Đồ án mô phỏng động cơ nhiên liệu kép amonia - diesel bằng AVL Boost tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Nghiên cứu mô phỏng động cơ nhiên liệu kép amonia - diesel trên AVL Boost nhằm đánh giá hiệu suất kỹ thuật, đặc tính công suất và phát thải ô nhiễm.

• Tác giả: Kiều Thanh Trà
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Trạng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Mô phỏng động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu kép Amonia (NH3) - Diesel bằng AVL Boost
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan động cơ nhiên liệu kép amonia diesel bằng AVL Boost

Nghiên cứu mô phỏng động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu kép amonia - diesel bằng phần mềm AVL Boost là đề tài tốt nghiệp nổi bật tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình do sinh viên Kiều Thanh Trà và Vương Vinh Tài thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Văn Trạng thuộc Khoa Cơ khí Động lực. Xu hướng cắt giảm phát thải khí nhà kính thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế sạch. Amonia nổi lên như một nguồn nhiên liệu không chứa carbon đầy tiềm năng. Hợp chất này dễ lưu trữ dưới dạng lỏng ở điều kiện áp suất vừa phải. Động cơ diesel truyền thống có hiệu suất nhiệt cao nhưng phát thải lượng lớn bồ hóng và oxit nitơ. Việc phối trộn amonia vào buồng cháy động cơ Isuzu 4JJ1 tạo ra giải pháp chuyển đổi xanh khả thi. Phần mềm mô phỏng chuyên dụng AVL Boost cung cấp công cụ tính toán nhiệt động lực học chính xác. Nghiên cứu giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm thực tế và giảm thiểu chi phí phát triển. Đây là cơ sở khoa học quan trọng phục vụ lộ trình trung hòa carbon của ngành giao thông vận tải.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu nhiên liệu amonia tại ĐH SPKT TP.HCM

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM luôn đi đầu trong nghiên cứu chuyển đổi năng lượng xanh. Biến đổi khí hậu đòi hỏi các giải pháp cắt giảm khí thải CO2 nhanh chóng từ giao thông vận tải. Amonia được xem là chất mang hydro lý tưởng vì hoàn toàn không chứa carbon. Mạng lưới phân phối và công nghệ tổng hợp amonia theo quy trình Haber - Bosch đã phát triển mạnh trên thế giới. Đề tài tại Khoa Cơ khí Động lực tập trung giải quyết bài toán ứng dụng amonia cho động cơ đốt trong. Mục tiêu chính là tận dụng động cơ diesel hiện hữu nhằm tiết kiệm chi phí hoán cải. Nghiên cứu khẳng định đóng góp khoa học thiết thực của nhà trường cho mục tiêu trung hòa carbon quốc gia.

1.2. Vai trò của phần mềm mô phỏng AVL Boost

Phần mềm AVL Boost là công cụ mô phỏng 1D tiên tiến trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô. Hệ thống hỗ trợ xây dựng mô hình chu trình nhiệt động học chi tiết của động cơ đốt trong. Người nghiên cứu có thể mô phỏng đường nạp, đường xả, vòi phun và các xi lanh hoạt động. AVL Boost tích hợp các mô hình toán học phức tạp về truyền nhiệt, hòa trộn và động học phản ứng cháy. Thay vì chế tạo mẫu thử cơ khí tốn kém, mô phỏng số mang lại kết quả nhanh với độ tin cậy cao. Công cụ cho phép khảo sát nhiều kịch bản phối trộn nhiên liệu khác nhau trong thời gian ngắn. Dữ liệu từ phần mềm giúp tối ưu hóa góc phun sớm và lưu lượng phun chính xác trước khi thử nghiệm thực tế.

