Đồ Án môn học Đồ Án Động cơ Đốt trong công nghệ Ô tô Đồ Án khai thác hệ thống cung cấp nhiên liệu cng xăng, cng diesel

Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng 2.2 Động cơ đốt trong sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG diesel 28 -2.2.2.. Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tập tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CÔNG

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Văn Kiên

Sinh viên thực hiện: Trịnh Chí Bảo

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 03):

(1) Trịnh Chí Bảo MSSV: 2182504296 Lớp: 21DOTD2(2) Huỳnh Tấn Thông MSSV: 2182505587 Lớp: 21DOTD2(3) Nguyễn Xuân Hậu MSSV: 2182505557 Lớp: 21DOTD2

2 Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong.

3 Các dữ liệu ban đầu :

- Tổng quan về nhiên liệu CNG

- Cấu tạo và thành phần của nhiên liệu CNG

- Cơ chế cháy của nhiên liệu CNG

- Cấu tạo, sơ đồ nguyên lý và hoạt động của hệ thống cấp nhiên liệu CNG chođộng cơ đốt trong

- Thông số kỹ thuật của các bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệu CNG chođộng cơ đốt trong

4 Nội dung nhiệm vụ:

- Nghiên cứu tổng quan về nhiên liệu CNG

- Cấu tạo và thành phần của nhiên liệu CNG

- Cơ chế cháy của nhiên liệu CNG

- Nghiên cứu cấu tạo, sơ đồ nguyên lý và hoạt động của hệ thống cấp nhiênliệu CNG cho động cơ đốt trong

- Nghiên cứu các hư hỏng thường gặp và phương pháp bảo dưỡng sửa chữacác bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong

- Xác định thông số kỹ thuật của các bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệuCNG cho động cơ đốt trong

- Ứng dụng của nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong

- Kết luận và khuyến nghị

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) 01 cuốn Nội dung của báo cáo đồ án môn học

2) 01 file mềm báo cáo nội dung đồ án môn học (file ppt)

Ngày giao đề tài: 15/09/2023 Ngày nộp báo cáo: 09/12/2023

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN

TÊN MÔN HỌC: Đồ án động cơ đốt trong ô tô

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

6 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong.

7 Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Văn Kiên

8 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm: 03):

(1) Trịnh Chí Bảo MSSV:2182504296 Lớp: 21DOTD2

(2) Huỳnh Tấn Thông MSSV: 2182505587 Lớp: 21DOTD2

(3) Nguyễn Xuân Hậu MSSV:2182505557 Lớp: 21DOTD2

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

Tuần 4 Nghiên cứu cấu tạo,

sơ đồ nguyên lý và hoạt độngcủa hệ thống cấp nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệu CNG cho động cơ đốt trong

7 23/10/2023–

28/10/2023

Tuần 6 Nghiên cứu các hưhỏng thường gặp và phươngpháp bảo dưỡng sửa chữa các

bộ phận của hệ thống cấpnhiên liệu CNG cho động cơđốt trong

10 13/11/2023–

18/11/2023

Tuần 9 Ứng dụng của nhiênliệu CNG cho động cơ đốttrong

12

Đánh giá kết quả báo cáo:

(Hknh thức, Nội dung báocáo ; Sản phẩm thực hiện;

Thái độ ; Kỹ năng; ….)

5

Cách tính điểm:

Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án = 50% x Tính chủ động, tích cực, sáng

tạo + %50 x Đáp ứng nô si dung nhiê sm vụ

Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trknh thực hiện đồ án x 40% +

Điểm chấm báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình ( Ghi theo thang điểm 10 ), giảng viên

chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Đáp ứng nô si dung nhiê sm vụ

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

TP HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TS Phạm Văn Kiên

LỜI CẢM ƠN

Hiện tại chúng em đang đi được một nửa chặn đường của chương trknh đàotạo ở trường đại học, việc làm đồ án môn học là điều bắt buộc phải có Sau 2 nămđược học tập những kiến thức quý báu về chuyên ngành và được rèn luyện các kỹnăng cần thiết để phục vụ cho công việc sau khi ra trường Trong quá trknh tkmkiếm tài liệu và nội dung để phục vụ cho đồ án và mô hknh hệ thống thk nhóm đãđược GVHD là thầy Phạm Văn Kiên hướng dẫn cách thực hiện bài báo cáo mộtcách hợp lý nhất, cũng giúp chúng em rất nhiều về mắt kiến thức chuyên môn,xây dựng mô hknh được hoàn thiện nhất, đầy đủ các bộ phận, chi tiết Nhóm emxin chân thành cảm ơn thầy Giao đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua những lầngặp mặt trên trường, lớp Vk nếu không có những lời hướng dẫn đó thk em nghĩrằng bài báo cáo của tụi em sẽ không được hoàn thành một cách hoàn thiện nhất

mà không có sai sót Do lần đầu tự làm mọi thứ để thực hiện mô hknh đồ án mônhọc, kiến thức còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ, nên sẽ không tránh khỏi những thiếusót là điều chắc chắn, nhóm rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báucủa quý thầy cô chuyên môn để chúng em có có thêm nhiều kiến thức nên tảngtrong lĩnh vực mà tụi em theo đuổi được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

7

Mục Lục

-2.1.1 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn. 23

-2.1.2 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và van

-2.1.3 Cung cấp CNG bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp. 25

-2.1.4 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng

2.2 Động cơ đốt trong sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG diesel 28

-2.2.2 Đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG- diesel so với động cơ sử dụng hệ

2.3 Động cơ đốt trong sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG xăng 33

-2.3.2 Đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG- xăng so với động cơ sử dụng hệ

-2.4.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động 35

-2.4.2 Đánh giá ưu nhược điểm 41

-2.5 Nghiên cứu sản phẩm cháy và mức độ ô nhiễm môi trường của động cơ sử dụng

KHAI THÁC ĐỘNG CƠ ĐIỂN HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CNG 57

-4.4.2 Tính toán tiết lưu trong mạch cung cấp chính 70

-4.5.2 Các triệu chứng hư hỏng của hệ thống nhiên liệu CNG và biện pháp kiểm tra khắc

-C Động cơ mất công suất ở tốc độ cao, gia tốc kém. 78

-9

MỞ ĐẦU Khái quát về vấn đề nghiên cứu:

Trên thế giới hiện nay đang dần áp dụng công nghệ mới để làm giảm thiểu ônhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra Hiện nay có một số giải pháp đuợcđưa ra Giải pháp thứ nhất là cải tạo lại buồng đốt của động cơ để quá trknh cháyhoàn thiện hơn Giải pháp thứ hai là sử dụng nguồn nhiên liệu mới Hiện nay giảipháp thứ hai đang được rất nhiều người quan tâm Nguồn nhiên liệu mới ta nói đếnchính là dầu sinh học và khí thiên nhiên CNG

Việc thử nghiệm nhiên liệu khí thiên nhiên CNG đối với chúng ta đang cònnhiều khó khăn Bây giờ chúng ta mới chỉ là bước đầu nghiên cứu nên vẫn cònnhiều vấn đề tồn đọng chưa thể giải quyết triệt để được Dựa trên cơ sở kết quảkhai thác nghiên cứu các đề tài hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG đã được nghiêncứu trước đây để xem những tồn đọng của nó và xem hướng khắc phục để có thểứng dụng vào thực tiễn

Mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Mục tiêu:

- Việc nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG giúp học viên hiểu thêmnguồn nhiên liệu mới và các phương án chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang hệthống cung cấp nhiên liệu CNG

- Đồng thời, khai thác hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG giúp học viên cóthêm kiến thức ôtô nhất là hệ thống cung cấp nhiên liệu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của sáng kiến:

- Ngoài mục đích chính là báo cáo đồ án, nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiênliệu còn giúp học viên nâng cao kiến thức về hệ thống này Qua đó, học viên có thểkhám phá các công nghệ mới, các thiết bị mới của các hãng danh tiếng khác nhau

và tích lũy kinh nghiệm có ích cho công việc sau này

Nội dung nghiên cứu:

- Mở đầu

- Chương 1 Tổng quan về nhiên liệu CNG

- Chương 2 Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu CNG trên động cơ đốt trong

- Chương 3 Kết cấu, tính toán các bộ phận trên động cơ sử dụng nhiên liệuCNG

- Chương 4 Khai thác động cơ điển hknh sử dụng nhiên liệu CNG

- Kết luận

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng:

- Những vấn đề chung về nhiên liệu CNG

- Các phương án chuyển đổi từ động cơ đốt trong sang hệ thống cung cấpnhiên liệu CNG

Phạm vi nghiên cứu:

Đồ án tập trung vào các nội dung công việc như sau:

- Tổng quan về nhiên liệu CNG;

- Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu CNG trên động cơ đốt trong;

- Kết cấu, tính toán các bộ phận trên động cơ sử dụng nhiên liệu CNG;

- Khai thác động cơ điển hknh sử dụng nhiên liệu CNG;

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý luận:

Mục đích: Tkm hiểu cơ sở lý thuyết về nhiên liệu CNG và hệ thống cung cấpnhiên liệu CNG

Cách tiến hành: Tham khảo, phân tích tài liệu chuyên ngành, các công trknhnghiên cứu đã được công nhận

11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU CNG 1.1 Nguồn gốc, quá trình khai thác và xử lý khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nướcbao gồm tảo và động vật nguyên sinh Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trênđáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp trầmtích Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhautạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hoá hoá học các chất hữu cơ nàythành khí thiên nhiên Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng cácquá trknh tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocacbon này thường được tkm thấycùng nhau trong các bể chứa ngầm tự nhiên Sau khi dần được tạo nên trong lòng

vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đáxốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên Docác lớp đá xốp này thường có nước chui vào, khí thiên nhiên vốn nhẹ hơn nước vàkém dày đặc các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khicách xa nơi chúng tạo ra Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp

đá không thấm (đá không xốp), các lớp đá này được gọi là đá “mũ chụp” Khí thiênnhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ Lớp khí này đượcgọi là “mũ chụp khí” Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan làthành phần chính của khí thiên nhiên Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường

bị phân tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than Khí thiên nhiên này thường đượcgọi là khí mêtan trong tầng than đá

Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực cóchứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu

cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, cáckiến tạo đá có thể "bẫy" các hydrocacbon

Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thôngthường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng cáckiến tạo đá Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí

thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt Nhknchung, áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phảidùng bơm hút khi lên bề mặt.

Khí thiên nhiên sau khi được khai thác khỏi mặt đất, nó được vận chuyểnbằng đường ống dẫn khí đến một nhà máy tinh lọc và xử lý, nơi nó được chế biến.Khí thiên nhiên được chế biến bằng các thiết bị tách lọc khí để loại bỏ cáchợp chất không phải là hydrocacbon, đặc biệt là hydro sulfit và dioxide cacbon.Hai quá trknh sử dụng cho mục đích này là hấp thụ và hút bám

Quá trknh hút bám là một quá trknh cô đặc khí tự nhiên trên bề mặt một chấtrắn hoặc một chất lỏng để loại bỏ tạp chất Một chất thường được sử dụng cho mụcđích này là cacbon (than), là chất có diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng rộng

Ví dụ: các hợp chất lưu huỳnh trong phí tự nhiên được bề mặt hấp thụ của cacbongiữ lấy Các hợp chất lưu huỳnh được kết hợp với hydro và oxy để tạo thành axítsulphuric và có thể loại bỏ

Sau khi các tạp chất đã được loại bỏ trong các thiết bị tách lọc, khí thiên nhiênphải được làm khô Kỹ thuật làm khô khí phân thành các nhóm:

+ Hấp phụ nước bằng các chất hút ẩm thể rắn như silicagen, nhôm oxit hoạttính, zeolit NaA

+ Hấp phụ bằng nước hút ẩm thể lỏng như dietylenglycol, trietylenglycol + Ngưng tụ hơi nước hoặc đóng băng tạo tinh thể nước đá bằng kỹ thuật nénhoặc làm lạnh

13

1.2 Tính chất của khí CNG.

1.2.1 Thành phần hóa học.

Khí nén CNG là khí thiên nhiên được nén dưới áp suất nhất định (200 - 275bar) Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được bao gồm phần lớn là cáchydrocacbon (hợp chất hoá học chứa cacbon và hydro) Cùng với than đá và dầu

mỏ, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên có thể chứa đến hơn85% mêtan (CH ), khoảng 10% êtan (C4 2H6) và có chứa một số lượng nhỏ hơn nhưpropan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12) và các alkan khác Khí thiên nhiên,thường tkm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinhlọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng thế giới Khíthiên nhiên chứa luợng nhỏ các tạp chất, bao gồm điôxít cacbon (CO ), hydro sulfít2(HS) và nitơ (N ) Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí2thiên nhiên, chúng thuờng đuợc tách khỏi khí thiên nhiên trong quá trknh tinh lọckhí và đuợc sử dụng làm sản phẩm phụ

1.2.2 Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ đốt trong.

Bảng 1.2: So sánh đặc tính của CNG với Xăng và Diesel

Trị số octan (TSOT) của CNG cao hơn so với xăng, trong động cơ chuyêndụng, công suất, tính gia tốc và tốc độ tiết kiệm của ô tô CNG tốt hơn ô tô dùngđộng cơ xăng Do quá trknh cháy của CNG có đặc điểm sạch hơn, nên ô tô sử dụngđộng cơ CNG hoạt động hiệu quả hơn so với ô tô xăng, làm tăng tuổi thọ cho ô tô.

Ở những ô tô làm việc nặng thk động cơ sử dụng CNG sẽ ít ồn hơn so với động cơdiesel

Mặc dù CNG là khí đốt, nhưng phạm vi cháy hẹp, làm cho nó là nhiên liệu antoàn Mức độ an toàn của ô tô CNG ngang hàng với ô tô xăng Khi bị tràn ra ngoài

do tai nạn, thk CNG không gây hại cho đất và nước, nó không độc Khả năngphân tán của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm cháy nổ liên quan đến xăng

1.2.3 Sự ô nhiễm khí thải khi sử dụng CNG làm nhiên liệu.

Cũng như đối với những loại nhiên liệu khác, đặc điểm phát sinh ô nhiễm củađộng cơ dùng CNG liên quan đến thành phần hydrocarbure của nhiên liệu,( thường nhiên liệu CNG chứa ít nhất 90% methane) Khác với động cơ xăng,trong khí xả động cơ CNG hầu như không có hydrocarbure nào có hơn 4 nguyên tửcacbon, đặc biệt hơn nữa là không có sự hiện diện của thành phần hydrocarburethơm

Liên quan đến vấn đề tạo ozone ở hạ tầng khí quyển, khí thải động cơ CNG

có hoạt tính thấp hơn động cơ xăng đến hai lần tính chất này chủ yếu do nhiên liệu

15

CNG chứa phần lớn methane, thành phần các chất hoạt tính (butenes, buta-1, diene, xylenes) rất thấp hoặc có thể bỏ qua.

