Lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, giúp đa dạng hóa nguồn nhiên liệu, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, ở Việt Nam mới nghiên cứu thử nghiệm hiện trường dạng đơn lẻ. Trong bài viết này, nhóm tác giả giới thiệu một số nguyên tắc thiết kế, lắp đặt, quy trình vận hành để đảm bảo an toàn cho các xe chuyển đổi sang sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel và đề xuất một số giải pháp về cơ chế, chính sách để phát triển bền vững, hiệu quả việc sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel cho giao thông vận tải ở Việt Nam.
CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH XE Ơ TÔ SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU LPG/DIESEL KS Đào Văn Tuân, ThS Trần Mai Khôi, ThS Vũ An, ThS Nguyễn Thị Thu Hiền ThS Hoàng Mai Chi, ThS Tạ Quang Minh, KS Lương Văn Thưởng, ThS Nguyễn Văn Nhân Viện Dầu khí Việt Nam Email: tuandv@vpi.pvn.vn Tóm tắt Lưỡng nhiên liệu LPG/diesel sử dụng phổ biến giới, giúp đa dạng hóa nguồn nhiên liệu, góp phần giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, Việt Nam nghiên cứu thử nghiệm trường dạng đơn lẻ Trong báo này, nhóm tác giả giới thiệu số nguyên tắc thiết kế, lắp đặt, quy trình vận hành để đảm bảo an toàn cho xe chuyển đổi sang sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel đề xuất số giải pháp chế, sách để phát triển bền vững, hiệu việc sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cho giao thông vận tải Việt Nam Từ khóa: Thiết kế, lưỡng nhiên liệu LPG/diesel Giới thiệu Việc sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cho phương tiện giao thông vận tải giải pháp quan trọng giúp giảm ô nhiễm mơi trường khí thải động gây Để đảm bảo an toàn hiệu cho xe sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cần nghiên cứu từ khâu thiết kế, lắp đặt quy trình vận hành cho phù hợp với dòng xe Bài báo giới thiệu số kết nghiên cứu thiết kế, lắp đặt vận hành hệ thống cấp LPG dòng xe khách Transinco sử dụng đơn nhiên liệu diesel Thiết kế, lắp đặt hệ thống cấp LPG cho xe khách Transinco 2.1 Khảo sát vị trí lắp đặt hệ thống cấp LPG Đối với dòng xe khách Transinco có động phía sau, q trình lắp đặt phải chia thiết bị cung cấp LPG thành cụm chi tiết vị trí khác nhau: - Các chi tiết hóa LPG, van điện từ, lọc LPG, vòi phun cảm biến áp suất tăng áp đường nạp lắp đặt khoang chứa động để đảm bảo giảm tổn thất nhiệt thuận lợi cho việc lấy nước làm mát từ động cơ; 2.2 Thiết kế vị trí lắp đặt bình chứa LPG xe khách Transinco Việc thiết kế hệ thống cấp LPG phải đảm bảo phân bố trọng lượng lên trục xe ô tô sau cải tạo phải tương tự xe ôtô nguyên mẫu; đảm bảo kích thước chiều dài chiều rộng ô tô không thay đổi; công nghệ đơn giản, phù hợp với khả cung ứng vật tư, trình độ công nghệ sở sản xuất nước Ơ tơ sau cải tạo đảm bảo chuyển động an tồn loại đường giao thơng Bình chứa LPG có kết cấu hình trụ nằm ngang, kích thước Ф330 x 950mm, dung tích 65 lít Trên bình có van khí đóng mở LPG tay, van điện từ đóng mở LPG, đồng hồ báo mức LPG van nạp LPG (Hình 1) Bình chứa LPG lắp đặt thép đệm dày 2mm thông qua hai đai kẹp hai phía đầu bình (Hình 2) Đai kẹp lắp lên thép bulông M10 Tấm thép đệm lắp lên khung xương dọc sàn xe bulơng M10 Bình chứa LPG lắp dọc theo chiều dài thân xe Van nạp LPG hướng bên ngồi giúp thao tác bơm - Bình chứa LPG lắp khoang đựng đồ xe để tránh bị va đập xe di chuyển thuận tiện cho việc nạp LPG trạm nạp; - Bộ ECU, công tắc ON/OFF, đồng hồ báo mức LPG, rơle lắp đặt khoang lái để lái xe dễ quan sát điều khiển 44 DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 Hình Kết cấu bình chứa LPG PETROVIETNAM nạp thực dễ dàng, thuận tiện cho việc đóng mở van khí bình chứa LPG quan sát đồng hồ báo mức LPG đứng bên xe 2.3 Phương án cấp nhiệt bố trí chuyển đổi hóa LPG, van điện từ lên xe Nhiên liệu LPG từ dạng lỏng chuyển sang dạng hóa (Hình 4) Bộ hóa LPG chế tạo nhơm, bên có khoang rỗng chứa LPG đường nước xung quanh khoang Hình Bản vẽ lắp đặt bình LPG lên dòng xe khách Transinco LPG từ bình chứa qua đường ống dẫn vào khoang hóa thơng qua van chiều, van điều chỉnh lưu lượng LPG qua trước vào khoang hóa Bộ hóa cấp nhiệt nước làm mát động Trên hóa có gắn cảm biến nhiệt Khi nhiệt độ nước ≥ 50oC, cảm biến tác dụng để đóng cơng tắc nhiệt thông mạch điện áp cấp cho ECU để điều khiển hệ thống cấp LPG Hình Kết cấu vị trí lắp đặt bình LPG xe khách Transinco Để đảm bảo LPG lỏng khơng vào hóa nhiệt độ nước làm mát thấp, van điện từ gắn trước hóa (Hình 5) Van điện từ làm việc đủ hai điều kiện: động trạng thái làm việc nhiệt độ nước làm mát qua hóa ≥ 50oC Để đảm bảo an toàn cho động cơ, LPG trước vào đường nạp động qua lọc LPG (Hình 6) Bộ lọc LPG lọc bụi, cặn bị lẫn vào LPG trình sản xuất trình nạp LPG Ố Hình Kết cấu hóa LPG Sau khảo sát, tính tốn vị trí lắp đặt, tồn thiết bị hóa hơi, van điện từ, lọc LPG khoang động đặt bảng sắt, sau gắn vào sắt xi xe Bản vẽ lắp đặt hóa hơi, van điện từ lọc LPG thể Hình 2.4 Thiết kế lắp đặt ECU cơng tắc đóng mở LPG dòng xe khách Transinco Bộ ECU hệ thống cung cấp LPG (Hình 9) có gắn đồng hồ hiển thị áp suất tăng áp đường nạp; đồng thời có phím chức để cài đặt hệ thống LPG trình lắp đặt vận hành hệ thống Hình Kết cấu van điện từ Cơng tắc đóng mở LPG (Hình 9) có tác dụng cung cấp điện áp cho tồn hệ thống cấp LPG Trên cơng tắc có mức LPG để báo lượng LPG bình chứa Vì thế, vị trí lắp đặt ECU cơng tắc đóng mở LPG phải đặt khoang lái, cho phép lái xe đóng mở hệ thống cấp LPG kiểm tra trạng làm việc hệ thống LPG DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 45 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ Cơng tắc nguồn Cơng tắc đóng mở LPG báo mức LPG ECU Hình 10 Ảnh chụp thực tế vị trí ECU cơng tắc LPG khoang lái xe Hình Kết cấu lọc LPG Sau tiến hành lắp đặt hệ thống cung cấp khí LPG lên xe tiến trình nêu trên, xe khách Transinco có thiết kế tổng thể sau cải tạo sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/Diesel (Hình 11) 2.5 Quy trình kiểm tra hệ thống cấp LPG vận hành xe 2.5.1 Kiểm tra hệ thống cung cấp LPG sau lắp đặt Sau lắp đặt xong toàn hệ thống cung cấp LPG, cần hiệu chỉnh tỷ lệ nhiên liệu LPG/diesel (góc phun sớm động cơ) cho phù hợp tiến hành kiểm tra sau: - Các mối lắp ghép đảm bảo đủ bền trình sử dụng xe 12 tháng; Hình Thiết kế lắp đặt hóa hơi, van điện từ, lọc LPG - Làm mặt kim loại trình lắp thêm chi tiết để tránh mài mòn chi tiết khác động cơ; - Mở van khí bình LPG, kiểm tra tượng rò rỉ LPG bình chứa; - Bật cơng tắc hệ thống cấp LPG, kiểm tra rò rỉ LPG điểm nối toàn đường ống; - Định kỳ 12 tháng 100.000km (tùy theo điều kiện đạt trước) tiến hành kiểm tra an toàn lại điểm nối, đường ống dẫn LPG 2.5.2 Quy trình vận hành xe sau chuyển đổi sang sử dụng LPG/diesel Hình Các phận cấp LPG cho xe khách Transinco Tiến hành nổ máy xe chỗ kiểm tra nhiệt độ kích hoạt cơng tắc nhiệt hóa LPG cho xe chuyển đổi; Sau nạp lưỡng nhiên liệu LPG/diesel lần đầu, kiểm tra lại tình trạng xe cách nổ máy, thay đổi chế độ ga 15 phút; Tiến hành chạy rà khoảng 30 - 50km (sau lắp đặt hệ thống cấp LPG) để kiểm tra khả hoạt động ổn định hệ thống cấp LPG; Hình Kết cấu điều khiển LPG (ECU) công tắc bật tắt LPG 46 DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 Kiểm tra áp suất tăng áp đường nạp LPG nhiệt độ dầu bôi trơn sau quãng đường chạy 500km PETROVIETNAM Hình 11 Thiết kế tổng thể sau lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho xe khách Transinco Từ đồ thị biểu diễn phát thải (Hình 12 - 15) cho thấy, hai xe ô tô thử nghiệm sau chạy thử nghiệm trường 30.000km làm cho khe hở piston xilanh tăng dẫn đến trình cháy hơn, tiêu thụ nhiều nhiên liệu nên tăng độ khói phát thải nhiều CO, HC, CO2 Đặc biệt, xe sử dụng đơn nhiên liệu diesel tăng phát thải nhiều CO2, HC so với xe sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel 3.1 Kết thử nghiệm qua phân tích dầu bơi trơn sau quãng đường 30.000km (định kỳ 6.000km lấy dầu bôi trơn) Dầu bôi trơn PLC Komat CF sử dụng trình chạy thử nghiệm trường Các kết thử nghiệm qua phân tích tiêu hóa lý mẫu dầu bôi trơn tổng hợp Bảng Từ kết cho thấy mức độ thay đổi tiêu trình chạy thử nghiệm sau: - Độ nhớt động học 100oC mẫu dầu (Bảng 1) hai xe sau 30.000km chạy thử nghiệm thay đổi không nhiều Do đó, coi hai loại nhiên liệu động hoạt động ổn định trình chạy thử nghiệm - Nhiệt độ chớp cháy dầu (Bảng 1) hai xe Phát thải HC hai xe thử nghiệm (ppm) Kết thử nghiệm thể đồ thị so sánh trực tiếp xe khách Transinco sử dụng đơn nhiên liệu lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cho thấy tác động nhiên liệu khí thải xe thử nghiệm 40 35 30 25 Xe sử dụng diesel 20 Xe sử dụng LPG/diesel 15 10 0km 6.000km 12.000km 18.000km 24.000km 30.000km Hình 12 Phát thải HC hai xe sau quãng đường thử nghiệm 30.000km 90 Phát thải Độ khói hai xe thử nghiệm (%) Kết thử nghiệm trường xe khách Transinco sử dụng đơn nhiên liệu diesel lưỡng nhiên liệu LPG/diesel 80 70 60 50 40 Xe sử dụng diesel 30 Xe sử dụng LPG/diesel 20 10 0km 6.000km 12.000km 18.000km 24.000km 30.000km Hình 13 Phát thải độ khói hai xe sau quãng đường thử nghiệm 30.000km sử dụng LPG/diesel diesel khoáng biến đổi giống Tuy nhiên, đến cuối chu kỳ chạy thử nghiệm nhiệt độ chớp cháy xe sử dụng LPG/diesel trì cao xe sử dụng đơn nhiên liệu diesel khoảng - 8oC DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 47 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ - Trị số kiềm tổng dầu bơi trơn (TBN) hai xe thử nghiệm có xu hướng giảm dần hết chu kỳ thay dầu cao Điều cho thấy dự trữ kiềm dầu tốt Xe chạy LPG/diesel có TBN cao xe chạy diesel lý giải lưỡng nhiên liệu cháy mang tính acid thấp nhiên liệu đơn diesel - Từ kết phân tích, hàm lượng kim loại dầu bôi trơn xe thử nghiệm sau chu kỳ thay dầu 1,8 Phát thải CO2 hai xe thử nghiệm (%Vol) 1,6 1,4 1,2 Xe sử dụng diesel Xe sử dụng LPG/diesel 0,8 0,6 0,4 0,2 0km 6.000km 12.000km 18.000km 24.000km 30.000km Hình 14 Phát thải CO2 hai xe sau quãng đường thử nghiệm 30.000km Phát thải CO hai xe thử nghiệm (%Vol) 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 Xe sử dụng diesel Xe sử dụng LPG/diesel 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0km 6.000km 12.000km 18.000km 24.000km 30.000km Hình 15 Phát thải CO hai xe sau quãng đường thử nghiệm 30.000km 6.000km tương đối thấp, cho thấy hai nhóm nhiên liệu thử nghiệm không ảnh hưởng đến chi tiết chịu ma sát Qua đó, tượng mài mòn ăn mòn chi tiết động thấp, ảnh hưởng không đáng kể đến tuổi thọ chi tiết động - Lượng nhiên liệu lọt xuống dầu bôi trơn: Hàm lượng nhiên liệu lọt xuống dầu bôi trơn (Bảng 1) mẫu dầu bôi trơn thấp xe thử nghiệm, khẳng định loại nhiên liệu LPG/diesel diesel khống sử dụng cho xe khơng ảnh hưởng đến secmăng, xilanh, piston chi tiết khác động suốt trình thử nghiệm Đặc biệt, mức độ lọt nhiên liệu xuống dầu bôi trơn xe chạy LPG/diesel qua phân tích cho thấy thấp so với xe chạy diesel 3.2 Kết thử nghiệm qua chi tiết ma sát Kết thử nghiệm qua chi tiết ma sát hai xe khách Transinco thơng qua phân tích hạt kim loại mài mòn dầu bơi trơn phương pháp Ferrograph Việc đánh giá Ferrogram thu từ mẫu dầu xe thử nghiệm thể Bảng Theo Bảng 2, hạt dạng khúc, dạng cầu, hạt mài mòn nghiêm trọng, dạng mài mòn cắt khơng xuất Tuy nhiên, sau 24.000km có xuất hạt dạng oxide kim loại đen, oxide kim loại đỏ xe đơn nhiên liệu diesel mức nhỏ Trên sở đánh giá hai loại nhiên liệu LPG/diesel diesel không gây ảnh hưởng xấu đến dầu bơi trơn tình trạng bơi trơn xe Qua kết phân tích số tiêu động tiêu phát thải, phân tích dầu bơi trơn chi tiết ma sát động khẳng định việc chuyển đổi khơng thay đổi tính kỹ thuật xe khách Bảng Kết phân tích tiêu xe chạy thử nghiệm sau 6.000km, 12.000km, 18.000km, 24.000km 30.000km Chỉ tiêu Quãng đường thử nghiệm (km) Sau 6.000km Sau 12.000km Sau 18.000km Sau 24.000km Sau 30.000km 17K - 4229 17K - 8579 17K - 4229 17K - 8579 17K - 4229 17K - 8579 17K - 4229 17K - 8579 17K - 4229 17K - 8579 Độ nhớt động học 100oC, cSt 14,54 14,95 14,52 14,82 14,55 14,97 14,50 14,89 14,41 14,78 Trị số kiềm Nhiệt độ tổng, chớp cháy mgKOH/g cốc hở, oC 9,85 9,97 9,82 9,96 9,79 9,95 9,76 9,94 9,70 9,92 205 210 203 209 202 210 202 207 198 207 Ghi chú: Xe biển kiểm soát 17K - 4229: Sử dụng đơn nhiên liệu; Xe biển kiểm soát 17K - 8579: Sử dụng lưỡng nhiên liệu 48 DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 Hàm lượng nhiên liệu lọt xuống dầu, % khối lượng 0,31 0,22 0,35 0,23 0,39 0,24 0,44 0,25 0,52 0,26 Tổng hàm lượng kim loại, % khối lượng Fe 0,01 0,011 0,011 0,010 0,012 0,011 0,013 0,012 0,013 0,012 Cu 0,0011 0,001 0,0013 0,001 0,0013 0,001 0,0013 0,0011 0,0015 0,001 Pb 0,0012 0,0011 0,0012 0,001 0,0012 0,001 0,0013 0,0011 0,0013 0,0012 PETROVIETNAM Bảng Đánh giá Ferrogram theo số hạt mài đặc trưng xe chạy thử nghiệm Quãng đường thử nghiệm Loại hạt Hạt cọ sát thường Hạt khúc mỏi Hạt cầu Hạt dẹt Mòn nghiêm trọng Hạt mài mòn cắt Hạt ăn mòn Hạt oxide kim loại đỏ Hạt oxide kim loại đen Sau 6.000km 17K17K4229 8579 Ít Ít Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Ít Ít Không Không Không Không Đánh giá mức độ hạt mẫu dầu lấy xe Transinco Sau 12.000km Sau 18.000km Sau 24.000km 17K17K17K17K17K17K4229 8579 4229 8579 4229 8579 TB Ít TB TB Nhiều TB Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Khơng Ít Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Ít Ít Ít Ít Ít Ít Không Không Không Không Không Không Không Không Không Khơng Ít Khơng Sau 30.000km 17K17K4229 8579 Nhiều Nhiều Khơng Khơng Khơng Khơng Ít Khơng Khơng Khơng Khơng Khơng Ít Ít Ít Không Ít Không Kết luận Tài liệu tham khảo Bài báo trình bày nguyên tắc từ thiết kế, lắp đặt vận hành xe sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel điều kiện Việt Nam cách an tồn, hiệu Trên sở đó, Viện Dầu khí Việt Nam thiết kế, lắp đặt chạy thử nghiệm thành công ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel thực tế đường trường quãng đường dài (30.000km) đảm bảo tính kỹ thuật động Phạm Hữu Tuyến, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Thế Trực, Vũ Khắc Thiện Nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/ diesel động diesel Tạp chí Giao thơng Vận tải 2011; + Các kết thử nghiệm tiêu phát thải cho thấy việc triển khai, nhân rộng sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/ diesel cho phương tiện giao thơng vận tải góp phần quan trọng giảm nhiễm mơi trường Nhóm tác giả đề xuất Chính phủ Bộ/Ngành sớm xây dựng sách hỗ trợ cho việc ứng dụng nhiên liệu khí giao thông vận tải Việt Nam, chủ yếu nên tập trung vào giải pháp sau: miễn/giảm loại thuế liên quan cho thiết bị lưỡng nhiên liệu LPG/diesel; trợ giá khí LPG cho xe autogas; giảm phí đường bộ, cầu phà cho phương tiện có sử dụng nhiên liệu LPG Vũ An nnk Nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/khí hóa lỏng (LPG) đồng thời chuyển đổi động diesel xe buýt theo hướng phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đô thị lớn Việt Nam Viện Dầu khí Việt Nam 2010 Blackmer Dover Company Liquefied gas handbook 2008 Fitting Instructions Platinum series led map ecu under-bonnet LPG kit Doosan Infracore Maitenance Manual, Diesel Engine D1146, D1146TI, D1146TIS www.chipit.com.au Study, design, installation and operating procedures for buses using LPG/diesel fuel Dao Van Tuan, Tran Mai Khoi, Vu An, Nguyen Thi Thu Hien Hoang Mai Chi, Ta Quang Minh, Luong Van Thuong, Nguyan Van Nhan Vietnam Petroleum Institute Summary The use of the dual fuel LPG/diesel has been quite popular all over the world as one kind of alternative fuel and contributes to reduction of environmental pollution However in Vietnam, LPG/diesel trials have only been carried out on diesel vehicles for research purposes In this paper, the principles of the design, installation and operating procedures of dual fuel vehicles will be presented Moreover, the authors make recommendations for using LPG on diesel engines and propose that some policies and mechanisms to be developed for the sustainable development and effective use of LPG/diesel for transportation in Vietnam Key words: Design, dual fuel LPG/diesel DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 49 ... Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Ít Không Không Không Không Không Không Không Không Không Khơng Khơng Khơng Khơng Ít Ít Ít Ít Ít Ít Không Không Không Không... sánh trực tiếp xe khách Transinco sử dụng đơn nhiên liệu lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cho thấy tác động nhiên liệu khí thải xe thử nghiệm 40 35 30 25 Xe sử dụng diesel 20 Xe sử dụng LPG/diesel 15... Bài báo trình bày nguyên tắc từ thiết kế, lắp đặt vận hành xe sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel điều kiện Việt Nam cách an tồn, hiệu Trên sở đó, Viện Dầu khí Việt Nam thiết kế, lắp đặt chạy