Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi

Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và nguồn nhiên liệu truyền thống ngày
càng cạn kiệt nên đó là vấn đề quan trọng đƣợc cả thế giới quan tâm. Vì vậy nhiệm
vụ đặt ra cho các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô là làm sao cho nguồn khí thải từ xe
phát ra là nhỏ nhất và hƣớng tới mục tiêu tìm kiếm những nguồn năng lƣợng mới sử
dụng trên động cơ đốt trong. Do đó cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật
hiện đại các loại động cơ sử dụng nhiên liệu sạch đƣợc thiết kế và ngày càng đƣợc
sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.
Nhận thấy đƣợc tầm quan trọng đó nhóm chúng em đã đƣợc thầy giao đề tài:
“Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ô tô bus 29 chỗ ngồi” và em
đƣợc giao nhiệm vụ là: “thiết kế cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền của động
cơ CNG – Bus 29”.
Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy
cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng
các kiến thức đƣợc học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến
thức của em còn hạn chế, thời gian không nhiều nên đồ án sẽ không tránh khỏi
những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em
ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn Nguyễn
Quang Trung cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em
hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Nhóm Sinh viên thực hiện

Lê Viết Tiệp
Lê Đức Trọng Nguyễn
Võ Văn Hạnh
Nguyễn Tấn Mỹ

1


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ
1.1. GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU KHÍ CNG
1.1.1. Khái niệm về khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên để chạy ô tô đƣợc viết tắt là NGV ( Natural – gas Vehicle)
Là khí đƣợc khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên. Khí thiên nhiên
đƣợc dùng cho động cơ đốt trong bao gồm khí công nghiệp lấy từ việc tinh luyện
dầu mỏ, trong các lò luyện cốc, lò cao và khí lò gas lấy từ việc khí hoá các nhiên
liệu rắn trong các thiết bị đặc biệt.
Nhiên liệu khí thiên nhiên dùng cho động cơ có những ƣu nhƣợc điểm sau:
- Ƣu điểm:
+ Sản xuất đơn giản và an toàn hơn
+ Lƣợng khí thiên nhiên ở Việt Nam có tiềm năng rất lớn
+ Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ô
nhiễm môi trƣờng hơn vì nó giảm đƣợc khí CO, lƣợng Hydrocacbon, lƣợng
Sunfuadioxit SO2 và không có chì Pb.
- Nhƣợc điểm:
+ Việc bảo quản khí thiên nhiên đòi hỏi phải kỹ lƣỡng hơn vì nó đƣợc nén ở
áp suất nhất định.
1.1.1.1. Sự hình thành khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên đƣợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhƣ: sƣởi ấm, sử dụng
trong công nghiệp, dịch vụ thƣơng mại.
Khí thiên nhiên đƣợc hình thành trong những túi chứa bên dƣới lòng đất, nơi
có những mỏ dầu.
Khi đƣợc mang từ dƣới lòng đất lên khí thiên nhiên đã đƣợc tinh chế lại để lọc
bỏ nƣớc, đất cát và những hỗn hợp khác.

2


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi

Giàn khoan

Đất

Dầu

Khí thiên nhiên

Nƣớc

Hình 1-1: Cấu trúc một mỏ khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên cũng là một nguồn năng lƣợng hoá thạch giống nhƣ dầu và
than đá. Đó là sự còn sót lại của xác các cây cối, động vật và những vi sinh vật sống
hàng triệu năm trƣớc đây. Có nhiều giả thuyết về nguồn gốc của sự hình thành các
nguồn nhiên liệu hoá thạch. Giả thuyết đƣợc công nhận rộng rải nhất là đƣợc hình
thành khi các chất hửu cơ quan trọng của xác động thực vật bị nén dƣới lòng đất
dƣới một sức ép rất lớn trong một thời gian dài. Tƣơng tự nhƣ sự hình thành của
dầu mỏ, khí metan đƣợc hình thành từ các chất hữu cơ bị vùi lấp sâu dƣới lòng đất
tạo ra một sức nén lớn. Sức nén này kết hợp với nhiệt độ cao trong lòng đất theo
thời gian làm phá vở những mối liên kết giửa các cácbon trong hợp chất hữu cơ.
Càng xuống sâu dƣới lòng đất dƣới lớp vỏ trái đất nhiệt độ càng cao, và ở những
nơi có nhiệt độ thấp hơn dầu đƣợc hình thành nhiều hơn khí thiên nhiên, ở những
nơi có nhiệt độ cao hơn thì khí thiên nhiên đƣợc tạo ra.
Khí thiên nhiên cũng đƣợc hình thành thông qua sự biến đổi của các chất hữu
cơ bởi các vi sinh vật. Kiểu khí metan này đƣợc gọi là “Metan biogenic”. Các vi

sinh vật này thông thƣờng đƣợc tìm thấy ở những vùng gần mặt đất mà thiếu ôxy.
Metan đƣợc sản sinh ra sẽ bay vào trong khí quyển .
Ngoài ra khí metan đƣợc hình thành qua quá trình “abiogenic”, ở sâu dƣới vỏ
trái đất, tồn tại một lớp khí giàu hyđrô và những phân tử cácbon. Chúng tƣơng tác
với các khoáng chất trong điều kiện thiếu ôxy. Sự tác động này nhƣ một phản ứng
hoá học hình thành những phân tử và những hỗn hợp mà đƣợc tìm thấy trong khí
quyển. Khi những chất khí này dƣới áp suất cao, di chuyển đến bề mặt của trái đất
chúng có dạng tiền metan.