3-Mặt khác, nhiên liệu CNG không bao giờ gây trở ngại đối với bộ xúc tác bachức năng do thành phần lưu huỳnh như trong trường hợp lỏng Tuy nhiên sự ôxyhóa methane còn lại trong khí xả rất khó khăn Muốn loại trừ chất này cần sử dụngmột bộ xúc tác đặc biệt

Bảng 1.3: Mức độ phát ô nhiễm của động cơ dùng CNG.

Bảng 1.3 cho chúng ta một vài ví dụ liên quan đến mức độ phát ô nhiễm của ô

tô vận tải sử dụng CNG Chúng ta nhận thấy, mức độ CO và bồ hóng rất thấp Mức

độ HC đôi lúc gần với giá trị cho phép bởi luật môi trường, nhưng chỉ chứa phầnlớn methane (khoảng 90%), còn lại các thành phần khác rất thấp

Còn về mức độ phát sinh NO khí xả động cơ CNG có nồng độ NO rất thấpX Xnếu động cơ làm việc với α = 1 và có lắp bộ xúc tác 3 chức năng Nồng độ này caohơn một chút nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép nếu dùng hỗn hợp nghèo.Những phiền phức đặc biệt của động cơ diesel (ồn, hôi, khói đen …) sẽ đượcgiảm đi rất nhiều đối với động cơ CNG Mức độ ồn giảm được khoảng 3 db khiđộng cơ hoạt động không tải với ô tô bus thành phố

Về mùi hôi, chất phụ gia chứa lưu huỳnh để phát hiện sự dò rỉ được thêm vàonhiên liệu với thành phần rất thấp (20 hay 25mg/m ) nên bị đốt cháy hoàn toàn Vk3vậy nên khí xả động cơ CNG rất ít hôi so với khí xả động cơ diesel

Về sự ảnh hưởng của khí thải động cơ sử dụng CNG đến hiệu ứng nhà kính,Methane cũng như CO và N O là khí gây hiệu ứng nhà kính một cách trực tiếp vk2 2vậy ta rất quan tâm đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc động cơ CNG đếnviệc nóng lên của bầu khí quyển.

Bảng 1.4: So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ

dùng xăng, diesel, và CNG (gCO /Km), theo chu trknh ECE2

Trong thực tế động cơ CNG phát sinh ít CO so với động cơ nhiên liệu lỏng.2

Vk vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí xả động cơ CNG thấp hơnkhoảng 25% so với động cơ xăng và 5% so với động cơ Diesel Do đó việc sửdụng CNG sẽ làm giảm đi đáng kể lượng khí gây hiệu ứng nhà kính trên phạm vitoàn cầu

Nhkn chung, động cơ dùng CNG có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt độngtrong thành phố hay vùng ven đô, những khu vực mà tknh trạng ô nhiễm môitrường do phương tiện vận hành gây ra ngày càng trở nên trầm trọng Ở một số khuvực trên thế giới, người ta đã bắt đầu sử dụng CNG cho ô tô chạy trong thành phố.Các quốc gia như Mỹ, Ý, Canada, Hà lan …đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục

vụ cho việc phát triển ô tô dùng nhiên liệu khí

Sự phát triển CNG có thể diễn ra với một số điều kiện Trước hết nhiên liệunày cần cho thấy được tính ưu việt chắc chắn so với những nhiên liệu đang cạnhtranh như nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Mặt khác, người ta chỉ tiếp tục nghiên cứu

sử dụng nhiên liệu khí nếu như những giải pháp kĩ thuật về xử lí ô nhiễm khí xảđộng cơ nhiên liệu lỏng không cải thiện được so với yêu cầu của luật môi trường Cuối cùng, như những nhiên liệu khác, sự thâm nhập của CNG đòi hỏi:+ Chính sách thuế khuyến khích người sử dụng

+ Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp CNG cho ô tô

17

+ Giải quyết vấn đề tâm lí của người sử dụng liên quan đến tính an toàn của ô

và 1980

Theo thống kê của NGV Global đến năm 2011, trên thế giới có 84 nước đã,đang sử dụng khí CNG chạy ôtô với khoảng hơn 15.100.000 phương tiện và có gần20.000 trạm nạp nhiên liệu Ở Trung Quốc hiện có khoảng 1.000.000 xe chạy bằngkhí CNG Năm 2008 để phục vụ cho thế vận hội, Trung Quốc đã có 90% trong số11.000 xe chở khách ở Bắc Kinh dùng khí CNG

Trong những năm qua để giảm thiểu tác hại của khí độc do động cơ dieselthải ra, các nước trong khu vực châu Á đã nghiên cứu chuyển đổi qua sử dụng khíthiên nhiên CNG thay cho nhiên liệu Diesel trong hoạt động vận tải hành kháchcông cộng với những lợi ích của xe CNG mang lại như: giảm thiểu ô nhiễm môitrường, giảm chi phí nhiên liệu

Ở những thành phố lớn của Mỹ, đã xây dựng nhiều dự án quan trọng cho việcchuyển ôtô nhiên liệu lỏng sang dùng CNG Nhiều quốc gia khác như Ý, Canada,

Hà Lan đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc phát triển ôtô dùngCNG

Những dữ kiện trên cho phép chúng ta dự đoán được rằng, trong thời gian tới

số lượng ôtô dùng CNG trên thế giới sẽ gia tăng đáng kể

1.3.2 Tại Việt Nam

Công nghệ khí nén thiên nhiên CNG lần đầu tiên xuất hiện tại Việt Nam bằng

sự ra đời của nhà máy khí thiên nhiên CNG tại Khu Công nghiệp Phú Mỹ I, huyện

Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu bắt đầu hoạt động từ cuối tháng 8 - 2008 Dođặc tính kỹ thuật của CNG nên việc cung cấp CNG mới triển khai được ở một sốkhu vực phía Nam, chưa đi vào ứng dụng rộng rãi Trước đây, loại khí này chủ yếuđược sử dụng làm nhiên liệu cho các cơ sở công nghiệp lớn như nhà máy thép ThủĐức, Thép Biên Hòa, Thép Pomina, Công ty gạch men Bạch Thanh và một sốcông ty thực phẩm khác Vào tháng 5-2010, để hạn chế ô nhiễm môi trường,chống biến đổi khí hậu, vk môi trường xanh sạch, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đãban hành Nghị quyết số 2958/NQ-DKVN thông qua việc chuyển đổi và sử dụngnhiên liệu khí nén CNG cho toàn bộ xe ô tô tại các đơn vị thành viên của tập đoàntrên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.

