Luận án Nghiên cứu ứng dụng biogas-diesel cho động cơ lắp trên phương tiện cơ giới đường bộ phục vụ giao thông nông thôn Việt Nam

 số cơ bản trong mô 
hình hóa quá trình cháy. Thông số này được xác định bằng thực nghiệm trong 
những điều kiện lý hóa xác định. Thường số liệu này được xác lập đối với hỗn hợp 
nhiên liệu tinh khiết và không khí. Đối với nhiên liệu biogas, do thành phần CH4 và 
tạp chất thay đổi nên việc đo đạc thực nghiệm phức tạp và tốn thời gian hơn. Mặt 
khác, tốc độ cháy chảy tầng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp khí chưa 
cháy. Các điều kiện này thay đổi trong quá trình cháy của động cơ đốt trong. Vì vậy 
 36 
việc xác lập một mô hình tính toán tốc độ cháy chảy tầng bằng một biểu thức bán 
thực nghiệm đối với quá trình cháy của biogas trong động cơ đốt trong là cần thiết. 
Nhiều mối quan hệ đã được thiết lập để biểu diễn tốc độ cháy thực nghiệm; tốc độ 
cháy chảy tầng được M. Metghalchi và J. C. Keck [51] biểu diễn dưới dạng: 
 2 3 4 η β
 Su Su,o Su,1(φ 1) Su,2(φ 1) Su,3(φ 1) Su,4(φ 1) T p (2.8) 
 Bảng 2.3: Giá trị của các hệ số của phương trình (2.8) 
Hệ số Su,o Su,1 Su,2 Su,3 Su,4 ηo η1 βo β1 
Giá trị 30,464 36,369 -221,62 -135,50 575,00 1,9474 1,8150 -0,31829 -0,66153 
 Trong đó: 
 T
 T u
 298K
 p
 p u
 1,0bar (2.9) 
  o ( 1)1
  o ( 1)1
 Theo [61] các giá trị hệ số của phương trình trên cho ở bảng 2.3. 
 (cm/s)
 Tốc độ cháy độ cháy (cm/s) Tốc
 Tốc độ cháy
 Nhiệt độ (K) 
  
 Hình 2.1: Ảnh hưởng của áp suất đến Hình 2.2: Ảnh hưởng của áp suất đến 
biến thiên tốc độ cháy methane theo  ở biến thiên tốc độ cháy theo 
 nhiệt độ 400K [61] nhiệt độ ở =1 
 Đối với hỗn hợp bị pha bẩn bởi khí cháy, quan hệ tốc độ cháy chảy tầng 
được viết như sau [53]: 
 37 
 
 2 2 3 Tu p 
 Su Su,o(ao a1 a2 )1 (b1D b2D b3D  (2.10) 
 To po 
 Trong đó: 
 Su: Tốc độ cháy chảy tầng (cm/s) 
 Su,o: Tốc độ cháy chảy tầng ở điểm tham chiếu (1atm và 298K) (cm/s) 
 D: Phần trăm (theo thể tích) chất làm bẩn trong hỗn hợp 
 Tu: Nhiệt độ khí chưa cháy (K) 
 To: Nhiệt độ tham chiếu bằng 298K 
 p: Áp suất của hỗn hợp (atm) 
 po: Áp suất tham chiếu 
 Các hệ số còn lại cho ở bảng 2.4 đối với hỗn hợp methane/không khí bị làm 
bẩn có nằm trong khoảng 0,8 đến 1,2; p biến thiên từ 0,75 đến 70atm; nhiệt độ 
thay đổi từ 298 đến 550K và D thay đổi từ 0 đến 15%. 
 Bảng 2.4: Giá trị của các hệ số của phương trình (2.6) 
Hệ số a0 a1 a2 b1 b2 b3 α β Su,0 
Giá trị -5,883 14,003 -7,115 4,829 -7,778 0,003 1,857 -0,435 37,5 
 Hình 2.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến Hình 2.4: Ảnh hưởng của áp suất đến 
 tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp 
 CH4/không khí bị làm bẩn ở p=3,5atm methane/không khí bị làm bẩn ở 
 và =1 [53] T=350K và =1 [53] 
 38 
 Khi hỗn hợp bị làm bẩn bởi các chất khí trơ, tốc độ cháy chảy tầng giảm 
nhanh theo nồng độ chất làm bẩn. Hình 2.5 giới thiệu ảnh hưởng của các chất khí 
trơ N2, CO2, H2O và hỗn hợp N2+CO2+H2O đến tốc độ cháy của methane. Kết quả 
này cho thấy cùng một nồng độ khí trơ làm bẩn hỗn hợp, mức độ giảm tốc độ cháy 
chảy tầng lớn nhất đối với CO2 [34]. 
