Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật phát triển hệ thống xe buýt CNG tại thành phố hồ chí minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT SỬ
DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG CNG TẠI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
SVTH: TỒN NHẬT MINH
MSSV: 13145500
SVTH: HUỲNH NGỌC VŨ
MSSV: 13145330
GVHD: Th.S HUỲNH PHƯỚC SƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT SỬ
DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG CNG TẠI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SVTH: TỒN NHẬT MINH
MSSV: 13145500
SVTH: HUỲNH NGỌC VŨ
MSSV: 13145330
GVHD: Th.S HUỲNH PHƯỚC SƠN


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Họ tên sinh viên 1: TOÀN NHẬT MINH MSSV: 13145500

ĐT: 01632636499

Họ tên sinh viên 2: HUỲNH NGỌC VŨ MSSV: 13145330

ĐT: 01654484898

Ngành:

Công nghê ky thuât ô tô

Ma ngành đào tao: 52510205

Hê đào tao:

Chính qui

Ma hê đào tao:

Khóa:

2013

Lơp: 139450B

1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ
DIESEL SANG SỬ DỤNG CNG TẠI TP.HCM
2. Nhiêm vu đề tài:
1) Tổng quan vấn đề nghiên cứu.
2) Nghiên cứu sự chuyển đổi nhiên liêu truyền thống sang các loai năng lượng
thay thế trên thế giơi và Viêt Nam.
3) Nghiên cứu, khảo sát quá trình chuyển đổi động cơ xe buýt sử dụng Diesel
sang CNG tai TP.HCM.
4) Kết luân.
3 . Sản phẩm đề tài: 01 tâp báo cáo kết quả nghiên cứu.
……………………………………………………………………………………

4. Ngày giao đề tài: 20/10/2017 (kế hoach chính thức 27/11/2017).
5. Ngày nộp đề tài: 15/01/2018.
TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: ...................................................................................................................
...................................................................................................................
Họ và tên Sinh viên: ...................................................... MSSV: ...............................
...................................................... MSSV: ...............................
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 (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): . ...............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ...................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: ...................................................................................................................
...................................................................................................................
Họ và tên Sinh viên: ...................................................... MSSV: ...............................
...................................................... MSSV: ...............................
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 (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không): . ..............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ...................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2017
Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT SỬ DỤNG ĐỘNG
CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG CNG TẠI TP.HCM
Họ và tên Sinh viên: TOÀN NHẬT MINH

MSSV: 13145500

HUỲNH NGỌC VŨ

MSSV: 13145330

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

1

năm 2017

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ và bạn bè.
Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GV.Th.S Huỳnh Phước Sơn, trưởng
Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo về ý tưởng, phương hướng, nội dung trong suốt q trình làm khố luận.
Nhóm chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô giáo trong trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nói chung, các q thầy cơ trong Khoa Cơ khí Động lực nói
riêng đã truyền đạt kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành,
giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng làm tiền đề để có thể hoàn thành tốt
bài khóa luận. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận
tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................ii
MỤC LỤC....................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU....................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.................................................................................ix
Chương 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài................................................................................................1
1.2. Mục đích nghiên cứu..........................................................................................3
1.3. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................3
1.4. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................3
1.5. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................3

1.6. Khí thiên nhiên CNG..........................................................................................3
1.6.1. Thành phần..................................................................................................3
1.6.2. Tính chất.....................................................................................................4
1.6.3. Trữ lượng và tình hình khai thác.................................................................7
1.7. Tình hình giao thơng và ơ nhiễm trên thế giới, Việt Nam, TP.HCM...................9
1.7.1. Tình hình giao thơng và ô nhiễm trên thế giới.............................................9
1.7.1.1. Sự bùng nổ phương tiện giao thơng.....................................................9
1.7.1.2. Tình hình ơ nhiễm khơng khí trên thế giới.........................................11
1.7.2. Tình hình giao thơng và ơ nhiễm ở Việt Nam............................................13
1.7.2.1. Sự bùng nổ phương tiện giao thông ở Việt Nam................................13
1.7.2.2. Ơ nhiễm khơng khí ở Việt Nam.........................................................13
1.7.3. Tình hình giao thơng và ơ nhiễm ở TP.HCM.............................................14
1.7.3.1. Tình hình giao thơng ở TP.HCM........................................................14
1.7.3.2. Ơ nhiễm khơng khí ở TP.HCM...........................................................17
1.8. Các chính sách phát triển năng lượng sạch.......................................................20
Chương 2: NGHIÊN CỨU ĐÃ CÓ LIÊN QUAN...................................................22
2.1. Các nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng CNG đã có.....22
2.1.1. Chuyển đổi động cơ xăng sang động cơ sử dụng CNG.............................22
3


