Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG (compressed natural gas) cho động cơ xăng

Qua nghiên cứu, tìm hiểu, nhận thấy được sự ưu thế của khí thiên nhiên CNG Compressed Natural Gas khi đem so sánh cùng một số loại khí thiên nhiên khác, có thể làm giảm thiểu tiêu thụ nh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài:“Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG (Compressed Natural Gas) cho động cơ xăng” là công trình

nghiên cứu của cá nhân tôi và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Khánh Hòa, ngày 26 tháng 8 năm 2020

Tác giả

Lê Đức Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, các Phòng thuộc Trường Đại học Nha Trang, Khoa Kỹ thuật Giao thông đã quan tâm, tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt để tôi hoàn

thành toàn bộ các nội dung của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn với sự trân trọng và kính mến sâu sắc tới thầy giáo, người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thanh Tuấn, Phó trưởng Khoa Kỹ thuật giao thông đã dành thời gian quý báu, công sức, tâm huyết giúp đỡ, góp ý và chỉ bảo tận tình những hạn chế, thiếu sót cho tôi để tôi có thể hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy trong Khoa đã luôn theo dõi, hỗ trợ về kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn để tôi hoàn thiện các nội dung

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong việc hoàn thiện luận văn, nhưng do kinh nghiệm

và nền tảng kiến thức còn có nội dung còn hạn chế, không thể tránh khỏi những thiếu sót cần phải điều chỉnh, bổ sung; bản thân tôi rất mong nhận được sự đánh giá, đóng góp

ý kiến của các thầy trong Hội đồng, của quý thầy cô và những ai quan tâm đến đề tài Kính chúc các Thầy, cô luôn dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công tác

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 26 tháng 8 năm 2020

Tác giả

Lê Đức Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước đối với đề tài 3

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 3

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng ngoài nước 5

1.3 Mục tiêu, phương pháp, nội dung, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 6

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu 7

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu 7

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ NHIÊN LIỆU CNG, MỘT SỐ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CNG HIỆN CÓ 8

2.1 Đặc điểm của nhiên liệu xăng 8

2.1.1 Một số yêu cầu đối với nhiên liệu xăng khi sử dụng cho động cơ 8

2.1.2 Tính chất cơ bản của nhiên liệu xăng 8

2.1.2.1 Nhiệt trị 9

2.1.2.2 Tính bay hơi 9

2.1.2.3 Tính chống kích nổ 11

2.1.2.4 Nhiệt độ bén lửa 14

2.1.2.5 Tính ổn định hóa học 14

2.2 Đặc điểm của nhiên liệu CNG 14

2.2.1 Khái niệm về CNG 14

2.2.2 Nguồn gốc hình thành, khai thác và xử lý 14

2.2.3 Thuộc tính CNG giống như nhiên liệu thay thế trên ô tô 15

2.2.3.1 Tính chất đặc trưng của nhiên liệu CNG 15

2.2.3.2 Tính khả thi trong việc ứng dụng nhiên liệu CNG đối với động cơ xăng 16

2.2.3.3 Phát thải gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng nhiên liệu CNG 17

2.3 Một số hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng khí CNG hiện có 19

2.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng bộ hòa trộn 19

2.3.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng bộ hòa trộn có kết hợp với dùng van tiết lưu 20

2.3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng vòi phun trên đường ống nạp 21

2.3.4 Hệ thống cung cấp CNG sử dụng vòi phun trực tiếp vào bên trong xy lanh động cơ 22

2.4 Kết luận 24

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN ĐỂ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CNG 25

3.1 Khảo sát và phân tích tính khả thi trong triển khai thực hiện 25

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế, lắp đặt 26

3.3 Giới thiệu động cơ hiện hành chuyển đổi sang sử dụng CNG 26

3.4 Tính toán 27

3.4.1 Phương trình cháy hỗn hợp CNG-không khí 27

3.4.2 Phương trình cháy của các thành phần hỗn hợp CNG-không khí 28

3.4.3 Tỷ lệ hỗn hợp của nhiên liệu CNG - không khí 28

3.4.4 Xác định kích thước họng: 29

3.5 Sơ đồ lắp đặt 32

3.5.1 Kết cấu động cơ 34

3.5.2 Cơ cấu phân phối khí 37

3.5.3 Hệ thống nhiên liệu 39

3.5.4 Hệ thống khí xả 40

3.5.5 Hệ thống bôi trơn 41

3.5.6 Hệ thống làm mát 41

3.5.7 Hệ thống đánh lửa 42

3.5.8 Hệ thống khởi động 44

3.5.9 Hệ thống nạp điện 45

3.5.10 Bộ hòa trộn sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng và CNG: 46

CHƯƠNG 4 LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 49

4.1 Lắp đặt thiết bị 49

4.1.1 Khung mô hình 49

4.1.2 Thứ tự lắp đặt 50

4.2 Vận hành mô hình 52

4.2.1 Kiểm tra trước khi vận hành 52

4.2.2 Kết nối nguồn khí CNG và xăng 53

4.2.3 Vận hành 53

4.3 Mô phỏng bộ hòa trộn Xăng-CNG 58

4.4 Hoàn thiện mô hình 60

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Khuyến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 66

%V: Giới hạn dưới thể tích bốc cháy

A/F: Kilogam không khí/kilogam nhiên liệu

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CDI : Capacitor Discharge Ignition (Hệ thống đánh lửa điện tử)

CNG : Compressed Natural Gas (Khí thiên nhiên nén)

ECU : Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)

LPG : Liquefied Petroleum Gas (Khí dầu mỏ hóa lỏng)

REID : Đơn vị đo áp suất hơi bão hoà

EFI : Electronic fuel injection (Phun nhiên liệu điều khiển điện tử) GDI: : Gasonline Direct Injection (Phun thẳng trực tiếp vào buồng đốt) SOHC : Single Overhead Camshaft (Trục cam đơn)

Carburetor : Bộ chế hòa khí (tiếng Anh)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của khí CNG .16

Bảng 2.2 So sánh đặc tính của nhiên liệu Xăng với nhiên liệu CNG 16

Bảng 2.3 Mức độ phát thải ô nhiễn của động cơ dùng CNG 18

Bảng 2.4 So sánh mức độ phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ dùng xăng và CNG (gCO2/Km) theo chu trình ECE 18

Bảng 3.1 Thông số chi tiết của động cơ .27

Bảng 3.2 Hệ số dao động của dòng chảy ứng với số xy lanh 29

Bảng 4.1 Bảng liệt kê các hiện tượng đã xảy ra 54

Bảng 4.2 Bảng các hiện tượng khi vận hành theo thời gian 56

Bảng 4.3 Các thông số vận hành lần thứ ba 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Đường cong chưng cất Engler của phân đoạn xăng cracking xúc tác 10

Hình 2.2 Cung cấp CNG bằng phương pháp sử dụng bộ hòa trộn 19

Hình 2.3 Cung cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu 20

Hình 2.4 Cung cấp CNG sử dụng vòi phun trên đường ông nạp 22

Hình 2.5 Cung cấp CNG bằng phương pháp sử dụng vòi phun trực tiếp 23

Hình 3.1 Sơ đồ lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng xăng kết hợp CNG 33

Hình 3.2 Kết cấu đầu xy lanh 34

Hình 3.3 Kết cấu vỏ động cơ 35

Hình 3.4 Kết cấu thanh truyền trục khuỷu 36

Hình 3.5 Kết cấu hệ thống phân phối khí 37

Hình 3.6 Kết cấu bộ phận lọc gió 38

Hình 3.7 Kết cấu carburetor dùng nhiên liệu xăng 39

Hình 3.8 Kết cấu hệ thống khí xả 40

Hình 3.9 Kết cấu hệ thống bôi trơn 41

Hình 3.10 Kết cấu tép tản nhiệt trên thân xy lanh 42

Hình 3.11 Kết cấu hệ thống đánh lửa CDI 42

Hình 3.12 Kết cấu mâm lửa 43

Hình 3.13 Sơ đồ hệ thống khởi động điện 44

Hình 3.14 Cấu tạo Selenoi 44

Hình 3.15 Kết cấu hệ thống nạp điện 45

Hình 3.16 Kết cấu bộ hòa trộn dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng và CNG 46

