Nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí cng cho động cơ k20z2 trên xe ô tô honda civic 2 0 i vtec

Nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí cng cho động cơ k20z2 trên xe ô tô honda civic 2 0 i vtec Nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí cng cho động cơ k20z2 trên xe ô tô honda civic 2 0 i vtec luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO ĐỘNG CƠ K20Z2 TRÊN XE Ô TÔ HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC.

Người hướng dẫn: PGS.TS DƯƠNG VIỆT DŨNG Sinh viên thực hiện: TRẦN SỸ VŨ

TÓM TẮT

Tên đề tài: Nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ K20Z2 trên xe ô tô Honda Civic 2.0 i-VTEC

Sinh viên thực hiện: Trần Sỹ Vũ

Số thẻ sinh viên: 103150261 Lớp: 15C4VA

Đồ án tốt nghiệp gồm các chương sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí trong động cơ đốt trong và giới thiệu

về động cơ K20Z2 trên xe ô tô Honda Civic 2.0 i.VTEC

Chương 2: Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ lắp trên ô tô Honda Civic i.VTEC

Chương 3: Tính toán nhiệt động cơ

Chương 4: Các triệu chứng hư hỏng của hệ thống nhiên liệu CNG và biện pháp khắc phục

Kết luận

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lớp: 15C4VA Khoa: Cơ khí Giao thông Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

Nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ K20Z2 lắp trên xe ô

tô HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí trong động cơ đốt trong và giới thiệu về động cơ K20Z2 lắp trên xe HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC

HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC

- Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

10 Bản vẽ kết cấu bộ hòa trộn 1/A3

6 Họ tên người hướng dẫn: PGS TS Dương Việt Dũng

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2020

8 Ngày hoàn thành đồ án: 26/06/2020

Đà nẵng, ngày 25 , tháng 06 ,năm 2020

PGS TS Dương Việt Dũng PGS TS Dương Việt Dũng

i

LỜI NÓI ĐẦU

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 yếu và nghiêm trọng cho môi trường không khí Hiện nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật các quá trình làm việc của động cơ đốt trong đã được cải tiến một cách mạnh mẽ tạo ra những thành công đáng

kể về 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 đối với khí thải động cơ của một số nước thì các giải pháp trên cũng không đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe đó

Vì vậy chúng ta cần có các giải pháp hữu hiệu hơn để khắc phục vấn đề trên Một trong các giải pháp đó là sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” ít gây ô nhiễm để thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống

Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ ô nhiễm bầu khí quyển như hiện nay, việc ứng dụng CNG vào các phương tiện vận tải là một thiết yếu nhằm đa dạng hoá nguồn nhiên liệu và giải quyết hữu hiệu vấn để ô nhiễm môi trường do các phương

tiện vận tải gây ra, chính vì lẽ đó mà em đã chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu và tính toán hệ

thống cung cấp khí CNG cho động cơ K20Z2 lắp trên xe ô tô HONDA CIVIC 2.0 VTEC’’ để giải quyết các vấn đề trên

I-Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu khảo sát thiết kế, do thời gian và khả năng hiểu biết còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Và đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Dương Việt Dũng, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà nẵng, ngày 25, tháng 06, năm 2020

Sinh viên thực hiện

Trần Sỹ Vũ

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan những nội dung trong tập đồ án này là do chính em thực hiện và được sự hướng dẫn của thầy giáo PGS TS Dương Việt Dũng Các nội dung, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu có trong nội dung được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình

Sinh viên thực hiện

Trần Sỹ Vũ

iii

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ K20Z2 TRÊN XE Ô TÔ HONDA CIVIC 2.0 I.VTEC 2

1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền thống 2

1.2 Giới thiệu về khí nén thiên nhiên 3

1.2.1 Nguồn gốc, quá trình khai thác và xử lý khí 3

1.2.2 Tính chất của khí CNG 3

1.3 Các phương pháp cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong 6

1.3.1 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất 6

1.3.2 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy 7

1.3.3 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp 8

1.3.4 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn 9

1.4 Giới thiệu về Honda Civic 2.0 i.VTEC 11

1.5 Giới thiệu về động cơ K20Z2 14

1.6 Các cơ cấu chính trong động cơ K20Z2 16

1.6.1 Cơ cấu phân phối khí 16

1.6.2 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền 18

1.6.3 Hệ thống nhiên liệu 19

1.6.4 Hệ thống bôi trơn 20

1.6.5 Hệ thống làm mát 21

1.6.6 Hệ thống đánh lửa 21

1.6.7 Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR) 22

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC 25

2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG 25

2.2 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp khí CNG 27

2.2.1 Bình chứa CNG 27

2.2.2 Van bình chứa 28

2.2.3 Van điện từ 29

2.2.4 Van nạp 31

2.2.5 Bộ hòa trộn 31

2.2.6 Cơ cấu tiết lưu 36

2.2.7 Ziclơ mạch công suất 37

2.2.8 Bộ giảm áp 38

2.2.9 Van công suất 40

2.2.10 Van không tải 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ 42

3.1 Tính toán nhiệt khi động cơ dùng xăng 42

3.1.1 Các số liệu ban đầu 42

3.1.2 Các thông số chọn 42

3.1.3 Tính toán các chu trình công tác 43

3.2 Tính toán nhiệt khi động cơ dùng nhiên liệu CNG 50

3.2.1 Các thông số ban đầu 50

3.2.2 Các thông số chọn 51

3.2.3 Tính toán các chu trình công tác 51

Chương 4: CÁC TRIỆU CHỨNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG CNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 60

