Thiết kế, hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG) cho ôtô con

Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG) cho ôtô con”. Đồ án của em gồm 4 chương chính: Chương I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng trên các phương tiện vận tải. Chương II: Thiết kế, lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng trên ôtô con. Chương III: Tính toán động lực học kéo. Chương IV: Đề xuất các biện pháp hỗ trợ.Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí Ôtô, đặc biêt là thầy giáo PGS. TS Cao Trọng Hiền và KS. Nguyễn Hùng Mạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện, để đồ án của em có thể hoàn thành đúng tiến độ, đảm bảo các yêu cầu về nội dung. Em cũng xin cảm ơn Công ty Cơ khí Ôtô Ngô Gia Tự đã tận tình giúp đỡ em tham khảo thực tế việc ứng dụng công nghệ Autogas trên ôtô con. Tuy nhiên, vì kiến thức chuyên môn cũng như hiểu biết thực tế có hạn, hơn nữa đề tài là vấn đề mới của chuyên ngành, nên mặc dù đã rất cố gắng, song Đồ án của em chắc chắn khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn Cơ khí Ôtô để em có thể nắm bắt sâu hơn vấn đề nghiên cứu.Em xin chân thành cảm ơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ , LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

KHÍ GAS HÓA LỎNG (LPG ) CHO Ô TÔ CON

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.Cao Trọng Hiền

Sinh viên Thực Hiện: Phạm Minh Tâm

Lớp : Cơ Khí Ô Tô

Khóa 46

Hà Nội – 2010

Mục lục

Trang

Lời nói đầu 5

Chương I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng trên các phương tiện vận tải 7

I.1 Tính ưu việt của nhiên liệu khí gas hoá lỏng 7

I.2 Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏngtrong nước và trên thế giới 14

I.3 Tình hình sử dụng, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu

khí gas hoá lỏng trong nước và trên thế giới 16

I.4 Sự cần thiết của đề tài 19

Chương II: Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu

khí gas hoá lỏng trong nước và trên thế giới 21

II.1 Lựa chọn ôtô cơ sở 21

II.2 Lựa chọn phương án thiết kế .23

II.3 Lựa chọn các cụm thiết bị chính 27

II.4 Tính toán thiết kế bộ trộn 33

II.5 Lắp đặt hệ thống CCNL khí gas hoá lỏng 41

Chương III: Tính toán động lực học kéo

44 III.1 Xác định công suất cực đại và mômen cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng 44

III.2 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 46

III.3 Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo của ôtô 49

Chương IV: Đề xuất các biện pháp hỗ trợ

60 IV.1 Xây dựng các trạm cấp nhiên liệu LPG

60 IV.2 Các biện pháp về kinh tế và quản lý 62

IV.3 Xiết chặt các tiêu chuẩn về khí xả

63 Kết luận 66

Tài liệu tham khảo 68

Nội dung file đính kèm : Bản vẽ thiết kế

Lời nói đầu

Như chúng ta đã biết, ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường khôngkhí, hiện nay không còn là vấn đề của riêng một quốc gia nào, mà đã trở thànhvấn đề mang tính toàn cầu Bầu khí quyển bị ô nhiễm nặng nề không chỉ ảnhhưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, mà còn là nguyên nhân của hàngloạt các vấn đề nan giải khác, đặc biệt là hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” làmTrái Đất ấm dần lên

Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm bầu khí quyển là do các chất độc hạicủa các ngành công nghiệp phát thải vào không khí gây ra, trong đó tác nhânchủ yếu là khí thải của các phương tiện giao thông Tại hầu hết các quốc giatrên thế giới hiện nay, vấn đề hạn chế sự ô nhiễm của khí thải các phương tiệngiao thông là một trong những vấn đề ưu tiên hàng đầu nhằm bảo vệ môitrường, bảo vệ bầu khí quyển Rất nhiều biện pháp đã được đưa ra nhằm cảitiến động cơ, hạn chế mức độc hại của khí thải Một trong những biện phápđang được xem trọng hiện nay là thay thế nhiên liệu sử dụng cho động cơ, từnhiên liệu truyền thống (xăng, dầu diesel) sang các nhiên liệu sạch (nhiên liệukhí, nhiên liệu sinh học, điện năng), trong đó phương án sử dụng nhiên liệu khí,đặc biệt là khí dầu mỏ hoá lỏng LPG, được ứng dụng rộng rãi hơn cả

Đối với Việt Nam, mặc dù công nghiệp mới phát triển, song tình trạng ônhiễm bầu khí quyển cũng đã ở mức báo động Để cải thiện tình trạng này,trong những năm gần đây, việc sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hoá lỏng làmnhiên liệu cho các phương tiện giao thông đã được đẩy mạnh Việc sử dụngnhiên liệu LPG cho ôtô, xe máy ở Việt Nam không chỉ làm giảm đáng kể cácchất ô nhiễm trong khí thải, mà nó còn giúp chúng ta chủ động nguồn nănglượng, tiết kiệm ngân sách nhập khẩu xăng dầu Hiện nay, công nghệ và thiết bị

chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho ôtô của các nước tiên tiếnnhư Ý, Nhật, Mỹ, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc, đã tương đối hoàn thiện.Nghiên cứu ứng dụng công nghệ này đối với điều kiện cụ thể của nước ta làmột nhu cầu hết sức cấp thiết.

Với mong muốn tìm hiểu và tiếp cận các vấn đề mới về khoa học – côngnghệ của chuyên ngành, em đã chọn đề tài cho Đồ án Tốt nghiệp của mình là

“Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG) cho ôtô con” Đồ án của em gồm 4 chương chính:

- Chương I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng trêncác phương tiện vận tải

- Chương II: Thiết kế, lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng trên ôtô con

- Chương III: Tính toán động lực học kéo

- Chương IV: Đề xuất các biện pháp hỗ trợ

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn Cơkhí Ôtô, đặc biêt là thầy giáo PGS TS Cao Trọng Hiền và KS Nguyễn HùngMạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện, để đồ áncủa em có thể hoàn thành đúng tiến độ, đảm bảo các yêu cầu về nội dung Emcũng xin cảm ơn Công ty Cơ khí Ôtô Ngô Gia Tự đã tận tình giúp đỡ em thamkhảo thực tế việc ứng dụng công nghệ Autogas trên ôtô con Tuy nhiên, vì kiếnthức chuyên môn cũng như hiểu biết thực tế có hạn, hơn nữa đề tài là vấn đềmới của chuyên ngành, nên mặc dù đã rất cố gắng, song Đồ án của em chắcchắn khó tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầygiáo trong bộ môn Cơ khí Ôtô để em có thể nắm bắt sâu hơn vấn đề nghiêncứu

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30/4/2005

Sinh viênNguyễn Quốc Dũng

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ GAS HOÁ LỎNG TRÊN CÁC PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

I.1 Tính ưu việt của nhiên liệu khí gas hoá lỏng:

Vào thời điểm chiếc ôtô đầu tiên lăn bánh trên đường năm 1908, đánhdấu bước ngoặt quan trọng của ngành công nghiệp động cơ, ngành khai thác vàchế biến dầu mỏ đã đi qua 50 năm đầu tiên trong sự phát triển của mình Giếngdầu đầu tiên được khai thác vào tháng 8 năm 1859 tại Pensylvania (Mỹ) và tạithời điểm đó, sản phẩm có giá trị nhất mà người ta chế biến được mới chỉ làdầu hoả Mười năm đầu thế kỷ 20 đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệpôtô và cũng chính là tiền đề cho sự phát triển của loại nhiên liệu lỏng quantrọng bậc nhất hiện nay: đó là xăng dầu Có thể nói, sự phát triển không ngừngcủa hai ngành công nghiệp chủ chốt: công nghiệp ôtô và công nghiệp dầu mỏ,

đã đóng góp rất lớn cho nền công nghiệp thế giới nói riêng và nền văn minhnhân loại nói chung