Trữ lượng khí thiên nhiên CNG ở Việt Nam dự kiến vào khoảng 2.694 tỷ m ,3

đã phát hiện khoảng 962 tỷ m Các mỏ Nam Côn Sơn, Bạch Hổ, Rạng Đông được3khai thác với sản lượng trên 10 triệu m /ngày 3

Theo nghiên cứu về nhiên liệu CNG của PGS TS Phạm Xuân Mai, Đại họcBách Khoa TP HCM, động cơ sử dụng CNG sẽ tiết kiệm trên dưới 50% chi phínhiên liệu Trong điều kiện hạ tầng giao thông thành phố hiện đang quá tải, yêucầu bảo vệ môi trường ngày càng cấp bách, việc sử dụng khí nén tự nhiên CNGtrong hoạt động xe buýt đảm bảo tính kinh tế, sạch và an toàn khi sử dụng.Theo lãnh đạo Sở Giao thông - Vận tải TP HCM, mỗi năm thành phố phải bỏ

ra hàng trăm tỷ đồng trợ giá xe buýt (số liệu năm 2012 lên đến 1400 tỷ đồng), màchủ yếu là trợ giá nhiên liệu Sử dụng khí nén tự nhiên CNG tiết kiệm trên dưới50% chi phí, giảm bớt gánh nặng trợ giá, thúc đẩy việc đầu tư vốn ứng dụng nhiênliệu sạch trong vận tải công cộng hiện nay, tiến xa hơn là các phương tiện giaothông vận tải khác

Hiện nay, Tổng Công ty Khí Việt Nam (PV Gas) là đơn vị duy nhất cung cấpdịch vụ chuyển đổi động cơ thành động cơ chạy khí cũng như cung cấp CNG làmnhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải trong nước Tính đến nay đã cóhơn 250 phương tiện giao thông vận tải được chuyển đổi động cơ thành động cơchạy CNG trên hai địa bàn thành phố Hồ Chí Minh và Vũng Tàu Để phục vụ chocác phương tiện chạy bằng nhiên liệu CNG, đã có 4 trạm nạp CNG được xây dựng:

19

Ba trạm tại TP.HCM (Trạm số 2 Phổ Quang, Tân Bknh; Trạm 220 Nguyễn HữuCảnh, Bknh Thạnh và Trạm Tân Kiên, Bknh Chánh) và một trạm tại 449 Nguyễn

An Ninh - Vũng Tàu

Mới đây, ngày 18-4-2013, Công ty Samco đã cho xuất xưởng xe buýt sử dụngkhí CNG đầu tiên được sản xuất trong nước Sở GTVT TP HCM cũng đã đặt hàngyêu cầu Samco đến tháng 4-2014 phải sản xuất xong 300 xe buýt sử dụng khí CNGphục vụ hoạt động vận tải hành khách công cộng của thành phố Sở GTVTTPHCM sẽ đề xuất thêm những chính sách hỗ trợ phát triển xe buýt sử dụng khíCNG như miễn thuế nhập khẩu khung gầm xe, đơn vị xe buýt sử dụng xe đượchưởng số tiền có được từ tiết kiệm năng lượng do sử dụng loại xe buýt dùng khíCNG Sở GTVT TPHCM sẽ chủ động làm việc với Tổng Công ty Dầu khí ViệtNam để lắp đặt thêm trạm cung cấp khí CNG cho xe buýt thành phố

Như vậy, có thể thấy rằng tiềm năng của CNG trong giao thông vận tải và sảnxuất nông nghiệp là rất lớn Xu hướng sử dụng nhiên liệu tiết kiệm, thân thiện vớimôi trường tại Việt Nam sẽ tăng mạnh trong tương lai gần

Bảng 1.6: So sánh mật độ năng lượng của CNG và LNG với xăng.

21.10(67% mật độ của xăng)

1.4.2 Chỉ số octane.

Nhiên liệu khí hóa lỏng được đặc trưng bởi chỉ số octane nghiên cứu (RON)

cao, có thể dễ dàng đạt đến 120 Chỉ số octane động cơ (MON) của CNG cũng caohơn xăng

21

- CH không dễ bị bắt lửa do nhiệt độ bắt lửa cao.4

- Trị số Octan cao RON «120 Tỷ số nén động cơ CNG có thể từ 12 ~ 14

- Nhiệt trị cao: CH = 50.5 MJ/kg (11942 kcal/kg).4

- Giới hạn cháy của hỗn hợp CH trong khoảng rộng (0.34 ~ 2.0) %V4

- So với LPG, CNG có áp suất nén cao trên gấp 10 lần (« 200kG/cm ) nên2bknh chứa gọn, quãng đường chạy một lần nạp nhiên liệu lớn

- Do tỷ lệ C/H của CNG nhỏ bằng V xăng (1/4 : 1/2) nên khi cháy CO ít hơn2hẳn, mức khói than cũng ít (giảm trên 60% so với khi dùng xăng) Lượng CH cótăng đôi chút nhưng thành phần chính CH thải ra chỉ là CH nên lượng CH không4phải là CH giảm trên 70% so với xăng.4

- Tỷ trọng của CH nhỏ bằng V không khí Do đó, khi bị xk hơi CH không4 4đọng lại trên mặt đất mà sẽ bay trong không khí Mặt khác, nhiệt độ bắt lửa của

CH4 cao nên cũng không dễ gây hỏa hoạn

+ Nhược điểm

- Giá thành đắt hơn nhiên liệu truyền thống.

- Tỷ trọng thấp Do đó, ngay cả khi bị nén lại ở 20 Mpa (200 kG/cm ) thk lộ2trknh một lần bơm gas chỉ bằng 1/4 so với khi dùng xăng

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU CNG

TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

2.1 Các phương án cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong

CNG được cung cấp vào động cơ ở dạng khí Hệ thống phun nhiên liệu khívào đường nạp nhờ độ chân không tại họng Venturi của bộ hòa trộn được dùngphổ biến nhất Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang đượcnghiên cứu áp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn như phun khí trên đường nạp

và đặc biệt là phun khí trực tiếp vào buồng đốt

2.1.1 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí sử dụng bộ hòa trộn có nhiều dạngkhác nhau, nhưng đối với CNG thường sử dụng dạng sơ đồ sau

Hình 2.1: Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn.

Nhiên liệu CNG được nén trong bknh chứa với áp suất 200 bar, khi khởi độngđộng cơ van bknh sẽ mở ra cho nhiên liệu CNG đi vào bộ giảm áp Tại bộ giảm áp,

23 Công tắc ECU

áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc, nhờ độ chân không ở họngventuri thấp hơn áp suất khí trời nên CNG được hút vào đường nạp, lưu lượngCNG cung cấp được khống chế bởi bộ giảm áp và độ chân không ở họng ốngventuri, nhiên liệu CNG đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn với không khí tạo thành hỗnhợp nhiên liệu đi vào buồng cháy.

Bộ hòa trộn kiểu họng Venturi được sử dụng phổ biến cho tất cả nhữngloại nhiên liệu khí (LPG, LNG, CNG,…) vk việc hòa trộn đơn giản, phù hợpđối với nhiên liệu khí Vk vậy kết cấu của hệ thống cung cấp sử dụng bộ hòatrộn sẽ đơn giản làm cho giá thành rẻ

Sự cung cấp CNG liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỷ lệ khôngkhí/ CNG, để khắc phục nhược điểm trên ta dùng phương án sử dụng bộ hoàtrộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất

2.1.2 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất.

