Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel)

1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết 
Năng lượng và môi trường đang là vấn đề quan tâm hàng đầu của 
nhiều quốc gia trên thế giới. Với đà phát triển của thế giới hiện nay, 
nhu cầu sử dụng năng lượng, đặc biệt là các loại nhiên liệu truyền 
thống 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. 
Để giải quyết bài toán về năng lượng và môi trường nói trên, phần 
lớn các nghiên cứu hiện nay tập trung vào hướng cải tiến động cơ và 
tìm nguồn năng lượng mới để thay thế một phần hay hoàn toàn các 
loại nhiên liệu truyền thống nhằm mục đích nâng cao hiệu suất động 
cơ, tiết kiệm nhiên liệu, giảm sức ép lên nguồn nhiên liệu hiện tại và 
giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Trong đó, hướng nghiên cứu sử dụng 
khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas -CNG) làm nhiên liệu 
cho các động cơ nhiệt là một trong những giải pháp rất được quan 
tâm hiện nay. Với ý nghĩa đó, đề tài “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP 
ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ COMMON RAIL 
DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (CNG–DIESEL)” được thực hiện 
nhằm góp phần nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng CNG trên các 
động cơ nhiệt. Đề tài chọn hướng nghiên cứu ứng dụng các thành tựu 
công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử vào nghiên cứu điều khiển 
cung cấp hỗn hợp nhiên liệu kép CNG-diesel cho động cơ diesel có 
tỷ số nén cao, kiểm soát tỷ lệ sử dụng CNG/diesel theo hướng bảo 
toàn công suất động cơ và giảm thiểu khí phát thải gây ô nhiễm môi 
trường, nhằm góp phần giải quyết các áp lực về nhiên liệu và đa dạng 
hóa nguồn năng lượng cho các phương tiện giao thông và động cơ 
tĩnh tại, góp phần đảm bảo an toàn năng lượng quốc gia, bảo vệ môi 
trường đang là nhu cầu cấp thiết hiện nay. Do vậy, đề tài có tính thực 
tiễn và ý nghĩa khoa học. 
2. Mục tiêu nghiên cứu 
- Đưa ra giải pháp cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel trên động 
cơ diesel có tỷ số nén cao, điều khiển phun diesel qua hệ thống CRDI 
và phun CNG trên đường nạp để động cơ làm việc ổn định, đảm bảo 
các tính năng kinh tế kỹ thuật và giảm mức phát thải, góp phần nâng 
cao hiệu quả sử dụng CNG và làm chủ công nghệ chuyển đổi các 
động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu kép. 
2 
- Đánh giá các tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ 
tại các chế độ cung cấp nhiên liệu khác nhau, xây dựng bản đồ tỷ lệ 
cung cấp CNG-diesel (map engine) cho động cơ theo tiêu chí đảm 
bảo hài hòa các tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ là 
tốt nhất. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu: 
Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel VIKYNO RV125 01 
xylanh, giữ nguyên tỷ số nén (18:1), được lắp đặt hệ thống cung cấp 
nhiên liệu kép CNG-diesel. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện 
tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm động cơ đốt trong, trường Đại học 
Bách khoa TP.HCM. 
Phạm vi nghiên cứu: 
 Xây dựng phương án và thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp 
nhiên liệu kép CNG-diesel, điều khiển điều khiển phun diesel qua hệ 
thống CRDI và phun CNG trên đường nạp. Nghiên cứu ảnh hưởng 
của các chế độ cung cấp nhiên liệu kép đến các tính năng kinh tế kỹ 
thuật và phát thải của động cơ. Chưa nghiên cứu ảnh hưởng của 
nhiên liệu đến độ bền và tuổi thọ của động cơ. 
4. Nội dung nghiên cứu 
- Nghiên cứu và mô phỏng các đặc tính cháy, đặc tính kỹ thuật 
của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel. 
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép 
CNG-diesel điều khiển bằng điện tử trên động cơ diesel. 
- Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu kép CNG-diesel 
đến các tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ. 
- Nghiên cứu xây dựng bản đồ tỷ lệ CNG-diesel (engine map) 
cung cấp các nhiên liệu thành phần cho động cơ theo các chế độ tải 
và số vòng quay động cơ. 
5. Phương pháp nghiên cứu 
 Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô hình 
hóa kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá tính phù hợp 
và khoa học của kết quả nghiên cứu. 
6. Tên đề tài 
“Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên 
động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel)” 
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 
3 
Đề tài góp phần nghiên cứu ứng dụng, cải tiến, phát triển các dòng 
động cơ sử dụng nhiên liệu sạch, giải quyết tình trạng khủng hoảng 
năng lượng và ô nhiễm môi trường hiện nay. Góp phần nghiên cứu, 
làm chủ công nghệ chuyển đổi một nguồn lớn động cơ diesel hiện có, 
cả trên ô tô và tĩnh tại sang sử dụng nguồn năng lượng sạch CNG 
nhằm tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả kinh tế và tính cạnh tranh 
sản phẩm. 
