Nghiên cứu ứng dụng khí nén thiên nhiên (cnc) làm nhiên liệu cho động cơ diesel 1 xylanh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.83 MB, 83 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
----------o O o----------
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ- Máy kéo
Đề tài : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHÍ NÉN
THIÊN NHIÊN (CNG) LÀM NHIÊN LIỆU CHO
ĐỘNG CƠ DIESEL 1 XYLANH
GVHD :TS. Nguyễn Hữu Hường
HVTH : Nguyễn Anh Tuấn
MSHV: 01307265
TP.HCM 11-2009
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng khí nén thiên nhiên (CNG) làm nhiên
liệu cho động cơ Diesel 1 xylanh” trong thời gian thực hiện đề tài đã nhận
được rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô, các anh chị trong lớp và các
bạn đồng nghiệp.
Cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử, Bộ môn Điều khiển tự
động - trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện
để chế tạo bộ điều khiển động cơ.
Cảm ơn các anh chị trong lớp và các đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến
và chia sẽ những kinh nghiệm quý báu.
Cảm ơn gia đình đã động viên ủng hộ tinh thần để hoàn thành đề tài
đúng thời hạn.
Đặc biệt cảm ơn người hướng dẫn, thầy Nguyễn Hữu Hường đã tận tình
giúp đỡ, chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đề tài.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
1
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
TÓM TẮT
Đề tài này nhằm nghiên cứu khả năng ứng dụng khí nén thiên (CNG)
làm nhiên liệu chính cho động cơ Diesel. Động cơ Diesel được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau trên các phương tiện giao thông, xây dựng,
nông nghiệp và công nghiệp phát điện. Hiện nay trên thế giới động cơ
diesel sử dụng khá phổ biến trên xe buýt trong các thành phố lớn, tuy nhiên
khí thải của nó vẫn còn là vấn đề lớn. Nhiều nhà nghiên cứu trong và ngồi
nước đã có nhiều sáng kiến nhằm giảm các thành phần độc hại trong khí xả
động cơ Diesel. Một trong những phương pháp đó là kỹ thuật nhiên liệu
kép. Kỹ thuật này vẫn cịn mới ở Việt Nam. Nó đang được các trường đại
học nghiên cứu vì có nhiều thuận lợi: Sự đầu tư của chính phủ về cơng
nghệ, trạm nạp nhiên liệu CNG và nguồn CNG dồi dào.
Đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng khí nén thiên nhiên (CNG) làm nhiên
liệu cho động cơ Diesel 1 xylanh ” là nghiên cứu ứng dụng cho động cơ
diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG và Diesel. Động cơ Diesel làm thí
nghiệm có sẵn trên thị trường, kết hợp với kim phun gắn trên đường ống
nạp, bộ điều khiển điện tử và một số cảm biến như: đo gió, đo tốc độ động
cơ.
Luận văn này trình bày cơ sở thiết kế, mơ hình điều khiển động cơ
nhiên liệu kép trên lý thuyết, chế tạo hộp ECU điều khiển động cơ và
những kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu khác. Do điều kiện
hiện nay mà trạm nạp CNG cũng như kế hoạch thử nghiệm chạy xe buýt
bằng nhiên liệu CNG của chính phủ chưa thực hiện được trong năm nay.
Vì vậy đề tài chỉ nghiên cứu lý thuyết và chế tạo bộ điều khiển (ECU) cho
động cơ Diesel chạy bằng nhiên liệu kép CNG và Diesel (Dual-fuel).