Hình 2.2: Cung cấp khí CNG dùng bộ hoà trộn kết hợp van tiết lưu.

Khi bật khoá điện, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện từ

mở ra cho khí CNG nén từ bknh chứa áp suất cao đến bộ giảm áp, tại bộ giảm áp áp

Công tắc

ECU

Bộ tiết kiệm nhiên liệu

suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc khoảng 0,8 ÷1,5 bar, sau đó nhiênliệu được qua bộ lọc áp suất thấp trước khi đi vào van tiết lưu, van tiết lưu đượcđiều khiển tự động bởi bộ vi xử lý, lưu lượng CNG cung cấp được khống chế bởi

bộ giảm áp, tiết diện lưu thông của van tiết lưu và độ chân không ở ống venturi,tiết diện lưu thông của van tiết lưu được điều khiển tương ứng với phần trăm vị tríbướm ga thông qua cảm biến vị trí bướm ga Nhiên liệu đi vào bộ hỗn hợp hoà trộnvới không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy

Khí CNG không những chỉ định lượng bởi độ chân không trong ống venturi

mà còn bởi sự thay đổi độ tiết lưu trên đường nạp, sự điều chỉnh mức độ tiết lưutrên đường nạp được thực hiện nhờ bộ vi xử lí chuyên dụng nhận tín hiệu từ cáccảm biến Khi sử dụng bộ hòa trộn công suất của động cơ giảm đi khoảng (5-8)%

do tổn thất lượng không khí nạp tại họng và do CNG chiếm chỗ

2.1.3 Cung cấp CNG bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp.

Hình 2.3: Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp.

Nhiên liệu CNG được nén trong bknh chứa với áp suất 200 bar Khi bật khoáđiện khởi động động cơ, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện

25 Công tắc ECU

từ mở ra cho CNG nén từ bknh chứa đến bộ giảm áp Tại bộ giảm áp, áp suất nhiênliệu được giảm xuống giá trị làm việc, sau đó nhiên liệu qua bộ lọc áp suất thấptrước khi dẫn đến vòi phun Vòi phun được bộ vi xử lý điều khiển một cách tựđộng, thời gian phun được điều khiển tương ứng tỷ lệ với phần trăm vị trí tay gathông qua cảm biến vị trí tay ga Bộ xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết

từ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG Hệ thống phun CNG trên đường nạp baogồm các hệ thống cơ bản sau

Hệ thống cung cấp CNG: Gồm bknh chứa , van điện từ , bộ điều hoà áp suất,vòi phun CNG Do đặc thù riêng của nhiên liệu CNG nên áp suất cần thiết để cungcấp nhiên liệu đến vòi phun là 5 bar để tránh hiên tượng hoá hơi trên đường ốngnhiên liệu Vk hoạt động của hệ thống nhiên liệu ở áp suất cao nên vấn đề an toàncủa hệ thống được đặt lên hàng đầu

Hệ thống điều khiển gồm các cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việccủa động cơ, ECU xử lý các thông tin nhận được từ các cảm biến và phát tín hiệuđiều khiển đến các vòi phun CNG để điều khiển thời gian mở vòi phun cung cấpCNG Các tín hiệu điều khiển tới vòi phun là các xung thời gian có độ dài tươngứng tỷ lệ với lượng CNG cần phun vào ống góp nạp Các loại cảm biến trong hệthống gồm: Cảm biến vị trí tay ga, cảm biến tốc độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, cảmbiến nồng độ Oxy…Đồng thời trong bộ vi xử lý có bổ sung thêm cảm biến đo ápsuất bknh chứa nhiên liệu CNG, từ đó tín hiệu được ECU xử lý phát tín hiệu điềukhiển tới vòi phun

Hệ thống phun CNG trên đường nạp cho phép cải thiện được tính năng củađộng cơ và mức độ phát ô nhiễm Khác với bộ hòa trộn, hệ thống này phun nhiênliệu dưới áp suất khoảng 5 bar Điều này cho phép cung cấp một lượng nhiên liệuchính xác theo chế độ làm việc của động cơ Mặt khác do không có họng venturinên hệ số nạp được cải thiện đáng kể Phun nhiên liệu CNG được thực hiện theophương án riêng rẽ nên giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiệnđược sự đồng đều nhiên liệu cung cấp cho các xi lanh của động cơ Việc khống chếlưu lượng CNG nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ bộ vi xử lí

2.1.4 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp hoạtđộng tương tự như hệ thống phun gián tiếp chỉ có khác là nhiên liệu được phuntrực tiếp vào trong buồng cháy của động cơ

9

3457

ECU

Hình 2.4: Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp.

1 Bknh chứa CNG; 2 Van nạp; 3 Máy đo áp suất; 4 Lọc CNG;

5 Van 1 chiều; 6 Vòi phun CNG; 7 Bugi đánh lửa ; 8 Cuộn dây cao áp;

9 Cảm biến ô xy; 10 Cảm biến tốc độ; 11 Cảm biến nước làm mát;

12 Cảm biến bướm ga; 13 Cảm biến áp suất khí nạp; 14 Bầu lọc khí;

15 Công tắc đánh lửa; 16 Công tắc CNG; 17 Ắc quy.

Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm vk nó cho phép đồng thời làm giảmmức độ gây ô nhiễm và làm tăng tính kinh tế của động cơ Phun trực tiếp CNG vàobuồng cháy cho phép kết hợp các ưu điểm của khí thiên nhiên và quá trknh cháycủa hỗn hợp nghèo phân lớp Mặt khác, hệ thống phun CNG còn thừa hưởng ưuthế của nhiên liệu nén ban đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao Động cơ

có thể hoạt động không có tổn thất hệ số nạp và ở điều kiện hỗn hợp nghèo Nhượcđiểm chính của hệ thống này là đòi hỏi kĩ thuật chế tạo và điều chỉnh chính xác hệthống phun vk vậy đắt tiền

27

2.2 Động cơ đốt trong sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG- diesel

2.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ diesel được kiểm soát theo tốc độ và tải dựa vào việc điều khiểnlượng nhiên liệu cung cấp vào trong buồng đốt Một bộ phận quan trọng của động

cơ là bộ điều tốc Bộ điều tốc thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp khi động cơ thayđổi tốc độ giúp động cơ chạy ổn định, tránh trường hợp vượt tốc

Khi cho khí CNG vào buồng cháy, nó trở thành một phần nhiên liệu cung cấpcho quá trknh sinh công, làm tốc độ động cơ tăng lên Khi đó, bộ điều tốc sẽ giảmnhiên liệu diesel, giảm đến khi nào lượng diesel mồi còn lại không đủ đốt cháyCNG, động cơ tắt máy Vk vậy, động cơ hoạt động không ổn định, không kiểm soátđược lượng diesel cung cấp