2.1.1.1. Chuyển đổi động cơ xăng thành động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG
độc lập............................................................................................................22
2.1.1.2. Chuyển đổi động cơ xăng thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép xăngCNG................................................................................................................ 25
2.1.2 Chuyển đổi động cơ Diesel sang động cơ sử dụng CNG............................26
2.1.2.1. Chuyển đổi động cơ diesel sang động cơ sử dụng nhiên liệu CNG đốt
cháy nhờ tia lửa điện của bu-gi.......................................................................26
2.1.2.2. Chuyển đổi động cơ Diesel thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép
Diesel-CNG....................................................................................................28
2.2. Các nghiên cứu liên quan đến các phương pháp cung cấp CNG–diesel trên động

cơ nhiên liệu kép..........................................................................................................33
2.2.1. Cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn...............................................................33
2.2.2. Cung cấp CNG bằng vòi phun...................................................................36
2.2.2.1. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường
ống nạp...........................................................................................................37
2.2.2.2. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp
vào buồng cháy...............................................................................................39
2.3. Một số các nghiên cứu khác liên quan..............................................................42
Chương 3: THỐNG KÊ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC...................................................54
3.1. Lựa chọn được hình thức chuyển đổi và vị trí lắp đặt phun nhiên liệu.............54
3.2. Ước tính chi phí chuyển đổi và lợi ích từ việc chuyển đổi................................54
3.2.1. Các thiết bị cần thiết và chi phí đầu tư......................................................54
3.2.2. Lợi ích của việc chuyển đổi.......................................................................54
3.3. Thống kê tình hình sử dụng xe buýt chạy bằng CNG và nhu cầu thay thế ở thế
giới và TP.HCM.......................................................................................................55
3.3.1. Tình hình sử dụng xe buýt CNG trên thế giới...........................................55
3.3.2. Tình hình sử dụng xe buýt CNG ở TP.HCM và nhu cầu thay thế..............56
Chương 4: KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................61
4.1. Kết luận............................................................................................................61
4.2. Hướng phát triển...............................................................................................62
4.2.1. Đề xuất các giải pháp................................................................................62
4


4.2.2. Kiến nghị...................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................63

5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
A/F
CNG
LNG
LPG
CRDI
ECU
BTDC
SOOT
GTVT
CO
CO2
HC
HTX
NOX
Smoke
SOx
SO2
SO3
TNHH
TP.HCM
UBND

Air/Fuel (tỷ số hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu)
Compressed Natural Gas (khí thiên nhiên nén)
Liquefied Natural Gas (khí thiên nhiên hóa lỏng)
Liquefied Petroleum Gas (khí dầu mỏ hóa lỏng)
Commom Rail Diesel Injection
Electronic Control Module ( Hộp điều khiển điện tử)
Before Top Dead Center(trước điểm chết trên)

Muội than
Giao thơng vận tải
Cacbon mơnơxít
Cacbon điơxít
Hidrocacbon
Hợp tác xã
Nitơ ơxít
Độ khói
Lưu huỳnh ơxít
Lưu huỳnh điơxít
Lưu huỳnh triơxít
Trách nhiệm hữu hạn
Thành phố Hồ Chí Minh
Ủy ban nhân dân