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
2
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:
Trang
DẪN NHẬP……………………………………...5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP 16
2.1. Nhiên liệu truyền thống Diesel ………………………………….16
2.2. Nhiên liệu khí nén thiên (CNG)………………………………….17
2.2.1. Giới thiệu……………………………………………………17
2.2.2. Ơtơ sử dụng khí nén thiên nhiên làm nhiên liệu…………... 22
2.3. Các phương pháp cải tạo động cơ sử dụng nhiên liệu truyền
thống sang dùng khí tự nhiên. ………………………………..………29
2.3.1. Động cơ xăng chuyển sang dùng duy nhất khí tự nhiên……29
2.3.2. Động cơ xăng chuyển sang dùng 2 nhiên liệu xăng và
khí tự nhiên song song……………………………….…………….32
2.4. Kết Luận………………………………………………………….33
2.5. Động cơ nhiên liệu kép (Dual-fuel)……………………………....34
2.5.1. Chuyển đổi động cơ Diesel sang chạy Dual-fuel bằng cách
phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun liên hợp kép Diesel CNG..................................................................................................34
2.5.2. Chuyển đổi động cơ Diesel sang chạy CNG bằng cách
phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun CNG vào buồng cháy phụ..36
2.5.3. Chuyển đổi động cơ Diesel sang chạy Dual-fuel bằng cách
phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun CNG vào buồng thống
nhất………………………………………………………………...37
2.6. Một số hình ảnh về xe sử dụng (Dual- fuel)……………………..45
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP
NHIÊN LIỆU CNG
48
3.1. Cơ sở thiết kế…………………………………………….……….48
3.2. Động cơ thực nghiệm……………………………………….……49
3.2.1. Sơ lược về động cơ thử nghiệm……………………….……49
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
3
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
3.2.2. Động cơ thử nghiệm………………………………………50
3.2.3. Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ nhiên liệu kép..52
3.4. Vi điều khiển và lập trình vi điều khiển…………………….…..55
3.5. Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu………………………….56
3.5.1. Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu……………….……56
3.5.2. Lắp đặt các thiết bị………………………………….……..57
3.5.2.1. Cảm biến điện từ………………………………….……..57
3.5.2.2. Cảm biến đo gió loại dây nhiệt…………………….……58
3.5.2.3. Bộ điều khiển……………………………………………59
3.5.2.4. Kim phun………………………………………………..61
3.5.2.5. Motor bước……….…………………………….……….62
3.6 Tính tốn lương nhiên liệu Diesel và CNG cung cấp……..…….63
3.6.1 Tính tốn lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên
liệu. ………………………………………………………………63
3.7 Thuật toán điều khiển lập trình…………………………………..67
3.8 Thực nghiệm……………………………………………………..68
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Ở NƯỚC NGOÀI………………………...71
4.1 Giới thiệu…………………………………………………………71
4.2 Kết quả thực nghiệm……………………………………………...72
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ…………………..…….74
5.1 Kết luận……………………………………………………………74
5.2 Hướng phát triễn…………………………………………………..75
Tài liệu tham khảo……………………………………………….……76
Phục lục: Chương trình điều khiển động cơ …………………………77
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
4
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
CHƯƠNG 1
DẪN NHẬP
1.1 . Lý do chọn đề tài
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, số lượng xe tham gia
trên đường ngày một tăng lên. Vấn đề ô nhiễm nảy sinh nghiêm trọng ở
các thành phố lớn. Làm sao có thể kiểm sốt được ơ nhiễm, bảo vệ sức
khoẻ của cộng đồng? Câu hỏi mà các nhà quản lý và khoa học luôn luôn
phải suy nghĩ. Vấn đề này cần phải thiết kế mới, nghiên cứu và công nghệ
mới trong thiết kế động cơ hay sử dụng các nhiên liệu thay thế khác khi mà
xăng dầu trở nên khan hiếm và đắt. Nhiên liệu thay thế và công nghệ mới
sẽ phổ biến hơn trong những thập kỹ tới cho động cơ đốt trong.
Ngày nay, việc thay thế nhiên liệu đã được phát triễn do lo ngại
nguồn dự trữ nhiên liệu hố thạch trên tồn thế giới cạn kiệt. Bên cạch đó
an ninh năng lượng ngày càng trên nên bức xúc khi mà tình hình nguồn
nhiên liệu dầu mỏ hiện nay không ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn
theo những biến động chính trị, khó dự báo. Tính từ năm 1973 đến nay thế
giới đã trải qua 6 lần khủng hoảng giá dầu:
9 Lệnh cấm vận dầu Ả Rập năm 1974.
9 Lệnh cấm vận dầu Iran năm 1979.
9 Chiến tranh Vùng Vịnh 1990.
9 Năm 1999 giá dầu từ 8 – 10 USA/thùng tăng vọt lên trên 30
USD/thùng.
