Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu

 1 
MỞ ĐẦU 
i. Lý do chọn đề tài 
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh của kinh tế, xã hội là sự gia tăng nhanh chóng của 
các phương tiện giao thông vận tải và các thiết bị động lực trang bị động cơ đốt trong (ĐCĐT). 
Do đó, mức tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng, đặc biệt là nhiên liệu hóa thạch truyền thống xăng 
và dầu diesel. Điều này đang gây nguy cơ cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu truyền thống và gây ô 
nhiễm môi trường trầm trọng do phát thải độc hại của các động cơ sử dụng nhiên liệu này. Do đó, 
vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu và sử dụng các loại nhiên liệu thay thế có mức phát thải độc hại 
thấp và có trữ lượng lớn hoặc tái tạo được để một mặt giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác bù đắp 
một phần sự thiếu hụt nhiên liệu truyền thống về lâu dài. Trong số các nhiên liệu thay thế, khí 
thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas – CNG) là một nhiên liệu đáp ứng được các yêu cầu 
nói trên và rất thích hợp với động cơ đánh lửa cưỡng bức nên rất có tiềm năng để sử dụng làm 
nhiên liệu thay thế trên động cơ xăng. Tuy nhiên, do CNG là nhiên liệu khí có nhiều tính chất 
khác với nhiên liệu lỏng truyền thống nên cần có những thay đổi về kết cấu động cơ cho phù hợp. 
Việc chế tạo động cơ mới dùng CNG với sản lượng nhỏ thường có giá thành rất cao nên khó khả 
thi. Trong khi đó nhập khấu các động cơ này cũng rất đắt so với động cơ sử dụng nhiên liệu 
truyền thống nên khó đáp ứng được khả năng chi trả của người sử dụng. Việc chuyển đổi động cơ 
xăng hiện hành sang sử dụng CNG bằng phương pháp cấp CNG vào đường nạp sẽ khắc phục 
được khó khăn về chi phí và có ý nghĩa thực tiễn cao nhưng công suất động cơ giảm nhiều do 
CNG là nhiên liệu khí chiếm nhiều chỗ của không khí nạp. Do đó, cần nghiên cứu các nhân tố 
ảnh hưởng đến tính năng làm việc của động cơ khi sử dụng CNG và từ đó nghiên cứu giải pháp 
khắc phục một phần sự suy giảm công suất này. Đây cũng chính là lý do để tác giả thực hiện đề 
tài “Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên 
liệu” để góp phần vào đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho động cơ và giảm ô nhiễm môi trường. 
ii. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 
* Mục đích nghiên cứu: 
- Làm chủ công nghệ chuyển đổi động cơ xăng đang lưu hành sang sử dụng CNG và đưa ra giải 
pháp công nghệ sử dụng phụ gia cho CNG để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu này. 
- Đánh giá ảnh hưởng của CNG và các phương pháp cung cấp CNG đến tính năng kinh tế, kỹ 
thuật và phát thải của động cơ xăng khi chuyển đổi sang sử dụng hoàn toàn CNG. 
- Đánh giá ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động 
cơ xăng hiện hành sử dụng CNG. 
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 
- Đối tượng nghiên cứu là động cơ xăng đang lưu hành và thực hiện nghiên cứu trên động cơ 
1NZ-FE lắp trên xe Toyota Vios tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí Động lực, 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
- Việc nghiên cứu được giới hạn ở các chế độ làm việc ổn định của động cơ, chưa đề cập đến chế 
độ khởi động và chuyển tiếp, và chưa nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu và phụ gia đến độ bền 
và tuổi thọ của động cơ. 
iii. Phương pháp nghiên cứu 
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. 
- Lý thuyết: Sử dụng phần mềm AVL-Boost nghiên cứu mô phỏng động cơ xăng 1NZ-FE sử 
dụng CNG nhằm đánh giá chỉ các tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ và ảnh hưởng 
của phương pháp cung cấp CNG và góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc của động cơ; từ đó 
đề xuất hướng nghiên cứu thực nghiệm chuyển đổi động cơ sang sử dụng CNG. 
- Thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo và trang bị các hệ thống cung cấp CNG và cung cấp phụ gia 
nhiên liệu để phục vụ nghiên cứu thực nghiệm sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả sử dụng CNG 
trên động cơ xăng đang lưu hành; nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm đánh giá ảnh 
hưởng của CNG và phụ gia đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. 
 2 
iv. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
- Xây dựng được mô hình mô phỏng đánh giá các các thông số ảnh hưởng đến tính năng kinh tế 
kỹ thuật và hình thành phát thải trong động cơ sử dụng CNG. 
