Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu CNG cho động cơ JA31E dùng trên xe Urban Concepte tham gia cuộc thi shell Eco-Marathon

 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số Đặc biệt 2018 58
KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU CNG CHO ĐỘNG CƠ 
JA31E DÙNG TRÊN XE URBAN CONCEPTE THAM GIA 
CUỘC THI SHELL ECO - MARATHON 
USING CNG FUEL FOR JA31E ENGINE TO URBAN CONCEPTE VEHICLE PARTICIPATING 
IN THE SHELL ECO-MARATHON 
Phạm Tất Thắng1,*, Nguyễn Xuân Tuấn2 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày phương pháp xác định các thông số của hệ thống cung cấp 
nhiên liệu CNG thay thế xăng trên động cơ JA31E, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của 
động cơ nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu CNG, đánh giá mức độ đáp 
ứng công suất của động cơ đối với xe Urban Concept tham gia cuộc thi Shell Eco-
Marathon. 
Từ khóa: CNG, Shell Eco-Marathon, AVL-Boost. 
ABSTRACT 
This article presents the methodology for determining the parameters of 
CNG replacement gasoline supply system on JA31E engine, the economic and 
technical indicators of the engine to evaluate the efficiency of CNG fuel 
utilization, evaluates the level of engine power response to Urban Concept 
vehicle participating in the Shell Eco-Marathon. 
Keywords: CNG (Compressed Natural Gas), Shell Eco-Marathon, AVL- Boost. 
1Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải 
2Khoa Công nghệ Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
*Email: phamthangdac@yahoo.com.vn 
Ngày nhận bài: 15/6/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 25/8/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 25/10/2018 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Động cơ JA31E dung tích 110cc chạy xăng đang được 
sử dụng trên xe Urban Concept tham gia cuộc thi lái xe sinh 
thái tiết kiệm nhiên liệu “Shell Eco-Marathon” do Shell 
Global tổ chức. Hạng mục xe sử dụng nhiên liệu CNG được 
Ban tổ chức Cuộc thi khuyến khích, nó cũng phù hợp với xu 
thế sử dụng các nhiên liệu thay thế trên thế giới. Để sử 
dụng nhiên liệu CNG cho động cơ JA31E cần có nghiên 
cứu tính toán lý thuyết nhằm đánh giá hiệu quả cũng như 
đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng CNG. 
2. LỰA CHỌN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CNG 
THAY THẾ 
Động cơ JA31E 110cc có hệ thống phun nhiên liệu vào 
trước cửa nạp. Theo tiêu chuẩn kỹ thuật của Cuộc thi, hệ 
thống cung cấp nhiên liệu phải là hệ thống phun nhiên liệu 
điện tử. Vì vậy, để chuyển đổi sử dựng nhiên liệu CNG cho 
động cơ JA31E đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn của Cuộc 
thi chỉ cần cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu thành hệ 
thống phun nhiên liệu CNG điện tử và cải tiến hệ thống 
đánh lửa điện tử phù hợp. Bài báo trình bày phương án và 
các tính toán lý thuyết liên quan đến hệ thống cung cấp 
nhiên liệu. 
- Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG như 
hình 1. 
Hình 1. Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG cho động cơ JA31E 
1. Bình chứa CNG cao áp; 2. Van điện từ đóng mở đường CNG; 3. Bộ giảm áp; 
4. Ống phân phối nhiên liệu; 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. 
- Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu CNG: 
Khi động cơ làm việc, nhiên liệu CNG chứa trong bình 
cao áp 1 đi qua van đầu bình và van điện từ 2 đến bộ giảm 
áp 3. Tại đây, áp suất của nhiên liệu CNG được giảm từ áp 
suất bình chứa xuống áp suất chênh áp với áp suất đường 
ống nạp là 3 kG/cm2 rồi đi qua bộ lọc bụi đến ống nhiên 
liệu 4 và vòi phun 8. Việc phun nhiên liệu CNG được thực 
hiện theo phương pháp phun vào cửa nạp của động cơ. 
Việc thay đổi lượng phun được thực hiện thông qua điều 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số Đặc biệt 2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59
khiển thay đổi độ dài thời gian mở vòi phun trong khi 
chênh áp suất trước và sau vòi phun được giữ cố định ở 3 
kG/cm2. Việc điều khiển phun được thực hiện bằng cách 
thay đổi độ rộng xung tín hiệu điện cấp đến vòi phun nhờ 
bộ điều khiển điện tử. Phương pháp này giúp dễ dàng điều 
chỉnh chính xác lượng nhiên liệu phun theo các chế độ làm 
việc khác nhau của động cơ. 