9 Đặc biệt năm 2004 một sự khủng hoảng dầu mỏ lớn nhất từ trước
đến nay, giá dầu tăng đến mức kỷ lục 60 USD/thùng. Năm 2005 giá
dầu lên đến hơn 70 USD/thùng.
9 Ngày 21/8/2008 giá dầu đạt mức kỷ luật mới trên 121 USD/thùng.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
5
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Chất lượng không khí hiện nay trên thế giới bị ơ nhiễm đến mức báo
động, trong đó khí thải của động cơ đốt trong chính là các tác nhân chủ yếu
gây nên ơ nhiễm khơng khí. Khơng khí gọi là ơ nhiễm khi thành phần của
nó bị thay đổi hay khi có hiện diện của những chất lạ gây ra những tác hại
mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người.
Các tác hại của các chất ơ nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể
làm cho cơ thể bị thiếu Oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn, gây viêm, ho,
khó thở và làm hủy hoại các tế bào cơ quan hô hấp, mất ngủ, gây ra căn
bệnh ung thư máu, gây rối loạn hệ thần kinh, gây ra các bệnh về gan và
làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Ngồi ra khí thải động cơ cịn làm thay
đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Hiện nay
giải pháp xử lý ơ nhiễm mơi trường có hai cách: Xử lý ô nhiễm với các
động cơ đang sử dụng và tìm kiếm sử dụng các nguồn năng lượng sạch.
Xử lý ô nhiễm với các động cơ đang được sử dụng có hai hướng giải
quyết: Xử lý bên trong động cơ như nghiên cứu hồn thiện q trình cháy
và hồn thiện kết cấu động cơ; xử lý bên ngoài động cơ như: Đốt lại khí xả
và lọc khí xả. Hai là tìm kiếm sử dụng các nguồn năng lượng sạch (khơng
tạo ra các sản phẩm ơ nhiễm, hoặc nếu có thì với hàm lượng rất nhỏ) như:
Nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG), cồn, nhiên liệu có
nguồn gốc sinh khối (BIOFUEL), nhiên liệu Hydro, công nghệ pin nhiên
liệu (FUEL CELL), năng lượng điện, năng lượng mặt trời. Giải pháp này
hiện đang được các nước tiên tiến quan tâm nghiên cứu. Những nghiên cứu
về nhiên liệu thay thế trên thế giới sử dụng ở động cơ đốt trong bắt đầu từ
những năm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX. Ngày nay, một số dạng
năng lượng và nhiên liệu thay thế đã được sử dụng thực tế tại một số nước
trên thế giới. Việc tìm kiếm các loại nhiên liệu, năng lượng sạch không
những giải quyết được vần đề ơ nhiễm khơng khí mà cịn có thể chủ động
được các nguồn nhiên liệu, hạn chế sự phụ thuộc vào các biến động trên
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
6
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
thế giới.
Khí nén thiên nhiên (CNG) như một nhiên liệu thay thế ngày càng trở
nên quan trọng . Khí nén tự nhiên được tìm thấy trong các mỏ khí, trong
q trình khai thác dầu mỏ…. Khí nén tự nhiên (CNG) là một khí dưới
dạng khí đốt tự nhiên đã được nén. Nó được công nhận là một trong những
lựa chọn đầy hứa hẹn vì lợi ích đáng kể của nó so với nhiên liệu xăng và
diesel. Gần đây nhiều nghiên cứu trên thế giới xung quanh vấn đề sử dụng
khí nén thiên nhiên (CNG) sử dụng cho động cơ Diesel cho các phương
tiện giao thơng đặc biệt là xe bt. Sử dụng khí nén thiên nhiên giảm được
chi phí nhiên liệu, các khí thải độc hại cũng giảm, tuy nhiên giá thành để
chuyển đổi sang từ Diesel sang chạy CNG còn cao nên từ đó tới nay chưa
áp dụng và ở Việt Nam chưa có nhà máy sản xuất ra CNG. Bây giờ thì
khác, Việt Nam đã có nhà máy sản xuất CNG đầu tiên ở Vũng Tàu và Sở
giao thông công chánh đã có kế hoạch sang năm 2009 sẽ đầu tư 38 xe Buýt
chạy bằng khí nén thiên nhiên CNG và các trạm nạp CNG. Vì lý do trên
mà em chọn đề tài nghiên cứu “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KHÍ NÉN
THIÊN NHIÊN (CNG) LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1
XYLANH” do thầy NGUYỄN HỮU HƯỜNG hướng dẫn.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đề tài có mục đích là nghiên cứu ứng dụng khí nén (CNG) làm nhiên
liệu cho động cơ Diesel bằng hệ thống mới sử dụng CNG.
Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho động cơ dual-fuel sử dụng 2
nhiên liệu Diesel và CNG cùng lúc.
1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhiên liệu của động cơ.
Tính tốn lượng nhiên liệu CNG cung cấp thích hợp cho các chế độ hoạt
động của động cơ.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
7
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Giới hạn của đề tài là chưa tìm được nguồn nhiên liệu cũng như trạm
nạp nhiên liệu và thực nghiệm được trên động cơ thực nghiệm.
1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu
1.4.1 Nghiên cứu trong nước
- Sử dụng LPG trên xe gắn máy và xe bt nhỏ - GS.TSKH. Bùi Văn
Ga (2003)
Cơng trình liên quan đến nguồn năng lượng sạch tiềm năng sử dụng cho
đơ thị ở Việt Nam: Khí dầu mỏ hố lỏng LPG. Công nghệ chuyển đổi xe
gắn máy và xe buýt nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG đã được trình bày.
Kết quả cho thấy tính năng ưu việt của phương tiện chạy LPG so với chạy
xăng về tính kinh tế kỹ thuật cũng như về bảo vệ môi trường.
− Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển phun xăng dùng vi điều
khiển - Trần Quốc Cường (Luận văn thạc sỹ, trường ĐH sư phạm kỹ
thuật TP.HCM)
Luận văn này đã hoàn thành trên cơ sở thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu
và chế tạo mạch điều khiển phun xăng theo lập trình bước đầu áp dụng cho
động cơ SUZUKI sản xuất năm 1996. Đây là động cơ 3 xylanh sử dụng hệ
thống đánh lửa trực tiếp.
− Nghiên cứu, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động
cơ Diesel- Lê Thanh Phúc (Luận văn thạc sỹ, trường ĐH sư phạm kỹ
thuật TP.HCM, 8/2006)
Luận văn này đã chế tạo thành công hệ thống cung cấp nhiên liệu
LPG và mạch điều khiển kim phun nhiên liệu LPG. Tính tốn lượng khơng
khí cần thiết để đốt cháy lượng nhiên liệu LPG cho mọi chế độ tải của
động cơ đồng thời đo lượng phát thải khí xả của 2 nhiên liệu.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
8
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
1.4.2 Nghiên cứu ngoài nước
− COMPRESSED NATURAL GAS AS AN ALTERNATIVE
FUEL IN DIESEL ENGINES - WONG, Wei Loon- University of
Southern Queensland Faculty of Engineering and Surveying (10-2005).
Đề tài đã đánh giá được về cơng suất, khí thải, suất tiêu hao nhiên
liệu, hiệu suất nhiệt… khi động cơ chạy diesel so với chạy bằng dual-fuel.
− Combustion Temperature Effect of Diesel Engine Convert to
Compressed Natural Gas Engine- American J. of Engineering and
Applied Sciences 2 (1): 212-216, 2009
Đề tài nghiên cứu tác động của nhiệt độ cháy trong xi lanh của động
cơ diesel khi chuyển sang dùng khí nén tự nhiên (CNG) ở các tốc độ khác
nhau, bắt đầu từ 1000 vòng / phút cho đến 4.000 vòng / phút với mức thay
đổi là 500 vòng / phút. Kết quả: Nhiệt độ đốt cháy trong xi lanh động cơ
ở tốc độ động cơ thay đổi từ động cơ diesel chuyển sang CNG là giảm
nhiệt độ đốt cháy trong xi lanh của động cơ Diesel truyền thống.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
9
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Hình 1.1: Nhiệt độ trong xy lanh ở tốc độ 1000 vịng/phút.
Hình 1.2: Áp suất trong xy lanh ở tốc độ 4000 vịng/phút.
Hình 1.3: Nhiệt độ cực đại trong xy lanh ở tốc độ 1000-4000 vòng/phút.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
10
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Kết luận: Ở tốc độ thấp động cơ sử dụng nhiên liệu CNG nhiệt độ
trong buồng đốt thấp hơn với Diesel, nhưng tốc độ động cơ tăng thì nhiệt
độ trong buồng đốt giảm rất nhiều so với Diesel.
