Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 18 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
18
Dung lượng
752,2 KB
Nội dung
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
146
Phần 2: NHIÊNLIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN NGV
Khí thiên nhiên là nguồn năng lượng sơ cấp rất quan trọng. Trong những năm gần
đây, sản lượng khí thiên nhiên hàng năm trên thế giới đạt xấp xỉ 2 tỉ Tép (1000m
3
=
0,85Tep), tương đương khoảng 60% sản lượng dầu thô. Người ta ước tính đến năm 2020,
sản lượng khí thiên nhiên trên thế giới sẽ là 2,6 tỉ Tep/năm so với sản lượng dầu thô là 3,5
tỉ Tep.
Trữ lượng khí thiên nhiên hiện nay khoảng 150 tỉ Tep, xấp xỉ với trữ lượng dầu
thô. Mặt khác, khí thiên nhiêncó ưu điểm là phân bố gần như hầu khắp trên địa cầu nên
đảm bảo được sự cung cấp an toàn và thuận tiện hơn dầu thô.
Khí thiên nhiên hiện nay chủ yếu được sửdụng để sinh nhiệt gia dụng và công
nghiệp (sưởi, tạo nhiệt, công nghệ hóa học ). Tỉ lệ khí thiên nhiênsửdụng trong lĩnh vực
giao thông vận tải còn rất khiêm tốn.
Từ những năm 1990, việc nghiên cứu sửdụng khí thiên nhiênlàmnhiênliệu đã
được thực hiện ở nhiều khu vực trên thế giới. Khí thiên nhiên được xem là nhiênliệu sạch
vì vậy việc sửdụng nó để chạy độngcơ ngoài mục đích đa dạng hóa nguồn nhiênliệu nó
còn góp phần làmgiảmônhiễmmôitrườngmột cách đáng kể.
Khí thiên nhiên thay nhiênliệu lỏng truyền thống để chạy ô tô gọi tắt là NGV.
Phần sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu những đặc trưng của NGV, tính năng kĩ thuật
cũng như mức độ phát ônhiễm của ô tô sửdụng nguồn năng lượng này.
8.5. Những kết quả đã đạt được trên thế giới về ô tô NGV
Trước hết, chúng ta sẽ nghiên cứu trạng thái khí thiên nhiêncó thể cung cấp và
chứa trong bình nhiênliệu của ô tô và sau đó chúng ta sẽ đề cập đến tình hình sửdụngô tô
NGV hiện nay trên thế giới.
8.5.1. Dạng khí thiên nhiêncó thể cung cấp và chứa trong
bình nhiênliệuô tô
Khí thiên nhiêncó thể chứa trong bình nhiênliệu của ô tô ở hai dạng:
. Dạng khí ở nhiệt độ môitrường và áp suất cao (khoảng 200bar).
. Dạng lỏng ở nhiệt độ -161
0
C và áp suất môitrường không khí.
Cùng một năng lượng như nhau, khí thiên nhiên hóa lỏng có thể tích và khối lượng
bình chứa nhỏ hơn khi nó ở dạng khí (thường tỉ lệ 1:3 đối với thể tích và 1:3,7 đối với
khối lượng). Tuy nhiên, việc sửdụng khí thiên nhiênở trạng thái lỏng cần có kĩ thuật làm
lạnh phức tạp, bình chứa phải được cách nhiệt hoàn toàn. Khi không còn được cách nhiệt,
phải mở soupape an toàn (tác độngở áp suất 6 bar) để cho khí thiên nhiên thoát ra. Tình
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
147
trạng này gây tổn thất một bộ phận nhiênliệu (có thể đến 1%) không cần thiết, nhưng
nguy hiểm nhất là sự cháy nổ nếu sự bay hơi diễn ra trong môitrường không khí kín. Do
vậy hiện nay trên thế giới người ta thường dùng khí thiên nhiên dạng khí để chạy ô tô. Tuy
nhiên, ởmột số nước như Mĩ, Úc người ta đang tiếp tục nghiên cứu sửdụng khí thiên
nhiên hóa lỏng để sửdụng trên các độngcơ công suất lớn (xe tải, tàu lửa, tàu biển ).