- Hoàn thiện giải pháp chuyển đổi động cơ xăng hiện hành sang sử dụng CNG phù hợp với điều 
kiện thực tế và lần đầu tiên đưa ra được giải pháp công nghệ hiệu quả sử dụng phụ gia lỏng cho 
động cơ chạy nhiên liệu khí. 
- Đánh giá được ảnh hưởng của CNG, phương pháp cung cấp CNG và sử dụng phụ gia đến các 
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. 
- Góp phần giảm các thành phần phát thải độc hại, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền 
thống, cũng như định hướng trong việc nhiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay thế trên các phương 
tiện giao thông sử dụng ĐCĐT. 
v. Điểm mới của luận án 
- Luận án đã đánh giá được ảnh hưởng của CNG, các phương pháp cung cấp CNG, góc đánh lửa 
sớm và việc bổ sung phụ gia Maz-nitro đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ 
xăng sử dụng CNG, làm cơ sở để chọn và hoàn thiện các giải pháp công nghệ phù hợp để sử dụng 
CNG một cách hiệu quả. 
- Đã hoàn thiện các giải pháp công nghệ cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn và phun CNG phù hợp 
với các loại động cơ xăng hiện hành, đặc biệt là giải pháp công nghệ phun CNG tận dụng hệ 
thống điều khiển phun xăng của động cơ nguyên thủy đã giúp việc chuyển đổi động cơ phun xăng 
sang phun CNG trở nên đơn giản với chi phí thấp. 
- Lần đầu tiên đưa ra và hoàn thiện giải pháp công nghệ sử dụng phụ gia lỏng cho nhiên liệu khí 
để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu. 
- Kết quả luận án cho biết, khi sử dụng hệ thống phun CNG thì công suất động cơ tăng, suất tiêu 
hao nhiên liệu và phát thải giảm so với hệ thống cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn. Nếu bổ sung 
phụ gia, công suất tăng thêm 6,5%, tiêu hao nhiên liệu giảm tiếp 5,0%, phát thải CO, HC giảm 
khoảng 30%. Do đó, việc chọn phụ gia Maz-nitro để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu là hợp 
lý, cải thiện được công suất động cơ và giảm lượng phát thải độc hại. 
vi. Bố cục của luận án 
- Mở đầu 
- Chương 1. Nghiên cứu tổng quan 
- Chương 2. Nghiên cứu mô phỏng sử dụng CNG trên động cơ xăng hiện hành bằng phần mềm 
AVL-Boost 
- Chương 3. Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp CNG và phụ gia cho động 
cơ 1NZ-FE 
- Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm 
- Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài 
- Tài liệu tham khảo 
- Phụ lục 
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 
1.1 Nhiên liệu thay thế dùng cho động cơ đốt trong 
Do sự phát thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng và sự cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu 
truyền thống của động cơ đốt trong hiện hành nên việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế là 
giải pháp tất yếu. Các nhiên liệu thay thế được ưu tiên nghiên cứu sử dụng là các loại nhiên liệu 
có mức phát thải thấp và có trữ lượng lớn hoặc tái tạo được, đồng thời có thể sử dụng cho các 
động cơ đang lưu hành mà không cần thay đổi nhiều về kết cấu. Các nhiên liệu đó có thể là 
hydro, biogas, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, các loại nhiên liệu sinh học và nhiên liệu khí thiên 
nhiên. Trong đó khí nhiên nhiên có trữ lượng rất lớn, giá thành rẻ và rất thích hợp sử dụng cho 
động cơ đốt cháy cưỡng bức nên là một nhiên liệu thay thế rất có tiềm năng cho động cơ xăng. 
 3 
1.2 Đặc điểm của khí thiên nhiên 
 Khí thiên nhiên là một loại khí không màu, không mùi, có tỷ trọng nhẹ hơn không khí, được 
tìm thấy ở các mỏ khí và mỏ dầu. Thành phần của khí thiên nhiên thường khác nhau tùy thuộc 
vào nơi khai thác chế biến nhưng thành phần chính của nó là khí methane. Thành phần của mẫu 
khí thiên nhiên sử dụng trong nghiên cứu này được thể hiện trong bảng 1.1. 
Bảng 1.1. Thành phần cơ bản của khí thiên nhiên 
Thành phần Kí hiệu Hàm lượng (%) 
Methane CH4 93,3 
Ethane C2H6 2,16 
Propane C3H8 0,19 
Ethylene C2H4 0,14 
Nitrogen N2 2,21 
Carbondioxide CO2 2.0 
 Khí thiên nhiên khi được nén với áp suất cao để dễ dàng cho việc bảo quản, tích trữ và vận 
chuyển được gọi là khí thiên nhiên nén. Một số tính chất của khí thiên nhiên nén so với nhiên liệu 
truyền thống xăng và dầu diesel được chỉ ra trên bảng 1.2. 
Bảng 1.2. So sánh đặc tính của CNG với nhiên liệu truyền thống 
TT Thông số 
Nhiên liệu 
Xăng CNG 
1 Trị số octane 95 ≈ 130 
2 Nhiệt trị thấp LHV (kJ/kg) 43690 50009 
3 Giới hạn dưới thể tích bốc cháy (%V) 0,60 0,50 
4 Nhiệt độ bốc cháy (0C) 650 250 ÷ 275 
5 Nồng độ giới hạn tự bốc cháy (%) 5 ÷ 15 0,6 ÷ 7,6 
6 Tốc độ cháy ở độ ngọn lửa (m/s) 0,43 0,38 
7 Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ) 0,26 0,33 
8 Nhiệt độ màng lửa (K) 2266 2227 
9 Tỷ lệ H/C 1/5,7 1/3 
10 Tỷ lệ không khí/nhiên liệu lý thuyết 14,7 16,8 
1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng CNG trên động cơ đốt cháy cưỡng bức 
1.3.1 Sự phát triển của các phương tiện GTVT sử dụng nhiên liệu CNG 
Số lượng các phương tiện sử dụng CNG trên thế giới ngày càng tăng cao, hiện nay có trên 
23 triệu ô tô CNG đang sử dụng, và dự đoán con số sẽ đạt trên 65 triệu chiếc vào năm 2020. Việt 
Nam có trữ lượng và sản lượng khí thiên nhiên lớn và việc sử dụng CNG cho ô tô cũng đã bắt đầu 
được quan tâm. 
1.3.2. Các phương pháp cung cấp CNG và tạo hỗn hợp trên động cơ 
1.3.2.1. Hệ thống cung cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn 
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG dùng bộ hòa trộn có lỗ xung quanh họng 
CNG 
Không 
khí 
Họng khuếch tán 
Bướm ga 
Hỗn hợp 
Nước nóng 
Van công suất 
Bộ giảm áp 
Van điện từ 
Đường 
không 
tải 
 4 
Hệ thống cung cấp CNG vào đường nạp (hình 1.1) sử dụng bộ hòa trộn có kết cấu rất đơn 
giản, dễ chế tạo, dễ lắp đặt và giá thành rất rẻ. Ngày nay hệ thống này vẫn được sử dụng rất rộng 
rãi, đặc biệt là trên các động cơ CNG chuyển đổi từ động cơ xăng vì chỉ cần lắp thêm hệ thống 
này lên động cơ và khóa đường xăng lại là động cơ có thể làm việc với CNG. 
1.3.2.2. Hệ thống phun CNG vào cửa nạp 
 Hình 1.2 trình bày sơ đồ nguyên lý 
của hệ thống phun CNG vào đường nạp 
theo nguyên lý phun đa điểm. Nguyên lý 
điều khiển phun CNG đa điểm bằng điện tử 
hoàn toàn tương tự như hệ thống phun 
xăng đa điểm. Chỉ có một điểm khác là các 
vòi phun CNG được bố trí trên một cụm và 
từ mỗi vòi phun này có một đường dẫn 
nhiên liệu khí tới cửa nạp của mỗi xi lanh 
động cơ. Áp suất hơi sau bộ giảm áp và 
trước vòi phun được duy trì là khoảng 
2,53 bar tùy theo yêu cầu của mỗi hệ 
thống. 
c. Hệ thống phun trực tiếp CNG vào xi 
lanh 
 Theo sơ đồ hình 1.3, CNG từ bình 
chứa được dẫn tới bộ điều áp rồi đưa tới 
vòi phun. Áp suất khí được điều chỉnh ổn 
định nhờ bộ điều áp CNG thông qua ECU. 
Hệ thống phun trực tiếp CNG phức tạp nên 
thường chỉ được áp dụng trên các động cơ 
CNG chế tạo mới và khó áp dụng được 
trên các động cơ chuyển đổi. 
 Từ các kết nghiên cứu nêu trên, trong 
khuôn khổ đề tài, tác giả lựa chọn theo hai 
cách là dùng bộ hòa trộn và phun trên 
đường nạp (gần phía xupap nạp) để nghiên 
cứu cung cấp CNG trang bị cho động cơ 
xăng có hệ thống phun xăng điện tử đang 
lưu hành. 
