Khí Thải Động Cơ Đốt Trong và Môi Trường (Phần 9)

Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường

153

Ở các nước có hệ thống ga thành phố, trạm dịch vụ NGV có ba chức năng:

. Nối vào mạng phân phối khí thiên nhiên của thành phố

. Nén khí đến áp suất hơn 200bar và dự trữ một số bình khí để cung cấp nhanh

trong những giờ cao điểm.

. Phân phối khí NGV cho ô tô bằng ống mềm

Thời gian nạp NGV càng nhỏ càng tốt, thường khoảng từ 2 đến 10 phút cho mỗi

xe. Điều này đòi hỏi phải chứa ga trong bình dự trữ ở trạm có áp suất cao hơn nhiều so với

áp suất bình chứa khí trên ô tô. Thông thường áp suất máy nén khoảng 250 bar. Đối với

một trạm dịch vụ nạp khí cho 1000 ô tô/ngày cần phải có máy nén có công suất khoảng

100kW.

Cuối cùng cần nói thêm rằng, khi cung cấp NGV, máy định lượng thường được

chia không phải theo m3 khí cung cấp mà theo lít xăng tương đương để cho người sử dụng

có thể so sánh với nhiên liệu lỏng truyền thống.

Ngoài ra, ở các nước phát triển có hệ thống cung cấp khí thiên nhiên trong thành

phố, người ta còn sử dụng máy nén cá nhân để cung cấp NGV cho ô tô ngay tại nhà người

sử dụng. Hệ thống này đảm bảo nạp ga chậm, khoảng 4lít/giờ với áp suất 200bar.

8.7.2. Tổ chức quá trình cháy

Giảm chấn

Bình ga NGV

Thanh gia cố

Tiết lưu

Xả khí

Cửa thông gió động cơ

Thành kín

Bộ giãn n

ở

Van điện t

ừ

Động cơ

Hộp nạp khí

Đường dẫn khí

Đường nạp NGV

Van một chiều

Van điện từ

Hình 8.21: Sơ đồ bố trí tổng thể hệ thống cung cấp NGV trên ô tô bus

Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường

154

Hai dạng ô tô có thể dùng NGV đó là ô tô chuyên dụng và ô tô bus. Tùy theo dạng

sử dụng, giải pháp kĩ thuật về tổ chức quá trình cháy có thể khác nhau.

Ô tô chuyên dụng thường dùng động cơ xăng nên khi cải tạo nó sang dùng NGV

cần chú ý đến việc tăng tỉ số nén. Tỉ số nén của động cơ chạy NGV có thể chọn cao hơn

nhiều so với động cơ xăng do chỉ số octane của méthane lớn. Thường tỉ số nén của động

cơ NGV là 12 hoặc 13. Cũng như động cơ xăng, để nâng cao hiệu quả của việc xử lí ô

nhiễm bằng bộ xúc tác ba chức năng, bộ tạo hỗn hợp phải điều chỉnh thành phần hỗn hợp f

quanh giá trị cháy hoàn toàn lí thuyết.

Việc cải tạo xe bus nguyên thủy dùng động cơ Diesel sang dùng nhiên liệu khí

NGV phức tạp hơn vì phải thêm hệ thống đánh lửa cưỡng bức và tổ chức quá trình cháy

như động cơ xăng. Trong điều kiện đó để giảm ô nhiễm và tăng tính kinh tế của động cơ,

người ta có thể áp dụng hai giải pháp kĩ thuật sau đây và hai giải pháp này đang là đối

tượng nghiên cứu để tiếp tục phát triển:

. Giải pháp thứ nhất là cho động cơ luôn luôn làm việc với thành phần hỗn hợp

cháy hoàn toàn lí thuyết kết hợp với việc xử lí khí thải bằng bộ xúc tác ba chức năng. Ưu

điểm của nó là làm giảm mức độ phát ô nhiễm nhưng nhược điểm là hiệu suất giảm so với

động cơ Diesel.

. Giải pháp thứ hai, ít có tham vọng làm giảm ô nhiễm môi trường hơn nhưng có

khả năng làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Giải pháp này cho phép điều chỉnh thành phần

hỗn hợp theo điều kiện vận hành và ưu tiên sử dụng hỗn hợp nghèo.

8.7.3. Kĩ thuật tạo hỗn hợp

Việc định lượng chính xác nhiên liệu cung cấp ở mỗi chế độ làm việc của động cơ

NGV đôi khi khó thực hiện. Mặt khác, khi động cơ hoạt động, thành phần hỗn hợp giữa

các cylindre cần phải đồng đều và tổn thất trên đường nạp cần phải giảm đến mức thấp

nhất... Vì vậy hệ thống nạp của động cơ NGV đòi hỏi những kĩ thuật phức tạp.