8.5.2. Ô tô sửdụngnhiênliệu khí thiên nhiên NGV
Năm 1996 người ta ước tính có khoảng 1 triệu xe ô tô chạy bằng khí thiên nhiên
trên thế giới. Hình 8.18 giới thiệu sự phân bố lượng ô tô dùngnhiênliệu khí thiên nhiênở
các lục địa khác nhau. Các quốc gia sửdụng nhiều nhất là CEI (Cộng đồng các quốc gia
độc lập), Ý, Argentina, Canada, Newzealand, Mĩ. Trong năm 1996 người ta tính được
2700 trạm phân phối NGV dưới dạng khí nén, trong đó 600 trạm ở Canada và Hà Lan
được lắp đặt máy nén gia dụng ngay tại nhà người sử dụng.
Con số ước tính này sẽ thay đổi rất nhiều trong một tương lai gần vì người ta dự
kiến mộtsự gia tăng nhanh chóng cả về số các quốc gia sửdụng (50 quốc gia vào năm
1996) cũng như số lượng ô tô sửdụng NGV ở từng nước. Theo ước tính, vào đầu những
năm 2000, số lượng xe sửdụng NGV sẽ đạt đến 750.000 chiếc ở CEI, 300.000 chiếc ở
Canađa, 200.000 ở Nhật, 50.000 chiếc ởPháp và 200.000 chiếc ở Anh Tuy nhiên, dù số
lượng có tăng nhanh như vậy, ô tô sửdụng NGV cũng chỉ được chú ý trên một số dạng xe
dịch vụ công cộng (taxi, xe bus ) vì loại nhiênliệu này giúp cho độngcơlàm việc tốt
hơn, ít ồn, phát sinh ít ônhiễm hơn độngcơsửdụngnhiênliệu lỏng.
8.6. Tính chất của NGV
Khí thiên nhiêncó thành phần chủ yếu là méthane (CH
4
chiếm từ 80 - 90% tùy
theo nguồn khai thác). Vì vậy, tính chất của khí thiên nhiên gần với tính chất của khí
méthane.
8.6.1. Thành phần hóa học
Bảng 8.4 giới thiệu thành phần tiêu biểu của một số mẫu khí thiên nhiên từ một số
khu vực trên thế giới. Ngoài methane, những thành phần hydrocacbure khác theo thứ tự
thành phần giảm dần: éthane (1-8%), propane (2%), butane và pentane (nhỏ hơn 1%). Khí
thiên nhiên cũng chứa những chất khí trơ như nitơ (10,8%), CO
2
(0,2 - 1,5%). Trong
những phần sau, chúng ta chỉ xét khí NGV là khí thiên nhiên chứa ít nhất 80% methane.
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
148
Hình 8.18: Sự phân bố lượng ô tô sửdụngnhiênliệu khí trên thế giới
Bảng 8.4: Thành phần của khí thiên nhiênở các vùng khai thác khác nhau
Méthane Ethane Propane Butane C
5+
Nitơ H
2
S CO
2
Pháp 69,0 3,0 0,9 0,5 0,5 1,5 15,3 9,3
Algérie 83,7 6,8 2,1 0,8 0,4 5,8 - 0,2
Đông Âu 85,3 5,8 5,3 2,1 0,2 0,9 - 0,4
Irak 56,9 21,2 6,0 3,7 1,6 - 3,5 7,1
Mĩ 86,5 8,0 1,9 0,3 0,2 2,6 - 0,5
Indonesi
a
65,7 8,5 14,5 5,1 0,8 1,3 - 4,1
8.6.2. Nhiệt trị
Thông thường, nhiệt trị của khí thiên nhiên được tính theo kWh/m
3
ở điều kiện
thường (101,3 kPa và 0
0
C). Trong sửdụng NGV làmnhiênliệu cho ô tô, để tiện so sánh
với nhiênliệucổ điển như xăng, Diesel, người ta thường tính nhiệt trị theo MJ/kg. Bảng
8.5 giới thiệu một vài giá trị tiêu biểu PCI của khí thiên nhiên từ các vùng khác nhau. Sự
chuyển đổi từ PCI thể tích sang PCI khối lượng cần phải biết khối lượng riêng r(kg/m
3
). Tỉ
lệ nhiên liệu/không khí trong trường hợp cháy hoàn toàn lí thuyết có thể được xác định
theo thành phần của khí thiên nhiên (bảng 8.4).
Bảng 8.5: Nhiệt trị khi
φ
= 1 đối với các mẫu khí thiên nhiên
Xuất xứ
khí
Khối
lượng
riêng ở
thể khí
Tỉ lệ hỗn
hợp cháy
hoàn toàn
lí thuyết
PCI
(kg/m
3
N
) r
(MJ/kg) (kWh/kg) (MJ/m
3
N
) (kWh/m
3
N
)
Lacq 0,73 17,09 49,64 13,79 36,42 10,12
Algérie
(Fos)
0,76
16,77
48,89
13,58
37,06
10,29
Algérie
(Montoir)
0,80
16,79
48,95
13,60
39,40
10,94
Mer du
Nord
0,81
15,63
45,46
12,63
36,80
10,22
URSS 0,74 16,53 47,99 13,33 35,70 9,92
Gronigue 0,82 13,87 40,27 11,19 33,17 9,21
Chúng ta có thể thấy rằng khí thiên nhiêncó nhiệt trị riêng khối lượng cao hơn
(khoảng 10%) so với nhiênliệu lỏng thông thường. Cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao
nhiên liệu (tính theo khối lượng) của độngcơdùng NGV cũng giảm chừng ấy lần. Dĩ
nhiên PCI của NGV giảm khi thành phần các chất khí trơ (CO
2
, N
2
) tăng.
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
149
Vì tỉ lệ nhiên liệu/không khí trong trường hợp cháy hoàn toàn lí thuyết thay đổi
trong phạm vi tương đối rộng, từ 14 đến 17, tùy theo thành phần của khí thiên nhiên nên
trên độngcơlàm việc với NGV, cần phải dự kiến những hệ thống điều chỉnh thành phần
hỗn hợp có thể làm việc trong một dải tương đối rộng. Ngược lại, năng lượng chứa đựng
trong hỗn hợp nhiênliệu - không khí, với độ đậm đặc như nhau, ít phụ thuộc vào thành
phần khí thiên nhiên, điều ấy cho phép duy trì công suất riêng của độngcơ khi sửdụng
các nguồn khí khác nhau.
8.6.3. Chỉ số Wobbe
Chỉ số Wobbe W là một đặc trưng được sửdụng từ lâu để so sánh tính năng tỏa
nhiệt của hệ thống cháy. Chỉ số Wobbe được tính theo biểu thức sau đây:
W
PCS
d
=
trong đó:
PCS: nhiệt trị cao MJ/m
3
d: Tỉ trọng của ga so với không khí
Quan hệ giữa W và tỉ lệ hỗn hợp trong trường hợp cháy hoàn toàn lí thuyết r rất có
ý nghĩa thực tiễn:
rk.Cte
W
d
= .
k=0,95; Cte=0,90
Biểu thức này cho thấy rằng r là hàm đồng biến theo chỉ số Wobbe. Nếu chỉ số
Wobbe tăng, tỉ lệ cháy hoàn toàn lí thuyết, và do đó độ đậm đặc của hỗn hợp, cũng tăng
đối với cùng sự điều chỉnh hệ thống cung cấp nhiênliệu khí.
Vì vậy đối với nhà chế tạo ô tô, giá trị của chỉ số Wobbe và nhất là sự thay đổi c
ủa
nó từ mẫu khí này đến mẫu khí khác là một thông tin cần thiết đối với sự điều chỉnh hệ
thống cung cấp nhiênliệu cho động cơ.
8.6.4. Đặc điểm liên quan đến quá trình cháy trong độngcơ
So sánh một số tính chất đặc trưng của khí thiên nhiên (chủ yếu là khí méthane) và
xăng được trình bày trên bảng 8.6.
Bảng 8.6: So sánh đặc tính của méthane và xăng
Đặc trưng Méthane Xăng
Chỉ số octane
≈ 130
95
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
150
Nhiệt trị khối lượng (kJ/kg) 50009 42690
Năng lượng hỗn hợp (kJ/dm
3
) 3,10 3,46
Giới hạn dưới bốc cháy 0,50 0,60
Tốc độ cháy chảy tầng ở độ đậm đặc
0,80 (cm/s)
30
37,5
Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ) 0,33 0,26
Nhiệt độ đoạn nhiệt của màng lửa (K) 2227 2266
8.6.4.1. Chỉ số Octane
Chỉ số RON và MON của méthane theo thứ tự là 130 và 115. Đây là một ưu thế
của khí NGV sửdụng trên độngcơ đánh lửa cưỡng bức. Do tính chống kích nổ tốt nên
NGV cũng được sửdụng trên độngcơcó tỉ số nén cao được cải tạo từ độngcơ Diesel
nguyên thủy. Trong trường hợp đó, người ta thường sửdụng phương pháp đánh lửa bằng
cách phun mồi (động cơ lưỡng nhiên liệu). Kĩ thuật này có nhiều lợi thế trên độngcơ tĩnh
tại nhưng sửdung rất hạn chế trên độngcơ vận tải do việc điều chỉnh phức tạp ở chế độ
quá độ. Vì vậy, hiện nay gần như hầu hết các ô tô sửdụng GVN đều hoạt động theo chu
trình độngcơ đánh lửa cưỡng bức truyền thống.