− Diesel Engine Convert to Port Injection CNG Engine Using
Gaseous Injector Nozzle Multi Holes Geometries Improvement: A
Review - American J. of Engineering and Applied Sciences 2 (2): 268278, 2009 ISSN 1941-7020.
Ngày nay hầu hết các động cơ phun trực tiếp đã được tối ưu hóa để sử
dụng với nhiên liệu lỏng. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng hồ trộn
với khơng khí và q trình cháy ban đầu khi phun nhiên liệu khí chậm hơn
nhiên liệu lỏng. Tuy nhiên sau đó thì q trình hồ trộn và q trình cháy
của nhiên liệu khí tăng hơn so với nhiên liệu lỏng.
Hình 1.4: Cấu trúc tia phun nhiên liệu khí.
Đề tài nghiên cứu thực nghiệm đưa ra hệ số cản đối vịi phun lỗ cơn
và lỗ thẳng.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
11
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Đường kính lỗ
Chiều dài
(mm) Di/Do
lỗ côn (mm)
Hệ số Cd
0,185/0,198
5,1
0,56
0,241/0,257
3,9
0,62
0,330/0,340
2,9
0,62
Bảng 1.1: Hệ số cản Cd (Lỗ Cơn)
Đường kính lỗ
Chiều dài (mm)
Hệ số cản Cd
100
4,0
0,80
180
4,2
0,77
251
2,2
0,79
246
4,2
0,78
267
8,0
0,77
363
4,1
0,81
498
4,3
0,84
(μm)
Bảng 1.2: Hệ số cản Cd (Lỗ thẳng)
Nhận xét: Hình dạng lỗ ít ảnh hưởng đến chất lượng phun và quá trình
hồ trộn (áp suất phun ở 21-103 Mpa).
1.5
Ý nghĩa và tính khoa học của đề tài
Kế hoạch năm 2009 Việt Nam sẽ sử dụng xe buýt chạy bằng nhiên
liệu CNG. Tuy nhiên tồn bộ cơng nghệ đều phải mua của nước ngồi với
chi phí cao. Việc nghiên cứu ứng dụng khí nén thiên nhiên cho động cơ
diesel 1 xy lanh thành cơng thì sẽ là một bước ngoặt quan trọng để nghiên
cứu sản xuất bộ chuyển đổi cho động cơ diesel nhiều xylanh khơng phải lệ
thuộc vào nước ngồi.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
12
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
− Ngày 31/1/2009, tại Hà Nội Tập đồn ơtơ Thành Cơng đã tổ chức Lễ
ký kết và giao lô hàng 50 xe đầu tiên trong hợp đồng cung cấp 500 chiếc
xe buýt hiệu Daewoo chạy bằng khí nén thiên nhiên cho Cơng ty Sonadezi
ở Đồng Nai. Số xe buýt này sẽ được sử dụng trong việc đưa đón cơng nhân
ở các khu cơng nghiệp cũng như vận chuyển hành khách công cộng tại tỉnh
Đồng Nai.
− Mỗi xe buýt sử dụng khí nén thiên nhiên CNG hoạt động trong một
năm sẽ tiết kiệm được 8.308 USD nhiên liệu so với dùng dầu Diesel. Ngoài
giá thành rẻ, việc sử dụng khí nén thiên nhiên CNG cịn giúp giảm thiểu ơ
nhiễm mơi trường và rất an toàn khi sử dụng. Một chiếc xe buýt sử dụng
CNG sẽ giảm 60% lượng carbon monoxide và 10% nitrogen oxide một
loại khí gây nguy hại cho sức khỏe con người. Việc cung cấp nguyên liệu
khí CNG sẽ do Petro Đồng Nai đảm nhận.