3


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
1.1.1.2. Thành phần
Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là:
Tên gọi

Ký hiệu hoa học

Thành phần %

Metan

CH4

70 ÷ 90 %

E-than

C2H6

0 ÷ 20 %

Propane

C3H8

0,2 ÷ 0,6

Butan

C4H10

0,1÷ 0,6

Khí cacbonat

CO2

0, 8 %

Oxi

O2

0, 02 %

Nitơ

N2

0, 5 %

Hydro sunfua

H2S

0, 5 %

Khí hiếm Ar, He, Ne, Xe

Khí thiên nhiên sử dụng cho động cơ ôtô có thể tồn tại dƣới 2 dạng chính:
- Dạng khí ở nhiệt độ môi trƣờng và áp suất cao (200 bar): đƣợc gọi là
Compressed Natural Gas (CNG). Khí đƣợc nén ở thể tích nhỏ hơn với một áp suất
cao và chứa trong một bình chứa chắc chắn. Bình chứa đƣợc 40 ÷ 50 lít khí.
- Dạng lỏng ở nhiệt độ 610C và áp suất khí quyển: đƣợc gọi là Liquefied
Natural Gas ( LNG ). Khí đƣợc làm lạnh ở nhiệt độ âm 1620C, áp suất khoảng 8,9
bar để chuyển sang trạng thái lỏng và chứa trong các bình cách nhiệt.
Bảng 1-1: So sánh giữa 2 dạng tồn tại của khí thiên nhiên
Tỷ lệ

LNG

CNG

Khối lƣợng

1

3,7

Thể tích

1

3

Tuy có khối lƣợng cũng nhƣ thể tích nhỏ hơn nhƣng việc bảo quản LNG cần
đòi hỏi các công nghệ cách nhiệt cũng nhƣ làm lạnh phức tạp hơn CNG.
1.1.1.3. Thành phần nguyên tố và nhiệt trị thấp của các loại khí
Nhiệt trị của nhiên liệu: là số nhiệt lƣợng toả ra khi đƣợc đốt cháy hoàn toàn
một đơn vị khối lƣợng hoặc thể tích (kg hay m3) nhiên liệu. Nhiệt trị là một đặc tính
rất phổ biến của nhiên liệu, nó xác định giá trị nhiên liệu dùng cho tất cả các loại
động cơ. Căn cứ vào nhiệt trị thấp thì nhiên liệu thể khí có thể chia làm 3 loại:
a) Nhiên liệu khí có nhiệt trị lớn:
Loại này bao gồm khí thiên nhiên và khí thu đƣợc khi tinh luyện dầu mỏ.
Thành phần chủ yếu của loại khí này là mêtan (CH4) chiếm khoảng 70 ÷ 90%.
Nhiên liệu này có nhiệt trị thấp là: QH=23 ÷ 38 MJ/ m3 (hoặc 5500 ÷ 9000 Kcal/m3)
b) Nhiên liệu khí có nhiệt trị trung bình:
Loại này bao gồm các loại khí công nghiệp nhƣ khí than cốc, khí thắp v.v…

4


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Thành phần chủ yếu của loại nhiên liệu khí này là: Hydrô (H2) : chiếm khoảng 40 ÷
60% , còn lại là: CH4 và CO. Nhiên liệu này có nhiệt trị thấp QH là:
QH=16 ÷23 MJ/m3 (3500 ÷ 5500 Kcal/m3)
c) Nhiên liệu khí có nhiệt trị nhỏ:
Loại khí này bao gồm khí lò cao và khí lò ga. Thành phần chủ yếu của nhiên

liệu khí này là: Oxytcacbon (CO) và Hydro (H2) chiếm khoảng 60%. Còn lại là các
loại khí nhƣ : Nitơ (N2) và CO2. Nhiên liệu này có nhiệt trị thấp QH là : QH= 4 ÷16
MJ/m3 (1000 ÷ 3500 Kcal/m3).
1.1.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas)
1.1.2.1. Khái niệm
CNG là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là mê tan CH4 (Chiếm 70 ÷
90 %) đƣợc lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 ÷
250 bar) để tồn trữ vào bồn chuyện dụng. Do thành phần cấu tạo đơn giản dễ xử lý
để loại bỏ các hợp chất độc hại nhƣ SOX , NOX , CO2 , không có benzene và
hydrocarbon thơm kèm theo, nên khi đốt, hai loại nhiên liệu này không giải phóng
nhiều khí độc nhƣ NO, SO2 , CO…, và hầu nhƣ không phát sinh bụi.
1.1.2.2. Tính chất
CNG có tính năng tƣơng tự khí thiên nhiên: sạch, chỉ chiếm khoảng 1/200 thể
tích so với khí thiên nhiên ở trạng thái bình thƣờng, dễ chuyên chở đi xa và có chỉ
số Octane cao nên đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới làm nhiên liệu động cơ thay
thế xăng, dầu vì không giải phóng nhiều khí độc nhƣ NO, CO, SO2 khi cháy và hầu
nhƣ không phát sinh bụi.
Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm đến 93% lƣợng CO2 , 33% lƣợng
NO và đến 50% lƣợng hydrocarbon thải ra khi so sánh với động cơ xăng. Giá thành
CNG rẻ hơn xăng khoảng 10% đến 30% và có tính ổn định trong thời gian dài so
với giá các sản phẩm dầu mỏ. Do khí cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong
thiết bị đốt và tại bộ chế hòa khí của các phƣơng tiện nên CNG giúp nâng cao hiệu
suất, kéo dài đƣợc chu kỳ bảo dƣỡng và tuổi thọ máy móc thiết bị.
Khí thiên nhiên đƣợc nén ở áp suất cao, các áp suất thƣờng sử dụng là 2400 psi
(165,5 bar), 3000 psi (206,9 bar), 3600 psi (248,2 bar) chứa trong các bình chứa cao
áp mắc song song.
1.1.2.3. Hệ thống nhiên liệu CNG
1.1.2.3.1. Hệ thống nhiên liệu CNG đơn
Hệ thống nhiên liệu CNG đơn là hệ thống chỉ sử dụng duy nhất nhiên liệu
CNG.

