Giáo trình Hệ thống nhiên liệu động cơ ôtô

ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THƠNG VẬN TẢI - - GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ô TÔ NGÀNH/NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng /QĐ-TCĐGTVT năm 2018 Trường Cao Đẳng GTVT Lƣu hành nội - Năm 2018 ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI - - GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ơ TƠ NGÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Chủ biên: ThS Trần Hoàng Luân Thành viên: ThS Lê Văn Nghĩa ThS Phạm Văn Tám ThS Đoàn Văn Hai Lƣu hành nội - Năm 2018 GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ô TÔ GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC Vị trí: Mơn học thực sau sinh viên học xong môn học/mô đun thuộc khối kiến thức sở ngành như: Cơ kỹ thuật, Vật liệu công nghệ kim loại, Vẽ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép đo lường kỹ thuật, An tồn lao động, Thực tập nguội Mơn học bố trí giảng dạy học kỳ năm thứ khóa học bố trí dạy song song với mơn học, mơ đun sau: Điện kỹ thuật; Điện tử bản; Nguyên lý chi tiết máy; khung gầm tơ Tính chất: Là môn học chuyên môn thực hành nghề quan trọng kiến thức kỳ thi tốt nghiệp Mục tiêu mô đun: a Về kiến thức: ✓ Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu động đốt trong; ✓ Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc kết cấu, phận hệ thống cung cấp nhiên liệu động đốt trong; ✓ Đồng thời qua môn học tạo điều kiện tốt để sinh viên thực hành động xưởng b Về kỹ năng: Kỹ cứng: Qua mơ đun này, sinh viên có khả năng: ✓ Kỹ lắng nghe; kỹ làm việc nhóm; kỹ lập kế hoạch tổ chức công việc; ✓ Kỹ tìm kiếm, tổng hợp, phân tích đánh giá thông tin; ✓ Kỹ sử dụng công nghệ thơng tin Kỹ mềm: - Có khả giao tiếp xã hội, làm việc hiệu theo nhóm - Có khả tự học, tự nghiên cứu tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao trình độ phù hợp với cơng việc, thích nghi với phát triển xã hội - Sử dụng tiếng Anh hiệu công việc - Ứng dụng kiến thức thông dụng công nghệ thông tin công tác c Về lực tự chủ trách nhiệm: - Có đạo đức nghề nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật lao động tôn trọng nội quy quan, doanh nghiệp - Ý thức cộng đồng tác phong công nghiệp, trách nhiệm cơng dân, làm việc theo nhóm làm việc độc lập - Có tinh thần cầu tiến, hợp tác giúp đỡ đồng nghiệp - Có lối sống lành mạnh, chân thành, khiêm tốn giản dị; Cẩn thận trách nhiệm công việc; Nội dung môn học A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chương 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hịa khí Chương 2: Hệ thống nhiên liệu động xăng điều khiển điện tử (EFI) B HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Chương 3: Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) Chương 4: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển khí Chương 5: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển điện tử C HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI Chương 6: Động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Chương 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG LỜI NĨI ĐẦU Động tơ nguồn động lực phương tiện giao thơng ngày Hệ thống nhiên liệu động ô tô yếu tố quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất hiệu suất động Để thiết kế, chế tạo, khai thác, bảo dưỡng sử dụng cách hiệu động cơ, người làm cơng tác kỹ thuật phải có hiểu biết tảng cấu tạo, nguyên lý hoạt động vấn đề lý thuyết liên quan đến hệ thống Đặc biệt khan