TIỀM HIỂU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG KHÍ CNG CHO XE BUS TẠI TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ ......... 2
1.1. GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU KHÍ CNG ....................................................... 2
1.1.1. Khái niệm về khí thiên nhiên ..................................................................... 2
1.1.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) ............................... 5
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ CNG ............. 11
1.2.1. Giới thiệu về động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG ................................. 11
1.2.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CNG ................................................. 13
1.2.3. Mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG ...... 15
1.2.4. Khả năng áp dụng động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG ...... 17
1.2.5. Sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG cho động cơ trên xe bus .......... 17
1.3. TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI TRÊN Ô TÔ ......................................................... 17
1.4. XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ
THIÊN NHIÊN.......................................................................................................... 18
CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG NẠP THẢI VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN
LIỆU KHÍ .................................................................................................................... 19
2.1. PHƢƠNG ÁN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ CNG TRÊN XE
BUS………………... ................................................................................................ 19
2.1.1. Các phƣơng án cung cấp nhiên liệu khí cho động cơ đốt trong. ............... 19
2.2. CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHÍ CNG ... 25
2.2.1. Lọc không khí........................................................................................... 25
2.2.2. Cơ cấu tiết lƣu .......................................................................................... 25
2.2.3. Van không tải ........................................................................................... 26
2.2.4. Bình chứa nhiên liệu khí CNG ................................................................. 27
2.2.5. Van bình chứa .......................................................................................... 27
2.2.6. Van nạp .................................................................................................... 28
2.2.7. Van điện từ ............................................................................................... 29
2.2.8. Bộ hoà trộn ............................................................................................... 30
2.2.9. Van công suất ........................................................................................... 31
2.2.10. Bộ điều áp................................................................................................. 32

2.3. BỘ HÒA TRỘN .............................................................................................. 33
2.3.1. Các loại họng khuếch tán khí CNG.......................................................... 33
2.4. BỘ ĐIỀU ÁP ................................................................................................... 35
2.5. TIẾT LƢU TRONG MẠCH CUNG CẤP CHÍNH ......................................... 36
2.6. MẠCH CÔNG SUẤT ..................................................................................... 36
2.7. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LẮP ĐẶT BÌNH CHỨA NHIÊN LIÊU TRÊN XE .............. 36
2.8. CÁC TRIỆU CHỨNG HƢ HỎNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU KHÍ
CNG VÀ BIỆN PHÁP KIỂM TRA KHẮC PHỤC ................................................... 39
CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LÀM MÁT, BÔI TRƠN ............................................. 41
3.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ................................................... 41
3.1.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát ............................................. 41
3.1.2. Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu đối lƣu tự nhiên ................................. 42


3.1.3. Các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nƣớc......................... 43
3.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.................. 47
3.2.1. Nhiệm vụ của hệ thông bôi trơn ............................................................... 47
3.2.2. Yêu cầu ..................................................................................................... 48
3.2.3. Các chi tiết cụm chi tiết chính của hệ thống bôi trơn ............................... 48
CHƢƠNG 4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THAM KHẢO TẠI TRẠM NẠP CNG PHỔ
QUANG TP.HCM ...................................................................................................... 53


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
Tên đề tài: TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CNG CHO
XE BUS TẠI TP. HCM

Họ và tên Sinh viên: - Võ Tấn Công
- Nguyễn Hữu Hà
- Nguyễn Hƣng Phát
- Nguyễn Thanh Tâm
- Nguyễn Minh Sang
- Huỳnh Nguyễn Minh Huy
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô.
I. NHẬN XÉT:
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
….…………………………………………………………………………...…………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
2. Về nội dung:
….…………………………………………………………………………...…………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
….…………………………………………………………………………...…………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………


III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị:………………………………………………………………….
2. Điểm đánh giá:…………………………………………………………..
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Giảng viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
-

NGV ( Natural – gas Vehicle): Khí thiên nhiên
CNG (Compressed Natural Gas): Khí thiên nhiên nén
LNG (Liquefied Natural Gas): Khí thiên nhiên lỏng
LNG (Liquefied Natural Gas): Khí thiên nhiên lỏng
SNG (Synthetic Natural Gas): Khí thiên nhiên tổng hợp
ECU (Electronic Control Unit): bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm
ĐCĐT: động cơ đốt trong


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên…………………………………….4
Bảng 1.2 So sánh giữa 2 dạng tồn tại của khí thiên nhiên……………………………..4
Bảng 1.3 So sánh tính năng của nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG so với các nhiên
liệu truyền thống ……………………………………………………………………..10
Bảng 1.4 So sánh thành phần Hydrocarbure trong khí thải của động cơ dùng xăng và
dùng khí thiên nhiên………………………………………………………………….15
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG………………………………………...26
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của van bình chứa………………………………………27
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của van nạp…………………………………………….28
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của van điện tử………………………………………....29
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của van công suất………………………………………31


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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
“Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ô tô bus”.
Đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của thầy Võ Đắc Thịnh, 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.
Tp. HCM, ngày 30 tháng 05 năm 2018
Sinh viên thực hiện
- Võ Tấn Công
- Nguyễn Hữu Hà
- Nguyễn Hƣng Phát
- Nguyễn Thanh Tâm
- Nguyễn Minh Sang
- Huỳnh Nguyễn Minh Huy

