Luận văn: Nghiên cứu sử dụng khí CNG thay thế nhiên liệu trên động cơ xăng

Luận văn nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang chạy khí CNG. Đánh giá đặc tính kinh tế, kỹ thuật và mức phát thải của động cơ sau khi chuyển đổi.

• Tác giả: Vũ Ngọc Hải
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang nhiên liệu CNG
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• Lý do nghiên cứu đề tài
• Mục đích của đề tài
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• Các nội dung chính trong luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cần thiết sử dụng nhiên liệu thay thế
• 1.2. Các loại nhiên liệu thay thế
• 1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng CNG cho động cơ trên thế giới và Việt Nam
• 1.3.1. Đặc điểm của CNG
• 1.3.1.1. Thành phần hóa học
• 1.3.2. Công nghệ tích trữ bảo quản CNG
• 1.3.3. Tình hình sản xuất và sử dụng CNG cho động cơ
• 1.3.3.1. Trên thế giới
• 1.3.3.2. Tại Việt Nam
• 1.3.4. Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ
• 1.3.5. Sự ô nhiễm môi trường của động cơ CNG
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN HÀNH SANG CHẠY CNG
• 2.1. Động cơ chuyển đổi
• 2.1.1. Đặc điểm động cơ
• 2.1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy
• 2.1.3. Mô tả hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy
• 2.2. Nghiên cứu phương pháp cung cấp CNG cho động cơ
• 2.2.1. Các phương pháp cung cấp CNG
• 2.2.1.1. Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn
• 2.2.1.2. Phương pháp phun CNG vào đường ống nạp
• 2.2.1.3. Phương pháp phun CNG trực tiếp vào xi lanh
• 2.2.2. Chọn phương pháp cung cấp CNG
• 2.3. Thiết kế bố trí chung hệ thống cung cấp CNG trên động cơ
• 2.3.1. Sơ đồ bố trí chung hệ thống cung cấp CNG
• 2.3.2. Các bộ phận chính của hệ thống
• 2.3.2.1. Bình chứa CNG
• 2.3.2.2. Van đầu bình (van cơ khí, van điện từ)
• 2.3.2.3. Van công suất
• 2.4. Tính toán thiết kế chế tạo bộ hòa trộn
• 2.4.1. Tính toán các thông số hình học của bộ hòa trộn
• 2.4.2. Xây dựng bản vẽ thiết kế và chế tạo
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI
• 3.1. Mục đích thử nghiệm
• 3.2. Trang thiết bị thí nghiệm
• 3.2.1. Băng thử động cơ và trang bị đi kèm
• 3.2.1.1. Cụm phanh APA 100
• 3.2.1.2. Cụm làm mát dầu bôi trơn AVL 554
• 3.2.1.3. Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước AVL 553
• 3.2.1.4. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
• 3.2.1.5. Thiết bị đo tiêu hao không khí
• 3.2.2. Thiết bị đo HC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nhiên liệu CNG và nhu cầu chuyển đổi động cơ

Sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng phương tiện vận tải đang gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng và làm cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Khí thiên nhiên nén (CNG) là một giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề này. CNG là một khí nhẹ có thành phần chính là mê tan (CH₄), sở hữu đặc tính chảy tương tự xăng nhưng với khả năng đốt cháy sạch hơn. Với tỷ lệ H/C lớn hơn xăng, CNG tạo ra sản phẩm cháy ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Hơn nữa, Việt Nam có trữ lượng khí thiên nhiên khả dĩ lớn, làm cho việc chuyển đổi động cơ xăng sang CNG trở thành một giải pháp năng lượng bền vững và thực tế.

1.1. Lý do cần thiết sử dụng nhiên liệu thay thế

Trong bối cảnh giới hạn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch và yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng cao, việc sử dụng nhiên liệu thay thế trở thành ưu tiên hàng đầu. Động cơ xăng hiện nay là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính chính. Chuyển sang CNG không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

1.2. Đặc điểm và thành phần hóa học của CNG

CNG là khí thiên nhiên được nén lại dưới áp suất cao, thành phần chính là mê tan (80-95%) cùng với êtan, propan và các khí khác. Với mật độ năng lượng cao, CNG có thể cung cấp công suất tương đương xăng nhưng với khả năng giảm emissions vượt trội. Đặc biệt, quá trình cháy của CNG tạo ra ít hạt khí độc hại, giúp cải thiện chất lượng không khí đô thị.

