1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong
1.3.3.Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biogas cho động cơ xe gắn máy
gắn máy
Sử dụng khí biogas nén trên xe gắn máy vấp phải khó khăn là chứa nhiên liệu áp suất cao. Ngay cả khi nén khí biogas đến áp suất 200 bar, thể tích bình chứa khí biogas phải gấp 6 lần thể tích bình chứa LPG nếu cùng chu kỳ nạp nhiên liệu. Trường hợp lưu trữ ở trạng thái lỏng thì cũng gặp nhiều khó khăn vì phải làm lạnh sâu đến nhiệt độ rất thấp (đến -161,50C ở áp suất 1 atm đối với CH4 tinh khiết) và
như vậy bình chứa phải có cấu tạo với các vỏ bọc kép chân khơng chi phí rất cao [5], [6], [36].
Các tác giả Nguyễn Ngọc Dũng, Trần Đăng Long, Huỳnh Thanh Công và cộng sự ở Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu phương pháp phun nhiên liệu biogas trên đường nạp và đánh giá tính năng của động cơ xe gắn máy trên băng thử như hình 1.13 [2], [3].
Hình 1.13: Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử
1- Cổng nạp; 2- Van nạp; 3- Van tay; 4- Đồng hồ đo áp suất 1; 5- Van điện từ; 6-
Đồng hồ đo áp suất 2; 7- Bộ điều áp; 8- Bộ lọc ga; 9- Kim phun; 10- Ống nối; 11- Đầu nối gắn vào cửa nạp; 12- Cảm biến oxy; 13- Cảm biến nhiệt độ nhớt; 14- Tín
hiệu tốc độ động cơ; 15- Ắc quy; 16- ECU; 17- Bình biogas; 18- Lọc gió; 19- Bộ cảm biến (áp suất khí nạp, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm ga);
Theo sơ đồ hình 1.12, khí biogas từ các bình chứa áp suất cao được giảm áp suất và đưa vào vào bình (17) thơng qua cổng nạp (1) và van nạp (2). Trước khi cho xe vận hành, người điều khiển phải mở van tay (3) để khí biogas chờ sẵn trước van điện từ (5). Trên bình biogas có gắn đồng hồ đo áp suất (4), dùng để báo mức nhiên liệu (biogas) cịn trong bình. Khi khởi động máy thì ECU (16) gửi tín hiệu điện 12V mở van điện từ, khí biogas từ bình chứa đến bộ điều áp (7). Bên trong van điện từ có một bộ lọc, nên van điện từ ngồi vai trị đóng ngắt dịng khí biogas cịn có nhiệm vụ lọc bụi bẩn. Bộ điều áp (7) có khả năng giảm áp suất xuống khoảng 1 – 3 bar và đây cũng là áp suất làm việc của kim phun (9). Trên bộ điều áp có gắn đồng hồ áp suất (6) để hiển thị áp suất ra của bộ điều áp. Tuy nhiên khi xe hoạt động, lượng nhiên liệu biogas trong bình sẽ giảm xuống, áp suất giảm theo, nên áp suất ra của bộ điều áp cũng giảm. Để đảm bảo áp suất ra của bộ điều áp nằm trong giới hạn áp suất của kim phun 1-3 bar, trên bộ điều áp có thiết bị hiệu chỉnh áp suất ra. Bộ lọc (8) có nhiệm vụ lọc khí biogas một lần nữa trước khi đưa đến kim phun.
Tuy nhiên khi phun nhiên liệu trên đường nạp vào trong xy lanh động cơ thì áp suất phun phải cao, điều này dẫn đến những khó khăn mới cần được giải quyết về vấn đề làm kín đối với vịi phun nhiên liệu ở thể khí; cùng với sự dãn nở vì nhiệt, do nhiệt độ cao trong buồng cháy thì vấn đề đảm bảo độ kín giữa kim phun và đế vịi phun càng trở nên khó khăn hơn nhiều [2], [3], [36]. Cấu tạo và vận hành hệ thống phun nhiên liệu khí biogas cho xe gắn máy tương đối phức tạp sẽ làm tăng mức độ khó khăn về tính kinh tế, tính tiện nghi cho người sử dụng.
Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ ô tô và động cơ xe gắn máy qua đường nạp bằng cách hút hoặc phun với áp suất thấp [6], [7], [14]. GS.TSKH Bùi Văn Ga đã thành công với bộ phụ kiện cung cấp LPG cho động cơ xe gắn máy theo kiểu hút qua họng Venturi [6], [29], [30], [31]. Gần đây, GS.TSKH Bùi Văn Ga và nhóm GATEC của Đại học Đà Nẵng cũng rất thành công với bộ phụ kiện GATEC cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại và các phương tiện giao thơng cơ giới.
Như đã trình bày ở trên, các nghiên cứu về động cơ sử dụng nhiên liệu biogas ở trong và ngoài nước đa phần là động cơ tĩnh tại để phát điện hoặc trên động cơ của các phương tiện cơ giới với nhiên liệu biogas đã tinh luyện tương tự khí thiên nhiên. Những nghiên cứu ứng dụng biogas làm nhiên cho động cơ xe gắn máy lại chưa được nghiên cứu thấu đáo, hoặc chỉ dừng lại ở mức đánh giá sơ bộ sự sụt giảm công suất của động cơ khi sử dụng loại nhiên liệu này ở phịng thí nghiệm.
Nhằm giải quyết những vấn đề nêu trên, luận án góp phần xử lý 3 vấn đề quan trọng để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho xe gắn máy, đó là (1) nén biogas vào bình chịu áp lực, (2) cung cấp biogas cho xe gắn máy đảm bảo cho xe hoạt động tối ưu trong mọi điều kiện vận hành, (3) tính tốn mơ phỏng q trình cháy trong buồng cháy và so sánh các thơng số chỉ thị cho bởi mơ hình và thực nghiệm trên động cơ xe gắn máy Honda wave 110cc sử dụng biogas.
1.4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng biogas cho động cơ đốt trong cho phép rút ra được những kết luận như sau:
- Trong thời gian qua, việc sử dụng xe gắn máy đã đóng góp rất lớn cho sự phát triển kinh tế chung trong điều kiện xã hội nước ta. Do đó, việc tìm kiếm, ứng dụng những nguồn nhiên liệu mới thay thế nguồn nhiên liệu có nguồn gốc hố thạch đang sử dụng cho loại phương tiện này là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học tại các trường đại học, viện nghiên cứu cũng như các nhà hoạch định chính sách tại Việt Nam.
- Nhiên liệu biogas là nguồn năng lượng tái tạo có trữ lượng lớn và được sản sinh trong các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người. Tuy vậy, để sử dụng nguồn năng lượng này một cách có hiệu quả thì cần phải hồn thiện cơng nghệ sản xuất, lọc và lưu trữ biogas để làm nhiên liệu cung cấp cho xe gắn máy.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng biogas nén cho mơ tơ” có ý nghĩa
khoa học và mang tính thực tiễn cao. Kết quả của đề tài sẽ góp phần giải quyết triệt để những vấn đề nêu trên.
Chương 2
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT SỬ DỤNG BIOGAS LÀM NHIÊN LIỆU CHO XE GẮN MÁY HONDA WAVE 110cc
Biogas có thành phần chính là khí methane sau khi đã loại bỏ các tạp chất,
được nén lưu trữ trong các bình chứa để sử dụng như khí thiên nhiên. Vì vậy, việc
sử dụng loại nhiên liệu này cho xe gắn máy không làm gia tăng nồng độ các chất
thải gây ô nhiễm môi trường [5], [6], [8], [9], [11], [14], [42], [43], [45]. Nội dung trong chương này giải quyết 2 vấn đề chính như sau:
- Phương pháp loại bỏ các tạp chất trong biogas đáp ứng tiêu chuẩn nhiên
liệu khí và nén lưu trữ trong các bình chứa làm nhiên liệu cho xe gắn máy.
- Nghiên cứu tính tốn và lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas nén
cho động cơ xe gắn máy Honda wave 110cc, sao cho khơng cồng kềnh và giữ
ngun kết cấu, hình dáng của xe nguyên bản.