Hình 3.17 Mặt cắt buồng khí CNG 47

Hình 3.18 Mặt cắt buồng xăng 47

Hình 4.1 Hình thực tế khung mô hình 49

Hình 4.2 Lắp đặt các thiết bị lên khung 50

Hình 4.3 Lắp đặt hệ thống điện 51

Hình 4.4 Lắp đặt bộ hòa trộn sử dụng xăng kết hợp CNG 51

Hình 4.5 Lắp đặt đường ống dẫn khí CNG 52

Hình 4.6 Mô phòng bộ hòa trộn sử dụng nhiên liệu xăng-CNG 59

Hình 4.7 Mô phỏng buồng khí CNG 59

Hình 4.8 Mô phỏng buồng xăng và họng venturi 60

MỞ ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã góp phần không nhỏ vào cuộc cách mạng ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nói riêng, quá trình vận hành của động cơ đốt trong đã chuyển sang giai đoạn điện tử hóa, tin học hóa mang lại sự vượt trội cho động cơ như nâng cao công suất của động cơ, giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, cải thiện hiệu suất và giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường Nhưng

ở mặt khác, nguồn nhiên liệu từ thiên nhiên cung cấp cho con người ngày càng có xu hướng giảm dần đến mức cạn kiệt đòi hỏi cần phải có những giải pháp trước mắt và lâu dài để giải quyết vấn đề này

Vấn đề về tiết kiệm nhiên liệu vẫn đang được các quốc gia trên thế giới tích cực triển khai nghiên cứu sâu rộng Hiện các nhà khoa học trên toàn thế giới và ở Việt Nam

đã tìm ra một số nguồn năng lượng, nhiên liệu khác có sự tương đồng, có khả năng thay thế được cho loại nhiên liệu thường dùng đang dần cạn kiệt; có tiêu chí phải vừa đảm bảo tính kinh tế, hiệu suất ổn định, vừa đáp ứng được yêu cầu về khí thải Một số dạng năng lượng để thay thế hiện nay có thể kể đến như: nhiên liệu khí, nhiên liệu cồn, hybrid

Qua nghiên cứu, tìm hiểu, nhận thấy được sự ưu thế của khí thiên nhiên CNG (Compressed Natural Gas) khi đem so sánh cùng một số loại khí thiên nhiên khác, có thể làm giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu truyền thống, đem lại hiệu suất động cơ ổn định, tận dụng được động cơ trên các xe thế hệ cũ, đáp ứng được tiêu chuẩn, yêu cầu về khí

thải hiện nay Tác giả thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG (Compressed Natural Gas) cho động cơ xăng”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong một thập kỷ trở lại đây, việc cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên và ô nhiễm môi trường đã trở thành một vấn đề mang tính toàn cầu, không phải là vấn đề của riêng một đất nước nào Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm kiếm nhiên liệu mới để thay thế hoặc giảm lượng tiêu hao nhiên liệu truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết và buộc phải tính toán trong tương lai Nhiên liệu để thay thể phải đáp ứng được các yêu cầu đặt

ra như có một số đặc tính quan trọng tương đồng với nhiên liệu cũ, giá thành thấp,

an toàn, dễ sử dụng, hạn chế phát thải gây ô nhiễm môi trường Để đáp ứng được các tiêu chí nêu trên cùng với khả năng khai thác nguồn khí từ thiên nhiên tại Việt Nam, vấn

đề đánh giá, nghiên cứu và đưa vào sử dụng khí CNG đang là giải pháp rất đáng được quan tâm

Những ưu điểm mà khí thiên nhiên CNG có được trong quá trình sử dụng có thể nhận thấy cụ thể như sau:

- Về kinh tế: Có thể giảm khá nhiều chi phí cho nguồn nhiên liệu đầu vào (tối đa 35%) do khí CNG có giá mua vào thấp hơn khí LPG, xăng A92, A95, diezel Bên cạnh

đó, các trang thiết bị, động cơ sử dụng khí thiên nhiên CNG còn tiết kiệm được kinh phí bảo dưỡng, bảo quản, sửa chữa do khí CNG là ngồn nhiên liệu sạch đến từ thiên nhiên,

có các thành phần làm giảm các yếu tố gây hại trong quá trình làm việc của động cơ Nhờ việc sử dụng khí CNG trong một số ngành liên quan đến giao thông vận tải, đã có tác dụng làm giảm bớt lượng nhập khẩu nhiên liệu xăng, dầu cho Nhà nước, góp phần vào việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia (Việt Nam có thể tự khai thác được khí CNG) [1]

- Về an toàn: khí thiên nhiên CNG là loại nhiên liệu được kiểm soát chặt chẽ, có

hệ thống quản lý và vận hành tốt, để bảo đảm an toàn thì khí CNG được chứa trong các bình áp suất lớn, có các biện pháp phòng chống cháy, nổ Có thể nói là có tính bảo đảm

an toàn hơn đa số các loại nhiên liệu khác [1]

- Về mặt môi trường: Việc sử dụng khí CNG thay thế cho các loại nhiên liệu đang

sử dụng hiện nay sẽ giảm được khá lớn các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường, gây hiệu ứng nhà kính… [1]

- Tiềm năng sử dụng CNG thực tế ở Việt Nam: trữ lượng khai thác khí CNG tại Việt Nam là tương đối ổn định, nên có thể kiểm soát được trong việc phân phối, bảo đảm được nguồn cung và cắt giảm được việc nhập khẩu nhiên liệu xăng, dầu từ các nước khác trên thế giới [1]

Nhận ra những ưu việt của khí CNG, cũng như những kiến thức có được về chuyên

môn, tác giả thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG (Compressed Natural Gas) cho động cơ xăng”

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước đối với đề tài 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trích dẫn lời Tiến sĩ Chu Mạnh Hùng, nguyên là Vụ trưởng Vụ Môi trường-Bộ Giao thông Vận tải, thì khí CNG có thành phần chính là Metan, lưu lượng từ 85-95%, được khai thác từ các mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu hay từ khí nhà máy, sau quá trình xử

lý và được nén ở áp suất cao (từ 205 đến 275 bar) được lưu trữ vào loại bồn chứa (có áp suất theo quy định) rồi được di chuyển tới công ty hoặc cá nhân có đủ điều kiện an toàn

để sử dụng Ở Việt Nam, trữ lượng khí thiên nhiên là hết sức dồi dào, khoảng 2.694 tỉ

m3 Trong đó lượng khí thiên nhiên CNG được phát hiện được khoảng 962 tỉ m3 và có bốn cụm khai thác quan trọng đó là: ở Đồng bằng Bắc bộ, vùng biển Nam Côn Sơn, vùng biển Cửu Long và ở thềm lục địa phía Tây [2]

Khí CNG được công nhận là loại nhiên liệu sạch, qua kiểm chứng có thể chứng minh được việc dùng khí CNG đã làm giảm bớt lượng khí độc gây ra tác động xấu đến môi trường và cho con người như CO, NO, SOx… Cùng với đó do lượng khí thải CO

và NOx ít hơn, vì vậy việc sử dụng khí CNG cũng sẽ làm giảm hiệu ứng nhà kính Thực hiện chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (NLTK & HQ) đồng thời đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường, Bộ Giao thông Vận tải đã giao nhiệm vụ cho Trường Đại học Hàng hải thực hiện nghiên cứu khả năng chuyển đổi việc sử dụng khí CNG để thay thế nhiên liệu dầu diesel đối với các động cơ dùng diesel của tàu thủy cỡ nhỏ Ý nghĩa của việc chuyển đổi, ứng dụng thành công nhiên liệu khí CNG đối với động cơ sử dụng diesel là hết sức quan trọng về mặt kinh tế

do làm giảm giá thành nhiên liệu đầu vào, tiết kiệm được nguồn nhiên liệu diesel dần cạn kiệt, đồng thời cũng bảo đảm được về mặt an ninh năng lượng quốc gia, tận dụng

được nguồn khí thiên nhiên sử dụng song song, kết hợp cùng với các loại nhiên liệu sinh học như bio gas, bio diesel không những vậy còn đóng góp không nhỏ trong việc giảm bớt phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường [3]

Việc nghiên cứu phát triển, ứng dụng khí CNG đối với tàu thủy cỡ nhỏ đã được thực hiện trên động cơ dùng diesel lai máy phát K657M2 6×12/14 công suất 50 kW của Liên Xô cũ Công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các thuộc tính lý, hóa của khí thiên nhiên CNG, thông số kỹ thuật của động cơ khi dùng nhiên liệu CNG, hệ thống chuyển đổi nhiên liệu; đặc điểm quá trình cháy của CNG trong chu trình làm việc động

cơ diesel, phát thải ra môi trường của khí xả và tính kinh tế trong sử dụng loại nhiên liệu mới này Kết quả của các đề tài đã thực hiện là tương đối tốt và có ý nghĩa thực tiễn So với các tiêu chuẩn về khí xả tại Việt Nam thì hàm lượng các chất độc gây hại (N0x, SOx, v.v…) trong khí thải khi động cơ dùng khí CNG cho kết quả thu được có lượng NOx thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn quy định ngay cả ở chế độ định mức Thử nghiệm loại động có công suất 50kW, kết quả thu được ở chế độ định mức, tiết kiệm được lượng nhiên liệu là 1,41 kg/ giờ, tương đương với tiết kiệm được 33,84 kg dầu DO/ ngày hay xấp xỉ 1,000,000 VNĐ/ngày [3]