5


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Động cơ cải tiến sử dụng hệ thống nhiên liệu CNG đơn tháo bỏ toàn bộ hệ
thống nhiên liệu cũ và lắp đặt toàn bộ hệ thống nhiên liệu CNG.
Các bộ phận tháo bỏ: Bình chứa xăng, đƣờng ống dẫn xăng, bơm xăng, lọc
xăng, bộ chế hòa khí, đồng hồ báo xăng, bơm xăng . . .
Các bộ phận lắp đặt: Bình chứa nhiên liệu CNG, bộ giảm áp – hóa hơi, bộ
trộn, đƣờng ống dẫn nhiên liệu CNG, van an toàn, van vận hành, đồng hồ hiển thị .
Cửa A
Không khí
Van điều
chỉnh tải

Bộ điều
áp

Đƣờng gas vào
Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG đơn
a. Ƣu điểm của hệ thống nhiên liệu CNG đơn
Hệ thống nhiên liệu đơn giản, việc bố trí, lắp đặt lên động cơ dễ dàng và có thể
tối ƣu hóa hệ thống nhiên liệu động cơ.
Do chỉ sử dụng một hệ thống nhiên liệu nên việc vận hành đơn giản, không
phức tạp.
b. Nhƣợc điểm của hệ thống nhiên liệu CNG đơn
Mật độ năng lƣợng của CNG thấp nên các bình chứa CNG có khối lƣợng lớn
và chiếm nhiều không gian.
Khó khăn trong việc tiếp nhiên liệu khi cơ sở hạ tầng cung cấp CNG vẫn còn

rất hạn chế.
1.1.2.3.2 Hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song
Hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song là hệ thống nhiên liệu sử dụng cả
hai loại nhiên liệu vừa xăng vừa CNG.
Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu xăng và CNG song song không cần phải
tháo bỏ hệ thống nhiên liệu cũ mà chỉ cần lắp đặt thêm hệ thống nhiên liệu CNG
mới.

6


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Các bộ phận lắp đặt thêm: Toàn bộ hệ thống nhiên liệu CNG nhƣ hệ thống
nhiên liệu CNG đơn, ngoài ra cần phải thêm các van đóng mở nhiên liệu xăng và
CNG khi ta cần thay đổi loại nhiên liệu sử dụng trên động cơ.
Van điều chỉnh
Ống cân bằng
Van điều chỉnh
Bộ hòa trộn

Bộ điều áp

Van điện
từ

Công tắc áp suất

Khí thiên nhiên

Bộ điều áp

Van điện từ

Khí propan

Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song
a. Ƣu điểm của hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song
Hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song có khả năng dự trữ năng lƣợng
trên động cơ lớn hơn so với hệ thống nhiên liệu CNG đơn.
Hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song khắc phục đƣợc tình trạng tiếp
nhiên liệu do sự hạn chế về cơ sở hạ tầng của CNG.
b. Nhƣợc điểm của hệ thống nhiên liệu lỏng và CNG song song
Cấu tạo động cơ trở nên phức tạp, rất khó khăn trong việc lắp đặt bố trí hệ
thống nhiên liệu mới, giá thành tăng.
Phải tính toán, thiết kế cho động cơ làm việc tƣơng đối ổn định ở cả hai loại
nhiên liệu. Khó khăn trong việc vận hành, bảo trì, sửa chữa động cơ.
1.1.2.4. Ứng dụng
Khí thiên nhiên là một nguồn nhiện liệu thay thế sạch nhất hiện nay cho các
phƣơng tiện vận tải. Từ lâu nó đƣợc coi là một nguồn nhiên liệu hiệu quả khi đƣợc
sử dụng cho các mục đích nhƣ: phát điện, sƣởi ấm và dùng cho công nghiệp. Khả
năng sử dụng khí thiên nhiên cho các phƣơng tiện vận tải chỉ mới đƣợc áp dụng gần
đây.

7


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Khí thiên nhiên đƣợc sử dụng làm nhiên liệu cho các phƣơng tiện giao thông
đầu tiên ở Ý vào những năm 1930. Vào thập kỷ 1950, Pháp đã có 10.000 phƣơng
tiện chạy nhiên liệu CNG. New Zealand, Canada, Mỹ đã có thị trƣờng về CNG vào
những năm 1970 và 1980. Hiện nay, có hơn 1.000.000 phƣơng tiện giao thông sử

dụng nhiên liệu CNG ở 47 quốc gia trên toàn thế giới. Năm 1994 có 2.700 trạm
cung cấp CNG đƣợc báo cáo.
Trong những năm gần đây, những nhà sản xuất thiết kế đã thiết kế ra các loại
xe sử dụng khí thiên nhiên, bao gồm: xe khách, xe đầu kéo, xe buýt và xe tải nặng.
Các loại phƣơng tiện này hoạt động bởi động cơ đốt cháy nhiên liệu sạch đã từng
đƣợc sản xuất.
Bằng mọi cách các nhà sản xuất đã tối ƣu hoá các động cơ của họ để tận dụng
những lợi thế khi sử dụng khí thiên nhiên, các xe sử dụng khí thiên nhiên có một sự
vƣợt trội hơn do sự thải khí xả sạch hơn. Xe sử dụng khí thiên nhiên đã đƣợc chứng
nhận là đạt đƣợc những tiêu chuẩn về khí xả ra môi trƣờng đòi hỏi cao nhất.
Năm 1997, Hãng HONDA đã tung ra thị trƣờng một loại xe sử dụng CNG có
tên là “Civic GX” do đó HONDA đã nhận đƣợc phần thƣởng của tạp chí Discover
Magazine Technology .
Có hai lý do căn bản để cho rằng khí thiên nhiên là một nguồn nhiên liệu thân
thiện với môi trƣờng:
- Trƣớc hết, khí thiên nhiên chứa khoảng 90% metan (CH4), khí thải ra từ các
loại xe sử dụng khí thiên nhiên cũng chủ yếu là do mêtan cháy không hết. Metan là
một hợp chất hữu cơ dễ thay đổi, điều này quan trọng, bởi vì lƣợng metan không
cháy hết bay hơi kết hợp với NOX trong điều kiện ánh sáng mặt trời không ảnh
hƣởng đến tầng ôzôn. Xe cộ sử dụng khí thiên nhiên thì ít ảnh hƣởng đến việc hình
thành các khí gây “hiệu ứng nhà kính” bởi vì khí thiên nhiên thải ra ít cacbon hơn
động cơ xăng và động cơ dùng nhiên liệu dầu mỏ khác. Những hydrô cacbon khác
trong khí thiên nhiên với số lƣợng nhỏ gồm có: etan, propan và butan và gần nhƣ
không chứa các thành phần độc hại nào. Động cơ xăng và động cơ diesel thải ra khí
xả chứa nhiều tác nhân hoá học có hại.
- Thứ hai là khi một động cơ nạp nhiên liệu, khí thiên nhiên đạt tiêu chuẩn
phát tán nhiên liệu cao hơn động cơ xăng và động cơ diesel.
CNG có thể sử dụng trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng
và diesel, có thể sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu trên ĐCĐT. Trong thực
tế, các ĐCĐT hiện nay thiết kế để sử dụng nhiên liệu xăng hay diesel, do đó việc sử

dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT thì không phù hợp.