8.7.3.1. Bộ chế hòa khí

Có nhiều kĩ thuật chế hòa khí nhưng hiện nay kĩ thuật phổ biến nhất vẫn là kĩ thuật

ống Venturi. Trong hệ thống này, khí NGV không những chỉ định lượng bởi độ chân

không trong ống Venturi mà còn bởi sự thay đổi độ tiết lưu trên đường nạp. Sự điều chỉnh

mức độ tiết lưu này được thực hiện nhờ một động cơ bước qua trung gian một bộ vi xử lí

chuyên dụng nhận tín hiệu từ các cảm biến.

Phương án dùng bộ chế hòa khí có nhược điểm là hệ số nạp của động cơ bị giảm ở

chế độ quá độ. Để khắc phục nhược điểm này, người ta nghiên cứu áp dụng phương án

phun nhiên liệu trực tiếp hay gián tiếp.

Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường

155

Hình 8.22: Sơ đồ hệ thống nạp nhiên liệu NGV trên động cơ phun tập trung

Hình 8.23: Sơ đồ hệ thống nạp nhiên liệu NGV trên động cơ phun riêng rẽ

8.7.3.2. Phun gián tiếp

Hệ thống phun gián tiếp cho phép cải thiện được tính năng của động cơ và mức độ

phát ô nhiễm. Khác với bộ chế hòa khí, hệ thống này phun nhiên liệu dưới áp suất. Điều

này cho phép cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác theo chế độ làm việc của động cơ.

Mặt khác, do không có họng Venturi, hệ số được nạp vào động cơ được cải thiện đáng kể.

Cũng như động cơ xăng, phun nhiên liệu có thể được thực hiện theo phương án tập trung

(một điểm) tại cổ góp đường nạp (hình 8.22) hay riêng rẽ (phun vào trước soupape nạp

của mỗi cylindre) (hình 8.23). Hệ thống phun riêng rẽ có nhiều ưu điểm so với hệ thống

phun tập trung vì nó làm giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiện được

Động cơ

Bộ hỗn hợp

Nạp

Xả

Van định lượng

Bộ giảm áp

Máy tính

điều khiển

thời gian phun

Máy tính

điều khiển

động cơ

Lưu lượng

khí mong

muốn

Nhiên liệu khí

- Nhiệt độ khí

- Áp suất khí

- Chênh lệch áp suất

- Áp suất khí nạp

- Nhiệt độ khí nạp

- Tín hiệu cảm biến Oxy

- Vị trí bướm ga

Van định l

ợng

Bộ Giảm áp

Động cơ

Cảm biến Oxy

Bộ xúc tác

3 chức năng

Bộ chấp hành Máy tính

ố

c độ độn

ấ

t nạ

Vị trí b

ớm ga

Nhiên liệu khí

Thải

Nạp

Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường

156

sự đồng đều nhiên liệu cung cấp cho các cylindre của động cơ. Việc khống chế lưu lượng

NGV nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ một bộ vi xử lí chuyên dụng.

8.7.3.3. Phun trực tiếp

Kĩ thuật này rất có rất nhiều ưu điểm vì nó cho phép đồng thời làm giảm mức độ

gây ô nhiễm và làm tăng tính kinh tế của động cơ. Phun trực tiếp NGV vào buồng cháy

cho phép kết hợp các ưu điểm của khí thiên nhiên và quá trình cháy của hỗn hợp nghèo

phân lớp. Mặt khác, hệ thống phun NGV còn thừa hưởng ưu thế của nhiên liệu nén ban

đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao. Động cơ có thể hoạt động không có tổn

thất hệ số nạp và ở điều kiện hỗn hợp nghèo. Kĩ thuật này đòi hỏi chế tạo và điều chỉnh

chính xác hệ thống phun vì vậy đắt tiền nên hiện nay nó chưa được phổ biến rộng rãi.