 Hình 2.6: Ảnh hưởng của CO đến tốc 
 Hình 2.5: Kết quả thực nghiệm biến 2
 độ cháy chảy tầng của hỗn hợp 
thiên tốc độ cháy chảy tầng theo tỉ lệ các 
 CH /không khí ở 1bar và 298K [57] 
 chất khí làm bẩn hỗn hợp khác nhau 4
 (Ngọn lửa methane/không khí, p = 0.1 
 MPa, T = 393 K, = 1) [53] 
 R. Stone và A. Clarke [57] đã tiến hành thí nghiệm xác định tốc độ cháy 
chảy tầng của hỗn hợp nhiên liệu CH4 được làm bẩn bởi CO2 và không khí. Kết quả 
cho bởi hình 2.6. 
 Nếu gọi nhiệt độ và áp suất không thứ nguyên T=Tu/To và p=pu/po, trong đó 
Tu, pu là nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp khí chưa cháy; To và po là nhiệt độ và áp 
suất ở điều kiện lập bảng thì tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp methane không khí 
có thể được xác lập bởi biểu thức bán thực nghiệm sau: 
 1,42 - 0,297 
 Su=0,366 T p (m/s) (2.11) 
 Theo Rallis và Garforth [54] mối quan hệ giữa tốc độ cháy chảy tầng của hỗn 
hợp methane/không khí ở điều kiện cháy hoàn toàn được biểu diễn bằng biểu thức: 
 o
 Su Su,oT (2.12) 
 Trong đó: o nằm trong khoảng 1,37 và 2,33 
 39 
 Mới đây Hill và Hung [42] đối với điều kiện cháy hoàn toàn tìm ra số mũ 
 của T là 1,80. Iijima và Takedo [43] tìm ra biểu thức tổng quát sau: 
 =1,60+0,22(-1) (2.13) 
 Sự phụ thuộc tốc độ cháy chảy tầng của hỗn hợp methane/không khí vào áp 
suất ở điều kiện cháy hoàn toàn được Andrew và Bradley [27] xác lập như sau: 
 -0,5
 Su= 43,3p (cm/s) (2.14) 
 Trong đó: p áp suất cháy [bar] 
 Số mũ của p thay đổi nhẹ theo các tác giả nghiên cứu hỗn hợp cháy 
methane/không khí. Rallis và Garforth [54] đề nghị = -0,3 ở điều kiện áp suất 1 
bar, trong khi đó Hill and Hung [42] đề nghị = -0.299 đối với áp suất nằm trong 
khoảng 0.2 đến 1 bar. Iijima và Takedo [43] đề nghị biểu thức tổng quát sau: 
 α
 Su Su,oT 1 βlog10P (2.15) 
 Trong đó: = -0,42-0,31(-1) 
2.3. Thiết kế bộ điều tốc biogas cho động cơ EV2600-NB dual fuel diesel-
biogas 
2.3.1. Nguyên lý điều khiển động cơ dual fuel biogas-diesel 
 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ dual fuel biogas-diesel 
 Nguyên lý điều khiển động cơ dual fuel biogas-diesel đã được giới thiệu 
trong [21]. Động cơ dual fuel biogas-diesel có thể chuyển đổi nhiên liệu diesel-
biogas trong quá trình hoạt động, không yêu cầu sự can thiệp kỹ thuật nào. Để thực 
hiện được việc này động cơ được bố trí 2 bộ điều tốc: bộ điều tốc diesel của động 
cơ được bổ sung thêm chốt hạn chế lượng phun tối thiểu (khoảng 10%gct_đm) đảm 
bảo đánh lửa khi động cơ chạy bằng biogas; bộ điều tốc biogas điều khiển độ mở 
van cung cấp biogas với vít hạn chế độ mở bướm ga sao cho ở độ mở lớn nhất, 
 40 
thành phần hỗn hợp =1,1 ứng với biogas có thành phần CH4 cho trước. Khi chạy 
bằng biogas giàu, lò xo điều tốc diesel thả lỏng ở chế độ không tải. Chốt hạn chế 
giữ lượng phun diesel tối thiểu cần thiết để đánh lửa. Tốc độ động cơ được giữ ổn 
định nhờ bộ điều tốc biogas. Bộ điều tốc này sử dụng bộ phận cảm ứng tốc độ của 
động cơ diesel nguyên thủy. Quan hệ giữa độ giãn lò xo bộ điều tốc biogas với tốc 
độ động cơ được cho ở bảng 2.5. 
