ỨNG DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN (CNG) CHO ĐỘNG CƠ ĐÔT TRONG

BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiªn nÐn (cng) cho động ô tô BI : ng dng khí thiên Nhiên nén (cng) cho động tơ Mục tiêu: Học xong học viên có khả năng: - Mơ tả cơng thức hố học đặc điểm cấu tạo nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) - Giải thích xác đặc điểm kỹ thuật nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) - Giải thích ưu nhược điểm khả ứng nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) - Đề giải pháp để ứng dụng nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu cho động đốt Nội dung a lý thuyết Khí thiên nhiên: Là khí khai thác từ mỏ khí có sẵn tự nhiên Khí thiên nhiên dùng cho động đốt bao gồm khí cơng nghiệp lấy từ việc tinh luyện dầu mỏ, lò luyện cốc, lò cao khí lò gas lấy từ việc khí hố nhiên liệu rắn thiết bị đặc biệt Nhiên liệu khí thiên nhiên dùng cho động có ưu khuyết điểm sau:  Ưu điểm:  Sản xuất đơn giản an tồn  Lượng khí thiên nhiên Việt Nam có tiềm lớn  Thành phần khí xả khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng Diesel nhiễm mơi trường giảm khí CO, lượng Hydrocacbon, lượng Sunfuadioxit SO2 khơng có chì Trang-1- BÀI : øng dơng khÝ thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô Pb  Khuyết điểm:  Việc bảo quản khí thiên nhiên đòi hỏi phải kỹ lưỡng nén áp suất định 1.1 Sự hình thành khí thiên nhiên: Khí thiên nhiên xem “dry” gần Metan khiết, hydrơ các-bon có liên quan loại bỏ Khi có mặt hydrơcacbon khí thiên nhiên cho “wet” Khí thiên nhiên sử dụng cho nhiều mục đích khác như: sưởi ấm, sử dụng công nghiệp, dịch vụ thương mại Khí thiên nhiên hình thành túi chứa bên lòng đất, nơi có mỏ dầu Hình 2.3.1 Cấu trúc mỏ khí thiên nhiên Khi mang từ lòng đất lên khí thiên nhiên tinh chế lại để lọc bỏ nước, đất cát hỗn hợp khác Khí thiên nhiên nguồn lượng hoá thạch Trang-2- BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiªn nÐn (cng) cho động ô tô ging nh du v than đá Đó sót lại xác cối, động vật vi sinh vật sống hàng triệu năm trước Có nhiều giả thuyết nguồn gốc hình thành nguồn nhiên liệu hố thạch Giả thuyết cơng nhận rộng rải hình thành chất hửu quan trọng xác động thực vật bị nén lòng đất sức ép lớn thời gian dài Tương tự hình thành dầu mỏ, khí metan hình thành từ chất hữu bị vùi lấp sâu lòng đất tạo sứcc nén lớn Sức nén kết hợp với nhiệt độ cao lòng đất theo thời gian làm phá mối liên kết giửa cácbon hợp chất hửu Càng xuống sâu lòng đất lớp vỏ trái đất nhiệt độ cao, nơi có nhiệt độ thấp dầu hình thành nhiều khí thiên nhiên, nơi có nhiệt độ cao khí thiên nhiên tạo Khí thiên nhiên đươc hình thành thơng qua biến đổi chất hửu vi sinh vật kiểu khí metan gọi “Metan biogenic” Các vi sinh vật thông thường tìm thấy vùang gần mặt đất mà thiết ôxy Metan sản sinh bay vào khí Ngồi metan hình thành qua trình “abiogenic”, sâu vỏ trái đất, tồn lớp khí giàu hyđrơ phân tử cácbon Chúng tương tác với khoáng chât điều kiện thiếu ôxy Sự tác động phản ứng hố học hình thành phân tử hổn hợp mà tìm thấy khí Khi chất khí dươi áp suất cao, di chuyển đến bề mặt trái đất chúng có dạng tiền metan 1.2 Thành phần: Thành phần chủ yếu