8


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Có thể chế tạo ra một động cơ chuyên dùng cho CNG hoặc có thể cải tạo động
cơ xăng, diesel hiện có cho phù hợp với đặc tính của nhiên liệu CNG.
1.1.2.5. So sánh tính năng của nhiên liệu CNG so với các nhiên liệu truyền thống
Bảng 1-2: So sánh tính năng của nhiên liệu
khí thiên nhiên nén CNG so với các nhiên liệu truyền thống
Đặc tính
CNG
Diezel
Xăng
Trọng lƣợng phân tử
16
100 ÷ 105
199
Thành phần % trọng lƣợng
75:25:0
86:13:01
85:13:01
C:H:O
Trọng lƣợng riêng
0.81÷ 0.89 0.69 ÷ 0.79
0
Điểm ngƣng tụ ( C)
-182
-40

-40 ÷ 1
Điểm sôi (0C)
-162
27 ÷ 225 188 ÷ 343
0
Ap suất hơi (kPa –38 C)
48 ÷ 104
<0.1
0
Nhiệt lƣợng riêng (kJ/kg K)
2,0
1,8
Độ nhớt (mPa-s)
0,01
0,37 ÷ 0,44 2,6 ÷ 4,1
Nhiệt trị thấp (x1000kJ/L)
30 ÷ 33
35 ÷ 37
0
Nhiệt độ tự đánh lửa ( C)
540
257
316
Tỷ số A/F
17,2
14,7
14,7
Chỉ số octan
120
88 ÷ 100

Chỉ số cetan
40 ÷ 55
Thành phần chủ yếu của CNG là Methane ( từ 70  90% ) tùy theo nguồn khai
thác, tồn tại ở nhiệt độ môi trƣờng và áp suất cao (khoảng 200  250 bar).
Qua bảng so sánh trên ta cũng dễ dàng nhận thấy đƣợc ở nhiên liệu CNG có
những tính năng ƣu việt hơn so với hai loại nhiên liệu truyền thống xăng và diesel.

9


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
1.2.

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ CNG

1.2.1. giới thiệu về động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG

Hình 1-4: Hình ảnh động cơ OM6NG1 sử dụng nhiên liệu khí CNG

Hình 1-5: Hình ảnh động cơ OM6NG3 sử dụng nhiên liệu khí CNG
Ƣu, nhƣợc điểm của động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG so với nhiên liệu
truyền thống:
* Ƣu điểm:
- So với xăng, nhiên liệu khí thiên nhiên có chỉ số octane cao hơn nên có thể
tăng tỉ số nén, làm cho hiệu suất nhiệt tăng. Khí thiên nhiên có nhiệt trị riêng khối
lƣợng cao hơn so với nhiên liệu lỏng thông thƣờng. Cho nên cùng hiệu suất nhƣ

10

Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
nhau, suất tiêu hao nhiên liệu tính theo khối lƣợng của động cơ sử dụng khí thiên
nhiên thấp hơn khi sử dụng các loại nhiên liệu lỏng khác.
- So với động cơ xăng thì động cơ sử dụng nhiên liệu CNG có hiệu suất cao
hơn khoảng 10% nhờ có tỷ số nén cao hơn. Mặt khác do động cơ sử dụng nhiên liệu
khí nên ít bị ảnh hƣởng bởi quán tính trong giai đoạn quá độ, do đó động cơ làm
việc êm hơn.
- Khí thải của động cơ sử dụng nhiên liệu CNG gây ô nhiễm môi trƣờng thấp
hơn rất nhiều so với động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống do trong khí xả
động cơ CNG hầu nhƣ không có hydrocarbure nào có hơn 4 nguyên tử carbon, đặc
biệt hơn nữa là không có sự hiện diện của thành phần hydrocarbure thơm nhờ sự
cấu tạo của nhiên liệu khí CNG chủ yếu là methane.
- Do khí cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong thiết bị đốt và tại bộ chế
hòa khí của các phƣơng tiện nên động cơ sử dụng khí nén CNG nâng cao đƣợc hiệu
suất, kéo dài đƣợc chu kỳ bảo dƣỡng và tuổi thọ máy móc thiết bị.
* Nhƣợc điểm:
- Thiết kế động cơ mới sử dụng nhiên liệu CNG rất phức tạp và đòi hỏi chi phí
cao.
- Khi cải tạo động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống thành động cơ sử
dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG thì mô men cực đại, công suất cực đại có giảm
đi so với động cơ nguyên thủy.
- Khi sử dụng động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG, việc bố trí hệ
thống nhiên liệu phức tạp, quá trình sửa chữa bảo dƣỡng khó khăn hơn nhiều so với
động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống do bình chứa khí nén lớn.
- Do thói quen sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống nên việc sử dụng động cơ
sử dụng nhiên liệu CNG chƣa đƣợc hƣởng ứng nhiều, xây dựng cơ sở hạ tầng
chuyển đổi từ động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống sang động cơ sử dụng
nhiên liệu khí CNG đòi hỏi chi phí rất lớn và khó thực hiện.
Khí thiên nhiên sử dụng cho động cơ dƣới các dạng sau:
- Khí thiên nhiên nén (CNG - Compressed Natural Gas): khí thiên nhiên đƣợc

nén dƣới dạng khí ở áp suất cao (200 kg/cm2) trong bình hình trụ.
- Khí thiên nhiên lỏng (LNG - Liquefied Natural Gas): khí thiên nhiên đƣợc trữ
ở nhiệt độ thấp (-162 0C) trong bình cách nhiệt.
- Khí thiên nhiên hấp thụ (ANG - Asorbed Natural Gas): khí thiên nhiên đƣợc
trữ ở áp suất vài chục kg/cm2 đƣợc hấp thụ vào một vật liệu ở bên trong bình chứa
hình trụ
- Khí thiên nhiên tổng hợp (SNG - Synthetic Natural Gas): khí thiên nhiên
11


