Luận án nghiên cứu đánh giá động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí methane CH4 chuyển đổi từ động cơ diesel

Nghiên cứu đánh giá các thông số động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng nhiên liệu khí methane CH4 được chuyển đổi từ động cơ diesel tại ĐH SPKT Vĩnh Long.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Nhân
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá các thông số động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng nhiên liệu khí Methane (CH4) được chuyển đổi từ động cơ Diesel
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2026
• Địa điểm: Vĩnh Long

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4

Nhiên liệu khí methane (CH4) là nguồn năng lượng sạch giàu tiềm năng trong lĩnh vực giao thông vận tải. Việc chuyển đổi động cơ Diesel truyền thống sang động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4 đang trở thành xu hướng kỹ thuật tất yếu. Giải pháp này giúp cắt giảm đáng kể lượng phát thải muội than và các khí độc hại ra môi trường. Khí tự nhiên có chỉ số octane cao, cho phép động cơ làm việc ổn định ở tỷ số nén phù hợp. Ngoài ra, nguồn cung khí methane dồi dào từ khí thiên nhiên và sinh khối tạo ra lợi thế kinh tế lớn. Nghiên cứu chuyển đổi động cơ đòi hỏi cải tiến đồng bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu, cơ cấu nạp khí và cụm đánh lửa. Động cơ hoán cải cần duy trì công suất tương đương nguyên bản nhưng giảm suất tiêu hao năng lượng. Các công trình khoa học hiện nay tập trung vào phân tích động học dòng khí, mô hình hóa quá trình cháy và khảo sát nhiệt động lực học buồng đốt. Những cải tiến này mang lại hiệu quả vận hành tối ưu, kéo dài tuổi thọ chi tiết máy và giảm thiểu chi phí bảo dưỡng. Đề tài tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng năng lượng sạch trên các phương tiện vận tải hiện đại.

1.1. Đặc tính lý hóa và ưu điểm của khí methane

Khí methane có công thức hóa học CH4 với thành phần carbon thấp và hydro cao. Tỷ lệ này giúp sản sinh ít khí CO2 hơn so với xăng và dầu diesel. Trị số nhiệt trị thấp của methane đạt mức cao, đảm bảo cung cấp năng lượng nhiệt dồi dào cho chu trình làm việc. Chỉ số chống kích nổ vượt trội cho phép động cơ vận hành với góc đánh lửa tối ưu mà không gây tiếng gõ buồng cháy. Tốc độ lan truyền màng lửa của khí CH4 thấp hơn xăng, đòi hỏi buồng đốt phải có dòng xoáy lốc mạnh. Khí nạp hòa trộn tốt với không khí tạo nên hỗn hợp cháy đồng nhất. Nhiên liệu cháy sạch, không tạo cặn bám trên xu-páp và đỉnh piston. Nhờ đó, động cơ giảm mài mòn cơ khí và nâng cao độ bền các chi tiết máy.

1.2. Đề tài nghiên cứu tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Hoàng Nhân tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long tập trung giải quyết bài toán chuyển đổi động cơ Diesel sang dùng khí methane. Công trình thiết lập cơ sở lý thuyết vững chắc về nhiệt động lực học và mô hình cháy cưỡng bức. Nghiên cứu kết hợp nhuần nhuyễn giữa mô phỏng số và khảo sát thực nghiệm chuyên sâu. Mục tiêu chính là đánh giá toàn diện các thông số vận hành động cơ sau chuyển đổi. Nhóm nghiên cứu tiến hành đo đạc công suất, mô-men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần khí thải độc hại. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của giải pháp chuyển đổi động cơ trong điều kiện kỹ thuật trong nước. Đây là đóng góp khoa học quan trọng cho ngành kỹ thuật cơ khí động lực tại Việt Nam.

II. Thách thức ở động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4

Quá trình hoán cải động cơ Diesel sang động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4 đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật phức tạp. Nhiên liệu methane ở thể khí chiếm thể tích lớn trong đường ống nạp, dẫn đến việc giảm đáng kể hệ số nạp không khí vào xy lanh. Hiện tượng này làm suy giảm khối lượng oxy cung cấp cho chu trình cháy, kéo theo sự sụt giảm công suất phát ra so với động cơ nguyên bản. Tỷ số nén của động cơ Diesel ban đầu rất cao, thường từ 16 đến 22, có thể gây kích nổ nghiêm trọng khi chuyển sang dùng bugi đánh lửa. Do đó, kỹ sư buộc phải hạ tỷ số nén xuống mức phù hợp, vô tình làm giảm hiệu suất nhiệt lý thuyết. Bên cạnh đó, tốc độ cháy của khí methane tương đối chậm ở dải tải thấp và hỗn hợp nghèo. Điều này dễ gây ra hiện tượng cháy rớt trên đường thải, làm nhiệt độ khí xả tăng cao đột ngột. Nhiệt độ cao kéo dài gây quá nhiệt xu-páp xả, tạo ứng suất nhiệt lớn lên đỉnh piston và nắp quy-lát. Hệ thống làm mát nguyên bản không đủ khả năng giải nhiệt kịp thời, đe dọa trực tiếp đến tuổi thọ của toàn bộ cụm động cơ.

2.1. Suy giảm hệ số nạp và công suất động cơ hoán cải

Khi sử dụng phương pháp phun khí methane gián tiếp trên đường ống nạp, thể tích nhiên liệu khí choán chỗ của không khí nạp. Hệ số nạp của động cơ vì vậy bị sụt giảm từ 8% đến 15% so với khi chạy dầu diesel. Lượng oxy thiếu hụt làm giảm năng lượng nhiệt giải phóng trong mỗi chu trình sinh công. Hậu quả trực tiếp là mô-men xoắn cực đại và công suất cực đại đều bị thu hẹp đáng kể. Để bù đắp sự suy giảm này, động cơ cần được cấp thêm lượng nhiên liệu thích hợp hoặc áp dụng cơ chế tăng áp. Nếu không có giải pháp kỹ thuật can thiệp, khả năng tăng tốc và tính năng kéo tải của phương tiện sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực rõ rệt.

2.2. Kiểm soát quá trình cháy nghèo và nhiệt độ buồng đốt

Vận hành động cơ ở chế độ hòa khí nghèo giúp tiết kiệm nhiên liệu nhưng lại tiềm ẩn nhiều nguy cơ vận hành bất thường. Tốc độ màng lửa chậm làm kéo dài thời gian cháy, khiến quá trình giải phóng nhiệt diễn ra muộn trong kỳ sinh công. Hiện tượng bỏ lửa cục bộ hoặc cháy không hoàn toàn dễ dàng xuất hiện ở các chế độ tải biến thiên. Khí thải chứa hàm lượng hydrocarbon chưa cháy tăng vọt khi giới hạn nghèo bị vi phạm. Đồng thời, nhiệt độ buồng cháy tăng cao cục bộ tại khu vực nến đánh lửa làm suy giảm tuổi thọ điện cực. Nếu việc làm mát không hiệu quả, nguy cơ kích nổ bề mặt và bó kẹt piston hoàn toàn có thể xảy ra trong quá trình thử nghiệm.

III. Giải pháp tối ưu động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4

Để khắc phục các hạn chế kỹ thuật, nghiên cứu tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long triển khai các giải pháp công nghệ đồng bộ cho động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4. Thay đổi đầu tiên là gia công lại đỉnh piston nhằm giảm tỷ số nén xuống mức an toàn, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ kích nổ. Hệ thống nạp được cải tiến linh hoạt bằng việc phối hợp vòi phun khí trên đường ống nạp với vòi phun trực tiếp vào xy lanh. Phương pháp phun khí trực tiếp áp suất cao tạo ra hỗn hợp phân lớp tối ưu, mở rộng giới hạn cháy nghèo mà vẫn bảo toàn hệ số nạp. Bên cạnh đó, hệ thống điều khiển điện tử được lập trình để tinh chỉnh chính xác thời điểm đánh lửa sớm theo từng dải vòng tua máy. Nhóm nghiên cứu tiến hành lắp đặt cảm biến áp suất buồng cháy tích hợp trực tiếp trên đầu bugi. Thiết bị này thu thập dữ liệu chu kỳ cháy với bước dịch chuyển 0,5 độ góc quay trục khuỷu, giúp hiệu chuẩn bản đồ điều khiển chính xác. Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên nguyên bản được nâng cấp toàn diện sang cơ chế tuần hoàn cưỡng bức bằng bơm áp lực. Nước làm mát lưu thông liên tục giữ nhiệt độ thân máy luôn ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm tải nặng.

3.1. Ứng dụng công nghệ phun trực tiếp và vòi phun bổ trợ

Công nghệ phun khí methane trực tiếp mang lại bước đột phá lớn cho động cơ chuyển đổi. Nhiên liệu khí được cấp trực tiếp vào buồng đốt ở cuối kỳ nén với áp suất cao. Giải pháp này giúp loại bỏ triệt để hiện tượng nhiên liệu chiếm thể tích đường nạp, cải thiện hệ số nạp đáng kể. Đồng thời, việc bố trí thêm vòi phun bổ trợ tạo điều kiện linh hoạt trong kiểm soát tỷ lệ không khí trên nhiên liệu. Ở các chế độ tải thấp, hỗn hợp phân lớp hình thành quanh bugi giúp quá trình bắt lửa diễn ra dễ dàng. Khi động cơ chuyển sang chế độ tải cao, vòi phun bổ trợ cấp thêm khí để đảm bảo công suất yêu cầu mà không gây tiêu hao nhiên liệu vô ích.

3.2. Cải tiến hệ thống làm mát cưỡng bức và cảm biến áp suất

Hệ thống làm mát nguyên bản sử dụng đối lưu tự nhiên được thay thế bằng hệ thống tuần hoàn nước cưỡng bức. Bơm nước dẫn động chủ động giúp dòng môi chất làm mát lưu thông liên tục qua các áo nước thân máy và nắp quy-lát. Cải tiến này kiểm soát nhiệt độ động cơ ở mức tối ưu từ 80 đến 85 độ C, ngăn ngừa quá nhiệt chi tiết máy. Song song đó, cảm biến áp suất buồng cháy gắn kèm bugi trở thành công cụ giám sát then chốt. Cảm biến liên tục truyền dữ liệu áp suất tức thời về máy tính điều khiển theo từng 0,5 độ góc quay trục khuỷu. Kỹ sư dựa vào dữ liệu thực để nhận diện sớm hiện tượng cháy kích nổ, từ đó tinh chỉnh góc đánh lửa chuẩn xác.

IV. Hiệu quả ứng dụng động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4

Kết quả thực nghiệm trên động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng khí CH4 chứng minh tính ưu việt rõ rệt về môi trường và kinh tế. Lượng phát thải hạt mịn PM giảm gần như triệt để do khí methane không chứa mạch hydrocacbon thơm phức tạp. Các thành phần khí độc hại khác như CO và NOx cũng suy giảm đáng kể khi động cơ vận hành ở chế độ hòa khí tối ưu. Hiệu suất nhiệt của động cơ duy trì ở mức cao nhờ quá trình cháy phân lớp ổn định. Mặc dù công suất cực đại có sự chênh lệch nhỏ so với nguyên bản Diesel, khả năng đáp ứng tải của động cơ hoán cải vẫn rất linh hoạt. Suất tiêu hao năng lượng giảm rõ rệt giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu đáng kể cho người sử dụng phương tiện. Đề tài tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long mở ra hướng tiếp cận hoàn toàn khả thi cho ngành cơ khí chế tạo máy. Việc tận dụng khung động cơ cũ để chuyển đổi sang chạy khí sạch giúp kéo dài vòng đời thiết bị với chi phí đầu tư thấp. Mô hình này rất phù hợp với xu thế phát triển giao thông xanh và kinh tế tuần hoàn tại các đô thị hiện đại.

4.1. Đánh giá tính năng phát thải và suất tiêu hao năng lượng

Dữ liệu đo đạc thực nghiệm ghi nhận nồng độ muội than trong khí xả tiệm cận mức bằng không. Lượng khí phát thải CO và HC giảm mạnh khi thời điểm phun nhiên liệu và góc đánh lửa được kiểm soát chuẩn xác. Phát thải NOx được kiểm soát hiệu quả nhờ nhiệt độ cực đại trong buồng cháy giảm xuống dưới ngưỡng tạo khí ô nhiễm. Về mặt kinh tế, suất tiêu hao nhiên liệu tính theo giá trị nhiệt lượng có sự cải thiện tích cực so với chế độ nguyên bản. Động cơ vận hành êm ái hơn, ít rung giật và giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn. Những chỉ số này khẳng định động cơ hoán cải đáp ứng xuất sắc các tiêu chuẩn khí thải khắt khe hiện hành.

4.2. Khả năng nhân rộng và giá trị thực tiễn trong giao thông

Nghiên cứu của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long mang tính ứng dụng thực tiễn rất cao cho hệ thống vận tải công cộng và vận chuyển nông nghiệp. Chi phí chuyển đổi động cơ Diesel sẵn có sang chạy khí methane thấp hơn nhiều so với việc mua mới phương tiện chạy điện. Giải pháp kỹ thuật này cho phép tận dụng trạm cấp khí CNG sẵn có tại các đô thị lớn hoặc trạm khí sinh học ở nông thôn. Việc nội địa hóa công nghệ chế tạo vòi phun và bộ điều khiển giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu. Đây là nền tảng chiến lược thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng xanh trong ngành giao thông vận tải Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nhiên liệu Methane (CH4) Sử dụng nhiên liệu thay thế là một trong những giải pháp nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Sử dụng nhiên liệu thay thế cho xăng và Diesel có nhiều lợi ích như: - Bảo vệ môi trường.

- Giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch và giảm giá thành năng lượng trong tương lai. - Sử dụng nhiên liệu thay thế có thể tạo ra cơ hội kinh doanh và việc làm mới và mang lại lợi ích kinh tế cho các quốc gia. - Đa dạng hóa nguồn năng lượng. Khí CH4 có thể được coi là một nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu dầu mỏ truyền thống (xăng và Diesel) ở động cơ đốt trong.

CH₄ là một hợp chất hữu cơ chứa một nguyên tử Carbon (C) và bốn nguyên tử Hydrogen (H2) (hình 1. CH4 là loại khí không màu, không mùi và không vị, được tìm thấy trong các mỏ khí tự nhiên, băng cháy, quá trình chưng cất dầu mỏ, đốt rác trong điều kiện thiếu Oxygen (O2) và Biogas, … vv. CH4 dễ bắt cháy, tạo ra lửa màu xanh, hóa lỏng khi ở −162°C, hóa rắn ở −183°C, điểm bốc cháy là 537°C và khối lượng riêng là 0. CH4 không có khả năng hòa tan trong các dung môi phân cực vì không có sự liên kết giữa các H2, các phân tử CH4 chỉ tan trong dung môi không phân cực và không có tính dẫn điện.

Công thức cấu tạo khí thiên nhiên Methane CH4 là một nguồn năng lượng quan trọng và được sử dụng trong nhiều ứng dụng như: Lò đốt trong sản xuất nhiệt điện, nhiên liệu cho các ứng dụng gia đình, công nghiệp và giao thông, sản xuất nhựa và sản xuất thực phẩm. Tuy nhiên, CH4 cũng là 6 một chất gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Khi được thải vào không khí mà không được đốt cháy hoàn toàn sẽ có tác động tiêu cực đến biến đổi khí hậu nếu không được quản lý và sử dụng một cách bền vững. Do vậy cần có một số biện pháp cụ thể và quy trình được áp dụng để thu gom CH4 như sau: Thu gom từ các nguồn tự nhiên như mỏ khí, khu vực chứa khí tự nhiên, và các khu vực phân hủy hữu cơ như bãi rác.

Quá trình thu gom thường bao gồm: Hệ thống ống dẫn được sử dụng để hút khí CH4 từ các nguồn này. Máy bơm được sử dụng để tạo áp suất và hút khí CH4 từ các nguồn và chuyển khí CH4 từ nguồn thu gom đến điểm lưu trữ hoặc xử lý. Xử lý để tách các tạp chất Lưu huỳnh (S) và các hợp chất không mong muốn hoặc các chất lỏng. Các bước xử lý và tách chất tạp bao gồm: quá trình lọc để loại bỏ các chất dạng hạt, quá trình hấp phụ để thu gom các chất như than hoạt tính, trong khi quá trình tách chất lỏng được thực hiện để thu được CH4.

Sau khi xử lý, khí CH4 cần được lưu trữ và vận chuyển an toàn và hiệu quả đến nơi tiêu thụ. Khí CH4 được lưu trữ trong các bình chứa có thiết kế chuyên dụng, đảm bảo tính an toàn và không rò rỉ trong suốt quá trình lưu trữ và vận chuyển. CH4 cũng có thể được vận chuyển thông qua hệ thống ống dẫn đặc biệt, các ống dẫn phải được kiểm tra đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Sử dụng CH4 có nhiều lợi ích cho môi trường và năng lượng.

Nó là một nguồn năng lượng sạch, hiệu quả và dễ dàng sử dụng, đồng thời giúp giảm khí thải và ô nhiễm môi trường. Sử dụng Methane (CH4) làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở trong và ngoài nước 1. Nghiên cứu ở nước ngoài Nhìn chung động cơ khí thiên nhiên có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt động trong thành phố hay vùng ven đô, những khu vực mà tình trạng ô nhiễm môi trường do phương tiện vận hành gây ra ngày càng trở nên trầm trọng. Có khá nhiều quốc gia đã sử dụng khí thiên nhiên cho ô tô chạy trong thành phố.

Các quốc gia như Mỹ, Ý, Canada, Hà Lan… đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc phát triển ô tô sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên. Trên thế giới có khoảng 23 triệu phương tiện sử dụng khí thiên nhiên vào năm 2024 trong đó phải kể đến Trung Quốc là quốc gia có 7 số lượng phương tiện sử dụng khí thiên nhiên là khoảng 10 triệu xe các loại, tiếp đến là Iran có khoảng 4.5 triệu xe, Pakistan 2.85 triệu xe, Argentina với 1.6 triệu xe và là quốc gia có số lượng xe nhiên liệu khí thiên nhiên lớn nhất khu vực Nam Mỹ, tiếp đến là Italia có khoảng 800.000 xe, Mỹ chỉ có khoảng 175. Để có được những động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, nhiều nước đã có giải pháp khác nhau như: chuyển đổi động cơ sử dụng xăng hoặc Diesel sang sử dụng khí thiên nhiên và chế tạo một thế hệ động cơ mới chỉ sử dụng nhiên liệu khí CH4 [1]. Để có được thế hệ động cơ khí CH4 mới với công suất cao và khí thải thấp thì cần có các nghiên cứu cơ bản.

Các nghiên cứu cơ bản có thể phân thành ba hướng chính theo giải pháp đốt cháy nhiên liệu như sau: Hướng thứ nhất: Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí CH4 cho các động cơ xăng hiện hành mà không cần phải thay đổi hình dạng và kết cấu buồng cháy động cơ. Hướng thứ hai: Tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu tăng lượng nhiên liệu khí thiên nhiên thay thế cho nhiên liệu Diesel. Hướng thứ ba: Nghiên cứu phát triển động cơ sử dụng hoàn toàn nhiên liệu khí thiên nhiên trong đó có xem xét đến các yếu tố như hình dạng và kết cấu buồng cháy. Nghiên cứu chuyển đổi từ động cơ xăng Hướng nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng khí thiên nhiên nén đã được nhiều tác giả quan tâm do động cơ xăng có nguyên lý cháy cưỡng bức tương đồng với động cơ khí thiên nhiên.

Kalam và cộng sự đã chuyển đổi từ động cơ xăng phun trực tiếp thành động cơ CNG phun trực tiếp, các kết quả nghiên cứu khẳng định rằng hiệu suất nhiệt của động cơ khí thiên nhiên lớn hơn so với xăng là khoảng 15% [2]. Kết quả này khẳng định tiềm năng của CNG trong nâng cao hiệu quả chuyển hóa năng lượng, chủ yếu nhờ trị số octan cao, khả năng chống kích nổ tốt và đặc tính cháy sạch hơn so với xăng. Tuy nhiên, nhiên liệu khí cũng gây ra một số bất lợi khi sử dụng trên nền động cơ xăng. Shamekhi và cộng sự đã nghiên cứu so sánh nhiên liệu khí thiên nhiên với nhiên liệu xăng trên động cơ Mazda B2000i có 4 xy lanh tỷ số nén ε = 8,9.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ số nạp (ηv) giảm tại mọi tốc độ thí nghiệm do thể tích của nhiên liệu khí thiên nhiên lớn hơn không khí, công suất và mô men giảm khoảng 14,2% so với xăng, suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm đến 14% và hiệu suất nhiệt 8 tăng được xấp xỉ 33%, khí thải CO, CO2, H-C đều có xu hướng giảm và giá trị có thể đạt được theo thứ tự lần lượt là 89%, 11% và 58% nhưng NOx là thông số khí thải duy nhất tăng [3]. Tanmay Kar và cộng sự khảo sát trên động cơ 4 xy lanh phun trực tiếp có tăng áp với hai nhiên liệu chính là khí thiên nhiên nén và xăng. Động cơ làm việc ở ba điều kiện hình thành hỗn hợp khác nhau: hỗn hợp lý thuyết, hỗn hợp lý thuyết kết hợp với luân hồi khí thải, hỗn hợp nghèo. Kết quả cho thấy ở cùng điều kiện hỗn hợp lý thuyết động cơ sử dụng nhiên liệu CNG đạt được mô men lớn nhất (Memax) và suất tiêu thụ nhiên liệu thấp tại vùng tốc độ thấp.

Ở điều kiện hỗn hợp nghèo có hiệu suất nhiệt (ηe) cao hơn so với trường hợp sử dụng EGR và phát thải CO₂ thấp hơn so với xăng [4]. Kết quả này chứng tỏ hiệu quả làm việc của động cơ CNG phụ thuộc mạnh vào hệ số dư lượng không khí, quá trình hình thành hỗn hợp và phương pháp kiểm soát quá trình cháy. Phương pháp cung cấp nhiên liệu là một yếu tố quan trọng khác, Kramer và cộng sự khẳng định rằng khi chuyển đổi động cơ xăng GDI thành động cơ khí thiên nhiên nhiên phun trực tiếp (DI) có mô men (Me) và công suất (Ne) lớn hơn khoảng 20% so với động cơ cấp nhiên liệu trên đường nạp (PFI). Đối với động cơ khí thiên nhiên DI dễ dàng tối ưu hiệu suất làm việc của động cơ mà không làm tăng kích thước và trọng lượng [5].

Ngoài ra, hiệu suất làm việc của động cơ CNG cũng có thể được cải thiện bằng việc tăng áp suất phun nhiên liệu và áp suất nạp. Tennant và cộng sự đã ứng dụng hệ thống tăng áp trên động cơ CNG 1.9L được chuyển đổi từ xăng để cải thiện quá trình nạp của động cơ [6]. Kết quả cho thấy rằng, áp suất nạp cao giúp cải thiện đáng kể nhược điểm nạp không khí của động cơ CNG, tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống tăng áp giảm khi động cơ hoạt động ở tỷ số nén cao. Ramasamy cũng chỉ ra rằng, thay đổi thời điểm đóng mở xupap cũng giúp cải thiện hiệu suất nạp và giảm suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu CNG [7].

Do CNG là nhiên liệu khí, quá trình hòa trộn nhiên liệu CNG diễn ra khác với xăng. Do đó, để sử dụng CNG trên động cơ xăng, thời điểm đánh lửa hay chiến lược phun cũng là các yếu tố quan trọng khi sử dụng nhiên liệu CNG. Nhiều nghiên cứu thay đổi chiến lược phun và đánh lửa cũng thu được những cải thiện đáng kể về hiệu suất làm việc cũng như phát thải và suất tiêu hao nhiên liệu [8, 9]. Nghiên cứu của Thomas đã chỉ ra cho thấy nhiên liệu khí thiên nhiên có chỉ số chống kích nổ 9 (RON = 130) cao hơn so với nhiên liệu xăng do vậy có thể tăng được tỷ số nén (ε) để tăng được hiệu suất nhiệt của động cơ (ηe) [10].

Từ các công trình trên có thể thấy, hướng chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng CNG đã chứng minh được tiềm năng của nhiên liệu khí thiên nhiên về hiệu suất và phát thải.