II. Vấn đề phát thải và cháy ở động cơ nhiên liệu kép amonia diesel

Việc sử dụng amonia làm nhiên liệu cho động cơ diesel đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật phức tạp. Amonia sở hữu nhiệt độ tự bốc cháy rất cao, đạt khoảng 651 độ C. Năng lượng bắt cháy tối thiểu của amonia lớn hơn nhiều lần so với nhiên liệu hydrocarbon thông thường. Tốc độ cháy tầng của amonia khá thấp, chỉ khoảng 0.015 đến 0.08 m/s. Điều này dẫn đến nguy cơ cháy không kiệt hoặc bỏ lửa khi động cơ vận hành ở tốc độ cao. Nếu chỉ nạp amonia đơn thuần, buồng cháy động cơ nén cháy không thể tự kích nổ ổn định. Do đó, hệ thống bắt buộc phải dùng một lượng diesel nhỏ phun mồi để kích hoạt phản ứng cháy. Tuy nhiên, sự xuất hiện của nguyên tử nitơ trong cấu trúc phân tử amonia lại làm gia tăng nguy cơ hình thành oxit nitơ (NOx) qua cơ chế Zeldovich mở rộng. Ngoài ra, lượng amonia chưa cháy thoát ra ống xả có thể gây mùi độc hại và ô nhiễm môi trường. Việc giải quyết mâu thuẫn giữa giảm bồ hóng và hạn chế khí phát thải độc hại đòi hỏi phải kiểm soát chính xác tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu.

2.1. Thách thức về nhiệt độ tự cháy và tốc độ lan truyền lửa

Amonia có các đặc tính hóa lý khác biệt so với nhiên liệu hóa thạch. Nhiệt trị thấp của amonia chỉ đạt khoảng 18.6 MJ/kg, bằng một nửa so với dầu diesel. Nhiệt lượng bay hơi cao của amonia lỏng dễ làm giảm nhiệt độ buồng cháy khi bốc hơi. Quá trình làm nguội này cản trở phản ứng tự cháy của hỗn hợp hòa khí. Giới hạn bắt cháy của amonia trong không khí khá hẹp, dao động từ 15% đến 28% theo thể tích. Thời gian trễ cháy kéo dài khiến áp suất cực đại xuất hiện muộn trong kỳ giãn nở. Hiện tượng này làm sụt giảm công suất và hiệu suất nhiệt của động cơ. Giải pháp phun diesel mồi là điều kiện bắt buộc để cung cấp nguồn nhiệt kích nổ hỗn hợp.

2.2. Cơ chế hình thành khí thải NOx và bồ hóng

Cơ chế tạo thành phát thải trong động cơ nhiên liệu kép diễn ra rất phức tạp. Khi amonia thay thế diesel, hàm lượng carbon trong buồng đốt giảm mạnh. Nhờ đó, lượng bồ hóng và khí CO2 phát thải giảm đáng kể. Tuy nhiên, sự xuất hiện của nitơ liên kết trong amonia làm tăng quá trình oxy hóa tạo ra NOx. Quá trình sinh NOx nhiệt diễn ra theo cơ chế Zeldovich mở rộng ở vùng nhiệt độ cao. Đồng thời, các gốc hóa học chứa nitơ cũng thúc đẩy phản ứng tạo NOx nhiên liệu. Nếu nhiệt độ cháy quá thấp, phản ứng phân hủy amonia diễn ra không triệt để. Hệ quả là xuất hiện hiện tượng rò rỉ amonia gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc cân bằng phát thải NOx và bồ hóng là một bài toán tối ưu hóa quan trọng.

III. Phương pháp mô phỏng amonia diesel bằng AVL Boost tại SPKT

Quy trình nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM triển khai trên mô hình động cơ Isuzu 4JJ1. Đây là loại động cơ diesel 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng, trang bị tăng áp turbocharger và làm mát khí nạp. Nhóm nghiên cứu tiến hành số hóa toàn bộ hệ thống động cơ trên giao diện AVL Boost. Các phần tử bao gồm đường ống nạp, cổ góp, buồng cháy và bộ xử lý khí thải được liên kết theo cấu trúc thực tế. Amonia được cấp vào đường ống nạp thông qua vòi phun đa điểm để hòa trộn đều với không khí. Dầu diesel được phun trực tiếp vào buồng đốt ở cuối kỳ nén nhằm kích hoạt quá trình cháy. Mô hình cháy Vibe hai vùng được thiết lập để mô tả quá trình giải phóng nhiệt của hòa khí kép. Các phương trình động học Zeldovich mở rộng được áp dụng để dự đoán chính xác lượng NOx hình thành. Mô hình muội than dựa trên tốc độ cháy khuếch tán được tích hợp để đánh giá phát thải bồ hóng. Dữ liệu mô phỏng được hiệu chỉnh và đối chiếu cẩn thận với thông số thử nghiệm ban đầu của động cơ Isuzu 4JJ1.