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
đƣợc tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu là than đá.
Trên động cơ ôtô sử dụng khí thiên nhiên ở dạng nén (CNG) hoặc ở dạng lỏng (LNG).
1.2.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CNG
Hỗn hợp đƣợc hoà trộn bên ngoài động cơ bằng một bộ trộn tƣơng tự nhƣ bộ
chế hoà khí của động cơ xăng. Để thay đổi tốc độ và công suất động cơ, lƣu lƣợng
hoà khí đƣợc điều chỉnh bằng một bƣớm ga do ngƣời lái điều khiển từ buồng lái.
CNG là nhiên liệu tốt cho động cơ đánh lửa. Để không xảy ra hiện tƣợng kích nổ
khi sử dụng nhiên liệu CNG cho động cơ đánh lửa, tỉ số nén của động cơ CNG nhỏ
hơn động cơ diesel.

12


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi

2

3

5
4

6

1
7
13
8

12
9
10

11

Hình 1- 6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG
1. Bộ xúc tác; 2. Đường xả; 3. Động cơ; 4. Đường nạp; 5. Lọc gió; 6. Bộ hòa trộn;
7. Đường chân không; 8. Đầu nạp; 9. Bộ giảm áp; 10. Van ngắt khẩn cấp; 11.
Lọc; 12. Van khóa nhiên liệu; 13. Bình chứa CNG
Bugi
Khí xả
Bình CNG
Khí nạp

Van tiết lƣu
chính

Van tiết
lƣu phụ

Van
ngắt
chính

Bộ lọc gas

Kim phun
Van gas

Bộ điều áp

Ống nạp CNG

Hình 1-7: Một hệ thống nhiên liệu CNG điển hình

13


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
1.2.3. Mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG
Bảng 1-3: So sánh thành phần Hydrocarbure trong khí thải của động cơ dùng xăng
và dùng khí thiên nhiên.
(Mẫu được lấy phía trước bộ xúc tác, thử theo chu trình ECE + EUDC)
Chất gây ô nhiễm

Nhiên liệu
Xăng

Khí thiên nhiên

Methane

64

360

Ethylene

117,4

40

Propylene

72,8

10,2

Butanes

12,9

10,3

Butene-1

7,8

0

(Z)-Butene-2

4,6

0

n-Pentane

15

0

Butadiene-1,3

18

0

Benzen

65

0

Toluene

130,1

0

(m+p)-Xylene

84,6

0

Ethane

28,3

50

Propane

100

45,6

Acetylene

57,9

20,0

(E)-Butene-2

6,1

0

Isobutene

40

0

Isopentane

39,9

0

Propyne

15

0

Pentene-1

8,7

0

Iso - octane

46,1

0

Ethylbenzene

15,9

0

(o) - Xylene

19

0

(Khối lƣợng khí phát thải tính theo mg)
Ta thấy rằng động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên chỉ phát thải các chất
hydrocarbure từ C1 đến C4, ít độc hơn so với các chất nhƣ benzene và toluene có
trong thành phần khí xả của động cơ xăng.

14


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi

Chuẩn CNG

Chuẩn CNG

Chuẩn CNG

Hình 1-8: Nồng độ khí thải của động cơ CNG so với tiêu chuẩn

Đc Diesel

Đc Methanol

Đc CNG

Hình 1-9: Mức độ phát thải tổng cộng của động cơ
sử dụng nhiên liệu Diesel, methanol và CNG
Hình 1 - 8 cho thấy mức độ phát thải của ôtô chạy nhiên liệu CNG rất thấp so
với tiêu chuẩn quy định. Nếu sử dụng nhiên liệu CNG thì mức độ phát thải tổng
cộng chỉ bằng khoảng 16% so với nhiên liệu diesel. CNG là nhiên liệu thay thế có
nhiều nhiều triển vọng làm giảm ô nhiễm môi trƣờng.
1.2.4. Khả năng áp dụng động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG
Cũng nhƣ LPG, với điều kiện về kỹ thuật và kinh tế hiện nay, nƣớc ta hoàn
toàn có thể sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu cho động cơ ôtô.
1.2.5. Sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG cho động cơ trên xe bus
Động cơ trên xe buýt hiện nay là động cơ Diesel 4 kỳ. Để sử dụng nhiên liệu
khí cho xe bus ta phải có một số cải tiến về kết cấu động cơ cũng nhƣ hệ thống
nhiên liệu hoặc thiết kế động cơ mới sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên. Với hiện

15


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
trạng về nhiên liệu khí ở nƣớc ta hiện nay, các loại nhiên liệu khí có thể sử dụng cho
động cơ trên xe bus là khí thiên nhiên nén CNG.
1.3. XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ
THIÊN NHIÊN
Nhìn chung, động cơ dùng CNG có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt động

trong thành phố hay vùng ven đô, những khu vực mà tình trạng ô nhiễm môi trƣờng
do phƣơng tiện vận tải gây ra ngày càng trở nên trầm trọng. Ở một số khu vực trên
thế giới, ngƣời ta đã bắt đầu sử dụng CNG cho ô tô chạy trong thành phố. Chẳng
hạn ở Buenos-Aires, tất cả taxi đều dùng CNG. Ở những thành phố lớn của Mỹ,
chẳng hạn ở NewYork, ngƣời ta đã xây dựng nhiều dự án quan trọng cho việc
chuyển ô tô nhiên liệu lỏng sang CNG. Nhiều quốc gia khác nhƣ Ý, Canada, Hà
lan... cách đây khá lâu đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc phát triển
ôtô dùng CNG. Ở các nƣớc này ô tô CNG ngày càng đƣợc nhân rộng.
Ở Việt Nam hiện nay, động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cũng đã đƣợc thử
nghiệm trên các tuyến xe bus ở thành phố Hồ Chí Minh, đƣợc ứng dụng nhiều trên
các xe du lịch và hứa hẹn trong tƣơng lai sẽ phát triển mạnh mẽ nhờ sự ƣu việt về
giảm mức độ ô nhiễm môi trƣờng và vấn đề giá thành cũng nhƣ sự khan hiếm về
nguồn trữ lƣợng nhiên liệu lỏng truyền thống.