nhiên liệu sử dụng ùn tắc giao thông gây ô nhiễm mơi trường quan tâm kiến thức động đốt cần thiết Đồng thời giáo trình giới thiệu thêm hệ thống nhiên liệu sử dụng nhiên liệu nhằm đáp ứng vấn đề nêu Giáo trình HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ơ TƠ biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu Giáo trình gồm có 15 chương, làm tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng quy làm tài liệu tham khảo cho sinh viên nhóm ngành A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chương 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hịa khí Chương 2: Hệ thống nhiên liệu động xăng điều khiển điện tử (EFI) B HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Chương 3: Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) Chương 4: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển khí Chương 5: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển điện tử C HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI Chương 6: Động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Chương 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Các tác giả chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Kỹ Thuật ƠTơ đóng góp ý kiến có ích khích lệ chúng tơi q trình biên soạn giáo trình Tuy cố gắng giáo trình khơng tránh khỏi số sai sót định, kính mong quý đồng nghiệp độc giả cho ý kiến để hồn thiện Nhóm tác giả TUN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI NĨI ĐẦU Động tơ nguồn động lực phương tiện giao thơng ngày Hệ thống nhiên liệu động ô tô yếu tố quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất hiệu suất động Để thiết kế, chế tạo, khai thác, bảo dưỡng sử dụng cách hiệu động cơ, người làm cơng tác kỹ thuật phải có hiểu biết tảng cấu tạo, nguyên lý hoạt động vấn đề lý thuyết liên quan đến hệ thống Đặc biệt khan nhiên liệu sử dụng ùn tắc giao thông gây ô nhiễm môi trường quan tâm kiến thức động đốt cần thiết Đồng thời giáo trình giới thiệu thêm hệ thống nhiên liệu sử dụng nhiên liệu nhằm đáp ứng vấn đề nêu Giáo trình HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ô TÔ biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu Giáo trình gồm có 15 chương, làm tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng quy làm tài liệu tham khảo cho sinh viên nhóm ngành A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chương 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hịa khí Chương 2: Hệ thống nhiên liệu động xăng điều khiển điện tử (EFI) B HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL Chương 3: Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) Chương 4: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển khí Chương 5: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển điện tử C HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI Chương 6: Động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Chương 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Các tác giả chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Kỹ Thuật ƠTơ đóng góp ý kiến có ích khích lệ chúng tơi q trình biên soạn giáo trình Tuy cố gắng giáo trình khơng tránh khỏi số sai sót định, kính mong quý đồng nghiệp độc giả cho ý kiến để hoàn thiện Các tác giả Trang i MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Biên soạn giáo trình “Hệ thống nhiên liệu động tơ” phù hợp với chương trình đào tạo nhà trường phê duyệt Nội dung giáo trình bám sát chương trình đào tạo nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu trang bị ô tô nay, đồng thời giới thiệu số hệ thống nhiên liệu dụng nguồn lượng phù hợp với thực tiễn áp dụng thực tế Đây môn học lý thuyết chuyên ngành, cung cấp cho sinh viên kiến thức phục vụ cho nghề nghiệp sinh viên sau trường Và đặc biệt phù hợp với máy móc, thiết bị trang bị cho xưởng thực tập khoa Trang ii MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI NÓI ĐẦU i MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ii MỤC LỤC iii CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH ix A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chƣơng 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hịa khí 1.1 Nhiệm vụ – Yêu cầu – Phân loại 1.2 Hỗn hợp cháy động xăng 1.3 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động 13 1.4 Các phận hệ thống 13 1.5 Công tác bảo dưỡng - sửa chữa 34 Câu hỏi ôn tập 43 Chƣơng 2: Hệ thống nhiên liệu động xăng điều khiển điện tử (EFI) 44 2.1 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng 44 2.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 45 2.3 Công tác bảo dưỡng sửa chữa 104 Câu hỏi ôn tập 121 Chƣơng 3: Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) 122 3.1 Giới thiệu hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 122 3.2 Kết cấu hệ thống cung cấp nhiên liệu động GDI 134 3.3 Các loại kim phun động GDI 140 3.4 Các dạng buồng cháy động GDI 144 3.5 Quá trình hình thành hỗn hợp động GDI 149 Câu hỏi ôn tập 157 Trang iii B HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 158 Chƣơng 4: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển khí 158 4.1 Nhiệm vụ - Yêu cầu – Phân loại 157 4.2 Kết cấu nguyên lý hoạt động 160 4.3 Các phận hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel 166 4.4 Công tác bảo dưỡng sửa chữa 223 Câu hỏi ôn tập 242 Chƣơng 5: Hệ thống nhiên liệu động diesel điều khiển điện tử 243 5.1 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel điện tử 243 5.2 Phân loại hệ thống nhiên liệu diesel điện tử 245 5.3 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu diesel điện tử 247 5.4 Công tác bảo dưỡng sửa chữa 287 Câu hỏi ôn tập 296 C HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI 297 Chƣơng 6: Động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG 297 6.1 Giới thiệu chung nhiên liệu LPG 297 6.2 Sự hình thành hỗn hợp động đánh lửa cưỡng sử dụng nhiên liệu LPG 303 6.3 Nghiên cứu cải tạo động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG 306 6.4 Mơ hình hệ thống sử dụng nhiên liệu PLG động diesel/xăng 316 6.5 Hệ thống nhiên liệu động đánh lửa cưỡng sử dụng LPG 317 Câu hỏi ôn tập 322 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG 323 7.1 Giới thiệu chung nhiên liệu CNG 323 7.2 Hệ thống nhiên liệu động DIESEL – CNG 327 7.3 Chuyển đổi động diesel sang động dùng nhiên liệu kép Diesel CNG 331 7.4 Quá trình cháy động Diesel kỳ sử dụng nhiên liệu CNG 337 Trang iv Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG chí ngắt nhiên liệu Do đó, điều tốc điện tử, sử dụng motor bước di chuyển mức thấp lắp đặt nhằm ổn định động Để tự động điều chỉnh tốc độ động ổn định giá trị cho trước, sử dụng phương án điều tốc điện tử với so sánh tần số quay bánh đà động với tần số chuẩn mạch điện − Khi tần số bánh đà thấp giá trị chuẩn mạch gửi tín hiệu vi xử lý điều khiển thời gian nhấc kim phun khí CNG dài nhằm tăng lượng khí phun vào Thời gian nhấc kim phun khác giá trị tần số lệch khác − Khi tần số bánh đà lớn giá trị chuẩn mạch gửi tín hiệu vi xử lý điều khiển thời gian nhấc kim phun khí CNG ngắn nhằm giảm lượng khí phun vào Thời gian nhấc kim phun khác giá trị tần số lệch khác − Khi tần số bánh đà nằm phạm vi cho phép giữ ngun vị trí ban đầu Hình 7.3: Sơ đồ hệ thống sử dụng nhiên liệu kép Diesel - CNG điển hình Động nhiên liệu kép dựa kỹ thuật động Diesel Nhiên liệu sở khí CNG chúng thiết kế để hoạt động tương tác Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 332 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG với diesel Trong đó, diesel đóng vai trị tia lửa mồi (pilot ignition), sinh nhiệt q trình nén khơng phải bugi đánh lửa Những động chạy 100% diesel Khi chạy cầm chừng, động có khuynh hướng chạy 100% diesel, động bắt đầu chuyển sang chế độ chạy đầy tải, nhiên liệu CNG cung cấp tăng lên thay dầu diesel lên đến 80% hay Điều có ý nghĩa việc bảo vệ môi trường lý kinh tế đặc biệt nơi đủ trạm cung cấp nhiên liệu Việc chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép tương đối dễ dàng 7.3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu kép Diesel – CNG Đối với động sử dụng nhiên liệu kép diesel - CNG, có ba kiểu hoạt động sau: − CNG hịa trộn với khơng khí hịa trộn, sau đưa vào buồng cháy qua xupap nạp đốt cháy tiếp xúc với diesel phun mồi vào cuối kỳ nén − CNG phun đường ống nạp sau đưa vào buồng cháy đốt cháy tiếp xúc với diesel phun mồi − CNG phun trực tiếp vào buồng cháy cuối kỳ nén, phun gần đồng thời (trễ 3º) so với phun diesel mồi Hai phương án khác tạo hịa khí nguyên lý tương đối giống nhau: a) Kỳ nạp − Piston xuống điểm chết − Khí CNG phun vào dịng khí nạp − Hỗn hợp khơng khí CNG nạp vào lịng xy lanh b) Kỳ nén − Piston lên điểm chết − Khơng khí CNG hịa trộn lịng xy lanh − Hỗn hợp nén lại Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 333 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG − Nhiệt độ hỗn hợp tăng lên − Áp suất tăng lên nhanh − Nhiên liệu mồi phun vào c) Kỳ nổ − Nhiên liệu diesel phát cháy, đốt cháy khí CNG − Áp suất nhiệt độ lòng xy lanh tăng lên nhanh chóng − Piston bị đẩy xuống phía d) Kỳ thải − Piston lên đẩy sản vật cháy qua đường xả 7.3.2 Đặc điểm động sau cải tạo − Không thay đổi kỳ động Diesel kỳ − Không thay đổi phần động Diesel − Khí CNG phun vào đường ống nạp vào kỳ nạp động − Khí CNG đốt cháy diesel phun mồi lớn 10% − Diesel mồi cho phép trình cháy khí CNG − Tỷ số nén hiệu suất động trì − Trung bình sử dụng 75% khí CNG − Động chạy 100% diesel lúc mong muốn So với phương án đầu phương án thứ có nguyên lý hoạt động gần giống nguyên lý hoạt động động diesel truyền thống động nạp nén khơng khí, cuối kỳ nén nhiên liệu phun vào buồng cháy áp lực cao Và ưu điểm phương án so với hai phương án giảm tượng kích nổ Khoa Kỹ Thuật tô Trang 334 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Hình 7.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điển hình Hình 7.5: Mơ hình cắt dọc động chuyển đổi sang hệ thống nhiên liệu kép Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 335 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG 7.3.3 Các đặc tính hệ thống nhiên liệu kép Đánh lửa thực tự cháy lượng nhỏ nhiên liệu lỏng phun trước piston đến điểm chết Nguyên tắc giống động Diesel, có khác việc điều chỉnh cơng suất thực cách điều chỉnh thể tích khí ga nạp vào xi lanh cịn lượng nhiên liệu lỏng phun mồi giữ cố định Người ta gọi loại động Diesel - CNG hay lưỡng nhiên liệu (Dual-fuel) Phương pháp thường áp dụng cho động công suất lớn Các hạt nhiên liệu lỏng phun vào buồng cháy tự bốc cháy tạo chừng điểm đánh lửa hỗn hợp nhiên liệu - khơng khí So với hệ thống đánh lửa cổ điển dùng tia lửa điện, người ta thấy hệ thống đánh lửa kiểu hiệu nhiều lượng tỏa cao gấp nghìn lần so với hệ thống đánh lửa tia lửa điện truyền thống khơng phụ thuộc vào phân bố hỗn hợp buồng cháy Trong trường hợp đó, gia tăng áp suất diễn nhanh chóng hiệu suất động cải thiện đáng kể Lượng nhiên liệu phun mồi nhỏ, nhỏ lượng nhiên liệu cần thiết để trì chế độ khơng tải động Diesel Vịi phun không làm mát đầy đủ nên cần phải lưu ý tượng kẹt kim phun Tỉ số nén động lưỡng nhiên liệu lựa chọn vừa đủ để đảm bảo nhiên liệu phun mồi tự bốc cháy không làm tự cháy hỗn hợp CNG khơng khí để tránh tượng cháy kích nổ Tỉ số nén thông thường 14 đến 16 7.3.4 Ƣu, nhƣợc điểm hệ thống nhiên liệu kép Diesel – CNG Ưu điểm phương pháp lưỡng nhiên liệu là: − Độ tin cậy đánh lửa cao, hiệu đánh lửa kéo dài đánh lửa với độ đậm đặc hỗn hợp với điều kiện mức độ rối hỗn hợp CNG-không khí đủ lớn Khoa Kỹ Thuật tơ Trang 336 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG − Dễ dàng chuyển đổi sang lại động Diesel có cố hệ thống khí CNG − Hiệu suất nhiệt động học cao Nhược điểm phương pháp lưỡng nhiên liệu tỉ số nén cao làm hạn chế cơng suất cực đại theo tính chất nhiên liệu khí, việc đánh lửa tia lửa điện cho phép lựa chọn tỉ số nén tối ưu cho loại khí sử dụng Tuy nhiên việc giảm tỉ số nén dẫn tới việc giảm hiệu suất nhiệt động 7.4 Quá trình cháy động Diesel kỳ sử dụng nhiên liệu CNG Động Diesel sử dụng nhiên liệu CNG có ưu điểm bật so với động diesel sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống mức độ gây ô nhiễm thấp Trong phần ta tìm hiểu trình cháy động sử dụng CNG kết nghiên cứu phương pháp tạo hỗn hợp (phương pháp sử dụng chế hịa khí phương pháp phun trực tiếp CNG vào buồng cháy) ảnh hưởng thông số nhiệt độ, áp suất, khí thải Chỉ số RON MON CNG theo thứ tự 130 115 Đây ưu khí CNG sử dụng động đánh lửa cưỡng Do tính chống kích nổ tốt nên CNG sử dụng động có tỉ số nén cao cải tạo từ động Diesel Trong trường hợp người ta thường sử dụng phương pháp đánh lửa cách phun mồi (động lưỡng nhiên liệu) Kỹ thuật có nhiều lợi động tĩnh sử dụng hạn chết động vận tải việc điều chỉnh phức tạp chế độ độ Vì vậy, hầu hết ô tô sử dụng CNG hoạt động theo chu trình động đánh lửa cưỡng truyền thống 7.4.1 Đánh lửa lan truyền lửa buồng cháy động sử dụng CNG Năng lượng tối thiểu tia lửa điện cần thiết để đốt cháy hỗn hợp CH khơng khí cao nhiều so với trường hợp hydrocacbon khác Vì vậy, hệ thống đánh lửa động sử dụng CNG phải có tính cao (bobine Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 337 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG phải có cơng suất cao hơn) để đảm bảo tạo lượng đánh lửa từ 100 đến 110mJ so với 30 – 40 mJ động xăng truyền thống Mặt khác, giới hạn thành phần hỗn hợp cháy với khí methane rộng loại hydrocacbon khác nên động làm việc với hỗn hợp nghèo Tốc độ lan tràn lửa hỗn hợp methane - không khí tương đối thấp Đặc điểm làm giảm tính động làm tăng truyền nhiệt từ mơi chất cơng tác qua thành Để khắc phục tình trạng người ta tăng cường thêm vận động rối hỗn hợp buồng cháy Tuy nhiên, tốc độ lan truyền màng lửa thấp hỗn hợp methane – khơng khí có ưu điểm làm giảm độ ồn trình cháy nhờ gradient áp suất nhỏ 7.4.2 Thành phần nhiệt độ sản phẩm cháy CNG Methane chứa 75% khối lượng carbon so với 87 – 88% nhiên liệu lỏng truyền thống Trong điều kiện cháy hồn tồn lí thuyết, thành phần CO2 