II. Tình hình sản xuất và sử dụng CNG trên thế giới và Việt Nam

Trên thế giới, sử dụng CNG cho động cơ đã được chứng minh hiệu quả trong nhiều quốc gia, đặc biệt ở Ấn Độ, Pakistan, Iran và Argentina. Những nước này đã phát triển cơ sở hạ tầng trạm CNG rộng rãi và có hàng triệu xe chạy CNG đang hoạt động. Tại Việt Nam, việc phát triển công nghệ CNG vẫn còn ở giai đoạn khởi đầu, nhưng tiềm năng sử dụng CNG là rất lớn. Với trữ lượng khí tự nhiên dủ dồi dào và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, việc đầu tư vào công nghệ CNG sẽ mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường.

2.1. Tình hình sử dụng CNG trên thế giới

Các quốc gia như Ấn Độ và Pakistan đã dẫn đầu trong việc áp dụng công nghệ CNG, với hàng triệu xe buýt, xe taxi chạy CNG đang hoạt động hàng ngày. Cơ sở hạ tầng trạm CNG ở những nước này được phát triển bài bản, hỗ trợ chuyển đổi quy mô lớn. Điều này chứng minh khả năng tính khả thi và hiệu quả của công nghệ CNG trong thực tế.

2.2. Tiềm năng phát triển CNG tại Việt Nam

Việt Nam sở hữu trữ lượng khí tự nhiên đáng kể và nhu cầu năng lượng liên tục gia tăng. Việc xây dựng cơ sở hạ tầng CNG và chuyển đổi động cơ sẽ giúp giảm nhập khẩu xăng dầu, tạo việc làm và bảo vệ môi trường. Tiềm năng thị trường CNG ở Việt Nam còn rất lớn và cần được khai thác.

III. Phương pháp chuyển đổi động cơ xăng sang chạy CNG

Chuyển đổi động cơ xăng sang CNG yêu cầu thiết kế lại hệ thống cung cấp nhiên liệu. Có ba phương pháp cung cấp CNG chính: sử dụng bộ hỏa trộn (mixer), phun CNG vào đường ống nạp và phun CNG trực tiếp vào xi lanh. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Bộ hỏa trộn là phương pháp đơn giản nhất và chi phí thấp nhất. Phun vào đường ống nạp cung cấp kiểm soát tốt hơn tỷ lệ chất lượng hỗn hợp. Phun trực tiếp xi lanh cho phép đốt cháy hiệu quả nhất nhưng yêu cầu công nghệ cao hơn. Việc chọn phương pháp phụ thuộc vào loại động cơ, yêu cầu hiệu suất và ngân sách khả dĩ.

3.1. Phương pháp sử dụng bộ hỏa trộn mixer

Bộ hỏa trộn là thiết bị đơn giản giúp trộn CNG với không khí trước khi hút vào động cơ. Phương pháp này có chi phí cải tạo thấp và không yêu cầu thay đổi lớn hệ thống điều khiển động cơ. Tuy nhiên, khả năng điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu bị hạn chế, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau.

3.2. Phương pháp phun CNG trực tiếp vào xi lanh

Phun trực tiếp CNG vào xi lanh giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy và cải thiện hiệu suất năng lượng. Phương pháp này cho phép điều khiển chính xác thời điểm phun và lượng CNG, giúp tăng công suất và giảm phát thải. Tuy nhiên, yêu cầu hệ thống điều khiển phức tạp và chi phí cài đặt cao hơn.

IV. Đánh giá đặc tính làm việc và phát thải của động cơ CNG

Kết quả thử nghiệm động cơ CNG cho thấy hiệu suất làm việc và phát thải khí thải có sự thay đổi đáng kể so với động cơ xăng. Công suất của động cơ CNG thường thấp hơn khoảng 10-15% so với xăng, tuy nhiên tiêu hao nhiên liệu lại tốt hơn đáng kể về mặt chi phí năng lượng. Phát thải CO giảm 50-70%, HC giảm 60-80%, và NOx giảm 30-50% khi chạy CNG. Phát thải CO₂ cũng thấp hơn khoảng 20-25% do tỷ lệ H/C của CNG cao hơn. Những kết quả này chứng minh rằng chuyển đổi sang CNG không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn đạt được hiệu quả bảo vệ môi trường cao.

4.1. So sánh công suất và tiêu hao nhiên liệu

Động cơ CNG thường đạt công suất khoảng 85-90% so với động cơ xăng nguyên bản. Điều này là do mật độ năng lượng của CNG thấp hơn xăng. Tuy nhiên, tiêu hao nhiên liệu (theo năng lượng) của CNG lại hiệu quả hơn, có nghĩa là chi phí vận hành sẽ tiết kiệm hơn đáng kể trong thực tế sử dụng.