16


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Chƣơng 2. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC Ô TÔ, XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG
CƠ
2.1. SỐ LIỆU CHO BAN ĐẦU CỦA XE
Loại xe: ô tô bus 29 chỗ
Trọng lƣợng ô tô: G = 6,66 [tấn]
Tốc độ cực đại của xe khi thiết kế: Vmax= 105 [km/h] = 29,1666 [m/s]
Đối với ô tô bus chạy trong nội thành do điều kiện giao thông và địa hình nên
tốc độ sử dụng lớn nhất là: Vsd = 60 [km/h] = 16,666 [m/s]
L
a

b

Pw
G

Pf1

Pj

Z1

Pf2

Z2

PK

Hình 2-1: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô
Trong đó:
G: Trọng lƣợng toàn bộ của ô tô
PK: Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
Pf1: Lực cản lăn ở bánh xe bị động
Pf2: Lực cản lăn ở bánh xe chủ động
Pw: Lực cản không khí
Pj: Lực quán tính của ô tô khi chuyển động
Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến của mặt đƣờng tác dụng lên các bánh xe ở cầu
trƣớc và cầu sau.
a: Khoảng cách từ trọng tâm G đến cầu trƣớc
b: Khoảng cách từ trọng tâm G đến cầu sau
L: Khoảng cách từ cầu trƣớc đến cầu sau
2.2. LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ƢNG VỚI TỐC ĐỘ CỰC ĐẠI:

Theo tài liệu [6] ta có công thức tính lực cản chuyển động của ô tô ứng với tốc
độ cực đại.
V
2
Pc  G.( 32  max )  K .B.H . .Vmax
2800 2800

17


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
K: hệ số cản không khí:
Đối với xe bus và xe khách thì k = 0,25 † 0,4 chọn K = 0,30
B: Chiều rộng cơ sở của xe: B = 2,035 [m]
H: Chiều cao của xe: H = 2,755 [m]
α = 0,85

105 2
Pc  6,66.9,81.1000.( 32  105 )  0,30.2,035.2,755.0,85.(
)
2800 3,6.2800
3,6
Pc = 2643,4353 [N]
2.3. CÔNG SUẤT CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ỨNG VỚI TỐC ĐỘ Vmax
105
Nv  Pc.Vmax  2643,4353.
3,6

Nv = 77100,1967 [W]
2.4. CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI YÊU CẦU CỦA ĐỘNG CƠ

Nv
Ne max 


 a  b .  c  2 . .
L v L v  v t
 L
Trong đó:
- aL, bL, cL, là các hằng số thực nghiệm theo nghiên cứu của S.R.Laydecman
Động cơ thiết kế là động cơ chạy bằng nhiên liệu khí CNG, đốt cháy cƣỡng
bức bằng tia lửa điện tƣơng tự động cơ xăng =>Theo S.R.Laydecman:
Chọn: aL=1 ; bL=1 ;
- v 

cL= -1

e max
là tỷ số tốc độ thiết kế
N

Với xe bus thì v = 0,9 ÷ 1 chọn: v =0,9
ηt: hiệu suất hệ thống truyền lực:  t = 0,85 ÷ 0,90
Với xe bus ta chọn

 t = 0,85

Vậy:
N e max 



a
 L

Nv

 b .v  c v 2 . v .t
L
L




77100,1967


1  1.0,9  1.0,92 .0,9.0,85






→ Nemax = 92462,9091 [W]
2.5. CHỌN ĐỘNG CƠ CÓ CÔNG SUẤT LỚN HƠN CÔNG SUẤT TÍNH TOÁN
KHOẢNG 20%
Do thực tế trên xe có chịu tải nên ta phải chọn công suất của động cơ lớn hơn
20% công suất tính toán:
Nđc =Nemax . 1,2
Vậy công suất thực của động cơ:
Nđc =92462,9091.1,2 = 110955,491 [w] = 110,955 [Kw]

18


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Chƣơng 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ CNG – BUS 29
3.1. CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN CỦA ĐỘNG CƠ
3.1.1.Thông số cho trƣớc của động cơ :
Chọn động cơ OM6NG3-18 sử dụng khí thiên nhiên CNG làm động cơ tham
khảo ta có các thông số sau:
Tên thông số

Ký hiệu

Thứ nguyên

Giá trị

Tỷ số nén



Số vòng quay

n

Vòng/phút

2600

Hành trình piston

S

mm

127

Số xilanh

i

6

Số kỳ



4

Góc mở xupáp nạp

1

Độ

30

Góc đóng muộn xupáp nạp

2

Đô

380

Góc mở xupáp thải

3

Độ

450

Góc đóng muộn xupáp thải

4

Độ

30

11

Loại buồng cháy

Thống nhất

Kiểu xu páp

Treo

3.1.2.Thông số chọn của động cơ :
Tên thông số

Ký hiệu

Thứ nguyên
2

Giá trị

Áp suất khí nạp

pk

MN/m

0,116

Nhiệt độ khí nạp

Tk

K

310

Hệ số dƣ lƣợng không khí



Áp suất cuối kì nạp

pa

1
2

0,1044

2

MN/m

Áp suất khí sót

pr

MN/m

0,1218

Nhiệt độ khí sót

Tr

K

900

Độ sấy nóng khí nạp mới

T

30

Chỉ số đoạn nhiệt

m

1,45

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z

z

0,8

Hệ số lợi dụng nhiệt tai b

b

0,9

Tỷ số tăng áp suất



1,8

Hệ số nạp thêm

1

1,04

Hệ số quét buồng cháy

2

0,95

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

t

1,17

Hệ số điền đầy đồ thị

d

0,97

19


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
3.2. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NẠP
3.2.1. Tính hệ số khí sót r

r 



2 .(Tk  T ) p r
Tr

.

pa

1

.

1

 p m
 1  t .2 . r 
 pa 

0,95(310  30) 0,1218
.
.
900
0,1044

1
 0,1218 
11.1,04  1,17.0,9.


 0,1044 

1
1, 45

 0,0386

3.2.2. Tính hệ số nạp
1


 pr  m 
Tk
pa 
1
ηV 
.
. .  1  t 2 . 
(  1) (Tk  T ) pk 
 pa  


1


1
310
0,1044 
 0,1218 1, 45 


.
.
. 11.1,04  1,17.0,9.
 0,8426

(11 - 1) (310  30) 0,116 
0,1044  




3.2.3.Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K)
p 
Tk  T   t  r .Tr  a 
 pr 
Ta 
(1   r )

m 1
m

1, 451

 0,1044  1, 45
310  30  1,17.0,0386.900.

0,1218 



 364,6880 [K]
(1  0,0386)

3.2.4.Tính số mol không khí để đốt cháy một kmol nhiên liệu M0 (kmol
Kk/kmol nhiên liệu)
M 0  V0 

1
m r

 n   Cn H m Or  N 2 [kmol không khí/kmol nhiên liệu]

0,21 
4 2

Xác định thành phần nguyên tố của nhiên liệu bằng phƣơng pháp phân tích
hóa học. (Theo bảng 3.1 thành phần thể tích (%) và nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí
trang 46 tài liệu [5]) ta có:
CH4 = 70 ÷ 95% ; C2H6 = 5 ÷ 7% ; C3H8 = 0,2 ÷ 0,6%; C4H10 = 0,1 ÷ 0,6; N2 = 1,3
÷ 4,4%; CO2 = 0,5 ÷ 0,7%; O2 = 0
Khi tính toán ta thƣờng dùng thành phần trung bình:
CH4 = 0,91; C2H6 = 0,06; C3H8 = 0,005; C4H10 =0,005; N2 = 0,015; CO2 = 0,005
M 0  V0 

1
 2CH 4  3,5C2 H 6  5C3 H 8  6,5C4 H10  N 2  CO2 
0,21
20

Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
M 0  V0 

1
 2.0,91  3,5.0,06  5.0,005  6,5.0,005  0,015  0,005
0,21

M0 = 10,0357 [Kmol không khí/Kmol nhiên liệu]
- Tính số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kmol nhiên liệu]
Đối với khí thiên nhiên:
M 1   .M 0  1=1.10,0357 + 1 = 11,0357 [kmol không khí/kmol nhiên liệu]

- Nhiệt trị của nhiên liệu:
QH=12,8.CO2+10,8.H2+35,8.CH4+56.C2H2+59,5.C2H4+63,4.C2H6+91.C3H8+120.C4
H10+144.C5H12
QH=(12,8.0,005+35,5.0,91+63,4.0,06+91.0,005+120.0,005).103 = 37501 [KJ/m3]
3.3. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NÉN
3.3.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí mCvkk (kJ/kmol.K)
m Cvkk  av 

bv
0,00419
TK  19,806 
.310 = 20,4554 [KJ/Kmol.K]
2
2

3.3.2. Tỷ nhiệt mol trung bình của sản phẩm cháy mC//v (kJ/kmol.K)
m C v  a v 

bv
Tr [KJ/Kmol.K].
2

Trong đó: khi α ≥ 1
a"v  19,867 

1,634



= 19,867 

1,634
= 21,501
1

184,36  5 
184,36  5

b"v   427,38 
.10   427,38 
.10 = 0,006117
 
1 


m Cv  21,501 

0,0061

.900 = 24,2538 [KJ/Kmol.K].
2

3.3.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy mCv (KJ/Kmol.K)
m Cv  av 

bv
Ta [KJ/Kmol.K].
2

Trong đó:
av' 

av  av'' . r 19,806  21,501.0,0386

 19,8690
1  r
1  0,0386

bv' 

bv  bv'' . r 0,00419  0,006117.0,0386

 0,00426
1  r
1  0,0386

Vậy:
m Cv  av 

bv
0,00426
Ta =19,8690 +
. 364,688 = 20,6461 [KJ/Kmol.K]
2
2

21


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
3.3.4. Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1
8,314

n1 = 1 +
a v' 

n1 = 1 



'
v



b
.Ta .  n1 1  1
2

8,314
0,00426
19,8690 
.364,688. 11n1 1  1
2





Giải phƣơng trình trên theo phƣơng pháp mò nghiệm dần ta đƣợc : n1 = 1,369
3.3.5. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc
Tc = Ta.  n 1 = 364,688. 111, 369 -1 = 883,4773 [K]
1

3.3.6. Áp suất cuối quá trình nén Pc
Pc = pa.  n = 0,1044. 111, 369 = 2,782 [MN/m2].
3.4. TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY
1

3.4.1. Tính số Kmol môi chất thay đổi khi cháy ΔM
Đối với nhiên liệu thể khí, trong trƣờng hợp α > 1 ta đƣợc:
m r 
M      1Cn H m Or [Kmol/ Kmol nhiên liệu]
4 2 
M   CH 4 0,5C2 H 6  C3 H 8  1,5C4 H 10  N 2  CO2 

M   0,5.0,06  0,005  1,5.0,005  0,015  0,005 = 0,0625 [Kmol/ Kmol nhiên liệu]

3.4.2. Tính số mol sản phẩm cháy M2 [Kmol/ Kmol nhiên liệu]

M2 = M1 + ΔM = 11,0357 + 0,0625 = 11,0982 [Kmol/ Kmol nhiên liệu]
3.4.3. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết  0
0 