cực đại sản phẩm cháy đạt 11,7% so với 14,5% isooctane Cũng nhờ hàm lượng cacbon methane thấp nên động làm việc với hỗn hợp giàu, thành phần CO khí xả thấp sử dụng hydrocacbon khác Ứng với độ đậm đặc 1,1 thành phần CO sản phẩm cháy chiếm khoảng 2,2% methane 3,3% toluen Nhiệt độ màng lửa hỗn hợp methane – khơng khí thấp nên nồng độ NOx sản phẩm cháy thấp 7.4.3 Tổ chức trình cháy động Diesel dùng CNG Việc cải tạo động diesel sang dùng nhiên liệu khí CNG có phần phức tạp phải thêm hệ thống đánh lửa cưỡng tổ chức trình cháy động xăng Trong điều kiện để giảm nhiễm tăng tính kinh tế động cơ, người ta áp dụng hai giải pháp kỹ thuật sau hai giải pháp đối tượng nghiên cứu để tiếp tục phát triển: Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 338 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG ➢ Giải pháp thứ cho động luôn làm việc với thành phần hỗn hợp cháy hoàn toàn lý thuyết kết hợp với việc xử lí khí thải xúc tác ba chức Ưu điểm làm giảm mức độ phát ô nhiễm nhược điểm hiệu suất giảm so với động Diesel ➢ Giải pháp thứ hai, có tham vọng làm giảm nhiễm mơi trường có khả làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu Giải pháp cho phép điều chỉnh thành phần hỗn hợp theo điều kiện vận hành ưu tiên sử dụng hỗn hợp nghèo 7.4.4 Kỹ thuật tạo hỗn hợp Việc định lượng xác nhiên liệu cung cấp chế độ làm việc động CNG đơi khó thực Mặt khác, động hoạt động, thành phần hỗn hợp xi-lanh cần phải đồng tổn thất đường nạp cần phải giảm đến mức thấp Vì vậy, hệ thống nạp động CNG đòi hỏi kỹ thuật phức tạp 7.4.4.1 Bộ chế hịa khí Xả Động Bộ hỗn hợp Van định Nạp Máy tính điều khiển thời gian phun - Nhiệt độ khí - Áp suất khí - Chênh lệch áp suất Bộ giảm áp Nhiên liệu Lưu lượng khí mong muốn Máy tính điều khiển động - Áp suất khí nạp - Nhiệt độ khí nạp - Tín hiệu cảm biến oxy - Vị trí bướm ga Hình 7.6: Sơ đồ hệ thống nạp nhiên liệu CNG động phun tập trung Có nhiều kỹ thuật chế hịa khí kỹ thuật phổ biến kỹ thuật ống Venturi Trong hệ thống này, khí CNG khơng định lượng độ chân không ống Venturi mà thay đổi độ tiết lưu Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 339 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG đường nạp Sự điều chỉnh mức độ tiết lưu thực nhờ động bước qua trung gian vi xử lí chuyên dụng nhận tín hiệu từ cảm biến Bộ xúc tác chức Thải Cảm biến Oxy Nạp Động Van định lượng Bộ giảm áp Tốc độ động Áp suất nạp Vị trí bướm ga Bộ chấp hành Máy tính Nhiên liệu khí Hình 7.7: Sơ đồ hệ thống nạp nhiên liệu CNG động phun riêng rẽ Phương án dùng chế hòa khí có nhược điểm hệ số nạp động bị giảm chế độ độ Để khắc phục nhược điểm này, người ta nghiên cứu áp dụng phương án phun nhiên liệu trực tiếp hay gián tiếp 7.4.4.2 Phun gián tiếp Hệ thống phun gián tiếp cho phép cải thiện tính động mức độ phát nhiễm Khác với chế hịa khí, hệ thống phun nhiên liệu áp suất Điều cho phép cung cấp lượng nhiên liệu xác theo chế độ làm việc động Mặt khác, khơng có họng Venturi, hệ số nạp động cải thiện đáng kể Cũng động xăng, phun nhiên liệu thực theo phương án tập trung (một điểm) cổ góp đường nạp hay riêng rẽ (phun vào trước xupap nạp xi-lanh) Hệ thống phun riêng rẽ có nhiều ưu điểm so với hệ thống phun tập trung làm giảm khả hồi lưu lửa vào đường nạp, cải thiện đồng nhiên liệu cung cấp cho Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 340 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG xylanh động Việc khống chế lưu lượng CNG nạp vào xylanh thực nhờ vi xử lí chuyên dụng 7.4.4.3 