8.6.4.2. Đánh lửa và lan truyền màng lửa trong buồng cháy
độngcơsửdụng NGV
Năng lượng tối thiểu của tia lửa điện cần thiết để đốt cháy hỗn hợp méthane-không
khí cao hơn nhiều so với trường hợp các hydrocacbure khác. Vì vậy, hệ thống đánh lửa
của độngcơsửdụng NGV phải có tính năng cao hơn (bobine phải có công suất cao hơn)
để bảo đảm tạo ra một năng lượng đánh lửa từ 100 đến 110mJ so với 30 ÷ 40mJ đối với
động cơ xăng truyền thống.
Mặt khác, giới hạn thành phần hỗn hợp có thể cháy được đối với khí méthane rộng
hơn các loại hydrocarbure khác nên độngcơcó thể làm việc với hỗn hợp nghèo hơn.
Tốc độ lan tràn màng
lửa của h
ỗn hợp méthane-
không khí tương đối thấp (hình
8.19). Đặc điểm này làmgiảm
tính năng của độngcơ vì làm
tăng truyền nhiệt từ môi chất
công tác qua thành. Để khắc
phục tình trạng này người ta
tăng cường thêm vận động rối
của hỗn hợp trong buồng cháy.
Tuy nhiên tốc độ lan tràn
màng lửa thấp của hỗn hợp
méthane-không khí có ưu điểm
là làmgiảm độ ồ
n của quá
ì h há h
ờ di á ấ
Hình 8.19: Tốc độ cháy (m/s) của méthane, propane
và isooctane (điều kiện ban đầu: áp suất 30bar,
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
0,5
1,0
1,5
2,0
Propane-không khí
Isooctane-không khí
Méthane-không khí
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
151
trình cháy nhờ gradient áp suất
nhỏ.
nhiệt độ 900K).
8.6.4.3. Thành phần và nhiệt độ của sản phẩm cháy
Méthane chỉ chứa 75% khối lượng carbon so với 87 ÷ 88% đối với nhiênliệu lỏng
truyền thống. Trong điều kiện cháy hoàn toàn lí thuyết, thành phần CO
2
cực đại trong sản
phẩm cháy chỉ đạt 11,7% so với 14,5% đối với iso-octane. Cũng nhờ hàm lượng carbon
trong méthane thấp nên khi độngcơlàm việc với hỗn hợp giàu, thành phần CO trong khí
xả thấp hơn khi sửdụng các hydrocarbure khác. Ứng với độ đậm đặc 1,1, thành phần CO
trong sản phẩm cháy chiếm khoảng 2,2% đối với méthane và 3,3% đối với toluen.
Nhiệt độ màng lửa của hỗn hợp méthane-không khí thấp nên nồng độ NO
x
trong
sản phẩm cháy cũng thấp.
8.7. Các kĩ thuật liên quan đến ô tô sửdụng NGV
Giống như khi vận hành, sửdụng các thiết bị áp lực khác, đối với ô tô NGV chúng
ta cũng cần phải xem xét các điều kiện về khối lượng, thể tích, độ an toàn của bình chứa
nhiên liệu khí ở áp suất cao.
8.7.1. Chứa nhiênliệu NGV trên ô tô và hệ thống cung cấp
8.7.1.1. Bình chứa NGV trên ô tô
Giảiphápcổ điển nhất là sửdụng bình thép để chứa NGV dưới áp suất khoảng 200
bar. Theo qui định an toàn, bình chứa phải chịu được áp suất thử nghiệm 600 bar để đề
phòng nổ vỡ trong trường hợp nó bị sấy nóng (khi bị hỏa hoạn chẳng hạn). Điều này làm
giảm khả năng chứa cực đại của bình (khoảng 0,15m
3
N
NGV đối với 1kg vỏ bình chứa).