khí thiên nhiên là: Metan CH4 70 - 90 % E-than C2H6 - 20 % Trang-3- BÀI : ứng dụng khí thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô Propane C3H8 Butan C4H10 Khớ cacbonat CO2 08% Oxi O2 0.2 % Nito N2 05% Hydrua sulphide H 2S % Khí Ar, He, Ne, Xe Khí thiên nhiên sử dụng cho động ơtơ tồn dạng chính: - Dạng khí nhiệt độ mơi trường áp suất cao (200 bar): gọi Compressed Natural Gas (CNG) Khí nén thể tích nhỏ với áp suất cao chứa bình chứa chắn Bình chứa 40-50 lít khí - Dạng lỏng nhiệt độ 610C áp suất khí quyển: gọi Liquefied Natural Gas ( LNG ) Khí làm lạnh nhiệt độ âm 1620C, áp suất khoảng 8,9 bar để chuyển sang trạng thái lỏng chứa bình cách nhiệt Bảng 2.3.1 So sánh dạng tồn khí thiên nhiên: Tỷ lệ LNG CNG Khối lượng 3,7 Thể tích Tuy có khối lượng thể tích nhỏ việc bảo quản LNG cần đòi hỏi cơng nghệ cách nhiệt làm lạnh phức tạp CNG 1.3 Thành phần nguyên tố nhiệt trị thấp loại khí a Nhiệt trị nhiên liệu: Trang-4- BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiªn nÐn (cng) cho động ô tô L s nhit lng toả đốt cháy hoàn toàn đơn vị khối lượng thể tích(kg hay m3) nhiên liệu Nhiệt trị đặc tính phổ biến nhiên liệu, xác định giá trị nhiên liệu dùng cho tất loại động Căn vào nhiệt trị thấp nhiên liệu thể khí chia làm loại: b Nhiên liệu khí có nhiệt trị lớn: Loại bao gồm khí thiên nhiênvà khí thu tinh luyện dầu mỏ Thành phần chủ yếu loại khí mêtan (CH4) chiếm khoảng 80_95% Nhiên liệu có nhiệt trị thấp là: QH=23 -38 MJ/ m3 (hoặc 5500 - 9000 Khơng khí Kcal/m3) c Nhiên liệu khí có nhiệt trị trung bình: Loại bao gồm loại khí cơng nghiệp khí than cốc, khí thắp v.v… Thành phần chủ yếu loại nhiên liệu khí là: Hydrơ(H2) : chiếm khoảng 40 – 60% , lại là: CH4 CO Nhiên liệu có nhiệt trị thấp QH là: QH=16 -23 MJ/m3(3500 - 5500 Kcal/m3) 1.3233 d Nhiên liệu khí có nhiệt trị nhỏ Loại khí bao gồm khí lò cao khí lò ga Thành phần chủ yếu nhiên liệu khí là: Oxytcacbon(CO) Hydro(H 2) chiếm khoảng 60% Còn lại loại khí trơ : Nitơ(N2) CO2 Nhiên liệu có nhiệt trị thấp QH : QH=4 -16 MJ/m3(1000 -3500 Kcal/m3) 1.4 Tiềm sử dụng Trong tương lai, với phát triển khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ vật liệu nói riêng hứa hẹn giải vấn đề tồn việc tồn trữ khí thiên nhiên xe ơtơ Và nói, kỷ 21 chắn kỷ nguồn lượng mới, loại hình động mới: Natural Gas Vehicle Trang-5- BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiªn nÐn (cng) cho động ô tô Ti Vit Nam, t nm 1997 có khoảng 20 xe chạy khí thiên nhiên, từ đến có nhiều dự thảo, đề tài cho dự án chuyển loại hình taxi chạy xăng sang chạy NG Cùng với đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất khí thiên nhiên lỏng Dinh Cô vào đầu năm 1999, chắn bước tiến quan trọng cho giao thông sử dụng khí thiên nhiên nước ta 1.5 Khí thiên nhiên - giải pháp mơi trường Khí thiên nhiên nguồn nhiện liệu thay cho phương tiện vận tải Từ lâu coi nguồn nhiên liệu hiệu sử dụng cho mục đích như: phát điện, sưởi ấm vàdùng cho công nghiệp Khả sử dụng khí thiên nhiên cho phương tiện vận tải áp dụng gần Trong năm gần đây, nhà sản xuất thiết kế thiết kế loại xe sử dung khí thiên nhiên, bao gồm: xe khách, xe đầu kéo, xe buýt xe tải nặng Các loại phương tiện hoạt động động