 Bảng 2.5: Quan hệ giữa độ giãn lò xo bộ điều tốc biogas và tốc độ động cơ 
 n(v/ph) 1200 1400 1600 1800 2000 2200 
 ∆l(mm) 35,3 37,2 38,1 39,5 41,3 43,1 
 Khi chạy bằng biogas nghèo, chốt hạn chế được điều chỉnh theo hướng tăng 
lượng phun diesel để bổ sung thêm năng lượng quá trình cháy. Việc giữ ổn định tốc 
độ vẫn thực hiện nhờ bộ điều tốc biogas. Khi hết biogas, van biogas khóa lại, lò xo 
điều tốc diesel được điều chỉnh để đảm bảo giữ ổn định tốc độ động cơ như trước 
khi cải tạo. 
 Nguyên lý này đã được áp dụng thành công trong thực tiễn để cải tạo một số 
động cơ diesel thông dụng thành động cơ dual fuel biogas-diesel như Kubota, 
Vikyno, Dongfeng...[16]. Nguyên lý tổng quát đó cũng có thể phát triển áp dụng 
trên bất kỳ động cơ diesel nào. Động cơ dual fuel biogas-diesel có thể cung cấp 
được công suất định mức của động cơ diesel trước khi cải tạo khi làm việc với 
biogas có thành phần CH4 khác nhau. Mặt khác, khi cạn nguồn cung cấp biogas, 
động cơ có thể chuyển sang chạy bằng diesel, đảm bảo quá trình cung cấp năng 
lượng không bị gián đoạn. Do đó động cơ dual fuel biogas-diesel rất tiện dụng ở 
nông thôn, vừa giữ vai trò nguồn cung cấp năng lượng dự phòng, vừa tận dụng 
được nguồn biogas ở các qui mô và chất lượng khác nhau, góp phần tiết kiệm nhiên 
liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường. 
 Bộ điều tốc cơ khí ly tâm thường hoạt động ổn định, độ bền cao và lắp đặt 
tương đối dễ dàng. Vì ta đã có sẵn cơ cấu điều tốc cơ khí ly tâm điều chỉnh lượng 
nhiên liệu diesel, ta sẽ dùng lại cơ cấu điều tốc này cải tạo thành bộ điều tốc biogas 
 41 
nhằm giảm khối lượng chế tạo mới cho nhà sản xuất. Khi động cơ dual fuel biogas-
diesel hoạt động ở chế độ nhiên liệu kép có hạn chế phun mồi và điều tốc biogas 
(hình 2.8), lượng nhiên liệu biogas sẽ được bộ điều tốc điều chỉnh tăng hoặc giảm 
ngay khi có sự thay đổi công suất phụ tải làm giảm hoặc tăng tốc độ động cơ. Từ 
đó, tốc độ của bộ điều tốc cũng giảm hoặc tăng làm thay đổi vị trí đĩa tỳ. Thông 
qua càng điều tốc biogas, lưu lượng biogas cấp vào cho động cơ sẽ được điều chỉnh 
tăng hoặc giảm nhằm ổn định tốc độ động cơ. 
2.3.2. Công nghệ chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ biogas-diesel 
 Trên cơ sở nghiên cứu của luận án này, tác giả đề xuất công nghệ cải tạo 
chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ biogas-diesel như sau. 