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

1

Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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
loại bỏ nƣớc, đất cát và những hỗn hợp khác.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

2


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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 rãi nhất là
đƣợc hình thành khi các chất hữu 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 vỡ những mối liên kết giữa các cac-bon 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 cac-bon. Chúng tƣơng

tác với các khoáng chất trong điều kiện thiếu ôxy. Sự tác động này nhƣ một phản
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

3


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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.
1.1.1.2. Thành phần
Bảng 1.1 Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên
Tên gọi

Ký hiệu hoa học

Thành phần %

Metan

CH4

70 ÷ 90 %

E-than

C2H6

0 ÷ 20 %

Propane

C3H8

0,2 ÷ 0,6

C4H10

0,1÷ 0,6

CO2

0, 8 %

Oxi

O2

0, 02 %

Nitơ

N2

0, 5 %

Hydro sunfua

H2 S

0, 5 %

Butan
Khí cacbonat

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 1.2 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
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

4


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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…

Thành phần chủ yếu của loại nhiên liệu khí này là: Hydrô (H 2) : 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
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

5


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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.
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 .

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

6


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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.
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.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

7


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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.
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
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

8


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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 metan 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 hydro 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
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

9


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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.
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 1.3 So sánh tính năng của nhiên liệu khí thiên nhiên nén
CNG so với các nhiên liệu truyền thống
Đặc tính
Trọng lƣợng phân tử
Thành phần % trọng lƣợng

CNG

Diezel

Xăng

16

100 ÷ 105

199

75:25:0

86:13:01

85:13:01

C:H:O
Trọng lƣợng riêng

0.81÷ 0.89 0.69 ÷ 0.79

Điểm ngƣng tụ (0C)

-182

-40

-40 ÷ 1

Điểm sôi (0C)

-162

27 ÷ 225

188 ÷ 343

48 ÷ 104

<0.1

2,0

1,8

0,37 ÷ 0,44

2,6 ÷ 4,1

30 ÷ 33

35 ÷ 37

Áp suất hơi (kPa –38 0C)
Nhiệt lƣợng riêng (kJ/kg0K)
Độ nhớt (mPa-s)

0,01

Nhiệt trị thấp (x1000kJ/L)
Nhiệt độ tự đánh lửa (0C)

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.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

10


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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:

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

11

Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
 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 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 mômen 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.
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

12


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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
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.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

13


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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

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

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

14


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
1.2.3. Mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG
Bảng 1.4 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 lượng 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.
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

15


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

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

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.
SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

16


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM
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
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. TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI TRÊN Ô TÔ
Quyết định 49/2011/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ ban hành về lộ trình
áp dụng tiêu chuẩn khí thải với ô tô, xe mô tô hai bánh có lắp động cơ nhiệt sản
xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới. Theo quyết định này kể từ ngày 1/1/2017 các loại
xe ôtô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải mức 4.

Tiêu chuẩn khí thải Euro bao gồm những định mức về nồng độ của các loại
khí sinh ra trong quá trình xe hoạt động nhƣ nitrogen oxide (NOx), hydrocarbons
(HC), carbon monoxide (CO) và các hạt vật chất (PM) đƣợc các nƣớc thành viên
EU thông qua và áp dụng. Các định mức khí thải này cũng khác nhau khi áp dụng
cho các lọai xe khác nhau (xe tải, xe hơi; xe hơi chạy xăng cũng khác xe hơi chạy

dầu). Mục tiêu của các tiêu chuẩn này là để lọai trừ những chiếc xe tạo ra quá
nhiều ô nhiễm (do hỏng hóc hay cũ...) và cũng vì mục đích bảo vệ môi trƣờng.
Các nhà sản xuất xe cũng vì thế mà có động lực và cả áp lực nhằm tạo ra những
chiếc xe xanh hơn, sạch hơn, phù hợp với những tiêu chuẩn Euro cao hơn.
Việc áp dụng những tiêu chuẩn này sẽ giúp cải thiện vấn đề ô nhiễm môi
trƣờng nói chung và các vấn đề ô nhiểm tại các thành phố lớn nói riêng.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

17


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

1.4. 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.

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

18


Tìm hiểu động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG cho ôtô BUS tại TP.HCM

CHƢƠNG 2. HỆ THỐNG NẠP THẢI VÀ HỆ THỐNG
CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHÍ
2.1. PHƢƠNG ÁN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ CNG
TRÊN XE BUS
2.1.1. Các phƣơng án cung cấp nhiên liệu khí cho động cơ đốt trong.
CNG đƣợc cung cấp vào động cơ ở dạng khí. Hệ thống phun nhiên liệu khí
vào đƣờng nạp nhờ độ chân không tại họng Venturi của bộ hòa trộn đƣợc dùng
phổ biến nhất. Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang đƣợc nghiên
cứu áp dụng thể hiện nhiều ƣu điểm hơn nhƣ phun khí trên đƣờng nạp và đặc biệt
là phun khí trực tiếp vào buồng đốt.
2.1.1.1. 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, nhƣng đối với CNG thƣờng sử dụng dạng sơ đồ sau.
Hình 2-1:Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn

Bộ tiết kiệm
nhiên liệu

SVTT: Công, Hà, Phát, Tâm, Sang, Huy

19