3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG CUNG 
CẤP CNG 
3.1. Tính toán lượng nhiên liệu CNG phun 
- Tổng lưu lượng khối lượng nhiên liệu khí CNG cần cấp 
vào động cơ: 
kk
nl
mm 
 (kg/s) (1) 
trong đó: mkk - Lưu lượng không khí nạp vào động cơ, 
(kg/s); α - Tỷ lệ không khí/nhiên liệu. 
- Khối lượng nhiên liệu CNG cấp cho một chu trình công 
tác mct: 
.
nl
nl
ct
m
120mim
n in
2 60
(kg/chu trình), kết hợp với (1) ta được: 
. .
kk
ct
120mm
i n
 (2) 
trong đó: i - Số xi lanh động cơ; n - Tốc độ vòng quay 
của động cơ, (v/ph). 
Lượng nhiên liệu cấp chu trình cũng có thể được tính 
theo biểu thức sau: 
mct = mp.t (3) 
trong đó: t - Thời gian phun (s); mp - Lưu lượng nhiên 
liệu phun qua vòi phun, (kg/s). 
. . . .pm S 2 p  (4) 
trong đó: µ - Hệ số lưu lượng, S - Tiết diện lỗ phun của 
vòi phun (m2); ρ - Khối lượng riêng của nhiên liệu CNG tại 
miệng lỗ phun; p - Chênh áp giữa trước và sau lỗ phun. 
Nếu coi nhiên liệu khí trong ống nạp là khí lý tưởng có 
nhiệt độ không đổi và bằng nhiệt độ khí nạp trong quá 
trình làm việc của động cơ, ta có: 
ppv const 
trong đó: p, v - Áp suất tuyệt đối (N/m2), thể tích riêng 
tại miệng lỗ phun (m3). 
Khối lượng riêng của nhiên liệu khí ρ tại áp suất p ở chế 
độ tải nào đó được xác định: 
tt
tt
pp

, do đó tt
tt
p  
Khi đó, biểu thức (4) được viết lại là: 
. . .ttp p
tt
m S 2 p p
p
  
Chênh áp trước và sau lỗ phun được duy trì ổn định ở 
3bar với mọi chế độ làm việc của động cơ. Ở chế độ toàn 
tải, p ≈ ptt ≈1bar. Ở điều kiện áp suất này và nhiệt độ khí 
nạp 350C, thì ρtt = 0,706 kg/m3; µ ≈ 0,8. Khi đó, biểu thức 
tính lưu lượng phun của vòi phun: 
,pm 1 65S p (5) 
Khối lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh trong một chu 
trình trở thành: 
,ctm 1 65S p t (6) 
3.2. Tính toán tiết diện lỗ phun của vòi phun 
Kết hợp biểu thức (6) và (3) ta có : 
,kk
120m 1 65S p t
in
 (7) 
Diện tích tiết diện lỗ phun được tính theo biểu thức: 
, kk72 73mS
in t p
 (8) 
Thời gian phun tối đa trong một chu trình phải nhỏ hơn 
thời gian sẵn có của chu trình, với ,ct
120t 0 016s 16ms
n
 . 
Trong thiết kế, thời gian phun tối đa thường bằng 0,5tct và 
thời gian vận động của kim phun khoảng 4ms. 
Với động cơ JA31E sử dụng CNG có: i = 1, n = 7500v/ph, 
 = 16,8, mkk = 1,57.10-3 kg/s, ta xác định được tiết diện cần 
thiết của lỗ vòi phun: S = 0,37mm2. 
3.3. Thời gian phun (t) ở các chế độ làm việc 
Từ biểu thức (3), (5) và (6) ta rút ra được: 
,
. . . kk
m72 73 1 1t
iS np
 (9) 
Trong công thức (9), i, S đã biết và không thay đổi. Động 
cơ CNG khi vận hành ở điều kiện ổn định thì hỗn hợp được 
điều chỉnh đảm bảo α lân cận αlt, (αlt 16,8/1). Khi đó, t tỷ lệ 
thuận mkk, tỷ lệ nghịch với n và căn bậc 2 của p, và được coi 
là thời gian phun cơ bản tcb. 
Ở các chế độ làm việc khác thường có α < αtt, tức là: 
1 1
lt
. Do đó, có thể viết 
lt
1 1k 
với k 1 là hệ số 
hiệu chỉnh thời gian phun ở các chế độ. 
Tóm lại, mỗi chu trình công tác, nhiên liệu được phun 
một lần, thời điểm phun được chọn giống như thời điểm 
phun xăng của động cơ nguyên thuỷ. Lượng nhiên liệu 
phun của mỗi chu trình được điều chỉnh bằng cách thay 
đổi độ dài thời gian phun theo lưu lượng khí nạp, tốc độ và 
áp suất tuyệt đối đường ống nạp và đồng thời điều chỉnh 
hệ số điều chỉnh độ dài thời gian phun theo các thông số 
thể hiện điều kiện vận hành quá độ của động cơ kα. 
3.4. Tính toán điều khiển vòi phun CNG trên động cơ 
JA31E 
Việc thiết kế hệ thống điều khiển phun CNG trên động 
cơ JA31E được dựa trên nguyên tắc tận dụng tối đa các 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số Đặc biệt 2018 60
KHOA HỌC
bộ phận của hệ thống điều khiển phun xăng của động cơ 
này. Hệ thống phun xăng của động cơ cũng là hệ thống 
điều khiển phun vào trước cửa nạp, việc điều khiển lượng 
phun bằng cách thay đổi độ dài thời gian phun trong khi 
chênh áp nhiên liệu trước và sau vòi phun được duy trì 
không đổi. 
Khối lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình mct-xang 
cũng được tính theo lưu lượng khí nạp tương tự biểu thức 
(2) đối với nhiên liệu CNG. 
kk
ct xang
xang
120mm
in 
 (10) 
trong đó: xang - Tỷ lệ không khí/xăng của hỗn hợp cấp. 
mct-xang cũng có thể được tính theo lưu lượng vòi phun: 
 mct-xang = mp-xang.txang (11) 
trong đó: txang - Thời gian phun; mp-xang - Lưu lượng vòi 
phun xăng: mp-xang = Vp-xang.ρxang với Vp-xang - Lưu lượng thể 
tích, coi như không đổi, ρxang - Tỷ trọng của xăng, coi như 
không đổi, nên mp-xang được coi là không đổi ở mọi chế độ 
làm việc của động cơ. 
Kết hợp (10) và (11) ta có độ dài thời gian phun của 
chu trình: 
. .
.
kk
xang
xang xang
m120 1t
im n
 (12)
So sánh độ dài thời gian phun CNG (t) và độ dài thời 
gian phun xăng (txang) ở cùng chế độ tải và tốc độ, ta có: 
,
. .
p xang xang
xang
0 6mt 1
t S p
 (13) 
Ở chế độ làm việc ổn định chuẩn từ tải nhỏ đến gần 
toàn tải của động cơ thì cả động cơ khi sử dụng xăng và khi 
sử dụng CNG đều có hệ số dư lượng không khí được kiểm 
soát lân cận 1, tức là tỷ lệ không khí/nhiên liệu được điều 
chỉnh đạt giá trị lân cận tỷ lệ cân bằng hoá học lý thuyết 
( ,lt xang 14 7 , ,lt 16 8 ), nên 
xang 
= hằng số. 
Do đó, biểu thức (13) có thể được viết lại như sau: 
1
.
xang
t k
t p
 (14) 
trong đó, , .p xang xang
0 6m
k
S
 là một hằng số không 
thay đổi trong quá trình làm việc của động cơ k = 0,52; 
p - Áp suất tuyệt đối trong ống nạp (N/m2) và thay đổi theo 
tải của động cơ. 
Như vậy, độ dài thời gian phun CNG có thể được xác 
định theo độ dài thời gian phun xăng của hệ thống điều 
khiển phun xăng nguyên thuỷ của động cơ và áp suất tuyệt 
đối trong đường ống nạp. Do đó, bộ điều khiển phun CNG 
(ECU-gas) sẽ dùng tín hiệu điều khiển là tín hiệu điều khiển 
phun nhiên liệu của ECU động cơ nguyên thuỷ và tín hiệu 
áp suất tuyệt đối của ống nạp. Hệ số hiệu chỉnh k được điều 
chỉnh và xác định khi cài đặt hộp điều khiển ECU-gas sao 
cho hệ số dư lượng không khí 1 . 
Tóm lại, để sử dụng CNG theo phương pháp phun vào 
trước cửa nạp cho động cơ JA31E ta cần trang bị các bộ 
phận sau: 
- Hộp điều khiển ECU-gas: lấy tín hiệu điều khiển phun 
(tín hiệu ra) của ECU của hệ thống phun xăng nguyên thuỷ 
và tín hiệu áp suất tuyệt đối của ống nạp của động cơ và 
điều chỉnh hệ số khuếch đại k để có hệ số dư lượng không 
khí của động cơ CNG là 1 . 
- Trang bị thêm vòi phun CNG có đường kính lỗ phun 
0,34 mm. 
- Bộ phun nhiên liệu và đánh lửa điện tử của động cơ 
110cc Fi. 
4. TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 
4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán 
4.1.1. Các giả thiết 
Các giả thiết đối với hỗn hợp hình thành bên ngoài 
xilanh: 
- Hỗn hợp đồng đều tại thời điểm bắt đầu cháy. 
- Tỷ lệ A/F không thay đổi trong quá trình cháy. 
- Hỗn hợp cháy và chưa cháy có cùng áp suất và nhiệt 
độ mặc dù thành phần khác nhau. 
4.1.2. Động lực học chất khí một chiều trong đường 
ống 
Phương trình liên tục: 
( . )
. . .
u 1 dAu
t x A dx
  
 
 (15) 
Phương trình bảo toàn động lượng: 
( . ) ( . )
. . .
2
2 RFu u p 1 Au
y x A x V
  
  
 (16) 
Phương trình năng lượng: 
WqE [u.(E p)] 1 dAu.(E p). .
t x A dx V
  
 
 (17) 
trong đó: ρ - Mật độ; u - Vận tốc dòng chảy; x - Trục dọc 
theo ống; A - Diện tích tiết diện ống; t - Thời gian; p - Áp 
suất tính; FR - Lực ma sát thành ống; cv - Nhiệt dung đẳng 
tích; T - Nhiệt độ; qw - Nhiệt truyền qua thành; V - Thể tích 
của ông; E - Năng lượng của khí. 
. . . 2v
1E c T u
2
4.1.3. Phương trình nhiệt động học 1 
Thể hiện mối quan hệ giữa sự biến thiên của nội năng 
(hay enthaphy) với sự biến thiên của nhiệt và công. 
 w. .c F BBc BB
d m u dQdQ dmdVp h
d d d d d 
  
 (18) 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số Đặc biệt 2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 61
trong đó: BBdm
d 
 - Lưu lượng khối của dòng khí lọt; 
mc - Khối lượng môi chất bên trong xilanh; u - Nội năng; 
pc - Áp suất bên trong xilanh; V - Thể tích xilanh; QF - Nhiệt 
lượng của nhiên liệu cung cấp; Qw - Nhiệt lượng tổn thất 
cho thành; α - Góc quay trục khuỷu; hBB - Enthaphy của khí 
lọt (blow-by). 
4.1.4. Quy luật cháy Vibe 
Được xác định thông qua các thông số như: điểm bắt 
đầu cháy, thời gian cháy, tham số đặc trưng cháy m: 
 . .. . .
m 1m 6 908 y
c
dx 6 908 m 1 y e
d
 (19) 
ở đây: ; 0
c
dQdx y
Q
trong đó: Q - Nhiệt lượng do nhiên liệu sinh ra; α - Góc 
quay trục khuỷu; α0 - Điểm bắt đầu cháy; Δαc - Khoảng thời 
gian cháy; m - Tham số đặc trưng cháy. 
4.1.5. Truyền nhiệt trong mô phỏng một chiều 
Quá trình truyền nhiệt từ buồng cháy qua thành buồng 
cháy như nắp xilanh, piston và lót xilanh được tính dựa vào 
phương trình truyền nhiệt sau: 
 w w w. .i i c iQ A T T (20) 
trong đó: Qwi - Nhiệt lượng truyền cho thành (nắp 
xilanh, piston, lót xilanh); Ai - Diện tích truyền nhiệt (nắp 
xilanh, piston, lót xilanh); α w - Hệ số truyền nhiệt; Tc - Nhiệt 
độ môi chất trong xilanh; Twi - Nhiệt độ thành (nắp xilanh, 
piston, lót xilanh). 
4.1.6. Hệ số mô hình truyền nhiệt theo mô hình 
Woschni 1978 
,
,, ,
w ,
, ,
.