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Xe ô tô đang lưu thông tại California, Mỹ....................................................10
Hình 1.2: Biểu đồ sản xuất và tiêu thụ khí tự nhiên ở Châu Á.....................................11
Hình 1.3: Nguồn gốc khí thải gây hiệu ứng nhà kính ở Mỹ năm 2013........................12
Hình 1.4: Tình trạng ùn tắc giao thơng ở TP.HCM......................................................14
Hình 1.5: ùn tắc giao thơng trước sân bay Tân Sơn Nhất.............................................17
Hình 1.6: Xe buýt xả khói bụi gây ơ nhiễm mơi trường...................................................
Hình 2.1: Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG trên động cơ xăng................................22
Hình 2.2: Một hệ thống nhiên liệu CNG điển hình......................................................23
Hình 2.3: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-xăng..............................................26
Hình 2.4: Động cơ diesel chuyển đổi sang sử dụng 100% CNG..................................27
Hình 2.5: Sơ đồ động cơ CNG phun nhiên liệu trực tiếp.............................................28

Hình 2.6: Động cơ diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel..................29
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một hệ thống điển hình...............................30
Hình 2.8: Hoạt động các chu kỳ...................................................................................31
Hình 2.9: Mơ hình cắt dọc của động cơ chuyển đổi sang hệ thống nhiên liệu kép.......31
Hình 2.10: Bốn phương pháp cung cấp CNG trên động cơ..........................................33
Hình 2.11: Cung cấp CNG bằng bộ hịa trộn...............................................................34
Hình 2.12: Cung cấp khí CNG dùng bộ hịa trộn.........................................................35
Hình 2.13: Cung cấp khí CNG dùng bộ hoà trộn kết hợp van tiết lưu.........................35
Hình 2.14: CNG phun trên đường ống nạp và phun trực tiếp trong buồng đốt............37
Hình 2.15: Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp.....................38
Hình 2.16: Vịi phun tích hợp Westport.......................................................................40
Hình 2.17: Cung cấp CNG bằng phương pháp phun trực tiếp.....................................41
Hình 2.18: Kết quả so sánh áp suất cháy, suất tiêu hao nhiên liệu và tỷ lệ giảm khí phát
thải của động cơ sử dụng nhiên liệu kép so với sử dụng diesel của Bosch..................43
Hình 2.19: Hiệu suất nhiệt và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thử nghiệm khi thay
đổi tỷ lệ CNG/diesel và tỷ số nén động cơ ở các chế độ tải.........................................44
Hình 2.20: Ảnh hưởng của góc phun diesel mồi đến áp suất cháy...............................45
Hình 2.21: Tỷ lệ CNG/diesel trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép...........................45
7


Hình 2.22: Cơng suất và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ diesel và động cơ sử dụng
nhiên liệu kép (CNG%=65–85%)................................................................................45
Hình 2.23: Áp suất và nhiệt độ cháy động cơ sử dụng diesel và nhiên liệu kép...........46
Hình 2.24: Biểu đồ áp suất phun của động cơ khi thử nghiệm.....................................51
Hình 2.25: Biểu đồ mức nhiệt lượng sinh ra khi thử nghiệm.......................................51
Hình 2.26: Biểu đồ nhiệt lượng sinh ra trên động cơ diesel.........................................52
Hình 2.27: Biểu đồ áp suất phun của động cơ khi thử nghiệm..................................52Y
Hình 3.1: Ơ tơ bt sử dụng nhiên liệu CNG tại TP.HCM...........................................57

8


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thành phần CNG............................................................................................4
Bảng 1.2: Tính chất hóa học của một số loại nhiên liệu.................................................5
Bảng 1.3: Mức độ phát ô nhiễm của động cơ dùng CNG..............................................6
Bảng 1.4: So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ dùng
xăng, diesel, và CNG (gCO2/km), theo chu trình ECE .................................................7
Bảng 1.5: Những nước có trữ lượng NG lớn nhất trên thế giới tính đến cuối năm 20118
Bảng 1.6: 37 điểm ùn tắc giao thông ở TP.HCM.........................................................15
Bảng 1.7: Mức độ xả thải vào môi trường của xe buýt tại TP.HCM................................
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của động cơ MPI 1,2L....................................................48
Y