Ngày nay, người ta ưa chuộng những loại vật liệu khác, chẳng hạn như nhôm thường hay
nhôm gia cố thêm sợi thủy tinh, vật liệu composite với sườn bằng sợi thủy tinh hay sợi
carbon. Khả năng chứa khí của các bình chế tạo từ các vật liệu khác nhau trình bày trên
bảng 8.7. Bảng này cho thấy rằng những vật liệumớicó thể cho phép nâng sức chứa NGV
lên gấp 4 lầ
n so với bình bằng thép có cùng khối lượng.
Bảng 8. 7: Khả năng chứa (m
3
N
) đối với 1 kg bình chứa làm bằng
các vật liệu khác nhau ở áp suất 200 bar
Vật liệu Khả năng chứa
m
n
3
/kg bình chứa ở 200bar
Thép thường 0,13-0,14
Thép tốt 0,18-0,20
Nhôm thường 0,19-0,20
Nhôm gia cố sợi thủy tinh 0,28-0,38
Com
p
osite sườn bằn
g
s
ợ
i 0,40-0,50
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
152
thủy tinh
Composite sườn bằng sợi
carbon
0,50-0,70
Người ta nhận thấy dù sửdụng loại vật liệu nào đi nữa thì áp suất khí trong bình
khoảng 200 bar là tối ưu nhất.
Một phương pháp khác để chứa NGV trên ô tô là dùng vật liệu hấp thụ. Vật liệu
này có thể là than hoạt tính hay oxyde kim loại. Ưu điểm của chúng thể hiện ở khả năng
chứa khí (trên một đơn vị khối lượng) cao (hình 8.20) và có thể làm việc ở áp suất thấp
(30÷40 bar). Trong điều kiện đó, giá thành nén khí thấp hơn và bình chứa có thể được chế
tạo theo những hình dạng khác nhau cho phù hợp với sự bố trí bình chứa trên xe (bình
chứa NGV thông thường ở áp suất 200 bar phải có dạng hình trụ). Bình chứa nhiênliệu
kiểu hấp thụ hiện đang được nghiên cứu để hoàn thiện. Vấn đề cần giải quyết là khống chế
quá trình nhiệt diễn ra khi hấp thụ khí (tỏa nhiệt) và khi giải phóng khí (thu nhiệt), khả
năng hấp thụ khí, tuổi thọ của vật liệu hấp thụ Hiện nay, người ta đã đạt được áp suất
làm việc 35bar với khả năng chứa khí từ 125 ÷ 180 lít đối với một lít thể tích bình chứa,
nghĩa là đạt được khoảng từ 50 - 80% khả năng chứa của bình thép thông thường ở áp suất
200 bar.
Tuy nhiên cho đến nay,
việc chứa khí NGV dưới áp suất
cao vẫn là giảipháp thông dụng
nhất. Vì vậy, trên ô tô sửdụng
loại nhiênliệu này người ta phải
lắp các thiết bị an toàn để tránh
sự cố cháy nổ trong trường hợp
khí bị rò rỉ. Trong thực tế rủi ro
này rất ít khi xảy ra vì méthane
nhẹ hơn rất nhiều so với không
khí (tỉ trọng so với không khí là
0,55) nên bị khuếch tán nhanh
chóng, khả năng để đạt được hỗn
hợp trong giới hạn bốc cháy là rất
thấp.
Hình 8.20: Khả năng chứa khí trên than
hoạt tính ở 210
o
C
Để đảm bảo an toàn về áp suất, trên hệ thống cung cấp nhiênliệu NGV ngườI ta
lắp đặt một van an toàn tác độn ở áp suất 350bar. Áp suất này có thể xảy ra khi ô tô bị hỏa
hoạn. Kết quả thí nghiệm trong trường hợp cháy xe cho thấy khí thoát ra khỏi van an toàn
gây cháy nhưng không nổ. Đối với xe bus chạy ga, bình chứa khí thường đặt trên trần xe
(hình 8.21).
8.7.1.2. Hệ thống cung cấp NGV:
Chúng ta phân biệt hai trường hợp: trạm dịch vụ cung cấp khí tập trung và máy
nén gia đình giúp cho người sửdụng nạp GNV ngay tại garage của mình.