1.3.3 Chuyển đổi động cơ hiện hành sang sử dụng CNG 
 Động cơ CNG làm việc theo nguyên lý đốt cháy cưỡng bức nên nếu chuyển đổi động cơ 
diesel sang sử dụng CNG thì ngoài việc trang bị mới hệ thống cung cấp CNG cần phải thực hiện 
thay đổi nhiều về kết cấu động cơ hơn so với việc chuyển đổi động cơ xăng. Đặc biệt là phải 
giảm tỷ số nén và trang bị mới hệ thống đánh lửa là các công việc khá phức tạp và đòi hỏi chi phí 
lớn. Thêm nữa, động cơ diesel khi đã được chuyển đổi sang động cơ CNG thì động cơ sẽ không 
thể sẵn sàng quay lại sử dụng nhiên liệu diesel khi cần được nữa. Trong khi đó nếu chuyển đổi 
động cơ xăng thì chỉ cần trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG nên giá thành chuyển đổi rẻ hơn 
nhiều. Đồng thời động có có thể giữ nguyên hệ thống cung cấp xăng và sẵn sàng có thể quay lại 
sử dụng xăng bất cứ khi nào muốn. Chính vì vậy đề tài này hướng tới nghiên cứu hoàn thiện công 
nghệ chuyển đổi động xăng hiện hành sang sử dụng CNG và nghiên cứu công nghệ nâng cao hiệu 
quả sử dụng CNG của động cơ chuyển đổi. 
1.3.4. Các nghiên cứu sử dụng CNG cho ĐCĐT 
1.3.4.1 Trên thế giới 
 Nghiên cứu của Tahir và cộng sự, với phương pháp cấp CNG vào đường ống nạp, công suất 
1
2
3
4
5
6
7
1. Bình CNG; 2. Đồng hồ áp suất; 3. Van điện từ; 4. 
Máy tính điều khiển; 5. Bộ giảm áp; 6. Vòi phun khí 
CNG; 7. Động cơ. 
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống phun CNG trực tiếp 
1. Bình CNG; 2. Van điện từ; 3. Bộ giảm áp; 4. Ống phân 
phối; 5. ECU điều khiển vòi phun CNG; 6. Tín hiệu từ các 
cảm biến; 7. Tín hiệu điều khiển vòi phun; 8. Vòi phun 
CNG; 9. Đường cấp CNG vào cửa nạp; 10. Động cơ. 
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống phun đa điểm CNG 
5
CNG
ECU
4
32
1
7
8
9 10
6
 5 
động cơ sử dụng CNG giảm 18,5% so với sử dụng xăng ở cùng chế độ tải và tốc độ do lượng khí 
nạp giảm đến 14,5% vì bị nhiên liệu khí chiếm chỗ. 
 Kết quả nghiên cứu của M.U. Aslam và cộng sự so sánh việc sử dụng CNG và xăng trên 
cùng một động cơ xăng hoán cải cho thấy áp suất có ích trung bình giảm khoảng 16% khi sử 
dụng CNG so với khi sử dingj xăng. Tuy nhiên, suất tiêu hao năng lượng có ích lại cải thiện trung 
bình khoảng 1,65 MJ/kWh ở chế độ toàn tải. Hàm lượng các phát thải độc hại CO giảm trung 
bình 80%, CO2 giảm 20% và HC giảm 50%, trong khi đó NOx lại tăng 33%. 
 R.L. Evans và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của CNG đến tính năng làm việc và phát 
thải độc hại của động cơ thí nghiệm 1 xylanh Ricardo bằng phương pháp phun CNG vào cửa nạp. 
Kết quả cho thấy, công suất của động cơ giảm trung bình khoảng 12%, hiệu suất nhiệt của động 
cơ gần tương tự như sử dụng nhiên liệu xăng và cải thiện một chút ở vùng hỗn hợp nghèo. Tất cả 
các thành phần phát thải đều giảm trong khoảng từ 5 đến 50% tùy theo từng loại. 
 Kết quả nghiên cứu của Ali M. Pourkhesalian và cộng sự chuyển đổi động cơ xăng 4 xylanh 
nhãn hiệu Mazda B2000i thành động cơ lưỡng nhiên liệu xăng/CNG theo nguyên lý phun trên 
đường nạp cho thấy nhiên liệu khí làm giảm khoảng 12% lượng không khí nạp, và do đó, công 
suất giảm tới 20%. Phát thải CO và HC cũng giảm mạnh tương tự kết quả của các tác giả khác. 
 Theo kết quả nghiên cứu của M.A. Kalam cùng cộng sự, khi chuyển đổi động cơ sử dụng 
xăng sang phun CNG trực tiếp, hiệu suất động cơ tăng lên khá nhiều, công suất của động cơ tăng 
10% so với trường hợp sử dụng nhiên liệu xăng với cùng hệ số dư lượng không khí. 
1.3.4.2. Ở Việt Nam 
 Tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí biogas và LPG, còn việc 
nghiên cứu sử dụng CNG trên động cơ thì chưa nhiều. Tác giả Lê Văn Tụy nghiên cứu mô phỏng 
cung cấp CNG cho động cơ có tỷ số nén cao (động cơ KamAZ 740) mới chỉ dừng lại ở kết quả 
mô phỏng mà chưa đánh giá đầy đủ bằng thực nghiệm; Nguyễn Sĩ Thắng và cộng sự đã nghiên 
cứu sử dụng CNG trên hai xe Innova và Altis nhưng sử dụng các bộ kít chuyển đổi cung cấp 
CNG bán trên thị trường nên có vẻ không tối ưu với động cơ thí nghiệm và kết quả thu được 
không được như mong đợi. 