Phun trực tiếp Kỹ thuật có nhiều ưu điểm cho phép đồng thời làm giảm mức độ gây ô nhiễm làm tăng tính kinh động Phun trực tiếp CNG vào buồng cháy cho phép kết hợp ưu điểm khí thiên nhiên q trình cháy hỗn hợp nghèo phân lớp Mặt khác, hệ thống phun CNG thừa hưởng ưu nhiên liệu nén ban đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao Động hoạt động khơng có tổn thất hệ số nạp điều kiện hỗn hợp nghèo Kỹ thuật đòi hỏi chế tạo điều chỉnh xác hệ thống phun đắt tiền Việc phát triển hệ thống phun tập trung hay riêng rẽ cần thiết để tăng tính kinh tế kỹ thuật động sử dụng CNG 7.4.4.4 Ô nhiễm khí thải động Diesel sử dụng CNG Cũng loại nhiên liệu khác, đặc điểm phát sinh ô nhiễm động CNG liên quan đến thành phần hydrocacbon nhiên liệu (thường nhiên liệu CNG chứa 90% methane) Khác với động xăng, khí xả động CNG khơng có hydrocacbon có ngun tử cacbon, đặc biệt khơng có diện thành phần hydrocacbon thơm Liên quan đến vấn đề tạo ozone hạ tầng khí quyển, khí thải động CNG có hoạt tính thấp động xăng đến hai lần Tính chất chủ yếu nhiên liệu CNG chứa phần lớn methane, thành phần chất hoạt tính (butane, buta 1, 3-diene, xylene) thấp bỏ qua Mặt khác, nhiên liệu CNG không gây trở ngại xúc tác chức thành phần lưu huỳnh trường hợp nhiên liệu lỏng Tuy nhiên, xi hóa methane cịn lại khí xả khó khăn Muốn loại trừ triệt để chất khí cần sử dụng xúc tác đặc biệt Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 341 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Động diesel tăng áp chuyển sang sử dụng CNG với xúc tác chức hỗn hợp có thành phần cháy hồn tồn lí thuyết tổn thất hiệu suất lớn, tới 20% Ngược lại, dùng kỹ thuật hỗn hợp nghèo, động CNG làm việc với tăng áp hiệu suất cao (xấp xỉ động diesel nguyên thủy) momen cực đại chấp nhận Bảng 7.3: So sánh momen cực đại hiệu suất động Diesel động CNG Nhiên liệu So sánh tính động dùng Diesel CNG Diesel CNG PCI (kJ/kg) 42800 49100 Chế độ 1400 1260 Momen 1180 1000 Công suất 173 185 Độ đậm đặc 0,56 0,61 Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kW h) 204 186 Hiệu suất toàn 41,2 39,4 Bảng 7.4: Mức độ phát ô nhiễm động dùng CNG Chất ô nhiễm Mức độ Khoa Kỹ Thuật ô tô CO (g/mile) 0,655 HC tổng 0,230 HC không methane 0,016 NOx (g/mile) 0,112 CO2 (g/mile) 226,6 Tiêu thụ nhiên liệu 28,5 Hoạt động độc lập 175 Trang 342 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Chúng ta nhận thấy trường hợp, mức độ CO bồ hóng thấp, mức độ HC đơi lúc gần với giá trị cho phép luật môi trường, chứa phần lớn methane (khoảng 90%), lại thành phần khác thấp Còn mức độ phát sinh NOx, khí xả động CNG có nồng độ NOx thấp, động làm việc với  = có lắp xúc tác chức Nồng độ cao chút nằm giới hạn cho phép dùng hỗn hợp nghèo Những phiền phức đặc biệt động Diesel (ồn, hơi, khói đen ) giảm nhiều động CNG Mức độ ồn giảm khoảng 3db động hoạt động không tải ô tô buýt thành phố Về mùi hôi, chất phụ gia chứa lưu huỳnh (THT: tetrahydrothiophene) để phát rị rỉ thêm vào khí thiên nhiên với thành phần thấp (20-25 mg/m3) nên bị đốt cháy hồn tồn Vì vậy, khí xả động CNG so với động Diesel Về ảnh hưởng khí thải động sử dụng CNG đến hiệu ứng nhà kính, Methane CO2 N2O khí gây hiệu ứng nhà kính cách trực tiếp ta quan tâm đến việc nghiên cứu ảnh hưởng việc động CNG đến việc nóng lên bầu khí Bảng 7.5: So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính động dùng xăng, diesel CNG (gCO2/Km), theo chu trình ECE Xăng Diesel CNG Trước xúc tác 356 281 267 Sau xúc tác 310 251 231 Trong thực tế động