ĐỀ tài GAS HOÁ LỎNG – LPG

2.3 Các ưu điểm của propane và butane Hoá lỏng dễ dàng nên có thể sử dụng ở thể lỏng và rắn, ngoài ra propane là khí không màu nên khó nhìn thấy  Theo lý thuyết, LPG chứa 50% propane v

TRƯỜNG CđKT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐỘNG LỰC LỚP 12LT - Ô

MÔN: NĂNG LƯỢNG MỚI

Khái niệm về ga hoá lỏng lpg

trưng để dễ phát hiện khi cĩ rị xì gas )

1.2 Tính chất vật lý1.1 Định nghĩa

 Nhiệt độ sôi của gas thấp ( từ - 45 đến - 2oC ) nên để gas lỏng tiếp xúc trực tiếp với da sẽ bị

phỏng lạnh

sang hơi thì thể tích tăng đến 250 lần

ngược lại Trong điều kiện nhiệt độ khu vực phía nam thì áp suất gas dao động trong khoảng từ

4 - 7 kg/cm2

 Tỉ trọng của gas lỏng nhẹ hơn nước , khối lượng riêng trong khoảng DL = 0.51 - 0.575 Kg/Lít

 Tỉ trọng gas hơi nặng hơn không khí DH = 1.51 - 2 lần , nên gas bị rò xì sẽ tích nơi trũng, thấp

hơn mặt bằng xung quanh (cống, rãnh)

2.3 Các ưu điểm của propane và butane

 Hoá lỏng dễ dàng nên có thể sử dụng ở thể lỏng và rắn, ngoài ra propane là khí không màu nên

khó nhìn thấy

 Theo lý thuyết, LPG chứa 50% propane và 50% butane, vì 2 chất này đều là alkane nên không xảy ra phản

ứng hoá học, vì vậy có thể kết hợp chúng trong nhiên liệu nhưng vẫn an toàn

 Propane và butane là sản phẩm phụ thu được từ tinh luyện dầu mỏ và 2 chất này có thể hoá lỏng dễ

dàng, do đó chúng rất lý tưởng trong việc sử dụng kết hợp như 1 nhiên liệu

 Được hoá lỏng ở nhiệt độ -300C

 Áp suất tuyệt đôi của LPG trong bồn chứa: + 4.4 bars ở 150C, +1.7 bars ở -150C, + 12.5 bars ở 500C

 Được bảo quản trong bình chứa như 1 chất lỏng có áp suất không cao (dưới 20 bars) Bên trong bình chứa

LPG có 2 trạng thái: hơi và lỏng; chất lỏng nằm dưới đáy bình và phần hơi nằm phía trên

 Sự gian nở của LPG khoảng 0.25% vì vậy LPG chỉ được chứa khoảng 80% thể tích bồn, phần còn lại dành

cho phần hơi giãn nở do nhiệt độ môi trường

 Tỷ số bén lửa từ 2.4 – 9.6% trong không khí

 Nhiệt độ tự bốc cháy là 8550F (4570C)

 Nhiệt trị thấp: QH = 46 MJ/Kg (tương đương 11000kcal)

 Tỷ số không khí nhiên liệu A/F: 15.5

 Chỉ số Octan: 95 - 105

LPG không độc hại nhưng nếu hít lượng lớn có thể làm say hoặc nghẹt thở, môi trường nhiều hơi gas rất

nguy hiểm vì nó rất dễ bốc cháy

1 lít LPG ở trạng thai lỏng có thể hoá hơi xấp xỉ 250 lít ở trạng thái hơi

 Một số tính chất của LPG

Đặc tính Propane Butane

Khối lượng riêng 150C, Kg/l 0.51 0.58

Nhiệt độ bốc cháy 460 – 5800C 410 – 5500C Nhiệt độ đông đặc -187.80C -1380C

Nhiệt trị thấp Kcal/Kg 11.070 10.920 Giới hạn cháy theo % thể tích 2.1 – 9.5% 1.5 – 8.5%

Số lít trên mỗi tấn (lít/tấn) 1960 1720

Số Octan động cơ (MON) 95.4 89

Số Octan thí nghiệm (RON) 100 92

Vận tốc ngọn lửa ở áp suất khí trời 32cm/s 32cms

Đặc tính Propane Butane Petrol Diesel

4 Ứng dụng

 Dân dụng và thương nghiệp: nấu, sưởi, đèn gas… trong nhà, nhà hàng, khách sạn…

 Công nghiệp và nông nghiệp: sấy, nung, ấp trứng, hàn, đốt…

 Ô tô: là nhiên liệu thay thế cho diesel, xăng

 Phát điện: chạy máy phát điện, turbin

 Hoá dầu: sản xuất etylen, propylen, butadien cho ngành nhựa và sản xuất MTBE là chất làm tăng chỉ số

Octan

 Là nhiên liệu sạch

 Vận chuyển dễ dàng

 Giảm khí thải, kéo dài tuổi thọ cho dầu bôi trơn và bugi

 Giảm bớt nạ phá rừng làm nhiên liệu, các chất thải rắn (PM) nguy hiểm và bầu khí quyển

 Thay thế cho chất nổ, chất làm lạnh (CFC – chlorofluorocacbons – gây thủng tầng ozone)

5 Ưu điểm

1.3 Ưu điểm so với các loại khí khác

 Nguồn khí LPG có trữ lượng lớn ở Việt Nam

 Áp suất thấp hơn các loại khí khác nên rẻ và an toàn hơn

 Sử dụng đơn giản và an toan hơn

 Động cơ sử dụng nhiên liệu LPG ở dạng khí nên không làm loãng lớp dầu nhờn bôi trơn của các cặp chi

tiết làm việc như piston – xy lanh, trục khuỷu – thanh truyền, làm tăng hiệu quả bôi trơn, tăng thời gian

sử dụng dầu nhờn và tăng tuổi thọ động cơ

III KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE

1.5 Các phương pháp sử dụng nhiên liệu khí để chạy động cơ đốt trong

1.5.1 Phương pháp 1

 Chế tạo ra động cơ mới chuyên chạy nhiên liệu khí để tận dụng tối đa tinh chất tốt nhất của loại

nhiên liệu này

 Chuyển từ động cơ chạy nhiên liệu lỏng sang động cơ chạy nhiên liệu khí hoặc chạy bằng cả 2 loại nhiên liệu: nhiêu liệu

chinh là khí còn nhiên liệu lỏng dùng làm mồi đốt Khi chuyển cách dùng nhiên liệu này động cơ không cần thay đổi về mặt cấu tạo nhưng công suất của động cơ giảm vì những tính chất tốt nhất của nhiên liệu không được lợi dụng hết.

1.5.2 Phương pháp 2

 Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu khí việc hình thành khí hỗn hợp có thể được thực hiện bên trong hoặc bên ngoai xi

lanh, nhưng thường ở ngoai xi lanh vì phương pháp đó cho phép:

 Dùng nhiêu liệu khí trong động cơ chạy nhiên liệu lỏng mà không cần thay đổi cấu tạo động cơ, đồng thời giữ nguyên

khả năng chạy lại bằng nhiên liệu lỏng

 Cải tiến động cơ chạy nhiên liệu lỏng thanh động cơ chạy nhiên liệu khí

 Trộn không khí với LPG trong thiết bị hỗn hợp khí (bộ mêlăngzơ)

 Việc đốt cháy khí hỗn hợp chạy bằng nhiên liệu khí được thực hiện bằng 2 cách:

• Tia lửa điện

• Tia nhiên liệu lỏng làm mồi

2 Các phương án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu LPG

2.3 Động cơ xăng cải tiến chuyển sang dùng đồng thời 2 loại nhiên liệu khí thiên nhiên và xăng

• Giữ nguyên kết cấu động cơ và hệ thống

• Thêm vào hệ thống cung cấp( Do sử dụng đồng thời 2 loại nhiên liệu nên chúng ta phải thêm các van đóng nhiên liệu )

• Giữ nguyên kết cấu động cơ và hệ thống

3 Quá trình cháy của LPG trong động cơ đánh lửa cưỡng bức

3.1 Phương trình cháy

Phương trình cháy hỗn hợp xăng (Heptane – C7H16)/không khí

C7H16 + X (O2 + 3.78N2)  YCO2 + ZH2O + A(3.78N2) + Q

• Cân bằng theo C, H, O2 và N2 cho ta X = 11, Y = 7, Z = 8, A = 11

 Phương trình cháy hỗn hợp LPG (Propane – C3H8)/không khí C3H8 + X(O2 + 3.78N2)  YCO2 + ZH2O + A(3.78N2) + Q

• Cân bằng theo C, H, O2 và N2 cho ta X = 5, Y =3, Z = 4, A = 5

 Phương trình cháy hỗn hợp LPG (Butane – C4H10)/không khí

C4H10 + X(O2 + 3.78N2)  YCO2 + ZH2O + A(3.78N2) + Q

• Cân bằng theo C, H, O2 và N2 cho ta X = 6.5, Y =4, Z = 5, A = 6.5

 Phương trình cháy hỗn hợp CNG (Butane – C4H10)/không khí C4H10 + X(O2 + 3.78N2)  YCO2 + ZH2O + A(3.78N2) + Q

• Cân bằng theo C, H, O2 và N2 cho ta X = 2, Y =4, Z = 2, A = 2

 Tỷ lệ hỗn hợp ( khối lượng nhiên liệu/khối lượng không khí – A/F) được dùng để đánh giá mức độ hoà trộn

hỗn hợp cần thiết cho sự cháy hoàn toàn

• Di Heptan: A/F = 1/15.66

• Di Propane: A/F = 1/15.66

• Di Butane: A/F = 1/15.45

3.2 Đặc điểm chính của phương pháp tạo hỗn hợp LPG

Có 3 dạng tạo hỗn hợp LPG:

 Khuếch tán hay hiệu ứng venturi, đây là phương pháp hoà khí như vẫn thường dùng trên động cơ xăng có

bộ chế hoà khí

 Phun LPG ở trạng thái khí, tương tự các phương pháp phun xăng 1 hay nhiều điểm trên đường ống nạp

 Phun LPG ở trạng thái lỏng, đây là phương pháp mới, có thể phun LPG trước su-páp nạp hoặc phun trực

tiếp vào buồng cháy động cơ

Ghi chú: ++++ rất tốt; +++ tốt; ++ khá; + trung bình; - xấu

 Đặc điểm của các phương pháp tạo hỗn hợp không khí/LPG

 Bảng so sánh độ giảm phát chất ô nhiễm giữa các phương án LPG

Hệ thống/chất ô nhiễm CO NOX CO2 HC

Phun LPG lỏng 1 điểm +++ + ++ ++

Phun LPG lỏng nhiều điểm ++ ++ ++ ++

Ghi chú: ++++ rất tốt; +++ tốt; ++ khá; + trung bình; - xấu

3.3.3 Lựa chọn công nghệ tạo hỗn hợp LPG

 Lựa chọn công nghệ tạo hỗn hợp LPG phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kinh tế - kỹ thuật, kiểu, loại ô tô và

động cơ, chi phí chuyển đổi LPG, phải đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu, ô nhiễm

 Trong giai đoạn hiện nay, chúng ta chưa có khả năng chế tạo động cơ theo công nghệ phun LPG lỏng Do

đó, chúng ta có thể chọn công nghệ phun LPG dạng khí:

 Đối với các xe có hệ thống nhiên liệu kiểu chế hoà khí, ta chọn công nghệ hoà khí LPG

 Đối với các xe có hệ thống nhiên liệu kiểu phun xăng điện tử 1 điểm hoặc nhiều điểm, ta chọn công nghệ

phun khí LPG

 Có 2 phương pháp bố trí hệ thống nhiên liệu LPG lên xe ô tô:

sản xuất

có tai nạn

4 Các cụm chi tiết chính của hệ thống LPG trên ô tô:

4.1 Bộ trộn khí: tạo ra tỷ lệ nhiên liệu LPG và không khí để đưa vào buồng cháy, thông số chính của bộ trộn là đường kính

họng khuếch tán - ảnh hưởng đến lưu lượng khí nạp và công suất động cơ

 Đối với động cơ sử dụng bộ chế hoà khí thường:

 Dung lượng không khí nạp cần thiết với động cơ 4 kỳ:

Vnạp = Vh*nemax/3456*ηv

 Đối với động cơ 2 kỳ:

Vnạp = Vh*nemax/3456

Trong đó:

• Vh: thể tích công tác xy-lanh, inch3

• Vnạp: lưu lượng không khí nạp yêu cầu

• Nemax: số vòng quay cực đại của động cơ

• ηv : hệ số nạp hayhiệu suất thể tích (0.8 – 0.85)

 Đối với động cơ phun nhiên liệu:

Vnạp = Vh*nemax/3456

 Đối với động cơ có tăng áp:

Vnạp = Vh*nemax/3456*%pk + 1Trong đó: pk – độ tăng áp tính theo %

 Các thông số của bộ trộn IMPCO

Model IMPCO 50 50 – 100 100 125 175 200 225 425

 Ví dụ:

Động cơ KIA – PRIDE có dung tích xy lanh Vh = 1323.28 cm3 = 80.74655 inch3

Dung tích không khí nạp cần thiết:

Vnạp = Vh*nemax/3456*ηv = 80.74655*5500/3456*0.85 = 109.22747 inch3

4.2 Bộ giảm áp hoá hơi

 Có chức năng chuyển đổi LPG trạng thái lỏng sang trạng thái khí trước khi vào bộ trộn, thường được đi kèm với bộ trộn

 Ví dụ: động cơ KIA – PRIDE ta chọn bộ trộn là N – CA100 thì bộ giảm áp hơi kèm là N – J100

4.3 Bình chứa LPG

 Dùng để dự trữ LPG trạng thái lỏng ở các mức áp suất cho phép Thông số quan trọng là dung tích làm

việc VB, dung tích này được chọn theo dung tích thùng nhiên liệu của xe nguyên thuỷ

4.4 Các cụm khác trong hệ thống LPG

 Gồm các van an toàn của bình chứa, van an toàn giữa đường ống và đường ống

4.5 Tổng quan về các bộ phận lắp đặt trên xe sử dụng nhiên liệu LPG

4.5.1 Bộ bay hơi/kiểu điện tử

IV THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG LPG – XĂNG SONG SONG TRÊN XE KIA PRIDE

1 Sơ đồ hệ thống

 Bình chứa LPG đặt trong khoang hành lý phía

sau xe

 Công tắc chuyển đổi ngay trong buống lái, cho

phép chuyển đổi hệ thống nhiên liệu dễ dàng

2 Nguyên lý làm việc của hệ thống

2.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống LPG

 LPG lỏng từ bình chứa đi qua van an toàn đến bộ giảm áp hoá hơi, LPG bốc hơi với áp suất khoảng 0.45

– 0.65 bars và đi đến bộ trộn Khi động cơ làm việc không khí được hút vào qua bộ lọc gió đến bộ trộn kết hợp với LPG tạo thành hỗn hợp LPG – không khí theo tỷ lệ

 Khi chuyển sang chyạ xăng, ta chỉ việc chuyển công tắc điện sang chế độ xăng

2.2 Nguyên lý làm việc của bộ giảm áp hoá hơi

 LPG ở bình chứa, di chuyển qua các van an toàn đến họng nạp 11 và vào buồng giảm áp (A) thông qua van giảm áp 10 tại

đây áp suất giảm xuống còn khoảng 0.45 – 0.65 bars Bình thường với áp suất cao, dòng LPG lỏng sẽ mở van giảm áp 10 đi vào bên trong buồng A Khi áp suất bên trong buồng A gia tăng tới 1 giá trị quy định, nó sẽ đẩy màng sao su 7 dịch chuyển xuống dưới , nén lò xo 8 và làm cho van giảm áp đóng lại thông qua đòn bẩy 9, ngăn không cho nhiên liệu LPG đi vào

buồng A khống chế áp suất theo quy định do sự cân bằng áp suất buồng A và lò xo 8 cùng như diện tích chịu áp trên và dưới của màng 7.

 Sau khi qua buồng A, nhiên liệu tiếp tục vào buồng B thông qua van đunhj lượng 2 buồng này được thông với bộ trộn

đăth trên họng khuếch tán và hơi nhiên liệu LPG được hút vào bộ trộn khi động cơ hoạt động

Màng sao su 3 trong buồng B được di chuyển lên xuống nhờ áp suất nạp, sự dịch chuyển nà làm cho đòn bẩy 4 mở van định lượng 2 để hơi nhiên liệu LPG đi từ buồng A sang buồng B Nếu việc hút nhiên liệu tăng lên ở bộ trộn, thì lập tức nó sẽ truyền qua buồng B và màng cao su 3, cho phép nhiều hơi LPG đi qua van định lượng 2 Ngược lại, nếu lực hút ở bộ trộn giảm xuống, do lực đẩy của lò xo vít điều chỉnh 1 điều khiển

đòn bẩy đóng dần van định lượng 2, giới hạn lượng hơi nhiên liệu LPG đi vào

Khi động cơ ngừng hoạt động, lò xo vít điều chỉnh tác động lên đòn bẩy 4 khoá van định lượng 2, bảo đảm không cho hơi nhiên liệu LPG đi qua van định lượng

Hình ảnh thực tế của bộ giảm áp – hoá hơi

2.3 Nguyên lý làm việc của bộ trộn khí LPG

 Hơi từ bộ giảm áp – hoá hơi đi vào đường ống nạp, van điều chỉnh độ LPG cho phép điều chỉnh độ đậm của hỗn hợp

theo 2 chế độ: giàu/nghèo Khi động cơ làm việc, áp suất hút từ buồng D truyền lên buồng C qua các ống 3

 Do sự chênh lệc áp suất giữa các buồng A, B và C, màng 5 được nâng lên và hỗn hợp LPG sẽ đi vào họng hút D của bộ chế

hoà khí Lưu lượng hỗn hợp LPG/không khí được khống chế bởi lò xo 6

 Van áp thấp 7 thông với độ chân không đường ống nạp hoặc bộ trợ lực phanh, được điều khiển bởi van điện từ, van này

chỉ làm việc khi huyển qua chạy xăng Bộ trộn còn có 1 vít điều chỉnh 8 để điều chỉnh hỗn hợp khi động cơ làm việc ở chế

độ không tải

 Đánh giá tính kinh tế - kỹ thuật của hệ thống LPG – xăng song song trên xe Kia – Pride

 Thử nghiệm tính năng động lực học của xe

 Thông số chọn: đánh giá tính năng động lực D của xe theo gia tốc J có thể tính theo quãng đường tăng tốc

hoặc thời gian tăng tốc theo công thức sau:

D = Ψ + j

Nhiên liệu Xăng LPG

Thời gian tăng tốc (Va = 0 – 100

Km/h)

Thử nghiệm tính kinh tế nhiên liệu của xe

Loại đường Mức tiêu thụ trong 100Km

Thử nghiệm tính ô nhiễm môi trường

Nồng độ CO (% vol)