1.3.5. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng CNG trên động cơ chuyển  ...  CNG có phụ gia thì CO giảm ít ở tải nhỏ và trung bình, nhưng giảm mạnh ở tải lớn, mức giảm 
từ 10 ÷ 40%, trung bình giảm 25%, so với khi không có phụ gia. 
Hình 4.7. Phát thải CO ở các chế độ tải ở tốc độ 3000v/ph khi động cơ sử dụng xăng RON 92, CNG với bộ hòa 
trộn, phun CNG, và phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 
b. Phát thải HC 
Hình 4.8. Phát thải HC ở toàn tải ở tốc độ khác nhau khi động cơ sử dụng xăng RON 92, CNG với bộ hòa 
trộn, phun CNG, và phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 
Phát thải HC ở đặc tính ngoài của động cơ được thể hiện trên hình 4.8, cho thấy HC giảm từ 
82% ÷ 95%, trung bình 85%, so với khi sử dụng xăng trên toàn dải tốc độ. Động cơ CNG khi 
được bổ sung phụ gia Maz-nitro, có phát thải HC giảm từ 5% ÷ 48% ở các tốc độ khác nhau so 
với khi không bổ sung phụ gia. Mức giảm HC trung bình trên toàn dải tốc độ là 27%. 
Hình 4.9. Phát thải HC ở các chế độ tải ở 3000v/ph khi động cơ sử dụng xăng RON 92, CNG với bộ hòa trộn, phun 
CNG, và phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 
Ở các chế độ tải khác nhau ở 3000v/ph (hình 4.9), phát thải HC của động cơ sử dụng CNG 
giảm từ 56% ÷ 79%, trung bình giảm 68% so với khi sử dụng xăng. Còn khi động cơ khi sử dụng 
CNG có bổ sung phụ gia Maz-nitro thì HC còn giảm thêm nữa, giảm từ 32% ÷ 36%, trung bình 
giảm 34%, so với khi sử dụng CNG không phụ gia. 
50
100
150
200
250
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ (v/p)
N
ồn
g 
độ
 H
C
 (
pp
m
) Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ (v/p)
N
ồn
g 
độ
 H
C
 (
pp
m
)
RON 92
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
n (v/ph) n (v/ph) 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồn
g 
độ
 H
C
 (
pp
m
)
RON 92
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồn
g 
độ
 H
C
 (
pp
m
) Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
Ne (kW) Ne (kW) 
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồ
ng
 đ
ộ 
C
O
 (
p
pm
)
RON 92
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồ
ng
 đ
ộ 
C
O
 (
p
pm
)
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
Ne (kW) Ne (kW) 
 21 
c. Phát thải NOx 
Hình 4.10. Phát thải NOx ở toàn tải ở tốc độ khác nhau khi sử dụng xăng RON 92, CNG với bộ hòa trộn, phun 
CNG, và phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 
Hình 4.11. Phát thải NOx ở các chế độ tải ở tốc độ 3000v/ph khi sử dụng xăng RON 92, CNG với bộ hòa trộn, phun 
CNG, và phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 
Các đồ thị hình 4.10 và 4.11 thể hiện kết quả đo hàm lượng phát thải NOx của động cơ ở 
các chế độ tốc độ và tải ổn định trên đường đặc tính ngoài và đặc tính tải của động cơ khi sử dụng 
xăng, CNG với bộ hòa trộn, CNG phun và CNG phun có bổ sung phụ gia Maz-nitro (CNG+PG). 
Kết quả cho thấy phát thải NOx của động cơ CNG khi có hay không bổ sung phụ gia đều giảm 
đáng kể so với khi sử dụng xăng. Mức giảm NOx từ 50% ÷ 65%, trung bình giảm 58%. Khi động 
cơ sử dụng (CNG+PG) thì NOx thay đổi không đáng kể so với khi động cơ sử dụng CNG không 
có phụ gia trên toàn dải tốc độ và tải. 
4.2.4. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm động cơ 
Để đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng động cơ 1NZ-FE sử dụng CNG với việc cung 
cấp CNG bằng bộ hòa trộn và bằng phương pháp phun đã xây dựng và phát triển ở Chương 2, kết 
quả tính toán mô phỏng công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và hàm lượng các thành phần phát thải 
độc hại của động cơ sử dụng CNG được so sánh với số liệu thực nghiệm ở chương này. Kết quả 
được thể hiện trên các đồ thị hình 4.12 đến 4.15. 