 Nguyên tắc cải tạo chuyển đổi là tích hợp thêm một bộ điều tốc để điều khiển 
lưu lượng biogas vào bên trong động cơ theo nguyên lý như sơ đồ hình 2.7. Như 
vậy bộ điều tốc diesel vẫn giữ nguyên như cũ, thêm chốt hạn chế nhiên liệu để đảm 
bảo giữ nguyên 10-15% lượng phun nhiên liệu định mức để đánh lửa. 
 Hình 2.8: Nguyên lý cấp biogas tự động bằng điều tốc ly tâm 
1: Bơm cao áp; 2: Càng điều khiển điều tốc diesel; 3: Điều tốc diesel; 4: Quả văng; 
 5: Chốt; 6: Lò xo điều tốc diesel; 7: Càng điều khiển lò xo điều tốc diesel; 8: Càng 
 điều khiển điều tốc biogas; 9: Lò xo điều tốc biogas; 10: Điều khiển lò xo điều tốc 
biogas; 11: Đĩa tỳ; 12: Chốt điều tốc biogas; 13: Quả văng điều tốc biogas; 14: Van 
 cấp biogas; 15: Khóa biogas; 16: Đường cấp biogas; 17: Họng nạp; 18: Vòi phun 
 diesel; 19: Piston. 
 42 
 Việc lắp đặt thêm bộ điều tốc biogas vào bên trong động cơ được khảo sát và 
nghiên cứu kỹ dựa trên tốc độ truyền động, không gian lắp đặt để đảm bảo việc cải 
tạo động cơ tối thiểu nhất. 
 Sau khi nghiên cứu cơ cấu truyền động bên trong động cơ, chúng tôi chọn 
trục cân bằng động là phù hợp nhất. Trục này có tốc độ quay bằng tốc độ quay của 
trục khuỷu, tương đương tốc độ trục lắp đặt bộ điều tốc diesel. 
 Quy trình công nghệ cải tạo, lắp đặt bộ điều tốc diesel được tiến hành qua 
các bước sau đây: 
 Bước 1: Cải tạo trục cân bằng động 
 a) b) 
 Hình 2.9: Cắt bớt đầu trục cân bằng động 
 a) Trước khi gia công; b) Sau khi gia công 
 Để có đủ không gian lắp đặt bộ điều tốc biogas, đầu trục này được cắt bớt 
một đoạn h = 7mm. Việc cắt bớt đầu trục này không ảnh hưởng đến cân bằng động 
của động cơ. Bước này được trình bày trên hình 2.9. Sau đó khoan lỗ Ø10 sâu 
40mm (hình 2.9b). 
 Bước 2: Gia công lại bánh răng số 4 theo kích thước hình 2.10b 
 Bước 3: Chọn và lắp bộ điều tốc biogas: Do tốc độ của trục này bằng tốc độ 
trục lắp bộ điều tốc diesel, do đó chúng ta chọn bộ điều tốc nguyên thủy của động 
 43 
cơ Vikyno để lắp đặt thành bộ điều tốc biogas. Sau khi lắp đặt vào trục cân bằng 
động đã cải tạo thì không gian trong động cơ vẫn đảm bảo bộ điều tốc hoạt động 
bình thường. Vị trí tương đối của bộ điều tốc khi bung cực đại so với các bộ phận 
khác của động cơ thể hiện trên hình 2.11 ta có, bánh răng số 1, số 2 và số 3 quay 
cùng tốc độ. Đồng thời tại vị trí bánh răng số 4 có đủ không gian có thể bố trí bộ 
điều tốc nên ta chọn vị trí này là vị trí lắp đặt điều tốc điều khiển biogas. Như vậy, 
bộ điều tốc sẽ được gắn lên trục cân bằng trên cùng với bánh răng số 4. 
 a) b) 
 Hình 2.10: Gia công lại bánh răng số 4 
 a) Trước khi gia công; b) Sau khi gia công 
 Hình 2.11: Vị trí lắp bộ điều tốc biogas 
 Bước 4: Cải tạo nắp máy: Việc cải tạo nắp máy nhằm bổ sung thêm hệ thống 
điều khiển van cung cấp biogas từ bộ điều tốc. Sau khi nghiên cứu, chúng tôi chọn 
được vị trí để khoan lỗ lắp trục cần điều khiển như hình 2.12. Để đảm bảo dầu bôi 
trơn không thoát ra ngoài, chúng tôi bổ sung thêm các cánh chắn dầu. 
 Bước 5: Lắp hệ thống càng điều khiển 
 44 
 Bao gồm các càng, lò xo và cơ cấu điều khiển sức căng lò xo. Kích thước các 
bộ phận của cơ cấu thể hiện trên bản vẽ chi tiết hình 2.13. 
 a) 
 b) c) 
 Hình 2.12: Vị trí lắp trục cần điều khiển 
 a) Kích thước và vị trí lắp đặt ống lót trục càng điều tốc biogas 
 b) Vị trí lỗ 10 để lắp đặt trục của cần điều chỉnh sức căng lò xo 
 c) Liên kết trục càng điều tốc và càng điều tốc biogas phía trong 
 Hình 2.13: Hệ thống càng điều khiển 
 45 
2.3.3. Vận hành động cơ dual fuel biogas-diesel sau khi chuyển đổi 
 Có thể vận hành động cơ dual fuel biogas-diesel sau khi chuyển đổi bằng ba 
phương thức: 
 Khi động cơ hoạt động 100% diesel như trước khi chuyển đổi: Khi đó chốt 
hạn chế nhiên liệu được vô hiệu hóa. 
 Khi động cơ hoạt động dual fuel biogas-diesel: Trong trường hợp này, chốt 
hạn chế nhiên liệu của bộ điều tốc diesel giữ 10-15% lượng phun nhiên liệu định 
mức để đảm bảo đánh lửa. 
 Động cơ hybrid biogas-diesel: Trong trường hợp nguồn cung cấp biogas rất 
nghèo, để đảm bảo công suất định mức của động cơ. Chúng ta phải tăng lượng phun 
diesel, tùy thuộc vào thành phần CH4 trong biogas, lượng phun diesel có thể 40-
50%. Khi đó van biogas mở cực đại và bộ điều tốc biogas hoạt động để điều chỉnh 
tốc độ theo chế độ tải linh hoạt. Như vậy động cơ compact biogas-diesel có thể làm 
việc với mọi điều kiện cung cấp biogas với thành phần CH4 khác nhau. Động cơ 
gọn, không kèm theo các phụ kiện bên ngoài, bộ điều tốc nằm bên trong động cơ 
nên bôi trơn tốt, đảm bảo tuổi thọ cao. 
 Hình 2.14: Chế độ làm việc của động cơ gắn điều tốc 
 1: Đặc tính ngoài; 2,3,4,5: Đặc tính bộ phận; 6: Đặc tính điều tốc; Phần gạch 
 chéo: khu vực làm việc do ảnh hưởng của độ nhạy bộ điều tốc 
 Nguyên lý của động cơ compact biogas-diesel làm việc bất kỳ chế độ nào và 
không cần cải tiến kỹ thuật gì khác khi chạy biogas giàu hoặc biogas nghèo. 
Nguyên lý có thể chế tạo sản phẩm công nghiệp mới, đó là động cơ dual fuel 
 46 
biogas-diesel chỉ cần thay đổi một số chi tiết của động cơ diesel phổ biến hiện nay. 
Điều này tạo thuận lợi ứng dụng biogas, tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ 
môi trường. 
 Chế độ hoạt động của động cơ tĩnh tại lắp điều tốc (hình 2.14) nằm trên 
đường vuông góc với trục hoành đi qua số vòng quay thiết kế (n0 ÷ nKT) tương ứng 
với công suất thiết kế (Nen ÷ 0 kW). Nen là công suất có ích được nhà sản xuất đảm 
bảo khi cho động cơ chạy trong điều kiện quy định. Đối với động cơ tĩnh tại kéo 
máy phát điện, công suất thiết kế là công suất cho phép động cơ chạy quá tải 10% ÷ 
20% trong thời gian 1 giờ. 
2.4. Tính toán bộ điều tốc biogas 
2.4.1. Sơ đồ tính toán và các thông số chọn 
 Hình 2.15 cho thấy khi khớp trượt chuyển vị một đoạn là Δx [m] thì quả văng 
m [kg] quay quanh tâm một góc Δα [rad] và lò xo biến dạng một đoạn Δy [m]. l1, l2 
và l3 [m]: các kích thước của càng điều khiển điều tốc. l4 [m]: chiều dài càng điều 
khiển bướm ga. Các thông số của bộ điều tốc được xác định bằng cách đo trực tiếp 
được trình bày trên bảng 2.6: 
 Hình 2.15: Sơ đồ tính toán điều tốc điều chỉnh van tiết lưu biogas dạng bướm 
 47 
 Bảng 2.6: Các thông số đo được của bộ điều tốc biogas 
 Thứ 
TT Thông số Ký hiệu Giá trị 
 nguyên 
1 Độ cứng lò xo k 450 kN/m 
2 Chiều dài ban đầu của lò xo l 35,3 mm 
3 Chiều dài tay đòn tác động lên khớp trượt l1 0,07 m 
4 Chiều dài tay đòn lò xo l2 0,02 m 
5 Chiều dài tay đòn điều khiển biogas l3 0,26 m 
6 Chiều dài tay đòn bướm ga l4 0,2 m 
7 Biến dạng ban đầu của lò xo Δl0 0,005 m 
8 Bán kính quay của quả văng r1 0,008 m 
9 Bán kính nâng khớp trượt của quả văng r2 0,012 m 
10 Bán kính tâm quay của khớp trượt r3 0,018 m 
11 Góc mở ban đầu của quả văng α0 0,049 rad 
12 Khối lượng quả văng m 0,02 kg 
13 Khoảng dịch chuyển tối đa của khớp trượt ∆x 0,01 m 
2.4.2. Các bước tính 
2.4.2.1. Tính lực phục hồi Fhp 
 Lực phục hồi Fph [N] là lực căng của lò xo Flx quy dẫn về đường chuyển vị 
của khớp trượt. 
 Biến dạng của lò xo khi làm việc: 
 l1
 ∆y=∆x. (2.16) 
 l3
 Lực căng của lò xo: 
 l1
 Flx k l00 y l k l x l N (2.17) 
 l3
 Lực phục hồi: 
 k l x l l l l
 l3 1 3 3 0 
 FFNph lx   (2.18) 
 ll11
 48 
2.4.2.2. Tính lực duy trì Fdt 
 Lực duy trì Fdt [N] là lực ly tâm của quả văng Flt quy dẫn về đường chuyển vị 
của khớp trượt. 
 Khi động cơ quay với tốc độ ω [rad/s], ta có lực ly tâm của quả văng là: 
 2
 Flt = m.ω .r [N] (2.19) 
 Góc quay của quả văng Δα [rad] theo chuyển vị của khớp trượt Δx: 
 ∆x = r2 sin(∆α) ( 2. 2 0) 
 Lực duy trì được xác định theo công thức: 
 2 1 xx 1 
 2mr1 0 sin r 1 sin 0 sin r 3
 rr22 
 21 (2.21) 
 FFNdt 2  
 x2
 2 r2
 r2
 Với: a r10sin  m 
 2
 b r2cos  m 
 r r3 r 1sin 0  m 
 2
 a
 FFN   
 lx b
2.4.2.3. Đặc tính cân bằng của khớp trượt 
 Khi ω > 0 thì khớp trượt sẽ nằm ở vị trí cân bằng nhờ điều kiện sau: 
 Fph – Fdt = 0 [N] (2.22) 
2.5. Kết luận 
 Kết quả nghiên cứu trên đây cho phép chúng ta rút ra được những kết luận 
sau: 
 - Tiêu chuẩn biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong và đề xuất tiêu 
chuẩn biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở Việt Nam. 
 - Cơ sở lý thuyết của hỗn hợp cung cấp cho động cơ dual fuel biogas-diesel. 
 49 
 - Nguyên lý của động cơ dual fuel biogas-diesel trình bày trong công trình 
này có thể áp dụng trên hầu hết các loại động cơ diesel khi chuyển sang chạy bằng 
biogas. 
 - Quy trình công nghệ cải tạo chuyển đổi và lắp đặt hoàn chỉnh bộ điều tốc 
biogas cho động cơ EV2600-NB ứng dụng dual fuel biogas-diesel. 
