20 MỚI LÀ CHO ĐỘNGCƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ
20.3.27 2.8.2.1 Đối với ôtô thông dụng
Như chúng ta đã trình bày việc chuyển đổi ô tô thông dụng sử dụng nhiên liệu lỏng sang sử dụng khí thiên nhiên NGV 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 thống cung cấp nhiên liệu và bình chứa. Trong phần này chúng ta sẽ đánh giá tính năng của động cơ và vấn đề ô nhiễm.
a, Tính năng.
Về hiệu suất, động cơ dùng NGV có thể dễ dàng đạt được hiệu suất cao hơn động cơ xăng khoảng 10% nhờ tỉ số nén cao. Khi nạp trực tiếp nhiên liệu thể khí vào 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 hiệu suất động cơ. Động cơ sử dụng NGV có tính năng về động học (gia tốc, quá độ, tốc độ cực đại…) tương đương dộng cơ xăng. Mặt khác, nhiên liệu NGV do ở dạng khí nên ít bị ảnh hưởng bởi quán tính trong giai đoạn quá độ nên động cơ làm việc mềm mại hơn. Cuối cùng, động cơ sử dụng NGV không có những đặc điểm liên quan đến nhiệt độ môi trường như động cơ dung nhiên liệu lỏng.
b, Ô nhiễm.
Cũng như đối với những loại nhiên liệu khác, đặc điểm phát sinh ô nhiễm của động cơ dùng NGV liên quan đến thành phần hydrocacbure của nhiên liệu, (thường nhiên liệu NGV chứa ít nhất 90% metane). Bảng 5-10 so sánh thành phần hydrocacbure trong khí xả trước ki vào bộ xúc tác 3 chức năng khi động cơ sử dụng nhiên liệu NGV và xăng. Khác với động cơ xăng, trong khí xả động cơ NGV hầu như không có hydrocacbure nào có 4 nguyên tử carbon, đặc biệt hơn nữa là không có sự hiện diện của thành phần
hydrocacbure thơm.
Liên quan đến cáo vấn đề tạo ôzon ở hạ tần khí quyển, khí thải của động cơ NGV có hoạt tính thấp hơn động cơ xăng đến 2 lần. Tính chất này chủ yếu là do nhiên liệu NGV chứa phần lớn metane, thành phần các chất hoạt tính (butane, butadiene 1-3…) rất thấp hoặc có thể bỏ qua.
Mặt khác, nhiên liệu NGV không bao giờ gây trở ngại đối với bộ xúc tác ba chức năng do thành phần lưu huỳnh như trong trường hợp nhiên liệu lỏng. Tuy nhiên, sự ôxy hoá metane còn lại trong khí xả rất khó khăn. Muốn loại trừ triệt để chất khí này cần sử dụng một số bộ xúc tác đặc biệt.
Bảng 5-10: So sánh thành phần hydrocacbure trong khí xả của động cơ dùng xăng và dung NGV. Mẫu được lấy phía trước bộ xúc tác, thử theo chu trình ECE+EUDC. Xăng NGV Xăng NGV Metane 64 360 Metane 28,3 50 Etylene 117,4 40 Etylene 100 45,6 Propylene 72,8 10,2 Propylene 57,9 20,0 Batane 12,9 10,3 Batane 6,1 0 Buten-1 7,8 0 Buten-1 40 0 Buten-2 4,6 0 Buten-2 39,9 0 n-Pentan 15 0 n-Pentan 15 0 Butandien-1,3 18 0 Butandien-1,3 8,7 0
benzen 65 0 benzen 46,1 0
Toluene 130,1 0 Toluene 15,9 0
(m+p)-xylene 84,6 0 (m+p)-xylene 19
(khối lượng khí phát thải theo mg)
c, Số liệu so sánh trong vài trường hợp điển hình
Sau đây là số liệu so sánh của vài trường hợp động cơ xăng và độngc ơ NGV. Trường hợp thứ nhất (bảng 5-11), nếu xét hai động cơ có 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 ô nhiễm thấp hơn động cơ xăng
khoảng 50%. Trường hợp thứ hai, nếu xét một động cơ đã được thiết kế chuyển đổi để chuyên dung nhiên liệu NGV thì động cơ dung NGV có mức độ phát sinh ô nhiễm rất thấp so với động cơ xăng có cùng công suất và mômen (bảng 5-12).
Bảng 5-11: Giảm ô nhiễm nhờ bộ xúc tác đối với động cơ NGV (tỉ lệ hỗn hợp f=1).
CO(%) CmHn(%) NOx(%) CmHn+NOx(%) CO2(%) Không có bộ xúc
tác 44 52 34 42 20,5
Có bộ xúc tác 63,5 63 57 60 19
Bảng 5-12: So sánh mômen cực đại và hiệu suất của động cơ Điezel và động cơ NGV.
So sánh tính năng động cơ dùng
gasole và khí thiên nhiên Nhiên liệu
Điezel Khí thiên nhiên
PCI(kJ/kg) 42800 49100
Chế độ 1400 1260
Mômen 1180 1000
Công suất 173 185
Độ đậm đặc 0,56 0,61
Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kwh) 204 186