CNG-trộn
0
10
20
30
40
50
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ n (v/p)
N
e
 (
kW
)
200
220
240
260
280
300
320
340
360
g
e
 (
g
/k
W
.h
)
Ne-mô phỏng
Ne-thực nghiệm
ge-mô phỏng
ge-thực nghiệm
CNG-phun
0
10
20
30
40
50
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ n (v/p)
N
e
 (
kW
)
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
g
e
 (
g
/k
W
h
)
Ne-mô phỏng
Ne-thực nghiệm
ge-mô phỏng
ge-thực nghiệm
Hình 4.12. So sánh kết quả mô phỏng Ne và ge của động 
cơ CNG sử dụng bộ hòa trộn với số liệu thực nghiệm 
Hình 4.13. So sánh kết quả mô phỏng Ne và ge của động 
cơ phun CNG với số liệu thực nghiệm 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồn
g 
độ
 N
O
x 
(p
pm
)
RON 92
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 5 10 15 20 25 30 35
Công suất động cơ (kW)
N
ồn
g 
độ
 N
O
x 
(p
pm
)
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
Ne (kW) Ne (kW) 
n
ồ
n
g
 đ
ộ
 N
O
x 
(p
p
m
) 
n
ồ
n
g
 đ
ộ
 N
O
x 
(p
p
m
) 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ (v/p)
N
ồn
g 
độ
 N
O
x 
(p
pm
)
RON 92
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ (v/p)
N
ồn
g 
độ
 N
O
x 
(p
pm
)
Bộ trộn CNG
Phun CNG
Phun CNG+PG
n (v/ph) n (v/ph) 
n
ồ
n
g
 đ
ộ
 N
O
x
 (
p
p
m
) 
n
ồ
n
g
 đ
ộ
 N
O
x
 (
p
p
m
) 
 22 
Đồ thị hình 4.12 so sánh kết quả tính toán mô phỏng Ne và ge của động cơ CNG sử dụng bộ 
hòa trộn ở đường đặc tính ngoài với số liệu thực nghiệm. Đồ thị cho thấy sự sai lệch lớn nhất giữa 
Ne tính toán và số liệu đo là 10% tại tốc độ 4000v/ph và sai lệch trung bình 5% trên toàn dải tốc 
độ của động cơ. Còn ge mô phỏng có sai lệch lớn nhất 8,5% so với thực nghiệm và sai lệch trung 
bình 4,5% trên toàn dải tốc độ. 
Đồ thị hình 4.13 so sánh kết quả tính toán mô phỏng Ne và ge của động cơ phun CNG vào 
đường nạp ở toàn tải với số liệu thực nghiệm. Trong trường hợp này, sự sai lệch lớn nhất giữa Ne 
tính toán và số liệu đo là 8,5% tại tốc độ 4000v/ph và sai lệch trung bình 4,5% trên toàn dải tốc 
độ của động cơ. Còn ge mô phỏng có sai lệch lớn nhất 8% so với thực nghiệm và sai lệch trung 
bình 4,2% trên toàn dải tốc độ. 
Đồ thị hình 4.14 so sánh kết 
quả tính toán mô phỏng hàm lượng 
các thành phần phát thải CO, HC 
và NOx của động cơ CNG sử dụng 
bộ hòa trộn ở đường đặc tính ngoài 
với số liệu thực nghiệm. Đồ thị cho 
thấy sai lệch trung bình giữa kết 
quả tính toán mô phỏng và số liệu 
đo của hàm lượng HC là 6%, của 
CO là 11% và NOx khoảng 15%. 
Đồ thị hình 4.15 so sánh kết 
quả tính toán mô phỏng hàm lượng 
các thành phần phát thải CO, HC 
và NOx của động cơ phun CNG ở 
toàn tải với số liệu thực nghiệm. Đồ thị cho thấy sai lệch trung bình giữa kết quả tính toán mô 
phỏng và số liệu đo của hàm lượng HC là 4,5%, của CO 9% và NOx 13%. 
Tóm lại, với sai lệch trung 
bình của kết quả mô phỏng so với 
số liệu thực nghiệm về Ne và ge 
không quá 5% và sai lêch của kết 
quả mô phỏng các hàm lượng phát 
thải không quá 15% nên có thể nói 
mô hình mô phỏng động cơ sử 
dụng CNG theo cả hai phương 
pháp cấp CNG bằng bộ hòa trộn và 
phun được xây dựng ở chương 2 
đảm bảo độ tin cậy. Như vậy, các 
kết quả mô phỏng và việc sử dụng 
kết quả mô phỏng cũng như các 
nhận xét đánh giá ở chương 2 là hoàn toàn có giá trị, và các mô hình mô phỏng này có thể sử 
dụng được để tính toán mô phỏng nghiên cứu đặc tính làm việc của động cơ CNG này khi không 
có điều kiện thực nghiệm. 