8. Cấu trúc nội dung luận án 
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án được chia làm 
04 chương trình bày các nội dung chính như sau: Chương 1: Nghiên 
cứu tổng quan; Chương 2: Cơ sở lý thuyết; Chương 3: Thiết kế, chế 
tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel và thực nghiệm; 
Chương 4: Kết quả thực nghiệm và thảo luận 
9. Các điểm mới chủ yếu của luận án 
1. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống điều khiển 
cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel bằng điện tử trên động cơ diesel 
01 xy lanh VIKYNO RV125 phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt 
Nam. Trong đó, nhiên liệu diesel được cung cấp bởi hệ thống CRDI, 
nhiên liệu CNG được thiết kế phun trên đường ống nạp, hệ thống 02 
nhiên liệu thành phần được điều khiển đồng bộ bởi hệ thống ECU, 
đảm bảo động cơ làm việc ổn định theo hướng bảo toàn công suất 
động cơ và giảm thiểu mức phát thải. 
2. Đề xuất tỷ lệ CNG tối đa trong hỗn hợp nhiên liệu kép. 
3. Xây dựng được giản đồ tỷ lệ CNG-diesel theo các chế độ tải và số 
vòng quay động cơ làm cơ sở cho việc lập trình điều khiển động cơ. 
10. Hạn chế của luận án 
 Luận án chưa nghiên cứu tối ưu áp suất phun nhiên liệu diesel và 
CNG theo các chế độ làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu 
kép; chưa đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ CNG/diesel đến độ bền của 
các chi tiết động cơ. 
Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 
1.1. Tình hình sử dụng nhiên liệu hóa và ô nhiễm môi trường 
Nghị quyết số 41-NQ/TW (15/11/2004) của Bộ Chính trị về bảo 
vệ môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại 
hóa đất nước đã chỉ rõ việc sử dụng các loại nhiên liệu sạch CNG, 
LPG là vấn đề cần quan tâm trong xây dựng chính sách phát triển hệ 
thống giao thông vận tải trong thời gian tới. 
4 
1.2. CNG-nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường 
1.2.1 Khí thiên nhiên nén CNG 
Khí thiên nhiên (Natural Gas - NG) là hỗn hợp khí cháy được bao 
gồm phần lớn là các hydrocarbon. Thành phần chủ yếu của khí thiên 
nhiên là methane (CH4) có thể chiếm đến 70-90 %, khoảng 8-10 % 
ethane (C2H6), còn lại là các thành phần khác như propane (C3H8), 
butane (C4H10), pentane (C5H12) và các anlkan khác [5]. 
1.2.2. Trữ lượng và tình hình khai thác khí thiên nhiên 
1.2.3. Tình hình sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động cơ đốt 
trong, ô tô và xu hướng phát triển 
 Các công trình nghiên cứu, đánh giá về động cơ CNG trong 
những năm gần đây tập trung vào các hướng chính như: Nghiên cứu 
các phương pháp chuyển đổi động cơ sử dụng xăng, dầu diesel sang 
sử dụng CNG một phần hay hoàn toàn; Nghiên cứu tối ưu hóa các 
phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu CNG. Nghiên cứu mô 
phỏng và thực nghiệm đánh giá quá trình cháy của động cơ sử dụng 
CNG; so sánh, đánh giá các đặc tính kỹ thuật và mức độ phát thải. 
1.3. Các nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng 
nhiên liệu CNG 
 Có 03 hướng nghiên cứu và ứng dụng chính đã được triển khai, 
bao gồm: Chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng CNG, đốt 
cháy hỗn hợp nhờ tia lửa điện của bu-gi; Động cơ xăng sang sử dụng 
CNG–xăng, đốt cháy hỗn hợp nhờ tia lửa điện của bu-gi; Động cơ 
diesel sang sử dụng CNG–diesel, trong đó diesel đóng vai trò nhiên 
liệu phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG. 
1.3.1. Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng 
hoàn toàn nhiên liệu CNG 
Hình 1.8: Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG trên động cơ xăng, diesel chuyển sang sử dụng 
hoàn toàn CNG 
5 
1.3.2. Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng nhiên 
liệu kép CNG – xăng 
Hình 1.9: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kép xăng-CNG. 
1.3.3. Nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên 
liệu kép CNG-diesel 
Hình 1.10: Động cơ diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel. 
