Về cơ bản động cơ sử dụng biogas là một loại động cơ đốt trong. Động cơ sử dụng gas rất phổ biến trên thế giới. Chúng tôi xin trình bày một số loại động cơ sử dụng biogas thƣờng gặp.
a. Động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn nƣớc, không có buồng cháy phụ
Kết cấu động cơ gas sử dụng rất giống với động cơ xăng dùng chế hòa khí. Nhiên liệu đƣợc hòa trộn bằng bộ trộn, đạt tỉ lệ hòa khí thích hợp trƣớc khi đƣợc hút vào trong xilanh. Hỗn hợp khí và gas đƣợc đốt cháy nhờ tia lửa điện từ bugi.
b. Động cơ diesel gas
Đối với động cơ diesel-gas, tỷ số nén của động cơ này khá cao, bằng với tỷ số nén của động cơ diesel. Lƣợng hỗn hợp gas và không khí khi vào xilanh đƣợc hình thành trƣớc sau khi qua bộ trộn, hỗn hợp này rất nghèo. Do dó không thể tự cháy kích nổ ở tỷ số nén cao. Sau đó một lƣợng diesel đƣợc phun vào trong xilanh và tự bốc cháy. Lƣợng nhiên liệu này bốc cháy, mồi cho quá trình cháy của gas. Động cơ sử dụng phƣơng pháp này chỉ dùng đƣợc với khí gas có thành phần khí metan cao. Riêng đối với biogas thì không thể sử dụng đƣợc vì lƣợng CO2 có trong biogas cao vƣợt mức cho phép.
Hình 2.3. Động cơ gas sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc
Hình 2.4. Động cơ diesel – gas
Hình 2.5. Động cơ gas sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc có buồng cháy phụ
c. Động cơ gas sử dụng theo phƣơng pháp hòa trộn trƣớc, có buồng cháy phụ
Động cơ gas loại này có sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc là bộ trộn. Tuy nhiên, để điều khiển đƣợc quá trình cháy tốt hơn, ngƣời ta hình thành hỗn hợp nghèo trƣớc khi đƣa vào buồng cháy. Sau đó, một lƣợng nhiên liệu (xăng) đƣợc phun vào buồng cháy phụ, làm mồi cho quá trình cháy chính của hỗn hợp gas.
Hình 2.6. Động cơ gas sử dụng phƣơng pháp phun trên dƣờng ống nạp
d. Động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn sau
Đối với những động cơ sử dụng theo phƣơng pháp hòa trộn sau, gas đƣơc phun với áp suất cao vào buồng cháy hoặc phun trên đƣờng ống nạp. Khi phun với áp suất cao, gas ở áp suất cao chƣa kịp hóa hơi, giãn nở. Do đó nhất thiết phải có hệ thống nhiên liệu thứ 2 làm nhiệm vụ mồi cho quá trình cháy chính của gas. Hệ thống nhiên liệu này, có thể là xăng hoặc diesel, tạo ra một nhiêt độ ban đầu khá lớn, giúp khí gas hóa hơi, giãn nở và dễ dàng bắt lửa khi cháy.
f. Động cơ gas diesel
Đối với động cơ này, trƣớc tiên gas đƣợc nén với áp suất cao (khoảng 350 bar) và đƣợc phun vào cuối kỳ nén của động cơ. Sau đó, một lƣợng nhỏ diesel, đƣợc phun vào trong xilanh cùng với gas. Nhƣ vậy, với cách phun nhƣ trên, lƣợng gas đƣợc đốt cháy hoàn toàn, mang lại hiệu suất nhiệt rất cao, tăng năng suất động cơ.
Nhìn chung, động cơ sử dụng gas rất đa dạng và rất phổ biến trên thế giới. Các loại động cơ kể trên đƣợc thiết kế và chế tạo tối ƣu, chỉ sử dụng một loại nhiên liệu là khí gas. Ở Việt Nam, các động cơ kể trên còn rất mới lạ và ít phổ biến. Do đó, việc lựa chọn một động cơ nhƣ trên để phục vụ cho việc phát triển tiềm năng biogas ở Việt Nam là không khả thi. Tuy nhiên, qua khảo sát hoạt động của các loại động cơ nói trên, chúng tôi nhận thấy việc nghiên cứu chuyển đổi dựa trên nguyên tắc hoạt động của loại động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn trƣớc, không có buồng cháy phụ là khả thi nhất và có thể thực hiện đƣợc tại Việt Nam. Loại động cơ này có cấu tạo nhƣ một động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí rất ít phổ biến.