đốt cháy nhiên liệu sản xuất Bằng cách nhà sản xuất tối ưu hoá động họ để tận dụng lợi sử dụng khí thiên nhiên, xe sử dụng khí thiên nhiên có vượt trội thải khí xả Xe sử dụng khí thiên nhiên chứng nhận đạt tiêu chuan khí xả mơi trường đòi hỏi cao Năm 1997, Hãng HONDA tung thị trường loại xe sử dụng NCGas có tên “ Civic GX” HONDA nhận phần thưởng tạp chí ”Discover Magazine Technology” Có ba lý khí thiên nhiên nguồn nhiên liệu thân thiện với mơi trường Trước hết, khí thiên nhiên chứa khoảng 90% metan (CH4), khí thải từ loại xe sử dụng khí thiên nhiên chủ yếu mêtan cháy không het Metan hợp chất hữu dể thay đổi, Trang-6- BÀI : ứng dụng khí thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô iu ny quan trng, bi vỡ lng metan không cháy hết bay kết hợp với NOX điều kiện ánh sáng mặt trời để không ảnh hưởng đến tầng ơzơn Xe cộ sử dụng khí thiên nhiên ảnh hưởng đến việc hình thành khí gây “hiệu ứng nhà kính” khí thiên nhiên thải cacbon động xăng động dùng nhiên liệu dầu mỏ khác Những hydrô cacbon khác chìm khí thiên nhiên vơi số lượng nhỏ gồm có: etan, propan butan gần không chứa thành phần độc hại Động xăng động diesel thải khí xả chứa nhiều tác nhân hố học có hại Thứ ba động nạp nhiên liệu, khí thiên nhiên đat tiêu chuẩn phán tán nhiên liệu cao động xăng động diesel Khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas - CNG) Khí thiên nhiên nén áp suất cao, áp suất thường sử dụng 2400 psi (165,5 bar), 3000 psi (206,9 bar), 3600 psi (248,2 bar) chứa bình chứa cao áp mắc song song CNG sử dụng động đốt (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng diesel, sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu ĐCĐT Trong thực tế, ĐCĐT thiết kế để sử dụng nhiên liệu xăng hay diesel, việc sử dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT khơng phù hợp Có thể chế tạo động chuyên dùng cho CNG cải tạo động xăng, diesel có cho phù hợp với đặc tính nhiên liệu CNG 2.1 Hệ thống nhiên liệu CNG đơn HTNL CNG đơn hệ thống sử dụng nhiên liệu CNG Động cải tiến sử dụng HTNL CNG đơn tháo bỏ toàn HTNL cũ lắp đặt toàn HTNL CNG Trang-7- BÀI : øng dông khÝ thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô Cỏc phận tháo bỏ: Bình chứa xăng, đường ống dẫn xăng, bơm xăng, lọc xăng, chế hòa khí, đồng hồ báo xăng, bơm xăng Các phận lắp đặt: Bình chứa nhiên liệu CNG, giảm áp – hóa hơi, trộn, đường ống dẫn nhiên liệu CNG, van an toàn, van vận hành, đồng hồ hiển thị Hình 2.3.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG đơn a Ưu điểm hệ thống nhiên liệu CNG đơn HTNL đơn giản, việc bố trí, lắp đặt lên động dễ dàng tối ưu hóa HTNL động Do sử dụng HTNL nên việc vận hành đơn giản, không phức tạp b Nhược điểm hệ thống nhiên liệu CNG đơn Mật độ lượng CNG thấp nên bình chứa CNG có khối lượng lớn chiếm nhiều không gian Trang-8- BÀI : øng dông khÝ thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô Khú khăn việc tiếp nhiên liệu sở hạ tầng cung cấp CNG hạn chế 2.2 Hệ thống nhiên liệu lỏng CNG song song HTNL lỏng CNG song song HTNL sử dụng hai loại nhiên liệu vừa xăng vừa CNG Động sử dụng HTNL xăng CNG song song không cần phải tháo bỏ HTNL cũ mà cần lắp đặt thêm HTNL CNG Các phận lắp đặt thêm: Toàn HTNL CNG HTNL CNG đơn, cần phải thêm van đóng mở nhiên liệu xăng CNG ta cần thay đổi loại nhiên liệu sử dụng động Hình 2.3.