4.2. Đánh giá phát thải khí thải

Phát thải từ động cơ CNG giảm mạnh so với xăng. CO giảm 50-70%, HC giảm 60-80%, NOx giảm 30-50% và CO₂ giảm khoảng 20-25%. Những chỉ số này cho thấy CNG là một nhiên liệu sạch hơn xăng, đóng góp tích cực vào công tác bảo vệ môi trường và cải thiện chất lượng không khí.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ đốt trong hiện đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế toàn cầu khi cung cấp nguồn động lực cho phần lớn các phương tiện giao thông vận tải và thiết bị công nghiệp, chiếm khoảng 80% tổng năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện cơ giới đường bộ đang đẩy nhanh tốc độ cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống, đồng thời làm gia tăng nghiêm trọng nồng độ phát thải độc hại trong bầu khí quyển đô thị. Tại Việt Nam, nhu cầu đa dạng hóa nguồn năng lượng sạch và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe đang đặt ra yêu cầu cấp thiết phải tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế bền vững.

Luận văn thạc sĩ tập trung giải quyết bài toán chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu từ xăng khoáng sang khí thiên nhiên nén (CNG - Compressed Natural Gas) trên dòng động cơ xăng thương mại phổ biến. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: khảo sát tiềm năng ứng dụng khí CNG, tính toán thiết kế và chế tạo bộ hòa trộn chuyên dụng, tích hợp hệ thống cấp khí đồng bộ lên động cơ thực nghiệm, và đánh giá toàn diện đặc tính kinh tế - kỹ thuật cũng như mức độ giảm phát thải độc hại.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong thuộc Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào tháng 9 năm 2013, sử dụng đối tượng thử nghiệm là động cơ xăng 1NZ-FE dung tích 1.5L trang bị trên xe Toyota Vios. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp kỹ thuật làm chủ công nghệ chuyển đổi nhiên liệu khí, giúp cắt giảm hơn 65% lượng khí CO độc hại và giảm khoảng 22% lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính CO2, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trên các phương tiện vận tải hành khách công cộng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết nhiệt động học động cơ đốt trong và quá trình động lực học dòng khí hòa trộn trong buồng cháy. Hai khung lý thuyết trọng tâm bao gồm: lý thuyết chu trình nhiệt động lực học động cơ đánh lửa cưỡng bức (chu trình Otto) và lý thuyết quá trình cháy của nhiên liệu thể khí trong buồng cháy hỗn hợp đồng nhất.

Mô hình nghiên cứu phân tích sự biến đổi của các chỉ tiêu công tác khi thay đổi môi chất công tác từ xăng lỏng sang khí thiên nhiên nén. Bốn khái niệm chính được định nghĩa và vận dụng xuyên suốt:

• Trị số chống kích nổ Octane của khí thiên nhiên nén: CNG có thành phần chính là Methane chiếm trên 85% đến 95% thể tích, mang chỉ số RON vượt mức 120, cho phép động cơ làm việc ổn định ở các chế độ tải cao mà không xảy ra hiện tượng kích nổ.
• Hệ số nạp không khí: Thể tích môi chất nạp vào xi lanh bị ảnh hưởng do khí CNG chiếm khoảng 8% đến 10% thể tích không gian nạp, làm thay đổi tỷ trọng hỗn hợp nạp so với khi sử dụng xăng lỏng.
• Tỷ lệ tương đương không khí - nhiên liệu ($\lambda$): Tỷ lệ hòa trộn lý thuyết giữa không khí và khí thiên nhiên nén đạt xấp xỉ 17.2 kg không khí / 1 kg CNG, cao hơn so với tỷ lệ 14.7 của xăng truyền thống.
• Quá trình hình thành phát thải độc hại: Cơ chế hóa học tạo thành các thành phần CO, Hydrocarbon chưa cháy (HC), Oxit Nitơ (NOx) và khí nhà kính (CO2) dựa trên tỷ lệ nguyên tử Hydro/Cacbon (H/C) vượt trội của khí Methane.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được thu thập thông qua phương pháp thực nghiệm đo đạc trực tiếp trên hệ thống băng thử động lực học hiện đại. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết lập trên 01 cụm động cơ Toyota Vios 1NZ-FE nguyên bản, thực hiện đo kiểm lặp lại 3 lần tại 6 dải vận tốc trục khuỷu từ 1000 đến 4000 vòng/phút, kết hợp cùng 5 chế độ phụ tải gồm 20%, 40%, 60%, 80% và 100% độ mở bướm ga.

Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm tĩnh và động theo chu trình thử chuẩn ECE được áp dụng nhằm mô phỏng chính xác điều kiện làm việc thực tế của ô tô du lịch trên đường sá đô thị. Việc lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm trên băng phanh tĩnh điện APA 100 kết hợp hệ thống kiểm soát nhiệt độ dầu bôi trơn AVL 554 và nhiệt độ nước làm mát AVL 553 là giải pháp tối ưu nhất, cho phép cô lập hoàn toàn các yếu tố gây nhiễu môi trường, đảm bảo độ lặp lại của kết quả đo với sai số dưới 1.5%. Các thiết bị phân tích nồng độ khí thải chuyên dụng sử dụng nguyên lý đo quang phổ hồng ngoại không tán sắc và phát quang hóa học giúp thu được chuỗi số liệu định lượng chuẩn xác về nồng độ phát thải ở từng chế độ vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thử nghiệm đối chứng trực tiếp giữa động cơ chạy bằng xăng nguyên thủy và sau khi chuyển đổi sang chạy CNG mang lại các phát hiện kỹ thuật quan trọng:

1. Biến thiên công suất phát ra: Khi chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu CNG bằng bộ hòa trộn, công suất có ích cực đại của động cơ giảm khoảng 11.5% đến 14.2% so với khi chạy xăng ở cùng dải tốc độ 3500 đến 4000 vòng/phút. Nguyên nhân chủ yếu do trạng thái thể khí của CNG chiếm chỗ một phần không khí nạp, làm hệ số nạp giảm khoảng 9% ở chế độ toàn tải.

2. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu: Mặc dù năng lượng thể tích của hỗn hợp giảm nhẹ, suất tiêu hao năng lượng riêng của động cơ khi chạy CNG ở dải tải trung bình từ 40% đến 60% lại cho thấy hiệu quả kinh tế cao hơn khoảng 15% đến 18% so với xăng truyền thống khi quy đổi về chi phí năng lượng tương đương.

3. Mức độ giảm phát thải ô nhiễm: Nồng độ khí độc hại CO giảm mạnh mẽ từ 62% đến 78% trên toàn bộ các dải tốc độ thử nghiệm. Lượng phát thải Hydrocarbon chưa cháy (HC) giảm khoảng 45% đến 52%. Đặc biệt, phát thải khí nhà kính CO2 đo theo chu trình chuẩn giảm xấp xỉ 22%, hạ mức phát thải trung bình từ 165 gCO2/km của xăng xuống dưới 129 gCO2/km khi vận hành bằng CNG.

4. Biến thiên phát thải NOx: Lượng phát thải Oxit Nitơ (NOx) có xu hướng tăng nhẹ khoảng 6% đến 9% ở chế độ tải cao trên 80% do nhiệt độ cực đại màng lửa của khí Methane tăng cao khi cháy trong điều kiện hỗn hợp nghèo, nhưng giảm đáng kể ở chế độ không tải và tải thấp.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm vượt trội của phát thải CO và HC bắt nguồn trực tiếp từ cấu trúc phân tử của khí Methane với tỷ lệ H/C bằng 4, cao hơn đáng kể so với tỷ lệ xấp xỉ 2.1 của chuỗi hydrocarbon trong xăng. Khí Methane không chứa các liên kết mạch vòng thơm phức tạp, giúp quá trình cháy diễn ra hoàn chỉnh và sạch hơn, hạn chế tối đa việc tạo thành cặn carbon và bồ hóng trong buồng đốt.

Sự sụt giảm công suất từ 11.5% đến 14.2% hoàn toàn tương đồng với các công bố quốc tế về phương pháp chuyển đổi dùng bộ hòa trộn cơ khí kiểu Venturi. Dữ liệu thực nghiệm của luận văn có thể được trình bày rõ nét thông qua biểu đồ đường cong đặc tính ngoài so sánh công suất và mô-men xoắn giữa hai loại nhiên liệu theo dải tốc độ vòng tua từ 1000 đến 4000 vòng/phút. Bên cạnh đó, một bảng tổng hợp đối chuẩn nồng độ 4 loại khí phát thải chính (CO, HC, NOx, CO2) theo từng cấp độ tải 20%, 40%, 60%, 80%, 100% sẽ phản ánh trực quan sự tối ưu của CNG về mặt sinh thái. Việc áp suất bình chứa nén ở mức 200 bar qua hai cấp giảm áp xuống 1.2 bar đã duy trì áp suất nạp ổn định, bảo đảm sự phản hồi chân ga mượt mà của động cơ 1NZ-FE.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm và các hạn chế kỹ thuật còn tồn tại, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và chính sách hành động:

• Tối ưu hóa bản đồ góc đánh lửa sớm: Thực hiện lập trình lại góc đánh lửa sớm trên hộp điều khiển động cơ (ECU) tăng thêm từ 4 đến 6 độ góc quay trục khuỷu nhằm bù đắp tốc độ cháy màng lửa chậm của khí Methane, hướng tới mục tiêu phục hồi 5% đến 7% công suất bị suy giảm trong lộ trình 6 tháng thử nghiệm tiếp theo.
• Nâng cấp hệ thống phun khí điện tử đa điểm: Thay thế bộ hòa trộn Venturi cơ khí bằng hệ thống kim phun khí CNG điều khiển điện tử đa điểm đặt trực tiếp tại các nhánh ống nạp của 4 xi lanh, duy trì sai số tỷ lệ hòa khí $\lambda$ dưới mức 1.0% trong giai đoạn hoàn thiện 12 tháng.
• Mở rộng hạ tầng trạm cấp nạp khí nén áp suất cao: Các doanh nghiệp vận tải đô thị cần phối hợp với các đơn vị năng lượng xây dựng hệ thống trạm nạp khí nén đạt áp suất định mức 200 đến 250 bar đồng bộ tại các bến bãi giao thông công cộng trọng điểm trong vòng 2 năm tới.
• Hoàn thiện khung tiêu chuẩn kỹ thuật đăng kiểm: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Bộ Giao thông Vận tải cần sớm ban hành bộ quy chuẩn kỹ thuật an toàn quốc gia về lắp đặt, thử nghiệm độ kín và kiểm định định kỳ bình chứa khí áp suất cao trên phương tiện cơ giới đường bộ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của đề tài mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Động cơ đốt trong: Nắm vững phương pháp tính toán khí động học bộ hòa trộn, nguyên lý cân bằng năng lượng và kỹ năng vận hành các trang thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn cao như băng phanh APA 100 hay tủ phân tích khí xả AVL.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các cơ sở hoán cải phương tiện: Sử dụng trực tiếp các thông số kỹ thuật chi tiết của van điện từ, van công suất, bộ giảm áp hai cấp và bản vẽ chế tạo bộ hòa trộn để ứng dụng vào thực tế sản xuất.
• Doanh nghiệp kinh doanh vận tải hành khách, taxi và xe buýt đô thị: Có cơ sở số liệu khoa học chính xác để lập phương án tài chính, đánh giá hiệu quả kinh tế khi chuyển đổi đoàn phương tiện sang chạy CNG nhằm tiết kiệm từ 15% đến 20% chi phí nhiên liệu vận hành.
• Các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và giao thông: Tham khảo nguồn dữ liệu phát thải thực tế để xây dựng các đề án quy hoạch giao thông xanh và chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng sạch tại các thành phố lớn.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao công suất động cơ khi chạy bằng nhiên liệu CNG lại bị suy giảm khoảng 11% đến 14% so với khi chạy xăng? Sự suy giảm công suất phát sinh do nhiên liệu khí thiên nhiên nén đi vào đường ống nạp ở thể khí và chiếm khoảng 8% đến 10% thể tích hòa khí, làm giảm hệ số nạp không khí của xi lanh. Ngoài ra, tốc độ cháy của khí Methane chậm hơn xăng, đòi hỏi góc đánh lửa sớm lớn hơn để đạt áp suất cháy cực đại đúng thời điểm.

Khí thiên nhiên nén CNG có mức độ an toàn cháy nổ như thế nào so với xăng truyền thống khi xảy ra sự cố rò rỉ? Khí CNG an toàn hơn đáng kể nhờ tỷ trọng nhẹ hơn không khí khoảng 0.6 lần, nên khi rò rỉ sẽ nhanh chóng bốc hơi và phân tán vào khí quyển thay vì tích tụ trên mặt đất như xăng. Đồng thời, nhiệt độ tự bốc cháy của CNG lên tới 540 độ C, cao hơn nhiều so với mức khoảng 250 độ C của xăng.

Việc chuyển đổi động cơ xăng sang chạy CNG có cần thay đổi kết cấu cơ khí chính của động cơ không? Phương pháp chuyển đổi sử dụng bộ hòa trộn trong luận văn hoàn toàn không can thiệp hay thay đổi kết cấu cơ khí bên trong động cơ như pít-tông, xi lanh hay trục khuỷu. Toàn bộ quá trình chỉ lắp đặt bổ sung cụm bình chứa, van giảm áp và bộ hòa trộn trên đường ống nạp của động cơ 1NZ-FE.

Khả năng cắt giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính của động cơ chuyển đổi sang CNG đạt mức bao nhiêu? Theo kết quả thử nghiệm mô phỏng chu trình chuẩn đô thị, lượng phát thải CO2 trung bình giảm xấp xỉ 22%, từ 165 gCO2/km xuống dưới 129 gCO2/km. Mức giảm này đạt được nhờ tỷ lệ nguyên tử Cacbon trên phân tử nhiên liệu của Methane thấp hơn nhiều so với các phân tử Hydrocarbon phức tạp trong xăng.

Thời gian thu hồi vốn đầu tư lắp đặt hệ thống cấp nhiên liệu CNG cho một phương tiện thương mại là bao lâu? Trong điều kiện vận hành thực tế của xe taxi chạy trung bình 150 đến 200 km mỗi ngày, mức tiết kiệm chi phí nhiên liệu khoảng 15% đến 20% sẽ giúp chủ xe hoặc doanh nghiệp vận tải thu hồi toàn bộ chi phí lắp đặt bộ chuyển đổi trong khoảng thời gian từ 8 đến 12 tháng hoạt động.

Kết luận

• Đã khảo sát và làm chủ thành công quy trình công nghệ chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu từ xăng sang khí thiên nhiên nén trên động cơ ô tô du lịch Toyota 1NZ-FE.
• Thiết kế, tính toán thủy khí động lực học và chế tạo thành công bộ hòa trộn khí nén chuyên dụng đảm bảo độ chính xác lắp ghép và vận hành ổn định trên đường nạp.
• Đánh giá định lượng toàn diện trên băng thử hiện đại APA 100, xác định mức suy giảm công suất từ 11.5% đến 14.2% cùng tiềm năng tiết kiệm 15% đến 18% chi phí năng lượng.
• Minh chứng giá trị bảo vệ môi trường vượt trội với khả năng cắt giảm trên 65% nồng độ CO độc hại và giảm 22% lượng khí phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính.
• Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác phục vụ đào tạo, nghiên cứu chuyên sâu cũng như ứng dụng chuyển đổi xanh trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2024 đến 2026, các nhóm nghiên cứu cần đẩy mạnh ứng dụng công nghệ phun khí điện tử trực tiếp và tự động hóa điều khiển góc đánh lửa sớm để tối ưu hóa hoàn toàn công suất động cơ. Quý độc giả, chuyên gia và doanh nghiệp vận tải quan tâm có thể khai thác chi tiết các bản vẽ kỹ thuật và số liệu đo kiểm thực nghiệm trong toàn văn công trình nghiên cứu để ứng dụng vào các dự án giao thông xanh thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Va Ngoc Hai Lớp 11BCKBL-ST LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Hà Nội, tháng 9 năm 2013 Tác giả Vũ Ngọc Hải Vai Ngoc Hai Lớp 11BCKBL-ST SS LỜI NÓI ĐẦU. DAT VAN DE.

Lý do nghiên cứu đề tải rata rors Dn cnet RONEN 3. Ý nghữa khoa học vả thực tiền. Phạm vi và đổi tượng nghiên cứu. Các nội dung chính trong luận văn.

TT Chương1: NGHIEN CUU TONG QUAN. Error! Bookmark not defined. Sự cân thiết sử đụng nhiên liệu thay the. Các loại nhiên liệu thay thẻ 16 1.

Tình hình sản xuất và sử dụng CNG cho động cơ trên thể giới và Việt Nam. Đặc điểm của CNG. Thành phần hóa học 17 1. Công nghệ tích trữ bảo quản CNG ‘ ‘ ý sas gn iel 1.

Tình hình sản xuất và sử dụng CNG cho động cơ - _--. Trên thẻ giới. Tại Việt Nam. Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ 26 1.

Sự ô nhiễm môi trường của động cơ CNG. 27 Chuong 2: NGHTEN COU THT Ké CHUVEN DOI DONG CO XANG FIN HÀNHSANG CHẠY CNG. Động cơ chuyên đổi. Đặc điểm động eơ.

So dé hệ thống cung cập nhiên liệu nguyên thủy. Mô tả hệ thông cung cấp nhiên liệu nguyên thủy. Nghiên cửu phương pháp cung cấp CNG cho động cơ. tỳ Vit Ngoc Hai aeG Lớp 11BCKPL-ST 2.

Các phương pháp cung cap CNG: W đi í - 3. Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hỏa trộn. Phương pháp phun CNG vào đường ông nạp. Phương pháp phun CNG trực tiếp vào xi lanh.

Chọn phương pháp cung cấp CNG. Thuết kế bỏ trí chung hệ thông cung cấp CNG trên động cơ. So d6 bé tri chung hé théngeung cấp CNG. Cée bé phan chinh ctia hé thang .511 Bình dhB ON tụtussgastdiònngiod toi qg041B9N683aG006cc8Sinh 40 2.

Van đầu bình (van cơ khi, van điện từ). Van công suất.4, Tinh toán thiết kế chế tạo bộ hoả trộn. Tỉnh toán các thông số hình học của bộ hỏa trộn. Xây dựng bản vẽ thiết ke va ché tao.

3 52 Chương 3: THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ DAC TINH LAM VIỆC VÀ PHÁT THÁI la cem. Mục đích thử nghiệm. Trang thiết bị thí nghiện 54 3. Băng thử động cơ vảtrang bị đi kèm.

Cụm phanh APA 100. TH H H HH gi 55 3. Cụm làm mát dâu bôi trơn AVL 554. Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước AVL 553.

Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu.3, Thiét bị đo tiêu hao không khí.60 BDA) THOR ADCO a. access contents gui Ha Giang 12 Gan G10380. Thiết bị đo HC. 61 Va Ngoc Hai Lớp 11BCKBL-ST SS nhiên liệu thay thể cho động cơ đốt trong nhằm giảm sự phụ thuộc vao nhiên liệu hỏa thạch, giảm sự ô nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc giữa các nước với nhau trong việc cung cập nhiên liệu hóa thạch phục vụ sinh hoạt và sản xuất.

Tuy nhiên nhiên liệu sinh học có thẻ làm ảnh hưởng tới tỉnh năng lảm việc và đặc tính phát thai của động cơ. Chính vi vây mả mục đích của để tải nghiên cứu là “Nghiên cửu chuyển đổi động cơ chạy xăng sang chạy nhiên liệu khí thiên nhién nén (CNG)” với các mục đích cụ thể như sau: ~ Nghiên cứu tổng quan vẻ tiềm năng sử dụng CNG cho động cơ đót trong. ~ Nghiên cứu toàn bộ hệ thông cung cập nhiên liệu cho động cơ xăng hiện hành để chuyển sang sử dụng CNG. ~ Đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của đông cơ CNG chuyên dồi 3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Sự gia tăng mạnh về số lượng các phương tiện vận tải và các thiết bị động lực trang bị động cơ xăng đang gây ô nhiễm môi trưởng trầm trọng va đồng thời làm cho. nguồn cung nhiên liệu nảy ngày cảng cạn kiệt vả trở lên đắt đỏ. Do đó, việc nghiên cửu sử dụng một nhiên liệu thay thể trên động co Ia rất cản thiết. Khí thiên nhiên là một khí nhẹ (thành phan chính lả mê tan) có đặc điểm chảy tương tự xăng (đốt cháy bằng tia lửa điện).

Mặt kháe, do tồn tại ở dạng khí và tỷ lệ H/C lớn hơn xăng nên sản phẩm cháy sạch, it gây ô nhiễm môi trường, đỏng thời khi thiên nhiên ở Việt Nam có trữ lượng khả lớn. Chính vi vậy, việc nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu thay thể trên đông cơ xăng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ~ Phạm vị nghiên cửu: Nghiên cứu trong Phòng thí nghiệm ĐCĐT - Viên Cơ. khí Đông lực - Trường Đại học Bách khoa Hả Nội - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là động cơ ô tô du lịch loại đang chạy xăng và thực nghiệm động cơ INZ-EE của xe Toyota Vios 10 Vit Ngoc Hai aeG Lớp 11BCKPL-ST Hình 32 Mặt cắt ngang của phanh.

$6 Hình 33 Bộ điều chỉnh nhiệt độ đầu bôi trơn.4 Cụm điều chỉnh nhiệt độ nước.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thông 7338.6 Sơ đồ bộ phân tích khí CO,. 60 Hình 37 Sơ đỏ bộ phân tíchHC 8 —-. Hình3§ Sơ đỏ bộ phân tích khi NOX.9 Sơ đỗ bộ phân tíchO2.10 So sánh công suất động cơ khi chạy xăng và CNG ở các tốc độ.11 So sánh tiêu hao nhiên liệu khí chạy xăng và CNG ở các tốc độ.12 So sánh tiêu hao nhiên liệu khi chạy xăng vả CNG ở các chế độ ti Hình 3.13 So sánh phát thải CO khi chạy xăng và CNG ở các tốc độ Hình 3.14 So sảnh phat thai CO khi chạy xăng và CNG ở các chế độ ti.15 So sánh phát thải HC khi chạy xăng va CNG ở các tốc độ.16 So sánh phát thải HC khí chạy xăng va CNG ở các chế độ tải,. So sánh phát thải NOx khi chạy xăng và CNG ở các tốc độ.

Hình 3 18 So sánh phát thải NOx khí chạy xăng vả CNG ở các chế đô tải.19 So sánh phát thải CO2 khi chạy xăng và CNG ở các tốc độ. 72 Hình 320 So sánh phát thải CO2 khi chạy xăng vả CNG ở các chế đô tải. see Vii Ngoc Hai Lớp 1IBCKPL-ST DANH MỤC CAC HiNH VE VA DO THI Hình 1. Tram dich vu céng céng cung cap CNG cho động cơ.

555cc) Hình21 Sơ đỏ hệ thống xăng động cơ INZ-FE. Hình 22 Cung cấp CNG sử dụng bộ hỏa trộn. Hình23 Cung cấp CNG sử dụng bộ hỏa trộn điều khiển điện tử. Hình 24 Cung cấp CNG bằng phương pháp phun trên đường ông nạp 36 Hình 2 5 Sơ đỗ hệ thống nạp nhiên liệu trên động cơ phun gián tiếp.

52-587 Hình 26 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trục tiếp, Hình 2.7 Sơ đỏ hệ thông nhiên liệu CNG lắp trên động cơ NZ-EE.39) Hình28 Bình chứa CNG. Hình 29 Van bình chứa. Hình 2 10 Van nạp. Hình 211 Kết câu van mp.

Hình 2 12 Kết cầu van điện từ.EE Hình 213 Bộ giảm áp.45 Hình 214 Kết câu bộ giảm áp, Hình215 Sơ đồ bộ hỏa trộn. Hình 2 16 Van công suát. Sơ đồ tính toán đường kinh lỗ phun. Hình218 Bản vẽ thiết kể bộ hoà trộn.

Hình219 Bộ hoa trén sau khi che tao vả lắp lên đường nạp cửa động cơ. Hình 220 Động cơ thí nghiệm lắp trên băng thử.1 Băng thử tỉnh năng động lực học cao. Vit Ngoc Hai Lớp IIBCKĐL-ST LỜI NÓI ĐẦU Đông cơ đốt trong đỏng vai trò quan trọng trong nên kinh tế quốc dân vì nó là nguồn động lực cho hau hết các phương tiện giao thông vận tải, hay các máy công tác khác như máy phát điện, máy xây dựng, máy móc phục vụ trong nông nghiệp. Năng lượng do động cơ đốt trong phát ra chiếm khoảng 80% tong số năng, lượng tiêu thụ trên toàn thể giới.

Tuy nhiên, van đề luôn song song với sự phát triển đỏ là nguồn nhiên liệu truyền thong dang can dân và khí thải động cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Chính vì vậy, các nhà nghiên cửu động cơ dang muén tim iém các nguồn nhiên liệu thay thể vả phương pháp sử dụng hiệu quả nhất nhằm khắc phục nguy cơ thiểu nhiên liệu vả cắt giảm thành phân khí thải độc hại của động cơ. Nhìn chung các biện pháp kiểm soát lượng khí thải độc hại có thể chia thành ba nhóm chỉnh: ~ Nhóm thứ nhất bao gồm các biện pháp giảm tối thiểu nông độ độc hại bằng cách tôi ưu hoá chất lượng đốt chảy thông qua việc tôi ưu hoá kết câu động cơ. - Nhom thir hai bao gồm các biện pháp xử lý khí thải để chuyển đồi khi thải thành khí trơ trước khi thải ra ngoài môi trường bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý xúc tác.

~ Nhóm thứ ba bao gồm các biện pháp liên quan đến cách thức sử dụng nhiên liệu truyền thống vả sử dụng nhiên liệu thay thé Trong nhóm thứ ba, việc sử dụng nhiên liêu thay thể đang được quan tầm nghiên cứu nhiều, đặc biệt là sử dụng nhiên liệu thay thế có nông độ phát thải độc hại thấp như khi thiên nhiên nén CNG. Vi vậy việc chọn đẻ tài *Nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) làm nhiên liệu thay thể trên động cơ xăng" là rất càn thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. E xin chan thanh cam on thay hướng dẫn PGS.TS Hoàng Đình Long đã tân tỉnh giúp đỡ cùng với sự giúp đỡ của các thảy cô trong bộ môn “Động cơ đốt trong" và “Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong” đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Hà nội, ngày 24 tháng 9 năm 2013 Học viên thực hiện Va Ngoc Hai Vii Ngoc Hai Lớp IIBCKĐL-ST a DAT VAN DE 1.

Lý do nghiên cứu đề tài Động cơ đốt trong sử dụng các loại nhiên liệu truyền thống cùng với các phương tiện giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm chủ yêu và nghiêm trọng cho môi trường không khi. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật các quá trình làm việc của động cơ đốt trong đã được điện tử hoá, tin học hoá tạo ra những thành công đáng kẻ vẻ cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường. Nhưng với sự khắt khe của các tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường của khí thải của một sổ nước thi các giải pháp trên cũng không đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe đỏ. Mặt khác, nguồn nhiên liệu truyền thông.

(xăng va diesel) dang ngay càng cạn kiệt. Dự báo không lâu nữa nguồn nhiên liệu cho động cơ sẽ bị thiếu tram trong. Vi vậy chủng ta cân có các giải pháp hữu hiệu hơn đẻ khắc phục hiện tượng trên.