− Cuối năm nay 2009, Tập đồn ơtơ Thành Cơng sẽ xây dựng hồn
chỉnh nhà máy lắp ráp ơtơ số 2 tại Ninh Bình. Khi đó sẽ lắp ráp xe buýt
thay thế cho việc nhập khẩu nguyên chiếc như hiện nay. Nhiều Thành phố
lớn như Hà Nội, TP.HCM dự kiến trong năm nay sẽ đưa vào sử dụng các
loại xe buýt chạy bằng khí CNG.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
13
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Báo tuổi trẻ ngày 19-12-2008
Theo báo tuổi trẻ thì để vận hành một xe buýt sử dụng dầu Diesel trên đoạn
đường 100 km phải mất phí nhiên liệu là 500.000 đồng, nhưng nếu dùng
CNG thì chi phí chỉ khoảng 343.000 đồng.
− So sánh với hai nhiên liệu truyền thống thì mức phát ơ nhiễm của
nhiên liệu khí nén thiên nhiên (CNG) ít hơn 2 nhiên liệu truyền thống là
xăng và dầu Diesel.
Hình 1.5: So sánh khí thải giữa CNG và Xăng.
Hình 1.6: So sánh khí thải giữa CNG và
Diesel.
1.6 Tính thực tiễn của đề tài
− Chiều ngày 3/9/2008, Tại KCN Phú Mỹ
huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu (BRVT), Công ty Cổ phần CNG Việt Nam đã khai
trương nhà máy sản xuất khí thiên nhiên (CNG)
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
14
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
đầu tiên tại Việt Nam.
− Giai đoạn đầu của nhà máy có tổng vốn đầu tư là 84,8 tỷ đồng, công
suất 30 triệu m3/năm. Công suất này sẽ được nâng lên thành 250 triệu m3
năm trong giai đoạn tiếp theo.
− Ngay trong buổi lễ khánh thành nhà máy, Công ty Cổ phần CNG
Việt Nam đã ký kết hợp đồng cung cấp sản phẩm cho Cơng ty CP gạch
men Bách Thành, KCN Gị Dầu với lượng khí thiên nhiên cung ứng tương
ứng 8 tấn LPG/ ngày đêm, đồng thời ký kết hợp đồng ghi nhớ với Công ty
cổ phần dịch vụ vận tải Cửu Long của Petro Việt Nam để Công ty này vừa
tiêu thụ sản phẩm khí thiên nhiên nén vừa làm đại lý phân phối cho các
khách hàng khác (Theo Viêtbáo.vn).
− Đầu tháng 1/2009, tại HCM tiến hành đưa vào áp dụng chuyển đổi
động cơ cho 2 tuyến xe buýt chạy thử nghiệm. Cuối năm 2009 sẽ từng
bước làm hệ thống đại trà cho tồn thành phố. Sau đó, sẽ tiến hành ứng
dụng vào các hệ thống giao thông khác như taxi, xe tư nhân, xe tải…
− Trong thời gian tới sẽ phối hợp triển khai khoảng 100 chiếc xe taxi
đầu tiên sử dụng CNG ở TP.HCM. Đây là một tín hiệu mà nếu tất cả các
đơn vị trong Tập đoàn Dầu khí quốc gia VN phối hợp chặt với các đơn vị
ngồi ngành thì sẽ tạo bước chuyển biến mới rất tốt về ứng dụng khí thiên
nhiên hóa lỏng vào đời sống phục vụ dân sinh, phục vụ đồng bào của các
đô thị trên cả nước.
Một trong những chiếc xe buýt chạy bằng nhiên liệu
CNG đầu tiên tại Việt Nam (vtv.vn 1/2/2009)
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
15
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP
2.1 Nhiên liệu truyền thống Diesel
− Nhiên liệu Diesel là sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần
chưng cất nằm giữa dầu hỏa (kesosene) và dầu bơi trơn (lubricating oil), có
nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370oC. Nhiên liệu Diesel nặng hơn: 315oC đến
425oC còn gọi là mazut - Fuel oil.
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của nhiên liệu Diesel.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
16
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Bảng 2.2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu.
Chất lượng nhiên liệu ở các nước Đông Nam Á (Bảng 2.3)
2.2 Nhiên liệu khí nén thiên (CNG)
2.2.1 Giới thiệu
Khí nén thiên bao gồm chủ yếu là mêtan (CH4) chiếm khoảng 80-90
% tuỳ vào nguồn khai thác. Có nguồn gốc từ sự phân huỷ thực vật và động
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
17
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
vật từ hàng triệu năm. Trong những năm gần đây sản lượng khí nén thiên
nhiên hằng năm trên thế giới đạt xấp xỉ 2 tỉ tép (1000m3 =0,85 tép), tương
đương khoảng 60% sản lượng dầu thơ. Người ta ước tính đến năm 2020
sản lượng khí nén thiên nhiên trên thế giới sẽ là 2,6 tỉ tép/năm so với sản
lượng dầu thô 3,5 tỉ tép.