1.4. Các phương pháp cung cấp CNG và diesel trên động cơ 
nhiên liệu kép 
 Có nhiều phương pháp cung cấp và tạo hỗn hợp CNG trên động cơ. 
Theo Rosli Abu Bakar (2012), Zastavniouk (1997) [25] có bốn phương 
pháp cơ bản cung cấp CNG vào xy-lanh động cơ: sử dụng bộ hòa trộn, 
sử dụng một vòi phun chung (phun đơn điểm), vòi phun đa điểm trên 
đường nạp và vòi phun trực tiếp vào buồng đốt. 
1.4.1. Cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn 
 Phương pháp hòa trộn này đơn giản, phù hợp đối với nhiên liệu khí. 
Tuy nhiên, khi sử dụng bộ hòa trộn, do tổn thất lượng không khí nạp tại 
họng và do CNG chiếm chỗ nên hệ số nạp bị giảm, dẫn đến công suất 
của động cơ giảm khoảng (5÷8)%, đồng thời sự cung cấp CNG liên tục 
làm hạn chế khả năng kiểm soát tỷ lệ CNG/ không khí. 
1.4.2. Cung cấp CNG bằng vòi phun trên đường ống nạp 
 Ngày nay, việc sử dụng vòi phun nhiên liệu CNG được áp dụng 
nhiều hơn thay thế cho các bộ hòa trộn. Có hai phương pháp phun 
6 
trên đường ống nạp hay phun trực tiếp vào buồng đốt. 
1.4.3. Cung cấp CNG bằng vòi phun trực tiếp vào buồng cháy 
1.4.3.1. Cung cấp CNG bằng vòi phun bào buồng cháy phụ 
1.4.3.2. Cung cấp CNG bằng vòi phun trực tiếp vào buồng cháy 
thống nhất 
1.4.3.3. Cung cấp CNG bằng vòi phun liên hợp kép CNG-diesel 
1.4.3.4. Phương pháp phun mồi diesel trong động cơ sử dụng nhiên 
liệu kép CNG-diesel 
1.4.4. Các phương pháp điều khiển tỷ lệ cung cấp CNG-diesel 
Nhận xét chung: Các phương án cung cấp nhiên liệu CNG trên 
đường ống nạp hiện đang sử dụng phổ biến vì kết cấu hệ thống đơn giản, 
dễ bố trí. Việc thay bộ hòa trộn bằng vòi phun CNG hạn chế được sự 
giảm hệ số nạp, góp phần cải thiện hiệu suất nhiệt và công suất động cơ. 
Phun trực tiếp CNG vào buồng đốt cũng là nghiên cứu đang được quan 
tâm, tuy nhiên kết cấu phức tạp, giá thành tăng nên chưa được ứng dụng 
phổ biến. 
1.5. Các nghiên cứu về đặc tính động cơ sử dụng nhiên liệu CNG 
 Một số nghiên cứu khác tập trung vào ảnh hưởng của nhiên liệu 
diesel phun mồi. Theo Slawomir Wierzbicki và các cộng sự [66], các 
thông số cơ bản của sự phun mồi diesel như lượng nhiên liệu phun, thời 
điểm phun và áp suất phun có ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy của 
động cơ sử dụng nhiên liệu kép diesel – CNG. 
Hình 1.19: Tỷ lệ CNG-diesel trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép. 
 Về động cơ sử dụng nhiên liệu kép, nhóm nghiên cứu Nguyễn Đức 
Khánh, Trần Đăng Quốc cũng đã đánh giá tính năng làm việc và phát 
thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG/diesel 
[13]. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên động cơ diesel 4 xylanh 
sử dụng trên xe tải. CNG được cung cấp bổ sung vào đường nạp của 
động cơ trước khi vào xylanh với các tỷ lệ khác nhau. 
1.6. Kết luận và định hướng nghiên cứu của đề tài 
Luận án tập trung nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp 
7 
nhiên liệu kép CNG-diesel trên động cơ diesel bằng điện tử nhằm nâng 
cao chất lượng cung cấp nhiên liệu và điều khiển hoạt động của động cơ 
nhiên liệu kép. 
 Thiết kế, chế tạo hệ thống Common Rail Diesel Injector (CRDI) 
để cung cấp nhiên liệu diesel thay cho hệ thống cung cấp cơ khí, sử dụng 
vòi phun CNG trên đường nạp thay cho kiểu cung cấp bằng bộ hòa trộn 
thông thường. 
 Thiết kế, chế tạo và lập trình ECU điều khiển đồng bộ hai hệ 
thống nhiên liệu, kiểm soát tỷ lệ CNG/diesel cung cấp cho động cơ. 
 Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (engine map) thể hiện phạm 
vi và tỷ lệ nhiên liệu CNG và diesel cần cung cấp cho động cơ hoạt động 
ở chế độ nhiên liệu kép theo số vòng quay và tải động cơ theo tiêu chí 
đảm bảo động cơ có vùng làm việc ổn định và đạt mô-men, mức phát 
thải là tốt nhất. 
Thực nghiệm được thực hiện trên động cơ diesel VIKYNO RV125 
cỡ nhỏ, 1 xy-lanh, sản phẩm của Công ty SVEAM - Việt Nam, được sử 
dụng rộng rãi trong nước và xuất khẩu. Do vậy, nghiên cứu góp phần 
làm chủ công nghệ chuyển đổi nguồn động cơ diesel đang có sang sử 
dụng nhiên liệu sạch, đồng thời cũng góp phần cải tiến hệ thống nhiên 
liệu, nâng cao chất lượng cạnh tranh của sản phẩm trong nước. 
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
Giả thuyết tính toán và mô phỏng dựa trên mô hình động cơ diesel 
VIKYNO RV125 01 xylanh, chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép 
CNG-diesel, trong đó diesel tạo ra năng lượng đánh lửa đốt cháy hỗn 
hợp CNG. Phương án cung cấp nhiên liệu được lựa chọn: diesel được 
cung cấp bằng hệ thống CRDI, CNG được cung cấp trên đường ống 
nạp bằng vòi phun. 
2.1. Lý thuyết điều khiển động cơ nhiên liệu kép 
2.1.1. Hệ thống điều khiển động cơ đốt trong 
2.1.2. Lý thuyết điều khiển động cơ đốt trong 
2.1.2.1. Điều khiển mô-men động cơ 
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 
2.1.2.2. Điều khiển kiểm soát khói đen 
8 
2.1.2.3. Kiểm soát kích nổ 
2.1.3. Hệ thống điều khiển động cơ nhiên liệu kép 
2.2. Mô hình hóa quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel trong 
động cơ VIKYNO RV125 bằng phần mềm CFD FLUENT 
2.2.1. Quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ của nhiên liệu kép 
CNG-diesel 
2.2.2. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy của động cơ 
CNG-diesel 
Hình 2.12: Phân chia vùng cháy trong động cơ CNG-diesel. 
Kết luận: Quá trình cháy của nhiên liệu kép là quá trình cháy hòa 
trộn trước cục bộ trên cơ sở kết hợp giữa quá trình cháy khuyếch tán 
không hòa trộn trước của diesel và quá trình cháy hòa trộn trước của 
hỗn hợp nhiên liệu CNG – không khí. Nghiên cứu quá trình hình 
thành hỗn hợp và cháy của nhiên liệu diesel trong hỗn hợp đồng 
nhất của nhiên liệu CNG với không khí là cơ sở để xây dựng mô 
hình mô phỏng quá trình cháy cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép. 
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của động cơ VIKYNO RV125. 
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị 
1 Đường kính xylanh D 94 mm 
2 Hành trình piston S 90 mm 
3 Chiều dài thanh truyền l 145 mm 
4 Thể tích công tác Vh 624 cm3 
5 Tỷ số nén  18:1 
6 Công suất cực đại (ở 2.400 v/ph) Ne max 12,5 HP 
7 Mô-men cực đại (ở 1.800 v/ph) Me max 4 kgf.m/1 
8 Số vòng quay cực đại n 2.560 v/ph 
9 Số vòng quay định mức n 2.200 v/ph 
10 Năng lượng phun mồi EDO 143 J 
11 Góc phun sớm s 20 độ 
12 Thành phần hỗn hợp f 0,054 
9 
2.2.3. Thiết lập mô hình tính toán mô phỏng quá trình cháy 
Hình 2.15: Chia lưới và xác lập điều kiện biên cho mô hình. 
2.2.4. Khảo sát diễn biến quá trình cháy 
Hình 2.17: Trường số vòng quay ở vị trí 330 của môi chất công tác trong buồng cháy động cơ 
VIKYNO RV125 ở chế độ (n=2.200 v/ph; s=20; = 1). 
Hình 2.20: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel của động cơ 
VIKYNO RV125 (n=2.2 ... ều khiển bởi các chương trình, ngôn ngữ 
mạnh; được thiết kế, chế tạo, sử dụng các thiết bị hiện đại nên có độ 
ổn định, tin cậy và tốc độ xử lý nhanh, đáp ứng tốt yêu cầu làm việc 
của hệ thống cung cấp nhiên liệu kép. 
 - Công tác thực nghiệm được thực hiện theo quy trình thí nghiệm 
chính xác, thiết bị đo hiện đại nên kết quả thực nghiệm có độ chính 
xác, tin cậy cao. 
Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 
4.1. Thực nghiệm xác định đặc tính vòi phun diesel và CNG 
Hình 4.1: Đồ thị đặc tính vòi phun diesel 
trên mô hình thực nghiệm 
Hình 4.2: Đồ thị đặc tính vòi phun 
CNG trên mô hình thực nghiệm 
17 
4.2. Thực nghiệm đánh giá đặc tính mô-men và công suất 
 Tại số vòng quay 1200v/ph, mô-men và công suất giảm khoảng 
8,9 (%). Khi số vòng quay tăng từ 1600÷2400v/ph, mô-men và công 
suất khi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel đạt giá trị cao hơn so với 
khi sử dụng hoàn toàn diesel. ở tỷ lệ CNG60, mô-men cực đại ở số 
vòng quay 1800v/ph cao hơn 1,32 (%), công suất cực đại ở số vòng 
quay 2400v/ph cao hơn 3,74 (%) so với khi sử dụng hoàn toàn diesel. 
Hình 4.3: Đồ thị đặc tính mô-men và công suất động cơ VIKYNO RV125. 
Hình 4.4: Đồ thị so sánh kết quả công suất động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng ở hai tỷ lệ 
CNG60 và DO100 
 Kết quả xây dựng đồ thị đặc tính mô-men và công suất động cơ ở 
hai tỷ lệ 100 % diesel và 60 % CNG, chế độ tải 100 % như hình 4.3, 
cho thấy: khi động cơ làm việc ở số vòng quay thấp từ 
1200÷1400v/ph, mô-men động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép CNG-
diesel thấp hơn so với khi sử dụng hoàn toàn nhiên liệu diesel. Tại số 
vòng quay 1200v/ph, mô-men và công suất giảm khoảng 8,9 (%). 
Khi số vòng quay tăng từ 1600÷2400v/ph, mô-men và công suất khi 
sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel đạt giá trị cao hơn so với khi sử 
3
4
5
6
7
8
9
10
25
30
35
40
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
C
ô
n
g
 s
u
ất
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 N
e 
(k
W
)
M
ô
-m
en
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 M
e 
(N
m
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
Đồ thị đặc tính mô-men và công suất động cơ
TN_Me CNG60
TN_Me DO100
TN_Ne CNG60
TN_Ne DO100
0
2
4
6
8
10
4
5
6
7
8
9
10
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
C
ô
n
g
 s
u
ất
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 N
e 
k
h
i 
sử
 d
ụ
n
g
 D
O
1
0
0
 (
k
W
)
C
ô
n
g
 s
u
ất
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 N
e 
k
h
i 
sử
 d
ụ
n
g
C
N
G
6
0
D
O
4
0
 (
k
W
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
So sánh kết quả công suất động cơ giữa TN và MP
Ne DO100-TN
Ne DO100-MP
Ne CNG60DO40-TN
Ne CNG60DO40-MP
Chế độ tải: 100% 
18 
dụng hoàn toàn diesel. Tại số vòng quay 1800v/ph, mô-men cực đại 
cao hơn 1,32 (%), tại số vòng quay 240 v/ph công suất cực đại cao 
hơn 3,74 (%). 
4.3. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ CNG/DO đến 
mô-men và công suất của động cơ 
Hình 4.5: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel. 
4.4. Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải của động cơ 
Hình 4.8: Nồng độ CO của động cơ RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1. 
4.5. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ CNG/Diesel đến 
đặc tính phát thải động cơ 
Hình 4.11: Độ mờ khói Opacity của động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel. 
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400M
ô
-m
en
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 M
e 
(N
m
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
Ảnh hưởng tỷ lệ CNG đến đặc tính mô-men động cơ
TN_Me DO100
TN_Me CNG30
TN_Me CNG40
TN_Me CNG50
TN_Me CNG60
3
5
7
9
11
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
C
ô
n
g
 s
u
ất
 đ
ộ
n
g
 c
ơ
 N
e 
(k
W
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
Ảnh hưởng tỷ lệ CNG đến đặc tính công suất động cơ
TN_Ne DO100
TN_Ne CNG30
TN_Ne CNG40
TN_Ne CNG50
TN_Ne CNG60
00
00
00
01
01
01
01
01
0 1 2 3 4 5 6 7 8
N
ồ
n
g 
đ
ộ
p
h
át
 t
h
ải
 C
O
(%
)
Điểm đo
DO100
CNG60
0
20
40
60
80
100
120
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
N
ồ
n
g
 đ
ộ
 p
h
át
 t
h
ải
 O
p
ac
 (
%
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
DO100 CNG20 CNG30
CNG40 CNG50 CNG60
19 
4.6. Thực nghiệm xác định suất tiêu hao năng lượng 
Bảng 4.6: Suất tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng diesel 
khi động cơ hoạt động ở chế độ 100% diesel. 
Số vòng quay động cơ 
(v/ph) 
Ne (kW) geDO100 (g/kW.h) eeDO100 (kJ/kW.h) 
1200 4.36 248.4 10715.48 
1400 5.28 237.6 10249.59 
1600 6.21 270 11647.26 
1800 7.14 298.8 12889.63 
2000 7.85 313.2 13510.82 
2200 8.40 342 14753.2 
2400 8.74 396 17082.65 
Dựa vào kết quả đo lượng nhiên liệu thành phần diesel mDO và mCNG 
tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các tỷ lệ CNG, tính ra được các suất 
tiêu hao nhiên liệu thành phần geDO và geCNG (g/kW.h). Từ đó, xác 
định các suất tiêu hao năng lượng thành phần eeDO, eeCNG và suất tiêu 
hao năng lượng tổng ee Tổng (ee Tổng = eeDO + eeCNG) (kJ/kW.h). 
Hình 4.15: Suất tiêu hao năng lượng thành phần diesel và CNG khi động cơ 
 hoạt động ở chế độ nhiên liệu kép. 
Hình 4.17: So sánh suất tiêu hao năng lượng khi động cơ sử dụng 100% diesel và khi sử dụng 
nhiên liệu kép CNG-diesel. 
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
S
u
ất
 t
iê
u
 h
ao
 n
ăn
g
 l
ư
ợ
n
g
(k
J/
k
W
.h
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
 e_DO40
 e_CNG60
e_Tổng
8000
10000
12000
14000
16000
18000
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
S
u
ất
 t
iê
u
 h
ao
 n
ăn
g
 l
ư
ợ
n
g
(k
J/
k
W
.h
)
Số vòng quay động cơ n (v/ph)
e_Tổng
20 
4.7. Thực nghiệm đo áp suất cháy của động cơ 
Hình 4.19: Áp suất cháy động cơ ở chế độ 100% tải, số vòng quay 2.200 v/ph 
khi thay đổi tỷ lệ CNG-diesel. 
 Trong tất cả các điều kiện làm việc, áp suất cháy cực đại tăng khi 
tăng tỷ lệ CNG. Ở số vòng quay 2000v/ph khi tăng tỷ lệ CNG lên 
70%, áp suất cực đại tăng hơn 13.5 % so với khi động cơ sử dụng 
100% diesel (86,2×105 Pa /74,5×105 Pa). Ở số vòng quay n=1800 
v/ph (ứng với chế độ đạt mô-men xoắn cực đại), tỷ lệ này là 24% 
(90,4×105 Pa /72.5×105 Pa). Đây là ưu điểm lớn khi sử dụng CNG 
trên động cơ có tỷ số nén cao. 
4.8. Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/Diesel 
 Giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (engine map) thể hiện mối quan hệ giữa 
lượng nhiên liệu diesel và CNG cần cung cấp cho động cơ khi hoạt 
động ở chế độ nhiên liệu kép theo số vòng quay và tải động cơ. Tỷ lệ 
hỗn hợp CNG/diesel này được xác định theo tiêu chí đảm bảo động 
cơ làm việc ổn định, mô-men và công suất động cơ đạt được cao nhất 
và mức phát thải là thấp nhất. 
Hình 4.20: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu diesel theo số vòng quay và tải động cơ khi động 
cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình. 
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
0
100
200
300
100
80
60
40
20
Giản đồ thời gian phun diesel theo tốc độ và chế độ tải động cơ
200-300
100-200
0-100
T
h
ờ
i
g
ia
n
 p
h
u
n
 (
µ
s)
21 
Hình 4.23: Giản đồ lượng nhiên liệu CNG cung cấp theo số vòng quay và tải động cơ khi động 
cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình. 
4.9. Kết luận chương 4 
Từ kết quả thực nghiệm và phân tích ở trên có được các kết luận sau: 
- Khi sử dụng nhiên liệu kép CNG/diesel, ở dải số vòng quay thấp 
(1200÷1400v/ph) mô-men và công suất động cơ thấp hơn so với khi 
sử dụng nhiên liệu diesel đơn thuần, nhưng ở dải số vòng quay từ 
1600÷2400 (v/ph) sẽ cao hơn. Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men và 
công suất động cơ càng tăng. Ở tỷ lệ CNG60, chế độ tải 100%, mô-
men cực đại (ở số vòng quay 1800v/ph) có giá trị cao hơn so với khi 
sử dụng hoàn toàn diesel 1,32 (%), công suất cực đại (ở số vòng quay 
2.400 (v/ph)) cao hơn 3,74 (%). Sai lệch giá trị công suất giữa thực 
nghiệm và mô phỏng lớn nhất ở hai tỷ lệ DO100 và CNG60 lần lượt 
là 2,68 và 5,1 (%) cho thấy kết quả thực nghiệm và mô phỏng là 
chính xác, có độ tin cậy cao. 
- Kết quả đo mức phát thải của động cơ theo chu trình thử khí thải 
ISO 8178 C1, là chu trình thử chuẩn quốc tế được sử dụng cho các 
động cơ tĩnh tại theo tiêu chuẩn khí thải EPA TIER2, cho thấy khi sử 
dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, mức độ phát thải của động cơ giảm 
đáng kể. Ở hai điểm đo chính ứng với số vòng quay động cơ ở chế độ 
công suất và moment cực đại, chế độ tải 100%: CO (%) giảm đến 
74,5%; HC (ppm) giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1%. 
Mức phát thải giảm đáng kể khi tăng tỷ lệ CNG. 
- Suất tiêu hao năng lượng của động cơ khi chuyển sang sử dụng 
nhiên liệu kép thấp hơn khi chạy hoàn toàn bằng diesel. Ở chế độ tỷ 
lệ nhiên liệu CNG60, 100% tải, suất tiêu hao năng lượng động cơ 
giảm từ 1,6% đến 3,6% so với khi động cơ sử dụng nhiên liệu thuần 
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
0
5
10
15
20
25
30
100
80
60
40
20
L
ư
ợ
n
g
 C
N
G
 p
h
u
n
 (
m
g
/c
t)
Giản đồ lượng CNG phun theo tốc độ và chế độ tải động cơ
25-30
20-25
15-20
10-15
5-10
0-5
22 
diesel, khẳng định tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ khi chuyển 
sang sử dụng nhiên liệu kép. 
- Diễn biến và giá trị áp suất cháy khi động cơ sử dụng nhiên liệu 
kép ở các tỷ lệ CNG khác nhau diễn ra phù hợp với quy luật biến 
thiên áp suất trong buồng đốt. Điều đó cho thấy ở các điều kiện khác 
nhau, năng lượng tia lửa do diesel tạo ra đủ mạnh và cần thiết để đốt 
cháy hỗn hợp CNG. Trong tất cả các điều kiện làm việc, áp suất cháy 
cực đại tăng khi tăng tỷ lệ CNG. Ở số vòng quay 2000v/ph khi tăng 
tỷ lệ CNG lên 60%, áp suất cực đại tăng hơn 13.5 % so với khi động 
cơ sử dụng nhiên 100% diesel (86,2×105 Pa /74,5×105 Pa). Ở số 
vòng quay n=1800v/ph (ứng với chế độ đạt mô-men xoắn cực đại), tỷ 
lệ này là 24% (90,4×105 Pa /72.5×105 Pa). Đây là ưu điểm lớn khi 
sử dụng CNG trên động cơ có tỷ số nén cao. Tuy nhiên cũng cần lưu 
ý đây cũng là yếu tố có thể dẫn đến hiện tượng kích nổ của động cơ. 
- Các thông số làm việc của động cơ như nhiệt độ dầu bôi trơn, 
nhiệt độ thân động cơ, nhiệt độ khí xả trong quá trình thực nghiệm 
cũng được kiểm soát, các giá trị nằm trong phạm vi cho phép, thể 
hiện tích thích ứng và trạng thái ổn định của động cơ khi chuyển sang 
sử dụng nhiên liệu kép. 
- Quá trình thực nghiệm cũng đã tập trung xác định các đặc tính 
vòi phun CNG và diesel để làm cơ sở tính toán lượng nhiên liệu cung 
cấp cho động cơ, trên cơ sở đó đã xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel 
thể hiện mối quan hệ giữa lượng nhiên liệu CNG và diesel cần cung 
cấp cho động cơ khi hoạt động ở chế độ nhiên liệu kép theo số vòng 
quay và tải động cơ. Tỷ lệ hỗn hợp CNG/diesel này được xác định 
theo tiêu chí đảm bảo động cơ làm việc ổn định, mô-men và công 
suất động cơ đạt được cao nhất và mức phát thải là thấp nhất. 
Giản đồ CNG-diesel được xây dựng bằng thực nghiệm thông qua 
xác định bảng dữ liệu điều khiển thời gian phun CNG và diesel. Giá 
trị dữ liệu này được nạp vào ECU của hệ thống điều khiển cung cấp 
nhiên liệu kép CNG-diesel trên mô hình thực nghiệm. 
