Nghiên cứu xây dựng bộ thông số tối ưu điều khiển LPG trên động cơ diesel sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu commonrail

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra chúng ta phải thực hiện đồng thời nhiều giải pháp, chẳng hạn như: xiết chặt tiêu chuẩn khí phát thải đối với các

COMMONRAIL

Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ ANH TUẤN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Nguyễn Thế Trực

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, người đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học

đã giúp đỡ tạo điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy và các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Động cơ đốt trong và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong đã tạo điều kiện cả

về thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và làm luận văn

Học viên

Nguyễn Thế Trực

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i 

LỜI CẢM ƠN ii 

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi 

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii 

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii 

MỞ ĐẦU 1 

i.  Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3 

ii.  Phương pháp nghiên cứu 3 

iii.  Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4 

iv.  Các nội dung chính trong đề tài 4 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA LỎNG (LPG) VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG VẬN TẢI 5 

1.1. Tổng quan về nhiên liệu LPG 5 

1.1.1. Tính chất vật lý của LPG 6 

1.1.2. Tính chất hóa học của LPG 8 

1.1.3. Các đặc tính khác của LPG 9 

1.1.4. Phân loại LPG 10 

1.1.5. Ưu điểm của LPG 11 

1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới 12 

1.2.1. Tình hình sản xuất LPG 12 

1.2.2. Tình hình sử dụng LPG 13 

1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG ở Việt Nam 18 

1.4. Một số kết quả nghiên cứu LPG trên động cơ diesel ở Việt Nam 19 

1.4.1. Kết quả đo độ khói trong khí thải với giá trị áp suất LPG sau bộ hóa hơi khác nhau 20 

1.4.2. Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chạy ổn định 20 

1.4.3. Kết quả thử nghiệm khí thải 21 

1.4.4. Kết quả thử nghiệm đặc tính động cơ 24 

1.5. Kết luận 24 

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG 25 

2.1. Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên động cơ AVL 5402 25 

2.1.1. Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG 25 

2.1.2. Cấu tạo và nguyên lý các chi tiết trong hệ thống 27 

2.2. Thiết kế mạch điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG (ELC) 36 

2.2.1. Khối cung cấp nguồn điện cho ELC 36 

2.2.2. Khối xử lý tín hiệu từ các cảm biến 36 

2.2.3. Khối điều khiển cơ cấu chấp hành 40 

2.2.4. Khối vi xử lý ELC 41 

2.3. Khối mạch giao tiếp với máy tính 43 

2.4. Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 45 

2.5. Kết luận 46 

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG 47 

3.1. Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong hệ thống LPG 47 

3.1.1. Thuật toán đọc giá trị tốc độ động cơ 47 

3.1.2. Thuật toán đọc giá trị các cảm biến tín hiệu tương tự 47 

3.1.3. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến lưu lượng 48 

3.1.4. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến áp suất 48 

3.1.5. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ 48 

3.1.6. Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến chân ga 49 

3.1.7. Thuật toán nội suy 49 

3.2. Thuật toán điều khiển kết nối máy tính 50 

3.2.1. Thuật toán truyền giá trị từ vi xử lý lên máy tính 50 

3.2.2. Thuật toán nhận giá trị từ máy tính 51 

3.3. Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 51 

3.3.1. Chương trình điều khiển vòi phun 51 

3.3.2. Thuật toán điều khiển vòi phun 52 

3.4. Kết luận 57 

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 

4.1. Giới thiệu băng thử động cơ 57 

4.1.1. Cấu tạo băng thử 57 

4.1.2. Động cơ thử nghiệm 59 

4.1.3. Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử 60 

4.2. Nội dung thử nghiệm 67 

4.2.1. Đặc tính thử ngiệm 67 

4.2.2. Các bước thử nghiệm 67 

4.3. Tiêu chí thử nghiệm 68 

4.4. Công thức tính toán và hiệu chỉnh kết quả thực nghiệm 68 

4.4.1. Công thức tính hiệu chỉnh giá trị cảm biến lưu lượng 68 

4.4.2. Công thức tính lưu lượng LPG 69 

4.5. Kết quả thử nghiệm 71 

4.5.1. Xác định hệ số hiệu chỉnh lưu lượng nhiên liệu phun KG 71 

4.5.2. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của áp suất phun LPG 72 

4.5.3. Kết quả thử nghiệm đánh giá tỷ lệ nhiên liệu LPG-Diesel 80 

4.5.4. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm của động cơ trong trường hợp sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG 92 

4.5.5. Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của phun mồi diesel trong trường hợp sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG 100 

4.6. Kết luận chương 4 102 

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 103 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

HV Nhiệt trị thấp theo thể tích của LPG

A/F Tỷ lệ không khí / nhiên liệu

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tỷ lệ C3 trong LPG của một số quốc gia trên thế giới [21,22,23] 5 

Bảng 1.2 Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG [1,11,12] 7 

Bảng 1.3 Thị trường LPG-Autogas năm 2007 [23] 17 

Bảng 1.4 Độ khói (FSN) trong khí thải với các áp suất LPG khác nhau 20 

Bảng 1.5 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu (kg/h) 21 

Bảng 1.6 Kết quả đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 21 

Bảng 1.7 Độ khói (FSN) sau 100h chạy ổn định 23 

Bảng 1.8 So sánh về công suất (kW) ở chế độ 85% tải khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG với nhiên liệu diesel 24  

Bảng 3.1 Đặc tính của cảm biến nhiệt độ 49 

Bảng 4.1 Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng LPG tại các chế độ tải và tốc độ khác nhau 72 

Bảng 4.2 Mômen động cơ ở tốc độ 2000vg/ph khi động cơ sử dụng diesel và sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG ở các giá trị áp suất và tỷ lệ LPG khác nhau 73  

Bảng 4.3 So sánh mômen động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG khác nhau 81  

Bảng 4.4 So sánh lượng nhiên liệu tiêu thụ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG khác nhau 82  

Bảng 4.5 Giá thành nhiên liệu LPG tối đa khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG với tỷ lệ LPG khác nhau (tính trong 1 giờ) 83  

Bảng 4.6 So sánh phát thải nhà kính CO2 khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG khác nhau 88  

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG 9 

Hình 1.2 Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu [21,22,23] 13 

Hình 1.3 Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu năm 2006 [20] 14 

Hình 1.4 Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 [21] 14 

Hình 1.6 So sánh hàm lượng HC và CO (g/kWh) 22 

Hình 1.7 So sánh hàm lượng NOx và PM 23  

Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402 26 

Hình 2.2 Sơ đồ tín hiệu điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG 27 

Hình 2.3 Bình chứa LPG 1 

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp 28 

Hình 2.5 Van điện từ, ống dẫn khí LPG 28 

Hình 2.7 Bình ổn áp LPG 29 

Hình 2.6 Bộ hóa hơi LPG 1 

Hình 2.8 Cảm biến đo lưu lượng LPG 30 

Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ 1 

Hình 2.10 Nguyên lý của cảm biến tốc độ 32 

Hình 2.11 Cảm biến lưu lượng khí nạp 32 

Hình 2.12 Cảm biến đo áp suất LPG 33 

Hình 2.13 Cảm biến vị trí chân ga 34 

Hình 2.14 Vòi phun LPG 35 

Hình 2.15 Bộ ELC điều khiển hệ thống nhiên liệu LPG 35 

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn 5V 36 

Hình 2.17 Mạch xử lý tín hiệu tốc độ 1 

Hình 2.18 Mạch xử lý tín hiệu lưu lượng và áp suất LPG 38 

Hình 2.19 Mạch xử lý tín hiệu nhiệt độ và công tắc ON/OFF nhiên liệu LPG 38 

Hình 2.20 Mạch xử lý tín hiệu lưu lượng và nhiệt độ khí nạp 39 

Hình 2.21 Mạch xử lý tín hiệu vị trí chân ga và tín hiệu không tải 39 

Hình 2.22 Mạch xử lý tín hiệu dự phòng (option) 40 

Hình 2.23 Mạch xử lý tín hiệu điều khiển vòi phun LPG 1 

Hình 2.24 Mạch xử lý tín hiệu điều khiển van điện từ và rơle đóng mở LPG 41 

Hình 2.25 Sơ đồ khối vi điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 41 

Hình 2.27 Khối mạch Reset 1 

Hình 2.26 Khối tạo xung nhịp 1 

Hình 2.28 Sơ đồ chân ATmega32 1 

Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối theo chuẩn RS232 44 

Hình 2.31 Giao diện chương tình điều khiển quá trình phun LPG 46 

Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán đọc tốc độ động cơ 47 

Hình 3.2 Sơ đồ đọc giá trị của tín hiệu từ cảm biến 47 

Hình 3.3 Sơ đồ tính cảm biến lưu lượng 1 

Hình 3.4 Sơ đồ tính cảm biến áp suất 1 

Hình 3.5 Sơ đồ tính cảm biến nhiệt độ 1 

Hình 3.6 Sơ đồ thuật toán truyền giá trị 50 

Hình 3.7 Sơ đồ thuật toán thực thi lệnh từ máy tính 51 

Hình 3.8 Nguyên lý điều khiển phun 51 

Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán điều khiển chung hệ thống phun LPG 52 

Hình 3.10 Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ không tải 54 

Hình 3.11 Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ chuyển tiếp không tải - có tải 54 

Hình 3.12 Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ ổn định 56 

Hình 3.13 Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ chuyển tiếp có tải - không tải 57 

Hình 4.1 Sơ đồ băng thử động cơ 1 xylanh SCTB 58 

Hình 4.2 Mặt cắt ngang động cơ 60 

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s 61 

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của AVL 577 61 

Hình 4.5 Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu của nó 62 

Hình 4.6 Mô hình tủ CEBII 63 

Hình 4.7 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO 64 

Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx 65  

Hình 4.9 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo Cn H m 66  

Hình 4.10 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415 67 

Hình 4.11 Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ở chế độ thử nghiệm 100% và 75% tải 71 

Hình 4.12 Lượng tiêu thụ LPG ở các giá trị áp suất và tỷ lệ LPG khác nhau 74 

Hình 4.13 Tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu ở các tỷ lệ thay thế diesel khác nhau 75 

Hình 4.14 Kết quả đo khí thải CO ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau 75 

Hình 4.15 Kết quả đo khí thải Smoke ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau 76 

Hình 4.16 Kết quả đo khí thải HC ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau 77 

Hình 4.17 Kết quả đo khí thải NOx ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau 78  

Hình 4.18 Diễn biến áp suất xylanh khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu với tỷ lệ LPG 16% ở các giá trị áp suất khác nhau 79  

Hình 4.19 Kết quả đo độ rung động của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu với tỷ lệ LPG 16% diesel ở các giá trị áp suất khác nhau 80  

Hình 4.20 Mômen, công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu khi động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel theo đường đặc tính ngoài 81  

Hình 4.21 Lượng nhiên liệu tiêu thụ khi động cơ sử dụng diesel và khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG ở các tỷ lệ LPG khác nhau 83  

Hình 4.22 Kết quả phát thải NOx khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau 85  

Hình 4.23 Kết quả phát thải CO khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau 86 

Hình 4.24 Kết quả phát thải độ khói (Smoke) khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau 87  

Hình 4.25 Kết quả phát thải HC khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau 87 

Hình 4.26 Diễn biến áp suất xylanh ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG khác nhau 90  

Hình 4.27 Độ rung động của động cơ ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG khác nhau 90  

Hình 4.28 Diễn biến áp suất xylanh ở tốc độ 3000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG khác nhau 91  

Hình 4.29 Độ rung động của động cơ ở tốc độ 3000vg/ph, 100% tải, với ở các tỷ LPG khác nhau 92  

Hình 4.30 Mômen và công suất động cơ khi thay đổi góc phun sớm 93 

Hình 4.31 Kết quả phát thải CO và Smoke khi thay đổi góc phun sớm 94 

Hình 4.32 Kết quả phát thải NOx và HC khi thay đổi góc phun sớm 94  

Hình 4.33 Biến thiên áp xuất xylanh khi thay đổi góc phun sớm ở 1400vg/ph, 100% tải 96 

Hình 4.34 Độ rung động của động cơ khi thay đổi góc phun sớm ở 1400vg/ph, 100% tải

96  

Hình 4.35 Biến thiên áp xuất xylanh khi thay đổi góc phun sớm ở 2000vg/ph, 100% tải 99  Hình 4.36 Độ rung động của động cơ khi thay đổi góc phun sớm ở 2000vg/ph, 100% tải 99  

Hình 4.37 Ảnh hưởng của phun mồi đến phát thải CO và Smoke 1 

Hình 4.38 Ảnh hưởng của phun mồi đến phát thải NOx và HC 1  

Hình 4.39 Ảnh hưởng của phun mồi đến diễn biến áp suất trong xylanh 101 

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, số lượng các phương tiện giao thông ở Hà Nội tăng nhanh Năm 2001, thành phố có gần 1 triệu xe máy và hơn 100.000 ôtô Cuối năm

2007, con số này đã tăng gấp đôi, với khoảng 1,9 triệu xe máy và 200.000 ôtô Tốc

độ phát triển của các phương tiện giao thông giai đoạn 2001-2007 là 12%/năm đối với xe ôtô, 15%/năm đối với xe máy [9] Nguyên nhân của sự gia tăng này là do phát triển kinh tế và mở rộng quy mô dân số, làm tăng nhu cầu đi lại Theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70% Lưu lượng xe lớn và chất lượng nhiên liệu sử dụng chưa tốt (hàm lượng benzen khoảng 5% so với 1% ở các nước trong khu vực; hàm lượng lưu huỳnh trong diesel chiếm từ 0,5-1% so với 0,05% ở các nước trong khu vực), ngoài ra còn nhiều khí thải độc hại khác như: CO, NOx, PM,… là những nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm

Qua thực tế lấy mẫu khảo sát tại các trạm đăng kiểm và phân tích mẫu (Đề tài

nghiên cứu khoa học cấp thành phố mã số 01C-09/06-99-2: "Điều tra, đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường Hà nội do các phương tiện giao thông đô thị gây nên

Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường") có thể sơ bộ đánh giá chất

lượng các loại ôtô đang lưu hành trên địa bàn Hà Nội (theo tiêu chuẩn TCVN

6436-1998 và TCVN 6438-6436-1998 ở mức cao nhất) thì có tới 80% số xe ôtô lắp động cơ diesel (chủ yếu là xe buýt), gần 20% số xe ôtô lắp động cơ xăng và khoảng 37% số

xe máy đang lưu hành ở Hà Nội không đạt yêu cầu về một trong các tiêu chuẩn cho phép Cũng qua những số liệu trong bản báo cáo nói trên thì có thể khẳng định mức

độ ô nhiễm môi trường không khí ở các đô thị lớn trong nước ta là đáng báo động

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra chúng ta phải thực hiện đồng thời nhiều giải pháp, chẳng hạn như: xiết chặt tiêu chuẩn khí phát thải đối với các loại phương tiện lưu thông (từ ngày 01/07/2007, toàn bộ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ sẽ phải tuân thủ theo tiêu chuẩn EUROII về khí thải); nâng cao phẩm cấp của nhiên liệu truyền thống bằng cách sử dụng công nghệ hiện đại xử lý sâu trong các nhà máy lọc dầu kết hợp với

việc sử dụng động cơ thế hệ mới hoặc sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” …

Ở các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam các chương trình phát triển nhiên liệu sạch đang rất được quan tâm như sử dụng biodiesel, sử dụng nhiên liệu xăng, diesel pha ethanol, sử dụng nhiên liệu LPG, nước, pin nhiên liệu, lưỡng nhiên liệu diesel/LPG, autogas,… Việc sử dụng các loại nhiên liệu sạch trên cho các phương tiện vận tải ngoài việc đa dạng hoá nguồn năng lượng còn góp phần đáng

kể vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra Tuy nhiên do lượng nhiên liệu sử dụng cho các phương tiện vận tải là rất lớn (ở Việt Nam tính đến năm 2010 là khoảng hơn 12 triệu tấn) do đó nguồn nguyên liệu cần có

để sản xuất các loại nhiên liệu sạch là vấn đề cần quan tâm Chính vì vậy Việt Nam

đã xây dựng Đề án phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) và các dự án phát triển nguồn nguyên liệu sử dụng cho NLSH năm 2015 và tầm nhìn 2025,…)

Xét về mặt năng lượng và môi trường cũng như nguồn nguyên liệu ở Việt nam thì việc sử dụng khí thiên nhiên để chạy phương tiện giao thông về lâu dài là tối ưu nhất Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng lớn và chúng ta đang khai thác để cung cấp năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản xuất phân đạm Mặt khác một khối lượng lớn khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã và sắp khai thác của ta hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch dồi dào để phát triển kinh tế quốc dân trong đó

có ngành giao thông vận tải Tuy nhiên việc sử dụng và phân phối khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa được thiết lập Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng LPG để chạy phương tiện giao thông trong đô thị là phù hợp nhất Giải pháp này trước hết giúp chúng ta chủ động được nguồn năng lượng mặc dù LPG không dồi dào như khí thiên nhiên

Mặt khác, giá LPG nhập khẩu cũng rẻ hơn so với nhập khẩu nhiên liệu khoáng xăng hay diesel, giá nhập LPG khoảng 820 USD/tấn so với khoảng 1000 USD/tấn xăng, diesel (theo bảng giá tháng 1/2010)

Trong thời gian vừa qua, để phục vụ cho các triển lãm Auto Petro 2002, 2003

và 2004, Viện dầu khí đã chuyển đổi 02 động cơ diesel cỡ nhỏ và vừa sử dụng LPG dạng đơn nhiên liệu Nhưng việc sử dụng dạng đơn nhiên liệu LPG cũng chưa thực

sự khả thi vì chi phí đầu tư ban đầu lớn do phải thay đổi hoàn toàn kết cấu của động

cơ diesel (hiện nay trên thế giới chỉ có Australia là nước đầu tiên thay đổi toàn bộ động cơ diesel của xe tải nặng sang sử dụng 100% nhiên liệu LPG) Để tiết kiệm chi

phí đầu tư ban đầu thì việc sử dụng công nghệ “chuyển đổi động cơ diesel từ dạng

sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang sử dụng dạng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG” mà

không cần thay đổi kết cấu của động cơ là phù hợp hơn cả và cũng là công nghệ đang được nghiên cứu thử nghiệm ở các nước phát triển trên thế giới Việc chuyển đổi thành công có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế, kỹ thuật và đảm bảo tính khả thi cao Nhằm xây dựng cơ sở cho việc chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng lưỡng

nhiên liệu diesel/LPG trong thời gian tới, đề tài “Nghiên cứu xây dựng bộ thông số

tối ưu điều khiển LPG trên động cơ Diesel sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu CommonRail” là một hướng đi đúng, đáp ứng được tính khoa học và thực tiễn Nó

xem xét đến các ảnh hưởng tích cực của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG trên động cơ diesel truyền thống

i Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

*) Mục đích nghiên cứu

Đưa ra giải pháp cung cấp và tỷ lệ cung cấp LPG tối đa cho động cơ diesel, đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, phát thải độc hại và phát thải gây hiệu ứng nhà kính của việc sử dụng LPG trên động cơ diesel

*) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Động cơ nghiên cứu là động cơ mẫu

1 xylanh có các thông số cơ bản (đường kính xylanh, hành trình piston…) tương đương với các động cơ lắp trên xe buýt, xe tải nên kết quả nghiên cứu có thể được chuyển đổi áp dụng một cách tin cậy

ii Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu về công nghệ chuyển đổi từ động cơ sử dụng đơn nhiên liệu sang sử dụng lưỡng nhiên liệu trên thế giới để đưa ra giải pháp chuyển đổi cho một động cơ mẫu; thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ, tiến hành thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của

việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG đến tính năng và phát thải của động cơ được thực hiện trên cơ sở đối chứng

iii Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG trên động cơ diesel

- Lựa chọn tỷ lệ cung cấp LPG tối ưu

- Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel, chuyển đổi động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang lưỡng nhiên liệu diesel/LPG

- Kết quả đề tài góp phần thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho loại nhiên liệu truyền thống cho phương tiện giao thông vận tải ở Việt Nam

iv Các nội dung chính trong đề tài

Thuyết minh của đề tài được trình bày theo các phần như sau:

™ Mở đầu

™ Chương 1 Tổng quan về khí hỏa lỏng (LPG) và một số kết quả nghiên cứu ứng dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải

™ Chương 2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG

™ Chương 3 Xây dựng thuật toán và chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG

™ Chương 4 Thực nghiệm, kết quả và thảo luận

™ Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA LỎNG (LPG) VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG VẬN TẢI

1.1 Tổng quan về nhiên liệu LPG

Khí hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas, viết tắt là LPG) là hỗn hợp hydrocarbon nhẹ, ở thể khí LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc giếng gas và cũng có thể sản xuất ở các nhà máy lọc dầu Khoảng một nửa lượng LPG được sản xuất gắn liền với sản xuất khí thiên nhiên và khoảng một nửa kia được tạo ra nhờ quá trình tinh chế dầu thô Thành phần chính của LPG là propan (C3H8) và butan (C4H10), không màu, không mùi, không vị và không có độc tố Tỷ

lệ giữa propan và butan thay đổi giữa các quốc gia cũng như tùy từng thời điểm trong năm Ở Hà Lan, tỷ lệ propan/butan thường là 60/40, và tỷ lệ giữa iso-butan và n-butan là khoảng 1/3 Ở Mỹ LPG dùng cho ô tô có thành phần hơn 80% là propan, thành phần còn lại là etan, butan và khoảng hơn 10% là propen Tại Châu Âu, với các nước có khí hậu tương đối lạnh thì LPG có xu hướng thành phần propan và propen cao hơn Trong khi đó các nước có khí hậu ấm hơn như Italy thì LPG có thành phần chủ yếu là butan và buten

Bảng 1.1 Tỷ lệ C3 trong LPG của một số quốc gia trên thế giới [21,22,23]

Quốc gia Thành phần khí C 3 - (propan và propen) (%)

Bỉ 40-60

Pháp 20-50 Đức 100

Giá trị của của chỉ số Wobbe (W0) được tính bởi công thức:

Trong đó: HV là nhiệt trị thấp theo thể tích của chất khí

là trọng lượng riêng của chất khí

Các kiểm chứng cho thấy rằng chỉ số Wobbe của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt trị của lượng khí đốt cháy qua một giclơ với vận tốc dưới âm Vì hầu như tất cả các

hệ thống đo nhiên liệu khí đều dựa trên giclơ Một thay đổi chỉ số Wobbe của nhiên liệu (với điều kiện là các chỉ số khác giống nhau) sẽ có kết quả là có một sự thay đổi gần như tỷ lệ với tỷ lệ của năng lượng dòng chảy và do đó làm thay đổi tỷ lệ không khí/nhiên liệu trong hỗn hợp cháy LPG có thành phần khác nhau do vị trí địa lý hoặc khí hậu kéo theo sự khác nhau của chỉ số Wobbe Hiểu một cách đơn giản rằng, một chỉ số Wobbe thấp sẽ có kết quả là tỷ lệ không khí/nhiên liệu đốt cháy sẽ thấp và ngược lại Việc sử dụng động cơ có kiểm soát tỉ lệ A/F theo vòng kín có thể

bù vào các thay đổi về chỉ số Wobble do việc sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu khí khác nhau, hoặc do trong nhiên liệu khí sử dụng có những thành phần các chất khác nhau, hoặc chất khí có các đồng phân khác nhau

LPG là loại nhiên liệu thông dụng về tính đa năng và thân thiện với môi trường

Nó có thể dễ dàng được chuyển đổi sang thể lỏng bằng việc tăng áp suất thích hợp hoặc giảm nhiệt độ để dễ tồn trữ và vận chuyển được Nó có thể chuyển động như chất lỏng nhưng lại được đốt cháy ở thể khí Việc sản sinh ra chất NOx, các chất độc hại và tạp chất trong quá trình cháy thấp đã làm cho LPG trở thành một trong những nguồn nhiên liệu thân thiện nhất với môi trường trên thế giới

LPG lỏng chứa rất nhiều năng lượng trong một không gian nhỏ (mật độ năng lượng lớn) và nó có thể hóa hơi được nên cháy rất tốt Mỗi kg khí LPG cung cấp khoảng 12.000 kcal năng lượng

1.1.1 Tính chất vật lý của LPG

Ở nhiệt độ lớn hơn 0oC trong môi trường không khí bình thường với áp suất bằng áp suất khí quyến, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi theo tỉ lệ thể tích

1 lít LPG thể lỏng hoá thành khoảng 250 lít ở thể hơi Vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí thành hỗn hợp cháy nổ

Tỷ trọng LPG nhẹ hơn so với nước: đối với butan từ 0,55 - 0,58 lần, propan từ 0,5 - 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong môi trường không khí với áp suất bằng áp suất khí quyển, gas nặng hơn so với không khí: đối với butan là 2,07 lần; propan là 1,55 lần Do đó hơi LPG thoát ra ngoài sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín gió, những nơi trũng, những hang hốc của kho chứa, bếp…

LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi nhưng do LPG nặng hơn không khí khi bay hơi, mặt khác nó lại có xu hướng chìm và tích tụ Một lượng LPG có thể đủ

để gây ngạt nếu nó chiếm chỗ của oxy Do đó trong LPG người ta thường pha trộn thêm chất tạo mùi hăng Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng để nhằm phát hiện ra hiện tượng rò rỉ khí gas

LPG lỏng gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG rò

rỉ trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động

Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900oC÷1950oC, có khả năng đốt cháy và nung nóng chảy hầu hết các chất

LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ Khi đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa thì LPG sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình

Ở áp suất khí quyển, propan sôi ở -42oC và butan sôi ở - 0,5oC

Bảng 1.2 Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG [1,11,12]

Propan n-butan iso-butan

Chỉ số Cetane 9 13

1.1.2 Tính chất hóa học của LPG

LPG có thành phần chủ yếu là Propan và Butane, ngoài ra, tuỳ thuộc vào nguồn nhiên liệu khi chế biến mà trong thành phần của nó có thể có một lượng nhỏ olefin như propen, buten Trong đó propan chỉ có duy nhất ở dưới dạng mạch thẳng, butane có thể ở dưới dạng mạch thẳng hoặc mạch nhánh (n-butane và iso-butane) Thành phần chiếm chủ yếu của LPG là các hydrocacbon no không mạch thẳng

và mạch nhánh như các Ankan hoặc parafin Các chất này thể hiện tính hoạt động hóa học tương đối yếu, do các liên kết C-H và C-C của chúng tương đối ổn định Không giống như các hợp chất hữu cơ khác, chúng không có các nhóm chức Chúng phản ứng rất kém với các chất có tính điện ly hay phân cực, trên thực tế chúng có tính trơ với các axit và bazơ Tính trơ này là nguồn gốc của thuật ngữ parafin (tiếng la tinh parafin có nghĩa là “thiếu ái lực”) Tuy nhiên các phản ứng oxy hóa khử của các chất trong thành phần LPG với oxy và halogen do các nguyên tử cacbon có tính khử mạnh (C đạt trạng thái oxy hóa thấp nhất (-4)) Phản ứng với các halogen là các phản ứng thế, còn phản ứng với oxy gây ra sự cháy Quá trình cháy này tỏa ra một lượng nhiệt khá lớn cho quá trình sinh công

Công thức hoá học và cấu trúc phân tử:

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG

Phương trình cháy:

C3H8+5O2→3CO2+4H2O+to2C4H10+13O2 → 8 CO2+10 H2O+ toKhi không có đủ lượng ôxy cần thiết thì cacbon mônôxít hay thậm chí là muội than có thể tạo ra, như được chỉ ra dưới đây cho mêtan:

2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O

ở dạng lỏng và hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hòa trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG chứa trong bồn mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt

độ bên ngoài

1.1.3.1 Tính giãn nở do nhiệt

LPG có tỷ lệ giãn nở lớn từ dạng lỏng sang dạng hơi Nhờ hệ số giãn nở này mà

LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dưới dạng lỏng

Tỷ lệ giãn nở: + Propan: 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi ở 1 atm

+ Butan: 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi ở 1 atm

Vì vậy, các bình chứa LPG không bao giờ được nạp đầy, chúng được quy định chỉ chứa từ 80% tới 85% dung tích toàn bình để có không gian cho LPG giãn nở khi nhiệt độ tăng

1.1.3.2 Giới hạn cháy nổ

Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp không khí - hơi LPG hay trong hỗn hợp oxy - hơi LPG là phần trăm thể tích hơi LPG để tự bắt cháy nổ

Giới hạn bắt cháy nổ của LPG trong không khí khá hẹp, chỉ từ 1,5 - 10%, chính

vì vậy mà LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khí khác Tai nạn liên quan đến LPG gây ra kết quả cháy hoặc nổ Quá trình nổ xảy ra khi có đủ cả lượng không khí

và LPG được bắt lửa để tạo nên một lượng nhiệt lớn và chuyển động trong không khí với một thời gian rất ngắn Nếu nhiệt được giải phóng từ từ, việc đốt cháy nhiên liệu sẽ gây ra cháy chứ không phải nổ Điều này có ý nghĩa quan trọng với việc thông gió và tạo dòng không khí chuyển động trong việc bảo quản và vận chuyển

+ Propan thương mại: có thành phần chủ yếu là hydrocacbon C3 Ở một số

nước, propan thương mại có tỉ lệ butan hoặc buten thấp, có thể có etan hoặc eten

+ Butan thương mại: có thành phần chủ yếu là hyrocacbon C4 Thông thường,

thành phần lớn nhất là n-butan hoặc buten-1 Cũng có thể xuất hiện một lượng không đáng kể thành phần propan C3H8 hoặc propen C3H6 và pentan

+ Hỗn hợp butan - propan: thành phần của sản phẩm này phụ thuộc vào nhà

sản xuất cũng như các nhà kinh doanh địa phương, thông thường thành phần của chúng là 50% butan, 50% propan hoặc 70% butan, 30% propan Đây là sản phẩm

phổ biến trên thị trường Việt Nam

1.1.5 Ưu điểm của LPG

Vì có thành phần hóa học tương đối đơn giản hơn các loại nhiên liệu khác nên

dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn Điều này đã làm cho LPG có các đặc tính của một nhiên liệu cháy sạch Sản phẩm cháy chỉ có CO2 và hơi nước, không có hợp chất chứa lưu huỳnh và chì, hàm lượng các khí NOx thấp, không gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại ngay cả khi tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, không làm ăn mòn các thiết bị sử dụng Đặc biệt sản phẩm cháy không tạo muội, tạo cặn các bon nên làm tăng thời gian sử dụng dầu nhờn và tránh mài mòn xy lanh Về năng suất tỏa nhiệt, LPG cao hơn hẳn so với các loại nhiên liệu truyền thống Nhiệt lượng do LPG tạo ra cao hơn so với xăng và cao gần gấp đôi so với các loại xe khác chạy metanol và etanol

Cả propan và butan đều dễ hóa lỏng và có thể chứa được trong các bình áp lực Những đặc tính này làm cho loại nhiên liệu này dễ vận chuyển, và vì thế có thể chở trong các bình hay bồn gas đến người tiêu dùng

LPG là loại nhiên liệu thay thế tốt cho xăng trong các động cơ đánh lửa cưỡng bức

LPG là chất thay thế cho chất nổ đẩy aerosol và chất làm đông, LPG được chọn

để thay cho fluorocarbon vốn được biết đến như một chất làm thủng tầng ôzôn Với các đặc tính là nguồn nhiên liệu cháy sạch và dễ vận chuyển, LPG cung cấp một nguồn năng lượng thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như củi, than và các chất hữu cơ khác Việc này cung cấp giải pháp hạn chế việc phá rừng và giảm được bụi trong không khí gây ra bởi việc đốt các nhiên liệu truyền thống

Tính phổ biến và tương thích với các loại xe như sau: nếu xe chạy xăng là 100% thì xe sử dụng diesel là 120%, LPG là 74%, LNG là 65% ( khí tự nhiên hóa lỏng), CNG 25% (khí tự nhiên nén dưới áp suất cao), metanol 56%, và etanol là 66% Có nghĩa là nếu xe chạy xăng có độ phổ biến và tương thích để áp dụng vào sản xuất và tiêu dùng là 100% thì xe chạy diesel có tính phổ biến, tương thích cao hơn, việc sản xuất và sử dụng dễ dàng hơn (120%), còn xe chạy LPG có khó khăn trong việc sử dụng và sản xuất nên tình phổ biến và tương thích thấp hơn (74%)

Trị số octan nghiên cứu/trị số octan - motor của LPG (butan 102/89, propan 111/96) cao hơn so với xăng không chì từ 5-12 đơn vị, do đó có thể tăng được 3-5% hiệu suất nhiệt theo lý thuyết Với đặc tính chống kích nổ rất cao nên hiệu suất, công suất động cơ được cải thiện Trên thực tế cho thấy đặc điểm cháy sạch của LPG đã giảm hẳn các yêu cầu về bảo dưỡng động cơ, kéo dài thời gian sử dụng dầu nhờn, tăng tuổi thọ hệ thống đánh lửa và tuổi thọ động cơ Giảm quá trình tạo cặn cácbon do đó giảm mức độ kẹt xước, mài mòn đồng thời không làm mất phẩm chất của dầu bôi trơn LPG không làm loãng màng dầu mỏng trên bề mặt thành xy lanh nên rất có ý nghĩa khi khởi động động cơ

1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới

1.2.1 Tình hình sản xuất LPG

Từ thập niên 90 đến nay, lượng LPG sản xuất trên toàn cầu liên tục tăng (trung bình 5-10%/năm) và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong những năm tới [21, 22, 23] Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2008 đạt 239 triệu tấn từ mức 198 triệu tấn năm 2000 Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới khoảng 2,4%/năm trong giai đoạn 2000-2008 Dự báo năm 2010 nguồn cung thế giới đạt 260,3 triệu tấn, đến năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn theo nhận định của Purvin&Gertz Trong đó, 60% LPG được sản xuất từ quá trình xử lý, 39,5% sản xuất từ các nhà máy lọc dầu và còn lại 0,5% từ các nguồn khác

Bắc Á là khu vực sản xuất LPG lớn thứ hai trên thế giới trong giai đoạn

2000-2008, sau Trung Đông Hơn 90% sản lượng tăng lên là từ các nhà máy lọc dầu ở Trung Quốc Hầu hết sản lượng LPG của khu vực này tới từ các nhà máy lọc hóa dầu, số ít là xử lý khí và duy nhất cho tới nay ở Trung Quốc có nhà máy hóa khí từ than Phần còn lại tăng lên trong sản lượng của khu vực là từ các nhà máy lọc dầu ở Hàn Quốc và Đài Loan Sản lượng LPG của Nhật Bản giảm nhẹ trong suốt giai đoạn này Dự báo năm 2010, Bắc Á cung cấp khoảng 25,8 triệu tấn LPG, đến 2015 khoảng 31,1 triệu tấn LPG

Hình 1.2 Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu [21,22,23]

Trung Đông cung cấp 1/5 tổng lượng LPG trên thế giới trong năm 2008 và tăng trung bình 4,1%/năm từ năm 2000 mặc dù sản lượng của khu vực này giảm trong năm 2001 và 2002 Tổng cung khu vực này dự báo tăng đến 58,1 triệu tấn cho năm

2010 và 69,7 triệu tấn cho năm 2015 Năm 2008, khoảng 66% sản lượng LPG Trung Đông là từ xử lý khí đồng hành, 24% là từ quá trình tinh khiết khí

1.2.2 Tình hình sử dụng LPG

Năm 2006 tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn thế giới đạt khoảng hơn 230 triệu tấn Trong đó khu vực Bắc Mỹ là khu vực tiêu thụ lớn nhất với khối lượng hàng năm là 72 triệu tấn Tiếp theo là Châu Á, Châu Âu và Châu Mỹ La Tinh với khối lượng tưng ứng là 62 triệu tấn, 35 triệu tấn và 18 triệu tấn Trung Đông tuy là khu vực cung cấp nhiều nhất LPG ra thị trường thế giới nhưng mức tiêu thụ chỉ dừng lại

ở mức 13 triệu tấn/năm Các khu vực như Trung Mỹ, Châu Phi, Liên Xô cũ và Châu

Úc hiện đang có mức tiêu thụ tương ứng là 14 triệu tấn, 9 triệu tấn, 7 triệu tấn và 2,5 triệu tấn Cho đến nay sản lượng tiêu thụ chắc chắn đã tăng lên đáng kể theo ước tính khoảng 300 triệu tấn (mỗi năm tăng trưởng khoảng 10%)[21]

Hình 1.3 Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu năm 2006 [20]

24%

12.60%

48.20%

8.80% 1.70%4.80%

Hoá chất Công nghiệp Hộ Tiêu thụ Vận Tải Nông nghiệp Lọc dầu

Hình 1.4 Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 [21]

Nếu chia theo lĩnh vực sử dụng, tiêu dùng dân dụng hiện có khối lượng sử dụng lớn nhất chiếm gần 50%, tiếp theo là lĩnh vực hoá chất chiếm 24%, sử dụng LPG trong công nghiệp đứng thứ ba với tổng mức tiêu thụ chiếm khoảng 13%, đứng thứ

4 là việc sử dụng LPG trong vận tải với tổng lượng tiêu thụ hàng năm chiếm 8,8%, lĩnh vực hoá dầu chiếm 5% và cuối cùng là lĩnh vực nông nghiệp chiếm 2% [21] Với các ưu điểm sạch, nhiệt lượng cao và sức ép toàn cầu về vấn đề môi trường, LPG hiện đang là loại khí đốt được khuyến khích tiêu dùng với mức tăng trưởng hàng năm trên toàn thế giới đạt trên 3,5% Tuy nhiên, LPG cũng bị cạnh tranh trực tiếp từ các loại khí đốt khác như CNG, LNG, đặc biệt là các khu vực có

hệ thống cơ sở hạ tầng tốt với hệ thống dẫn khí đốt đồng bộ do giá các loại khí này

rẻ hơn Tuy nhiên, các loại khí này không thể so sánh được với LPG về tính linh hoạt trong tồn trữ, vận chuyển và phân phối Thực tế cho thấy ở đâu cần sự linh hoạt trong phân phối, ở đó LPG luôn chiếm ưu thế Về xu hướng sử dụng, hiện nay

tỷ trọng LPG sử dụng cho công nghiệp, hoá dầu, giao thông vận tải đang tăng dần Trên toàn thế giới hiện có trên 7 triệu xe sử dụng LPG tập trung tại 38 nước và

chủ yếu tại các vùng kinh tế phát triển do tại đây có mức sống cao và vấn đề ô nhiễm môi trường đang là vấn đề bức xúc được chính phủ quan tâm như là mặt trái của sự phát triển kinh tế Dưới đây là các thông tin khái quát về thị trường Autogas (ôtô sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng) tại một số quốc gia hiện đang có mức tăng trưởng thị trường Autogas nhanh nhất trên thế giới hiện nay [21, 23]:

− Italy: Là quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho Autogas lớn nhất với lượng tiêu dùng hàng năm đạt tới khoảng 1,3 triệu tấn Hiện nay số lượng xe dùng LPG tại Italy là 1,234 triệu xe trong tổng số 32,969 triệu xe vận tải Tuy chỉ chiếm 4% trong tổng số xe lưu hành nhưng trong thời gian tới tỷ lệ này sẽ tăng với tốc độ nhanh chóng do các chính sách hỗ trợ hiện tại của Chính phủ nhằm giảm mức độ ô nhiễm môi trường Trong năm 1999, 175.000 xe sử dụng xăng dầu đã được lắp bộ phận chuyển đổi để sử dụng LPG Nhằm thúc đẩy sự chuyển đổi này hiện chính phủ Italia đang áp dụng các biện pháp khuyến khích như: thanh toán từ quỹ của chính phủ cho việc chuyển đổi với số tiền 377 USD/chiếc, giảm lệ phí giao thông đối với các xe chạy bằng LPG, hạn chế việc lưu hành các xe chạy bằng xăng dầu tại một số khu vực có mật độ ô nhiễm cao

− Anh: Thị trường Autogas tại nước Anh được đánh giá là một trong những thị trường tiềm năng nhất với mức tăng trưởng đạt tới 500% Nếu đầu năm 1999, tại Anh mới chỉ có 3500 xe thì đến tháng 05/2000 con số này đã lên tới 20.000 xe và đến cuối năm 2000 theo ước tính đạt 30.000 xe, tới năm 2007 con số này đã lên tới

là 150.000 xe Để đạt được tốc độ này, chính phủ Anh đã có các tác động đáng kể thông qua các chính sách như: hình thành quĩ hỗ trợ chuyển đổi từ xe chạy xăng, dầu sang chạy LPG (năm 1999, quỹ này là 3,6 triệu bảng và năm 2000 là 10 triệu bảng), giảm thuế đối với LPG dùng cho ô tô (mức chênh lệch so với thuế đánh vào các nhiên liệu khác là 0,3 USD/lít), hỗ trợ mở rộng hệ thống các trạm bơm LPG cho

xe ô tô (vào đầu năm 1999, trên toàn quốc chỉ có 150 trạm nhưng đến cuối tháng 5/2000 con số này đó là 370 trạm và đến nay là khoảng 1000 trạm)

− Thổ Nhĩ Kỳ: Năm 1999, có 500.000 xe taxi chạy bằng LPG (chiếm 92% trong tổng số) Con số này năm 2000 là 800.000 chiếc, tăng 60% Giá LPG chạy xe chỉ bằng 34% so với các loại nhiên liệu khác Chính do sự chênh lệch này nên hiện

nay hiện tượng chuyển đổi xảy ra khá tuỳ tiện và Chính phủ không thể kiểm soát được Hiện nay tại Thổ Nhĩ Kỳ chỉ có khoảng 58.000 xe là có giấy phép lưu hành hợp lệ trên tổng số 500.000 xe đang lưu hành Ngoài ra Chính phủ còn đang áp dụng các biện pháp như yêu cầu kiểm tra xe hai lần trong năm đối với các xe chạy bằng LPG nhằm đảm bảo sự an toàn đối với thị trường Autogas đang phát triển ở nước này

− Ba Lan: Hiện đang có 470.000 xe chạy LPG với hệ thống 1900 trạm nạp chính thức Chi phí LPG sử dụng cho phương tiện vận tải thấp so với các loại nhiên liệu khác là lý do cơ bản thúc đẩy sự phát triển của Autogas tại nước này phát triển LPG sử dụng cho Autogas năm 1999 là 395.000 tấn, tăng 32% so với năm 1998 Do được sự hỗ trợ về thuế, giá LPG dùng cho Autogas chỉ bằng 35% so với nhiên liệu khác (đây là một trong những quốc gia có mức chênh lệch thuế đối với Autogas và nhiên liệu khác lớn nhất)

− Trung Quốc: Do đạt được sự phát triển kinh tế trong thời gian gần đây nên vấn đề giao thông và ô nhiễm môi trường không khí đang nổi lên như là một vấn đề cần được giải quyết ngay, đặc biệt là tại các thành phố lớn Kể từ năm 2000, Chính phủ dự kiến miễn thuế nhiên liệu đối với xe chạy LPG Thời gian miễn là 05 năm, tại thời điểm đó ở Thượng Hải có khoảng hơn 20.000 xe trong tổng cộng hơn 61.000 xe taxi chạy bằng LPG Theo LPG World, số 17 ngày 7/9/2000, mỗi ngày tại thành phố này có 40 xe chuyển sang sử dụng LPG và đến nay tại thành phố này

đã có khoảng hơn 40.000 xe taxi chạy LPG Đây cũng là nguyên nhân làm cho lượng sử dụng LPG của Thượng Hải tăng lên rất lớn trong những năm gần đây đạt hơn 300.000 tấn/năm, tốc độ tăng trưởng hàng năm trung bình khoảng 40-50% Tiếp tục hỗ trợ thị trường này, chính quyền thành phố đã thông qua kế hoạch xây mới thêm nhiều trạm nạp mới cho đến nay tổng số trạm bơm LPG cung cấp cho xe

ô tô đã lên tới hơn 100 trạm

− Hàn Quốc: Do giá bán LPG chạy xe chỉ bằng 1/3 giá xăng, Autogas được sử dụng rất rộng rãi cho xe taxi, bus và xe tải nên tốc độ tăng trưởng rất nhanh Sản lượng butan cho chạy xe khoảng 1,5 triệu tấn/năm

− Ấn Độ: Tháng 08/2000, Chính phủ đó chính thức cho phép lưu hành xe chạy

LPG Hiện tại, hai thành phố là Bombay và New Delhi được ưu tiên phát triển đội

xe sử dụng LPG Tại Bombay, hiện có 1/5 trong tổng số 55.000 xe taxi hiện đó

được lắp đặt bộ phận chuyển đổi dùng LPG Chi phí cho một bộ phận chuyển đổi

khoảng 12.000 Rupees (tương đương 260 USD)

Bảng 1.3 Thị trường LPG-Autogas năm 2007 [23]

Quốc gia Lượng LPG tiêu thụ (tấn) Số lượng phương tiện chạy LPG (chiếc) Số lượng trạm tiếp nạp (trạm)

Theo hiệp hội LPG thế giới, năm 2007 trên thế giới có khoảng 13 triệu phương

tiện chạy LPG tiêu thụ 20,3 triệu tấn nhiên liệu với 51.730 trạm tiếp nhiên liệu Số

lượng tiêu thụ và sử dụng ngày càng tăng nhanh chủ yếu tập trung tại một số nước

phát triển Năm nước sử dụng LPG làm nhiên liệu nhiều nhất là Hàn Quốc, Nhật

Bản, Ba Lan, Thổ Nhĩ Kỳ và Australia Lượng tiêu thụ LPG của năm nước này

chiếm một nửa lượng tiêu thụ LPG trên toàn thế giới [23]

Như vậy có thể thấy tại các nước phát triển, việc chuyển đổi động cơ xăng thành

động cơ LPG đã trở nên khá phổ biến, nhưng công nghệ chuyển đổi sử dụng LPG

làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông sử dụng động cơ diesel chưa được đặt ra

như là một giải pháp khả thi mà chỉ giới hạn trong phạm vi nghiên cứu lý thuyết với

xu hướng thiên về sử dụng hệ thống phun nhiên liệu LPG trực tiếp trong buồng đốt

của động cơ có tỉ số nén cao Việc chuyển đổi nhiên liệu đối với các họ động cơ

diesel nhằm mục đích giảm lượng độc hại trong khí phát thải và tiết kiệm chi phí

nhiên liệu tập trung chủ yếu vào khí thiên nhiên nén CNG

1.3 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có thể tạm chia ra 4 cụm khai thác khí quan trọng:

+ Cụm khí thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó có Tiền Hải - Thái Bình, trữ lượng khoảng 250 tỷ m3 khí, được bắt đầu khai thác năm 1981 phục vụ cho công nghiệp địa phương

+ Cụm khí thứ 2 thuộc vùng biển Cửu Long, gồm có 4 mỏ dầu Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ru Bi

+ Cụm thứ 3 ở vùng biển Nam Côn Sơn gồm mỏ Đại Hùng đang khai thác và các mỏ khí đã phát hiện khu vực xung quanh Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh

+ Cụm mỏ thứ 4 tại thềm lục địa Tây Nam gồm có mỏ BungaKewa - Cái Nước Công nghiệp khí đòi hỏi phải có công nghệ đồng bộ từ khai thác, vận chuyển, chế biến và tiêu thụ Nguồn tiêu thụ đầu tiên là dự án khai thác và dẫn khí vào bờ cho các nhà máy điện Phú Mỹ I và Phú Mỹ II, nhà máy sản xuất phân đạm Cùng với nó, ngày 1/1/1995 nhà nước đã quyết định cho nhà máy điện Bà Rịa - Vũng Tàu

sử dụng khí đồng hành thay diesel, đồng thời xây dựng nhà máy khí Dinh Cố tại Bà Rịa với công suất thiết kế là vận chuyển vào bờ 3 triệu m3 khí/ngày và sẽ được nâng lên 3,5 - 4 tỷ m3 khí/năm Đây là nhà máy xử lý khí đầu tiên của nước ta đã chính thức hoạt động, cung cấp LPG phục vụ cho công nghiệp và dân dụng

Song song với dự án trên thì năm 1998 PetroVietnam cũng bắt đầu khởi công xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất và cho tới nay đã bước đầu hoàn thiện LPG được sản xuất tại Dinh Cố sử dụng nguồn nguyên liệu là khí đồng hành được vận chuyển từ các mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng Khí đồng hành tại các mỏ này có hàm lượng H2S và CO2 rất thấp (0,4 - 4%) rất thuận lợi cho chế biến và sử dụng

Dầu mỏ Bạch Hổ có tỷ xuất khí hòa tan trung bình là 180m3/tấn nghĩa là cứ một tấn dầu trong điều kiện mỏ có áp suất lớn hơn áp suất bão hòa khi khai thác lên có thể tách ra 180m3 khí Đây là một nguồn nguyên liệu rất dồi dào thúc đẩy nhanh ngành công nghiệp chế biến khí của nước ta, đồng thời thúc đẩy sự phát triển các ngành công nghiệp khác có liên quan Tài nguyên dầu khí có hạn trong khi đó công nghiệp dầu khí - hóa dầu Việt Nam hầu như chưa có gì nên bên cạnh việc phát hiện,

khai thác dầu khí với sản lượng ngày càng tăng thì đây cũng chính là 1 sự lãng phí tài nguyên thiên nhiên của đất nước

1.4 Một số kết quả nghiên cứu LPG trên động cơ diesel ở Việt Nam

Nghiên cứu sử dụng LPG cho xe máy và ô tô con sử dụng xăng đã được thực hiện và công bố rộng rãi, tuy nhiên, ít nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng LPG trên động cơ diesel

Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp ngành dầu khí do ThS.Vũ An làm chủ nhiệm đề tài được thực hiện năm 2009: Nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/khí hóa lỏng (LPG) đồng thời chuyển đổi động cơ diesel trên xe buýt theo hướng phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm mô trường tại các đô thị lớn ở Việt Nam Luận văn thạc sĩ khoa học của học viên Nguyễn Khoa Bằng chuyên ngành Kỹ thuật Động cơ đốt trong - Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện năm 2010: Nghiên cứu, đánh giá tác động của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - khí hóa lỏng (LPG) đến tính năng và phát thải của động cơ diesel truyền thống

Các nghiên cứu này đều được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel D1146TI (lắp trên xe buýt) được mua của Hãng Eco-gas, Australia Hệ thống này gồm một bộ hóa hơi, van định lượng (kiểu díclơ), ECU điều khiển, cảm biến kích nổ và hệ thống đường ống nối Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG cho động cơ được thể hiện trên Hình 1.5 [13]

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG cho động cơ [13]

1.4.1 Kết quả đo độ khói trong khí thải với giá trị áp suất LPG sau bộ hóa hơi

khác nhau

Các công trình nghiên cứu ở trên đã tiến hành đánh giá để lựa chọn áp suất LPG phun vào động cơ theo tiêu chí dựa trên độ khói trong khí thải và độ rung động của động cơ

Với kết quả nghiên cứu trình bày ở bảng 1.4, tác giả đã đánh giá và lựa chọn áp suất phun LPG là 2,65 bar Tuy nhiên với tiêu chí là dựa trên nồng độ phát thải độ khói của động cơ và cảm nhận độ rung động của động cơ nên chưa đánh giá hết được ảnh hưởng của áp suất LPG đến các tính năng kinh tế, kỹ thuật và các phát thải độc hại khác

Bảng 1.4 Độ khói (FSN) trong khí thải với các áp suất LPG khác nhau

Chế độ Nhiên liệu sử dụng và áp

Diesel 1,35 0,96

1.4.2 Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chạy ổn định

Quá trình đo tiêu hao nhiên liệu được thực hiện cùng một chế độ làm việc của động cơ, sau đó tiến hành đo và so sánh tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng diesel và khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG Lượng tiêu hao diesel được đo bằng cân nhiên liệu Fuel Balancer 733S Lượng tiêu hao LPG được đo bằng cân bàn có dải

Kết quả lượng nhiên liệu diesel giảm đi nói trên thể hiện lượng nhiên liệu diesel

được thay thế tối ưu nhất khoảng 25,6% Lúc đó lượng nhiên liệu LPG đưa vào có

khối lượng thấp hơn lượng nhiên liệu diesel giảm đi, mặt khác giá thành của LPG rẻ

hơn so với giá dầu diesel (trong trường hợp được nhà nước trợ giá như ở các nước

trên thế giới) Điều này bước đầu cho thấy tính kinh tế khi sử dụng lưỡng nhiên liệu

diesel/LPG trên động cơ diesel truyền thống

Bảng 1.5 Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu (kg/h)

Lưỡng nhiên liệu

Nhiên liệu Diesel Diesel LPG Diesel LPG Diesel LPG Diesel LPG

Tiêu hao nhiên

Tuy nhiên trong quá trình làm việc của động cơ vận tải, các chế độ của động cơ

thay đổi liên tục, do đó tỷ lệ LPG thay thế cần được thay đổi theo Hệ thống cung

cấp LPG của Eco-gas chưa cho phép thực hiện điều này, vì thế cần có những nghiên

cứu, cải tiết hệ thống cung cấp LPG

1.4.3 Kết quả thử nghiệm khí thải

1.4.3.1 Thử nghiệm theo chu trình thử Châu Âu ECE R49

Đo khí thải theo chu trình ECE R49 được thực hiện 3 lần: trước khi chạy ổn

định (thời điểm 0h) với nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu, và sau khi chạy ổn

định 100h với lưỡng nhiên liệu

Bảng 1.6 Kết quả đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49

khi hàm lượng NOx giảm so với khi sử dụng diesel thông thường Sự thay đổi này

có thể là do bản chất của LPG có chỉ số octan cao (cao hơn xăng từ 5 đến 12 đơn vị) cho thấy khả năng tự cháy của LPG kém Dù được cung cấp vào đường nạp từ rất sớm (trước két làm mát không khí) và thời gian chuẩn bị cho quá trình hòa trộn với diesel thành hỗn hợp đồng nhất khi đi vào xylanh nhưng việc hình thành những trung tâm tự cháy đầu tiên vẫn do nhiên liệu diesel tự bốc cháy Ngoài ra LPG cung cấp vào có thể lấy đi một phần nhiệt lượng của quá trình sấy nóng - bay hơi - hòa trộn, khiến thời điểm hỗn hợp không khí - nhiên liệu thực sự bốc cháy muộn đi so với khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel Nhìn chung quá trình cháy tồi hơn so với động cơ khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel

Hàm lượng NOx từ chỗ vượt quá tiêu chuẩn cho phép của EURO II (thậm chí

cả EURO I) khi thử nghiệm với nhiên liệu diesel nhưng đã giảm xuống dưới giá trị quy định khi thử nghiệm với lưỡng nhiên liệu diesel/LPG (Hình 1.7)

Lượng chất thải dạng hạt PM khi sử dụng lưỡng nhiên liệu lớn hơn so với trường hợp chạy bằng diesel cũng một phần do quá trình cháy kém hơn và phát thải

HC tăng (Hình 1.6) Đồng thời, sự phát thải này có xu hướng gia tăng theo thời gian

sử dụng do sự suy giảm khả năng làm việc của các hệ thống trên động cơ

1.4.3.2 Kết quả thử nghiệm độ khói

Bảng 1.7 Độ khói (FSN) sau 100h chạy ổn định

ở 100% tải

Kết quả thử nghiệm theo chu trình ECE R49 (mục 1.4.3.1) cho thấy sự gia tăng hàm lượng các chất thải dạng hạt PM khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG

trong khi thử nghiệm đo độ khói bằng thiết bị Smoke Meter AVL 415S cho thấy sự

giảm rõ rệt của độ khói Sự thay đổi trái chiều trên có thể là do các thành phần hóa

lý của LPG (Việt Nam chưa có tiêu chuẩn LPG riêng cho phương tiện mà dùng chung với tiêu chuẩn LPG dân dụng và công nghiệp), chất phụ gia dầu bôi trơn …

chiếm tỉ trọng lớn trong khi độ khói chỉ phản ánh thành phần bồ hóng và cacbon tự

do của PM

1.4.4 Kết quả thử nghiệm đặc tính động cơ

Bảng 1.8 So sánh về công suất (kW) ở chế độ 85% tải khi sử dụng lưỡng nhiên liệu

diesel/LPG với nhiên liệu diesel

Các thông số của động cơ được xác định trong điều kiện động cơ hoạt động với

nhiên liệu diesel ở chế độ 85% tải, sau đó cung cấp thêm LPG để chuyển sang chế

độ chạy lưỡng nhiên liệu

Tại chế độ thử nghiệm này, khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG, công suất

tăng trung bình 23,24% và tăng khá đều trên toàn bộ dải tốc độ (Bảng 1.8)

Giá trị công suất ở 0h, sau 50h và sau 100h với cả hai loại nhiên liệu ổn định,

không có sự thay đổi Cũng có thể thấy, do thời gian thử nghiệm bền 100h là ngắn

nên hầu như chưa thể hiện được sự thay đổi về công suất của động cơ Đây cũng

chính là điềm hạn chế về thời gian chạy thử nghiệm bền

Giá trị công suất khi đo đặc tính với lưỡng nhiên liệu (85% tải) tại các thời

điểm chạy ổn định tương đồng với khi đo đặc tính ngoài của động cơ (100% tải) với

nhiên liệu diesel

1.5 Kết luận

Với tính chất vật lý và hóa học của nhiên liệu LPG cho thấy, việc ứng dụng

LPG trên các phương tiện vận tải rất phù hợp, không yêu cầu phải cải tiến nhiều động cơ

Ở Việt Nam với trữ lượng LPG lớn, tuy nhiên việc ứng dụng LPG trên các phương tiện vận tải còn đang hạn chế, một vài hãng taxi đã ứng dụng trên động cơ xăng Đối với việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel vẫn đang trong quá trình nghiên cứu

Tuy nhiên, với các kết quả nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ diesel ở trên thể hiện:

- Việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel khi sử dụng chế độ lưỡng nhiên liệu diesel/LPG không phải thay đổi kết cấu động cơ và không ảnh hưởng tới đặc tính làm việc của động cơ

- Với tỷ lệ lượng nhiên liệu LPG thay thế hầu như không đổi ở các chế độ làm việc do đó chưa đánh giá một cách tối ưu ảnh hưởng của nhiên liệu LPG đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ

- Việc lựa chọn áp suất phun LPG chỉ dựa vào độ khói của khí thải và cảm nhận độ rung của động cơ chưa đánh giá được một cách khoa học áp suất LPG tới khả năng làm việc hiệu quả của động cơ

- Các nghiên cứu trên chưa đánh giá được ảnh hưởng của các thông số điều chỉnh như góc phun sớm của động cơ, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu,… nên phát thải độc hại CO, HC và PM của động cơ tăng Đây là những vấn đề cần nghiên cứu thêm

- Tuy nhiên với những kết quả nghiên cứu ở trên đã xác định được cơ sở ban đầu cho quá trình nghiên cứu, ứng dụng nhiên liệu LPG trên động cơ diesel

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG

2.1 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên động cơ AVL 5402

2.1.1 Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG

Hình 2.1 thể hiện sơ đồ lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên động cơ AVL 5402 trên băng thử động cơ một xylanh của Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Viện

Cơ khí động lực Nhiên liệu LPG được tích trong bình nhiên liệu thông thường và bán ở ngoài thị trường Trên bình sử dụng van đóng mở LPG dạng cơ khí với cơ cấu van xoay Việc điều chỉnh áp suất LPG trong quá trình thí nghiệm của đề tài được thực hiện bằng van giảm áp dạng cơ khí LPG được hóa hơi hoàn toàn qua bộ chuyển đổi hóa hơi trước khi vào động cơ

Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402

Trên đường cung cấp LPG cho động cơ còn có các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất và lưu lượng LPG Để quá trình đo lưu lượng LPG được chính xác, trên đường ống cấp nhiên liệu LPG có lắp thêm bình ổn áp phía sau cảm biến đo lưu lượng LPG được phun vào đường ống nạp của động cơ qua vòi phun Các tín hiệu từ cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến chân ga, cảm biến áp suất, được đưa về bộ điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG (ELC - Electronic LPG Control) Tín hiệu điều khiển phun LPG được gửi tới van điện từ đóng ngắt nhiên liệu đặt phía trước bộ hóa hơi và tín hiệu điều khiển vòi phun Quá trình đóng ngắt được thực hiện thông qua giao diện của máy tính kết nối với bộ ELC

Quá trình xây dựng bộ thông số cho bộ điều khiển ELC cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ được tiến hành thông qua phần mềm Delphi với chương trình kết nối máy tính và bộ điều khiển ELC Phần mềm giao diện Delphi được thiết kế cho

phép thay đổi lượng nhiên liệu LPG phun vào động cơ, điều khiển thời điểm phun nhiên liệu, hiển thị các giá trị từ các cảm biến đưa về ELC, bật tắt các van điện từ,

và một số chức năng lưu giữ kết quả thí nghiệm

Hình 2.2 Sơ đồ tín hiệu điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý các chi tiết trong hệ thống

Trong quá trình sử dụng có thể lấy LPG dạng hơi

với áp suất khoảng 3bar ở phía trên của bình hoặc lấy LPG dạng lỏng với áp suất khoảng 8bar ở phía dưới của bình

2.1.2.2 Van giảm áp

Áp suất của LPG qua van giảm áp được điều chỉnh thông qua van tiết lưu 3 (Hình 2.4) Việc điều chỉnh độ mở của van tiết lưu được thực hiện thông qua cơ cấu

Hình 2.3 Bình chứa LPG

tay vặn 1 Khi ta vặn tay vặn 1 theo chiều giảm áp, lò xo của tay vặn 1 kéo màng cao su 2 đi xuống, qua đó đóng kín dần cửa van tiết lưu 3 và do đó áp suất của LPG

đi vào động cơ giảm Nếu vặn theo chiều ngược lại thì áp suất LPG đi vào động cơ tăng

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý van giảm áp

1 Tay vặn, 2 Màng cao su, 3 Van tiết lưu

2.1.2.3 Van điện từ và ống nối

Hình 2.5 Van điện từ, ống dẫn khí LPG

Van có cấu tạo gồm 1 cuộn hút, một lõi sắt và một lò xo nén vào lõi sắt Bình thường khi không có dòng điều khiển thì lò xo ép vào lõi sắt, van ở trạng thài đóng, khi có dòng điều khiển từ bộ điều khiển, cuộn hút được cung cấp nguồn 24V và sinh từ trường để hút lõi sắt, từ trường này đủ mạnh thắng được lực nén của lò xo làm mở van, LPG được cấp đến vòi phun

Ống dẫn được sử dụng để dẫn khí LPG là loại chuyên dùng để dẫn khí gas Có thể chịu được áp suất đến 80bar và không bị rò rỉ khí gas trong quá trình sử dụng