Bảng 2.4: Đặc tính cơ bản của khí mêtan (CH4).
Khí thiên nhiên có thể chứa trong bình nhiên liệu ở 2 dạng.
Dạng khí ở nhiệt độ mơi trường và áp suất cao (khoảng 200
bar).
Dạng lỏng ở nhiệt độ -161 0C và áp suất mơi trường khơng
khí.
Cùng một năng lượng như nhau, khí thiên nhiên hóa lỏng có khối
lượng và bình chứa nhỏ hơn nó ở dạng khí (thường tỷ lệ 1:3 đối với thể
tích và 1:3,7 đối với khối lượng). Tuy nhiên, việc sử dụng khí thiên nhiên
ở trạng thái lỏng cần có kỹ thuật làm lạnh phức tạp, bình chứa phải được
cách nhiệt hồn tồn. Khi khơng còn cách nhiệt phải mở van soupape an
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
18
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
toàn (tác động ở áp suất 6 bar) để cho khí thiên nhiên thốt ra. Tình trạng
này gây tổn thất 1 lượng nhiên liệu (có thể đến 1%) khơng cần thiết, nhưng
nguy hiểm nhất là cháy nổ nếu sự bay hơi diễn ra trong mơi trường khơng
khí kín. Do vậy mà trên thế giới hiện nay người ta dùng khí thiên nhiên
dạng khí để chạy xe ơtơ.
Bảng 2.5: So sánh khí thiên nhiên CNG so với các nhiên liệu truyền thống.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
19
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Bảng 2.6: So sánh mật độ năng lượng của CNG/LNG với nhiên liệu xăng.
− Khí nén thiên nhiên đầu tiên được sử dụng làm nhiên liệu để đun sôi
nước, thắp sáng … và đạt được sự chấp nhận trên toàn thế giới là sử dụng
trong nhà dân như: máy nước nóng, máy sấy quần áo và trong nấu ăn.
Theo The Pacific Gas and Electric Company (2003) báo cáo rằng khí đốt
thiên nhiên bắt đầu thời kỳ bùng nổ vào năm 1950 (Hoa kỳ), nơi có mạng
lưới khổng lồ về đại lý, hệ thống đường ống phân phối đã được xây dựng
với mục đích thúc đẩy sử dụng khí tự nhiên.
Bảng 2.7: Một số tính chất của LPG và CNG.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
20
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Ưu Nhược điểm khí thiên nhiên
Ưu điểm
Nguồn cung cấp ổn định, có nguồn dự trữ lớn, có nhiều mỏ
khí và nhà máy sản xuất NG.
Thành phần sản phẩm cháy gây ô nhiễm môi trường của
NG ít hơn so với xăng và diesel.
Rất nhiều thiết bị an toàn cả về mặt cơ khí và điện tử để
bảo đảm tính an toàn trong khi động cơ hoạt động hoặc
ngay cả khi không hoạt động hoặc bị tai nạn.
Các bình chứa NG cũng được kiểm tra nghiêm ngặt ở một
áp suất cao hơn áp suất chứa của nhiên liệu có thể lên đến
gấp 3 lần (600 bar).
Tuổi thọ động cơ cao do NG có đặc tính chống kích nổ cao
và không có chì, ít ô nhiễm, ít mài mòn, không có hiện
tượng rữa sạch màng dầu bôi trơn . . .
Tỷ số nén của động cơ nhiên liệu NG cao nên hiệu suất
nhiệt của động cơ sử dụng NG cao.
Sản xuất đơn giản và an toàn hơn trong khâu sản xuất.
Chi phí sử dụng nhiên liệu NG tùy thuộc vào chính sách ưu
đải của chính phủ mỗi nước về việc sử dụng các loại nhiên
liệu sạch giảm ô nhiễm môi trường và ít chịu ảnh hưởng
của biến động nhiên liệu trên thế giới.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
21
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Nhược điểm
Vì được nén ở áp suất cao nên bình chứa nhiên liệu CNG
có thành dày hơn, khối lượng lớn hơn và yêu cầu kỹ thuật
rất khắt khe so với bình chứa xăng, diesel.