M 2 11,0982
=
=1,0056
M 1 11,0357

3.4.4. Hệ số biến đổi phân tử thực tế 


 o   r 1,0056  0,0386
=
=1,0054
1  0,0386
1  r

3.4.5.Hệ số biến đổi phân tử  z tại z
z  1

0  1  z
1,0056  1 0,8
. 1
.
=1,00484
1   r b
1  0,0386 0,9

3.4.6. Tính hệ số toả nhiệt xz tại z

xz 

 z 0,8

=0,8889
 b 0,9

3.4.7.Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
QH = 120000.(1-).M0

22


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Do đối với động cơ sử dụng nhiên liệu khí α = 1 nên ΔQH = 0
3.4.8. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất m Cvz tại z
m Cvz  avz  bvz Tz

Trong đó:

 
av.M 2  x z  r   av .M 1 1  x z 
o 

avz 

 
M 2  x z  r   M 1 1  x z 
o 


0,0386 

21,501.11,0982 0,8889 
  19,8690.11,03571  0,8889
1,0056 

avz 
 21,3272
0,0386 

11,0982 0,8889 
  11,03571  0,8889
1,0056 



 
bv.M 2  x z  r   bv .M 1 1  x z 
o 

bvz 

 
M 2  x z  r   M 1 1  x z 
o 

0,0386 

0,006117.11,0982 0,8889 
  0,00426.11,03571  0,8889

1,0056 

bvz 
 0,005919
0,0386 

11,0982 0,8889 
  11,03571  0,8889
1,0056 


Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [K]

 z .QH  QH 
 m Cvc .Tc   z .m.C ' ' vz .Tz
M 1 .1   r 

 '' bvz''

 z .QH  QH   ' bv'


  av  .Tc  8,314. .Tc   z . avz 
.Tz .Tz
M 1.1   r 
2
2






Đƣa về dạng phƣơng trình bậc hai: ATz2  BTz  C  0
A=

 z .bvz''
2

=

1,00484.0,0059147
= 0,00297
2

B =  z .avz = 1,00484. 21,3272= 21,4306
 z (QH  QH ) 


bv'
'

  av  .Tc  8,314. .Tc
C= 
M1
2

.(1   r ) 
22,4


0,8.37501
0,00426.883,4773


 19,8690 
 8,314.1,8 .883,4773
11,0357
2

.(1  0,0386) 
22,4

= - 91068,5163
23


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
Vậy phƣơng trình bậc hai: 0,00297Tz2  21,4306Tz  91068,5163  0
Giải phƣơng trình ta có: Tz = 3000,210 [K].
3.4.9. Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2]
p z  pc .

Tz
 z [MN/m2].
Tc

Pz = 2,782.

3000,210
2

.1,00484 = 9,49 [MN/m ].
883,4773

3.5. TÍNH TOÁN QÚA TRÌNH GIÃN NỞ
3.5.1. Tỷ số giãn nở sớm



 z Tz 1,00484 3000,210
.

.
=1
 Tc
3,412 883,4773

3.5.2. Tỷ số giản nở sau

 


 11 = 11

1

3.5.3. Kiểm nghiệm lại trị số giãn nở đa biến trung bình n2
n2  1 

8,314
( b   z ).(QH  QH )

b //
 avz//  vz .(Tz  Tb )
M 1 (1   r ). .(Tz  Tb )
2

Biểu thức trên cho phép xác định gần đúng giá trị n2 bằng cách chọn một giá trị n2,
thay vào tìm Tb
Trong đó : Tb 
n2  1 

Tz

 n 1
2

8,314
(0,9  0,8).37501
0,0059147
 21,327 
(3000,210  Tb )
11,0357.(1  0,0386).1,00545.(3000,210  Tb )
2

Giải phƣơng trình trên theo phƣơng pháp mò nghiệm ta đƣợc n2 = 1,2340
3.5.4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb (K)
Tb 

Tz

=

3000,210
= 1711,8503 [K]
111, 23401


3.5.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở pb (MN/m2)
n2 1

pb 

pz



n2



9,49
= 0,4924 [MN/m2].
1, 2340
11

3.5.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Trtính [K)
P
Trt  Tb  r
 Pb






m 1
m

 0,1218 

 0,4924 

= 1711,8503

1, 451
1, 45

= 1109,635 [K]

24


Thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS 29 chỗ ngồi
3.6. XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
3.6.1. Các thông số chỉ thị
3.6.1.1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết (MN/m2)
pi' 

pC 
. 
1 
1 

1 
.1  n2 1  
.1  n1 1 
   1 
 1 
n2  1  
 n1  1  


pi' 

2,782 
3,4123.1 
1 
1
1 

3,41231  1 
.1  1, 23401  
.1  1,3691 

11  1 
1,2340  1  11
 1,369  1  11


Pi‟ = 1,2994 [MN/m2]
3.6.1.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế (MN/m2)

pi  pi' . d = 1,2994.0,97 = 1,2605 [MN/m2]

3.6.1.3. Hiệu suất chỉ thị động cơ  i

i 

8314.M1. pi .Tk
8314.11,0357.1,2605.310

 0,4366
22,4.QH .v . pk 22,4.37501.103.0,8426.0,116

3.6.1.4. suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị Vi (m3/kw.h)
pk .v
0,116.0,8426
3
Vi  9700
 9700
 0,2198 [ m /kw.h]
M 1.Pi .TK

11,0357.1,2605.310

3.6.2. Các thông số có ích
3.6.2.1. Tổn thất cơ giới pm (MN/m2)
Theo công thức kinh nghiệm :
Pm = a + b.Cm + pr - pa
Trong đó: C m 

S .n 0,127.2600
=
= 11,0066 [m/s]

30
30

Tuỳ theo động cơ và tỷ số
Với

S
, loại buồng cháy tra các giá trị a, b
D

S
=1,270 > 1 và khi mở 100% bƣớm ga thì:
D

Với i ≤ 6
a = 0,05
b = 0,0155
Pm = 0,05 + 0,0155.11,0066 + 0,1218 - 0,1044 = 0,2380 [MN/m2]
3.6.2.2 Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2]
pe = pi - pm = 1,2605-0,2380 = 1,0024 [MN/m2]
3.6.2.3. Hiệu suất cơ giới m

m 

pe 1,0024

 0,81117
pi 1,2605
25