Thành phố Hồ Chí Minh đã có xe buýt sử dụng nhiên liệu CNG Qua quá trình triển khai thực hiện, loại xe buýt này đã chứng minh được những ưu điểm vượt trội về hiệu quả kinh tế, tính an toàn, gần gũi với môi trường Kế hoạch giai đoạn 2018-2020, thành phố Hồ Chí Minh cần trang bị 3.121 xe buýt mới, đặc biệt là xe buýt dùng nhiên liệu khí thiên nhiên ước đoán sơ bộ khoảng 75% số xe Thời gian gần đây, xe buýt sử dụng khí thiên nhiên CNG đã đi vào triển khai chính thức, là cầu nối giữa 2 địa phận tỉnh lớn Bình Dương và Bình Phước Được đánh giá là loại xe buýt có chất lượng cao với 25 xe được trang bị đầy đủ các thiết bị tiện nghi như máy lạnh, camera hành trình, tính cước phí bằng vé điện tử Cứ khoảng 20 phút sẽ có một chuyến xe xuất phát di chuyển Qua theo dõi, đã có rất nhiều người đăng ký đặc biệt là đối tượng người lao động đi làm hằng ngày bằng loại xe buýt có chất lượng cao này

Thành phố Hà Nội cũng được đánh giá một đơn vị tiên phong trong triển khai xe buýt sử dụng khí CNG Gần đây nhất, ngày 18/11/2019, Tp Hà Nội đã tiếp tục phát triển thêm 4 tuyến xe buýt sử dụng khí CNG, tăng số lượng lên thành 7 tuyến Trải qua 7 năm triển khai dùng nhiên liệu CNG, hiện Việt Nam đang tồn tại nhiều khó khăn nhất định,

từ việc đầu tư trang bị cơ sở hạ tầng địa điểm cung cấp nhiên liệu mới, hay vấn đề tìm đối tác cung cấp có trữ lượng đảm bảo ổn định, v.v Đặt ra yêu cầu cần phải có sự vào cuộc và tháo gỡ từ phía Chính phủ Dù vẫn còn gặp những thách thức, nhưng nhiều chuyên gia đánh giá, xu hướng tất yếu của giao thông vận tải tương lai chính là việc đưa vào sử dụng, hoán đổi cho xăng, dầu bằng các nguồn nhiên liệu sạch, trong đó có CNG (để thay thế một phần) Việc triển khai thực hiện diễn ra càng nhanh chóng càng thuận lợi, để đạt lợi ích kép về kinh tế cũng như bảo vệ môi trường [15]

Các phương tiện giao thông dùng xăng, dầu lạc hậu, xả ra khói đen nồng nặc sẽ dần dần được loại bỏ, thay vào đó bằng các phương tiện dùng loại nhiên liệu thân thiện, trong đó có khí thiên nhiên CNG tại các thành phố lớn trên lãnh thổ Việt Nam Từ đó, không khí giảm bớt ô nhiễm, chất lượng môi trường được cải thiện, sức khỏe và chất lượng môi trường sống con người từng bước được nâng lên

1.2.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng ngoài nước

Do thân thiện với môi trường và giá thành hợp lý, chi phí thấp hơn so với xăng, khí CNG được dùng gần như rộng khắp trên toàn trái đất, được ứng dụng trên xe buýt, tàu thủy, tàu hỏa, xe ô tô, động cơ, v.v… Hiện nay, việc sử dụng xe ô tô dùng khí CNG đang tiếp tục gia tăng ở Nam Mỹ, châu Âu, châu Á… [15]

Tại Hoa Kỳ, khí CNG được sử dụng rộng rãi do có hệ thống các đường ống từ các giếng tới người tiêu dùng Kết quả Mỹ có 1300 trạm tiếp nhiên liệu trong 46 tiểu bang

và con số này sẽ tiếp tục phát triển Ngoài ra Chính Phủ hỗ trợ 50% vốn chuyển đổi sang dùng khí thiên nhiên CNG Thực tế trên thế giới, nước Italy được xác định là một trong những quốc gia đi đầu trong sử dụng khí CNG thay thế cho nhiên liệu truyền thống xăng, dầu Hiện nay, Italy đang có 1.173 trạm tiếp nhiên liệu CNG cho hàng trăm nghìn phương tiện cơ giới của đất nước này Vấn đề sử dụng CNG đã giúp tăng lợi ích về mặt kinh tế, đồng thời cũng làm không khí ở đó giảm phát thải ô nhiễm không khí đi rất nhiều Các hãng xe ô tô của Italy, hay các hãng của quốc gia khác cụ thể: Mercedes, Fiat, Volkswagen, Rnault, Volvo, … đều có nhiều loại ô tô dùng nhiên liệu xăng-CNG Không giống Italy, Bỉ là nước mới tiếp cận nhiên liệu khí CNG gần đây; tại đó, khí CNG là loại năng lượng rất mới mẻ Thời điểm đầu năm 2014, Bỉ mới có 17 trạm cung cấp nhiên liệu CNG, tất cả các trạm đều ở Flander Tuy nhiên sự thay đổi này đã diễn ra rất nhanh, năm 2017, tại Bỉ đã xây dựng xong 76 trạm cung cấp nhiên liệu CNG

Nước Đức chắc có lẽ được đánh giá là có bước thay đổi bất ngờ nhất trong việc dùng CNG Ở Đức, thời điểm năm 2010, có khoảng 2.000.000 phương tiện giao thông dùng nhiên liệu khí CNG Giá thành chi trả cho CNG là chỉ chiếm 1/3 đến 1/2 so với các loại nhiên liệu truyền thống cũ, đây là nguyên nhân chính để có sự thay đổi mạnh mẽ này Năm 2016, nước Đức đã ước tính có khoảng 900 trạm cung cấp nhiên liệu CNG Các hãng sản xuất ô tô lớn của Đức như Audi, Volkswagen, Mercedes, Opel cũng đã sử dụng động cơ dùng CNG trên đa phần các mẫu xe của họ

Châu Á được đánh giá là khu vực sôi động đầy tiềm năng cũng sớm chuyển mình trong việc dùng nhiên liệu khí CNG Các phương tiện giao thông vận tải như xe buýt,

xe ô tô công cộng… ở Singapore sử dụng CNG ngày càng gia tăng, chiếm tỷ lệ lớn Nhất là những năm gần đây, phần lớn phương tiện xe ô tô cá nhân của nước này cũng

đã chuyển đổi từ dùng nhiên liệu xăng sang dùng nhiên liệu CNG, Singapore đang có 5 trạm cung cấp nhiên liệu CNG Trong đó, trạm cung cấp thứ 5 là lớn nhất thế giới đã được Union Group mở từ tháng 9/2009, với 46 vòi cung cấp nhiên liệu, địa điểm này nằm ở Toh Tuck

Tại Trung đông, Iran là đất nước có số lượng xe dùng CNG và hệ thống phân phối khí CNG có quy mô hàng đầu thế giới Iran có đến 2.335 trạm cung cấp nhiên liệu CNG, với tổng số 13.534 vòi tiếp CNG Lượng xe ô tô dùng nhiên liệu CNG ở Iran đã vượt qua con số 3.500.000 chiếc Lượng tiêu thụ khí CNG của ngành giao thông vận tải Iran khoảng 20.000.000 m3 hàng ngày Một số quốc gia khác như Malaysia, Trung Quốc, Philippines… cũng đã sử dụng nhiên liệu sạch này từ lâu Từ đó có thể nhận thấy nhiên liệu khí nén CNG đã và đang sử dụng phổ biến trên toàn thế giới và sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai

1.3 Mục tiêu, phương pháp, nội dung, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế, chuyển đổi động cơ 1 xy lanh sử dụng nhiên liệu xăng hiện

có sang sử dụng kết hợp nhiên liệu Xăng-CNG để nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng tính kinh tế, kỹ thuật

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Động cơ sử dụng xăng của xe máy Suziki Viva có 1 xy lanh tại Khoa Kỹ thuật

giao thông

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu trong giới hạn xác định tỉ lệ CNG trong khí mới trong mỗi chu trình công tác, xác định kích thước họng, lắp đặt, thử nghiệm hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng-CNG cho động cơ xe máy cỡ nhỏ 1 xy lanh

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ NHIÊN LIỆU CNG, MỘT SỐ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CNG HIỆN CÓ 2.1 Đặc điểm của nhiên liệu xăng

Xăng được sản xuất bằng phương pháp chưng cất dầu mỏ, tồn tại ở thể lỏng, là loại nhiên liệu nhẹ, nhiệt độ bay hơi khoảng từ 30 - 40oC Khối lượng riêng ở 15oC là = (0,65-0,80)og/cm3 Trong xăng có khoảng 80- 90% Cácbua hydro trong nhóm Ankan

và Cyclo Ankan [15], [16]

Đối với động cơ sử dụng xăng phải có một số đặc điểm sau:

- Có số vòng quay của động cơ cao, tỷ số nén thấp

- Đốt cháy dạng cưỡng bức, tia lửa tại Bugi là tâm cháy, sau đó cháy lan truyền ra toàn bộ thể tích buồng cháy, kết thúc ở khu vực ngoài cùng của buồng cháy

- Hỗn hợp cháy phải đồng nhất, được hòa trộn trước

- Quá trình cháy với tốc độ nhanh (vận tốc lan truyền màng lửao20-25 m/s)

2.1.1 Một số yêu cầu đối với nhiên liệu xăng khi sử dụng cho động cơ

- Phải bảo đảm cho động cơ khởi động dễ dàng, trong mọi điều kiện thời tiết phải không bị đông đặc và hoạt động ổn định

- Có thành phần đồng nhất, bắt cháy nhanh, nhiệt trị cao

- Cung cấp đủ công suất thiết kế của động cơ mà không có tiếng gõ (kích nổ)

- Phát thải khí xả phải theo tiêu chuẩn đã được quy định chung

- Khi lưu trữ, vận chuyển thì chất lượng xăng ít bị thay đổi

- Không tạo hạt muội bám lên các chi tiết bên trong buồng đốt, không gây ăn mòn kim loại

2.1.2 Tính chất cơ bản của nhiên liệu xăng

Tính chất cơ bản của nhiên liệu xăng trong quá trình làm việc của động cơ là những tiêu chí ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy

2.1.2.1 Nhiệt trị

Là lượng nhiệt được giải phóng ra khi xăng được đốt cháy hoàn toàn với oxy Đây

là tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu xăng, liên quan trực tiếp đến công suất của động cơ Được tính toán gián tiếp bằng công thức Mendeleev hoặc xác định trực tiếp bằng phương pháp đo nhiệt trị, cụ thể công thức tính nhiệt trị như sau:

Qtk = 33,915.c + 126,0.h – 10,89 (onl - s) – 2,512.(9h + w), MJ/kg

Trong đó

2,512MJ/kg - nhiệt ẩn của 1kg hơi nước;

c - thành phần khối lượng của C trong nhiên liệu;

onl - thành phần khối lượng của O trong nhiên liệu;

h - thành phần khối lượng của H trong nhiên liệu;

w - thành phần khối lượng của H2O trong nhiên liệu;

s - thành phần khối lượng của S trong nhiên liệu;

So với các loại nhiên liệu khác thì xăng là loại nhiên liệu có nhiệt trị lớn nhất:

Qtk = 44,0 (MJ/kg)

2.1.2.2 Tính bay hơi

Xăng cần phải cóotính bayohơi thíchohợp, nếu quá dễ bay hơi sẽ gây ra hiện tượng hóa hơi ngay trên đường ống dẫn, tạo ra nghẽn khí (nút hơi), khiến cho xăngophun ra kèm bọt, khôngođảmobảoohơi xăng cung cấp cho động cơ, động cơ sẽ hoạt động không

ổn định; quá trình bảo quản, bơm, hút, vậnochuyển sẽ dẫn đến hao tổn quá mức Nếu xăng bay hơi kém, động cơ khó khởi động, việc điều chỉnh khó, làm lãng phí nhiên liệu

do cháy không hoàn toàn, làm loãng dầu nhờn và tạo ra muội than, gây ra hiện tượng mài mòn các chi tiết trong động cơ nhiều hơn mức bình thường

Hình 2.1 Đường cong chưng cất Engler của phân đoạn xăng cracking xúc tác

Khả năng bay hơi của nhiên liệu xăng được đánh giá qua các chỉ tiêu sau:

Thành phần điểm sôi:

Đối với nhiên liệu xăng cần xác định các thành phần điểm sôi như sau:

+ Điểm sôi đầu: đặc trưng cho tính khởi động của động cơ, khả năng gây nghẽn hơi và hao hụt tự nhiên Điểmosôi đầuothấp hơn quy định càng nhiều thì xăng càng dễ hao hụt, sẽ sinh ra nghẽn khí

+ Điểm sôi 10%V biểu thị cho tính khởi động của động cơ, là khả năng hao hụt tự nhiên và gây ra nghẽn hơi Điểm sôi 10% cao hơn quy định càng nhiều, khởi động động

cơ càng khó

+ Điểm sôi 50%V: thể hiện khả năng thay đổi tốc độ của động cơ Nếu điểm sôi 50%V cao quá mức cho phép thì khi tăng tốc, lượng hơi xăng vào động cơ nhiều nhưng đốt cháy không kịp do khó bốc hơi, làm cho máy yếu, điều khiển máy khó

+ Điểm sôi 90% V: thể hiện khả năng bay hơi gần như hoàn toàn của xăng Nếu điểm sôi 90%V cao quá mức cho phép, xăng sẽ khó bay hơi hết, làm loãng dầu bôi trơn, hao phí nhiên liệu vô ích, làm các chi tiết trong động cơ dễ bị mài mòn

+ Điểm sôi cuối: thể hiện khả năng bay hơi toàn phần của xăng Nếu điểm sôi cuối cao quá mức cho phép, xăng sẽ khó bay hơi hoàn toàn, làm pha loãng dầu bôi trơn, hao phí nhiên liệu vô ích, làm các chi tiết trong động cơ dễ bị mài mòn

Vì vậy, xăng bắt buộc phải có độ bay hơi thích hợp Theo quyođịnh, điểmosôi đầu phải không thấp hơn 35-40oC để động cơ khi còn nguội có thể dễ dàng khởi động; yêu cầu ở 60-70oC xăng phải bay hơi được 10%V Để dễ tăng tốc, động cơ làm việc ổn định

ở từng chế độ, yêu cầu tại nhiệt độ 115-120oC phải bay hơi được 50%V Để xăng cháy hết hoàn toàn, yêu cầu ở 180-190oC xăng phải bay hơi được 90%V và ở 195-200oC phải bay hơi hoàn toàn

Áp suất hơi bão hòa (Reid)

Là áp suất của hơi được xác định ở trạng thái cân bằng thể lỏng trong một thiết bị chuyên dùng (Bomb REID) được đo ở nhiệt độ cụ thể là 37,8oC

Đại lượng đơn vị đo áp suất hơi bão hòa (REID) gồm có là: Psi, mmHg, KG/cm2, Bar, Kpa

Thông qua áp suất hơi bão hòa, ta đánh giá được khả năng khởi động, khả năng tạo ra nút hơi, tổn thất trong quá trình bảo quản Khả năng bay hơi càng mạnh khi áp suất hơi bão hòa càng cao

Áp suất hơi bão hòa của nhiên liệu xăng được quy định không quá 500mmHg (theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ), trong khoảng 44 - 78kPa (330 - 585mmHg) (theo tiêu chuẩn của các quốc gia khác)

Khối lượng riêng và tỉ trọng

Biểu thị cho tính bay hơi của nhiên liệu, càng nhẹ bay hơi càng cao

Khối lượng riêng ở 15oC là = (0,65-0,80) g/cm3

Tỉ trọng xăng ô tô 15oC là : 0,700 – 0,740

2.1.2.3 Tính chống kích nổ

Hiện tượng cháy kích nổ

Đối với động cơ xăng, hỗn hợp khí (gồm xăng và không khí) được hình thành với

tỉ lệ thích hợp trước khi đốt cháy nên hoà khí tương đối đồng nhất Bên trong xy lanh, hoà khí bị nén đến một thời điểm thích hợp cuối kỳ cháy thì bugi phóng tia lửa điện, lúc

đó hoà khí sẽ bắt cháy với tốc độ rất nhanh Thể tích và áp suất khí cháy trong xy lanh tăng lên đột ngột đẩy mạnh piston xuống, còn khí thải theo van xả thải ra ngoài

Quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu xăng và không khí trong buồng cháy động

cơ là quá trình cháy cưỡng3bức, do bugi đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu Quá trình cháy được xảy ra với tốc độ rất nhanh, nhưng không phải ngay tức thì trong buồng đốt, khu vực gần bugi là nơi bắt đầu quá trình cháy sau đó cháy lan đều ra toàn bộ thể tích

công tác của xy lanh, lúc đó quá trình cháy mới kết thúc Vận tốc lan truyền bình thường của mặt cầu lửa là 20-25m/s Với vận tốc lan truyền như vậy, áp suất trong xy lanh tăng lên ổn định, động cơ làm việc bình thường

Vì một lý do khách quan nào đó như xăng không đảm bảo về yêu cầu chất lượng hoặc điều kiện công tác của động cơ không tốt (góc đánh lửa đặt sớm, thành phần hoà khí vào buồng đốt không đảm bảo yêu cầu, nhiệt độ, áp suất cháy cao…) hoặc kết cấu động cơ thiết kế không chuẩn xác sẽ gây ra hiện tượng cháy không bình thường Lúc đó

sẽ xảy ra hiện tượng cháy kích nổ, nghĩa là tại một vị trí nào đó bên trong xy lanh hòa khí đã tự bốc cháy đột ngột với vận tốc cháy lan truyền nhanh gấp mấy trăm lần quá trình cháy lúc bình thường, dù mặt cầu lửa vẫn chưa lan tới, lúc này sẽ hình thành hai (hoặc nhiều tâm cháy khác nhau trong xy lanh) Vận tốc cháy lan truyền khi kích nổ có thể lên tới 1.500 - 2.500m/s Áp suất bên trong xy lanh tăng đột ngột tới 160Kg/cm2 Do việc áp suất tăng đột ngột nên đã tạo ra các sóng áp suất va đập vào thành xy lanh, tạo

ra tiếng kêu lách cách (hay tiếng gõ), khiến máy rung, giật và nhiệt độ tăng cao hơn bình thường rất nhiều

Hiện tượng kích nổ khiến động cơ làm việc không ổn định, làm giảm công suất, tăng tiêu hao năng lượng vô ích do động cơ đốt cháy không hoàn toàn, gây ra mài mòn các chi tiết ở mức độ nhanh hơn, nặng hơn là gây nứt, vỡ piston, cong vênh thanh truyền, chốt piston, séc măng…, kết quả là xy lanh bị bẩn do tạo ra nhiều muội than, làm bẩn piston và cả bên trong động cơ… Để tránh xảy ra hiện tượng cháy kích nổ, đảm bảo cho động cơ làm việc bình thường thì yêu cầu động cơ phải có kết cấu và điều kiện sử dụng hợp lý Bên cạnh đó đòi hỏi nhiên liệu cũng phải đạt các yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng

Trị số ốc tan

Hiện tượng cháy kích nổ đối với động cơ xăng trên thực thế có mối liên quan chặt chẽ với thành phần hóa học của nhiên liệu xăng Muốn xác định khả năng cháy kích nổ của một loại xăng nào đó hoặc của một nhóm hydro cacbon, người ta đã tạo ra một phương pháp bằng thực nghiệm dựa trên việc so sánh quá trình cháy của một loại nhiên liệu tiêu chuẩn với loại nhiên liệu cần đánh giá, quá trình đánh giá dựa trên một chỉ tiêu chất lượng có tên là trị số octan Trị số octan dùng để biểu thị cho đặc trưng chống kích

nổ, là một đơn vị quy ước của nhiên liệu xăng khi đốt cháy trong động cơ Trị số octan

càng cao thì càng khó bị kích nổ, tức là xăng đó có tính chống cháy kích nổ tốt Trái lại, trị số octan càng nhỏ thì động cơ càng dễ xảy ra hiện tượng cháy kích nổ, hay còn nói

là loại xăng đó có tính chống kích nổ kém

Để xác định trị số octan bao gồm hai hợp phần

+ Hợp phần n–heptan (n-C7H16) có cấu tạo mạch carbon thẳng đó là:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

n-Heptan có tính chống kích nổ kém, quy ước n-Heptan có trị số octan = 0

+ Hợp phần Iso-octan (2-2-4 Trimetyl pentan) có công thức cấu tạo mạch nhánh Iso-octan có tính chống cháy kích nổ tốt, quy ước Iso-octan có trị số octan = 100 Cụ thể như sau:

Việc hòa trộn hai hợp phần này với nhau theo một tỉ lệ thể tích nhất định sẽ quy ra được trị số octan của nhiên liệu hỗn hợp đó Giả sử nhiên liệu hỗn hợp có 30% thể tích

là n-Heptan và 70% thể tích là Iso-octan, vậy nhiên liệu đó có trị số octan là 70 Có thể xác định trị số octan của xăng bằng máy đo chuyên dụng

Quan hệ giữa tỉ số nén của động cơ với trị số octan

Việc lựa chọn trị số octan để sử dụng đối với nhiên liệu xăng phụ thuộc vào tỉ số nén của động cơ Nếu động cơ tạo ra công suất lớn, có tỉ số nén cao đòi hỏi phải sử dụng loại xăng có trị số octan cao; sử dụng loại xăng có trị số octan cao hơn yêu cầu cũng không tốt, khiến cho động cơ làm việc không ổn định, dễ nóng máy và còn gây ra lãng phí nhiên liệu Nếu sử dụng xăng có trị số octan thấp sẽ gây ra hiện tượng cháy kích nổ Như thế, để để động cơ làm việc một cách ổn định, có độ tin cậy cao, quá trình cháy diễn ra bình thường và không bị cháy kích nổ trong xy lanh thì căn cứ vào tỉ số nén của động cơ (theo yêu cầu của nhà sản xuất) phải chọn lựa loại xăng có trị số octan tương ứng

2.1.2.4 Nhiệt độ bén lửa

Đây là một tiêu chí để đánh giá khả năng bảo đảm an toàn của nhiên liệu, chính là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó hòa khí bắt đầu bén lửa, thể hiện thành phần chưng cất nhẹ của xăng

2.2.2 Nguồn gốc hình thành, khai thác và xử lý

Khí thiên thiên được hình thành bởi các loại vi sinh vật, sinh vật phù du sống ở dưới nước, gồm có: động vật nguyên sinh và tảo, khi chúng chết đi, xác của chúng được tích tụ, tập trung tại đáy của đại dương và bị vùi lấp dần (người ta tìm thấy xác của chúng nằm lắng đọng dưới các lớp trầm tích) Sau một thời gian dài hàng trăm triệu năm, dưới nhiệt độ và áp suất cao, các lớp trầm tích này đã biến đổi về mặt hóa học từ các chất hữu cơ thành khí thiên nhiên ngay trên xác của các loại vi sinh vật này Khí thiên nhiên và dầu mỏ chủ yếu được hình thành bằng các quá trình tự nhiên tương đối giống nhau (vì vậy có 2 thể hydro cacbon thường được phát hiện cùng với nhau trong các hồ chứa ngầm tự nhiên) Trong lòng vỏ Trái Đất, sau khi được tạo nên, khí thiên nhiên và dầu mỏ đã len lỏi vào các lỗ nhỏ của các tầng, lớp đá xốp xung quanh nó, thường cũng có cả nước chui vào những tầng đá xốp này, đồng thời vì khí thiên nhiên

về bản chất nhẹ hơn nước và do mật độ kém đậm đặc của các lớp đá vây quanh, nên khí thiên nhiên di chuyển lên phía trên qua lớp bao bọc, có lúc di chuyển đến những vị trí

rất xa nơi mà chúng được sinh ra Kết quả là một vài hydro cacbon này bị giữ lại bởi các tầng đá không xốp (không thấm), các tầng đá này hay còn gọi là "đá mũ chụp" Khí thiên nhiên về bản chất cũng có khối lượng riêng nhẹ hơn so với dầu mỏ, vì vậy nó hình thành một lớp nằm phía trên của dầu mỏ, lớp khí này hay còn gọi là "mũ chụp khí" Trữ lượng metan được chứa trong các lớp than đá là rất đáng kể, do dó thành phần chính của khí thiên nhiên là metan [5]

Khi xác định các cấu trúc địa chất có khả năng chứa khí tự nhiên, các công ty khai thác sẽ thực hiện việc khoan đào các giếng kiến tạo đá Khi khoan thẳng vào tầng đá xốp có mật độ lưu lượng lớn khí thiên nhiên, lúc này áp lực bên trong tầng đá xốp sẽ đẩy khí thiên nhiên chui lên trên bề mặt Thông thường, sau một thời gian khai thác áp lực khí sẽ bị giảm dần và cần phải dùng kết hợp với bơm để hút khí lên trên

Sau khi được khai thác xong, khí thiên nhiên được di chuyển bằng các đường ống dẫn khí đến các nhà máy có đủ điều kiện để lọc các tạp chất rồi chế biến hoặc xử lý theo nhu cầu sử dụng, chúng được chế biến bằng các thiết bị tách lọc khí nhằm loại bỏ các hợp chất không phải là hydro cacbon, đặc biệt là dioxit cacbon và hydro sunfit Hai quá trình sử dụng cho mục đích này là hấp thụ và hút bám

Quá trình hấp thụ bằng cách sử dụng một chất lỏng hấp thụ, trong một quá trình thường gọi là hấp thụ hóa học, khi đó chất lỏng hấp thụ sẽ phản ứng với các tạp chất Khí thiên nhiên sau đó thoát ra khỏi chất hấp thụ còn chất hấp thụ giữ các tạp chất ở lại trong chất lỏng Các chất lỏng hấp thụ thường được sử dụng là cacbonat natri, nước và các dung dịch amin nước

Quá trình hút bám: đó là quá trình mà khí tự nhiên được cô đặc ngay trên bề mặt của một chất lỏng hoặc chất rắn có tác dụng tinh lọc các tạp chất không cần thiết Chất được dùng cho việc hút bám này có diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng rộng, hay thường dùng là cacbon (than)

2.2.3 Thuộc tính CNG giống như nhiên liệu thay thế trên ô tô

2.2.3.1 Tính chất đặc trưng của nhiên liệu CNG

Về mặt hoá học: khí CNG chính là loại khí thiên nhiên được nén dưới áp suất cao (từ 205 - 275bar) Khí CNG cũng là khí cháy có hỗn hợp gồm có số lượng lớn là các hydro cacbon Cùng với dầu mỏ và than đá, khí thiên nhiên CNG là nhiên liệu hóa thạch

Khí CNG chứa đến hơn 90% metan (CH4) và khoảng từ 4-8% etan (C2H6) và ngoài ra còn có chứa một lượng ít propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12) và các alkan khác Khí CNG thường được tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong lớp vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới Khí CNG cũng chứa một lượng rất nhỏ các tạp chất khác không đáng kể như CO2, HS, N2, v.v… Các loại tạp chất này thường sẽ được loại bỏ khỏi khí CNG trong quáotrình tinholọc và thường đượcodùng làm các sảnophẩm phụ (do làm ảnh hưởng đến đặc tính của khí thiên nhiên và giảm nhiệt trị)

A/F-(tỉ lệ Kg không khí/kg nhiên-liệu) 14,6 17,23

0

75

25

0 Nhiệt trị riêng khối lượng của nhiên liệu xăng thông thường thấp hơn khoảng 10%

so với nhiên liệu CNG Với hiệu suất giống nhau, nếu tính theo khối lượng thì suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ dùng CNG cũng sẽ giảm từng ấy lần

Chỉ số octan của khí CNG lớn hơn đối với nhiên liệu xăng; ở động cơ đặc thù chuyên dụng thì công suất, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và tính gia tốc của ô tô sử dụng khí CNG sẽ tốt hơn đối với ô tô dùng xăng Vì quá trình đốt cháy sinh công của CNG

có ưu điểm là đốt cháy hoàn toàn hơn xăng, do đó ô tô dùng động cơ sử dụng khí CNG

sẽ làm việc đem lại hiệu quả hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, đồng thời cũng làm tăng độ bền và tuổi thọ cho động cơ Đối với những ô tô có công suất lớn sử dụng nhiên liệu diesel thì việc sử dụng CNG sẽ gây ra ít tiếng ồn hơn Tuy nhiên, do áp suất của khí CNG trong bình chứa khí nén cao, cùng với đó tỉ lệ A/F và octan của CNG cũng lớn hơn xăng, nên để sử dụng khí CNG trước khi vào buồng đốt của động cơ buộc phải có van giảm áp (bộ hóa hơi) Đây là yêu cầu quan trọng đối với hệ thống cung cấp CNG

Bên cạnh đó CNG là khí đốt, nhưng lại có phạm vi cháy hẹp, nên được coi là loại nhiên liệu an toàn, ô tô sử dụng CNG có mức độ an toàn được đánh giá tương đương với ô tô sử dụng xăng Khi khí CNG bị rò rỉ ra bên ngoài do có sự cố xảy ra, v.v thì CNG không độc, không gây hại đối với đất, nước Khí CNG có khả năng phân tán nhanh, làm giảm nguy cơ gây ra cháy nổ khi có sự cố

2.2.3.3 Phát thải gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng nhiên liệu CNG

Cũng giống như các nhiên liệu truyền thống khác, đặc điểm trong khí thải gây ô nhiễm môi trường của động cơ dùng khí CNG có mối quan hệ trực tiếp đến hợp phần hydro carbure có trong nhiên liệu (do khí CNG có chứa ít nhất 90% metan) Không giống như động cơ xăng, trong khí thải động cơ dùng CNG gần như không xuất hiện hydro carbure nào có nhiều hơn 04 nguyên tử carbon, đáng kể đến nữa là không hề có

sự tồn tại nào của hợp phần hydro carbure thơm Với mối quan hệ liên quan đến hình

thành ozone ở tầng khí quyển, trong khí xả của động cơ dùng khí nén CNG có hàm lượng hoạt tính nhỏ hơn động cơ dùng xăng đến hai lần Có được đặc điểm này là do phần lớn lượng metan còn lại trong khí xả rất ít vì đã được đốt cháy gần như hoàn toàn (cháy sạch hơn xăng) Hàm lượng của các chất hoạt tính (như-butenes, 3-diene, xylenes,

buta- 1) là rất nhỏ nên có thể không tính đến hoặc không tồn tại

Bảng 2.3 Mức độ phát thải ô nhiễn của động cơ dùng CNG

đó, trong khí thải động cơ dùng khí CNG sẽ có hàm lượng NOx rất nhỏ nếu như động

cơ có giá trị λ =1 [5]

Bảng 2.4 So sánh mức độ phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ

dùng xăng và CNG (gCO 2 /Km) theo chu trình ECE Mức độ phát sinh khí xả

Thực tế, đã có nhiều nghiên cứu cho thấy việc sử dụng CNG tạo ra CO2 ít hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng Do đó, lượng khí xả tạo ra hiệu ứng nhà kính của động cơ dùng CNG sẽ thấp hơn so với dùng xăng khoảng 25% Có thể nhận thấy được việc dùng nhiên liệu CNG sẽ làm giảm đi rất đáng kể hiệu ứng nhà kính và làm giảm sự nóng lên của bầu khí quyển [5]

Về cơ bản thì động cơ dùng khí CNG rất có tiềm năng đối với ô tô, đặc biệt là ở các thành phố, là những nơi mà tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng tăng cao và đáng báo động Ở một số thành phố của các quốc gia trên thế giới, chính quyền đã xem xét và bắt đầu sử dụng nhiên liệu CNG cho ô tô Đối với các nước lớn như Mỹ, Italy, Canada, Tây Ban Nha họ đã cho xây dựng hệ thống, cơ sở hạ tầng bảo đảm cho việc thúc đẩy mạnh hơn nữa xe ô tô dùng khí thiên nhiên CNG

2.3 Một số hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng khí CNG hiện có

Hiện nay, trên thế giới đã có một số nước sử dụng nhiên liệu CNG làm nguồn nhiêu liệu chính (hoặc có thể kết hợp cùng với nhiên liệu diesel) thường được sử dụng trong ô tô, máy phát điện, máy cắt cỏ, v.v…có thể phân biệt một số hệ thống tiêu biểu như sau:

2.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng bộ hòa trộn

Cung cấp nhiên liệu bằng phương pháp dùng bộ hoà trộn có dạng như sau:

Hình 2.2 Cung cấp CNG bằng phương pháp sử dụng bộ hòa trộn

Khí CNG được chứa trong bình khí nén có áp suất cao (khoảng 200bar), khi bật khoá điện khởi động, lúc này van bình sẽ mở ra để khí CNG đi đến bộ giảm áp Ở đây,

áp suất của khí CNG sẽ được hạ thấp xuống đến giá trị làm việc cho phép, vì áp suất tại họng venturi nhỏ hơn áp suất của khí trời nên khí CNG sẽ được hút vào trong đường

ống nạp, định lượng khí CNG đảm bảo cho động cơ làm việc sẽ được điều tiết bởi độ chân không tại họng venturi và bộ giảm áp, lúc này khí CNG sẽ đi tới bộ hoà trộn để hòa trộn cùng không khí, tạo thành hỗn hợp hoà khí hút vào trong xy lanh

Bộ hòa trộn có họng dạng venturi thường được dùng phổ biến vì việc hoà trộn không phức tạp, thích hợp với nhiều loại nhiên liệu thể khí Do đó cấu tạo của hệ thống cũng sẽ đơn giản, làm cho chi phí cấu tạo rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa Tuy nhiên, cũng

có nhược điểm là khả năng khống chế tỉ lệ CNG- không khí chưa chuẩn xác do sự cung cấp khí CNG là liên tục diễn ra

2.3.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng bộ hòa trộn có kết hợp với dùng van tiết lưu

Khi bật chìa khóa điện để khởi động, sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây tạo ra từ thông khiến van điện từ mở Lúc này, CNG có áp suất cao được nén trong bình chứa đi đến bộ điều hòa áp suất, ở đây, áp suất khí CNG được hạ xuống đến giá trị cho phép trong khoảng 0,8-2,5 bar, nhiên liệu trước khi đi vào van tiết lưu qua bộ lọc áp suất thấp;

bộ vi xử lý sẽ điều khiển van tiết lưu đóng, mở; định lượng khí CNG sẽ được khống chế thông qua-bộ điều hòa áp suất, bởi độ chênh áp tại họng venturi và bởi tiết diện của-van tiết-lưu; thông qua vị-trí bướm-ga (đo bằng cảm-biến phần trăm vị-trí bướm-ga) van tiết lưu sẽ được điều chỉnh tiết diện lưu thông tương ứng Hỗn hợp gồm không khí và CNG được hòa-trộn đều tạo-thành hoà khí-đi vào trong xy lanh

Hình 2.3 Cung cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu

Lượng CNG không những được định lượng bởi áp suất chênh lệch trong ống venturi mà còn do trên đường nạp có sự thay đổi tiết lưu, lúc này ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và ra tín hiệu điều khiển mức độ tiết lưu trên đường nạp Thông thường động cơ dùng bộ hoà trộn cùng van tiết lưu thì công suất sẽ giảm xuống (từ 5-8 %) do CNG chiếm chỗ nhiều gần khu vực van tiết lưu và do tại họng venturi bị hao hụt lượng khí nạp

2.3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG sử dụng vòi phun trên đường ống nạp

Khí CNG được lưu trữ trong bình khí nén với áp suất cao Lúc bật khóa điện để khởi động, trên cuộn dây sẽ có dòng điện chạy qua khiến van điện từ mở để khí CNG trong bình chứa đi đến bộ giảm áp Tại vị trí bộ giảm áp, khí CNG được hạ thấp đến giá trị làm việc cho phép, rồi CNG tiếp tục đi qua bộ lọc áp suất thấp trước khi tới vòi phun ECU tính toán, xử lý và ra tín hiệu điều khiển vòi phun một cách tự động; căn cứ vào vị trí tay ga (dựa trên cảm biến đo phần trăm vị trí tay ga) thời gian phun sẽ được điều khiển tương ứng Bộ vi xử lý nhận các tín hiệu cần thiết từ các cảm biến trên hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG Hệ thống này bao gồm:

Hệ thống nhiên liệu: gồm bình chứa khí CNG, bộ điều hoà áp suất, van điện từ, béc phun CNG Vì các đặc tính của khí CNG đã nêu và yêu cầu của hệ thống để không xảy ra hiện tượng hóa hơi trên đường nạp, áp suất cần phải đạt được để cung cấp CNG tới vòi phun là 5bar Vấn đề an toàn của hệ thống này rất quan trọng, luôn được ưu tiên hàng đầu do doạt động của cả hệ thống luôn ổn định ở mức áp suất cao

Hệ thống điều khiển gồm có các cảm biến, chúng ghi nhận các thông số ở từng chế

độ tải của động cơ (các cảm biến cơ bản gồm có: cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, cảm biến vị trí cốt cam, cảm biến nồng độ oxy, ) từ thông số được cung cấp của các cảm biến này, ECU sẽ phân tích, xử lý, sau đó phát ra tín hiệu điều khiển đến vòi phun để điều khiển thời gian đóng,

mở vòi phun cung cấp khí CNG vào đường nạp một cách tương ứng với các giá trị đã lưu trữ Tín hiệu điều khiển là các xung có thời gian và biên độ ứng với tỉ lệ lượng CNG cần cung cấp đến đường ống nạp Bên cạnh đó, trên hệ thống còn được trang bị thêm một cảm biến đo áp suất bình chứa khí nén CNG (khác so với động cơ phun xăng) Mức độ ô nhiễm khí xả và tính năng của động cơ có thể được cải thiện bởi hệ thống phun CNG trên đường ống nạp Không giống việc dùng bộ hòa trộn, hệ thống này phun

nhiên liệu với áp suất không đổi là 5bar Do đó cho phép bảo đảm chính xác lượng nhiên liệu ở từng chế độ tải của động cơ Hệ số nạp cũng được cải thiện hơn do không có họng venturi Quá trình phun nhiên liệu CNG của động cơ được hoạt động một cách độc lập nên cải thiện được sự đồng đều lượng nhiên liệu cung cấp cho từng xy lanh (đối với động cơ có nhiều xy lanh), do đó cũng làm giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa trên đường ống nạp Việc phân bổ lượng CNG vào buồng đốt được tính toán, điều khiển bởi ECU

Hệ thống này cơ bản giống với hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng điều khiển điện

tử (EFI)

Hình 2.4 Cung cấp CNG sử dụng vòi phun trên đường ông nạp

2.3.4 Hệ thống cung cấp CNG sử dụng vòi phun trực tiếp vào bên trong xy lanh động cơ

Hệ thống này sử dụng phương pháp phun trực tiếp vào buồng đốt, nguyên lý làm việc cũng giống như hệ thống phun trên đường nạp, có đặc điểm ưu việt hơn là nhiên liệu được phun thẳng trực tiếp vào buồng đốt của động cơ, hình thành hỗn hợp cháy gồm không khí và nhiên liệu ngay trong xy lanh ở cuối kỳ nén (Về cơ bản hệ thống này giống với dạng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt (GDI) của động cơ xăng)

Hình 2.5 Cung cấp CNG bằng phương pháp sử dụng vòi phun trực tiếp

1: Bình khí CNG; 2: Khoá bình; 3: Đồng hồ đo áp suất;

4: Bầu lọc khí CNG; 5: Van khoá 1 chiều; 6: Vòi phun CNG;

10: Cảm biến tốc độ; 11: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

12: Cảm biến vị trí bướm ga; 13: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 14: Bầu lọc không khí; 15: Công tắc đánh lửa; 16: Công tắc CNG; 17: Bình ắc quy

Phương pháp phun trực tiếp này có rất nhiều ưu điểm vượt trội vì nó có thể phun chính xác lượng CNG cần thiết cho từng chế độ làm việc của động cơ (cao hơn nhiều so với phương pháp phun trên đường ống nạp), đồng thời cũng làm giảm phát thải ô nhiễm môi trường do nhiên liệu đốt cháy hoàn toàn hơn và làm tăng tính kinh tế của động cơ Việc phun trực tiếp vào trong buồng đốt cho phép kết hợp các ưu điểm của khí CNG và quá trình cháy của hỗn hợp nghèo phân lớp Không những vậy, hệ thống này còn tận dụng được ưu thế của nhiên liệu có áp suất cao ban đầu nên có thể không cần dùng đến bơm nhiên liệu áp suất cao Vì vậy mà động cơ làm việc có tổn thất hệ số nạp được giảm đến mức thấp nhất và ở điều kiện hỗn hợp nghèo Hạn chế lớn nhất của hệ thống phun này là chi phí chế tạo rất cao, đòi hỏi về kĩ thuật chế tạo và điều chỉnh chính xác hệ thống phun trên bộ vi xử lý ECU, bảo quản, bảo dưỡng, sửa chữa cũng sẽ phức tạp hơn

2.4 Kết luận

Qua nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân, nhận thấy Khí thiên nhiên CNG và một số

hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG đã được các nước, các tổ chức trên toàn thế giới và hiện nay là nước ta đang khuyến khích sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu xăng và diesel Việc sử dụng nhiên liệu CNG cho các loại động cơ đã được các công ty công nghệ, các hãng chế tạo ô tô ứng dụng và được các tổ chức đăng kiểm uy tín trên thế giới chứng nhận Được xem là hướng đi mới phù hợp với lộ trình cắt giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường của ô tô, xe máy và các phương tiện cơ giới có thể ứng dụng được; có thể tận dụng được các loại động cơ thế hệ cũ dùng nhiên liệu xăng để chuyển đổi mà không cần phải thay thế và tốn nhiều chi phí, hoàn toàn có tính khả thi cao tại Việt Nam Cùng với đó, ở Việt Nam đã có một số đơn vị khai thác và cung cấp khí CNG tại thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh như Petro Việt Nam, Việt Xuân Gas,

do đó, đây cũng là điều kiện thuận lợi trong việc tiến hành thực nghiệm trong khuôn khổ nội dung đề tài đặt ra Vì vậy, tác giả lựa chọn nhiên liệu CNG là loại nhiên liệu để triển khai thực hiện đề tài này

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN ĐỂ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG

CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CNG 3.1 Khảo sát và phân tích tính khả thi trong triển khai thực hiện

Hiện tại Xưởng của Khoa Kỹ thuật giao thông, qua nghiên cứu, khảo sát có một sô loại động cơ cụ thể:

Động cơ ô tô đời mới: là động cơ nhiều xy lanh, sử dụng hệ thống phun xăng điện

tử, có công suất và mô men xoắn cao, để ứng dụng CNG cho những loại này cần phải giải quyết được một số vấn đề như: can thiệp vào kết cấu động cơ, hệ thống cung cấp nhiên liệu; thời điểm đánh lửa; tính toán thử nghiệm phương án lắp đặt, tính toán lượng phun nhiên liệu CNG cho từng chế độ tải của động cơ, thời điểm phun CNG, áp suất trên đường nạp để đảm bảo hòa trộn CNG với xăng, phân bổ CNG trong từng xy lanh, bên cạnh đó việc can thiệp vào ECU để điều khiển gặp khó khăn do hạn chế về mặt kỹ thuật Dù làm việc tốt hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn nhưng phun xăng điện tử có cấu tạo phức tạp, dễ hư hỏng hơn so với bộ chế hòa khí Nếu cảm biến hay bộ điều khiển trục trặc thì gần như không thể sửa chữa, phải thay mới và việc tìm kiếm để thay thế cũng khó khăn hơn do tính tương thích chung của cả hệ thống

Động cơ xe máy Suzuki cỡ nhỏ: là loại một xy lanh, sử dụng chế hòa khí, động cơ tương đối đơn giản do công suất thấp, mô men xoắn thấp, việc can thiệp vào cấu tạo động cơ, hệ thống cung cấp nhiên liệu có thể thực hiện được, sử dụng bộ chế hòa khí có cấu tạo đơn giản, chu trình làm việc chỉ có 1 xy lanh, nên phù hợp cho việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế lắp đặt hệ thống phun CNG và thử nghiệm Điểm yếu lớn nhất của hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí so với hệ thống phun xăng điện tử là chỉ có thể tạo

ra tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng ở một khoảng vận hành nhất định Điều này khiến động cơ dùng chế hòa khí chạy không tiết kiệm và linh hoạt ở một số dải vận tốc bằng động cơ

có trang bị hệ thống phun xăng điện tử Tuy không có những ưu điểm như hệ thống phun xăng điện tử, nhưng nhờ có kết cấu thuần cơ khí nên chế hòa khí có giá thành thấp hơn,

ít gặp hư hỏng, chi phí bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế cũng thấp hơn nhiều Việc căn chỉnh xăng gió, vệ sinh bình xăng con không phức tạp Nhờ ưu điểm này mà chế hòa khí được xác định là một trong những phương án khả thi nhất để thực hiện đề tài Động cơ máy cắt cỏ, là loại động cơ hai thì, sử dụng nhiên liệu xăng có pha nhớt,

có cấu tạo, kích thước động cơ nhỏ, chu trình làm việc đơn giản, tuy nhiên do đã sử dụng

nhiên liệu xăng pha nhớt nên nếu sử dụng kết hợp thêm nhiên liệu CNG là tương đối phức tạp trong việc tính toán việc hình thành hỗn hợp khí đưa vào buồng đốt khi có cả nhiên liệu nhớt, tính khả thi không cao

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế, lắp đặt

Sau khi phân tích các phương án thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG đã sử dụng trong thời gian qua, thực trạng các loại động cơ hiện có ở Xưởng của Khoa, xem xét về tính khả thi, đồng thời cũng để đảm bảo tiêu chí về tính kinh tế, độ tin cậy và phù hợp với tình hình triển khai thực hiện trong điều kiện hiện nay, tác giả xác định chọn phương án đó là: thiết kế, lắp đặt bộ hoà trộn sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng và CNG (kết hợp lưỡng nhiên liệu xăng-CNG để hoà trộn cùng với không khí) trên động cơ xe máy Suzuki Viva có 1 xy lanh (dùng chế hòa khí xăng trước đó) Khi thực hiện phương

án này, việc nghiên cứu thiết kế, lắp đặt có thể thực hiện được do nguyên vật liệu có giá thành phù hợp, việc kiểm tra, thử nghiệm, bảo dưỡng và sữa chữa nếu có hư hỏng xảy

ra có thể dễ dàng hơn so với các loại động cơ nhiều xylanh, vật tư thay thế có thể tìm được để mua ngay Việc tính toán các thông số trong quá trình làm việc cũng được đơn giản hóa, đồng thời trong quá trình thực nghiệm tiến hành ghi chép các thông số, điều chỉnh sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất, tiết kiệm nhiên liệu nhất là có thể

3.3 Giới thiệu động cơ hiện hành chuyển đổi sang sử dụng CNG

Việc chuyển đổi động cơ dùng đơn nhiên liệu hiện có sang sử dụng kết hợp thêm khí CNG cần phải thay đổi kết cấu một số bộ phận, chi tiết, buộc phải trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG, cắt bỏ đi bộ chế hòa khí cũ, vẫn giữ lại một số bộ phận trên hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng

Đề tài chọn động cơ thử nghiệm của hãng Suzuki, là loại động cơ xăng 4 thì lắp trên xe máy Viva đã được tháo xuống, có 1 xylanh, dung tích xylanh là 109 cc, sử dụng trục cam đơn SOHC, có 2 xupap dẫn động thông qua cò mổ, thân xy lanh được chế tạo bằng loại hợp kim nhôm, có trục cam được bố trí nằm ngay trên đầu quy lát Lốc máy được chế tạo bằng thép đúc chắc chắn, piston cũng được chế tạo bằng hợp kim nhôm Đây là động cơ đời cũ chưa có phun xăng, vẫn sử dụng bộ chế hòa khí [6]

Bảng 3.1 Thông số chi tiết của động cơ

Thông số động cơ

Công suất cực đại (Kw/rpm/min) 4,8 Kw/8000 vòng/phút

Momen xoắn cực đại (Nm/rpm/min) 6,2 N.m/6000 vòng/phút

3.4 Tính toán

3.4.1 Phương trình cháy hỗn hợp CNG-không khí

Coi khí CNG ở điều kiện lý tưởng với 100% là Metan (CH4), còn một số ít tạp chất không đáng kể

Phương trình tổng quát của môi chất hydrocarbon cháy hoàn toàn khi đủ oxygen [7]:

OH2

nmCOO

4

nmH

4

nm773,3OH2

nmCON

773,3O4

nm

Với δHc là nhiệt lượng xác định theo độ biến đổi Enthalpy

3.4.2 Phương trình cháy của các thành phần hỗn hợp CNG-không khí

Phương trình cháy hỗn hợp Metan (CH 4 )-không khí:

FCH4 + A(O2+3,773.N2) → aCO2 + bH2O + c(3,773.N2) + Q (3.3)

Từ (3.3) ta có:

CH4 + 2(O2+3,773.N2) → CO2 + 2H2O + 2(3,773N2) + Q

Do đó, hệ số tương ứng A = 2, a = 1, b = 2, c = 2

3.4.3 Tỷ lệ hỗn hợp của nhiên liệu CNG - không khí

Tỷ lệ hỗn hợp F/A (khối lượng CNG/khối lượng không khí) được dùng để đánh giá mức độ hòa trộn hỗn hợp cần thiết cho sự cháy hoàn toàn

Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (Di):

Di = F(∑ số mole CNG)/ A (∑số mole không khí) [7]

 ( 3 , 773 ) 

) (

2

O A

H C F

Tỉ lệ hỗn hợp lý tưởng của Metan:

Từ công thức (3.4) với Metan (CH4) với F = 1 và A = 2 Ta có:

Thành phần khí CNG lý tưởng thí nghiệm được chọn: 100% CH4

Vậy lượng không khí cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu CNG

L0 = 1 LCH4 = 1 17,2055 = 17,2055 [kg.kk/kg.CNG] (3.5)

Khối lượng riêng của nhiên liệu CNG ở thể khí:

Khối lượng riêng khí Metan là 0,717 [kg/m³], thành phần khí CNG lý tưởng 100% là CH4,vậy khối lượng riêng của nhiên liệu khí CNG (100% CH4):