Hệ thống nhiên liệu LNG cũng nhẹ hơn CNG. LNG có mật
độ năng lượng cao hơn CNG nhưng cũng chỉ bằng khoảng
2/3 của xăng, diesel và LNG lưu trữ ở nhiệt độ rất thấp nên
bình chứa nhiên liệu phải cách nhiệt rất tốt.
Cơ sở hạ tầng cung cấp LPG/CNG vẫn còn rất hạn chế.
Chi phí cho sản xuất một đơn vị năng lượng CNG lớn hơn so
với LPG và xăng.
Thói quen sử dụng nhiên liệu mới và ý thức bảo vệ môi
trường chung còn hạn chế.
Chính sách khuyến khích, cưỡng chế sử dụng các loại nhiên
liệu mới nhằm giảm ô nhiễm môi trường và hạn chế sự phụ
thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch của thế giới vẫn
còn rất hạn chế.
2.2.2 Ơtơ sử dụng khí nén thiên nhiên làm nhiên liệu
Thế giới
− Việc sử dụng khí tự nhiên trong lĩnh vực giao thơng vận tải bắt đầu
những năm 1930 và đã phát triễn rất ít từ đó (NatruralGas.org,2004).
Khơng có sự hỗ trợ từ người tiêu dùng, việc sử dụng khí nén tự nhiên làm
nhiên liệu cho xe (NGV) là hạn chế, chủ yếu phục vụ cho ngành giao thơng
vận tải cơng cộng. Nó được khuyến khích vì thân thiện với mơi trường
(phát thải ít các khí độc hại và hiệu suất có thể so sánh khi dùng nhiên liệu
truyền thống (U.S. Environmental Protection Agency, 2002).
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
22
Luận văn thạc sỹ
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
− Năm 2009 người ta ước tính có khoảng 10 triệu xe chạy bằng khí
thiên nhiên Pakistan (2,0 triệu), Argentina (1,7 triệu), Brazil (1,6 triệu),
Iran (1,6 triệu), Ấn Độ (650.000), Ý (580.000), Trung Quốc (400,000) và
Colombia (280,000). Nam Mỹ dẫn đầu với một thị phần tồn cầu của 39%.
Mỹ có 110.000 NGVs, chủ yếu là xe buýt. Các quốc gia khác, xe buýt
chạy bằng khí tự nhiên được phổ biến bao gồm Ấn Độ, Úc, Argentina và
Đức. Ở các nước OECD có khoảng 500.000 xe CNG (nguồn từ
wikipedia.org).
Hình 2.1: Doanh số bán xe NGVs và xe chuyển đổi phát triển trong 17
năm qua.
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
23
Luận văn thạc sỹ
Loại xe
CBHD: TS Nguyễn Hữu Hường
Lượng xe tiêu thụ ở
Lượng xe
Lượng xe
Thuỵ sỹ
tiêu thụ ở
tiêu thụ ở
Đức
Úc
Opel Zafira CNG
101
1 272
26
Fiat Multipla Bipower
193
594
33
Volvo
New S60, V70, S80: 70
1 300
15
450
0
Old S70/V70 ≈ 50
Volkswagen Golf
15
Variant Bifuel
Bảng 2.8: Doanh số bán xe CNG của các nhà sản xuất (tính đến tháng 92003).
− Xe NGVs được các nhà sản xuất xe hơi quan tâm nhiều hơn, sẽ
giành được thì phần trong vài năm kế tiếp. Tuy nhiên doanh số có thế tăng
trong thời gian 15-30 năm tới. Một thực tế là chi phí sở hữu xe, chi phí
nhiên liệu rẽ hơn xe chạy bằng xăng, dầu và các loại xe pin nhiên liệu. Một
phân tích ở Thuỵ Sĩ cho thấy chiếc xe NVGs có tổng chi phí thấp hơn xe
ơtơ chạy bằng xăng, dầu. (CARLE 2004)
Học viên thực hiện: Nguyễn Anh Tuấn
24