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu lỏng CNG song song Trang-9- BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiªn nÐn (cng) cho động ô tô a u im ca h thng nhiên liệu lỏng CNG song song HTNL lỏng CNG song song có khả dự trữ lượng động lớn so với HTNL CNG đơn HTNL lỏng CNG song song khắc phục tình trạng tiếp nhiên liệu hạn chế sở hạ tầng CNG b Nhược điểm hệ thống nhiên liệu lỏng CNG song song Cấu tạo động trở nên phức tạp, khó khăn việc lắp đặt bố trí HTNL mới, giá thành tăng Phải tính tốn, thiết kế cho động làm việc tương đối ổn định hai loại nhiên liệu Khó khăn việc vận hành, bảo trì, sửa chữa động Trang-10- BÀI : øng dơng khÝ thiªn Nhiên nén (cng) cho động ô tô Hỡnh2.3.9 B trí phương án Khi sử dụng nhiên liệu khí CNG cho động xe buýt, có số thay đổi bố trí chung xe buýt Phần hệ thống nhiên liệu bố trí lại Phải thiết kế lắp đặt số cụm hệ thống nhiên liệu : bình nhiên liệu CNG, giảm áp, hồ trộn, bố trí đường ống dẫn nhiên liệu Đặc biệt bình nhiên liệu, có khối lượng lớn so với bình nhiên liệu diesel, kích thước chiếm chỗ lớn hơn, vấn đề tăng tải trọng lên cầu xe, thay đổi tâm xe, không gian chiếm chỗ xe quan tâm Theo phương án bố trí chọn, vấn đề trọng tâm ổn thỏa: trọng tâm không thay đổi nhiều so với xe buýt trước bố trí, chí chiều cao trọng tâm hạ thấp xuống nữa, điều có lợi cho tính ổn định xe Khối lượng gia tăng tính tốn kỹ để khơng vượt q giá trị tối đa sức chịu tải cho phép cầu xe Đối với xe buýt, phần không gian gầm xe thường sử dụng nên vấn đề chốn chổ khơng gây ảnh hưởng gì, cần bảo đảm khoảng sáng gần xe theo quy định 4.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí CNG cho động 4.2.1 Phần động Hỗn hợp hoà trộn bên động trộn Trang-20- BÀI : øng dụng khí thiên Nhiên nén (cng) cho động ô t« tương tự chế hồ khí động xăng Để thay đổi tốc độ công suất động cơ, lưu lượng hồ khí điều chỉnh bướm ga người lái điều khiển từ buồng lái CNG nhiên liệu tốt cho động đánh lửa Để khơng xảy tượng kích nổ sử dụng nhiên liệu CNG cho động đánh lửa, tỉ số nén động CNG nhỏ động diesel 4.2.2 Phần hệ thống cung cấp nhiên liệu a Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Hình2.3.10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG b Nguyên lý làm việc * Khi động không làm việc: Khi cơng tắc điện buồng lái vị trí mở, van khóa nhiên liệu trạng thái đóng Khơng có nhiên liệu hệ thống ống dẫn Các van có tải, van không tải, van chiều trạng thái đóng Khi cơng tắc điện vị trí đóng, van khóa nhiên liệu mở cho khí CNG có áp suất cao (khoảng 200kg/cm2) lưu thông đến giảm áp Lúc này, động không hoạt động nên không tạo chênh áp giảm áp Các van không tải van có tải đóng Trang-21- BÀI : ứng dụng khí thiên Nhiên nén (cng) cho động ô tô * Ch ng: Khi động, cánh bướm gió gần đóng kín, khơng gian đường nạp phía sau bướm gió có độ chân khơng lớn Độ chân không làm mở van chiều, đồng thời làm cho van không tải mở ra, nhiên liệu từ giảm áp đến hòa trộn, với khơng khí lọt qua khe hở bướm gió hòa trộn vào xy lanh kỳ nạp Độ đậm đặc hỗn hợp giai đoạn lớn (