9


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Năng lượng và môi trường là hai trong số những yếu tố ln được quan tâm hàng
đầu của thế giới. Q trình cơng nghiệp hóa ngày càng phát triển thì các yếu tố này càng
trở nên bức thiết và leo thang từng ngày. Nhu cầu sử dụng năng lượng, đặc biệt là các loại
nhiên liệu truyền thống như xăng và dầu diesel trong công nghiệp, các phương tiện giao
thông vận tải, các động cơ tĩnh tại, thiết bị động lực ngày càng tăng cao. Theo Tổ chức
các nước sản xuất dầu OPEC, mỗi ngày thế giới tiêu thụ hết khoảng 92,7 triệu thùng dầu
thơ [33]. Trong khi đó trữ lượng dầu mỏ là có hạn và ngày càng cạn kiệt, gây sức ép lớn
về nguồn cung, giá thành, nguy cơ khủng hoảng an ninh năng lượng trong thời gian tới là
rất lớn nếu khơng sớm tìm ra giải pháp hợp lý. Bên cạnh đó, một lượng lớn khí phát thải
độc hại tạo ra từ các loại nhiên liệu này đang gây nên hiện tượng ơ nhiễm khơng khí, hiệu

ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, làm trái đất nóng lên, băng tan chảy và mực nước dâng
cao,… ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường sống và sức khỏe con người.
Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, việc sử phương tiện giao thông những
năm qua tăng vọt kéo theo các vấn đề về mức tiêu thụ nhiên liệu với tốc độ tiêu thụ đang
dẫn đầu khu vực với mức tăng 7,5% mỗi năm [34]. Ơ nhiễm mơi trường cũng tăng theo,
rõ nét nhất là các trung tâm đô thị, thành phố lớn đã đến mức báo động về mật độ xe và ơ
nhiễm khơng khí.
Tại TP.HCM, tính đến ngày 15/4/2017 có khoảng có 642.000 ơ tơ và hơn 7,3 triệu
xe máy. Lượng phương tiện tăng hơn 5,8% so với năm trước [37]. Kết quả quan trắc ơ
nhiễm khơng khí trên địa bàn TP.HCM tại 20 vị trí cho thấy, ơ nhiễm chất lượng khơng
khí chủ yếu là do bụi lơ lửng từ các hoạt động giao thông gây ra (hơn 72% số liệu bụi
quan trắc tại 12 vị trí giao thơng vượt tiêu chuẩn Việt Nam) [36].
Tình hình ơ nhiễm một phần lớn cũng do hệ thống xe buýt TP.HCM gây ra do hầu
hết là động cơ diesel, đã được sử dụng từ lâu, động cơ xuống cấp gây ô nhiễm trầm trọng.
Dựa vào tình hình bức thiết nêu trên, vấn đề đặt ra là phải tìm một nguồn năng
lượng sạch, trữ lượng lớn, không gây ô nhiễm môi trường (hoặc có thể giảm thiểu tối đa
ô nhiễm). Nhiều phương án đã được đưa ra như: sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc sinh

1


khối Biofuel, pin nhiên liệu Fuel Cell, năng lượng mặt trời, năng lượng điện, khí thiên
nhiên CNG (Compress Nature Gas),… thay thế cho nhiên liệu truyền thống.
Trong đó, hướng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu cho xe buýt là khí thiên nhiên nén
(Compressed Natural Gas-CNG) là một trong những giải pháp rất được quan tâm hiện
nay. CNG là nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trường, có đặc tính kỹ thuật phù
hợp với các động cơ nhiệt, khi cháy ít sinh ra sản phẩm độc hại. Trữ lượng khí thiên
nhiên trên thế giới còn rất dồi dào, giá thành rẻ. Do vậy, việc sử dụng khí thiên nhiên làm
nhiên liệu thay thế cho các loại xăng, dầu diesel là giải pháp cho thấy có sự phù hợp, khả
thi và triển vọng với điều kiện thực tế, đáp ứng được các mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu và

chi phí, hạn chế khí phát thải độc hại, bảo vệ mơi trường cho TP.HCM và góp phần đảm
bảo an ninh năng lượng.
Tuy nhiên cịn nhiều rào cản về chi phí giá thành sản phẩm, vì nhập mới toàn bộ
xe hay thay thế mới động cơ diesel thành CNG thì cũng địi hỏi chi phí lớn. Do đó cần
nghiên cứu các phương án chuyển đổi hệ thống nhiên liệu của các động cơ truyền thống.
Để tận dụng được các ưu điểm của động cơ diesel có tỷ số nén cao, hạn chế các ảnh
hưởng bất lợi về cơng suất, giảm chi phí cải tạo động cơ, đồng thời động cơ có thể vừa
hoạt động bằng nhiên liệu CNG vừa trở về hoạt động như một động cơ diesel bình
thường [10], phù hợp với điều kiện hạ tầng về cung cấp nhiên liệuở TP.HCM hiện nay.
Lĩnh vực nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel
được được xem là có lợi thế nhất định và quan tâm nhiều nhất.
Qua những vấn đề nêu trên có thể thấy việc nghiên cứu đề xuất chuyển đổi xe buýt
sử dụng động cơ Diesel sang sử dụng CNG là một vấn đề cấp thiết nhằm đáp ứng được
các yêu cầu trên. Đây cũng chính là lý do mà nhóm chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ĐỀ
XUẤT CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG
CNG TẠI TP.HCM” được thực hiện nhằm góp phần giảm thiểu ơ nhiễm cho thành phố
và tăng hiệu quả kinh tế sử dụng, mang lại một diện mạo mới cho hệ thống giao thông
công cộng của thành phố.
Do giới hạn về thời gian và kiến thức cũng như phương tiện nên đề tài được thực
hiện có thể có những thiếu sót, mong nhận được sự góp ý của quý độc giả để đề tài được
hoàn thiện hơn.

2


1.2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài có 3 mục đích chính như sau:
- Thống kê tình hình giao thơng và ô nhiễm tại TP.HCM;
- Nghiên cứu các phương án sử dụng nhiên liệu CNG trên động cơ nhiệt truyền thống;
- Thống kê kết quả thu được và đề xuất phương án chuyển đổi xe buýt sử dụng diesel

sang sử dụng CNG.

1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đặc tính của khí thiên nhiên CNG, các phương
án bố trí hệ thống khí CNG trên các loại động cơ nhiệt truyền thống mà đặc biệt là động
cơ Diesel, các thiết bị cần thiết để chuyển đổi động cơ Diesel sang sử dụng khí CNG

1.4. Nội dung nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu kép CNG-diesel đến các tính năng kinh tế, kỹ thuật
và phát thải của động cơ. Thống kê tình hình thực tế ơ nhiễm và việc chuyển đổi sử dụng
xe buýt động cơ Diesel sang sử dụng nhiên liệu CNG tại TP.HCM.

1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập dữ liệu, dịch thuật.
- Phương pháp phân tích tổng hợp các dữ liệu.
- Phương pháp nghiên cứu, đánh giá.

1.6. Khí thiên nhiên CNG
1.6.1. Thành phần
Khí nén thiên nhiên (Compress Natural Gas - CNG) là hỗn hợp khí cháy được bao gồm
phần lớn là các hidrocacbon, được nén dưới áp suất nhất định (205 ÷ 275 bar). Giống với
than đá và dầu mỏ, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch. Tùy theo nguồn khai thác,
thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là methane (CH4) có thể chiếm đến 70-90%,
khoảng 8-10% ethane (C2H6), cịn lại là các thành phần khác như propane (C3H8), butane
(C4H10), pentane (C5H12) và các anlkan khác [29]. Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng
với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp
cho khoảng 25% nguồn cung năng thế giới. Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất,
bao gồm cacbon điơxít (CO2), hyđrơ sulfít (HS), và nitơ (N2). Do các tạp chất này có thể
làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách
3

Bảng 1.1 Thành phần CNG
Thành phần

Cấu tạo

Hàm lượng
(%)

Methane

CH4

85

Ethane

C2H6

8.7

Ethylene

C2H4

0,14

Propane

C3H8

2,05

Nitrogen

N2

3,32

Hình 1.1: Thành phần khí thiên nhiên và cấu trúc phân tử khí methane (CH4)
Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NOx
và đến 50% lượng HC 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 thay đổi thất thường [4].
1.6.2. Tính chất
- CNG là nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trường, khơng chứa chì, lưu
huỳnh, benzene và hidrocacbon thơm nên khi cháy khơng phát thải nhiều khí độc như
như CO, NOx, SO2 và hầu như không phát sinh bụi. Khi cháy hoàn toàn sinh ra CO2 và
nước.
- CNG nhẹ hơn khơng khí, khả năng phân tán nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm
cháy nổ liên quan đến nhiên liệu.
- Khơng màu, khơng mùi: ngun thủy thì CNG khơng mùi nhưng để nhận biết sự
rị rỉ thì người ta thêm hóa chất để làm cho nó có mùi.
Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ
4


Bảng 1.2: Tính chất hóa học của một số loại nhiên liệu
Đặc tính

Đơn vi

CNG

Diesel

Xăng

Trọng lượng phân tử

N

16

100 - 105

199

Thành phần C:H:O

%

75:25:0

86:13:01

85:13:01

Điểm ngưng tụ

o

-182

-40

-40  -1

Điểm sôi

o

C

-162

27 - 225

188-343

Áp suất hơi

kPa-38oC

125

48-104

<0.1

Nhiệt lượng riêng

kJ/kg oK

2,51

2,0

2,2

Độ nhớt

mPa.s

0,01

0,37 - 0,44

2,6 - 4,1

Nhiệt trị thấp

MJ/kg

50,003

43,138

35 – 37

540

257

280

Tỷ số A/F

17,23

14,7

14,7

Chỉ số octane

120-130

C

o

Nhiệt độ tự cháy

C

100

- Nhiệt trị riêng khối lượng của CNG cao hơn khoảng 10% so với nhiên liệu lỏng

thông thường. Do vậy, cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu (tính theo khối
lượng) của động cơ dùng CNG giảm cũng chừng ấy lần. Trị số octane của CNG cao hơn
so với xăng, phù hợp với động cơ có tỷ số nén cao.
- Khi bị tràn ra ngoài do tai nạn, thì CNG không gây hại cho đất và nước và môi
trường. Khả năng phân tán của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm cháy nổ liên
quan đến nhiên liệu.
Sự ô nhiễm khí thải khi sử dụng CNG làm nhiên liệu:
Bảng 1.3: Mức độ phát ô nhiễm của động cơ dùng CNG
Chất ô nhiễm

Mức độ

CO (g/dặm)

0,655

HC tổng

0,230

HC không methane

0,016

NOX (g/dặm)

0,112
5

CO2 (g/dặm)

226,6

Tiêu thụ nhiên liệu

28,5

Hoạt động độc lập

175

Bảng 1.3 cho chúng ta một vài ví dụ liên quan đến mức độ phát ô nhiễm của ô tô
vận tải sử dụng CNG. Mức độ HC đôi lúc gần với giá trị cho phép bởi luật môi trường,
nhưng chỉ chứa phần lớn methane (khoảng 90%), còn lại các thành phần khác rất thấp.
Cịn về mức độ phát sinh NOX khí xả động cơ CNG có nồng độ NOx rất thấp nếu
động cơ làm việc với λ=1 và có lắp bộ xúc tác 3 chức năng. Nồng độ này cao hơn một
chút nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép nếu dùng hỗn hợp nghèo.
Về sự ảnh hưởng của khí thải động cơ sử dụng CNG đến hiệu ứng nhà kính,
Methane cũng như CO2 và N2O là khí gây hiệu ứng nhà kính một cách trực tiếp vì vậy
các nhà nghiên cứu rất quan tâm đến ảnh hưởng của khí thải động cơ CNG đến việc nóng
lên của bầu khí quyển.