Tuy nhiên, thế kỷ 20 cũng ghi nhận mặt trái của sự phát triển này: đó làtình trạng ô nhiễm môi trường Vấn đề môi trường giờ đây đã trở thành vấn đềthời sự nóng bỏng mang tính toàn cầu Theo đánh giá của các nhà khoa học,hiện nay, khí xả từ động cơ của các phương tiện giao thông, đặc biệt là động cơôtô, đã trở thành tác nhân gây ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển, ảnh hưởngrất lớn đến sức khỏe con người, gây ra hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” làm

biến đổi khí hậu Trái Đất Một bản báo cáo về môi trường gần đây đã cho thấy:

có khoảng 80% khí CO, 60% khí Hiđrô Cacbon và 40% Ôxit Nitơ (NOx) cótrong bầu khí quyển hiện nay là do khí thải của động cơ đốt trong gây ra

Nhận thức rõ tính nghiêm trọng của vấn đề, ngay từ những năm 1950,các nước có nền công nghiệp phát triển trên thế giới đã bước đầu đặt ra cácđiều luật về môi trường cũng như các tiêu chuẩn về khí thải áp dụng cho động

cơ đốt trong với mức độ nghiêm ngặt ngày một tăng Thực tế này đã buộc cácnhà chế tạo ôtô phải tìm cách nghiên cứu, cải tiến sản phẩm của mình nhằmhạn chế nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ Rất nhiều phát minh,cải tiến kỹ thuật đã ra đời, trong đó một số đã được áp dụng và bước đầu chohiệu quả tốt Những xu thế chính của các phát minh này có thể tóm tắt như sau:

- Thứ nhất, đó là sử dụng năng lượng điện để chạy ôtô Xu hướngnày tỏ ra không mấy khả quan vì nếu sử dụng nguồn năng lượng hoá thạch đểsản xuất điện nạp cho ắcqui, từ đó cung cấp cho ôtô thì mức độ ô nhiễm chưachắc đã giảm, hơn nữa khả năng tích trữ điện của ắcqui không cao sẽ làm giảmphạm vi hoạt động của phương tiện Còn nếu ta sử dụng năng lượng mặt trời đểchuyển hoá thành điện năng thì sẽ đảm bảo sạch tuyệt đối, song hiệu suất thunăng lượng của pin mặt trời lại rất thấp Ngày nay người ta thường sử dụngđiện năng như là một nguồn năng lượng kết hợp trên các ôtô hybrid Đó lànhững chiếc ôtô được trang bị hệ thống động lực kết hợp gồm một động cơ đốttrong (động cơ xăng hoặc diesel) và một động cơ điện Sự kết hợp này chophép tận dụng tối đa lợi ích của hai nguồn lực khác nhau, do đó tiết kiệm đượcnhiên liệu và giảm lượng khí thải Các hãng ôtô lớn trên thế giới đã và đangcho ra đời những chiếc xe loại này Đi đầu trong phát triển công nghệ hybrid làHonda và Toyota Hai hãng này đã bắt đầu bán xe hybrid tại thị trường Nhật từcuối thập kỷ 90 Tại Mỹ, Ford Motors là hãng xe đi tiên phong trong công nghệnày Họ đã chế tạo thử thành công chiếc xe mẫu Mecury Meta One sử dụngmột động cơ diesel V6 turbo kép và một động cơ điện, sẽ tung ra thị trường

trong thời gian trước mắt Hai hãng ôtô lớn khác là General Motors và DaimlerChrysler cũng đã quyết định cùng hợp tác để nghiên cứu sản xuất xe hybrid, dựkiến chiếc xe đầu tiên sẽ ra đời vào năm 2007.

- Thứ hai, hiện đại hoá động cơ đốt trong truyền thống Đây là xuhướng đang được chú trọng hiện nay Các hãng chế tạo ôtô lớn trên thế giớiliên tục áp dụng những thành tựu mới trong công nghệ vật liệu, cơ khí chínhxác, điện tử tin học để điều khiển các quá trình làm việc của động cơ đốt trong,nhờ đó quá trình công tác của động cơ ngày càng được tối ưu hoá, và mức độphát sinh ô nhiễm cũng giảm Trước hết phải kể tới những bước tiến mới trongcông nghệ xử lý khí xả của động cơ (đặc biệt là động cơ diesel) Tiêu biểu cho

xu thế này là công nghệ sử dụng phin lọc khí thải Cụ thể: hãng Volvo Trucks

đã lắp cho các động cơ xe tải của mình hệ thống CRT (ContinuouslyRegenerating Trap), cho phép giảm tới (80÷90)% nồng độ CO, HC, NO vàmuội than trong khí xả Hãng PSA Peugeot Citron cũng đã chế tạo thàng côngphin lọc khí thải lắp trên xe Peugeot 607 với động cơ diesel HDI Bên cạnh đó,hoàn thiện quá trình cháy của nhiên liệu trong xilanh cũng là một biện phápgiảm khí thải hiệu quả Đây là xu thế được các hãng ôtô Nhật và Đức đặc biệtchú trọng, vì nó đồng thời còn cho phép tiết kiệm nhiên liệu Nhìn chung, mặc

dù đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, song đây là xu hướng đòi hỏi đầu tưrất lớn và thời gian dài, vì động cơ đốt trong ngày nay đã khá hoàn hảo

- Xu hướng thứ ba, đó là sử dụng các loại nhiên liệu thân thiệnvới môi trường Đây được đánh giá là giải pháp mang lại nhiều lợi ích, vì ngoàitác dụng bảo vệ môi trường, nó còn giúp đa dạng hoá nguồn nhiên liệu Trongtương lai, các loại nhiên liệu sạch sẽ dần thay thế cho nguồn nhiên liệu truyềnthống lâu nay là dầu mỏ, đã sắp cạn kiệt sau gần 1,5 thế kỷ khai thác

Trong các loại nhiên liệu sạch đã được nghiên cứu sử dụng, các loại dầuthực vật, nhiên liệu sinh học, là những loại nhiên liệu tái sinh có nhiều ưu thế

với các nhiên liệu truyền thống Chính vì vậy, các loại nhiên kiệu khí (khíhiđrô, khí thiên nhiên nén CNG, khí dầu mỏ hoá lỏng LPG) là sự lựa chọn đượccác nhà khoa học quan tâm nhất hiện nay.

So sánh ưu, nhược điểm của ba loại nhiên liệu trên, khí dầu mỏ hoá lỏngLPG được coi là có ưu thế hơn cả Sử dụng khí hiđrô làm nhiên liệu cho động

cơ có lợi thế vượt trội về mặt môi trường, song vấp phải trở ngại lớn về mặt kỹthuật và an toàn Khí hiđrô rất “sạch” vì khi cháy chỉ tạo ra nước (dù khí NitơÔxit, sản sinh ra trong mọi quá trình cháy, cũng gây ra những quan ngại nhấtđịnh cho môi trường), nguồn tài nguyên hiđrô lại gần như vô tận và có thể táitạo được Tuy nhiên, việc tồn trữ, vận chuyển và sử dụng hiđrô gặp rất nhiềukhó khăn và tốn kém, độ an toàn lại thấp vì hiđrô rất dễ bay hơi, dễ nổ, khónhận biết khi bị rò rỉ (hiđrô không có mùi) Hơn nữa, phương pháp tốt nhất đểtạo ra hiđrô là điện phân nước, nghĩa là ta lại phải sử dụng các nguồn nănglượng hoá thạch để tạo ra điện Như vậy, xét rộng ra thì lợi thế về mặt môitrường của hiđrô lại không còn đáng kể

Khí thiên nhiên CNG có ưu điểm hơn khí dầu mỏ hoá lỏng LPG là quátrình cháy lý tưởng hơn (do thành phần chính là mêtan CH4), ngoài ra sự phân

bố trữ lượng về mặt địa lý cũng đồng đều hơn chứ không mất cân đối như dầu

mỏ Tuy nhiên, nhược điểm lớn của CNG là phải tồn chứa trong bình áp suấtcao (khoảng 250 atm), trong khi khí dầu mỏ hoá lỏng LPG có thể tồn tại dướidạng lỏng ở áp suất chỉ có 7 atm (nghĩa là thấp hơn gần 36 lần) Như vậy, CNGkhông thể so sánh được với LPG về tính linh hoạt trong tồn trữ, vận chuyển vàphân phối Thực tế cho thấy ở đâu cần sự linh hoạt trong phân phối thì ở đóLPG luôn chiếm ưu thế Tóm lại, xét trên mọi khía cạnh thì phương án sử dụngkhí dầu mỏ hoá lỏng LPG cho động cơ đốt trong nhằm giảm lượng khí thải gây

ô nhiễm môi trường là phù hợp nhất

LPG là tên viết tắt ba chữ cái đầu của cụm từ tiếng Anh: Liquefied Petroleum Gas, có nghĩa là “khí dầu mỏ hoá lỏng” (hoặc “khí gas hoá lỏng”).