Kết quả chung của quá trình thực nghiệm cho thấy, với hệ thống 
cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel được điều khiển bằng điện tử đã 
được thiết kế, chế tạo, động cơ VIKYNO RV125 khi chuyển sang 
hoạt động ở chế độ nhiên liệu kép đã đạt được các mục tiêu đặt ra là 
bảo toàn công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải 
gây ô nhiễm môi trường. 
23 
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 
KẾT LUẬN 
Kết quả luận án đã rút ra được các kết luận sau đây: 
1. Động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel là một trong 
những hướng nghiên cứu, ứng dụng đang được các nhà khoa học 
quan tâm nhằm giải quyết bài toán khan hiếm năng lượng và ô nhiễm 
môi trường hiện nay. Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về 
lĩnh vực này. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào đánh 
giá các đặc tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ nhiên liệu kép; các 
phương pháp cung cấp nhiên liệu kép kiểu cơ khí, mà chưa quan tâm 
nhiều đến việc tối ưu hóa điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu 
kép, cũng như việc kiểm soát tỷ lệ CNG/diesel đến các chế độ hoạt 
động của động cơ. 
2. Luận án đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công hệ thống 
điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel bằng điện tử trên 
động cơ VIKYNO RV125, cung cấp diesel bằng hệ thống CRDI và 
phun CNG trên đường nạp, làm việc ổn định và tin cậy. 
3. Đối với động cơ diesel VIKYNO RV125 có tỷ số nén 18:1, với 
hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel đã được chế 
tạo, động cơ làm việc ổn định, công suất được bảo toàn, tiết kiệm 
nhiên liệu và giảm mức phát thải. Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men 
và công suất động cơ tăng. Ở chế độ tỷ lệ CNG60: mô-men cực đại 
tăng 1,32%, công suất cực đại tăng 3,74 %; mức phát thải đo theo 
chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, tại hai điểm đo chính ứng với chế 
độ công suất và moment cực đại, chế độ tải 100%: CO giảm đến 
74,5%; HC giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1%. Suất tiêu 
hao năng lượng giảm từ 1,6% đến 3,6% so với khi động cơ sử dụng 
hoàn toàn diesel. 
4. Đối với động cơ diesel VIKYNO RV125, tỷ lệ CNG tham gia 
tối đa trong động cơ nhiên liệu kép là 60% để động cơ làm việc ổn 
định, không bị kích nổ. Tuy nhiên, để động cơ đạt được các đặc tính 
24 
kinh tế, kỹ thuật và mức phát thải tốt nhất, hiệu quả sử dụng CNG 
cao nhất, nên sử dụng tỷ lệ CNG đến 30% ở dải tốc độ thấp và tỷ lệ 
40% trở lên ở dải tốc độ từ 1400 v/ph. 
5. Xây dựng được giản đồ tỷ lệ CNG/diesel theo số vòng quay và 
tải động cơ, xác định tỷ lệ CNG/diesel tối ưu nhất cho các chế độ 
hoạt động của động cơ theo tiêu chí đảm bảo động cơ làm việc ổn 
định, có công suất và mức phát thải là tốt nhất. Dữ liệu của giản đồ 
được sử dụng để lập trình điều khiển hệ thống cung cấp CNG và 
diesel cho động cơ VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép. 
Với kết quả nghiên cứu đạt được, luận án đã đạt được mục tiêu 
quan trọng đặt ra là điều khiển cung cấp nhiên liệu kép trên động cơ 
diesel có tỷ số nén cao, bảo toàn được công suất động cơ, tiết kiệm 
nhiên liệu và giảm mức phát thải. Kết quả nghiên cứu của luận án 
góp phần làm chủ công nghệ điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 
trong điều kiện thực tế tại Việt Nam, nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong 
việc hướng đến cải tiến hệ thống nhiên liệu trên các động cơ tĩnh tại 
để tiết kiệm chi phí nhiên liệu và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm. 
HƯỚNG PHÁT TRIỂN 
 1. Nghiên cứu tính kích nổ của động cơ diesel có tỷ số nén cao khi 
sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, xác định tỷ số nén tối đa để động 
cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel có thể làm việc ổn định, không 
bị kích nổ. 
 2. Nghiên cứu tối ưu thời điểm phun diesel theo tỷ lệ CNG/diesel, 
chế độ tải và số vòng quay động cơ của động cơ diesel khi sử dụng 
nhiên liệu kép. 
 3. Nghiên cứu tối ưu áp suất phun diesel và CNG theo chế độ tải 
và số vòng quay của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu kép. 
 4. Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ CNG/diesel đến độ bền của các 
chi tiết và tuổi thọ của động cơ. 
 5. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện bản đồ động cơ chi tiết hơn để 
làm cơ sở dữ liệu lập trình điều khiển động cơ được tối ưu hơn.