4.1 Sơ đồ bố trí 60

4.2 Các triệu chứng hư hỏng của hệ thống nhiên liệu CNG và biện pháp khắc phục 62

4.2.1 Động cơ khó hoặc không khởi động được 62

4.2.2 Động cơ mất công suất ở tốc độ cao, gia tốc kém 62

4.2.3 Tiêu thụ nhiều nhiên liệu 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

v

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Danh sách bảng

Bảng 1.1 Thành phần CNG 4

Bảng 1.2 So sánh đặc tính của CNG với xăng 4

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic 2.0 i-VTEC 12

Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật của động cơ K20Z2 15

Bảng 1.5 Đường kính tiêu chuẩn cổ pittông 18

Bảng 1.6 Khe hở cho phép của các xécmăng 18

Bảng 1.7 Đường kính cổ trục 19

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG 28

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của van bình chứa 29

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của van điện từ 30

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của van nạp 31

Bảng 2.5 Bảng giá trị an 34

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của bộ giảm áp 40

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của van công suất 41

Bảng 3.1 Thông số ban đầu 42

Bảng 3.2 Thông số chọn 42

Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố C, H, O trong nhiên liệu xăng 44

Bảng 3.4 Bảng hệ số tổn thất dựa vào các loại động cơ 49

Bảng 3.5 Thông số ban đầu 50

Bảng 3.6 Thông số chọn 51

Danh sách hình Hình 1.1 Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn kết hợp van tiết lưu 6

Hình 1.2 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp 7

Hình 1.3 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp 9

Hình 1.4 Cung cấp khí CNG sử dụng bộ hòa trộn 10

Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể xe Honda Civic 2.0 i-VTEC 11

Hình 1.6 Động cơ K20Z2 15

Hình 1.7 Sơ đồ bố trí các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí 17

Hình 1.8 VTEC hoạt động ở tốc độ cao 17

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền 18

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng động cơ K20Z2 20

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý mạch dầu bôi trơn 20

Hình 1.12 Sơ đồ bố trí các chi tiết trong hệ thống làm mát 21

Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ K20Z2 22

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) 24

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xăng động cơ K20Z2 25

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG trên động cơ K20Z2 26

Hình 2.3 Bình chứa CNG 28

Hình 2.4 Kết cấu van bình chứa 28

Hình 2.5 Kết cấu van điện từ 29

Hình 2.6 Kết cấu van nạp 31

Hình 2.7 Kết cấu bộ hòa trộn 32

Hình 2.8 Các loại bộ hòa trộn 33

Hình 2.9 Bộ hòa trộn trực giao 33

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán đường kính lỗ phun 36

Hình 2.11 Kết cấu tiết lưu 37

Hình 2.12 vẽ các chi tiết của mạch công suất 37

Hình 2.13 Kết cấu ziclơ mạch công suất 38

Hình 2.14 Bộ giảm áp 39

Hình 2.15 Kết cấu bộ giảm áp 39

Hình 2.16 Kết cấu van công suất 40

Hình 2.17 Kết cấu van không tải 41

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu khi CNG trên ô tô HONDA CIVIC 2.0 i.VTEC 60

Hình 4.2 Sơ đồ gá đặt bình chứa trên xe 62

ưu tiên sử dụng là các loại nhiên liệu có mức phát thải độc hại thấp, trữ lượng lớn, giá thành rẻ và có thể sử dụng dễ dàng trên các động cơ hiện hành mà không cần phải thay đổi nhiều về kết cấu Có thể kể ra một số loại nhiên liệu thay thế điển hình như hydro, khí hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG), cồn, công nghệ pin nhiên liệu, năng lượng điện, năng lượng mặt trời … Trong số các nhiên liệu này, CNG là một nhiên liệu đáp ứng được các yêu cầu nói trên nên rất có tiềm năng để sử dụng làm nhiên liệu thay thế trên động cơ đốt trong

Mục tiêu của đề tài

Ngoài mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm môi trường, làm phong phú nguồn nhiên liệu dùng cho các phương tiện giao thông vận tải, đề tài còn hướng tới mục tiêu sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu sạch và làm chủ công nghệ chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng CNG

Cấu trúc của đề tài

Đề tài là nghiên cứu và tính toán hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ K20Z2 lắp trên xe ô tô HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC Đi từ tìm hiểu tổng quan về hệ thống cung cấp khí cho động cơ đốt trong Đến giới thiệu động cơ K20Z2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG cho động cơ K20Z2 Tính toán nhiệt động cơ K20Z2 khí dùng xăng và khi dùng CNG Tìm hiểu các hư hỏng, cách phục trên hệ thống Cuối cùng là kết luận đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ K20Z2 TRÊN

XE Ô TÔ HONDA CIVIC 2.0 I.VTEC

1.1 Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền thống

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầu hỏa, còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụng đến

và phải đem đi đổ ở một nơi thật xa Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và kỹ thuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con người đã tìm cách để sử dụng xăng và dầu diesel cho động cơ đốt trong, loại động cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn Cùng với những khám phá khoa học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu diezel đã thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự không ai có thể phủ nhận được Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm

ưu thế hoàn toàn Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của dầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thế giới Nhưng theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của Trái Đất cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa

Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt trong đem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây

là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên liệu thay thế

Những loại nhiên liệu có thể dùng thay thế cho xăng và dầu diesel là:

- Những khí thiên nhiên: CNG, LNG

- Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)

- Cồn Ethanol

Khí thiên nhiên có thể chứa trong bình nhiên liệu của ô tô ở hai dạng:

- Dạng khí ở nhiệt độ môi trường và áp suất cao

Trong đồ án này, chủ yếu nghiên cứu nhiên liệu thiên nhiên ở dạng khí ở nhiệt độ môi trường và áp suất cao CNG (Compressed Natural Gas)

1.2 Giới thiệu về khí nén thiên nhiên

1.2.1 Nguồn gốc, quá trình khai thác và xử lý khí

Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp trầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt độ đã chuyển hoá các chất hữu cơ này thành khí thiên nhiên Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocacbon này thường được tìm thấy cùng nhau trong các bể chứa ngầm tự nhiên Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ

và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên Do các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, cả dầu mỏ và khí thiên nhiên vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng tạo ra Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp đá không thấm (đá không xốp), các lớp đá này được gọi là đá “mũ chụp” Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu

mỏ, do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ Lớp khí này được gọi là “mũ chụp khí” Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan là thành phần chính của khí thiên nhiên Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường bị phân tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí mêtan trong tầng than đá

1.2.2 Tính chất của khí CNG

a Thành phần hóa học

Khí nén CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên được nén dưới áp suất nhất định (205 ÷ 275 bar) Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được bao gồm phần lớn là các hydrocacbon (hợp chất hoá học chứa cacbon và hyđrô) Cùng với

than đá và dầu mỏ, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên có thể chứa

propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng thế giới Khí thiên nhiên

(N2) Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ

0 TSOT của CNG cao hơn so với xăng, trong động cơ chuyên dụng, công suất, tính gia tốc và tốc độ tiết kiệm của ô tô CNG tốt hơn ô tô dùng động cơ xăng Do quá trình cháy của CNG có đặc điểm sạch hơn, nên ô tô sử dụng động cơ CNG hoạt động hiệu quả hơn so với ô tô xăng, làm tăng tuổi thọ cho ô tô Ở những ô tô làm việc nặng thì động cơ sử dụng CNG sẽ ít ồn hơn so với động cơ diesel

Mặc dù CNG là khí đốt, nhưng phạm vi cháy hẹp, làm cho nó là nhiên liệu an toàn Mức độ an toàn của ô tô CNG ngang hàng với ô tô xăng Khi bị tràn ra ngoài do tai nạn, thì CNG không gây hại cho đất và nước, nó không độc Khả năng phân tán của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm cháy nổ liên quan đến xăng

CNG thương phẩm ổn định hơn xăng thương phẩm CNG thường có giá thấp hơn

từ 15 ÷ 40% so với xăng hoặc diesel CNG phải nạp lại nhiên liệu nhiều hơn, bởi lẽ năng lượng tạo ra chỉ bằng khoảng 1/4 năng lượng so với xăng cùng thể tích Thêm nữa, ô tô CNG có giá khoảng 3500 ÷ 6000 USD cao hơn khi sử dụng động cơ xăng cho ô tô này Ô tô CNG được sử dụng và sản xuất ngày càng tăng và giá ô tô giảm là điều được mong đợi

Nhìn chung, động cơ dùng CNG có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt động trong thành phố hay vùng ven đô thị, những khu vực mà tình trạng ô nhiễm môi trường

do phương tiện vận hành gây ra ngày càng trở nên trầm trọng Ở một số khu vực trên thế giới, người ta đã bắt đầu sử dụng CNG 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 dùng nhiên liệu khí

Sự phát triển CNG có thể diễn ra với một số điều kiện Trước hết nhiên liệu này cần cho thấy được tính ưu việt chắc chắn so với những nhiên liệu đang cạnh tranh như nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Mặt khác, người ta chỉ tiếp tục nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí nếu như những giải pháp kĩ thuật về xử lí ô nhiễm khí xả động cơ nhiên liệu lỏng không cải thiện được so với yêu cầu của luật môi trường Cuối cùng, như những nhiên liệu khác, sự thâm nhập của CNG đòi hỏi:

- Chính sách thuế khuyến khích người sử dụng

- Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp CNG cho ô tô

- Giải quyết vẫn đề tâm lý của người sử dụng liên quan đến tính an toàn của ô tô dùng CNG

1.3 Các phương pháp cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong

CNG được cung cấp vào động cơ ở dạng khí Hệ thống phun nhiên liệu khí vào đường nạp nhờ độ chân không tại họng Venturi của bộ hòa trộn được dùng phổ biến nhất Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang được nghiên cứu áp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn như phun khí trên đường nạp và đặc biệt là phun khí trực tiếp vào buồng đốt

1.3.1 Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất

Khi bật khoá điện, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện từ mở

ra cho khí CNG nén từ bình chứa áp suất cao đến bộ giảm áp, tại bộ giảm áp áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc khoảng 0,8 ÷1,5 bar, sau đó nhiên liệu được qua bộ lọc trước khi đi vào van tiết lưu, van tiết lưu được điều khiển tự động bởi

bộ vi xử lý, lưu lượng CNG cung cấp được khống chế bởi bộ giảm áp, tiết diện lưu thông của van tiết lưu và độ chân không ở ống venturi, tiết diện lưu thông của van tiết lưu được điều khiển tương ứng với phần trăm vị trí bướm ga thông qua cảm biến vị trí bướm ga Nhiên liệu đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy

Hình 1.1 Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn kết hợp van tiết lưu và van công suất 1: Van nạp; 2: Bình chứa; 3: Van bình chứa; 4: Đồng hồ đo áp suất; 5: Van điện từ; 6: Công tắc; 7: Bộ giảm áp; 8: Lọc CNG; 9: Lọc không khí; 10: Bộ hòa trộn; 11:

Khí CNG không những chỉ định lượng bởi độ chân không trong ống venturi mà còn bởi sự thay đổi độ tiết lưu trên đường nạp, sự điều chỉnh mức độ tiết lưu trên

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 7

đường nạp được thực hiện nhờ bộ vi xử lí chuyên dụng nhận tín hiệu từ các cảm biến Khi sử dụng bộ hòa trộn công suất của động cơ giảm đi khoảng (5-8)% do tổn thất lượng không khí nạp tại họng và do CNG chiếm chỗ

1.3.2 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồng cháy

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp hoạt động tương tự như hệ thống phun gián tiếp chỉ có khác là nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong buồng cháy của động cơ

Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm vì nó cho phép đồng thời làm giảm mức

độ gây ô nhiễm và làm tăng tính kinh tế của động cơ Phun trực tiếp CNG vào buồng cháy cho phép kết hợp các ưu điểm của khí thiên nhiên và quá trình cháy của hỗn hợp nghèo phân lớp Mặt khác, hệ thống phun CNG còn thừa hưởng ưu thế của nhiên liệu nén ban đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao Động cơ có thể hoạt động không có tổn thất hệ số nạp và ở điều kiện hỗn hợp nghèo Nhược điểm chính của hệ thống này là đòi hỏi kĩ thuật chế tạo và điều chỉnh chính xác hệ thống phun vì vậy đắt tiền

Hình 1.2 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp

1: Bình chứa CNG; 2: Van nạp; 3: Máy đo áp suất; 4: Lọc CNG; 5: Van 1 chiều; 6: Vòi phun CNG; 7: Bugi đánh lửa; 8: Cuộn dây cao áp; 9: Cảm biến ô xy; 10: Cảm biến tốc độ; 11: Cảm biến nước làm mát; 12: Cảm biến bướm ga; 13: Cảm biến áp suất khí nạp; 14: Bầu lọc khí; 15: Công tắc đánh lửa; 16: Công tắc CNG; 17: Ắc quy

1.3.3 Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp

Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar Khi bật khoá điện khởi động động cơ, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện từ mở ra cho CNG nén từ bình chứa đến bộ giảm áp Tại bộ giảm áp, áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc, sau đó nhiên liệu qua bộ lọc áp suất thấp trước khi dẫn đến vòi phun Vòi phun được bộ vi xử lý điều khiển một cách tự động, thời gian phun được điều khiển tương ứng tỷ lệ với phần trăm vị trí tay ga thông qua cảm biến vị trí tay ga Bộ xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG Hệ thống phun CNG trên đường nạp bao gồm các hệ thống cơ bản sau

Hệ thống cung cấp CNG: Gồm bình chứa , van điện từ , bộ điều hoà áp suất, vòi phun CNG Do đặc thù riêng của nhiên liệu CNG nên áp suất cần thiết để cung cấp nhiên liệu đến vòi phun là 5 bar để tránh hiên tượng hoá hơi trên đường ống nhiên liệu

Vì hoạt động của hệ thống nhiên liệu ở áp suất cao nên vấn đề an toàn của hệ thống được đặt lên hàng đầu

Hệ thống điều khiển gồm các cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của động cơ, ECU xử lý các thông tin nhận được từ các cảm biến và phát tín hiệu điều khiển đến các vòi phun CNG để điều khiển thời gian mở vòi phun cung cấp CNG Các tín hiệu điều khiển tới vòi phun là các xung thời gian có độ dài tương ứng tỷ lệ với lượng CNG cần phun vào ống góp nạp Các loại cảm biến trong hệ thống gồm: Cảm biến vị trí tay ga, cảm biến tốc độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, cảm biến nồng độ Oxy…Đồng thời trong bộ vi xử lý có bổ sung thêm cảm biến đo áp suất bình chứa nhiên liệu CNG, từ đó tín hiệu được ECU xử lý phát tín hiệu điều khiển tới vòi phun

Hệ thống phun CNG trên đường nạp cho phép cải thiện được tính năng của động

cơ và mức độ phát ô nhiễm Khác với bộ hòa trộn, hệ thống này phun nhiên liệu dưới

áp suất khoảng 5 bar Điều này cho phép cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác theo chế độ làm việc của động cơ Mặt khác do không có họng venturi nên hệ số nạp được cải thiện đáng kể Phun nhiên liệu CNG được thực hiện theo phương án riêng rẽ nên giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiện được sự đồng đều nhiên liệu cung cấp cho các xi lanh của động cơ Việc khống chế lưu lượng CNG nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ bộ vi xử lí

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 9

Hình 1.3 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp 1: Van nạp; 2: Van bình chứa; 3: Bình chứa; 4: Đồng hồ đo áp suất; 5: Van điện từ; 6: Công tắc; 7: Bộ giảm áp; 8: Lọc CNG; 9: Lọc không khí; 10: Vòi phun CNG;

1.3.4 Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn

Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí sử dụng bộ hòa trộn có nhiều dạng khác nhau, nhưng đối với CNG thường sử dụng dạng sơ đồ sau

Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar, khi khởi động động cơ van bình sẽ mở ra cho nhiên liệu CNG đi vào bộ giảm áp Tại bộ giảm áp, áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc, nhờ độ chân không ở họng venturi thấp hơn áp suất khí trời nên CNG được hút vào đường nạp, lưu lượng CNG cung cấp được khống chế bởi bộ giảm áp và độ chân không ở họng ống venturi, nhiên liệu CNG

đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy

Bộ hòa trộn kiểu họng Venturi được sử dụng phổ biến cho tất cả những loại nhiên liệu khí (CNG, LPG, LNG, ) vì việc hòa trộn đơn giản, phù hợp đối với nhiên liệu khí Vì vậy kết cấu của hệ thống cung cấp sử dụng bộ hòa trộn sẽ đơn giản và giảm giá thành

Hình 1.4 Cung cấp khí CNG sử dụng bộ hòa trộn

1: Van nạp; 2: Van bình chứa; 3: Bình chứa; 4: Đồng hồ đo áp suất; 5: Van điện từ; 6: Công tắc; 7: Bộ giảm áp; 8: Van tiết lưu; 9: Lọc không khí; 10: Bộ hòa trộn

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 11

1.4 Giới thiệu về Honda Civic 2.0 i.VTEC

Xe Honda Civic 2.0 i-VTEC là loại xe du lịch 5 chỗ ngồi Xe được trang bị động

cơ K20Z2, sử dụng hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm (i) và có hệ thống đóng mở xupáp thông minh (VTEC) Khung gầm xe cứng cáp, chắc chắn cho hiệu quả lái xe ổn định Khả năng giảm xóc, chống rung và chống ồn tốt tạo cảm giác thoải mái và êm ả cho người người sử dụng ngồi trong xe ở mọi lúc mọi nơi

Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể xe Honda Civic 2.0 i-VTEC

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic 2.0 i-VTEC

với bộ thăng bằng, lò xo cuộn

75ml

bằng đây cu-roa Tiêu thụ điện điện

1.5 Giới thiệu về động cơ K20Z2

Động cơ K20Z2 lắp trên xe Honda Civic 2.0 i-VTEC của hãng Honda là loại động cơ xăng Mỗi xilanh được trang bị 4 xupáp trong đó gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp thải nên đáp ứng được nhu cầu nạp đầy, thải sạch cho động cơ Buồng cháy được thiết

kế với góc nghiêng giữa xupáp nạp và xupáp thải là 55 độ vì vậy có thể tăng diện tích xupáp nạp từ đó có thể tăng được tiết diện nạp Bugi được đặt ở tâm buồng cháy, đỉnh

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 15

piston được khoét lõm Có hệ thống đóng, mở van nạp biến thiên thông minh (vvt-i)

Hình 1.6 Động cơ K20Z2 Động cơ có công suất 144kw/6000v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp được điều khiển bởi ECU

Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật của động cơ K20Z2

Mô men xoắn tối đa 182/4000 (n.m/rpm)

DOHC i-VTEC mỗi xilanh

hoặc cao hơn

1.6 Các cơ cấu chính trong động cơ K20Z2

1.6.1 Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phối khí trên động cơ có tác dụng thực hiện quá trình thay đổi môi chất: Thải sạch sản vật cháy ra khỏi xilanh, nạp đầy môi chất mới (hòa khí) vào xilanh giúp cho động cơ làm việc liên tục

Động cơ K20Z2 có hai trục cam được dẫn động bằng hai puly có đường kính bằng nhau thông qua xích truyền động được dẫn động từ trục khuỷu như vậy có thể làm giảm tiếng ồn trong động cơ, kết cấu động cơ nhỏ gọn hơn, làm giảm được giá thành sản xuất

Động cơ K20Z2 là kiểu động cơ DOHC VTEC có đặc điểm nổi bật là điều khiển

sự thay đổi độ mở và thời gian phân phối của cả xupáp nạp và xupáp thải phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ Đây là loại động cơ có hiệu suất cao tiết kiệm nhiên liệu

thải; 21: Móng ngựa; 24: Lỗ dầu về

Khi hoạt động ở tốc độ thấp hai vấu cam bên ngoài tác dụng trực tiếp lên hai cò

mổ Những vấu cam tốc độ này tối ưu hóa cho hoạt động êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ Vấu cam tốc độ cao lúc này tiếp xúc với cò mổ nhưng cò mổ này không nối với chi tiết nào do đó không xảy ra quá trình truyền công suất

Hình 1.8 VTEC hoạt động ở tốc độ cao

1.6.2 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền

1: Gioăng làm kín; 2: Nắp bạc lót cổ trục chính; 3: Bánh đà; 4: Bạc làm kín; 5: Vòng chặn; 6: Đuôi trục khuỷu; 7: Bạc lót cổ biên; 8: Chốt định vị; 9: Bulông đầu to thanh truyền; 10: Bạc lót thanh truyền; 11: Đầu nhỏ thanh truyền; 12: Chốt pittông; 13: Các

xécmăng

khoét lõm Rãnh pittông trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi pittông có vát, để đảm bảo độ cứng vững, giảm khối lượng pittông và tiết kiệm vật liệu

Bảng 1.5 Đường kính tiêu chuẩn cổ pittông

đến Ø19 mm, được thiết kế lệch tâm

dầu

Bảng 1.6 Khe hở cho phép của các xécmăng

Đường kính cổ trục tay biên 44,976 đến 45 (mm)

động và khoan các lỗ để gắn biến mô thủy lực

1.6.3 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ K20Z2 đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, bởi nó hợp thành từ nhiều hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống nạp không khí, hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí Tỷ lệ hòa trộn được ECU tính toán và hòa trộn theo tỷ

lệ phù hợp nhất Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn

Bơm xăng đặt trong bình xăng, khi được cấp điện cho bơm thì bơm sẽ cấp xăng

có áp suất cao qua lọc xăng, theo đường ống đến dàn phân phối xăng trước các vòi phun Khi nhận được tín hiệu từ ECU xăng sẽ được phun vào trước xupáp nạp

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng động cơ K20Z2

1.6.4 Hệ thống bôi trơn

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý mạch dầu bôi trơn Động cơ K20Z2 dùng hệ thống bôi trơn cưỡng bức loại bôi trơn cácte ướt bởi toàn bộ lượng dầu bôi trơn được chứa trong cácte của động cơ, chi tiết đều được bôi trơn đầy đủ bằng lưu lượng và áp suất dầu thích hợp do bơm dầu cung cấp đến bề mặt làm việc của các chi tiết để bôi trơn và làm mát các chi tiết chuyển động của động cơ

Hệ thống bôi trơn gồm có: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, lọc thô, các đường dẫn dầu,…

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 21

1.6.5 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, van hằng nhiệt được đặt ở

nước làm mát là nước tinh khiết có pha thêm chất chống rỉ Quạt làm mát được dẫn động bằng điện, gồm một quạt hút không khí nóng ra ngoài và một quạt thổi không khí mát vào làm mát bộ tản nhiệt

Hình 1.12 Sơ đồ bố trí các chi tiết trong hệ thống làm mát 1: Quạt hút không khí; 2: Vòng đàn hồi; 3: Ống dẫn đường nước ra; 4: Nắp két nước; 5: Bộ tản nhiệt; 6: Bình chứa nước làm mát; 7: Ống dẫn đường nước vào; 8: Bộ phận vòi dẫn nước làm mát; 9: Nút xả nước làm mát; 10: Quạt làm mát két nước; 11: Môtơ

quạt két nước; 12: Vỏ quạt làm mát

1.6.6 Hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp Mỗi xilanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng mạch bán dẫn dùng transistor Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, giảm chất thải độc hại

Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ K20Z2 1: Cầu chì dòng cao; 2: Khóa điện; 3: Cầu chì; 4: Cuộn đánh lửa số 1; 5: Cuộn đánh lửa số 2; 6: Cuộn đánh lửa số 3; 7: Cuộn đánh lửa số 4; 8: Bọc chống nhiễu; 9: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10: Cảm biến vị trí trục cam; 11: Bộ lọc chống ồn

Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi các cảm biến:

- Cảm biến vị trí trục khuỷu

- Cảm biến vị trí trục cam

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ

- Cảm biến vị trí bướm ga

- Cảm biến vị trí bàn đạp ga

- Cảm biến kích nổ

1.6.7 Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR)

Trong thành phần khí thải của động cơ có chất NOx rất độc hại đối với con người

và môi trường xung quanh NOx sinh ra trong điều kiện động cơ hoạt động ở chế độ mang tải nặng, nhiệt độ bên trong buồng cháy động cơ cao Ngày nay do các quy định về kiểm soát khí thải trong động cơ cho nên trên các ôtô hiện đại đã thực hiện

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 23

nhiều biện pháp nhằm giảm lượng NOx độc hại có trong khí thải động cơ Một trong những biện pháp đơn giản và có hiệu quả cao là dùng hệ thống hồi lưu khí thải, việc đưa một phần khí thải quay về đường nạp có tác dụng tương tự như tăng hệ số khí sót trong động cơ, đồng thời làm giảm nhiệt độ trong buồng cháy động cơ do đó nó có thể giảm được sự hình thành khí NOx trong khí xả động cơ vì vậy giảm được khí thải ô nhiễm do động cơ sinh ra

Để chủ động trong việc điều khiển động cơ có sử dụng hệ thống hồi lưu khí thải,

để giảm lượng khí NOx trong khí thải động cơ người ta phải quan tâm đến sự tác động của khí thải lên quá trình cháy của động cơ

Thực tế khí thải có những ảnh hưởng đến quá trình cháy như: Nhiệt độ của khí cháy thấp hơn khi động cơ có trang bị hệ thống hồi lưu khí thải Quá trình cháy diễn ra chậm hơn vì vậy khi động cơ chạy ở chế độ không tải thì hệ thống không làm việc Làm giảm công suất của động cơ nên khi động cơ phát huy công suất tối đa (chế độ toàn tải) thì hệ thống không làm việc

Khi đưa lượng khí thải quay về đường ống nạp, lượng không khí sạch đưa vào động cơ giảm xuống vì vậy lượng ôxy cung cấp cho quá trình cháy cũng giảm xuống Lúc này ECU sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu phun theo xu hướng giảm xuống Mặc dù việc đưa khí thải quay về đường nạp của động cơ gây ra những tác hại không tốt đối với động cơ như tăng tính mài mòn, nó còn có tác động xấu đối với môi trường vì nó làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm khác trong khí xả như nồng độ CO, lượng bồ hóng tuy nhiên nó cũng có tác dụng đáng kể trong việc giảm lượng NOx trong khí thải động cơ Nếu kết hợp với tăng áp hệ thống hồi lưu khí thải cho phép giảm đồng thời các chất sau đây: NOx, HC, bồ hóng thì rất tốt

Việc điều chỉnh tỷ lệ khí thải hồi lưu cần phải căn cứ vào tải trọng và tốc độ của động cơ Hệ thống điều khiển điện tử cho phép điều chỉnh van hồi lưu khí thải theo đường đặc tính chọn trước, cắt lượng khí thải hồi lưu khi động cơ nguội sau đó lượng khí thải hồi lưu tăng dần phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát, áp suất môi trường, lượng nhiên liệu cung cấp

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR)

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 25

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ CNG CHO

ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN HONDA CIVIC 2.0 I-VTEC

2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG

Ta sử dụng nhiên liệu CNG cho động cơ K20Z2 lắp trên ô tô HONDA CIVIC theo kiểu hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song là hệ thống nhiên liệu sử dụng

cả hai nhiên liệu vừa xăng vừa CNG độc lập

- Ưu điểm: Có khả năng dự trữ năng lượng trên động cơ lớn hơn so với hệ thống nhiên liệu lỏng hoặc hệ thống nhiên liệu CNG đơn Khắc phục được tình trạng tiếp nhiên liệu do sự hạn chế về cơ sở hạ tầng của CNG

- Nhược điểm: Cấu tạo động cơ trở nên phức tạp, rất khó khăn trong việc bố trí, lắp đặt hệ thống nhiên liệu mới Khó khăn trong việc vận hành, bảo trì, sửa chữa động

cơ

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xăng động cơ K20Z2

1: Bàn đạp ga; 2: Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 3: Rơle điều khiển bơm xăng; 4: Thùng xăng; 5: Bơm xăng; 6: Lọc xăng; 7: Dàn vòi phun; 8: Vòi phun; 9: Bộ ổn định

áp suất; 10: Đường xăng hồi; 11: Van thoát khí hai chiều; 12: Van EVAP; 13: Lọc không khí; 14: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 15: Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 16: Cảm

biến vị trí bướm ga; 17: Bướm ga; 18: Đường không tải; 19: Van điều chỉnh không tải; 20: Ống góp nạp; 21: Đường ống nạp; 22: Xupáp nạp; 23: Pittông; 24: Xilanh; 25: Xupáp thải; 26: Đường ống thải; 27: Van hồi lưu khí xả (EGR); 28: Cảm biến ôxy; 29:

Bộ xúc tác ba thành phần; 30: Bộ tiêu âm; 31: Cảm biến tốc độ trục khuỷu; 32: Cảm

biến kích nổ; 33: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG trên động cơ K20Z2

1: Bình chứa; 2: Van bình chứa; 3: Van nạp; 4: Đồng hồ đo áp suất; 5: Van điện từ; 6: Bộ giảm áp; 7: Đường vào nước làm mát; 8: Đường ra nước làm mát; 9: Van điện từ bộ giảm áp; 10: Đường cấp khí cho mạch không tải; 11: Đường cấp khí cho mạch chính; 12: Vít điều chỉnh tiết diện lỗ nạp chính; 13: Không khí nạp từ bầu lọc; 14: Ziclơ mạch công suất; 15: Bộ hòa trộn; 16: Van công suất; 17: Bướm ga; 18: Ống góp nạp; 19: Van không tải; 20: Vít điều chỉnh không tải; 21: Thiết bị điều khiển CNG; 22: Đồng hồ báo mức nhiên liệu CNG; 23: Tín hiệu từ công tắc chuyển đổi; 24:

Tín hiệu từ cảm biến hành trình bàn đạp ga

Trong hệ thống nhiên liệu này, ta không bỏ hệ thống nhiên liệu cũ mà chỉ cần lắp đặt thêm hệ thống nhiên liệu CNG mới Các bộ phận lắp đặt thêm: bình chứa nhiên liệu CNG, bộ giảm áp, bộ hòa trộn, đường ống dẫn nhiên liệu CNG, các van vận hành, đồng hồ hiển thị, thiết bị điều khiển cung cấp CNG …

Trên đường nạp của động cơ ta lắp thêm bộ hòa trộn trước bướm ga dùng để hòa trộn không khí với nhiên liệu khí CNG trước khi đưa vào động cơ

Khi thiết bị điều khiển nhận tín hiệu từ công tắc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu CNG, thiết bị điều khiển tạo ra một dòng điện làm mở van điện từ (5) cho CNG

2 1

3 4

5 6 7

8 11 9

SVTH: Trần Sỹ Vũ GVHD: PGS.TS Dương Việt Dũng 27

nén từ bình chứa áp suất cao đến bộ giảm áp (6), tại bộ giảm áp (6) áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc và được cấp cho đường nạp động cơ theo các chế độ làm việc

- Hệ thống cung cấp chính: Nhiên liệu từ bộ giảm áp (6) theo đường ống dẫn nhiên liệu (11) cấp cho động cơ theo hai mạch:

- Hệ thống không tải:

Kết cấu của bộ giảm áp có mạch không tải cấp vào cùng mạch chính Nhưng trong quá trình làm việc ta không sử dụng mạch không tải sẵn có này Ta điều chỉnh vít không tải trên bộ giảm áp để đóng hoàn toàn mạch không tải có sẵn này lại Ta thiết

kế mạch không tải hoạt động riêng Nhiên liệu từ bộ giảm áp (6) qua van điện từ (9) theo đường ống dẫn nhiên liệu (10) đến van không tải (19) đến tiết lưu không tải (20) cấp vào đường ống nạp ở phía sau bướm ga để cung cấp cho động cơ Mạch nhiên liệu không tải làm việc dựa vào sự đóng mở của van không tải (19), van điện từ được điều khiển bởi bộ điều khiển hệ thống nhiên liệu CNG (21) thông qua công tắc chuyển đổi (23) Van điện từ (9) sẽ được đóng lại khi tắt chế độ chạy CNG

2.2 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp khí CNG

2.2.1 Bình chứa CNG

CNG thông thường được nén trong bình chứa ở áp suất khoảng 200÷250 bar, bình chứa dạng hình trụ và hai đầu hình bán cầu, các bình chứa CNG dùng cho ô tô thường có thể tích 40÷70 lít, vỏ bình chứa được chế tạo bằng thép dày (4-5) mm, bình chứa phải chịu được áp suất thử nghiệm 600 bar để đề phòng nổ vỡ trong trường hợp

nó bị sấy nóng (khi bị hỏa hoạn chẳng hạn) Điều này làm giảm khả năng chứa cực đại của bình

Hình 2.3 Bình chứa CNG Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG

Hình 2.4 Kết cấu van bình chứa 1: Đường nạp CNG vào bình chứa; 2: Đế chặn trên; 3: Van điều khiển bằng tay; 4: Đường cấp CNG; 5: Thân van; 6: Đầu nối với bình chứa; 7: Đế van; 8: Đế chặn

A-A

7 6