực hiện tại Xưởng thí nghiệm ô tô thuộc Bộ môn Công nghệ Kỹ
thuật ô tô, Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh.
3.2 PHƯƠNG TIỆN
1. Thiết bị đo áp suất

Hình 3.1: Thiết bị đo áp suất
Gồm: ống áp lưc, đầu nối, đồng hồ đo
Thiết bị dùng đo áp suất cuối kỳ nén của động cơ để đánh giá tình trạng kỹ thuật
của động cơ. Đánh giá độ mòn của xéc-măng, pít-tông, xy lanh, sú-pắp.

15
 


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×