Đó là một hỗn hợp hiđrôcacbon có thành phần chính là prôpan (C3H8) và butan(C4H10) (hai chất này chiếm tới hơn 99% thành phần) Tỉ lệ giữa hai chất nàytrong LPG ở các quốc gia khác nhau cũng thay đổi trong phạm vi tương đốirộng Ở Anh, thành phần của LPG thậm chí gần như chỉ có prôpan LPGthương phẩm có thành phần tỉ lệ butan/prôpan từ 70/30 đến 50/50 Theo kếtquả một nghiên cứu thì LPG có thành phần gồm 70% prôpan và 30% butan làtốt nhất trên phương diện giảm ô nhiễm môi trường Về mặt lý tính, LPGkhông màu, khômg mùi, không vị, tuy nhiên trong quá trình chế biến được phathêm Ethyl Mecaptan có mùi đặc trưng để dễ phát hiện nếu thoát ra ngoài Khi

có sự rò rỉ, tại chỗ rò rỉ có nhiệt độ thấp và có thể xuất hiện tuyết LPG nặnghơn không khí từ (1,5÷2) lần, nhẹ hơn nước 0,5 lần, vì vậy nếu thoát ra ngoài

sẽ lan truyền ở mặt đất và tập trung ở những nơi thấp như rãnh, hố ga, tuynhiên sẽ tản mát ngay khi có gió Khác biệt lớn nhất của LPG so với các loạikhí khác là chúng tồn chứa ở dạng bão hoà nên với thành phần không đổi (70%butan - 30% prôpan) áp suất bão hoà trong bể chứa cũng như trong hệ thốngkhông phụ thuộc vào lượng LPG bên trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt

độ bên ngoài LPG có tỉ lệ giãn nở lớn: 1 đơn vị thể tích LPG lỏng khi bay hơitạo 250 đơn vị thể tích khí LPG được chế biến từ khí đồng hành, là khí nhậnđược từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ, sau đó được hoá lỏngdưới áp suất khoảng 7 atm để thuận lợi cho tồn chứa và vận chuyển

So với nhiên liệu truyền thống (xăng, dầu diesel), khí gas hoá lỏng LPG

có rất nhiều ưu điểm:

 Bảo vệ môi trường:

Ở hầu hết các nước trên thế giới hiện nay, ô nhiễm môi trường là mộttrong những vấn đề nhức nhối và gây tranh cãi nhiều nhất Một trong nhữngnguyên nhân chính của tình hình này là sự quá tải của các phương tiện giaothông, đặc biệt là ôtô Trong các giải pháp được tính tới, sử dụng nhiên liệu

cảnh đó, LPG được xem là một trong những loại nhiên liệu thay thế có nhiềutiềm năng nhất So với động cơ chạy bằng xăng hay dầu diesel, động cơ chạybằng LPG có khí xả “sạch” hơn rất nhiều Ôtô sử dụng nhiên liệu LPG có thể

dễ dàng thỏa mãn các tiêu chuẩn khắt khe nhất về môi trường hiện nay Vớithành phần không chứa benzen và các hiđrôcacbon thơm khác, hàm lượng lưuhuỳnh thấp (<0,02%), quá trình cháy của LPG chỉ tạo ra điôxit cacbon (CO2)

và hơi nước, không có chì và hợp chất lưu huỳnh (SO2 , H2S), hàm lượng cáckhí NOx và CO thấp, không tạo muội than So sánh thành phần khí thải củanhiên liệu gas lỏng so với xăng và dầu diesel được thể hiện trong Bảng 1.1:

Bảng 1.1: So sánh thành phần khí thải của nhiên liệu (g/km)

Thành phần ô

Dầu diesel LPG

So với xăng dầu, LPG không độc, không ảnh hưởng đến thực phẩm ngay

cả khi tiếp xúc trực tiếp nên không ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng Cóthể nói việc sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ đốt trong chính là một biệnpháp hữu hiệu nhằm làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay

 Tiết kiệm chi phí nhiên liệu:

Bên cạnh ưu điểm về bảo vệ môi trường, sử dụng nhiên liệu LPG cònđem lại hiệu quả kinh tế to lớn Điều này được chứng minh khi so sánh hiệuquả giữa xăng và LPG sử dụng trên cùng một loại ôtô, cùng một quãng đường

và trong cùng điều kiện vận hành Theo các nghiên cứu về chuyển đổi nhiênliệu trên thế giới, với cùng một quãng đường vận hành, trung bình 1 lít xănghiệu quả tương đương với 1,25 lít LPG Với giá nhiên liệu hiện nay: 8000 đồng

1 lít xăng và 5400 đồng 1 lít LPG thì việc sử dụng LPG cho phép tiết kiệmđược khoảng 16% chi phí Với khoản đầu tư ban đầu cho một bộ chuyển đổikhoảng (300÷500) USD (tuỳ theo thiết bị của Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhậthay EU) thì lợi ích về kinh tế thu được rõ ràng là đáng kể Hơn nữa, trong thờigian tới, nếu chúng ta có thể tự chế tạo các thiết bị này thì giá thành chắc chắngiảm

 Tăng tuổi thọ động cơ:

Không chỉ sạch và rẻ, nhiên liệu LPG còn thể hiện rõ ưu điểm về mặt kỹthuật:

- Trước hết, trong điều kiện bình thường LPG tồn tại ở dạng khí nên khảnăng tạo hoà khí tốt hơn so với nhiên liệu lỏng Chất lượng hỗn hợp không khí

- LPG tốt hơn so với hỗn hợp xăng - không khí làm quá trình cháy nhiên liệuhoàn hảo hơn Đặc biệt, sản phẩm cháy không tạo muội than nên tránh đượchiện tượng muội than bám vào vách xilanh, giảm mài mòn Nhiên liệu LPGkhông có hiện tượng tạo màng, do đó không làm rửa trôi lớp dầu bôi trơn mỏngtrên thành xilanh, điều này rất có ý nghĩa khi khởi động động cơ Nhìn chung,đặc điểm cháy sạch của LPG làm giảm hẳn các yêu cầu về bảo dưỡng động cơ,tăng tuổi thọ hệ thống đánh lửa và tuổi thọ động cơ

- Tính bền kích nổ của LPG cũng cao hơn hẳn so với xăng: trị số Ôctancủa LPG là 110, trong khi loại xăng cao cấp nhất hiện nay cũng chỉ đạt 95.Nhiên liệu LPG lại không gây đóng cặn tại bộ chế hoà khí, không lọt vào cactechứa dầu bôi trơn làm giảm hiệu suất và tính năng bôi trơn nên kéo dài thờigian sử dụng dầu, tiết kiệm được chi phí bảo dưỡng và thay dầu

- Nhiên liệu LPG được tồn trữ dưới dạng lỏng ở áp suất cao, nhưng khi

sử dụng lại ở thể khí dưới áp suất chỉ cao hơn áp suất khí quyển một chút Do

đó phải dùng nhiệt lượng của nước nóng dẫn từ hệ thống làm mát của động cơqua bộ giảm áp - hoá hơi để bù nhiệt cho quá trình giảm áp - hoá hơi nhiên liệu

Điều này làm nhiệt lượng của động cơ được tản ra môi trường nhanh hơn, nhờ

đó hiệu suất làm mát được tăng lên đáng kể

 Nguồn cung cấp ổn định:

Trữ lượng khí thiên nhiên và LPG trên thế giới hiện có khoảng 142 tỉ tấn,đảm bảo khai thác sử dụng trong vòng 65 năm, trong khi trữ lượng dầu mỏ hiệnnay chỉ có thể sử dụng trong khoảng 43 năm nữa Ngoài ra, LPG cũng có thểđược sản xuất từ khí dầu mỏ Do vậy, LPG được xem là nhiên liệu có nguồn dựtrữ thay thế lớn hơn các nhiên liệu truyền thống

Việc sử dụng nhiên liệu LPG chỉ có một hạn chế duy nhất về mặt kỹthuật, đó là sau khi chuyển đổi, công suất động cơ sử dụng LPG sẽ bị giảm sovới động cơ xăng nguyên thuỷ, kéo theo sự giảm các tính năng động lực họccủa ôtô Nguyên nhân sự giảm công suất là vì khối lượng riêng của nhiên liệuLPG thấp hơn so với xăng nên nhiệt trị của LPG khi ở thể khí cũng thấp hơnxăng (mặc dù nhiệt trị của LPG lỏng cao hơn xăng) Tuy nhiên, nếu so sánh vớinhững lợi ích to lớn kể trên, nhược điểm này hoàn toàn có thể chấp nhận được.Trong tương lai, nếu chúng ta chế tạo những chiếc động cơ đốt trong chuyênchạy bằng LPG, thì ta có thể nâng cao công suất động cơ nhờ tăng tỉ số nén ε.Tóm lại, sử dụng nhiên liệu LPG là giải pháp tương đối toàn diện

I.2 Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏng trong nước và trên thế giới:

Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, công nghệ khai thác vàchế biến dầu khí trên thế giới đã phát triển vượt bậc, cùng với đó là việc xâydựng các hệ thống đường ống dẫn khí xuyên quốc gia Ngay từ năm 1977, ởCanađa, người ta đã xây dựng gần 3000 km đường ống để vận chuyển prôpan

và butan từ miền Tây sang miền Đông và sang cả Mỹ (công suất của đườngống là 2,2 đến 2,4 triệu tấn một năm, áp suất làm việc là 10 Mpa) Ngày nay,nhận thức được hiệu quả cao của nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng

đến các sản phẩm của nó trên thị trường thế giới, nhiều nước khai thác dầu khí

đã và đang triển khai xây dựng, mở rộng, trang bị lại các nhà máy chế biến khí.Trong những năm gần đây, các nước Trung Đông (Iran, Arập Xêut, Baren, )

dự định hoàn thành chương trình về khai thác, chế biến và vận chuyển khí đồnghành với tổng giá trị khoảng 33 tỉ USD Chương trình này cho phép xuất khẩukhoảng 46 triệu tấn LPG mỗi năm

Ở nước ta, công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí từ lâu cũng đã trởthành một ngành công nghiệp mũi nhọn của nền kinh tế Trên toàn lãnh thổhiện nay có 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí đang đi vào khai thác, hình thành 4 cụm khaithác dầu khí quan trọng, hàng năm cung cấp một khối lượng lớn dầu và khí chođất nước Cụm mỏ quan trọng nhất nằm ở vùng biển Cửu Long, bao gồm 4 mỏdầu: Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Rubi, hiện cung cấp tới 96% sản lượng dầutoàn quốc Tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng hiện nay đã có 21 dàn khai thác lớnđang hoạt động với hơn 100 giếng khai thác và bơm ép Khí đồng hành từ đóđược thu gom và đưa vào bờ bằng đường ống dẫn dài 110 km, cung cấp chocác nhà máy nhiệt điện (như nhà máy nhiệt điện Bà Rịa, nhà máy nhiệt điệnPhú Mỹ) và các nhà máy xử lý khí

Tháng 10 năm 1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí đầutiên của nước ta tại Bà Rịa - Vũng Tàu, đạt mức thiết kế 4,2 triệu m3 khí/ngày

và từ tháng 12 năm 1998 đã chính thức đi vào hoạt động, cung cấp LPG phục

vụ cho công nghiệp và dân dụng Hiện nay, mỗi ngày nhà máy Dinh Cố gom,nén, xử lý khí đạt mức (4,6÷4,7) triệu m3 (tương đương khoảng 1,5 tỉ m3 khí/năm) để sản xuất 800 tấn LPG, 350 tấn condensat Hiện tại, chúng ta đangnghiên cứu để tăng năng suất chung của hệ thống lên 2 tỉ m3/năm

Ở cụm mỏ tại vùng biển Nam Côn Sơn (gồm các mỏ dầu Đại Hùng, mỏkhí Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh, mỏ dầu khí Rồng Đôi Tây), saukhi đường dẫn ống khí Nam Côn Sơn đi vào hoạt động, lưu lượng khí chuẩn

Vietnam) khai thác và chế biến dự kiến có thể đạt 8 tỉ m3/năm Sắp tới, các dự

án Khí - Điện - Đạm số I ở Vũng Tàu, dự án Khí - Điện - Đạm số II ở Cà Mau

sẽ được triển khai thực hiện nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu khí

tự nhiên và khí đồng hành của đất nước

Theo nhận định của các nhà khoa học thì khí đồng hành và khí tự nhiêncủa Việt Nam chứa rất ít H2S (≈ 0,02 g/m3) nên là loại khí sạch, thuận lợi trongchế biến sử dụng, không gây ô nhiếm môi trường Với những tiềm năng và lợithế đó, nước ta có điều kiện thuận lợi để phát triển công nghiệp dầu khí trêntoàn lãnh thổ Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quýgiá này, trong tương lai công nghiệp dầu khí sẽ là một ngành công nghiệp pháttriển mạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nước

I.3 Tình hình sử dụng, lắp ráp HTCCNL khí gas hoá lỏng trong nước và trên thế giới:

Trên thế giới hiện nay, việc sử dụng LPG trên các phương tiện giaothông ngày càng trở nên phổ biến dưới áp lực của các điều luật bảo vệ môitrường Rất nhiều quốc gia giờ đây coi việc sử dụng LPG trên ôtô chạy trongcác thành phố là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trường không khí

Hiện nay, trên toàn thế giới có khoảng 14 triệu phương tiện sử dụngnhiên liệu LPG, tập trung tại 38 nước Mức tiêu thụ LPG trong lĩnh vực này làkhoảng 11,8 triệu tấn, chiếm 6% tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn cầu Kháiquát về một số quốc gia có mức tăng trưởng thị trường Autogas nhanh nhấthiện nay như sau:

- Italia là quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho Autogas lớn nhất với lượng

tiêu dùng hàng năm lên tới 1,3 triệu tấn Hiện nay, số lượng xe chạy LPG củanước này là 1,234 triệu chiếc, chiếm 4% trong tổng số 32,969 triệu xe vận tải

- Anh được đánh giá là một trong những thị trường Autogas tiềm năng

nhất với mức tăng trưởng đạt 500% Nếu đầu năm 1999, tại Anh mới chỉ có

3500 xe chạy LPG thì đến tháng 5/2002, con số này đã lên tới 20.000 xe vànăm 2004 là 250.000 xe.

- Thổ Nhĩ Kỳ: Năm 1999, có 500.000 xe taxi chạy bằng LPG, chiếm

92% tổng số taxi lưu hành Con số này năm 2000 là 800.000 chiếc, tăng 60%.Giá LPG làm nhiên liệu chạy xe chỉ bằng 34% so với giá các loại nhiên liệukhác

- Ba Lan hiện có 470.000 xe chạy LPG với hệ thống 1.900 trạm nạp

chính thức Chi phí LPG sử dụng cho các phương tiện vận tải thấp hơn so vớicác nhiên liệu khác là lý do cơ bản thúc đẩy sự phát triển thị trường Autogasnước này

- Áo là nước sử dụng xe buýt chạy LPG sớm nhất trong các nước EU.

Thủ đô Viên đã bắt đầu sử dụng xe buýt chạy LPG từ năm 1963 và đến nay đã

có hơn 500 xe buýt như vậy hoạt động Số xe buýt loại này ở Đan Mạch là 180

xe, ở Hà Lan là 150 xe, ở Tây Ban Nha là 60 xe Tại Pháp hiện nay đã có 110

xe buýt LPG trên hệ thống công cộng ở thủ đô Pari

- Trung Quốc: Kể từ năm 2000, Chính phủ nước này đã áp dụng chính

sách miễn thuế nhiên liệu đối với xe chạy LPG trong thời gian 5 năm Hiệnnay, thành phố Thượng Hải có 16.000 xe trong tổng số 41.000 xe taxi chạybằng LPG và mỗi ngày lại có thêm 40 xe chuyển sang dùng nhiên liệu này Đểtiếp tục hỗ trợ thị trường này, Chính quyền thành phố đã thông qua kế hoạchxây mới thêm 30 trạm nạp LPG cho tới cuối năm nay, nâng tổng số trạm nạpcủa thành phố lên 80 trạm

- Ấn Độ: Tháng 8/2000, Chính phủ đã chính thức cho phép lưu hành xe

chạy LPG Hiện tại, hai thành phố là Bombay và New Dehli đang được ưu tiênphát triển đội xe sử dụng LPG Có 1/5 trong tổng số 55.000 xe taxi tại Bombayhiện đã được lắp đặt bộ chuyển đổi dùng LPG

Ở Việt Nam, việc sử dụng LPG cho động cơ cũng không phải vấn đềmới mẻ Từ những năm đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước, khi tình hình đất nướcgặp nhiều khó khăn về năng lượng, việc sử dụng khí cho phương tiện giaothông vận tải như là nhiên liệu thay thế đã được đề cập đến Năm 1983, ViệnKhoa học Công nghệ GTVT đã chuyển đổi 1 xe Zil-130 và 1 xe khách chạynguồn khí Tiền Hải trên tuyến Tiền Hải - Chợ Đồn Tuy nhiên, do điều kiệnkinh tế còn khó khăn, việc áp dụng rộng rãi vào thực tế vẫn chưa được tính đến.

Xu hướng này chỉ thực sự bùng nổ sau khi công nghiệp dầu khí ViệtNam phát triển, với mốc là nhà máy khí Dinh Cố được khởi công xây dựng.Năm 1998, Vietgas (nay là Công ty Chế biến và Kinh doanh các sản phẩn khíPVGas, thuộc Petro Vietnam) đã bắt đầu chương trình thử nghiệm cho 1 xeLada, và đến năm 2002 đã có 10 đầu xe chạy LPG

Xuất phát từ tình hình thực tế của nước ta là lượng xe gắn máy lớn hơnrất nhiều so với ôtô, việc sử dụng LPG cho động cơ xe gắn máy cũng đã đượcnghiên cứu ứng dụng Từ đầu năm 2002, một nhóm nghiên cứu của Đại học ĐàNẵng do PGS TS Bùi Văn Ga đã cải tiến và lắp đặt thành công hệ thống cungcấp nhiên liệu khí gas lỏng cho xe máy, thử nghiệm đạt kết quả tốt

Một trong những khó khăn hiện nay đối với việc phát triển thị trườngAutogas Việt Nam là vấn đề pháp lý, do chưa có chính sách hỗ trợ thoả đángcho việc lưu hành các phương tiện loại này Ngoài ra, số lượng trạm cấp nhiênliệu cũng còn rất hạn chế Để giải quyết khó khăn này, trước mắt, Viện Dầu khí(Vietnam Petroleum Institute - VPI) đã cam kết nếu đạt được hợp đồng chuyểnđổi từ 100 xe trở lên với một đơn vị nào đó, chẳng hạn một hãng taxi, thì Viện

sẽ lắp đặt một trạm nhiên liệu tại nơi khách hàng yêu cầu Viện cũng đang có

dự án thử nghiệm LPG cho các động cơ diesel nhằm phục vụ thị trường xebuýt, xe tải trong thành phố và đội tàu thuyền loại vừa và nhỏ Tháng 8/2002,chuyên viên kỹ thuật của VPI đã chuyển đổi thành công động cơ diesel 6HPsang sử dụng LPG dạng đơn nhiên liệu

Cùng với Viện Dầu khí, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển và Tiết kiệmNăng lượng (ENERTEAM) đã khởi động một dự án tại Tp HCM do Hà Lantài trợ, để xây dựng mô hình thí điểm chuyển đổi sang sử dụng LPG cho 800 xetaxi của Công ty Mai Linh Còn tại Hà Nội, từ năm 2002, Công ty Cơ khí NgôGia Tự cũng đã chủ trì một dự án cấp Nhà nước về ứng dụng ôtô chạy LPGtrong thành phố Hà Nội Theo dự án này, Công ty Ngô Gia Tự sẽ thành lập mộtđoàn xe taxi chạy LPG mang tên “Taxi G”, đồng thời bước đầu nghiên cứu chếtạo bộ trộn

Song song với việc tiếp thị và mở rộng thị trường, các đơn vị trên đangtìm cách phối hợp cùng các ngành chức năng để từng bước xây dựng hệ thốngchuẩn kỹ thuật và qui định pháp lý về thiết bị chuyển đổi, trạm nhiên liệu, cũngnhư các điều kiện pháp lý khi lưu hành phương tiện sử dụng nhiên liệu LPG

I.4 Sự cần thiết của đề tài:

So với các nước trên thế giới, số lượng phương tiện giao thông sử dụngđộng cơ đốt trong, cụ thể là ôtô và xe máy, của nước ta chưa phải là nhiều.Theo thống kê tháng 5/2002, số lượng phương tiện cơ giới đường bộ tại ViệtNam là 10.000.000 xe gắn máy và trên 600.000 ôtô các loại Tuy nhiên, tốc độgia tăng nhanh chóng về số lượng và sự tập trung một cách thái quá số phươngtiện này ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh,… đã làmnảy sinh hàng loạt các vấn đề kinh tế - xã hội nan giải, tiêu biểu là vấn đề cungứng nhiên liệu và ô nhiễm nặng nề bầu không khí Cùng với sự phát triển củanền kinh tế kéo theo sự phát triển công nghiệp, các phương tiện giao thông vàdòng người nhập cư từ nông thôn lên thành thị đã làm cho các thành phố đangngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng Với tốc độ gia tăng số lượng phương tiệnnhư hiện nay, nếu không sớm có những giải pháp đồng bộ và kịp thời, tình hình

ô nhiễm tại các đô thị lớn của chúng ta sẽ trở nên vô cùng trầm trọng, ảnhhưởng đến chất lượng không khí thở, làm nảy sinh các bệnh về đường hô hấp,

tác động trực tiếp đến sức khoẻ con người.

Ý thức được tình hình đó, trong thời gian gần đây, Chính phủ đã áp dụngmột số biện pháp như tạm dừng đăng ký môtô - xe máy trong các quận nộithành, đầu tư phát triển hệ thống giao thông công cộng,… Nỗ lực này bước đầu

đã đem lại hiệu quả nhất định Tuy nhiên, với sự phát triển của ngành côngnghiệp ôtô cùng với sự tăng nhanh số lượng ôtô lưu hành, cần có một biện phápkhác mang tính hiệu quả lâu dài, vì cấm hoặc hạn chế số lượng phương tiện lưuhành là giải pháp không khả thi đối với nền kinh tế đang phát triển của nước ta.Thực tế này đã khiến vấn đề sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng LPG cho động

cơ ôtô bắt đầu thực sự được nhìn nhận một cách nghiêm túc Đối với nước ta,việc sử dụng nhiên liệu LPG ngoài ý nghĩa bảo vệ môi trường còn giúp chúng

ta chủ động nguồn năng lượng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệutruyền thống, vì đây là nguồn nhiên liệu chúng ta có thể tự sản xuất được Ởtầm vĩ mô, điều này góp phần hoạch định chính sách an ninh năng lượng quốcgia, đảm bảo sự phát triển bền vững của đất nước Tóm lại, việc nghiên cứu sửdụng LPG làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở nước ta có ý nghĩa đặc biệtquan trọng, đem lại lợi ích to lớn về chính trị, kinh tế và môi trường

Không nằm ngoài mục đích đó, song đề tài “Thiết kế, lắp đặt hệ thống

cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con” còn mang ý nghĩa

thực tiễn sâu sắc Với mục tiêu “Khoa học phục vụ cuộc sống”, đề tài không đisâu vào nghiên cứu tính toán quá trình công tác của động cơ khi sử dụng nhiênliệu LPG, mà chú trọng vào vấn đề thực tế hóa việc sử dụng nguồn nhiên liệunày cho các phương tiện vận tải, cụ thể là ôtô con Đây mới là điều quan trọng

và thiết thực hơn cả, đặc biệt đối với trình độ khoa học công nghệ còn hạn chếcủa nước ta hiện nay

Tuyến hình của ôtô cơ sở được thể hiện ở hình 2.1

Hình 2.1: Tuyến hình ôtô FIAT TEMPRA 1.6

Các thông số kỹ thuật của ôtô cơ sở được thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật ôtô FIAT TEMPRA

Kích thước chung (Dài x Rộng x Cao) , mm 4354×1695×1445

Tiêu hao nhiên liệu (lít/100 km) ở vận tốc 90 km/h 10

86 ×

8,4158177575012,13000

Tỷ số truyền hộp số , ihi

3,909 ; 2,267 ; 1,5411,156 ; 0,976 ;

909,3

iL =

Tỷ số truyền truyền lực chính , i0 3,563

II.2 Lựa chọn phương án thiết kế:

Việc lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho ôtô có thể tiến hànhtheo một trong hai phương án sau:

Thứ nhất, sau khi lắp đặt, ôtô chỉ có thể sử dụng duy nhất một loại nhiênliệu là LPG Phương án này có ưu điểm là kết cấu hệ thống nhiên liệu đơn giản,việc bố trí hệ thống LPG (đặc biệt là thùng chứa) dễ dàng và có thể tối ưu hoá

hệ thống

Thứ hai, sau khi lắp đặt, ôtô có thể sử dụng song song hai loại nhiên liệu:xăng và LPG Phương án này có ưu điểm là công nghệ lắp đặt đơn giản, khônglàm thay đổi kết cấu ban đầu của ôtô Ôtô sau khi chuyển đổi có thể sử dụngmột trong hai loại nhiên liệu nên có tính linh hoạt cao Công nghệ chuyển đổitheo phương án này hiện nay đã phát triển qua 4 thế hệ:

- Thế hệ 1: Hệ thống cơ học, không điều khiển điện tử

Công nghệ này được áp dụng ở các nước không đòi hỏi ngặt nghèo vềtiêu chuẩn khí xả động cơ Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thuộc thế hệ nàygồm hai van điện từ điều khiển việc sử dụng nhiên liệu tuỳ theo người lái, bộgiảm áp – hoá hơi cấp khí gas tới bộ trộn hoà trộn với không khí tại carbuaratorrồi đưa vào động cơ Bộ giảm áp – hoá hơi được gia nhiệt bởi nước nóng từ hệthống làm mát động cơ

- Thế hệ 2: Hệ thống cơ học, điều khiển điện tử và chất xúc tác:

Ở một số nước yêu cầu cao về tiêu chuẩn khí xả, các nhà sản xuất đãthiết kế chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thế hệ 2 với sự trợ giúp củathiết bị điện tử để định lượng gas chính xác Nguyên lý hoạt động của hệ thốngtheo thế hệ này vẫn tương tự thế hệ 1, nhưng lưu lượng gas được kiểm soátbằng tín hiệu số hoặc analog Tín hiệu đầu vào từ cảm biến tốc độ động cơ vàcảm biến lambđa đo ôxy (đo bằng chất xúc tác) gửi đến bộ điện tử để xử lý và

điều khiển thiết bị (motor bước), điều chỉnh van cấp gas chính nằm giữa bộgiảm áp – hoá hơi và bộ trộn để điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp cháy.

- Thế hệ 3: Hệ thống phun, điều khiển điện tử

Đối với ôtô sử dụng 2 loại nhiên liệu: xăng và LPG, khi chạy bằng LPG,nếu hệ thống đánh lửa hoạt động không tốt, hỗn hợp công tác có thể cháy sớmtrong bộ ống góp manifold làm hư hỏng hệ thống phun xăng Do vậy, các nhàsản xuất đã đưa ra hệ thống phun nhiều điểm để tránh sự cháy ngược

- Thế hệ 4: Phun theo chu kỳ độc lập:

Sử dụng cho xe hạng nặng dùng động cơ diesel Công nghệ này vẫn giữnguyên động cơ diesel và lắp thêm hệ thống cấp LPG Hệ thống này sẽ tạo hỗnhợp công tác LPG – không khí trước khi phun nhiên liệu diesel Hỗn hợp sẽcháy trong xilanh sau khi dầu diesel được phun, do vậy lượng dầu diesel sửdụng sẽ giảm (LPG thay thế tối đa khoảng 40% nhiên liệu diesel)

Ở nước ta hiện nay, thị trường LPG vẫn đang trong giai đoạn đầu của sựphát triển Việc phân phối cũng như sử dụng LPG cho phương tiện vận tải cònrất hạn chế Nếu áp dụng công nghệ chuyển đổi cho ôtô theo phương án sửdụng duy nhất nhiên liệu LPG thì tính khả thi sẽ không cao Do vậy, đề tài sẽlựa chọn phương án chuyển đổi cho ôtô sử dụng song song hai loại nhiên liệu:xăng và LPG Hệ thống thiết kế sẽ theo nguyên lý của hệ thống thế hệ 1, vìcông nghệ đơn giản, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện nước ta Sau khi lắpđặt, hệ thống mới này cùng với hệ thống nhiên liệu cũ sẽ tạo thành hệ thốngcung cấp nhiên liệu “xăng - LPG song song”

Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG gồm các cụm thiết bị cơ bản sau:

- Thùng chứa nhiên liệu LPG

- Bộ giảm áp hoá hơi

- Bộ trộn

- Hệ thống ống áp lực dẫn gas lỏng và ống cao su dẫn khí gas.

- Các van điện từ (van xăng và van LPG)

- Công tắc điện đóng ngắt để chuyển đổi nhiên liệu

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu “xăng – LPG song song”được thể hiện trên hình 2.2:

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý HTCCNL “xăng – LPG song song”

1- Thùng chứa LPG 2- Van LPG đa chức năng 3- Ống cao áp dẫn gas lỏng

4- Van LPG điện từ 5- Bộ giảm áp hoá hơi 6- Bảng điều khiển

7- Két nước 8- Ống thấp áp dẫn khí gas 9- Thùng xăng 10- Lọc xăng

11- Bơm xăng 12- Van xăng điện từ 13- Carbuarator

14- Bộ trộn 15- Động cơ

trên bảng điều khiển (06) Khi công tắc nhiên liệu ở chế độ sử dụng xăng, hệthống hoạt động như hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng bình thường Trên bảngđiều khiển cũng có các đèn báo cho biết loại nhiên liệu đang sử dụng và mứcnhiên liệu LPG có trong thùng chứa.

- Khi bật công tắc sang chế độ sử dụng LPG, tín hiệu điện sẽ điều khiểnlàm đóng van xăng điện từ (12), đồng thời mở van LPG điện từ (04) và vannước của bộ giảm áp – hoá hơi LPG lỏng từ thùng chứa cao áp (01) đặt phíasau khoang xe qua van LPG đa chức năng, qua van điện từ (04) theo đường ốngcao áp tới bộ giảm áp hoá hơi (05) Tại đây, LPG lỏng sẽ được giảm áp xuốngxấp xỉ áp suất khí trời và hoá hơi hoàn toàn Hơi LPG tiếp tục theo đường ốngthấp áp đi tới bộ trộn (14) Bộ trộn được lắp phía trước bướm gió củacarbuarator sẽ hoà trộn hơi LPG với không khí để tạo thành hỗn hợp công tác.Hỗn hợp LPG - không khí theo đường ống nạp đi vào buồng cháy động cơ

- Trong quá trình làm việc, tại bộ giảm áp hoá hơi nhiệt độ sẽ giảmxuống rất nhiều (do có sự chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí củaLPG) Vì vậy, ta phải thiết kế một đường ống dẫn nước nóng từ hệ thống làmmát của động cơ qua bộ giảm áp để bù nhiệt, tránh hiện tượng đóng băng làmtắc đường ống dẫn, đồng thời làm tăng tốc độ hoá hơi của LPG lỏng Đườngdẫn nước nóng vào bộ giảm áp – hoá hơi được bố trí song song với đường dẫnnước nóng vào két nước Khi động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, van nước của

bộ giảm áp hoá hơi đóng, do vậy nước nóng hoàn toàn được tản nhiệt nhờ kétnước Khi bật công tắc để động cơ sử dụng nhiên liệu LPG, tín hiệu điện điềukhiển làm mở van nước này, và nước nóng từ động cơ sẽ đồng thời được hạnhiệt nhờ bộ giảm áp – hoá hơi

- Đặc điểm của hệ thống cung cấp nhiên liệu gas lỏng là luôn luôn ở ápsuất cao, dù hệ thống có làm việc hay không Do vậy, không khí bên ngoàikhông thể lọt được vào trong hệ thống như đối với hệ thống nhiên liệu xăng,nghĩa là hệ thống chuyển đổi nhiên liệu gas lỏng là kín khít tuyệt đối Điều này

lă rất quan trọng vì một trong những nguyín nhđn chủ yếu gđy chây nổ cho ôtôkhi tai nạn lă do trong thùng xăng luôn có một lượng không khí nhất định (dobình xăng hở) Khi xe va chạm, xung lực tăng lín gđy ra sự nổ giữa xăng vẵxi.

Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp nhiín liệu “xăng – LPG song song” trín

xe cơ sở Fiat Tempra được thể hiện trín hình 2.3:

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí HTCCNL “xăng – LPG” song song

trín xe Fiat Tempra1- Cửa nạp xăng 2- Cửa nạp LPG 3- Thùng xăng 4- Thùng chứa LPG5- Công tắc chuyển đổi 6- Van LPG điện từ 7- Bộ chế hoă khí

8- Van xăng điện từ 9- Bộ giảm âp – hoâ hơi 10- Bơm xăng 11- Bộ trộn

II.3 Lựa chọn câc cụm thiết bị chính của hệ thống:

Trong hệ thống cung cấp nhiín liệu LPG, câc thiết bị chính của bộ

chế tạo và thử nghiệm đòi hỏi trình độ công nghệ cao Ta sẽ lựa chọn các thiết

bị này cho phù hợp với đặc điểm kỹ thuật và kết cấu của xe Fiat Tempra

II.3.1 Thùng chứa nhiên liệu:

Thùng chứa nhiên liệu LPG là thiết bị lớn nhất của hệ thống Đây là thiết

bị chuyên dùng được thiết kế đảm bảo độ an toàn cao Thông thường, thùngđược bố trí lắp đặt trong khoang chứa đồ của xe hoặc trong khoang chứa bánh

xe dự phòng Nếu được lắp trong khoang để bánh xe dự phòng, thùng sẽ đượcthiết kế dạng hình bánh xe Điều này rất thuận lợi khi muốn giữ nguyên khoang

để hành lý phía sau, đặc biệt đối với các xe vận tải hàng hoá Trong trường hợplắp đặt hệ thống trên ôtô con, thùng nhiên liệu sẽ được bố trí lắp trong khoangđựng đồ phía sau xe Lúc này thùng được chế tạo dạng hình trụ hai đáy lồi

Có rất nhiều loại thùng chứa với dung tích và kích thước khác nhau.Thùng chứa dung tích lớn sẽ cho phép thời gian chạy xe lâu hơn, tuy nhiên kíchthước cồng kềnh, ảnh hưởng đến không gian khoang chứa đồ Ở đây, ta sẽ chọnloại thùng có dung tích là 48 lít

Vật liệu chế tạo thùng cũng rất đa dạng Thùng có thể làm bằng vật liệumềm, bọc ngoài bằng lưới thép Loại này trọng lượng nhẹ, độ bền cao nhưnggiá thành đắt Thông thường, thùng được chế tạo từ thép đã qua nhiệt luyện,cho phép chịu được kéo nén và tránh nứt ngay cả khi bị móp do va chạm.Thùng có chiều dày từ (3÷4) mm Để đảm bảo tuyệt đối an toàn, sau khi chếtạo, thùng được kiểm tra ở áp suất 45 bar trước khi đưa vào sử dụng (tươngđương 47,39 kG/cm2, trong khi áp suất nhiên liệu trong điều kiện thường chỉđạt khoảng 9 kG/cm2) Vì nhiên liệu LPG có tính dãn nở rất cao nên để đảmbảo an toàn, giới hạn nạp đầy của thùng là 80% thể tích Giới hạn này cho phépđảm bảo an toàn ngay cả khi nhiệt độ thùng tăng cao hơn nhiệt độ môi trường

800C Bên cạnh đó, giống như mọi thiết bị áp lực khác, thùng có van an toàn để

xả giảm áp khi áp suất trong thùng vượt quá 24 kG/cm2.

Kết cấu thùng chứa nhiên liệu LPG được thể hiện trên hình 2.4 Thùng

có hai tay xách để xách khi lắp đặt và khi bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị Bốnchân của thùng có khoan lỗ để bắt bulông với giá đỡ

Hình 2.4: Thùng chứa LPG (dung tích 48 lít)

1- Tay xách 2- Chân thùng 3- Van đa cổng

Việc nạp nhiên liệu vào thùng cũng như xuất nhiên liệu ra sử dụng đượcthực hiện thông qua van LPG đa chức năng (van đa cổng) Van đa cổng là giảipháp công nghệ phù hợp đảm bảo yêu cầu chỉ có một lỗ trên thùng Đây là thiết

bị có kết cấu khá phức tạp, đảm nhận nhiều chức năng:

- Nạp LPG vào thùng: LPG được đưa vào thùng thông qua van đa cổng.Van đa cổng phải đảm bảo không gây cản trở lớn đối với dòng LPG vào thùng,làm kéo dài thời gian nạp Van đa cổng đồng thời có một thiết bị nối với phao

đặt trong thùng chứa Khi lượng nạp đạt giới hạn an toàn 80% dung tích thùng,thiết bị này sẽ khoá đường nạp LPG.

- Xuất LPG ra sử dụng: Van đa cổng được nối với một ống hút để hútLPG lỏng từ dưới đáy thùng và xuất ra ngoài qua một đường ống Van đa cổngluôn luôn đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng gas cho động cơ

Hình 2.5: Van đa cổng

1- Đường nạp 2- Đồng hồ áp lực 3- Đường xuất

4- Van điều chỉnh lượng LPG ra 5- Van điều chỉnh lượng LPG vào

- Chức năng đảm bảo an toàn: Ngoài hai chức năng nạp và xuất nhiênliệu, van đa cổng còn có chức năng đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố Nếu ápsuất nhiên liệu trong thùng chứa tăng quá giới hạn 24 kG/cm2, van an toàn áplực sẽ xả để giảm áp Nếu lưu lượng gas xuất ra tăng lên quá giá trị đã điềuchỉnh (trong trường hợp rò rỉ hoặc vỡ đường ống) thì thiết bị quá dòng(overflow) sẽ tự động ngắt dòng Ngoài ra, van đa cổng còn có hai van khoáđường nạp và đường xuất để sử dụng trong khi bảo dưỡng, sửa chữa

- Van đa cổng còn được trang bị một đồng hồ đo mức nhiên liệu Đểthuận tiện khi sử dụng, đồng hồ này được nối với một bộ chuyển đổi tín hiệu để

thể hiện mức nhiên liệu trong thùng bằng tín hiệu đèn trên bảng điều khiển của

hệ thống đặt ở khoang lái

II.3.2 Bộ giảm áp – hoá hơi:

Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu gas lỏng, bộ giảm áp hoá hơi là thiết

bị quan trọng, có nhiệm vụ biến gas lỏng áp suất cao thành hơi gas áp suất thấp

để đưa tới bộ trộn hoà trộn với không khí Kết cấu bộ giảm áp – hoá hơi đượcthể hiện trên hình 2.6

+

-Hình 2.6: Bộ giảm áp – hoá hơi

A – khoang áp suất cao B – khoang áp suất thấp C – khoang nước nóng1- Ống dẫn hơi gas ra 2- Vít điều chỉnh áp suất khoang A 3- Ống dẫn nướcvào 4- Van điện từ 5- Ống dẫn nước ra 6- Nắp van giảm áp 7- Màng cao sukhoang A 8- Vít điều chỉnh van định lượng 9- Nắp van định lượng 10- Màng

cao su khoang B

Nguyên lý hoạt động của bộ giảm áp – hoá hơi như sau: Gas lỏng áp suấtcao từ thùng chứa theo đường ống qua van giảm áp vào khoang áp suất cao(khoang A) của bộ giảm áp – hoá hơi Tại đây, gas lỏng sẽ giãn nở và hoá hơihoàn toàn áp suất nhiên liệu lúc này xấp xỉ bằng áp suất khí trời Trong quátrình hoá hơi, gas lỏng thu nhiệt làm nhiệt độ bộ giảm áp hạ xuống rất nhanh.