Bảng 1.4: So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ dùng
xăng, diesel, và CNG (gCO2/km), theo chu trình ECE [34]
xăng

Diesel

CNG

Trước bộ xúc tác

356

281

267

Sau bộ xúc tác

310

251

231

Trong thực tế động cơ CNG phát sinh ít CO2 so với động cơ nhiên liệu lỏng. Vì
vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí xả động cơ CNG thấp hơn khoảng
25% so với động cơ xăng và 5% so với động cơ Diesel [20]. Do đó việc sử dụng CNG sẽ
làm giảm đi đáng kể lượng khí gây hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàn cầu.
1.6.3. Trư lương và tinh hinh khai thac
Khí thiên nhiên đã được phát hiện trên khắp các châu lục. Trữ lượng khí thiên
nhiên trên toàn thế giới tổng cộng khoảng 150 nghìn tỷ m³, xấp xỉ với trữ lượng dầu thơ,
tập trung nhiều nhất là ở Nga (48 nghìn tỷ m³), các nước vùng Trung Đơng (50 nghìn tỷ
m³), phần còn lại phân bố ở châu Á, châu Phi và Úc thể hiện trên Hình 1.2. Dựa trên mức
6


tiêu thụ năm 2015 trên toàn thế giới ước tính khoảng 3.400 km³ khí đốt/năm và sự gia

tăng hàng năm từ 2-3%, trữ lượng khí thiên nhiên cịn lại có thể sử dụng khoảng 80 đến
100 năm nữa [27].

Hình 1.2: Bản đồ phân bố khí thiên nhiên trên tồn thế giới
Bảng 1.5: Những nước có trữ lượng NG lớn nhất trên thế giới tính đến cuối năm 2011
STT

Trữ lượng

Tỷ lệ %

(nghìn tỷ mét khối)

(so với Thế giới)

Quốc gia

1

Nga

47,57

25,02

2

Iran

29,6

15,57

3

Qatar

25,47

13,39

4

Turkmenistan

7,5

3,95

5

Ả Rập Xê Út

7,46

3,92

6

Mỹ

6,93

3,64

7

UAE

6,07

3,19

8

Nigeria

5,25

2,76

9

Venezuela

4,98

2,62

10

Algieri

4,5

2,37

7


Việt Nam được đánh giá cao về tiềm năng khí thiên nhiên. Theo cơ quan thông tin
năng lượng Mỹ (EIA) ước tính trữ lượng khí thiên nhiên đã phát hiện được của Việt Nam
năm 2012 là 699,4 tỷ m³ [2]. Với trữ lượng đã phát hiện, nước ta có khả năng tự đáp ứng
được nhu cầu về sản lượng khí thiên nhiên trong nhiều thập kỷ tới. Tính đến 01/2012,
Việt Nam có 27 mỏ khí được phát hiện, trong đó có nhiều mỏ có trữ lượng lớn đã đưa
vào khai thác như các mỏ ở các bể Nam Côn Sơn, Thổ Chu, Cửu Long, Sơng Hồng như
Hình 1.3.

Hình 1.3 Bản đồ phân bố các bể Sông Hồng, Cửu Long, Nam Cơn Sơn, Thổ Chu, Phú
Khánh, Hồng Sa, Trường Sa có trữ lượng khí thiên nhiên lớn
Qua đánh giá về trữ lượng khí thiên nhiên của Việt Nam, cùng các lợi thế về địa lý
của TP.HCM gần nơi tập trung các mỏ khí lớn, vì vậy việc đảm bảo cung cấp CNG cho
phương tiện giao thông vận tải hoàn toàn khả thi.

1.7. Tình hình giao thơng và ơ nhiễm trên thế giới, Việt Nam, TP.HCM
1.7.1. Tình hình giao thơng và ơ nhiễm trên thế giới
1.7.1.1. Sự bùng nổ phương tiện giao thông
Theo Hiệp hội Các nhà sản xuất ô tô thế giới (OICA), đến năm 2012 toàn thế giới
có khoảng 1,143 tỷ xe ô tô các loại đang lưu hành trong đó riêng Mỹ gần 251 triệu xe.
Toàn châu Âu hiện có 368 triệu xe, riêng 27 quốc gia thuộc Liên minh châu Âu và các

nước thuộc Hiệp hội mậu dịch tự do châu Âu chiếm 291 triệu xe [30]. Tại Mỹ, California
là bang sở hữu nhiều ô tô nhất. Theo số liệu năm 2012 của Statista thì California có tới
14,5 triệu xe đang lưu hành.
8


Hình 1.4 Xe ơ tơ đang lưu thơng tại California, Mỹ
Toàn châu Á, châu Đại Dương và Trung Đông hiện có khoảng 353 triệu xe ơ tơ các
loại, riêng Trung Quốc sở hữu 109 triệu xe, Nhật 76 triệu xe.
Năm 2013, Toyota (bao gồm cả Daihatsu và Hino) bán ra tổng cộng 9,98 triệu xe
các loại, và là sản xuất ô tô số 1 thế giới, xếp trên General Motors (9,71 triệu chiếc) và
Volkswagen (9,7 triệu chiếc).
Trong khi sản lượng xe passenger của cả Mỹ, Nhật, Đức đi ngang, thậm chí nhiều
giai đoạn giảm, thì Trung Quốc ghi nhận sự tăng vọt liên tục trong 10 năm qua, từ vài
triệu xe mỗi năm lên hơn 18 triệu xe vào năm 2013.
Hàng năm có thêm hàng triệu chiếc ơ tơ ra đời thêm nữa, càng gia tăng mức độ tiêu
thụ nhiên liệu xăng và dầu diesel nhiều hơn.
Theo các báo cáo của Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Anh (UKERC), Hội đồng
Năng lượng thế giới (WEC) và ngân hàng HSBC [31] dựa trên ước tính mức tiêu thụ
năng lượng toàn cầu hiện nay đều dự báo nguồn dầu mỏ sẽ cạn kiệt sau khoảng 40 năm
nữa (2060). Thậm chí, với mức độ tiêu thụ khoảng 90 triệu thùng/ngày kéo dài liên tục
như hiện nay, hai nhà khoa học Mỹ Campbell và Laharrere cịn dự đốn những thay đổi
nghiêm trọng sẽ xảy ra sau năm 2030-2035. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cảnh báo
9


sản lượng dầu thô của thế giới sẽ lên đến "đỉnh điểm" và giảm xuống trong vịng 10 năm
tới.

Hình 1.5: Biểu đồ sản xuất và tiêu thụ khí tự nhiên ở Châu Á

Sự cạn kiệt nguồn năng lượng này đang khiến cho nguồn cung bấp bênh, giá thành
tăng cao, đỉnh điểm là các đợt khủng hoảng dầu mỏ gây ra nhiều bất ổn, ảnh hưởng xấu
đến sự phát triển kinh tế xã hội của nhiều quốc gia, đã và đang là mầm móng gây ra các
nguy cơ xung đột quyền lợi trên thế giới. Tính từ năm 1973 đến nay thế giới đã trải qua
các lần khủng hoảng giá dầu:






Lệnh cấm vận dầu Ả Rập năm 1974.
Lệnh cấm vận dầu Iran năm 1979.
Chiến tranh Vùng Vịnh 1990.
Năm 1999 giá dầu từ 8–10 USA/thùng tăng vọt lên trên 30 USD/thùng.
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, đến năm 2005 giá dầu lên đến hơn 70 USD/thùng.
Và đến 7/2008 giá dầu đạt mức kỷ lục là 147 USD/thùng [32].
1.7.1.2. Tinh hinh ơ nhiễm khơng khí trên thế giới
Một yếu tố quan trọng góp phần gây nên ơ nhiễm khơng khí là khí thải từ nhiên
liệu động cơ, phương tiện giao thông vận tải. Hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ
và động cơ đốt trong sinh ra khí thải làm ơ nhiễm khơng khí, làm thủng tầng ơzơn, gây
hiệu ứng nhà kính. Do thành phần và tính chất lý hóa, sự khơng đồng nhất của hỗn hợp
10