. . . . . . .
.
0 8
D c 10 2 8 0 53
c c 1 m 2 c c 0
c 1 c 1
V T
130 D p T C c C p p
p V
 (21) 
với: , , . u1
m
cC 2 28 0 308
c
trong đó: C2 = 0,00324 đối với động cơ phun trực tiếp; 
C2 = 0,00622 đối với động cơ phun gián tiếp; D - Đường 
kính xilanh; cm - Tốc độ trung bình của piston; cu - Tốc độ 
tiếp tuyến; VD - Thể tích công tác của 1 xilanh; pc - Áp suất 
môi chất bên tron xilanh; pc,0 - Áp suất khí trời; Tc,1 - Nhiệt độ 
môi chất trong xilanh tại thời điểm đóng xupap nạp; 
pc,1 - Áp suất môi chất trong xilanh tại thời điểm đóng 
xupap nạp. 
4.1.7. Trao đổi nhiệt tại cửa nạp 
w
.
w w( ).
p
p
A
m c
d uT T T e T
 (22) 
trong đó: α w - Hệ số trao đổi nhiệt tại các cửa; Td - Nhiệt 
độ trước cửa; Aw - Diện tích bề mặt cửa; Td - Nhiệt độ sau 
cửa; Tw - Nhiệt độ thành cửa; Cp - Nhiệt dung riêng đẳng áp. 
- Dùng cho dòng chảy ra: 
, , ,. . . . ,2 0 44 0 5 1 5 vp 4 5 u 6 u u vi
vi
hC C T C T T m d 1 0 797
d
 (23) 
- Dùng cho dòng chảy vào: 
, , ,. . . . ,2 0 33 0 68 1 68 vp 7 8 u 9 u u vi
vi
hC C T C T T m d 1 0 765
d
 (24) 
trong đó: hv - Độ nâng xupap; dvi - Đường kính trong của 
đế xupap. 
4.1.8. Lưu lượng dòng khí nạp và thải: 
. .eff 01
0 01
dm 2p
dt R T
   (25) 
trong đó: dm
dt
- Lưu lượng dòng khí; Aeff - Diện tích tiết 
diện lưu thông; P01 - Áp suất trước họng hút; T01 - Nhiệt độ 
trước họng hút; Ro - Hằng số chất khí. 
4.2. Thiết lập mô hình mô phỏng động cơ JA31E bằng 
phần mềm AVL - Boost 
Để có cơ sở đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu CNG 
thay thế xăng, ta tiến hành mô phỏng tính toán các chỉ tiêu 
kinh tế kỹ thuật của động cơ JA31E bằng phần mềm AVL - 
Boost trong hai trường hợp sử dụng nhiên liệu xăng RON 
92 và CNG. 
Các số liệu của động cơ thực (bảng 1). 
Bảng 1. Thông số cơ bản của động cơ JA31E [5] 
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
Hành trình piston S mm 55,6 
Đường kính xi lanh D mm 50 
Số xi lanh I cái 1 
Công suất định mức N0 kW 6,18 
Mômen cực đại Memax Nm 8,65 
Số vòng quay ứng với mô men cực đại nM v/ph 5500 
Số vòng quay định mức nđm v/ph 7500 
Tỉ số nén ε - 9:1 
Trình tự xây dựng mô hình động cơ: 
- Thiết lập mô hình: Thiết lập và kết nối các phần tử, đặt 
các điểm đo (hình 2, 3). 
Hình 2. Các phần tử được thiết lập và kết nối 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số Đặc biệt 2018 62
KHOA HỌC
Hình 3. Đặt các điểm đo 
- Lựa chọn thuật toán, thiết lập các điều kiện biên, nhập 
các tham số đầu vào như bảng 2, hình 4. 
Bảng 2. Thông số dữ liệu đầu vào và điều kiện biên của mô hình 
TT Thông số Đơn vị Giá trị 
1 Mô hình nhiên liệu Đa nhiên liệu 
2 Tốc độ lớn nhất của đông cơ v/ph 7500 
3 Hình thành hỗn hợp Bên ngoài 
4 Áp suất môi trường Bar 1 
5 Nhiệt độ môi trường 0C 24,85 
6 Nhiên liệu Xăng/CNG 
7 Số kỳ Kỳ 4 
8 Số chu trình lặp [-] 30 
9 Hệ số ma sát - Mặc định 
Hình 4. Mô hình hoàn chỉnh mô phỏng động cơ JA31E bằng phần mềm 
AVL - Boost 
- Chạy mô hình mô phỏng và trích xuất ra kết quả. 
4.3. Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ 
JA31E 
Kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động 
cơ JA31E khi sử dụng xăng RON 92 và CNG ở chế độ toàn tải 
được trình bày và phân tích như dưới đây: 
- Công suất của động cơ: 
Hình 5. Công suất động cơ JA31E khi sử dụng xăng RON92 và CNG 
Từ hình 5 ta thấy, trên toàn dải tốc độ, công suất của 
động cơ khi sử dụng CNG đều thấp hơn so với khi sử dụng 
xăng khoảng 7% - 12%. Vấn đề có thể được giải thích: 
Nhiên liệu CNG ở dạng khí khi được nạp vào xi lanh động 
cơ cùng với không khí nạp nó sẽ chiếm chỗ của không khí 
nạp trong xi lanh, dẫn đến giảm lượng hỗn hợp khí nạp vào 
xi lanh, do đó làm giảm công suất. 
- Momen xoắn của động cơ (hình 6): 
Hình 6. Momen xoắn của động cơ JA31E khi sử dụng xăng và CNG 
- Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ (hình 7): 
Hình 7. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ JA31E khi sử dụng xăng và CNG 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số Đặc biệt 2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 63
Đồ thị hình 7 cho thấy, suất tiêu hao nhiên liệu của 
động cơ được cải thiện rõ rệt khi sử dụng nhiên liệu CNG so 
với nhiên liệu xăng. Mức giảm tiêu hao nhiên liệu trung 
bình khoảng 5% khi sử dụng CNG so với khi sử dụng xăng. 
Do CNG có nhiệt trị khối lượng cao hơn xăng nên công suất 
sinh ra tính trên một đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ 
cao hơn. 
4.4. Tính toán khả năng đáp ứng công suất của động cơ 
JA31E khi sử dụng nhiên liệu CNG đối với xe Urban 
Concept 
 Công suất lớn nhất cần thiết của động cơ để đảm 
bảo xe chuyển động ở vận tốc lớn nhất vmax = 70 km/h: 
 max max
max
. . . .
,
2
t
v G K F v
Ne 4 15
 

 (kW) (26) 
trong đó: G - Trọng lượng toàn bộ của xe, G = 1950 (N), 
K - Hệ số cản khí động học, K = 0,25 (Ns2/m4); F - Diện tích 
cản chính diện của xe: F = 0,8.B.H = 0,8.1,3.1,3 = 1,352 (m2); 
 - Hệ số cản tổng cộng của đường khi xe chuyển động 
trên đường bằng,  = 0,02; t - Hiệu suất của hệ thống 
truyền lực, t = 0,87. 
Nhận xét: Động cơ JA31E khi chuyển đổi sang sử dụng 
nhiên liệu CNG đạt công suất cực đại Nemax = 5,15 kW, 
có thể đáp ứng được công suất cần thiết để đảm bảo xe 
Urban Concept chuyển động được với vận tốc lớn nhất 
vmax = 70km/h. 
5. KẾT LUẬN 
Bài báo đã tính toán xác định các thông số cơ bản của 
hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG thay thế xăng cho động 
cơ JA31E, đề xuất phương án cải tiến hệ thống cung cấp 
nhiên liệu của động cơ. Tính toán đánh giá các chỉ tiêu kinh 
tế kỹ thuật của động cơ khi sử dụng nhiên liệu CNG bằng 
phần mềm AVL - Boost. Kết quả tính toán cho thấy công 
suất và mô men xoắn của động cơ đều giảm khoảng 7 ÷ 
12% so với khi sử dụng nhiên liệu xăng, trong khi suất tiêu 
hao nhiên liệu cũng giảm khoảng 5%, điều này có lợi khi 
xét về khía cạnh giảm tiêu hao nhiên liệu; Động cơ JA31E 
dùng CNG vẫn đáp ứng đủ công suất cho xe sinh thái 
Urban Concept tham gia cuộc thi Shell Eco-Marathon. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục. 
[2]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến (1979), 
Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong I, II, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp. 
[3]. Nguyễn Thành Trung (2016), Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang 
sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, Luận án tiến sỹ, Đại học 
Bách khoa Hà Nội. 
[4]. Bài giảng phần mềm AVL Boost, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học 
Bách khoa Hà Nội. 
[5].