 - Lập sơ đồ và tính toán các thông số động học của bộ điều tốc biogas. 
 50 
 Chương 3 
 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY CỦA 
 ĐỘNG CƠ DUAL FUEL BIOGAS-DIESEL 
 Quá trình cháy của hỗn hợp biogas-không khí là một trong những yếu tố 
chính ảnh hưởng lớn đến tính năng kinh tế kỹ thuật và mức độ phát thải ô nhiễm 
của động cơ đốt trong. Chính vì thế, nghiên cứu quá trình cháy của nhiên liệu khí 
biogas cần được quan tâm một cách thấu đáo. 
 Việc nghiên cứu quá trình cháy bằng mô phỏng tỏ ra có nhiều ưu thế và định 
huớng tốt cho nghiên cứu thực nghiệm làm giảm đáng kể chi phí cho thực nghiệm. 
 Nội dung trong chương này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết xác định hệ số tương 
đương ϕ, quan hệ giữa tỉ lệ hỗn hợp f (fraction mixture) và hệ số tương đương ϕ của 
động cơ dual fuel biogas-diesel. Thiết lập các mô hình mô phỏng khác nhau của quá 
trình tạo hỗn hợp biogas-không khí bằng phần mềm động lực học chất lỏng Fluent. 
Tính toán quá trình cháy diesel và ảnh hưởng của nó trong động cơ dual fuel 
biogas-diesel. 
3.1. Cơ sở lý thuyết xác định hệ số tương đương ϕ 
 Hầu hết các động cơ đốt trong truyền thống có mặt trên thị trường đều có thể 
chuyển sang chạy bằng biogas. Việc chuyển đổi động cơ đánh lửa cưỡng bức sang 
chạy bằng biogas đơn giản chỉ bổ sung bộ chế hòa khí biogas [22]. Đối với động cơ 
diesel, việc chuyển đổi phức tạp hơn để cho phép động cơ làm việc theo chu trình 
dual fuel hay chu trình đánh lửa cưỡng bức [19], [32]. 
 Dù làm việc theo chu trình nào thì hệ số tương đương của hỗn hợp cũng ảnh 
hưởng lớn đến tính năng công tác của động cơ [46]. Vì vậy việc kiểm soát hệ số 
tương đương của hỗn hợp cung cấp vào động cơ là vấn đề cần quan tâm đầu tiên 
của hệ thống tự động điều khiển động cơ biogas. Trong công trình này, tác giả 
nghiên cứu hệ thống xác định hệ số tương đương ϕ của động cơ biogas làm nền tảng 
nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển tự động động cơ này. 
 51 
 Giả thiết biogas được xem chỉ chứa CH4 và CO2 thì hệ số tương đương ϕ 
được xác định theo biểu thức sau: 
 1600.X.Qbio
 ϕ= (3.1) 
 23.Qair[4X+11(100-X)]
 Trong đó: Qbio là lưu lượng biogas (kg/h). 
 Qair là lưu lượng không khí (kg/h). 
 X là thành phần CH4 trong biogas tính theo thể tích. 
 Như vậy để xác định được hệ số tương đương ϕ ta cần phải đo lưu lượng 
không khí và lưu lượng biogas. Có nhiều phương án khác nhau để đo lưu lượng của 
lưu chất như phương pháp cơ học, phương pháp dựa vào chênh lệch áp suất, 
phương pháp sợi nóng... trong đó phương pháp sợi nóng dựa vào xác định tốc độ 
dòng khí được sử dụng phổ biến trên các thiết bị công nghiệp. Nguyên lý của lưu 
lượng kế này dựa vào sự thay đổi nhiệt độ cảm biến do thay đổi tốc độ dòng chảy 
gây ra. Do truyền nhiệt đối lưu, khi dòng khí đi qua vật nóng thì vật nóng mất nhiệt 
nên nhiệt độ giảm. Dựa trên nguyên lý này người ta chế tạo lưu lượng kế kiểu nhiệt 
gồm một vật kim loại được sấy nóng bằng điện và cảm biến nhiệt để đo chênh lệch 
giữa truyền nhiệt