VII. Bố cục luận án
1.5. Tổng quan nghiên cứu về động cơ đốt trong sử dụng khí thiên nhiên
Hạn chế lớn nhất của động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên đó là khả năng dự trữ nhiên liệu hay nói cách khác đó là phạm vi hoạt động và công suất của xe so với nhiên liệu xăng và diesel. Nguyên nhân dẫn đến hạn chế này chủ yếu là do: (1) Cơ sở hạ tầng và các dịch vụ hậu cần vẫn còn thiếu [22],[23]. (2) Khả năng tiếp cận sâu với công nghệ sản xuất và lắp ráp động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên vẫn còn khó khăn.
Nghiên cứu phát triển động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên cần phải đạt được đồng thời hai mục tiêu: hiệu suất nhiệt cao và thỏa mãn các tiêu chuẩn khí thải của nước sở tại. Để đạt được mục tiêu này đòi hỏi các nhà khoa học và các nhà sản xuất trong lĩnh vực sản xuất động cơ đốt trong phải cải thiện được nhược điểm cố hữu của nhiên liệu khí thiên nhiên đó là tốc độ cháy chậm và khả năng mở rộng giới hạn cháy nghèo [24],[25]. Để khắc phục được những nhược điểm này một số nghiên cứu tập trung vào cải thiện các quá trình động học của dòng môi chất ở bên trong xylanh động cơ, ở trước và trong quá trình cháy [26],[27],[28].
Một giải pháp kỹ thuật tương đối phổ biến theo định hướng về đa dạng nguồn cung nhiên liệu, giảm tiêu thụ gốc dầu mỏ (xăng, dầu diesel) và khí thải, đó là giải pháp giữ nguyên kết cấu động cơ, chỉ lắp thêm hệ thống cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên. Đối với giải pháp này công suất phát ra từ trục khuỷu động cơ là do quá trình đốt cháy của cả nhiên liệu khí thiên và nhiên liệu xăng hoặc diesel. Tuỳ thuộc vào động cơ gốc thuộc kiểu tự bốc cháy (diesel cycle) hay kiểu cháy cưỡng bức (Otto cycle) mà có tỷ lệ nhiên liệu khí thiên nhiên thay thế khác nhau. Đối với động cơ gốc là diesel nhiên liệu khí thiên nhiên được cấp trên đường ống nạp và nguồn lửa là do nhiên liệu diesel quyết định. Tuy nhiên loại động cơ này vẫn chưa thay thế hoàn toàn được nhiên liệu diesel, đặc tính làm việc của động cơ và khí thải còn nhiều vấn đề cần phải khắc phục đặc biệt là sự phù hợp với những tiêu chuẩn khí thải cao hơn [29].
Một giải pháp kỹ thuật khác tập trung vào mục đích thay thế hoàn toàn nhiên liệu xăng và diesel đã được thực hiện trên động cơ đốt cháy cưỡng bức và tự bốc cháy, mục tiêu của giải pháp này là tận dụng công nghệ sản xuất động cơ đốt trong sẵn có làm bước đệm để phát triển và hoàn thiện động cơ khí thiên nhiên thế hệ mới
đạt được hiệu suất nhiệt cao và thỏa mãn tiêu chuẩn khí thải khắt khe. Hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng hoặc diesel được thay thế bằng hệ thống nhiên liệu khí thiên nhiên có vòi phun đặt trên đường ống nạp, tuy nhiên với động cơ diesel sẽ phải lắp thêm hệ thống đánh lửa [30],[31].
So sánh các kết quả thu được thấy rằng kiểu động cơ tự bốc cháy sau khi chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên có hiệu suất nhiệt cao hơn so với động cơ cháy cưỡng bức là nhờ bố trí đường nạp trên nắp máy hiệu quả hơn nên cải thiện được động học của dòng khí ở quá trình nạp cao hơn [32]. Tuy nhiên để động cơ khí thiên nhiên chuyển đổi từ động cơ diesel làm việc hiệu quả mà không xảy ra hiện tượng cháy bất thường như cháy kích nổ (knocking) cần phải hạ thấp tỷ số nén [33]. Để làm rõ hơn nữa cần phải tìm hiểu thêm các công bố đã thực hiện ở trong và ngoài nước về chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ khí thiên nhiên, thông qua các nghiên cứu này có thể xác định được hướng nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tế của nghiên cứu sinh ở Việt Nam.