Giải pháp đặt ra là tháo bỏ bộ diều tốc cơ khí, cố định thanh răng ở một vị trítối thiểu đủ để đốt cháy CNG Nhưng lượng diesel không đổi, khi động cơ chạy ởtốc độ cao nhờ vào nhiên liệu CNG sẽ gây vượt tốc Vk với tốc độ này bộ điều tốc

cơ khí sẽ kéo thanh răng, làm giảm nhiên liệu thấp hơn vị trí trên, thậm chí ngắtnhiên liệu Do đó, một bộ điều tốc điện tử, sử dụng motor bước di chuyển thanhrăng ở mức thấp được lắp đặt nhằm ổn định động cơ

Để tự động điều chỉnh tốc độ động cơ ổn định ở một giá trị cho trước, sử dụngphương án bộ điều tốc điện tử với bộ so sánh tần số quay của bánh đà động cơ vớitần số chuẩn trong mạch điện

- Khi tần số bánh đà thấp hơn giá trị chuẩn thk mạch sẽ gửi tín hiệu về bộ vi

xử lý điều khiển thời gian nhấc kim phun khí CNG dài hơn nhằm tăng lượng khíphun vào Thời gian nhấc kim phun khác nhau khi các giá trị tần số lệch khácnhau

- Khi tần số bánh đà lớn hơn giá trị chuẩn thk mạch sẽ gửi tín hiệu về bộ vi xử

lý điều khiển thời gian nhấc kim phun khí CNG ngắn hơn nhằm giảm lượng khíphun vào Thời gian nhấc kim phun khác nhau khi các giá trị tần số lệch khácnhau

- Khi tần số bánh đà nằm trong phạm vi cho phép thk giữ nguyên vị trí banđầu

Động cơ nhiên liệu kép dựa trên kỹ thuật của động cơ Diesel Nhiên liệu cơ

sở là khí CNG nhưng chúng được thiết kế để hoạt động trong sự tương tác vớidiesel Trong đó, diesel đóng vai trò là tia lửa mồi (pilot ignition), sinh ra do nhiệtcủa quá trknh nén chứ không phải do bugi đánh lửa Những động cơ này có thểchạy 100% diesel Khi chạy cầm chừng, những động cơ này có khuynh hướngchạy 100% diesel Khi động cơ bắt đầu chuyển sang chế độ chạy đầy tải, nhiên liệuCNG được cung cấp tăng lên thay thế dầu diesel lên đến 80% hay hơn nữa Điều

đó có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường và những lý do kinh tế đặc biệt ởnhững nơi không có đủ trạm cung cấp nhiên liệu Việc chuyển đổi động cơ dieselsang sử dụng nhiên liệu kép cũng tương đối dễ dàng

Hình 2.5: Sơ đồ một hệ thống sử dụng nhiên liệu kép Diesel- CNG điển hknh + Nguyên lý hoạt động của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (Dual fuel):

Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu kép diesel-CNG, có ba kiểu hoạt độngnhư sau:

- CNG được hòa trộn với không khí bằng bộ hòa trộn, sau đó được đưa vào

buồng đốt qua supap nạp và được đốt cháy do tiếp xúc với diesel phun mồi vàocuối kỳ nén

29

- CNG được phun trên các đường ống nạp sau đó được đưa vào buồng đốt và

được đốt cháy khi tiếp xúc với diesel phun mồi

- CNG được phun trực tiếp vào buồng đốt ở cuối kỳ nén, và được phun gần

như đồng thời (trễ 3º) so với phun diesel mồi

- Hai phương án đầu tiên thk khác nhau về tạo hòa khí nhưng nguyên lý thk

tương đối giống nhau:

+ Kỳ nạp:

- Piston đi xuống điểm chết dưới

- Khí CNG được phun vào dòng khí nạp

- Hỗn hợp không khí và CNG được nạp vào trong lòng xy lanh

+ Kỳ nén:

- Piston đi lên điểm chết trên

- Không khí và CNG hòa trộn trong lòng xy lanh

- Hỗn hợp được nén lại

- Nhiệt độ hỗn hợp tăng lên

- Áp suất tăng lên nhanh

- Nhiên liệu mồi được phun vào

+ Kỳ nổ:

- Nhiên liệu diesel phát cháy, đốt cháy khí CNG

- Áp suất và nhiệt độ trong lòng xy lanh tăng lên nhanh chóng

- Piston bị đẩy xuống phía dưới

+ Kỳ thải:

- Piston đi lên đẩy sản vật cháy ra ngoài qua đường xả

Đặc điểm:

- Không thay đổi các kỳ của động cơ Diesel 4 kỳ

- Không thay đổi những phần cơ bản của động cơ Diesel

- Khí CNG được phun vào đường ống nạp vào kỳ nạp của động cơ

- Khí CNG được đốt cháy bởi diesel phun mồi lớn hơn 10%

- Diesel mồi cho phép quá trknh cháy rất ít khí CNG

- Tỷ số nén và hiệu suất của động cơ được duy trk

- Trung bknh sử dụng hơn 75% khí CNG.

- Động cơ có thể chạy 100% diesel bất cứ lúc nào mong muốn

So với 2 phương án đầu thk phương án thứ 3 là có nguyên lý hoạt động gầngiống nguyên lý hoạt động của động cơ diesel truyền thống vk động cơ chỉ nạp vànén không khí, cuối kỳ nén nhiên liệu mới được phun vào buồng đốt dưới áp lựccao Và ưu điểm của phương án này so với hai phương án trên đó là giảm được

hiện tượng kích nổ

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một hệ thống điển hknh.

31

Hình 2.7: Hoạt động của các kỳ.

Hình 2.8: Mô hknh cắt dọc của động cơ chuyển đổi

sang hệ thống nhiên liệu kép

2.2.2 Đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG- diesel so với động cơ sử dụng

hệ thống diesel

+ Ưu điểm: Độ tin cậy khi đánh lửa cao, hiệu quả đánh lửa kéo dài và có thể

đánh lửa với bất kỳ độ đậm đặc nào của hỗn hợp với điều kiện là mức độ của hỗnhợp CNG- không khí đủ lớn

- Dễ dàng chuyển đổi sang lại động cơ Diesel khi có sự cố hệ thống khí CNG

- Hiệu suất nhiệt động học cao

+ Nhược điểm của phương pháp lưỡng nhiên liệu là tỉ số nén cao làm hạn chế

công suất cực đại theo tính chất nhiên liệu khí, trong khi đó việc đánh lửa bằng tialửa điện cho phép lựa chọn tỉ số nén tối ưu cho từng loại khí sử dụng Tuy nhiênviệc giảm tỉ số nén sẽ dẫn tới việc giảm hiệu suất nhiệt của động cơ

2.3 Động cơ đốt trong sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG - xăng.

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.9: Hệ thống nhiên liệu kép xăng-CNG.

- Trong hệ thống nhiên liệu này, ta không tháo bỏ hệ thống nhiên liệu cũ màchỉ cần lắp đặt thêm hệ thống nhiên liệu CNG mới Các bộ phận lắp đặt thêm: Bknhchứa nhiên liệu CNG, bộ giảm áp, bộ hòa trộn (hoặc hệ thống kim phun và các

33

cảm biến nếu chuyển đổi theo hướng phun khí), đường ống dẫn nhiên liệu CNG,các van vận hành, đồng hồ hiển thị, thiết bị điều khiển cung cấp CNG…

- Trên đường nạp của động cơ ta lắp thêm bộ hòa trộn trước bướm ga dùng đểhòa trộn không khí với nhiên liệu khí CNG trước khi đưa vào động cơ

- Nhiên liệu CNG cũng có thể được cung cấp bằng hệ thống phun vào cổ góp(phun tập trung) hay phun vào trước xú páp nạp của từng xy lanh (phun riêng rẽ)

Áp suất nhiên liệu trước vòi phun của hai kiểu phun này đều cao hơn áp suất khíquyển Nhiên liệu phun vào đường nạp động cơ dưới dạng khí Nhiên liệu CNGdưới dạng khí từ bknh nhiên liệu được chuyển và duy trk áp suất dư trên đường ống.Nhiên liệu sau đó được đưa qua bộ lọc và bộ điều áp trước khi dẫn đến vòi phun.Vòi phun được một bộ vi xử lý chuyên dụng điều khiển một cách tự động Bộ vi

xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng

đã có và được bổ sung thêm những thông tin đặc thù khác của hệ thống cung cấpnhiên liệu CNG

- Hệ thống phun CNG cải thiện rất đáng kể tính năng của động cơ cả về hiệusuất cũng như mức độ phát sinh ô nhiễm Công suất và mômen tăng do tăng hệ sốnạp còn suất tiêu hao nhiên liệu giảm do điều chỉnh tốt lượng nhiên liệu cung cấptheo chế độ làm việc của động cơ

+ Nguyên lý hoạt động: động cơ sau khi chuyển đổi có khả năng sử dụng cả

hai loại nhiên liệu là xăng và CNG, và việc lựa chọn nhiên liệu là thông qua mộtcông tắc chuyển đổi Các kỳ hoạt động của động cơ cũng không thay đổi, chỉ thayđổi nhiên liệu Đồng thời cũng cần chú ý cải thiện hệ thống đánh lửa để đốt cháykhí CNG dễ dàng

2.3.2 Đánh giá hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG- xăng so với động cơ sử dụng

hệ thống xăng.

- Xăng - CNG song song là hệ thống nhiên liệu sử dụng cả hai nhiên liệu vừaxăng vừa CNG độc lập

- Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu xăng và CNG song song:

+ Ưu điểm: Có khả năng dự trữ năng lượng trên động cơ lớn hơn so với hệ

thống nhiên liệu lỏng hoặc hệ thống nhiên liệu CNG đơn Khắc phục được tknh

trạng tiếp nhiên liệu do sự hạn chế về cơ sở hạ tầng của CNG.

+ Nhược điểm: Cấu tạo động cơ trở nên phức tạp, rất khó khăn trong việc bố

trí, lắp đặt hệ thống nhiên liệu mới Khó khăn trong việc vận hành, bảo trk, sửachữa động cơ

2.4 Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu CNG.

2.4.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

A Chuyển đổi động cơ xăng thành động cơ dùng nhiên liệu khí CNG độc lập.

Hình 2.10: Một hệ thống nhiên liệu CNG điển hknh.

- So với phương án chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng nhiên liệu képxăng - CNG thk phương án này chỉ đơn giản là tháo bỏ toàn bộ hệ thống nhiên liệu

cũ Thay vào đó là hệ thống cung cấp khí thiên nhiên CNG

- Trong hệ thống này có các bộ phận cơ bản như : các van ngắt và nạp khíCNG, bộ điều áp, lọc gas, kim phun gas, ECU điều khiển, bknh chứa khí và các chitiết nhỏ khác nữa Hoặc có thể sử dụng bộ hòa trộn thay thế cho hệ thống kimphun

35

- Việc chuyển đổi động cơ thông dụng sử dụng nhiên liệu lỏng sang sử dụngkhí nén thiên nhiên CNG đòi hỏi một sự cải tạo đáng kể đối với động cơ: nâng cao

tỉ số nén, nâng cao công suất hệ thống đánh lửa, đặc biệt là phải cải tạo hệ thốngcung cấp nhiên liệu và bknh chứa

Các đặc tính của động cơ sau khi chuyển đổi:

* Tính năng động cơ:

- Về hiệu suất, động cơ dùng CNG có thể dễ dàng đạt được hiệu suất cao hơnđộng cơ xăng khoảng 10% nhờ tỉ số nén cao Khi nạp trực tiếp nhiên liệu thể khívào đường nạp, hệ số nạp của động cơ bị giảm dẫn đến công suất động cơ giảm(khoảng 10%) Tuy nhiên sự tụt giảm công suất có thể bù trừ nhờ sự gia tăng hiệusuất động cơ Động cơ sử dụng CNG có các tính năng về động học (gia tốc, quá

độ, tốc độ cực đại ) tương đương động cơ xăng Mặt khác, nhiên liệu CNG do ởdạng khí nên ít bị ảnh hưởng bởi quán tính trong giai đoạn quá độ nên động cơ làmviệc mềm mại hơn Cuối cùng, động cơ sử dụng CNG không có những nhược điểmliên quan đến nhiệt độ môi trường như động cơ dùng nhiên liệu lỏng

- So với xăng, nhiên liệu khí nén thiên nhiên CNG có chỉ số octane cao hơnnên có thể tăng tỉ số nén, làm cho hiệu suất nhiệt tăng Khí nén thiên nhiên CNG

có nhiệt trị riêng khối lượng cao hơn so với nhiên liệu lỏng thông thường Cho nêncùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu tính theo khối lượng của động cơ

sử dụng khí nén thiên nhiên thấp hơn khi sử dụng các loại nhiên liệu lỏng khác.Khi cải tạo động cơ xăng thành động cơ sử dụng nhiên liệu khí nén thiên nhiên thkmoment cực đại, công suất cực đại có thể tăng so với động cơ nguyên thủy do tỉ sốnén tăng lên trong khoảng (12-13) so với động cơ nguyên thủy là (6-11) Tăng tỷ

số nén có thể làm theo nhiều cách khác nhau.Sau đây là một số cách:

+ Giảm bề dày của gioang nắp máy.Cách này rất đơn giản và dễ thực hiện,+ Nâng cao đỉnh piston cao hơn so với vị trí ban đầu.Chúng ta có thể đưa chốtpiston lên cao hơn xong cần phài tính toán lại các lực tác động lên chúng Cách nàythk phải cần tính toán chính xác mới có kết quả tốt

* Momen và công suất:

- Trước đây động cơ dùng CNG có moment, công suất thấp hơn động cơ xăngcùng cỡ do phun nhiên liệu khí vào đường nạp qua họng Venturi làm giảm hệ sốnạp động cơ Tuy nhiên, trên những động cơ CNG hiện đại, nhiên liệu khí đượcphun trực tiếp ở dạng khí, nên chúng có tính năng kinh tế - kĩ thuật tương đươngvới động cơ xăng Thật vậy, so sánh nhiệt trị thể tích của hỗn hợp không khí - xăng

và không khí -CNG (ở độ đậm đặc bằng 1) cho thấy xăng cho giá trị cao hơn 3%.Tuy nhiên, không phải chỉ có nhiên liệu gây ra sự khác biệt về momen và côngsuất động cơ mà các đặc trưng của hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG cũng gâyảnh hưởng đáng kể Chẳng hạn khi CNG được phun dạng khí, hệ số nạp bị giảm sovới động cơ xăng Thêm vào đó, sự hiện diện của họng Venturi trên đường nạp gây

ra sự xáo trộn động lực học và đó cũng là nguyên nhân làm giảm moment động cơ

* Suất tiêu hao nhiên liệu:

- Suất tiêu hao nhiên liệu tính theo thể tích và tính theo khối lượng nhiên liệucủa động cơ CNG so với động cơ xăng có lợi thế khác nhau Trong thực tế nếu sosánh năng lượng tiêu hao trên 100km hành trknh (J/100km) thk nhiên liệu CNGđược xếp ở vị trí tương đối tốt, thấp hơn động cơ xăng khoảng vài phần trăm Điềunày là do sự lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG mới có khả năng phunnhiên liệu với độ chính xác cao Mặt khác, hệ thống mới còn dự kiến cả việc cắtnhiên liệu khi giảm tốc độ cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu đến mức thấpnhất Thêm vào đó, nếu CNG giàu propane, chỉ số octane của nó rất cao nên có thểtăng tỉ số nén động cơ dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 5%

B Chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ sử sụng CNG.

Phương án này là cải tạo các động cơ diesel để chuyển sang chạy CNG theo

2 cách:

- Tháo toàn bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel, thay bằng hệ thống cungcấp nhiên liệu CNG, lắp thêm hệ thống đánh lửa, bknh chứa khí CNG, CNG đượcđốt cháy cưỡng bức

- Chuyển động cơ diesel thành động cơ nhiên liệu kép diesel - CNG, trong đódiesel đóng vai trò là nhiên liệu mồi, được phun vào để đốt cháy lượng CNG

37

Chuyển đổi động cơ diesel sang động cơ dùng CNG đốt cháy cưỡng bức

- Phương án này chúng ta cần phải gỡ bỏ hoàn toàn hệ thống nhiên liệu diesel,thay vào đó gia công lỗ để đặt bugi đánh lửa và kim phun CNG (nếu sử dụngphương pháp phun trực tiếp) hoặc bộ hòa trộn (nếu sử dụng phương pháp hòa trộnnhiên liệu trước với không khí rồi đưa vào ống nạp) Ngoài ra, còn phải gia cônglại động cơ để làm giảm tỉ số nén của động cơ vk tỉ số nén của CNG thấp hơn nhiều

so với diesel

- Hỗn hợp được hoà trộn bên ngoài động cơ bằng một bộ trộn tương tự như bộchế hoà khí của động cơ xăng hoặc cũng có thể phun trực tiếp vào buồng đốt giốngnhư những nhiên liệu khác thông qua kim phun (cũng có thể phun trên đường ốngnạp)

- Sau đó hỗn hợp được đốt cháy bởi tia lửa điện do bugi đánh ra Đối vớiphương án này cần phải thiết kế một hệ thống đánh lửa với hiệu suất đánh lửa caohơn để đảm bảo đốt cháy triệt để khí CNG ( vk nhiệt độ cháy của CNG cao hơn sovới xăng)

- Để thay đổi tốc độ và công suất động cơ, lưu lượng hoà khí được điều chỉnhbằng một bướm ga do người lái điều khiển từ buồng lái

Hình 2.11: Hệ thống động cơ CNG sau khi chuyển đổi (dùng bộ chế hoà khí).

Hình 2.12: Sơ đồ động cơ CNG phun nhiên liệu trực tiếp.

Hệ thống nhiên liệu gồm có : bknh chứa nhiên liệu CNG ở áp suất cao, cácvan một chiều, ống dẫn nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bộ giảm áp, bộ hòa trộn (hoặc hệthống kim phun), các van…v v

Nguyên lý hoạt động: khi sử dụng bộ giảm áp

Khi động cơ không làm việc

Khi công tắc điện ở buồng lái ở vị trí mở, van khóa nhiên liệu ở trạng tháiđóng Không có nhiên liệu trong hệ thống ống dẫn Các van có tải, van không tải,van một chiều ở trạng thái đóng

Khi công tắc điện ở vị trí đóng, van khóa nhiên liệu mở cho khí CNG có ápsuất cao (khoảng 200kg/cm ) lưu thông đến bộ giảm áp Lúc này, do động cơ2không hoạt động nên không tạo ra chênh áp trong bộ giảm áp Các van không tải

và van có tải vẫn đóng

* Chế độ khởi động

Khi khởi động, cánh bướm gió gần như đóng kín, không gian đường nạp phíasau bướm gió có độ chân không lớn Độ chân không này làm mở van 1 chiều, đồngthời làm cho van không tải mở ra, nhiên liệu từ bộ giảm áp đến bộ hòa trộn, cùng

39

với không khí lọt qua khe hở của bướm gió hòa trộn rồi vào xy lanh ở kỳ nạp Độđậm đặc của hỗn hợp trong giai đoạn này lớn (α <1) Van không tải của bộ giảm ápđược mở do sự dịch chuyển của 1 màng cao su thông qua một cơ cấu đòn bẩy Khi

có độ chân không thk màng cao su dịch chuyển làm cho đòn bẩy mở van không tải

* Chế độ không tải

Khi động cơ bắt đầu hoạt động thk bướm gió từ từ mở ra Khi động cơ đã khởiđộng thk bướm gió mở hoàn toàn, bướm gas gần như đóng kín Lưu lượng khôngkhí qua họng tiết lưu thấp nên độ chênh áp nhỏ, không đủ lực để mở van mộtchiều Độ chân không sau bướm ga lớn, được truyền đến buồng của bộ giảm áp để

mở van không tải Khí CNG áp suất thấp từ bộ giảm áp đến hòa trộn với không khí

ở bộ hòa trộn rồi vào xy lanh động cơ ở kỳ nạp Lưu lượng khí CNG qua vankhông tải bằng với lượng nghiên liệu mà động cơ cần thiết ở chế độ không tải

* Chế độ tăng tốc

Khi tăng tốc, bướm ga mở độ ngột, làm cho lưu lượng không khí tăng lên rấtnhanh Nếu không bổ sung một lượng nhiên liệu kịp thời thk hỗn hợp sẽ loãng, làmcho quá trknh cháy diễn ra khó, có thể động cơ bị ngừng hoạt động Một cơ cấu sẽ

mở van có tải rộng hơn ngay khi bướm gas mở đột ngột, bổ sung kịp thời mộtlượng nhiên liệu, hỗn hợp không bị làm loãng quá mức, bảo đảm động cơ hoạtđộng bknh thường

* Chế độ có tải

Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải sang chế độ có tải, bướm gas mở từ

từ Lưu lượng không khí qua họng tiết lưu tăng dần làm cho độ chân không ở đâytăng dần, mở van một chiều Độ chân không này truyền đến buồng chân không của

bộ giảm áp, làm mở van có tải, một lượng khí CNG qua van này bổ sung vàolượng khí CNG qua van không tải, đến hòa trộn với không khí ở bộ hòa trộn rồivào xy lanh ở kỳ nạp Độ mở của van có tải phụ thuộc vào độ chân không của họngtiết lưu, tức là độ mở bướm gas Do đó lưu lượng qua van có tải phụ thuộc vào độ

mở của van này, tức là phụ thuộc vào tải của động cơ

Tính năng của động cơ