10
20
30
40
10
20
30
Khả năng chứa
(kg/m
3
)
Carbon
hoạt tính
Bình chứa
cổ điển
Áp suất trong bình chứa
(b )
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
153
Ở các nước có hệ thống ga thành phố, trạm dịch vụ NGV có ba chức năng:
. Nối vào mạng phân phối khí thiên nhiên của thành phố
. Nén khí đến áp suất hơn 200bar và dự trữ một số bình khí để cung cấp nhanh
trong những giờ cao điểm.
. Phân phối khí NGV cho ô tô bằng ống mềm
Thời gian nạp NGV càng nhỏ càng tốt, thường khoảng từ 2 đến 10 phút cho mỗi
xe. Điều này đòi hỏi phải chứa ga trong bình dự trữ ở trạm có áp suất cao hơn nhiều so với
áp suất bình chứa khí trên ô tô. Thông thường áp suất máy nén khoảng 250 bar. Đối với
một trạm dịch vụ nạp khí cho 1000 ô tô/ngày cần phải có máy nén có công suất khoảng
100kW.
Cuối cùng cần nói thêm rằng, khi cung cấp NGV, máy định lượng thường được
chia không phải theo m
3
khí cung cấp mà theo lít xăng tương đương để cho người sửdụng
có thể so sánh với nhiênliệu lỏng truyền thống.
Ngoài ra, ở các nước phát triển có hệ thống cung cấp khí thiên nhiên trong thành
phố, người ta còn sửdụng máy nén cá nhân để cung cấp NGV cho ô tô ngay tại nhà người
sử dụng. Hệ thống này đảm bảo nạp ga chậm, khoảng 4lít/giờ với áp suất 200bar.
8.7.2. Tổ chức quá trình cháy
Giảm chấn
Bình ga NGV
Thanh gia cố
Tiết lưu
Xả khí
Cửa thông gió động cơ
Thành kín
Bộ giãn n
ở
Van điện t
ừ
Động cơ
Hộp nạp khí
Đường dẫn khí
Đường nạp NGV
Van một chiều
Van điện từ
Hình 8.21: Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống cung cấp NGV trên ô tô bus
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
154
Hai dạng ô tô có thể dùng NGV đó là ô tô chuyên dụng và ô tô bus. Tùy theo dạng
sử dụng, giảipháp kĩ thuật về tổ chức quá trình cháy có thể khác nhau.
Ô tô chuyên dụng thường dùngđộngcơ xăng nên khi cải tạo nó sang dùng NGV
cần chú ý đến việc tăng tỉ số nén. Tỉ số nén của độngcơ chạy NGV có thể chọn cao hơn
nhiều so với độngcơ xăng do chỉ số octane của méthane lớn. Thường tỉ số nén của động
cơ NGV là 12 hoặc 13. Cũng như độngcơ xăng, để nâng cao hiệu quả của việc xử lí ô
nhiễm bằng bộ xúc tác ba chức năng, bộ tạo hỗn hợp phải điều chỉnh thành phần hỗn hợp f
quanh giá trị cháy hoàn toàn lí thuyết.
Việc cải tạo xe bus nguyên thủy dùngđộngcơ Diesel sang dùngnhiênliệu khí
NGV phức tạp hơn vì phải thêm hệ thống đánh lửa cưỡng bức và tổ chức quá trình cháy
như độngcơ xăng. Trong điều kiện đó để giảmônhiễm và tăng tính kinh tế của động cơ,
người ta có thể áp dụng hai giảipháp kĩ thuật sau đây và hai giảipháp này đang là đối
tượng nghiên cứu để tiếp tục phát triển:
. Giảipháp thứ nhất là cho độngcơ luôn luôn làm việc với thành phần hỗn hợp
cháy hoàn toàn lí thuyết kết hợp với việc xử lí khí thải bằng bộ xúc tác ba chức năng. Ưu
điểm của nó là làmgiảm mức độ phát ônhiễm nhưng nhược điểm là hiệu suất giảm so với
động cơ Diesel.
. Giảipháp thứ hai, ít có tham vọng làmgiảmônhiễmmôitrường hơn nhưng có
khả năng làmgiảm suất tiêu hao nhiên liệu. Giảipháp này cho phép điều chỉnh thành phần
hỗn hợp theo điều kiện vận hành và ưu tiên sửdụng hỗn hợp nghèo.
8.7.3. Kĩ thuật tạo hỗn hợp
Việc định lượng chính xác nhiênliệu cung cấp ởmỗi chế độ làm việc của độngcơ
NGV đôi khi khó thực hiện. Mặt khác, khi độngcơ hoạt động, thành phần hỗn hợp giữa
các cylindre cần phải đồng đều và tổn thất trên đường nạp cần phải giảm đến mức thấp
nhất Vì vậy hệ thống nạp của độngcơ NGV đòi h
ỏi những kĩ thuật phức tạp.
8.7.3.1. Bộ chế hòa khí
Có nhiều kĩ thuật chế hòa khí nhưng hiện nay kĩ thuật phổ biến nhất vẫn là kĩ thuật
ống Venturi. Trong hệ thống này, khí NGV 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 l
ưu này được thực hiện nhờ mộtđộngcơ bước qua trung gian một bộ vi xử lí
chuyên dụng nhận tín hiệu từ các cảm biến.
Phương án dùng bộ chế hòa khí có nhược điểm là hệ số nạp của độngcơ bị giảmở
chế độ quá độ. Để khắc phục nhược điểm này, người ta nghiên cứu áp dụng phương án
phun nhiênliệu trực tiếp hay gián tiếp.
Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường
155
Hình 8.22: Sơ đồ hệ thống nạp nhiênliệu NGV trên độngcơ phun tập trung
Hình 8.23: Sơ đồ hệ thống nạp nhiênliệu NGV trên độngcơ phun riêng rẽ
8.7.3.2. Phun gián tiếp
Hệ thống phun gián tiếp cho phép cải thiện được tính năng của độngcơ và mức độ
phát ô nhiễm. Khác với bộ chế hòa khí, hệ thống này phun nhiênliệu dưới áp suất. Điều
này cho phép cung cấp một lượng nhiênliệu chính xác theo chế độ làm việc của động cơ.
Mặt khác, do không có họng Venturi, hệ số được nạp vào độngcơ được cải thiện đáng kể.
Cũng như độngcơ xăng, phun nhiênliệucó thể được thực hiện theo phương án tập trung
(một điểm) tạicổ góp đường nạp (hình 8.22) hay riêng rẽ (phun vào trước soupape nạp
của mỗi cylindre) (hình 8.23). Hệ thống phun riêng rẽ có nhiều ưu điểm so với hệ thống
phun tập trung vì nó làmgiảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiện được
Động cơ
Bộ hỗn hợp
Nạp
Xả
Van định lượng
Bộ giảm áp
Máy tính
điều khiển
thời gian phun
Máy tính
điều khiển
động cơ
Lưu lượng
khí mong
muốn
Nhiên liệu khí
- Nhiệt độ khí
- Áp suất khí
- Chênh lệch áp suất
- Áp suất khí nạp
- Nhiệt độ khí nạp
- Tín hiệu cảm biến Oxy
- Vị trí bướm ga
Van định l
ư
ợng
Bộ Giảm áp
Động cơ
Cảm biến Oxy
Bộ xúc tác
3 chức năng
Bộ chấp hành
Máy tính
T
ố
c độ độn
g
c
ơ
Á
p
su
ấ
t nạ
p
Vị trí b
ư
ớm ga
Nhiên liệu khí
Thải
Nạp
[...]... của độngcơ NGV 8.8 Cân bằng năng lượng và ảnh hưởng đến môitrường của hệ ô tô NGV Sau đây chúng ta sẽ khảo sát sự cân bằng năng lượng liên quan đến quá trình cung cấp nhiênliệu khí thiên nhiên (vận chuyển, nén và phân phối) và tính năng của độngcơsửdụng NGV, đặc biệt là tính năng liên quan đến vấn đề ônhiễm 156 Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôi trường. .. Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường không thể phủ nhận nhưng ưu thế này chưa chắc còn được duy trì trong tương lai Mặt khác, người ta chỉ tiếp tiếp tục nghiên cứu sửdụngnhiênliệu khí nếu như những giảipháp kĩ thuật về xử lí ônhiễm khí xả độngcơnhiênliệu lỏng không cải thiện được so với yêu cầu của luật môitrường Cuối cùng, như những nhiênliệu khác, sự thâm... người sửdụng - Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp NGV cho ô tô (Trạm dịch vụ công cộng hay cá nhân, hình 8.24 và 8.25) - Giải quyết được vấn đề tâm lí của người sửdụng liên quan đến tính an toàn của ô tô dùng NGV Hình 8.24: Trạm dịch vụ công cộng cung cấp NGV cho ô tô 162 Chương 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường Hình 8.25: Máy nén cá nhân cung cấp NGV cho ô. .. và độngcơ Diesel nguyên thủy Bảng 8.12: So sánh momen cực đại và hiệu suất của độngcơ Diesel và độngcơ NGV So sánh tính năng độngcơdùng gasole và khí thiên nhiên PCI (kJ/kg) Chế độ Momen Công suất Độ đậm đặc Nhiênliệu Diesel 42800 1400 1180 173 0,56 159 Khí thiên nhiên 49100 1260 1000 185 0,61 Chương 8: Động cơsửdụngnhiênliệu khí: mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường Suất tiêu hao nhiên. ..Chương 8: Động cơsửdụngnhiênliệu khí: mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrườngsựđồng đều nhiênliệu cung cấp cho các cylindre của độngcơ Việc khống chế lưu lượng NGV nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ một bộ vi xử lí chuyên dụng 8.7.3.3 Phun trực tiếp Kĩ thuật này rất có rất nhiều ưu điểm vì nó cho phép đồng thời làmgiảm mức độ gây ônhiễm và làm tăng tính kinh tế của độngcơ Phun trực... 1,9 6,5 0,1 1,0 1,9 3,5 0,1 8,0 - 157 Chương 8: Động cơsửdụngnhiênliệu khí: mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrường Phân phối Nén Tổng cộng 0,5 19,2 0,5 13,0 1,0 10,5 0,5 16,3 B Ô nhiễm: Cũng như đối với những loại nhiênliệu khác, đặc điểm phát sinh ônhiễm của độngcơdùng NGV liên quan đến thành phần hydrocarbure của nhiên liệu, (thường nhiênliệu NGV chứa ít nhất 90% méthane) Bảng 8.10 so... 8: Độngcơsửdụngnhiênliệukhí:mộtgiảipháplàmgiảmônhiễmmôitrườngCO 3 chức năng 2,5 0,3 4 HC 0,5 0,2 1,1 NOx 3,5 2,5 7,0 Bồ hóng 0,05 0,05 0,15 (Đơn vị tính: g/kWh) Trong thực tế, độngcơ NGV phát sinh nhiều méthane nhưng ít CO2 so với độngcơnhiênliệu lỏng Vì vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí xả độngcơ NGV thấp hơn khoảng 25% so với độngcơ xăng và 5% so với động cơ. .. độngcơ bị giảm dẫn đến công suất độngcơgiảm (khoảng 10%) Tuy nhiênsự tụt giảm công suất có thể bù trừ nhờ sự gia tăng hiệu suất động cơĐộngcơsửdụng NGV có các tính năng về động học (gia tốc, quá độ, tốc độ cực đại ) tương đương độngcơ xăng Mặt khác, nhiênliệu NGV do ở dạng khí nên ít bị ảnh hưởng bởi quán tính trong giai đoạn quá độ nên độngcơlàm việc mềm mại hơn Cuối cùng, độngcơsử dụng. .. của các công đoạn trước khi nạp vào độngcơ chiếm khoảng 16% Mức độ tiêu tốn này tương đối tốt so với xăng Về phương diện này, dầu Diesel kinh tế nhất, ngay cả trường hợp dầu Diesel chứa tỉ lệ lưu huỳnh thấp (0,05%) 8.8.2 Tính năng của ô tô 8.8.2.1 Đối với ô tô thông dụng Như chúng ta đã trình bày việc chuyển đổi ô tô thông dụng sửdụngnhiênliệu lỏng sang sửdụng khí thiên nhiên NGV đòi hỏi một sự... nếu xét hai độngcơcó cùng tỉ số nén, cùng kết cấu đường nạp, cùng hệ thống đánh lửa và hệ thống phân phối khí thì ô tô NGV có mức độ phát sinh ônhiễm thấp hơn độngcơ xăng khoảng 50% .Trường hợp thứ hai, nếu xét mộtđộngcơ đã được thiết kế chuyển đổi để chuyên dùngnhiênliệu NGV thì độngcơdùng NGV có mức độ phát ônhiễm rất thấp so với độngcơ xăng có cùng công suất và momen (bảng 8. 12) 8.8.2.2 .
Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường
148
Hình 8.18: Sự phân bố lượng ô tô sử dụng nhiên liệu khí trên. Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường
146
Phần 2: NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN NGV
Khí thiên nhiên là