Bảng 8.8: So sánh các hệ thống cung cấp nhiên liệu NGV khác nhau trên động cơ

Chế hòa khí Phun ở cổ góp Phun

soupape

nạp

Phun

trực tiếp

Cơ khí Điện tử Phun

liên tục

Phun gián

đoạn

Giá thành ++ + + - - --

Hoạt động

quá độ

-- - - + + --

Phân bố giữa

các xilanh

-- -- -- -- ++ ++

Tổn thất -- -- - - + ++

Nguy cơ

quay ngược

màng lửa

-- -- -- -- + ++

8.7.3.4. So sánh các hệ thống khác nhau

Bảng 8.8 cho thấy ưu nhược điểm của các kĩ thuật tạo hỗn hợp khác nhau đối với

động cơ NGV. Qua bảng này chúng ta thấy rằng kiểu chế hòa khí có rất ít ưu điểm. Do đó,

việc phát triển hệ thống phun tập trung hay riêng rẽ là cần thiết để tăng tính năng kinh tế

kĩ thuật của động cơ NGV.

8.8. Cân bằng năng lượng và ảnh hưởng đến môi trường

của hệ ô tô NGV

Sau đây chúng ta sẽ khảo sát sự cân bằng năng lượng liên quan đến quá trình cung

cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (vận chuyển, nén và phân phối) và tính năng của động cơ sử

dụng NGV, đặc biệt là tính năng liên quan đến vấn đề ô nhiễm.

Chương 8: Động cơ sử dụng nhiên liệu khí: một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường

157

8.8.1. Tiêu tốn năng lượng liên quan đến việc vận hành hệ thống NGV

Việc đánh giá tính kinh tế của hệ ô tô NGV cần phải xem xét đến sự cân bằng năng

lượng trên toàn bộ các công đoạn từ khi khai thác khí ở mỏ đến khi sử dụng trên ô tô.

Bảng 8.9 giới thiệu những số liệu so sánh về cân bằng năng lượng của GNV và nhiên liệu

lỏng truyền thống. Tiêu tốn năng lượng được phân bố trong 5 công đoạn: sản xuất, vận

chuyển, lọc, phân phối và nén (khí) trước khi sử dụng. Đối với khí NGV, năng lượng tiêu

thụ của các công đoạn trước khi nạp vào động cơ chiếm khoảng 16%. Mức độ tiêu tốn

này tương đối tốt so với xăng. Về phương diện này, dầu Diesel kinh tế nhất, ngay cả

trường hợp dầu Diesel chứa tỉ lệ lưu huỳnh thấp (0,05%).

8.8.2. Tính năng của ô tô

8.8.2.1. Đối với ô tô thông dụng

Như chúng ta đã trình bày việc chuyển đổi ô tô thông dụng sử dụng nhiên liệu lỏng

sang sử dụng khí thiên nhiên NGV đòi hỏi một sự cải tạo đáng kể đối với động cơ: nâng

cao tỉ số nén, nâng cao công suất hệ thống đánh lửa, đặc biệt là phải cải tạo hệ thống cung

cấp nhiên liệu và bình chứa. Trong phần này chúng ta sẽ đánh giá tính năng của động cơ

và vấn đề ô nhiễm.

A. Tính năng:

Về hiệu suất, động cơ dùng NGV có thể dễ dàng đạt được hiệu suất cao hơn động

cơ xăng khoảng10% nhờ tỉ số nén cao. Khi nạp trực tiếp nhiên liệu thể khí vào đường nạp,

hệ số nạp của động cơ bị giảm dẫn đến công suất động cơ giảm (khoảng 10%). Tuy nhiên

sự tụt giảm công suất có thể bù trừ nhờ sự gia tăng hiệu suất động cơ. Động cơ sử dụng

NGV có các tính năng về động học (gia tốc, quá độ, tốc độ cực đại...) tương đương động

cơ xăng. Mặt khác, nhiên liệu NGV do ở dạng khí nên ít bị ảnh hưởng bởi quán tính trong

giai đoạn quá độ nên động cơ làm việc mềm mại hơn. Cuối cùng, động cơ sử dụng NGV

không có những nhược điểm liên quan đến nhiệt độ môi trường như động cơ dùng nhiên

liệu lỏng.

Bảng 8.9: Phân bố năng lượng tiêu thụ trước khi đến nơi sử dụng của

các loại nhiên liệu khác nhau

Các công đoạn Xăng Dầu Diesel GPL-C Khí thiên

nhiên

Đuốc đốt khí trong quá

trình khai thác

3,0 3,0 3,0 1,8

Tiêu thụ trên hiện trường 1,0 1,0 1,0 -

Vận tải 1,9 1,9 1,9 8,0

Lọc 12,5 6,5 3,5 -

Tổn thất lọc 0,3 0,1 0,1 -

Môi Trường - Khí Thải Động Cơ Đốt Trong phần 9

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi