thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (lpg) trên ôtô con

Tình hình sử dụng, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng trong nớc và trên thế giới .... Một trong những biện pháp đang đợc xem trọng hiệnnay là thay thế nhiên liệu sử dụ

Khoa cơ khí

Bộ môn cơ khí ôtô

Đồ án tốt nghiệp

Đề tài: thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu

khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con

Sinh viên:Nguyễn Quốc Dũng

Mục lục

Tran g

Lời nói đầu 5

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

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

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

14 I.3 Tình hình sử dụng, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng trong nớc và trên thế giới 16

I.4 Sự cần thiết của đề tài 19

Chơng II: Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng trong nớc và trên thế giới 21

II.1 Lựa chọn ôtô cơ sở

21 II.2 Lựa chọn phơng 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

Chơng 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 đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 46

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

Ch¬ng I V: V §Ò xuÊt c¸c biÖn ph¸p hç trî 60

IV.1 X©y dùng c¸c tr¹m cÊp nhiªn liÖu LPG .60

IV.2 C¸c biÖn ph¸p vÒ kinh tÕ vµ qu¶n lý 62IV.3 XiÕt chÆt c¸c tiªu chuÈn vÒ khÝ x¶ .63

KÕt luËn 66Tµi liÖu tham kh¶o 68

Lời nói đầu

Nh chúng ta đã biết, ô nhiễm môi trờng, đặc biệt là môi trờng không khí,hiện nay không còn là vấn đề của riêng một quốc gia nào, mà đã trở thành vấn

đề mang tính toàn cầu Bầu khí quyển bị ô nhiễm nặng nề không chỉ ảnh hởngnghiêm trọng đến sức khỏe con ngời, mà còn là nguyên nhân của hàng loạt cácvấn đề nan giải khác, đặc biệt là hiện tợng “hiệu ứng nhà kính” làm Trái Đất ấmdần 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 phơng tiện giao thông Tại hầu hết các quốc gia trênthế giới hiện nay, vấn đề hạn chế sự ô nhiễm của khí thải các phơng tiện giaothông là một trong những vấn đề u tiên hàng đầu nhằm bảo vệ môi trờng, bảo vệbầu khí quyển Rất nhiều biện pháp đã đợc đa ra nhằm cải tiến động cơ, hạn chếmức độc hại của khí thải Một trong những biện pháp đang đợc xem trọng hiệnnay là thay thế nhiên liệu sử dụng cho động cơ, từ nhiên liệu truyền thống(xăng, dầu diesel) sang các nhiên liệu sạch (nhiên liệu khí, nhiên liệu sinh học,

điện năng), trong đó phơng án sử dụng nhiên liệu khí, đặc biệt là khí dầu mỏhoá lỏng LPG, đợc 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 phơng tiện giao thông đã đợc đẩy mạnh Việc sử dụng nhiênliệu LPG cho ôtô, xe máy ở Việt Nam không chỉ làm giảm đáng kể các chất ônhiễm trong khí thải, mà nó còn giúp chúng ta chủ động nguồn năng lợng, tiếtkiệm 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 nớc tiên tiến nh ý, Nhật,

Mỹ, úc, Hàn Quốc, Trung Quốc, đã tơng đối hoàn thiện Nghiên cứu ứngdụng công nghệ này đối với điều kiện cụ thể của nớc ta là một nhu cầu hết sứccấp 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 chơng chính:

- Chơng I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng trêncác phơng tiện vận tải.

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

- Chơng III: Tính toán động lực học kéo

- Chơng 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 hớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện, để đồ án của em cóthể hoàn thành đúng tiến độ, đảm bảo các yêu cầu về nội dung Em cũng xincảm 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 thứcchuyên môn cũng nh hiểu biết thực tế có hạn, hơn nữa đề tài là vấn đề mới củachuyên ngành, nên mặc dù đã rất cố gắng, song Đồ án của em chắc chắn khótránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận đợc 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!

Hà Nội, ngày 30/4/2005

Sinh viênNguyễn Quốc Dũng

Ch ơng I Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu Khí gas hoá lỏng trên các phơng tiện vận tải

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

Vào thời điểm chiếc ôtô đầu tiên lăn bánh trên đờng năm 1908, đánh dấubớc ngoặt quan trọng của ngành công nghiệp động cơ, ngành khai thác và chếbiến dầu mỏ đã đi qua 50 năm đầu tiên trong sự phát triển của mình Giếng dầu

đầu tiên đợc khai thác vào tháng 8 năm 1859 tại Pensylvania (Mỹ) và tại thời

điểm đó, sản phẩm có giá trị nhất mà ngời ta chế biến đợc mới chỉ là dầu hoả

Mời năm đầu thế kỷ 20 đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp ôtô và cũngchính là tiền đề cho sự phát triển của loại nhiên liệu lỏng quan trọng bậc nhấthiện nay: đó là xăng dầu Có thể nói, sự phát triển không ngừng của hai ngànhcông nghiệp chủ chốt: công nghiệp ôtô và công nghiệp dầu mỏ, đã đóng góp rấtlớn cho nền công nghiệp thế giới nói riêng và nền văn minh nhân loại nóichung.

Tuy nhiên, thế kỷ 20 cũng ghi nhận mặt trái của sự phát triển này: đó làtình trạng ô nhiễm môi trờng Vấn đề môi trờng giờ đây đã trở thành vấn đề thời

sự nóng bỏng mang tính toàn cầu Theo đánh giá của các nhà khoa học, hiệnnay, khí xả từ động cơ của các phơng tiện giao thông, đặc biệt là động cơ ôtô,

đã trở thành tác nhân gây ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển, ảnh hởng rấtlớn đến sức khỏe con ngời, gây ra hiện tợng “hiệu ứng nhà kính” làm biến đổikhí hậu Trái Đất Một bản báo cáo về môi trờng gần đây đã cho thấy: có khoảng80% khí CO, 60% khí Hiđrô Cacbon và 40% Ôxit Nitơ (NOx) có trong bầu khíquyển 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, cácnớc có nền công nghiệp phát triển trên thế giới đã bớc đầu đặt ra các điều luật

về môi trờng cũng nh các tiêu chuẩn về khí thải áp dụng cho động cơ đốt trongvới mức độ nghiêm ngặt ngày một tăng Thực tế này đã buộc các nhà chế tạo

ôtô phải tìm cách nghiên cứu, cải tiến sản phẩm của mình nhằm hạn chế nồng

độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ Rất nhiều phát minh, cải tiến kỹthuật đã ra đời, trong đó một số đã đợc áp dụng và bớc đầu cho hiệu quả tốt.Những xu thế chính của các phát minh này có thể tóm tắt nh sau:

này tỏ ra không mấy khả quan vì nếu sử dụng nguồn năng lợng hoá thạch đểsản xuất điện nạp cho ắcqui, từ đó cung cấp cho ôtô thì mức độ ô nhiễm chachắc đã giảm, hơn nữa khả năng tích trữ điện của ắcqui không cao sẽ làm giảmphạm vi hoạt động của phơng tiện Còn nếu ta sử dụng năng lợng mặt trời đểchuyển hoá thành điện năng thì sẽ đảm bảo sạch tuyệt đối, song hiệu suất thunăng lợng của pin mặt trời lại rất thấp Ngày nay ngời ta thờng sử dụng điệnnăng nh là một nguồn năng lợng kết hợp trên các ôtô hybrid Đó là những chiếc

ôtô đợc trang bị hệ thống động lực kết hợp gồm một động cơ đốt trong (động cơxăng hoặc diesel) và một động cơ điện Sự kết hợp này cho phép tận dụng tối đalợi ích của hai nguồn lực khác nhau, do đó tiết kiệm đợc nhiên liệu và giảm l-ợng khí thải Các hãng ôtô lớn trên thế giới đã và đang cho ra đời những chiếc

xe loại này Đi đầu trong phát triển công nghệ hybrid là Honda và Toyota Haihãng này đã bắt đầu bán xe hybrid tại thị trờng Nhật từ cuối thập kỷ 90 Tại

Mỹ, Ford Motors là hãng xe đi tiên phong trong công nghệ này Họ đã chế tạothử thành công chiếc xe mẫu Mecury Meta One sử dụng một động cơ diesel V6turbo kép và một động cơ điện, sẽ tung ra thị trờng trong thời gian trớc mắt Haihãng ôtô lớn khác là General Motors và Daimler Chrysler cũng đã quyết địnhcùng hợp tác để nghiên cứu sản xuất xe hybrid, dự kiến chiếc xe đầu tiên sẽ ra

đời vào năm 2007

hớng đang đợc chú trọng hiện nay Các hãng chế tạo ôtô lớn trên thế giới liêntục áp dụng những thành tựu mới trong công nghệ vật liệu, cơ khí chính xác,

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 đợc tối u hoá, và mức độ phát sinh

ô nhiễm cũng giảm Trớc hết phải kể tới những bớc tiến mới trong công nghệ xử

lý khí xả của động cơ (đặc biệt là động cơ diesel) Tiêu biểu cho xu thế này làcông 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 (Continuously Regenerating Trap), cho

Hãng PSA Peugeot Citron cũng đã chế tạo thàng công phin lọc khí thải lắp trên

xe Peugeot 607 với động cơ diesel HDI Bên cạnh đó, hoàn thiện quá trình cháycủa nhiên liệu trong xilanh cũng là một biện pháp giảm khí thải hiệu quả Đây

là xu thế đợc các hãng ôtô Nhật và Đức đặc biệt chú trọng, vì nó đồng thời còncho phép tiết kiệm nhiên liệu Nhìn chung, mặc dù đã đạt đợc nhiều thành tựu

đáng kể, song đây là xu hớng đòi hỏi đầu t rất lớn và thời gian dài, vì động cơ

đốt trong ngày nay đã khá hoàn hảo

môi trờng Đây đợc đánh giá là giải pháp mang lại nhiều lợi ích, vì ngoài tácdụng bảo vệ môi trờng, nó còn giúp đa dạng hoá nguồn nhiên liệu Trong tơnglai, các loại nhiên liệu sạch sẽ dần thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thốnglâu nay là dầu mỏ, đã sắp cạn kiệt sau gần 1,5 thế kỷ khai thác

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

về giảm chất khí gây hiệu ứng nhà kính, song trở ngại lớn là giá thành cao sovới các nhiên liệu truyền thống Chính vì vậy, các loại nhiên kiệu khí (khí hiđrô,khí thiên nhiên nén CNG, khí dầu mỏ hoá lỏng LPG) là sự lựa chọn đợc các nhà

khoa học quan tâm nhất hiện nay.

So sánh u, nhợc điểm của ba loại nhiên liệu trên, khí dầu mỏ hoá lỏngLPG đợc coi là có u thế hơn cả Sử dụng khí hiđrô làm nhiên liệu cho động cơ

có lợi thế vợt trội về mặt môi trờng, song vấp phải trở ngại lớn về mặt kỹ thuật

và an toàn Khí hiđrô rất “sạch” vì khi cháy chỉ tạo ra nớc (dù khí Nitơ Ôxit, sảnsinh ra trong mọi quá trình cháy, cũng gây ra những quan ngại nhất định chomôi trờng), nguồn tài nguyên hiđrô lại gần nh vô tận và có thể tái tạo đợc Tuynhiên, việc tồn trữ, vận chuyển và sử dụng hiđrô gặp rất nhiều khó khăn và tốnkém, độ an toàn lại thấp vì hiđrô rất dễ bay hơi, dễ nổ, khó nhận biết khi bị rò rỉ(hiđrô không có mùi) Hơn nữa, phơng pháp tốt nhất để tạo ra hiđrô là điệnphân nớc, nghĩa là ta lại phải sử dụng các nguồn năng lợng hoá thạch để tạo ra

điện Nh vậy, xét rộng ra thì lợi thế về mặt môi trờng của hiđrô lại không còn

đáng kể

Khí thiên nhiên CNG có u điểm hơn khí dầu mỏ hoá lỏng LPG là quátrình cháy lý tởng hơn (do thành phần chính là mêtan CH4), ngoài ra sự phân bốtrữ lợng về mặt địa lý cũng đồng đều hơn chứ không mất cân đối nh dầu mỏ.Tuy nhiên, nhợc điểm lớn của CNG là phải tồn chứa trong bình áp suất cao(khoảng 250 atm), trong khi khí dầu mỏ hoá lỏng LPG có thể tồn tại dới dạnglỏng ở áp suất chỉ có 7 atm (nghĩa là thấp hơn gần 36 lần) Nh vậy, CNG khôngthể so sánh đợc với LPG về tính linh hoạt trong tồn trữ, vận chuyển và phânphối Thực tế cho thấy ở đâu cần sự linh hoạt trong phân phối thì ở đó LPG luônchiếm u thế Tóm lại, xét trên mọi khía cạnh thì phơng án sử dụng khí dầu mỏhoá lỏng LPG cho động cơ đốt trong nhằm giảm lợng khí thải gây ô nhiễm môitrờng 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 tơng đối rộng

ở Anh, thành phần của LPG thậm chí gần nh chỉ có prôpan LPG thơng phẩm

có thành phần tỉ lệ butan/prôpan từ 70/30 đến 50/50 Theo kết quả một nghiêncứu thì LPG có thành phần gồm 70% prôpan và 30% butan là tốt nhất trên ph-

ơng diện giảm ô nhiễm môi trờng Về mặt lý tính, LPG không màu, khômgmùi, không vị, tuy nhiên trong quá trình chế biến đợc pha thêm Ethyl Mecaptan

có mùi đặc trng 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 nặng hơn không khí từ (1 , 5  2)lần, nhẹ hơn nớc 0,5 lần, vì vậy nếu thoát ra ngoài sẽ lan truyền ở mặt đất và tậptrung ở những nơi thấp nh rãnh, hố ga, tuy nhiên sẽ tản mát ngay khi có gió.Khác biệt lớn nhất của LPG so với các loại khí khác là chúng tồn chứa ở dạngbão hoà nên với thành phần không đổi (70% butan - 30% prôpan) áp suất bãohoà trong bể chứa cũng nh trong hệ thống không phụ thuộc vào lợng LPG bêntrong 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 hơi tạo 250 đơn vị thể tích khí LPG đợc chếbiến từ khí đồng hành, là khí nhận đợc từ các mỏ dầu cùng với quá trình khaithác dầu mỏ, sau đó đợc hoá lỏng dới áp suất khoảng 7 atm để thuận lợi cho tồnchứa và vận chuyển

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

có rất nhiều u điểm:

 Bảo vệ môi trờng:

ở hầu hết các nớc trên thế giới hiện nay, ô nhiễm môi trờng là một trongnhững vấn đề nhức nhối và gây tranh cãi nhiều nhất Một trong những nguyênnhân chính của tình hình này là sự quá tải của các phơng tiện giao thông, đặcbiệt là ôtô Trong các giải pháp đợc tính tới, sử dụng nhiên liệu thay thế là giảipháp có tính quyết định tới việc cải thiện môi trờng Trong bối cảnh đó, LPG đ-

ợc xem là một trong những loại nhiên liệu thay thế có nhiều tiềm năng nhất Sovới động cơ chạy bằng xăng hay dầu diesel, động cơ chạy bằng LPG có khí xả

“sạch” hơn rất nhiều Ôtô sử dụng nhiên liệu LPG có thể dễ dàng thỏa mãn cáctiêu chuẩn khắt khe nhất về môi trờng hiện nay Với thành phần không chứabenzen và các hiđrôcacbon thơm khác, hàm lợng lu huỳnh thấp ( 0 , 02 %), quátrình cháy của LPG chỉ tạo ra điôxit cacbon (CO2) và hơi nớc, không có chì vàhợp chất lu huỳnh (SO2 , H2S), hàm lợng các khí NOx và CO thấp, không tạomuội than So sánh thành phần khí thải của nhiên liệu gas lỏng so với xăng vàdầu diesel đợc thể hiện trong Bảng 1.1:

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

So với xăng dầu, LPG không độc, không ảnh hởng đến thực phẩm ngaycả khi tiếp xúc trực tiếp nên không ảnh hởng đến sức khoẻ ngời sử dụng Có thểnói việc sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ đốt trong chính là một biện pháphữu hiệu nhằm làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trờng hiện nay.

 Tiết kiệm chi phí nhiên liệu:

Bên cạnh u điểm về bảo vệ môi trờng, sử dụng nhiên liệu LPG còn đemlại hiệu quả kinh tế to lớn Điều này đợc chứng minh khi so sánh hiệu quả giữaxăng và LPG sử dụng trên cùng một loại ôtô, cùng một quãng đờng và trongcùng điều kiện vận hành Theo các nghiên cứu về chuyển đổi nhiên liệu trên thếgiới, với cùng một quãng đờng vận hành, trung bình 1 lít xăng hiệu quả tơng đ-

ơng 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 kiệm đợc khoảng 16% chiphí Với khoản đầu t ban đầu cho một bộ chuyển đổi khoảng (300 500) USD(tuỳ theo thiết bị của Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật hay EU) thì lợi ích về kinh

tế thu đợc rõ ràng là đáng kể Hơn nữa, trong thời gian tới, nếu chúng ta có thể

tự chế tạo các thiết bị này thì giá thành chắc chắn giảm

- 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 thời gian

sử dụng dầu, tiết kiệm đợc chi phí bảo dỡng và thay dầu.

- Nhiên liệu LPG đợc tồn trữ dới dạng lỏng ở áp suất cao, nhng khi sửdụng lại ở thể khí dới áp suất chỉ cao hơn áp suất khí quyển một chút Do đóphải dùng nhiệt lợng của nớc nóng dẫn từ hệ thống làm mát của động cơ qua bộgiảm áp - hoá hơi để bù nhiệt cho quá trình giảm áp - hoá hơi nhiên liệu Điềunày làm nhiệt lợng của động cơ đợc tản ra môi trờng nhanh hơn, nhờ đó hiệusuất làm mát đợc tăng lên đáng kể

 Nguồn cung cấp ổn định:

Trữ lợng 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 lợng dầu mỏ hiệnnay chỉ có thể sử dụng trong khoảng 43 năm nữa Ngoài ra, LPG cũng có thể đ-

ợc sản xuất từ khí dầu mỏ Do vậy, LPG đợc xem là nhiên liệu có nguồn dự trữthay 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 lợng 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, nhợc điểm này hoàn toàn có thể chấp nhận đợc.Trong tơng 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 .Tóm lại, sử dụng nhiên liệu LPG là giải pháp tơng đối toàn diện

I.2 Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏng trong nớc 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 vợt bậc, cùng với đó là việc xâydựng các hệ thống đờng ống dẫn khí xuyên quốc gia Ngay từ năm 1977, ởCanađa, ngời ta đã xây dựng gần 3000 km đờng ống để vận chuyển prôpan vàbutan từ miền Tây sang miền Đông và sang cả Mỹ (công suất của đờng ống là2,2 đến 2,4 triệu tấn một năm, áp suất làm việc là 10 Mpa) Ngày nay, nhậnthức đợc hiệu quả cao của nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng đến cácsản phẩm của nó trên thị trờng thế giới, nhiều nớc khai thác dầu khí đã và đangtriển khai xây dựng, mở rộng, trang bị lại các nhà máy chế biến khí Trong

những năm gần đây, các nớc Trung Đông (Iran, Arập Xêut, Baren, ) dự địnhhoàn thành chơng trình về khai thác, chế biến và vận chuyển khí đồng hành vớitổng giá trị khoảng 33 tỉ USD Chơng trình này cho phép xuất khẩu khoảng 46triệu tấn LPG mỗi năm.

ở nớc 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 lợng lớn dầu và khí cho

đất nớc 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 lợng dầutoàn quốc Tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng hiện nay đã có 21 dàn khai thác lớn

đang hoạt động với hơn 100 giếng khai thác và bơm ép Khí đồng hành từ đó

đ-ợc thu gom và đa vào bờ bằng đờng ống dẫn dài 110 km, cung cấp cho các nhàmáy nhiệt điện (nh nhà máy nhiệt điện Bà Rịa, nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ) vàcác nhà máy xử lý khí

Tháng 10 năm 1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí đầutiên của nớc 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 vụcho 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 (tơng đơng khoảng 1,5 tỉ m3 khí/ năm) đểsản xuất 800 tấn LPG, 350 tấn condensat Hiện tại, chúng ta đang nghiên 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 đờng dẫn ống khí Nam Côn Sơn đi vào hoạt động, lu lợng khí chuẩn màPVGas (Công ty Chế biến và Kinh doanh các sản phẩm khí, thuộc PetroVietnam) 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 đợc triển khai thực hiện nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu khí tựnhiên và khí đồng hành của đất nớc

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 trờng Với những tiềm năng và lợithế đó, nớc ta có điều kiện thuận lợi để phát triển công nghiệp dầu khí trên toànlãnh thổ Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá

này, trong tơng lai công nghiệp dầu khí sẽ là một ngành công nghiệp phát triểnmạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nớc.

I.3 Tình hình sử dụng, lắp ráp HTCCNL khí gas hoá lỏng trong nớc

và trên thế giới:

Trên thế giới hiện nay, việc sử dụng LPG trên các phơng tiện giao thôngngày càng trở nên phổ biến dới áp lực của các điều luật bảo vệ môi trờng Rấtnhiều quốc gia giờ đây coi việc sử dụng LPG trên ôtô chạy trong các thành phố

là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trờng không khí

Hiện nay, trên toàn thế giới có khoảng 14 triệu phơng tiện sử dụng nhiênliệu LPG, tập trung tại 38 nớc Mức tiêu thụ LPG trong lĩnh vực này là khoảng11,8 triệu tấn, chiếm 6% tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn cầu Khái quát vềmột số quốc gia có mức tăng trởng thị trờng Autogas nhanh nhất hiện nay nhsau:

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

tiêu dùng hàng năm lên tới 1,3 triệu tấn Hiện nay, số lợng xe chạy LPG của

n-ớc này là 1,234 triệu chiếc, chiếm 4% trong tổng số 32,969 triệu xe vận tải

- Anh đợc đánh giá là một trong những thị trờng Autogas tiềm năng nhất

với mức tăng trởng đạt 500% Nếu đầu năm 1999, tại Anh mới chỉ có 3500 xechạy LPG thì đến tháng 5/2002, con số này đã lên tới 20.000 xe và năm 2004 là250.000 xe

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

92% tổng số taxi lu 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 phơng tiện vận tải thấp hơn so với cácnhiên liệu khác là lý do cơ bản thúc đẩy sự phát triển thị trờng Autogas nớc này

- áo là nớc sử dụng xe buýt chạy LPG sớm nhất trong các nớc EU Thủ

đô Viên đã bắt đầu sử dụng xe buýt chạy LPG từ năm 1963 và đến nay đã cóhơn 500 xe buýt nh 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 buýtLPG trên hệ thống công cộng ở thủ đô Pari

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

sách miễn thuế nhiên liệu đối với xe chạy LPG trong thời gian 5 năm Hiện nay,thành phố Thợng Hải có 16.000 xe trong tổng số 41.000 xe taxi chạy bằng LPG

và mỗi ngày lại có thêm 40 xe chuyển sang dùng nhiên liệu này Để tiếp tục hỗtrợ thị trờng này, Chính quyền thành phố đã thông qua kế hoạch xây mới thêm

30 trạm nạp LPG cho tới cuối năm nay, nâng tổng số trạm nạp của thành phốlên 80 trạm

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

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

ở Việt Nam, việc sử dụng LPG cho động cơ cũng không phải vấn đề mới

mẻ Từ những năm đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trớc, khi tình hình đất nớc gặpnhiều khó khăn về năng lợng, việc sử dụng khí cho phơng tiện giao thông vậntải nh là nhiên liệu thay thế đã đợc đề cập đến Năm 1983, Viện Khoa học Côngnghệ GTVT đã chuyển đổi 1 xe Zil-130 và 1 xe khách chạy nguồn khí Tiền Hảitrên tuyến Tiền Hải - Chợ Đồn Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế còn khó khăn,việc áp dụng rộng rãi vào thực tế vẫn cha đợc tính đến

Xu hớng này chỉ thực sự bùng nổ sau khi công nghiệp dầu khí Việt Namphát triển, với mốc là nhà máy khí Dinh Cố đợc 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 chơng trình thử nghiệm cho 1 xe Lada,

và đến năm 2002 đã có 10 đầu xe chạy LPG

Xuất phát từ tình hình thực tế của nớc ta là lợng xe gắn máy lớn hơn rấtnhiều so với ôtô, việc sử dụng LPG cho động cơ xe gắn máy cũng đã đợcnghiên 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 trờngAutogas Việt Nam là vấn đề pháp lý, do cha có chính sách hỗ trợ thoả đáng choviệc lu hành các phơng tiện loại này Ngoài ra, số lợng trạm cấp nhiên liệu cũngcòn rất hạn chế Để giải quyết khó khăn này, trớc mắt, Viện Dầu khí (VietnamPetroleum Institute - VPI) đã cam kết nếu đạt đợc hợp đồng chuyển đổi từ 100

xe trở lên với một đơn vị nào đó, chẳng hạn một hãng taxi, thì Viện sẽ lắp đặtmột trạm nhiên liệu tại nơi khách hàng yêu cầu Viện cũng đang có dự án thửnghiệm LPG cho các động cơ diesel nhằm phục vụ thị trờng xe buýt, 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 6HP sang sử dụngLPG dạng đơn nhiên liệu

Cùng với Viện Dầu khí, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển và Tiết kiệmNăng lợng (ENERTEAM) đã khởi động một dự án tại Tp HCM do Hà Lan tàitrợ, 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 nớc về ứng dụng ôtô chạy LPG trongthành phố Hà Nội Theo dự án này, Công ty Ngô Gia Tự sẽ thành lập một đoàn

xe taxi chạy LPG mang tên “Taxi G”, đồng thời bớc đầu nghiên cứu chế tạo bộtrộn

Song song với việc tiếp thị và mở rộng thị trờng, các đơn vị trên đang tìmcách phối hợp cùng các ngành chức năng để từng bớc xây dựng hệ thống chuẩn

kỹ thuật và qui định pháp lý về thiết bị chuyển đổi, trạm nhiên liệu, cũng nhcác điều kiện pháp lý khi lu hành phơng tiện sử dụng nhiên liệu LPG

I.4 Sự cần thiết của đề tài:

So với các nớc trên thế giới, số lợng phơng tiện giao thông sử dụng độngcơ đốt trong, cụ thể là ôtô và xe máy, của nớc ta cha phải là nhiều Theo thống

kê tháng 5/2002, số lợng phơng tiện cơ giới đờng bộ tại Việt Nam là 10.000.000

xe gắn máy và trên 600.000 ôtô các loại Tuy nhiên, tốc độ gia tăng nhanhchóng về số lợng và sự tập trung một cách thái quá số phơng tiện này ở cácthành phố lớn nh Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh,… đã làm nảy sinh hàng loạt đã làm nảy sinh hàng loạtcác vấn đề kinh tế - xã hội nan giải, tiêu biểu là vấn đề cung ứng nhiên liệu và ônhiễm nặng nề bầu không khí Cùng với sự phát triển của nền kinh tế kéo theo

sự phát triển công nghiệp, các phơng tiện giao thông và dòng ngời nhập c từnông thôn lên thành thị đã làm cho các thành phố đang ngày càng bị ô nhiễmnghiêm trọng Với tốc độ gia tăng số lợng phơng tiện nh hiện nay, nếu khôngsớm có những giải pháp đồng bộ và kịp thời, tình hình ô nhiễm tại các đô thịlớn của chúng ta sẽ trở nên vô cùng trầm trọng, ảnh hởng đến chất lợng khôngkhí thở, làm nảy sinh các bệnh về đờng hô hấp, tác động trực tiếp đến sức khoẻcon ngời

ý thức đợc tình hình đó, trong thời gian gần đây, Chính phủ đã áp dụngmột số biện pháp nh tạm dừng đăng ký môtô - xe máy trong các quận nội thành,

đầu t phát triển hệ thống giao thông công cộng,… đã làm nảy sinh hàng loạt Nỗ lực này bớc đầu đã đem

lại hiệu quả nhất định Tuy nhiên, với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtôcùng với sự tăng nhanh số lợng ôtô lu hành, cần có một biện pháp khác mangtính hiệu quả lâu dài, vì cấm hoặc hạn chế số lợng phơng tiện lu hành là giảipháp không khả thi đối với nền kinh tế đang phát triển của nớc 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 đợc nhìn nhận một cách nghiêm túc Đối với nớc ta, việc sử dụngnhiên liệu LPG ngoài ý nghĩa bảo vệ môi trờng còn giúp chúng ta chủ độngnguồn năng lợng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu truyền thống, vì

đây là nguồn nhiên liệu chúng ta có thể tự sản xuất đợc ở tầm vĩ mô, điều nàygóp phần hoạch định chính sách an ninh năng lợng quốc gia, đảm bảo sự pháttriển bền vững của đất nớc Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiênliệu cho động cơ đốt trong ở nớc ta có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, đem lại lợiích to lớn về chính trị, kinh tế và môi trờng

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 phơng tiện vận tải, cụ thể là ôtô con Đây mới là điều quan trọng vàthiết thực hơn cả, đặc biệt đối với trình độ khoa học công nghệ còn hạn chế củanớc ta hiện nay

Ch ơng II thiết kế, lắp đặt

hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng

II.1 Lựa chọn ôtô cơ sở:

Đề tài chọn thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên ôtôcon cơ sở là ôtô Fiat Tempra 1.6

Tuyến hình của ôtô cơ sở đợc 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 đợc thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật ôtô FIAT TEMPRA

Vết bánh xe (Trớc / Sau) , mm 1450 / 1430

8,41581

77 5750

12,13000

Tỷ số truyền hộp số , i hi

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

909 , 3

II.2 Lựa chọn phơng án thiết kế:

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

Thứ nhất, sau khi lắp đặt, ôtô chỉ có thể sử dụng duy nhất một loại nhiênliệu là LPG Phơng án này có u 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 u hoá hệthống

Thứ hai, sau khi lắp đặt, ôtô có thể sử dụng song song hai loại nhiên liệu:xăng và LPG Phơng án này có u 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 phơng 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 đợc áp dụng ở các nớc không đòi hỏi ngặt nghèo về tiêuchuẩn khí xả động cơ Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thuộc thế hệ này gồmhai van điện từ điều khiển việc sử dụng nhiên liệu tuỳ theo ngời lái, bộ giảm áp– hoá hơi cấp khí gas tới bộ trộn hoà trộn với không khí tại carbuarator rồi đavào động cơ Bộ giảm áp – hoá hơi đợc gia nhiệt bởi nớc nóng từ hệ thống làmmát động cơ

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

ở một số nớc yêu cầu cao về tiêu chuẩn khí xả, các nhà sản xuất đã thiết

kế chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thế hệ 2 với sự trợ giúp của thiết

bị điện tử để định lợng gas chính xác Nguyên lý hoạt động của hệ thống theothế hệ này vẫn tơng tự thế hệ 1, nhng lu lợng gas đợc kiểm soát bằng tín hiệu sốhoặc analog Tín hiệu đầu vào từ cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến lambđa

đo ôxy (đo bằng chất xúc tác) gửi đến bộ điện tử để xử lý và điều khiển thiết bị(motor bớc), điều chỉnh van cấp gas chính nằm giữa bộ giảm 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 h hỏng hệ thống phun xăng Do vậy, các nhàsản xuất đã đa ra hệ thống phun nhiều điểm để tránh sự cháy ngợc

- 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 trớc khi phun nhiên liệu diesel Hỗn hợp sẽcháy trong xilanh sau khi dầu diesel đợc phun, do vậy lợng dầu diesel sử dụng

sẽ giảm (LPG thay thế tối đa khoảng 40% nhiên liệu diesel)

ở nớc ta hiện nay, thị trờng LPG vẫn đang trong giai đoạn đầu của sự

phát triển Việc phân phối cũng nh sử dụng LPG cho phơng tiện vận tải còn rấthạn chế Nếu áp dụng công nghệ chuyển đổi cho ôtô theo phơng án sử dụng duynhất nhiên liệu LPG thì tính khả thi sẽ không cao Do vậy, đề tài sẽ lựa chọn ph-

ơng 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, vì công nghệ đơngiản, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện nớc ta Sau khi lắp đặt, hệ thống mớinày cùng với hệ thống nhiên liệu cũ sẽ tạo thành hệ thống cung 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”

đợc 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

- 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 van nớccủa bộ giảm áp – hoá hơi LPG lỏng từ thùng chứa cao áp (01) đặt phía saukhoang xe qua van LPG đa chức năng, qua van điện từ (04) theo đờng ống cao

áp tới bộ giảm áp hoá hơi (05) Tại đây, LPG lỏng sẽ đợc giảm áp xuống xấp xỉ

áp suất khí trời và hoá hơi hoàn toàn Hơi LPG tiếp tục theo đờng ống thấp áp đitới bộ trộn (14) Bộ trộn đợc lắp phía trớc bớm gió của carbuarator sẽ hoà trộn

hơi LPG với không khí để tạo thành hỗn hợp công tác Hỗn hợp LPG - khôngkhí theo đờng 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 đờng ống dẫn nớc nóng từ hệ thống làm mátcủa động cơ qua bộ giảm áp để bù nhiệt, tránh hiện tợng đóng băng làm tắc đ-ờng ống dẫn, đồng thời làm tăng tốc độ hoá hơi của LPG lỏng Đờng dẫn nớcnóng vào bộ giảm áp – hoá hơi đợc bố trí song song với đờng dẫn nớc nóngvào két nớc Khi động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, van nớc của bộ giảm áp hoáhơi đóng, do vậy nớc nóng hoàn toàn đợc tản nhiệt nhờ két nớc Khi bật côngtắc để động cơ sử dụng nhiên liệu LPG, tín hiệu điện điều khiển làm mở van n-

ớc này, và nớc nóng từ động cơ sẽ đồng thời đợc hạ nhiệt 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 đợc vào trong hệ thống nh đối với hệ thống nhiên liệu xăng, nghĩa

là hệ thống chuyển đổi nhiên liệu gas lỏng là kín khít tuyệt đối Điều này là rấtquan trọng vì một trong những nguyên nhân chủ yếu gây cháy nổ cho ôtô khitai nạn là do trong thùng xăng luôn có một lợng không khí nhất định (do bìnhxăng hở) Khi xe va chạm, xung lực tăng lên gây ra sự nổ giữa xăng và ôxi

Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp nhiên liệu “xăng – LPG song song” trên

xe cơ sở Fiat Tempra đợc thể hiện trên hình 2.3:

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

trên 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 hoà khí

8- Van xăng điện từ 9- Bộ giảm áp – hoá hơi 10- Bơm xăng 11- Bộ trộn

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

Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG, các thiết bị chính của bộchuyển đổi nh thùng chứa, bộ giảm áp hoá hơi, , có kết cấu phức tạp, việc chếtạo và thử nghiệm đòi hỏi trình độ công nghệ cao Ta sẽ lựa chọn các thiết bịnày 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 đợc thiết kế đảm bảo độ an toàn cao Thông thờng, thùng đợc

bố trí lắp đặt trong khoang chứa đồ của xe hoặc trong khoang chứa bánh xe dựphòng Nếu đợc lắp trong khoang để bánh xe dự phòng, thùng sẽ đợc thiết kếdạng 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 trờng hợp lắp đặt hệ

thống trên ôtô con, thùng nhiên liệu sẽ đợc bố trí lắp trong khoang đựng đồ phíasau xe Lúc này thùng đợc chế tạo dạng hình trụ hai đáy lồi

Có rất nhiều loại thùng chứa với dung tích và kích thớc khác nhau Thùngchứa dung tích lớn sẽ cho phép thời gian chạy xe lâu hơn, tuy nhiên kích thớccồng kềnh, ảnh hởng đến không gian khoang chứa đồ ở đây, ta sẽ chọn loạithùng 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 lới thép Loại này trọng lợng nhẹ, độ bền cao nhng giáthành đắt Thông thờng, thùng đợc chế tạo từ thép đã qua nhiệt luyện, cho phépchịu đợc kéo nén và tránh nứt ngay cả khi bị móp do va chạm Thùng có chiềudày từ (3 4) mm Để đảm bảo tuyệt đối an toàn, sau khi chế tạo, thùng đợckiểm tra ở áp suất 45 bar trớc khi đa vào sử dụng (tơng đơng 47,39 kG/cm2,trong khi áp suất nhiên liệu trong điều kiện thờng chỉ đạt khoảng 9 kG/cm2) Vìnhiên liệu LPG có tính dãn nở rất cao nên để đảm bảo an toàn, giới hạn nạp đầycủa thùng là 80% thể tích Giới hạn này cho phép đảm bảo an toàn ngay cả khinhiệt độ thùng tăng cao hơn nhiệt độ môi trờng 800C Bên cạnh đó, giống nhmọi thiết bị áp lực khác, thùng có van an toàn để xả giảm áp khi áp suất trongthùng vợt quá 24 kG/cm2

Kết cấu thùng chứa nhiên liệu LPG đợc thể hiện trên hình 2.4 Thùng cóhai tay xách để xách khi lắp đặt và khi bảo dỡng, sửa chữa thiết bị Bốn châncủa 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 nh xuất nhiên liệu ra sử dụng đợcthực 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 đợc đa vào thùng thông qua van đa cổng Van

đa cổng phải đảm bảo không gây cản trở lớn đối với dòng LPG vào thùng, làmkéo dài thời gian nạp Van đa cổng đồng thời có một thiết bị nối với phao đặttrong thùng chứa Khi lợng nạp đạt giới hạn an toàn 80% dung tích thùng, thiết

bị này sẽ khoá đờng nạp LPG

- Xuất LPG ra sử dụng: Van đa cổng đợc nối với một ống hút để hút LPGlỏng từ dới đáy thùng và xuất ra ngoài qua một đờng ống Van đa cổng luônluôn đảm bảo cung cấp đủ lu lợng gas cho động cơ

động ngắt dòng Ngoài ra, van đa cổng còn có hai van khoá đờng nạp và đờngxuất để sử dụng trong khi bảo dỡng, sửa chữa.

- Van đa cổng còn đợc trang bị một đồng hồ đo mức nhiên liệu Để thuậntiện khi sử dụng, đồng hồ này đợc nối với một bộ chuyển đổi tín hiệu để thểhiện mức nhiên liệu trong thùng bằng tín hiệu đèn trên bảng điều khiển của hệthống 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 đa tới bộ trộn hoà trộn với không khí Kết cấu bộ giảm áp – hoá hơi đợc thểhiện trên hình 2.6

+

-Hình 2.6: Bộ giảm áp – hoá hơi

A – khoang áp suất cao B – khoang áp suất thấp C – khoang nớc nóng1- ống dẫn hơi gas ra 2- Vít điều chỉnh áp suất khoang A 3- ống dẫn nớc vào4- Van điện từ 5- ống dẫn nớc ra 6- Nắp van giảm áp 7- Màng cao su khoang

A 8- Vít điều chỉnh van định lợng 9- Nắp van định lợng 10- Màng cao su

khoang B

Nguyên lý hoạt động của bộ giảm áp – hoá hơi nh sau: Gas lỏng áp suấtcao từ thùng chứa theo đờng 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 đờng ống dẫn nớc nóng từ động cơ vào khoang C của bộgiảm áp để bù nhiệt và tăng tốc độ hoá hơi nhiên liệu Điều này đồng thời có tácdụng 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, ngănkhông 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 lợng Khoang B đợc nối thông với đờng ống nạp của độngcơ Màng cao su của khoang B di chuyển nhờ áp suất nạp trong quá trình nạpnhiên liệu Sự di chuyển của màng cao su sẽ tác động vào đòn bẩy làm mở van

định lợng để hơi LPG từ khoang A tràn vào khoang B và đi vào bộ trộn áp suấttrong quá trình nạp càng lớn, màng cao su sẽ dịch chuyển càng nhiều, lợng hơiLPG đi qua van định lợng càng lớn Ngợc lại, nếu áp suất nạp giảm xuống, lực

đẩy của lò xo sẽ tác động vào đòn bẩy làm đóng dần van định lợng, giới hạn ợng hơi LPG vào khoang B Nh vậy, bộ giảm áp – hoá hơi đảm bảo cung cấp l-ợng nhiên liệu phù hợp với các chế độ tải của động cơ

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

xo van định lợng đợc điều chỉnh nhờ một vít

Trên bộ giảm áp – hoá hơi cũng có một van điện từ, có tác dụng đóng ờng dẫn vào van định lợng Nh vậy, van điện từ này cùng với van LPG điện từ

đ-đều có tác dụng khoá dòng nhiên liệu khi không sử dụng Độ an toàn của hệthống nhờ đó sẽ tăng

II.3.3 Các đờng ống dẫn gas:

a) Đờng ống cao áp dẫn gas lỏng:

Đờng ống cao áp có nhiệm vụ dẫn gas lỏng từ thùng chứa đến bộ giảm áp– hoá hơi Đờng ống đợc làm bằng đồng thau, đờng kính 6 và dày khoảng (

b) Đờng ống thấp áp dẫn hơi gas:

Đờng ống thấp áp có nhiệm vụ dẫn hơi gas từ bộ giảm áp hoá hơi đến bộtrộn Do hơi gas có áp suất thấp nên đờng ống đợc làm bằng vật liệu cao su chịuxăng dầu Hệ thống có 2 đờng ống thấp áp: một đờng cung cấp chính và một đ-ờng không tải Trên đờng cung cấp chính có một van nhựa để điều chỉnh lợngnhiên 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 phơng án thiết kế:

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

- Phơng pháp khuếch tán (hay hiệu ứng Venturi): Đây là phơng pháp tạohỗn hợp tơng tự cách tạo hoà khí xăng – không khí vẫn dùng trên động cơxăng có bộ chế hoà khí.

- Phơng pháp phun LPG ở trạng thái khí: Tơng tự nh các phơng phápphun xăng một điểm hay nhiều điểm của động cơ phun xăng điện tử

- Phơng pháp phun LPG ở trạng thái lỏng: Đây là phơng pháp mới, có thểphun LPG lỏng ngay trớc xupap nạp hoặc phun trực tiếp vào buồng cháy độngcơ

Việc lựa chọn phơng pháp tạo hỗn hợp cho động cơ phụ thuộc vào rấtnhiều yếu tố kinh tế – kỹ thuật, kiểu loại ôtô và động cơ cũng nh chi phíchuyển đổi Nhìn chung, công nghệ này vừa phải đảm bảo tính kinh tế nhiênliệu, chống ô nhiễm môi trờng đồng thời có chi phí thấp nhất Trong giai đoạnhiện nay, Việt Nam và ngay cả các nớc tiên tiến cũng cha có khả năng chuyển

đổi động cơ theo công nghệ phun LPG lỏng Do đó, ta chỉ có thể chọn mộttrong hai phơng án: công nghệ hoà khí LPG (áp dụng cho động cơ carbuarator)hoặc công nghệ phun khí LPG (áp dụng cho động cơ phun xăng điện tử) Độngcơ ôtô Fiat Tempra là động cơ xăng carbuarator nên ta sẽ thiết kế bộ trộn theophơng án thứ nhất: phơng án khuếch tán (hay hiệu ứng Venturi) Các kiểu kếtcấu bộ trộn theo phơng án này nh sau:

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

khuếch tán nhờ hệ thống ren và gioăng Ưu điểm của phơng án này là kết cấu

đơn giản, giá thành rẻ, việc lắp đặt không làm thay đổi chiều cao carbuarator,song lại phải khoan lỗ trên họng khuếch tán, ảnh hởng đến kết cấu ban đầu của

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 lợng hoà khítốt, việc lắp đặt không làm thay đổi kết cấu của carbuarator, song nhợc điểm làkết 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 đợc lắp chặt với thân, trên thân có một đờng dẫn nhiên liệu vào bộ trộn.Vành phun có dạng một họng khuếch tán Trên vành phun có các lỗ phun nhỏphân bố đều dọc theo chu vi của vành Bộ trộn kiểu vành phun đợc lắp cố địnhtrên đờng ống nạp của động cơ, tại vị trí nối tiếp giữa đờng ống nạp và ống cao