Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ dầu cá trên các phương tiện

Lời nói đầu Trong tình hình khủng hoảng năng lượng hiện nay, các nước trên thế giới đều đi tìm những nguồn năng lượng mới hoặc năng lượng có khả năng tái sinh, nhằm thay thế một phần năng lượng dầu mỏ. Mặt khác vấn đề khí thải ô nhiễm môi trường cũng được quan tâm song song. Biodiesel là một trong các loại nhiên liệu giải quyết các vấn đề đó. Biodiesel, được định nghĩa là một dạng nhiên liệu dùng để thay thế diesel, có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Biodiesel là các ankyl este của axit béo. Mặt khác, nguyên liệu để sản xuất Biodiesel sẵn có trong nước như: các loại cây công nghiệp, mỡ cá basa, ca tra,…giúp chúng ta không bị phụ thuộc nhiều vào nguồn dầu mỏ. Trong đề tài tốt nghiệp này e xin trình bày đề tài nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel làm từ dầu cá trên các phương tiện So sánh đối chứng các thông số sau giữa dầu diesel và hỗn hợp biodiesel: _ Tiêu hao nhiên liệu _ Khí thải : CO, CO2, NOx, HC, PM _ Kiểm tra kim loại trong dầu nhờn do ăn mòn động cơ _ Khả năng ổn định của động cơ Để đưa ra kết luận về khả năng thay thế của nhiên liệu sinh học Biodiesel. Xin chân thành cám ơn thầy giáo Lê Anh Tuấn và các thầy cô giáo trong bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này. Ch­¬ng 1. Tæng quan vÒ Biodiesel 1.1 Kh¸i niÖm vÒ biodiesel Biodiezen được định nghĩa là một dạng nhiên liệu dùng để thay thế điezen,có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Trên thực tế, để có thể dùng làm biodiesel, các loại dầu và mỡ phải được tinh chế thành methyl hoặc ethyl ester. Ở Mỹ, dầu nành là nguyên liệu phổ biến nhất để tinh chế methyl ester, trong khi ở châu Âu và Canađa, người ta lại hay dùng hạt cải dầu (Canola) để sản xuất biodiesel. Trong quá trình chuyển hóa nhiều loại dầu được chuyển hóa thành methyl ester nhờ phản ứng hóa học với methanol (có các chất xúc tác như Na (natri) hay KOH (potassium hydroxide). Sau đó, nước, glyxerin, methanol và một số chất cặn bã khác sẽ được tách trước khi biodiesel trở thành loại nhiên liệu có chất lượng đủ tiêu chuẩn dùng cho động cơ diesel. Một trong những ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng biodiesel thể hiện ở ngay động cơ. Kết quả thử nghiệm với một số xe buýt chạy trong thành phố cho thấy biodiesel chất lượng cao có thể giúp tăng gấp đôi tuổi thọ của một số bộ phận trong động cơ. Điều này có thể không ý nghĩa lắm với các loại xe thông thường nhưng sẽ có ý nghĩa với cỏc loại xe phục vụ mục đích kinh doanh vận tải - những xe có thể dùng qua vài thập kỷ và di chuyển hàng triệu kilomet. Tuổi thọ động cơ tăng lên cũng đồng nghĩa với việc chi phí bảo dưỡng giảm xuống. Biodiesel cũng có một ưu điểm nữa là giảm lượng khí thải, vỡ chỉ chứa chưa đến 15 phần triệu sulphur. Ngoài ra, lượng khí thải hydrocarbon và carbon monoxide (CO) sẽ giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ biodiesel. Tuy nhiên, biodiesel không chỉ có ưu điểm mà cũng có một số nhược điểm. Trước tiên là biodiesel cung cấp năng lượng ít hơn diesel thông thường một chút, vì thế nếu tỷ lệ biodiesel cao thì động cơ sẽ yếu hơn hoặc phải dùng nhiều nhiên liệu hơn mới đạt được công suất như khi dùng diesel thông thường. Thật may là với tỷ lệ B5 thì sự khác biệt về công suất động cơ so với diesel không pha biodiesel là không đáng kể. Một nhược điểm nữa là biodiesel ôxy hóa nhanh hơn do đặc điểm thành phần hóa học. Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để giữ nhiên liệu được lâu hơn. Nhược điểm lớn nhất của biodiesel là biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hoặc đặc lại trong thời tiết lạnh. Ở xứ lạnh, các xe phải có hệ thống sấy nhiên liệu để có thể dùng diesel B5. (Ở Việt Nam có lẽ dùng biodiesel sẽ không gặp phải tình trạng này).Nhưng dù thế, biodiesel vẫn có nhiều ưu điểm, cả về mặt kinh tế lẫn môi trường, nên vẫn đáng để được cân nhắc để trở thành một trong những loại nhiên liệu của tương lai. 1.2. T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ sö dông biodiesel trong n­íc (vµ trªn thÕ giíi) Ngày 16/10/2006, Sở Khoa học-Công nghệ TP.HCM đã có buổi làm việc đại diện Công ty cổ phần xuất nhập khẩu thủy sản An Giang (Agfish). Theo ông Hồ Xuân Thiên, đại diện Công ty Agfish, công ty hiện đang đề nghị các cơ quan chức năng cho phép đưa tiêu thụ rộng rãi trên thị trường TP.HCM lọai dầu diesel chiết xuất từ mỡ cá basa, còn gọi là biodiesel (nhiên liệu sinh học). Đây là kết quả hợp tác giữa hai đơn vị là Công ty Agfish và Công ty SaiGon Petro. Dự kiến, có hai lọai biodiesel từ mỡ cá basa được đưa ra thị trường mang tên thương phẩm là B5 và B50. B5 có tỷ lệ pha trộn giữa biodiesel với diesel theo tỷ lệ lần lượt là 5% và 50%. phía công ty Agfish chịu trách nhiệm cung cấp sản phẩm từ mỡ cá basa và Saigon Petro là đơn vị vạch ra kế hoạch tiêu thụ. Dự kiến trong quý một năm 2007, liên doanh này sẽ tung ra thị trường 30 tấn/ngày. Ngoài ra, hai đơn vị này còn được Sở KH-CN TP.HCM hỗ trợ bằng cách gởi chuyên gia tư vấn về quy trình chế biến, thiết bị và kiểm tra chất lượng để sản phẩm đạt chất lượng khi tung ra tiêu thụ trên thị trường. Hình 1.1 Một sản phẩm dầu biodiesel chế biến từ mỡ cá basa hiện đang có bán tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. (Ảnh: VNN) Để tăng cường công suất chế biến biodiesel đưa tiêu thụ rộng rãi trên thị trường TP.HCM, cũng trong tháng 11 tới đây,  Agfish sẽ khai trương nhà máy sản xuất mỡ cá basa mang tên F8 (Factory 8) có tổng diện tích trên 2 ha tại huyện Châu Thành, Tiền Giang với vốn đầu tư thiết bị lên tới 10 tỷ đồng. Công suất chế biến mỡ cá basa thành biodiesel ở F8 vào khoảng 30 tấn/ngày. Ngoài ra, một cơ sở chế biến nữa theo hợp đồng liên doanh với Saigon Petro cũng sẽ được xây dựng tại Khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ). Dự kiến, trong năm 2007, Agfish sẽ sản xuất 300 tấn nguyên liệu cá basa/ngày và thu hồi 30 tấn mỡ/ ngày đủ cho nhu cầu sản xuất biodiesel. Hiện giá biodiesel chế biến từ mỡ cá basa đang được bán tại An Giang với giá 7.600 đồng/lít, rẻ hơn 1.000 đồng mỗi lít so với giá dầu diesel. Tuy nhiên, liên doanh Agfish và SaiGon Petro chưa tiết lộ giá bán hai lọai dầu Biodiesel B5 và B50 sắp đưa bán trên thị trường TP.HCM trong thời gian tới. Trong tình hình khủng hoảng năng lượng hiện nay, các nước trên thế giới đều đi tìm những nguồn năng lượng không truyền thống hoặc năng lượng có khả năng tái sinh được đề ra trước mắt thay thế một phần năng lượng dầu mỏ. Nước Mỹ là một nước có nhu cầu khổng lồ về năng lượng dầu mỏ hiện là nước dẫn đầu thế giới về đầu tư nghiên cứu cũng như sản xuất năng lượng không truyền thống, trong đó có năng lượng sinh học (NLSH). Đối với diesel sinh học (DO), dựa trên điều kiện tự nhiên và xã hội của mình, mỗi nước phát triển theo nhiều nguồn khác nhau: Việt Nam sản xuất DO từ mỡ các Basa, Mỹ sản xuất DO từ dầu đậu nành, một số nước châu Âu sản xuất DO từ cây cải dầu, Philippin dùng dầu dừa, Malaysia dùng dầu cọ, Ấn Độ chú trọng cây Jatropha curcas L. Dầu ép từ hạt cây Jatrophaqua chế biến đơn giản có thể sử dụng thẳng cho các động cơ diesel mà không cần thay đổi nhiều về máy móc, thiết bị ngoài ra có thể pha chung với diesel dầu mỏ (0,5-20%) làm tăng hiệu suất của diesel dầu mỏ. Do phân tử có chứa oxy và không có sunphua nên được đốt cháy hết, có thể giảm 40-80% khí gây hiệu ứng nhà kính và không sản sinh khí gây ung thư.  Cây Jatropha curcas L. thường được gọi là cây Dầu mè hay Cọc rào có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ, và thường được dùng làm thuốc. Khoảng vài chục năm gần đây các nhà khoa học nhận thấy có thể tách chiết DO từ hạt. Cây Dầu mè có dạng thân bụi, sống lưu niên, có thể cao tới 5 m. Hoa ra quanh năm nếu có tưới, hoặc có vào mùa mưa. Quả có 3 ngăn trong chứa hạt hình oval, màu đen, kích thước 2 × 1 cm, khi phơi khô có thể lấy hạt ra dễ dàng. Hình 1.2 Cây Jatropha Cây Dầu mè có thể sinh trưởng và phát triển từ độ cao 0 – 500 m so với mực nước biển, trên các vùng đất xấu, khô hạn với lượng mưa từ 300 mm/năm. Cây Dầu mè có thể nhân giống bằng hạt hoặc hom cành và có đời sống kinh tế từ 20 – 30 năm. Theo tài liệu nước ngoài, từ năm thứ 2 cây Dầu mè đã cho quả, năng xuất ổn định vào năm thứ 4 – 5. Năng xuất hạt của cây Dầu mè phụ thuộc vào loại đất và độ ẩm. Trung bình có thể thu được 5-6 tấn hạt/ha/năm ở vùng đất cằn cỗi, không có tưới và 10 – 12 tấn hạt/ha/năm ở vùng có đầu tư và ẩm quanh năm. Hàm lượng dầu của hạt khoảng 35 – 40 %, nếu chiết ép tốt, từ 3 – 3,5 kg hạt sẽ cho 01 lít dầu thô. Ở Việt Nam, cây Dầu mè được du nhập từ rất lâu và có mặt ở hầu hết các tỉnh như Lạng Sơn, Sơn La, Hòa Bình, Thanh Hóa, Ninh Thuận, Bình Thuận Khánh Hòa… thường được trồng tai các đình chùa, miếu mạo, bờ rào quanh nhà, ven đường và được dùng làm thuốc Nam. Hiện nay, đang được trồng thử nghiệm tại Sóc Sơn, Sơn La, Quảng Trị, Bình Phước, Ninh Thuận, kết quả cho thấy cây Dầu mè thích hợp với điều kiện đất đai, khí hậu nhiệt đới, sinh trưởng nhanh và có thể cho quả trong từ khoảng 6 tháng đến 1 năm sau khi trồng. Cây Dầu mè là loại cây chịu hạn, có thể trồng trên các vùng đất đai cằn cỗi, đất cát ven biển, ven đường, đất bờ kênh ven suối, hầu như không cần chăm sóc như đối với cây trồng khác nên không cạnh tranh với cây lương thực. Phân Viện Hóa hợp chất tự nhiên tai TPHCM đã có bộ sưu tầm hơn 10 giống từ trong nước và 10 giống có nguồn gốc từ Brasil, Senegal, Mali, Ấn Độ, Thailand, Campuchia, Lào. Cây Dầu mè có khả năng bảo vệ đất, chóng xói mòn. Trồng Dầu mè cần vốn đầu tư thấp trên một đơn vị diện tích nên có khả năng phát triển nhằm phủ xanh đất trống, đồi núi trọc, cải thiện môi trường, tạo việc làm và giúp xoá đói giảm nghèo Bã ép dầu là nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ vì có chứa một lượng lớn protein (38-60% protein thô) và một số hoạt chất sinh học có khả năng phòng trừ sâu bệnh. Công nghệ tách chiết dầu từ hạt Dầu mè tương đối đơn giản, có thể sử dụng các thiết bị chế tạo trong nước. Hiện nay rất nhiều nước và công ty đầu tư cho trồng cây Dầu mè: - Ấn Độ trong tầm nhìn 2020 quyết định đầu tư trồng 10 triệu ha - Indonesia quyết định đầu tư trồng 10 triệu ha - Công ty OILS PLC triển khai dự án đầu tư 26 triệu bảng Anh trông Dầu mè ở Á-Phi - Trung Quốc kế hoạch đến năm 2010 sẽ trồng 13 triệu ha và Công ty D1 OILS của Anh liên doanh với công ty Chinese Chua Technology Company Ltd. đầu tư trồng 2 triệu ha và xây dựng các nhà máy chế biến biodiesel cho thị trường Trung Quốc. - Liên doanh Lào-Italia đã triển khai trồng 100.000 ha Dầu mè ở tỉnh Bolikhamsay - Công ty Eco-Carbone của Pháp dự kiến đầu tư 3 dự án, mỗi dự án trồng 10.000 ha Dầu mè ở cả 3 miền Bắc – Trung – Nam cùng với các nhà máy chế biến biodiesel ở đây và có nhiều công ty của Hàn Quốc, Mỹ, Malaysia, Anh, Ấn Độ… đang có phương án đầu tư vào Việt Nam trong lĩnh vực này. Lượng cá basa và cá tra xuất khẩu năm 2001 của một số doanh nghiệp VN. Tên doanh nghiệp Sản lượng cá tra (tấn) Sản lượng cá Basa (tấn) Tổng hai loại cá (tấn) CATACO 3298 910 4208 CTY.404 756 55 811 NAVICO 4068 112 4180 MECONIMEX 1833 9 1841 AFIEX 1 1 FISH-ONE 553 553 AQUA TEX BT 800 800 AGFISH 5937 1065 7002 Q.V.D 967 60 1027 Vĩnh Hoàn 4046 519 4564 CAFATEX 1223 13 1236 Tổng số 23482 2743 26225 CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL 2.1. Giới thiệu chung về quá trình este hóa Biodiesel có thể được điều chế từ dầu thực vật tinh luyên hoặc phế thải (dầu dừa, dầu đậu lành, dầu hạt hướng dương, dầu lạc…) hoặc mỡ động vật (mỡ cá, mỡ bò…). Thông thường mỡ động vật chứa nhiều axit béo tự do hơn. Triglyxerit (este của glyxerin và các axit béo khác nhau) trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật được phản ứng hóa học với ancol (thường là methanol) để tạo thành các ankyl este của axit béo. Chất xúc tác thường được sửa dụng để tăng tốc độ và hiệu suất của phản ứng. Do phản ứng là thuận nghịch nên lượng ancol thường được cho dư để dịch chuyển cân bằng về phía tạo sản phẩm. Sản phẩm phụ của quá trình là glyxerin được sử dụng trong ngành dược, mỹ phẩm và một số ngành khác. CH2 O CO R1 CH2 OH R1 COOCH3 CH O CO R2 + 3CH3OH CH OH + R2 COOCH3 CH2 O CO R3 CH2 OH R3 COOCH3 Triglyxerit Metanol Glyxerin Biodiezen Sơ đồ phản ứng este hóa chéo Để sản xuất Biodiesel có thể sử dụng cộng nghệ gián đoạn hoặc lien tục, công nghệ tạo điều kiện tốt cho việc kiểm tra chất lượng sản phẩm khi có sự thay đổi nguồn nhiên liệu. Vấn đề kiểm tra chất lượng lien quan đến việc loại hoàn toàn (hoặc gần như hoàn toàn) ancol, xúc tác, các axit béo. Còn lẫn một trong những tạp chất này sẽ tạo ra sản phẩm không thỏa mãn tiêu chuẩn nhiên liệu. 2.2. Nguyên liệu cho quá trình este hóa chéo Nguyên liệu để sản xuất Biodiesel được phân loại dựa trên hàm lượng axit béo tự do (FFA) có trong đó _ Dầu tinh luyện (FFA < 1,5% ) _ Dầu phế thải và mỡ động vật có hàm lượng axit béo tự do thấp (FFA <4%) _ Dầu và mỡ động vật có hàm lượng axit béo tự do cao (FFA > 20%) Công nghệ sản xuất Biodiesel thay đổi tùy thuộc vào thành phần của nhiên liệu Khoảng 55% Biodiesel công nghiệp trên thế giới có thể được sản xuất từ bất kỳ nguồn nhiên liệu nào, kể cả dầu thực vật hoặc mỡ động vật phế thải. Nửa còn lại sủ dụng dầu thực vật tinh luyện, Giá thành của Biodiesel phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu sủ dụng. Dầu phế thải và mỡ động vật là loại nguyên liệu rẻ tiền hơn dầu thực vật tinh luyện bởi vì chúng là sản phẩm phụ có giá thành rất thấp của các ngành công nghiệp khác. Các ancol được sử dụng trong quá trình este hóa chéo thường là các monoancol mạch thẳng bậc một và bậc hai có từ 1 – 8 nguyên tử cácbon, ví dụ như methanol, etanol, propanol, butanol. Trong số các ancol nói trên, methanol và ethanol được sử dụng nhiều nhất, đặc biệt là methanol vì có tính chất hóa lý ưu việt hơn Tùy theo nguồn nhiên liệu, các công nghệ đã được thương mại hóa có thể chia thành các nhóm như nhau : _ Este hóa chéo dầu tinh luyện sử dụng xúc tác bazơ _ Este hóa chéo dầu, mỡ có thành phần axit béo thấp sử dụng xúc tác bazơ _ Este hóa chéo dầu, mỡ động vật có thành phần axit béo thấp hoặc cao (gồm cả dầu phế thải và mỡ động vật) sử dụng xúc tác axit, tiếp theo là este hóa chéo sử dụng xúc tác bazơ. 2.3. Phân tích thành phần của Biodiezen Thành phần của các mẫu Biodiezen từ dầu dừa và mỡ cá được trình bày trong bảng : Thành phần (%) Metyl este dầu dừa Metyl este mỡ cá Bão hòa thấp hơn C12 11.79 0.06 Lauric (C12 :0) 33.52 0.05 Myristic (C14 :0) 20.88 2.77 Palmitic (C16 :0) 13.87 28.34 Palmitoleic (C16 :1) 0.95 ∆7,10 haxadeca-dienoic (c16 :2) Linoleic (C18 :2) 2.98 9.21 Stearic (C18 :0) 11.85 48.2 Linolenic (C18 :3) 5.21 9.00 Arachidic (C20 :0) 0.71 (C20 :1) 0.34 Thành phần khác 0.37 Tổng (%) 100 100 Từ bảng ta thấy thành phần hóa học của các mẫu biodiezen từ dầu dừa có tương đối nhiều axit béo bão hòa.Đây là dấu hiệu dự báo biodiezen từ dầu dừa có thể sẽ có nhiệt độ vẩn đục tương đối cao so với một số biodiezen điều chế từ các loại dầu thực vật khác. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU BIODIESEL 3.1. Phương pháp thử nghiệm Phương pháp thử nghiệm chạy đường ngắn Phương pháp thử nghiệm chạy đường dài Phương pháp thử nghiệm đại trà 3.1.1. Phương pháp thử nghiệm chạy đường ngắn Phương pháp thử nghiệm chạy đường ngắn là phương pháp thử nghiệm khi ta cho chạy động cơ trên quãng đường ngắn khoảng 200 ÷ 300 km, đồng thời trong thời gian đó ta đo mức phát thải tĩnh (CO, HC, NOx, Opacity - độ mờ khói), công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. Ở đây ta tiến hành thử nghiệm chạy đường ngắn với 01 xe Isuzu Hilander trên băng thử xe con và xe tải nhẹ. Ngoài ra, còn 02 xe tải loại 1,25 tấn cùng chủng loại, 01 xe chạy nhiên liệu Diesel và 01 xe chạy B5. Vậy ta tiến hành thử nghiệm chạy đương ngắn trên 03 xe. 3.1.2. Phương pháp thử nghiệm chạy đường dài Phương pháp thử nghiệm chạy đường dài là phương pháp thử nghiệm khi ta cho chạy động cơ trên quãng đường dài khoảng 5000 km, đồng thời trong thời gian đó ta đo mức phát thải tĩnh (CO, HC, NOx, Opacity - độ mờ khói), công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. Ở đây ta tiến hành thử nghiệm chạy đường dài với 02 xe Isuzu Hilander tại các tốc độ cố định. Ngoài ra, còn 02 xe tải loại 1,25 tấn cùng chủng loại, 01 xe chạy nhiên liệu Diesel và 01 xe chạy B5. Vậy ta tiến hành thử nghiệm chạy đường dài trên 04 xe. 3.1.3. Phương pháp thử nghiệm đài trà Phương pháp thử nghiệm đại trà là phương pháp thử nghiệm khi ta cho chạy nhiên liệu trên nhiều loại động cơ khác nhau, đồng thời cũng tiến hành những đo đạc như trên. Ở đây, ta tiến hành trên 2 loại xe : 02 xe County và 02 xe Ford Transit. Trong đó, xe County chỉ chạy ở chế độ không tải và đo đạc. Còn xe Ford Transit chạy ở tất cả các tốc độ đối với 2 loại nhiên liệu Diesel và B5, ta tiến hành chạy đồng thời trên 02 xe. Vậy phương pháp thử nghiệm đại trà sử dụng 04 xe. 3.1.4. Nhận xét chung Các phương pháp thử nghiệm khác nhau được áp dụng và tiến hành ở đây nhằm đánh giá chính xác hơn về khả năng sử dụng nhiên liệu B5 từ trong phòng thí nghiệm ra thực tế. 3.2. Chương trình thử nghiệm Chương trình thử nghiệm được thiết lập và chạy bởi phòng thí nghiệm bộ môn Động cơ đốt trong, thuộc Viện Cơ khi động lực trường đại học Bách Khoa Hà Nội liên kết cùng với Viện Hoá học công nghệ. Các động cơ đã được chọn nhằm mục đích chạy thử nghiệm là : Động cơ D243 của phòng thí nghiệm; các xe : xe tải hạng nhẹ Huyndai 1,25 tấn, xe Isuzu Hilander, xe County, xe Ford Transit. Nhiên liệu chạy động cơ là nhiên liệu B5 (biodiesel 5%, diesel 95%) được cung cấp bởi Viện Hoá học công nghiệp và nhiên liệu Diesel truyền thống (có trên thị trường hiện nay). 3.2.1. Chương trình thử nghiệm đường ngắn a. Chương trình thử nghiệm với xe Isuzu theo chu trình thử ECE 15-05 (1) Chương trình thử nghiệm khí thải theo tiểu chuẩn Euro2 đối với xe Isuzu Hilander trên băng thử xe con và xe tải hạng nhẹ của phòng thí nghiệm bộ môn Động cơ đốt trong, cụ thể ở đây ta thử nghiệm theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE 15 – 05. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt – như trên) Lần 2 – Diesel (trong khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Lần 3 – Diesel (chạy xong) Lần 3 – B5 (nt) Ta tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) 3 lần trước, trong và sau khi chạy đường dài đối với 2 lại nhiên liệu trên (diesel và B5), vậy tất cả là 6 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần đo của diesel So sánh giữa các lần đo của B5 So sánh giữa các lần đo của B5 và diesel tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. b. Chương trình thử nghiệm trên xe tải hạng nhẹ 1,25 tấn (2) Chương trình thử nghiệm tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) khi cho 02 xe tải hạng nhẹ (1,25 tấn) chạy đường ngắn (200 ÷ 300 km) với nhiên liệu B5 và nhiên liệu diesel. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt) Lần 2 – Diesel (sau khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Ta tiến hành đo trước và sau khi chạy, vậy tất cả là 4 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần của diesel So sánh giữa các lần của B5 So sánh giữa các lần của diesel và B5 tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. 3.2.2. Chương trình thử nghiệm đường dài a. Chương trình thử nghiệm trên xe Isuzu chạy tại các tốc độ cố định (3) Chương trình thử nghiệm tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) tại các chế độ tốc độ cố định (20km/h, 30km/h, … 100km/h) cho xe Isuzu chạy với nhiên liệu B5 và nhiên liệu diesel. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt) Lần 2 – Diesel (sau khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Ta tiến hành đo trước và sau khi chạy, vậy tất cả là 4 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần của diesel So sánh giữa các lần của B5 So sánh giữa các lần của diesel và B5 tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. b. Chương trình thử nghiệm trên xe tải hạng nhẹ 1,25 tấn (4) Chương trình thử nghiệm tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) khi cho 02 xe tải hạng nhẹ (1,25 tấn) chạy đường ngắn (3000km) với nhiên liệu B5 và nhiên liệu diesel. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt) Lần 2 – Diesel (sau khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Ta tiến hành đo trước và sau khi chạy, vậy tất cả là 4 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần của diesel So sánh giữa các lần của B5 So sánh giữa các lần của diesel và B5 tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. 3.2.3. Chương trình thử nghiệm đại trà a. Chương trình thử nghiệm đại trà trên xe County (5) Chương trình thử nghiệm tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) khi cho 02 xe County ở chế độ không tải với nhiên liệu B5 và nhiên liệu diesel. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt) Lần 2 – Diesel (sau khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Ta tiến hành đo trước và sau khi chạy, vậy tất cả là 4 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần của diesel So sánh giữa các lần của B5 So sánh giữa các lần của diesel và B5 tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. b. Chương trình thử nghiệm đại trà trên xe Ford Transit (6) Chương trình thử nghiệm tiến hành đo mức phát thải tĩnh (CO, CO2, HC, NOx), công suất tiêu thụ (Ne) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) khi cho 02 xe Ford Transit chạy ở các chế độ (10km/h, 20km/h,…,100km/h) với nhiên liệu B5 và nhiên liệu diesel. Các bướn tiến hành thí nghiệm như sau : Lần 1 – Diesel (trước khi chạy) Lần 1 – B5 (nt) Lần 2 – Diesel (sau khi chạy) Lần 2 – B5 (nt) Ta tiến hành đo trước và sau khi chạy, vậy tất cả là 4 lần đo. Sau khi đo đạc xong, ta tiến hành so sánh : So sánh giữa các lần của diesel So sánh giữa các lần của B5 So sánh giữa các lần của diesel và B5 tương ứng Qua bảng so sánh (có lập đồ thị) từ đó ta rút ra những nhận xét về nhiên liệu B5 so với nhiên liệu truyền thống diesel, tính sự chệnh lệch về mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. 3.2.4. Tổng hợp chương trình thử nghiệm TT Nội dung Tên xe Lần thử Ghi chú 1 Thử nghiệm khí thải theo tiêu chuẩn Euro2 cho 01 xe Isuzu trên băng thử xe con và xe tải hạng nhẹ theo chu trình ECE 15-05 Isuzu Hilander Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 Lần 3 – Diesel Lần 3 – B5 Đo 3 lần (trước, trong và sau khi chạy) x 2 loại nhiên liệu (diesel và B5) = 6 lần đo 2 Đo mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ cố định cho 02 xe tải 1,25 tấn chạy đường ngắn 200 – 300 km Huyndai Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 02 xe (1 xe chạy B5, 1 xe chạy diesel) x 2 lần đo (trước và sau khi chạy) = 4 lần đo 3 Đo mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ cố định cho 01 xe Isuzu Isuzu Hilander Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 02 xe (1 xe chạy B5, 1 xe chạy diesel) x 2 lần đo (trước và sau khi chạy) = 4 lần đo 4 Đo mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ cố định cho 02 xe tải 1,25 tấn chạy đường dài 3000 km Huyndai Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 02 xe (1 xe chạy B5, 1 xe chạy diesel) x 2 lần đo (trước và sau khi chạy) = 4 lần đo 5 Đo mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ cố định cho 02 xe County tại các tốc độ ổn định County Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 02 xe (1 xe chạy B5, 1 xe chạy diesel) x 2 lần đo (trước và sau khi chạy) = 4 lần đo 6 Đo mức phát thải tĩnh, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu tại các tốc độ cố định cho 02 xe Ford Transit ở tất cả các tốc độ Ford Transit Lần 1 – Diesel Lần 1 – B5 Lần 2 – Diesel Lần 2 – B5 02 xe (1 xe chạy B5, 1 xe chạy diesel) x 2 lần đo (trước và sau khi chạy) = 4 lần đo Bảng 3.1 : Tổng hợp chương trình thử nghiệm 3.3. Thiết bị thử nghiệm Từ chương trình thử nghiệm như trên, chúng ta bắt buộc phải sử dụng một số thiết bị, dụng cụ đo đạc của phòng thử nghiệm như sau : Băng thử khí tải ôtô con và xe tải hạng nhẹ Thiết bị đo khí thải CEB II Thiết bị đo phát thải tĩnh DIGAS 4000 … và một số thiết bị khác nữa. 3.3.1. Băng thủ khí thải ôtô con và xe tải hạng nhẹ Ở đây ta dùng băng thử ôtô Chassis Dynamometer 48” do hãng AVL chế tạo có chức năng để thử và kiểm tra ôtô phòng thí nghiệm giúp cho quá trình nghiên cứu về ôtô nói chung và động cơ nói riêng được dễ dàng hơn, đồng thời có thể thực hiện một số chức năng mà khó hoặc không thực hiện được trên đường thực. Hình 3.1 : Mô hình băng thử Chassí Dynamometer 48” Hệ thống băng thử được thiết kế với một động cơ điện xoay chiều đặt ở giữa hai con lăn. Với thiết kế này cho phép thu nhỏ kích thước của băng thử và cách bố trí các thiết bị liên quan từ trên xuống một cách dễ dàng đồng thời nó cũng thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng sau này. Để tránh hiện tượng trễ do ma sát sinh ra ở ổ trục thì ở trục này được quay với tốc độ chậm thông qua một động cơ điện xoay chiều. Hai ổ trục được điều khiển quay cùng chiều nhau để loại trù sự tổn thất do ma sát. Việc lắp các ổ trục này không gây tổn thất cho hệ thống băng thử 48”. Băng thử 48” được thiết kế mô phỏng lại khối lượng của xe trong phạm vi từ 454 kg (1000 lbs) tớ 5448 kg (12000 lbs). Quán tính cơ sở của hệ thống con lăn tương đương với khối lượng của xe khoảng 1678 kg (3700 lbs). 3.3.1.1.Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải động cơ ôtô Chức năng của hệ thống thử nghiệm khí thải: Hệ thống thử nghiệm khí thải có chức năng chính là phân tích xác định thầnh phần nồng độ các chất độc hại có trong khí thải của động cơ ôtô theo các chu trình thử. Các kết quả thử được sử dụng để đăng ký chất lượng, nghiên cứu và phát triển. Hệ thống bao gồm các cụm chi tiết chính sau: Hệ thống băng thử động lực. Hệ thống lấy mẫu khí thải. Hệ thống điều khiển phân tích. Các điểm đo trong hệ thống thử nghiệm: Hệ thống thử nghiệm cho phép lấy mẫu khí thải tại ba vị trí khác nhau: Vị trí thứ nhất: Lấy mẫu khí thải ngay sau đường ống thải (Rawgas), khí thải lúc này chưa được làm loãng. Kết quả hiển thị giá trị thay đổi theo thời gian dùng cho nghiêm cứu và phát triển. Vị trí thứ hai: Lấy mẫu khí thải đã được pha loãng trước ống Venturi, đo liên tục (Diluted). Kết quả cũng được hiển thị theo thời gian và cũng được dùng để nghiên cứu, phát triển. Vị trí thứ ba: Lấy mẫu khí thải từ túi khí, người ta đo giá trị trung bình và giá trị này dùng để đăng ký chất lượng. Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả 3.3.1.2. Vai trò của toàn bộ hệ thống Hệ thống AVL CEC CFV kết hợp với các bộ xử lý thích hợp sẽ cung cấp một chính xác kết quả đo về thành phần các khí có trong khí xả động cơ, với một băng thử giả lập quá trình chạy xe như trên đương thật. Kết quả đó sẽ được chuyển sang bộ phận tính toán và đồng thời được hiển thị dưới dạng đồ thị. 3.3.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống Khí xả của động cơ thử nghiệm được đưa tới bộ phân tích các thành phần độc hại qua hai cách, đó là đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng và đo khí xả động cơ có qua làm loãng. Đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng: (Sample in raw gas) Khí xả do động cơ sinh ra được đưa vào một đường ống, trong đường ống này khí xả được hâm nóng để sao cho nhiệt độ là không đổi. Đường ống này được đưa trực tiếp tới bộ phân tích CEBII. Vào bộ phân tích CEBII có hai đường Raw Gas, một đường là từ buồng thử nghiệm động cơ (Engine testbed), một dường là từ buồng phân tích khí xả động cơ. Đo khí xả động cơ đã qua làm loãng: Trong phương pháp đo khí xả đã qua làm loãng người ta còn chia ra làm hai cách đo: Đo liên tục: Với cách đo liên tục động cơ phải đang hoạt động. Không khí ngoài trời được đưa qua một bộ lọc và được hoà trộn với khí xả của động cơ.Sau đó hỗn hợp tiếp tục được đưa qua bộ làm loãng TUNNEL UNIT để hoà trộn tiếp. Cuối ống làm loãng có một bộ phận trích khí xả làm loãng đưa tới tủ phân tích CEBII để phân tích, ngoài ra có một ống nhỏ cũng để trích khí xả đưa tới bộ lọc trong hệ thống đo thành phần dạng hạt trong khí xả. Lượng khí xả còn lại được đưa tới cụm lấy mẫu một ống VENTURI, sau đó được chứa vào các túi khí. Phần khí xả thừa sẽ được đưa ra ngoài trời qua hệ thống ống thông hơi. Đo từ các túi khí mẫu: Cách đo từ các túi khí mẫu thường được áp dụng khi động cơ đã thôi không đo trực tiếp. Khi đó khí mẫu đo sẽ được lấy từ các túi ở trong tủ chứa BAG SAMPLER và được đưa vào bộ phân tích CEBII. 3.3.1.4. Nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết Nguyên lý làm việc của bộ phận lấy lưu lượng khí xả xe ô_tô. Khí xả loãng được đưa vào thiết bị trộn gọi là Mixing – T, sau đó vào ống làm loãng dành riêng cho từng loại động cơ (xăng hay diezen). Không khí trước khi vào làm loãng phải qua bộ lọc đặt phía trên của thiết bị trộn. Bộ lọc và thiết bị trộn được đặt trong tủ dễ dàng cho việc bảo dưỡng và thay thế. Tuỳ theo ô_tô dùng nhiên liệu loại gì (xăng hay diezen) để lựa chọn hệ thống lấy mẫu và phân tích khí xả phù hợp. Ngay sau khi bắt đầu vào hệ thống lấy mẫu, khí xả loãng được đưa vào bộ phận phân ly bằng cách toạ ra một dòng xoáy hoà trộn đồng thời với việc tách các hạt bụi. Khí xả loãng đến thiết bị tuần hoàn nằm ngay dưới bộ phân ly. Đầu lấy mẫu được đặt ngược hướng với dòng khí đi qua ống Venturi đặt cùng với ống lấy mẫu là đầu dò nhiệt độ và áp suất. Lưu lượng giới hạn qua ống Venturi cho phếp tính toán tổng lượng khí loãng vì lưu lượng lớn nhất của dòng khí đi qua ống Venturi luôn không đổi và bằng vận tốc âm thanh. Để có tốc độ dòn._.