4.3. Kết luận chương 4 
 Qua nội dung và kết quả nghiên cứu thực nghiệm, có thể rút ra các kết luận như sau: 
1. Các thiết bị cung cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn, thiết bị phun CNG và thiết bị cung cấp phụ 
gia Maz-nitro đã thiết kế và trang bị trong đề tài luận án đã đáp ứng được yêu cầu làm việc và 
đảm bảo độ tin cậy để sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm của đề tài trong toàn bộ dải công 
suất khảo nghiệm của động cơ. Cụ thể như sau: 
- Thiết bị cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn đảm bảo duy trì được hệ số dư lượng không khí  trong 
phạm vi =11,07, sai lệch trong phạm vi 7% (<10%) là chấp nhận được. 
Hình 4.14. So sánh kết quả mô phỏng phát thải CO, HC, NOx của 
động cơ CNG sử dụng bộ hòa trộn với số liệu thực nghiệm 
CNG-trộn
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ n (v/ph)
N
ồ
n
g
 đ
ộ
 k
h
í 
th
ả
i đ
ộ
c
 h
ạ
i (
p
p
m
)
NOx-thực nghiệm
NOx-mô phỏng
CO-thực nghiệm
CO-mô phỏng
HC-thực nghiệm
HC-mô phỏng
Hình 4.15. So sánh kết quả mô phỏng phát thải CO, HC, NOx 
của động cơ phun CNG với số liệu thực nghiệm 
CNG-phun
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tốc độ động cơ n (v/ph)
N
ồ
n
g
 đ
ộ
 k
h
í 
th
ả
i đ
ộ
c
 h
ạ
i (
p
p
m
)
NOx-thực nghiệm
NOx-mô phỏng
CO-thực nghiệm
CO-mô phỏng
HC-thực nghiệm
HC-mô phỏng
 23 
- Thiết bị phun CNG đảm bảo duy trì được hệ số dư lượng không khí  trong phạm vi 
=0,991,03, sai lệch trong phạm vi 3% (<5%) là chấp nhận được. 
- Thiết bị cung cấp phụ gia Maz-nitro đảm bảo duy trì được tỷ lệ khối lượng phụ gia/không khí 
nạp trong phạm vi 47ppm55ppm, sai lệch trong phạm vi <15% là được. 
2. Sử dụng các phương pháp cấp CNG/ (CNG+PG) tuy làm giảm Ne nhưng lại giảm đáng kể ge 
và phát thải độc hại CO, HC và NOx. Khi dùng hệ thống phun CNG cải thiện được các chỉ tiêu 
công suất và tiêu hao nhiên liệu của động cơ so với sử dụng bộ hòa trộn. Việc bổ sung phụ gia 
Maz-nitro giúp cải thiện đáng kể được Ne, ge và phát thải của động cơ. Cụ thể như sau: 
- Sử dụng bộ hòa trộn: Ne giảm trung bình 20,8% so với khi sử dụng xăng RON 92 nhưng ge 
giảm 2,4%, phát thải CO giảm trung bình 80%-85%, HC giảm 68%-85%, NOx giảm trung bình 
58% ở các chế độ tải và tốc độ. 
- Sử dụng hệ thống phun CNG: Ne giảm trung bình 15,9% nhưng ge được cải thiện đáng kể, giảm 
5,4% so với khi sử dụng xăng RON 92, mức giảm phát thải cũng tương tự trường hợp sử dụng bộ 
hòa trộn. So sánh với trường hợp sử dụng bộ hòa trộn thì Ne tăng 5,9% và ge giảm 3,1%. 
- Sử dụng hệ thống phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro giúp cải thiện đáng kể cả Ne, ge 
và phát thải so với trường hợp phun CNG không bổ sung phụ gia. Cụ thể: Ne tăng 6,5%, ge giảm 
5,0%, phát thải CO giảm trung bình 25%-35%, HC giảm trung bình 27%-34%, NOx không cải 
thiện nhiều. 
3. Phương pháp phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia cho tinh năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải 
của động cơ tốt và nâng cao được hiệu quả sử dụng CNG trên độngc ơ xăng chuyển đổi nhưng 
cần có hệ thống điều khiển điện tử nên nên được áp dụng để chuyển đổi động cơ phun xăng điều 
khiển điện tử sang sử dụng CNG. Còn hệ thống cung cấp CNG dùng bộ hòa trộn tuy làm giảm 
công suất động cơ nhiều hơn hệ thống phun CNG nhưng kết cấu đơn giản nên sử dụng để chuyển 
đổi các động cơ xăng đời cũ dùng bộ chế hóa khí sang sử dụng CNG. 
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 
Kết luận chung: 
- Luận án đã phân tích, đánh giá được tình hình nghiên cứu sử dụng CNG trên các động đốt cháy 
cưỡng bức và đã đưa ra được hướng nghiên cứu hoàn thiện và làm chủ giải pháp chuyển đổi động 
cơ xăng hiện hành sang sử dụng CNG, đồng thời đưa ra được giải pháp công nghệ sử dụng phụ 
gia lỏng cho nhiên liệu khí để nâng cao hiệu quả sử dụng CNG. 
- Đã nghiên cứu mô phỏng tính toán các thông số, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát 
thải của động cơ xăng hiện hành sử dụng CNG và nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp cung 
cấp CNG và góc đánh lửa sớm đến các chỉ tiêu này. Từ đó cho thấy có thể sử dụng CNG trên 
động cơ xăng hiện hành, đảm bảo hài hòa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và phát thải mà không cần 
thay đổi kết cấu chính cũng như điều chỉnh hệ thống đánh lửa của động cơ. Mô hình mô phỏng đã 
được kiểm nghiệm với kết quả thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy. 
- Đã nghiên cứu tính toán thiết kế chế tạo được các thiết bị cung cấp CNG sử dụng bộ hòa trộn, 
thiết bị phun CNG và thiết bị cung cấp phụ gia Maz-nitro đảm bảo dễ dàng lắp đặt và điều chỉnh 
đáp ứng được yêu cầu làm việc và đảm bảo độ tin cậy để sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm 
của đề tài. Cụ thể: 
+ Hệ thống cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn có chi phí thấp, quá trình lắp đặt và điều chỉnh 
đơn giản, có thể lắp đặt được cho tất cả các loại động cơ xăng. Tuy nhiên, tính năng động cơ 
chuyển đổi kém hơn so với sử dụng hệ thống phun CNG nên chỉ nên sử dụng khi khó trang bị 
được hệ thống phun CNG, ví dụ như trên động cơ xăng đời cũ trang bị bộ chế hòa khí. 
+ Hệ thống phun CNG được thiết kế tận dụng lại được hoàn toàn các trang bị của hệ thống 
phun xăng nên rất đơn giản, có thể lắp đặt dễ dàng trên các động cơ phun xăng điều khiển điện tử 
để chuyển sang sử dụng CNG. Hệ thống cải thiện được công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của 
động cơ hơn so với sử dụng bộ hòa trộn. 
+ Hệ thống cung cấp phụ gia đã được thiết kế và chế tạo cho phép sử dụng được phụ gia 
lỏng cho nhiên liệu khí và đảm bảo cung cấp phụ gia với tỷ lệ ổn định. 
 24 
- Đã nghiên cứu khảo nghiệm động cơ xăng sử dụng CNG và phụ gia. Đánh giá được ảnh hưởng 
của các phương pháp cấp CNG cũng như ảnh hưởng của phụ gia Maz-nitro đến công suất, tiêu hao 
nhiên liệu và hàm lượng phát thải các thành phần độc hại CO, HC, NOx của động cơ, cụ thể là: 
+ Khi sử dụng CNG, Ne giảm đến 20,8% đối với trường hợp sử dụng bộ hòa trộn, giảm 
15,9% đối với trường hợp sử dụng hệ thống phun, nhưng ge giảm tương ứng 2,4% và 3,1% khi sử 
dụng hai hệ thống cấp khí này. Phát thải CO và HC giảm đến 85%, còn NOx giảm đến 58% . 
+ Khi bổ sung phụ gia trong động cơ CNG, Ne tăng đến 6,5%, ge giảm 5,0%, phát thải CO 
và HC giảm trung bình 30% so với trường hợp không bổ sung phụ gia. 
- Việc lựa chọn phụ gia Maz-nitro để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu là hợp lí, phụ gia 
Maz-nitro giúp cải thiện được công suất của động cơ và hầu hết các thành phần phát thải đều có 
xu hướng giảm. Vì vậy, việc chuyển đổi động cơ xăng đang lưu hành sang sử dụng CNG với việc 
sử dụng phụ gia để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu là khả thi và có ý nghĩa thực tiễn cao. 
Hướng phát triển của đề tài: 
- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng CNG đến các tính năng làm việc của động cơ ở các chế 
độ khởi động, chế độ chuyển tiếp. 
- Thực hiện các nghiên cứu ảnh hưởng của góc đánh lửa, tỷ số nén của động cơ đến tính năng 
kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ sau chuyển đổi. 
- Nghiên cứu chạy bền động cơ sử dụng CNG và (CNG+PG) để đánh giá ảnh hưởng của CNG và 
(CNG+PG) đến tính năng mài mòn, tuổi thọ các chi tiết của động cơ. 
- Nghiên cứu phát triển các bộ chuyển đổi cho động cơ thương mại để sử dụng trong thực tế và 
đảm bảo có thể chuyển đổi qua lại sử dụng giữa xăng và CNG.