3.1. Thiết lập mô hình động cơ Isuzu 4JJ1 trên AVL Boost

Quá trình thiết lập mô hình 1D bắt đầu từ việc thu thập thông số chuẩn của động cơ Isuzu 4JJ1. Đường kính xi lanh, hành trình piston và tỷ số nén được nhập chính xác vào phần mềm. Hệ thống nạp gồm bầu lọc gió, máy nén khí turbo và két làm mát trung gian. Đường ống xả gồm tuabin tăng áp và đường xả khí thải. Cổ góp nạp được thiết kế phân phối đều hòa khí tới từng buồng đốt. Thời điểm đóng mở xupap được số hóa theo biên dạng cam thực tế. Tốc độ trục khuỷu và điều kiện nạp xả được cố định để đối chiếu. Mô hình phản ánh chuẩn xác chu trình nhiệt động học trước khi thử nghiệm hòa trộn amonia.

3.2. Cấu hình hòa trộn nhiên liệu kép và mô hình cháy

Cấu hình nhiên liệu kép được thiết lập với hai đường cấp riêng biệt. Hệ thống cấp amonia dạng khí vào đường ống nạp trước xupap. Tỷ lệ hòa trộn amonia được kiểm soát theo năng lượng thay thế từ 10% đến 40%. Vòi phun diesel nguyên bản giữ vai trò mồi lửa kích hoạt với lượng phun giảm tương ứng. Mô hình cháy Vibe mô tả tốc độ tỏa nhiệt dựa trên dữ liệu chuẩn. Các phản ứng hóa học trung gian được xử lý qua cơ chế động học chi tiết. Mô hình NOx theo Zeldovich mở rộng giúp ghi nhận sự biến thiên phát thải độc hại. Mô hình oxy hóa muội than đánh giá mức độ suy giảm bồ hóng theo góc quay trục khuỷu. Toàn bộ tham số được tinh chỉnh bám sát thực tế buồng đốt.

IV. Ứng dụng động cơ nhiên liệu kép amonia diesel từ mô phỏng AVL

Kết quả mô phỏng trên phần mềm AVL Boost chứng minh tính khả thi cao của hệ thống nhiên liệu kép amonia - diesel. Khi thay thế khoảng 20% đến 30% năng lượng diesel bằng amonia, lượng phát thải CO2 và bồ hóng giảm rõ rệt. Động cơ Isuzu 4JJ1 vẫn duy trì công suất và mô-men xoắn ở mức ổn định trong vùng tải trung bình. Mặc dù lượng phát thải NOx có xu hướng tăng cục bộ, vấn đề này hoàn toàn có thể khắc phục bằng hệ thống khử xúc tác chọn lọc SCR sẵn có. Nghiên cứu mở ra triển vọng ứng dụng to lớn cho các phương tiện vận tải thương mại cỡ lớn, tàu thủy nội địa và máy phát điện công nghiệp. Đây là những lĩnh vực khó điện hóa hoàn toàn bằng pin lithium trong tương lai gần. Đồ án tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã cung cấp nguồn tài liệu học thuật giá trị. Dữ liệu tính toán nhiệt động học là nền tảng đáng tin cậy để chế tạo bộ kít chuyển đổi nhiên liệu thực tế. Công trình khẳng định bước tiến quan trọng trong lộ trình xanh hóa động cơ đốt trong tại Việt Nam.

4.1. Tiềm năng ứng dụng thực tế trên phương tiện vận tải

Công nghệ nhiên liệu kép amonia - diesel mang tính ứng dụng thực tiễn cao trong giao thông vận tải. Các phương tiện tải nặng và tàu thủy khó chuyển sang dùng pin do khối lượng ắc quy quá lớn. Việc hoán cải động cơ diesel sang dùng hỗn hợp amonia giúp tận dụng hệ thống truyền động sẵn có. Giải pháp này tiết kiệm chi phí chuyển đổi cho doanh nghiệp. Amonia dễ hóa lỏng ở nhiệt độ thường dưới áp suất khoảng 8.5 bar, thuận tiện cho việc lưu trữ. Quy trình tiếp nạp amonia tương tự khí hóa lỏng LPG. Do đó, việc xây dựng hạ tầng trạm tiếp nhiên liệu có tính khả thi kỹ thuật cao. Kết quả mô phỏng cung cấp cơ sở để chế tạo hệ thống điều khiển ECU kép.

4.2. Khuyến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp theo

Đề tài từ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra nhiều định hướng nghiên cứu chuyên sâu. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung kiểm soát hiện tượng rò rỉ khí amonia ở các chế độ tải thấp. Việc tối ưu hóa góc phun mồi diesel và thời điểm nạp amonia cần được khảo sát thực nghiệm trên bệ thử động lực học. Hệ thống xử lý khí xả SCR cần được tích hợp đồng bộ để xử lý triệt để phát thải NOx. Ngoài ra, giải pháp phun trực tiếp amonia lỏng ở áp suất cao HPDI là một hướng đi hứa hẹn nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt. Sự phối hợp giữa mô phỏng số AVL Boost và thử nghiệm thực tế sẽ hoàn thiện công nghệ thương mại hóa động cơ nhiên liệu kép.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, các nghiên cứu được thực hiện trong và ngoài nước, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và bố cục đề tài. Chương 2: Tổng quan tài liệu: Trong chương này, bước đầu tiên là tìm hiểu về nhiên liệu Diesel, NH3, nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 kỳ, từ đó tìm hiểu về sử dụng nhiên liệu kép NH3-Diesel và các tỉ lệ pha trộn nhiên liệu. Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Trong chương này, tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, các tính năng, tính ứng dụng của phần mềm AVL BOOST. Từ đó tiến hành mô phỏng với động cơ ISUZU TC 4JJ1 có dung tích động cơ 3.0L kết hợp với nhiên liệu kép Diesel – NH3 và xuất dữ liệu.

Chương 4: Mô phỏng động cơ Diesel – NH3 : Tiến hành phân tích kết quả mô phỏng được dựa trên các hệ số hiệu suất của động cơ như công suất, mô-men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu, mức phát thải động cơ. Chương 5: Kết luận và đề nghị: Sau khi đưa ra kết quả đưa ra kết luận chính cho nghiên cứu và đề xuất cải tiến và hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tính chất vật lý và hóa học của nhiên liệu diesel Diesel là loại nhiên liệu được dùng phổ biến trong đời sống và sản xuất hiện nay, đặc biệt trong bối cảnh nước ta đang bước vào thời kỳ hội nhập mới.

Vì vậy việc ứng dụng động cơ sử dụng nhiên liệu diesel vào sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và vận tải hàng hóa ngày càng trở nên phổ biến và cấp thiết. Diesel là một hỗn hợp cấu thành từ nhiều hydrocarbon, đa số gồm các phân tử có cấu tạo từ 10 đến 22 nguyên tử carbon với công thức tổng quát là CnH2n+2. Các phân tử hydrocarbon trong dầu diesel có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm mạch thẳng (n-paraffin), mạch nhánh (iso-paraffin) và mạch vòng (cycloparaffin). Sự đa dạng này góp phần tạo nên các đặc tính đặc trưng của dầu diesel như khả năng cháy, độ nhớt và điểm đông đặc.

Trong dầu diesel có 4 loại hydrocarbon chính: Paraffin (Ankane): Đây là nhóm hydrocarbon bão hòa, có công thức chung là CnH2n+2. Có cả paraffin mạch thẳng và mạch nhánh, chiếm phần lớn tỷ lệ trong dầu diesel.1: Cấu trúc Paraffin Naphthene (Cycloankane): Là hydrocarbon có một phần nguyên tử carbon sắp xếp thành mạch vòng. Các napthene trong nhiên liệu diesel thường có vòng gồm năm hoặc sáu nguyên tử carbon, có công thức hóa học tổng quát là CnH2n.2: Cấu trúc Naphthenes 7 Olefin (Ankene): Olefin có cấu trúc tương tự paraffin nhưng có ít nguyên tử hydro hơn và chứa ít nhất một liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon. Olefin hiếm khi xuất hiện trong dầu thô mà chúng được hình thành thông qua một số quá trình lọc dầu nhất định.

Olefin có công thức hóa học tương tự naphthene là CnH2n.3: Cấu trúc Olefin Aromatic: Đây là nhóm hydrocarbon chứa vòng benzen, có công thức chung là CnH2n-6, aromatic có thể làm tăng một số đặc tính của dầu diesel tuy nhiên cũng gây ra một số vấn đề về khí thải. Tính chất vật lý và hóa học của diesel theo TCVN 5689:2005 Hình 2.4: Cấu trúc Aromatic Bảng 2.1: Tính chất hóa lý của Diesel Tên chỉ tiêu Mức Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max 0.25%S Chỉ số Cetane, min 46 Nhiệt độ cất, 90% thể tích, max 360 Điểm chớp cháy cốc kín, độ C, min 55 Độ nhớt động học ở 40 độ C, mm2/s 2 – 4.5 Cặn carbon của 10% cặn chưng cất, % khối lượng, max 0.3 Hàm lượng tro, % khối lượng, max 0.01 Hàm lượng nước, mg/kg, max 200 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max 10 Ăn mòn mảnh đồng ở 50 độ C, 3 giờ, max Loại 1 8 Khối lượng riêng ở 15 độ C, kg/m3 820 – 860 Độ bôi trơn, micro-met, max 460 Ngoại quan Sạch, trong Điểm đông đặc, độ C, max +6 2. Lịch sử hình thành và nghiên cứu về nhiên liệu NH3 Ammonia (NH₃) được biết đến từ rất sớm trong lịch sử khoa học, ban đầu được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp phân bón, hóa chất và điện lạnh. Tuy nhiên, tiềm năng sử dụng NH₃ như một nhiên liệu thay thế đã được đề xuất từ giữa thế kỷ 20 và đang ngày càng được quan tâm trong bối cảnh toàn cầu hóa phát triển năng lượng sạch.

Năm 1943, trong Thế chiến II, Bỉ đã sử dụng ammonia làm nhiên liệu thay thế cho xe buýt, do khan hiếm dầu diesel. Đây được xem là ứng dụng sớm nhất của NH3 trong lĩnh vực giao thông vận tải. Thập niên 1960–1980, một số nghiên cứu đầu tiên bắt đầu đánh giá hiệu suất đốt cháy và phát thải khi sử dụng NH₃ làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong và tua-bin khí. Từ những năm 2000 đến nay, xu hướng nghiên cứu về nhiên liệu không chứa carbon và nhiên liệu sạch thay thế dầu mỏ đã thúc đẩy hàng loạt đề tài nghiên cứu về NH₃.

Trong đó, mô hình nhiên liệu kép Diesel–NH₃ trở nên nổi bật vì tận dụng được khả năng tự cháy của diesel để hỗ trợ quá trình đốt cháy NH₃ vốn có tốc độ phản ứng thấp. Hiện nay, các trung tâm nghiên cứu lớn như: • Tokyo Institute of Technology (Nhật Bản). • University of Nottingham (Anh). • và Sandia National Laboratories (Mỹ).

Đều có các dự án nghiên cứu sử dụng NH₃ cho các hệ thống động cơ, tua-bin, và pin nhiên liệu. Đồng thời, nhiều công ty công nghiệp lớn như MAN Energy Solutions, Wärtsilä và Toyota cũng đang thử nghiệm hoặc thương mại hóa các công nghệ liên quan đến nhiên liệu ammonia. 9 Tương lai của nhiên liệu NH3 Với sự quan tâm ngày càng tăng đối với các nguồn tài nguyên tái tạo, ammonia hiện đang được công nhận vì vai trò đầy hứa hẹn của nó. Ammonia vẫn đang truyền cảm hứng cho nhiều công nghệ năng lượng xanh khác nhau, vừa là một loại nhiên liệu để tạo ra điện và nhiệt, vừa được sử dụng trong các động cơ đốt sạch.

Đáng chú ý, các sản phẩm phụ duy nhất của quá trình cháy chỉ có nito và nước. Bên cạnh đó, ammonia còn thu hút sự quan tâm trên toàn cầu với vai trò là chất mang hydro an toàn, hỗ trợ cho nền kinh tế hydro đang phát triển – được thúc đẩy bởi năng lượng tái tạo thông qua xúc tác và quá trình chuyển hóa hydro xanh từ điện phân nước thành nhiên liệu. So với các phương pháp lưu trữ hydro khác, tính hóa lỏng của ammonia cho phép lưu trữ, vận chuyển và phân phối một lượng lớn hydro một các an toàn cho các lĩnh vực kinh tế có khả năng sử dụng nó. Hiện nay, nhiều công ty trên thế giới đang nỗ lực phát triển các ý tưởng này thành một hệ sinh thái công nghệ năng lượng ammonia không carbon.

Tại UAE, ammonia hiện được sản xuất trong các khu phức hợp công nghiệp như nhà máy Fertil Ruwais Complex và Dubi Chem. Một hạ tầng năng lượng ammonia tích hợp bao gồm: tổng hợp điện hóa và cải tạo xúc tác ammonia thành hydro xanh; sử dụng ammonia làm nhiên liệu cho động cơ ô tô, xe tải, nông nghiệp, hàng hải và đường sắt; làm nguyên liệu đầu vài cho pin nhiên liệu để tại ra điện không carbon; là nguồn năng lượng nhiệt trong các hệ thống sưởi tập trung; và thậm chí dùng để tái chế rác thải nhựa thông qua quá trình khí hóa bằng hơi nước, oxy hoặc không khí để tại ra hydro phục vụ sản xuất ammonia. Tính chất vật lý và hóa học của NH3 Ammonia là một hợp chất hóa học vô cơ của nito và hydro với công thức NH 3. Được cấu tạo từ 3 nguyên tử Hidro và một nguyên tử Nito, liên kết giữa Nito và Hydro trong phân tử NH3 là liên kết cộng hóa trị, có độ bền khá cao trong điều kiện bình thường.5: Cấu trúc phân tử NH3 Tính chất vật lý Ammonia thông thường tồn tại ở dạng khí, không màu và có mùi hôi đặc trưng.

Khi ammonia bị đun nóng đến mức phân hủy, nó sẽ thải ra khí độc và nitơ oxit. Ammonia có thể gây chết người nếu có nồng độ cao, ở một số quốc gia, nó được phân loại là một chất cực kỳ nguy hiểm. Ammonia có độ nhớt thấp, điều này có khả năng mang lại lợi ích cho quá trình nguyên tử hóa nhiên liệu và hình thành giọt trong quá trình phun nhiên liệu ở áp suất cao. Ammonia có mật độ cao gấp 0,589 lần không khí, với khối lượng phân tử của NH3 là 17g/mol, nhẹ hơn không khí có khối lượng phân tử 29g/mol.

Khối lượng của một phân tử NH3 tại áp suất tiêu chuẩn 1atm là 0,769kg/m3, với tỷ lệ giãn nở thể tích 850 đến 1000 lần. Ở nhiệt độ -33oC, NH3 có khối lượng riêng là 681kg/m3. Phân tử NH3 có cặp electron tự do và liên kết N-H bị phân cực nên nó rất dễ bị hóa lỏng và tồn tại ở dạng dung dịch. Trong nước, amonia hòa tan 47% ở 0 °C; 38% ở 15 °C; 34% ở 20 °C; 31% ở 25 °C; 28% ở 30 °C; 18% ở 50°C.

Dung dịch ammonia có độ pH lớn hơn 11 vì có tính bazơ. Dung dịch ammonia sôi ở điểm sôi 33,34oC, có điểm nóng chảy là -77,7oC, NH3 khí có nhiệt độ tự cháy là 650oC. Nhiệt động lực học và tính chất cháy của NH3 được thể hiện dưới bảng sau: Bảng 2.2: Nhiệt động lực học và tính chất cháy của NH3 Thông số Amonia Diesel Công thức hóa học NH3 C14H30 11 Khối lượng phân tử (kg/kmol) 17.4 Mật độ ở 15oC và 1bar (kg/m3) 0.07137 243 Chỉ số Cetane 0 51 HHV (MJ/kg-fuel) 22.5 Tỷ lệ khối lượng không khí /nhiên liệu 6.6 Hàm lượng hydro (wt%) 17.6 15 Hàm lượng cacbon (wt%) 82.4 850 Tính chất hóa học Khi NH3 hòa tan với nước thì một phần nhỏ phân tử ammonia kết hợp với H+ của nước tạo thành cation anion và giải phóng anion. Khi đó nước đóng vai trò như một axit.

Dung dịch NH3 là một hợp chất có tính bazơ kém bền, nên nó mang đầy đủ tính chất hóa học của một bazơ yếu. Khi hòa tan trong nước, NH₃ nhận proton (H+) từ phân tử nước, tạo thành ion amoni (NH₄+) và ion hydroxide (OH-). Phản ứng này được thể hiện như sau: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- (2.1) Dù NH3 có khả năng tạo ra OH- trong dung dịch, nhưng khả năng này không mạnh mẽ như các bazơ mạnh như NaOH hay KOH. Lý do NH3 là một bazơ yếu là vì phản ứng này chỉ xảy ra một phần, và phần lớn phân tử NH3 vẫn tồn tại dưới dạng phân tử không bị ion hóa trong dung dịch.

Tính chất hóa học của NH3 là có tính khử. 12 Nó là hợp chất kém bền với nhiệt nên dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.