CNG phát sinh CO so với động nhiên liệu lỏng Vì vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính khí xả động CNG thấp khoảng 25% so với động xăng 5% so với động Diesel Do việc sử dụng CNG làm giảm đáng kể lượng khí gây hiệu ứng nhà kính phạm vi tồn cầu Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 343 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG Nhìn chung, động dùng CNG ngày ứng dụng rộng rãi ô tô hoạt động thành phố hay vùng ven đô, khu vực mà tình trạng nhiễm mơi trường phương tiện vận hành gây ngày trở nên trầm trọng Ở số khu vực giới, người ta bắt đầu sử dụng CNG cho ô tô chạy thành phố Các quốc gia Mỹ, Ý, Canada, Hà lan, Hàn Quốc, Trung Quốc… xây dựng sở hạ tầng phục vụ cho việc phát triển tơ dùng nhiên liệu khí CNG Sự phát triển CNG diễn với số điều kiện Trước hết nhiên liệu cần cho thấy tính ưu việt chắn so với nhiên liệu cạnh tranh nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Mặt khác, người ta tiếp tục nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí giải pháp kỹ thuật xử lí nhiễm khí xả động nhiên liệu lỏng không cải thiện so với yêu cầu luật môi trường Cuối cùng, nhiên liệu khác, thâm nhập CNG đòi hỏi: + Chính sách thuế khuyến khích người sử dụng + Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp CNG cho ô tô + Giải vấn đề tâm lí người sử dụng liên quan đến tính an tồn tơ dùng CNG Khoa Kỹ Thuật tô Trang 344 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG CÂU HỎI ƠN TẬP Hãy trình bày phương án sử dụng CNG động Diesel ? Hãy trình bày chuyển đổi động diesel sang động dùng nhiên liệu kép Diesel – CNG ? Hãy trình bày Quá trình cháy động Diesel kỳ sử dụng nhiên liệu CNG ? Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 345 Chƣơng 7: Động sử dụng nhiên liệu CNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Tất Tiến – Nguyên lý động đốt – NXB Giáo Dục Hà Nội 2008 [2] Dương Văn Đức – Ơ tơ – NXB Xây Dựng Hà Nội 2006 [3] Phạm Minh Tuấn – Động đốt – NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2006 [4] Văn Thị Bông, Huỳnh Thành Công – Lý thuyết Động đốt – NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh [5] Tài liệu internet Tiếng Anh [6] Pham Minh Tuan, Nguyen The Luong, Tran Quang Vinh, Tran Đang Quoc, Le Anh Tuan - Evaluation of effect on reducing emission of EMITEC three-way catalytic converter used for motorcycles - Inter Conference organized by VR, Hanoi, November 5, 2006 [7] Pham Minh Tuan, Le Anh Tuan, Hoang Minh Duc - Simulation of turbocharged diesel engine D1146TIS designed and manufactured by VEAM - Science and Technology Magazine Nr 61, Hanoi, 2007 [8] The Internal Combustion Engine in Theory and Practice - The M.I.T press (Masachusettes Institute of Technology) – 1998 Khoa Kỹ Thuật ô tô Trang 346 ... A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chương 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hịa khí Chương 2: Hệ thống nhiên liệu động xăng điều khiển điện tử (EFI) B HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN... đồ hệ thống nạp nhiên liệu CNG động phun riêng rẽ .340 Trang xviii Chƣơng 1: Hệ thống nhiên liệu động xăng sử dụng chế hòa khí A HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Chƣơng 1: HỆ THỐNG NHIÊN... thiệu thêm hệ thống nhiên liệu sử dụng nhiên liệu nhằm đáp ứng vấn đề nêu Giáo trình HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ Ô TÔ biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu Giáo trình gồm có 15 chương, làm tài liệu học