Do vậy, ta bố trí một đường ống dẫn nước nóng từ động cơ vào khoang C của

bộ giảm áp để bù nhiệt và tăng tốc độ hoá hơi nhiên liệu Điều này đồng thời cótác dụng tăng hiệu suất làm mát động cơ

Nhiên liệu tiếp tục đi vào khoang A làm áp suất trong khoang tăng dần,tới một giá trị nhất định sẽ đẩy màng cao su ép lò xo đóng van giảm áp lại,ngăn không cho nhiên liệu vào khoang A nữa

Hơi gas trong khoang A tiếp tục vào khoang B (khoang áp suất thấp)thông qua van định lượng Khoang B được nối thông với đường ống nạp củađộng cơ Màng cao su của khoang B di chuyển nhờ áp suất nạp trong quá trìnhnạp nhiên liệu Sự di chuyển của màng cao su sẽ tác động vào đòn bẩy làm mởvan định lượng để hơi LPG từ khoang A tràn vào khoang B và đi vào bộ trộn

Áp suất trong quá trình nạp càng lớn, màng cao su sẽ dịch chuyển càng nhiều,lượng hơi LPG đi qua van định lượng càng lớn Ngược lại, nếu áp suất nạpgiảm xuống, lực đẩy của lò xo sẽ tác động vào đòn bẩy làm đóng dần van địnhlượng, giới hạn lượng hơi LPG vào khoang B Như vậy, bộ giảm áp – hoá hơiđảm bảo cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp với các chế độ tải của động cơ

Khi động cơ không hoạt động, lò xo sẽ tác động vào đòn bẩy đóng chặtvan định lượng, đảm bảo cho hơi LPG không vào được khoang B Độ nén của

lò xo van định lượng được điều chỉnh nhờ một vít

Trên bộ giảm áp – hoá hơi cũng có một van điện từ, có tác dụng đóngđường dẫn vào van định lượng Như vậy, van điện từ này cùng với van LPGđiện từ đều có tác dụng khoá dòng nhiên liệu khi không sử dụng Độ an toàn

của hệ thống nhờ đó sẽ tăng.

II.3.3 Các đường ống dẫn gas:

a) Đường ống cao áp dẫn gas lỏng:

Đường ống cao áp có nhiệm vụ dẫn gas lỏng từ thùng chứa đến bộ giảm

áp – hoá hơi Đường ống được làm bằng đồng thau, đường kính Φ6 và dàykhoảng (2÷2,5) mm Theo qui định, đường ống chịu được áp suất gấp 1,5 lần

áp suất nạp vào của thùng nhiên liệu nên đảm bảo độ an toàn, bền vững cao.Đường ống được uốn cong cho phù hợp với kết cấu của xe và được nối với cácthiết bị qua cổ nối phù hợp

b) Đường ống thấp áp dẫn hơi gas:

Đường ống thấp áp có nhiệm vụ dẫn hơi gas từ bộ giảm áp hoá hơi đến

bộ trộn Do hơi gas có áp suất thấp nên đường ống được làm bằng vật liệu cao

su chịu xăng dầu Hệ thống có 2 đường ống thấp áp: một đường cung cấp chính

và một đường không tải Trên đường cung cấp chính có một van nhựa để điềuchỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cùng với vít đồng trên bộ giảm áp – hoá hơi

II.4 Tính toán thiết kế bộ trộn:

II.4.1 Lựa chọn phương án thiết kế:

Để tạo hỗn hợp công tác LPG – không khí có thể có 3 phương pháp sau:

- Phương pháp khuếch tán (hay hiệu ứng Venturi): Đây là phương pháptạo hỗn hợp tương tự cách tạo hoà khí xăng – không khí vẫn dùng trên động cơxăng có bộ chế hoà khí

- Phương pháp phun LPG ở trạng thái khí: Tương tự như các phươngpháp phun xăng một điểm hay nhiều điểm của động cơ phun xăng điện tử

- Phương pháp phun LPG ở trạng thái lỏng: Đây là phương pháp mới, cóthể phun LPG lỏng ngay trước xupap nạp hoặc phun trực tiếp vào buồng cháy

động cơ.

Việc lựa chọn phương pháp tạo hỗn hợp cho động cơ phụ thuộc vào rấtnhiều yếu tố kinh tế – kỹ thuật, kiểu loại ôtô và động cơ cũng như chi phíchuyển đổi Nhìn chung, công nghệ này vừa phải đảm bảo tính kinh tế nhiênliệu, chống ô nhiễm môi trường đồng thời có chi phí thấp nhất Trong giai đoạnhiện nay, Việt Nam và ngay cả các nước tiên tiến cũng chưa có khả năngchuyển đổi động cơ theo công nghệ phun LPG lỏng Do đó, ta chỉ có thể chọnmột trong hai phương án: công nghệ hoà khí LPG (áp dụng cho động cơcarbuarator) hoặc công nghệ phun khí LPG (áp dụng cho động cơ phun xăngđiện tử) Động cơ ôtô Fiat Tempra là động cơ xăng carbuarator nên ta sẽ thiết

kế bộ trộn theo phương án thứ nhất: phương án khuếch tán (hay hiệu ứngVenturi) Các kiểu kết cấu bộ trộn theo phương án này như sau:

a) Bộ trộn kiểu kim phun: Kim phun được đặt ngay chỗ thắt của họng

khuếch tán nhờ hệ thống ren và gioăng Ưu điểm của phương án này là kết cấuđơn giản, giá thành rẻ, việc lắp đặt không làm thay đổi chiều cao carbuarator,song lại phải khoan lỗ trên họng khuếch tán, ảnh hưởng đến kết cấu ban đầucủa hệ thống

b) Bộ trộn dạng tấm: Bộ trộn này gồm có một vòng phun hình xuyến có

các lỗ phun nhỏ và một đĩa mỏng lắp đối diện Khe hở giữa vòng phun và đĩatạo thành vùng khuếch tán nhiên liệu Bộ trộn kiểu này cho chất lượng hoà khítốt, việc lắp đặt không làm thay đổi kết cấu của carbuarator, song nhược điểm

là kết cấu phức tạp, giá thành đắt, lắp đặt yêu cầu độ chính xác cao

c) Bộ trộn kiểu vành phun: Kết cấu bộ trộn loại này gồm có một vành

phun được lắp chặt với thân, trên thân có một đường dẫn nhiên liệu vào bộtrộn Vành phun có dạng một họng khuếch tán Trên vành phun có các lỗ phunnhỏ phân bố đều dọc theo chu vi của vành Bộ trộn kiểu vành phun được lắp cốđịnh trên đường ống nạp của động cơ, tại vị trí nối tiếp giữa đường ống nạp và

ống cao su của bầu lọc không khí Ưu điểm của bộ trộn loại này là kết cấu đơngiản, dễ chế tạo, tháo lắp dễ dàng, không làm thay đổi kết cấu ban đầu củacarbuarator, chất lượng hoà khí tương đối tốt Nhược điểm của nó là gây cảntrở dòng không khí nạp.

Qua phân tích ưu, nhược điểm của các loại bộ trộn, ta thấy bộ trộn kiểuvành phun là thích hợp hơn cả Bộ trộn này có kết cấu tương đối đơn giản, dễchế tạo, phù hợp với khả năng công nghệ của các xí nghiệp vừa và nhỏ ở nước

ta, vì vậy có thể đưa vào sản xuất rộng rãi

II.4.2 Tính toán thiết kế bộ trộn:

Carbuarator của động cơ xe Fiat Tempra có 1 họng hút nên bộ trộn tathiết kế là bộ trộn 1 vành phun Đối với bộ trộn, thông số quan trọng nhất làđường kính họng khuếch tán (D) Thông số này ảnh hưởng đến lưu lượng khínạp và công suất động cơ Các thông số còn lại sẽ được lựa chọn theo kết cấu

Tính toán đường kính họng khuếch tán:

Đường kính họng khuếch tán được xác định theo công thức trang 52 củatài liệu [4]:

hh

hhW

G.8,18

Trong đó:

 Ghh : lượng hỗn hợp tiêu hao ở chế độ định mức

 Whh : tốc độ của hỗn hợp khí đi qua họng khuếch tán khi động

cơ ở chế độ toàn tải

định theo công thức trang 72 của tài liệu [I]: