Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt tạo ra công cơ học bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ.
Chương ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ: MỘT GIẢI PHÁP LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Các giải pháp kĩ thuật cải thiện trình cháy tăng cường xử lí đường xả mơ tả chương chưa đủ để làm giảm cách triệt để nồng độ chất nhiễm khí thải động đốt Do đó, để nâng cao hiệu việc chống ô nhiễm môi trường phương tiện vận tải gây ra, cần tác động đến nhiên liệu: nâng cao tính nhiên liệu truyền thống sử dụng loại nhiên liệu ‘sạch’ Sử dụng nguồn nhiên liệu khí để chạy động ngồi việc đa dạng hóa nguồn lượng cịn góp phần đáng kể vào việc giải vần đề ô nhiễm môi trường động đốt gây Phần 1: NHIÊN LIỆU KHÍ HĨA LỎNG LPG Nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG: khí dầu mỏ hóa lỏng) thường thuộc nhóm hydrocarbure có hay nguyên tử C (C3-C4) Loại nhiên liệu phát triển thương mại hóa từ năm 1950 Mấy thập kỉ qua chúng dùng chủ yếu cho công nghiệp sinh nhiệt gia dụng Việc nghiên cứu sử dụng chúng cho động đốt phương tiện giao thông vận tải bắt đầu năm gần Tuy việc áp dụng loại nhiên liệu ô tô cần thiết bị cồng kềnh nhiên liệu lỏng cho phép giảm mức độ phát nhiễm điểm mà nhà chế tạo ô tô quan tâm 8.1 Trữ lượng LPG thị trường tiêu thụ Là sản phẩm trung gian khí thiên nhiên dầu thơ, nhiên liệu khí hóa lỏng thu từ cơng đoạn lọc dầu làm tinh khiết khí thiên nhiên Vì vậy, nguồn gốc khí hóa lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiên liệu Nói chung giới có khoảng 40% LPG thu từ q trình lọc dầu thơ Sản lượng khí hóa lỏng giới năm 1995 130 triệu tấn, chiếm 2% tổng lượng tiêu thụ dạng khác Người ta dự kiến năm đầu kỉ 21, tổng sản lượng LPG giới đạt khoảng 200 triệu tấn/năm Phần lớn lượng khí hóa lỏng thu sử dụng làm nguồn chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay cơng nghiệp Lượng khí hóa lỏng làm nhiên liệu cho tơ đường trường chiếm tỉ lệ khiêm tốn: 1% Pháp, 3% Mỹ, 8% Nhật (hình 8.1) Tuy nhiên số nước có sách khuyến khích sử dụng LPG làm nhiên 128 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm nhiễm mơi trường tỉ lệ đáng kể, chẳng hạn Hà Lan, Ý (42%) Các số liệu chưa kể động ô tô chuyên dụng sử dụng LPG (chẳng hạn ô tô chạy sân bay, xe nâng chuyển, máy móc nơng nghiệp ) Nhiên liệu (1%) Cơng nghiệp (15%) Nông nghiệp (17%) Gia dụng (67%) Pháp (tổng cộng 3Mt/năm) Nông nghiệp (14%) Gia dụng (20%) Nhiên liệu (42%) Công nghiệp (24%) Hà Lan (tổng cộng 3,4 Mt/năm) Hình 8.1: Tỉ lệ tiêu thụ LPG vài nước tiêu biểu Sự phát triển ô tô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương quốc gia, đặc biệt phụ thuộc vào sách bảo vệ mơi trường (hình 8.2) Sự khuyến khích sử dụng tơ LPG thể qua sách thuế ưu đãi quốc gia loại nhiên liệu Hàn Quốc Nhật Mĩ Pháp Ý Hà Lan 7,6% 0,7% 0,4% 0,1% 4,4% 8,7% Hình 8.2: Tỉ lệ tơ sử dụng LPG Ở số nước Châu Á, Hàn Quốc Nhật Bản chẳng hạn, để giảm ô nhiễm môi trường thị, phủ nước khuyến khích, tiến tới bắt buộc taxi phải dùng nhiên liệu khí hóa lỏng Hiện toàn taxi Hàn Quốc dùng loại nhiên liệu 129 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm môi trường n-Penten 0% 0,03% Isopentane 0% 0,06% Buta-1,3-diène 0% LPG California (Z)-but-2-ène LPG Pháp 0% 1,8% (E)-but-2-ène 0% 2,7% Isobutene+but-1-ène 0% n-Butane 6,1% 0,03% Isobutane 28,3% 0,3% Propane 19,6% Propylène 91,3% 31,8% Ethane 1,1% 9,1% Méthane 6,6% 0,4% 0,6% 0% Hình 8.3: Thành phần LPG tiêu biểu 8.2 Đặc tính nhiên liệu khí hóa lỏng 8.2.1 Thành phần hóa học Theo tiêu chuẩn Châu Âu, nhiên liệu khí hóa lỏng phải có từ 19 đến 50% hydrocabure C3 (propane propylène) Ở Châu Á, thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng ổn định, chứa chủ yếu hydrocarbure C4, chẳng hạn Hàn Quốc có butane khí hóa lỏng sử dụng thức Ngược lại Mĩ có hydrocarbure C3 sử dụng Hình 8.3 so sánh thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng Pháp Mĩ Cũng cần nhấn mạnh thêm nhiên liệu khí hóa lỏng chứa lưu huỳnh Thường chứa từ 40 ÷ 60ppm, thấp nhiều so với tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu (200ppm) Do đó, động dùng LPG phát chất nhiễm gốc lưu huỳnh hiệu lọc xúc tác cải thiện 8.2.2 Lí tính 130 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Nhiên liệu khí hóa lỏng có nhiệt trị riêng theo khối lượng (PCIm) cao, cao xăng hay dầu diesel (bảng 8.1) Tuy nhiên khối lượng riêng thấp, nhiệt trị riêng theo thể tích (PCI) thấp nhiên liệu lỏng Bảng 8.1: So sánh LPG loại nhiên liệu cổ điển Thông số đặc trưng Eurosuper Diesel Khối lượng riêng (kg/dm3) 0,7250.780 0,8200,860 42,7 32,0 42,6 35,8 Nhiệt trị thấp PCI - theo khối lượng (MJ/kg) - theo thể tích (MJ/dm3) Propane thương mại 0,51 Butane thương mại 0,58 0,51-0,58 46,0 23,5 45,6 26,4 45,8 25,0 LPG 8.2.3 Chỉ số Octane Nhiên liệu khí hóa lỏng đặc trưng số octane nghiên cứu (RON) cao, dễ dàng đạt đến 98 Bảng 8.2 giới thiệu RON loại khí khác Chỉ số octane động (MON) LPG cao xăng Bảng 8.2: Chỉ số octane số chất Chất RON MON Propane >100 100 Propène 102 85 n-Butane 95 92 Isobutane >100 99 But-1-ène (98) 80 But-2-ène 100 83 8.3 Sử dụng LPG ô tô Có hai dạng động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng Dạng thứ ngun thủy động xăng, lắp đặt thêm hệ thống cung cấp nhiên liệu đặc biệt để làm việc với LPG Dạng thứ hai động đánh lửa cưỡng thiết kế để dùng nhiên liệu LPG Trong hai trường hợp, nguyên lí kết cấu hệ thống cung cấp nhiên liệu cho ô tơ có đặc điểm giống Phần sau trình bày cải tạo kĩ thuật chuyển động đánh lửa cưỡng dùng nhiên liệu lỏng sang dùng nhiên liệu khí 8.3.1 Cải tạo hệ thống đánh lửa 131 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Có hai dạng đánh lửa, dạng có ưu nhược điểm riêng 8.3.1.1 Đánh lửa tia lửa điện Dạng đánh lửa áp dụng cho động tơ động cơng nghiệp có cơng suất trung bình Bougie gồm cực trung tâm hay bốn cực chung quanh nối liền với thân máy Khoảng cách điện cực chỉnh cẩn thận (thường 0,3 đến 0,4mm tùy theo loại bougie) cho đảm bảo hiệu đánh lửa cao Đối với động ga dùng cho ô tô, hệ thống đánh lửa giống hệ thống đánh lửa động xăng nguyên thủy 8.3.1.2 Đánh lửa cách phun nhiên liệu mồi Đánh lửa thực tự cháy lượng nhỏ nhiên liệu lỏng phun trước piston đến ĐCT Nguyên tắc giống động Diesel, có khác việc điều chỉnh công suất thực cách điều chỉnh thể tích khí ga nạp vào xi lanh cịn lượng nhiên liệu lỏng phun mồi giữ cố định Người ta gọi loại động Diesel-ga hay lưỡng nhiên liệu (Dual-fioul) Phương pháp áp dụng cho động công nghiệp công suất lớn (lớn 1000kW) Các hạt nhiên liệu lỏng phun vào buồng cháy tự bốc cháy tạo chừng điểm đánh lửa hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí So với hệ thống đánh lửa cổ điển dùng tia lửa điện, người ta thấy hệ thống đánh lửa kiểu hiệu nhiều lượng tỏa cao gấp nghìn lần so với hệ thống đánh lửa tia lửa điện truyền thống không phụ thuộc vào phân bố hỗn hợp buồng cháy Trong trường hợp đó, gia tăng áp suất diễn nhanh chóng hiệu suất động cải thiện đáng kể Phân tích đường cong áp suất cho thấy chế độ làm việc ổn định, gia tăng áp suất loại động tương tự động Diesel Lượng nhiên liệu phun mồi nhỏ, nhỏ lượng nhiên liệu cần thiết để trì chế độ khơng tải động Diesel Vịi phun khơng làm mát đầy đủ nên cần phải lưu ý tượng kẹt kim phun Tỉ số nén động lưỡng nhiên liệu lựa chọn vừa đủ để đảm bảo nhiên liệu phun mồi tự bốc cháy không làm tự cháy hỗn hợp ga-khơng khí để tránh tượng cháy kích nổ Tỉ số nén thơng thường 13 động có đường kính xi lanh D=150mm; 11,5 động có D=250mm 10,5 động có D=500mm 8.3.1.3 So sánh hai phương pháp đánh lửa 132 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm môi trường Ưu điểm phương pháp lưỡng nhiên liệu là: - Độ tin cậy đánh lửa cao, hiệu đánh lửa kéo dài đánh lửa với độ đậm đặc hỗn hợp với điều kiện mức độ rối hỗn hợp ga-khơng khí đủ lớn - Dễ dàng chuyển đổi sang lại động Diesel có cố hệ thống ga - Hiệu suất nhiệt động học cao Nhược điểm phương pháp lưỡng nhiên liệu tỉ số nén cao làm hạn chế công suất cực đại theo tính chất nhiên liệu khí, việc đánh lửa tia lửa điện cho phép lựa chọn tỉ số nén tối ưu cho loại ga sử dụng Tuy nhiên việc giảm tỉ số nén dẫn tới việc giảm hiệu suất nhiệt động 8.3.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Cho đến nay, hệ thống phun nhiên liệu khí vào đường nạp nhờ độ chân không họng Venturi dùng phổ biến Tuy nhiên, hệ thống phun nhiên liệu nghiên cứu áp dụng thể nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt hệ thống phun nhiên liệu dạng khí hóa lỏng trước soupape nạp Hệ thống có ưu điểm ngăn chặn bốc cháy hỗn hợp đường nạp, hiệu suất động nâng cao mức độ phát ô nhiễm giảm rõ rệt LPG cung cấp cho động dạng khí hay dạng lỏng Ưu điểm việc sử dụng GPL dạng khí đồng hồn hảo hỗn hợp ga-khơng khí tránh tượng ướt thành đường nạp nhiên liệu lỏng, tượng nhạy cảm động khởi động động làm việc chế độ chuyển tiếp Điều cho phép làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm (từ 30 đến 80% so với động xăng nguyên thủy) Nhược điểm việc cung cấp dạng trình điều khiển dài cung cấp ga liên tục làm hạn chế khả khống chế tỉ lệ khơng khí/ga, đặc biệt giai đoạn độ động Cũng cần nhấn mạnh thêm công suất động giảm khoảng từ đến 8% tổn thất lượng không khí nạp khí ga chiếm chỗ Hệ thống cung cấp LPG cách phun dạng lỏng cho phép sử dụng ưu LPG để hạn chế nhược điểm Ưu điểm việc phun LPG lỏng tạo khả kiểm soát độ đậm đặc lần phun với thời gian ngắn áp dụng biện pháp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phát ô nhiễm động làm việc chế độ độ Sự bốc LPG làm giảm đáng kể nhiệt độ khí nạp làm tăng hệ số nạp động Mặt khác, màng nhiên liệu lỏng bám đường nạp khơng đáng kể so với động làm việc với xăng Điều thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phát sinh HC Tuy nhiên việc sử dụng vịi phun thay chế hịa khí làm giảm thời gian tạo hỗn hợp mật độ nhiên liệu cung cấp dẫn đến không đồng hỗn hợp có nguy làm tăng nồng độ CO khí xả 133 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường 8.3.2.1 Bộ chế hịa khí Có nhiều dạng chế hịa khí dựa nguyên tắc ống Venturi Sau nghiên cứu số dạng Bộ chế hịa khí dạng màng Hình 8.4 thể sơ đồ mặt cắt chế hịa khí dạng màng Khi dừng động cơ, van C đóng đồng thời đường vào khơng khí ga tác dụng lị xo R Màng M chịu áp suất khí nạp bên bên kia, chịu áp suất sau họng venturi truyền qua nhờ bốn lỗ F Khi lưu lượng khơng khí tăng dần, van xa dần khỏi đế, tạo tiết diện lưu thông cho lõi định dạng O Biên dạng lõi xác định theo nhiệt trị nhiên liệu Bộ phận cho phép đạt hỗn hợp có thành phần khơng đổi toàn phạm vi hoạt động động Sự điều chỉnh tinh thực nhờ tác động vào hai phận sau: - Bộ giãn nở đường ga cho phép điều chỉnh áp suất ga-không khí tác động lên độ đậm đặc hỗn hợp chủ yếu chế độ tải thấp - Bướm V tạo tổn thất áp suất thay đổi tác động chủ yếu công suất động đạt cực đại Ga Khơng Hình 8.4 : Bộ chế hịa khí dạng màng Bộ chế hịa khí dạng van modul hóa Hình 8.5 biểu diễn mặt cắt chế hịa khí kiểu van modul hóa Khí ga hút vào phía sau bướm sau modul hóa lưu lượng nhờ định lượng Khi sử dụng hệ thống động khác cấn thay đổi định lượng gicleur tiêu chuẩn Hệ thống cho phép động làm việc lưỡng nhiên liệu xăng ga, chế hịa khí xăng lắp phía trước họng ga Khơng 134 Ga Vb: Vít chống xoay Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Hình 8.6 : Họng Venturi vạn Hình 8.5: Bộ chế hịa khí dạng van modul hóa Họng Venturi vạn Họng Venturi vạn (hình 8.6) thiết kế để dùng cho chế hịa khí hỗn hợp Nó giống đệm lắp đặt nơi đường nạp: - Giữa bầu lọc gió chế hịa khí xăng - Ở đế chế hịa khí, phía trước bướm ga Hình 8.7: Tạo hỗn hợp cách dẫn khí ga vào họng chế hịa khí ngun thủy –ng ga đặt thẳng vào họng Dạng cải tạo dùng họng Venturi nguyên thủy động xăng Ga ống dẫn tới vùng chân không họng (hình 8.7) –ng dẫn theo đường trục chế hịa khí hay vng góc với đường trục cách khoan xuyên qua thành chế hòa khí Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Venturi ô tô đại Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu khí nhờ độ chân khơng họng ống Venturi tơ đại trình bày hình 8.8 LPG nén bình chứa với áp suất từ ÷ 10 bar sau giãn nở bay đến áp suất nạp thấp áp suất khí trời Nhờ độ chân khơng họng, LPG hút vào đường nạp 135 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường Lưu lượng LPG cung cấp khống chế phận giãn nở độ chân không ống Venturi Với chế hịa khí đại, lưu lượng LPG điều khiển vi xử lý chuyên dụng Hệ thống cung cấp nhiên liệu kèm với ống xả xúc tác giải pháp lí tưởng để làm giảm ô nhiễm Tuy nhiên, việc nạp nhiên liệu dạng khí ảnh hưởng xấu đến hệ số nạp làm giảm công suất momen động so với động cỡ chạy nhiên liệu lỏng Bộ giãn nở Bình nhiên liệu LPG Lọc khí Venturie –ng xả xúc tác Cảm biến Phun xăng Máy tính LPG Bộ chuyển xăng/LPG Hình 8.8: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu ống Venturi ô tô đại 8.3.2.2 Cung cấp ga trực tiếp nhờ soupape ga Hình 8.9: Cung cấp ga soupape ga 136 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường Đối với động ga công suất lớn, ga thường cung cấp soupape đặc biệt đặt trước cửa nạp hay xi lanh (hình 8.9) Soupape điều khiển cánh tay đòn hay xi lanh thủy lực Soupape ga mở trễ chút so với soupape nạp để tránh thất thoát ga đường xả giai đoạn trùng điệp Lượng ga nạp vào điều chỉnh nhờ thời gian mở soupape ga hay độ chênh áp ga khơng khí 8.3.2.3 Phun nhiên liệu Nhiên liệu LPG cung cấp hệ thống phun vào cổ góp (phun tập trung) hay phun vào trước soupape nạp cylindre (phun riêng rẽ) Áp suất nhiên liệu trước vòi phun hai kiểu phun cao áp suất khí Nhiên liệu phun vào đường nạp động dạng khí hay lỏng, phun nhiên liệu dạng lỏng có nhiều hứa hẹn Hình 8.10 trình bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG (phun nhiên liệu dạng lỏng) động lưỡng nhiên liệu (LPG xăng) Nhiên liệu LPG dạng lỏng từ bình nhiên liệu hút nhờ bơm chuyển trì áp suất dư đường ống khoảng bar để tránh bốc Nhiên liệu sau đưa qua lọc điều áp trước dẫn đến vòi phun Vòi phun vi xử lý chuyên dụng điều khiển cách tự động Bộ vi xử lý nhận phần lớn tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng có bổ sung thêm thông tin đặc thù khác hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Bộ vi xử lý xăng Bộ vi xử lý LPG Cảm biến oxy Vòi phun xăng –ng xả xúc tác Hịi lưu LPG Vịi phun LPG Lọc gió Bình chứa LPG Bơm Điều hịa áp suất 137 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Hình 8.10: Hệ thống phun nhiên liệu LPG dạng lỏng Hệ thống phun LPG lỏng cải thiện đáng kể tính động hiệu suất mức độ phát sinh ô nhiễm Công suất momen tăng tăng hệ số nạp suất tiêu hao nhiên liệu giảm điều chỉnh tốt lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc động 8.3.3 Lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG ô tô Ngày nay, phần lớn hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG lắp đặt ô tô thông dụng hay taxi nguyên thủy thiết kế để dùng nhiên liệu xăng Thông thường ô tô có lắp xúc tác chức Do kết cấu kĩ thuật vậy, động phải làm việc với hỗn hợp cháy hồn tồn lí thuyết không phân biệt loại nhiên liệu sử dụng Ở số vùng giới chẳng hạn vài nước Châu Á, quyền sở khuyến khích, đơi lúc bắt buộc sử dụng LPG nên số nhà chế tạo sản xuất ô tô chuyên sử dụng loại nhiên Hiện nay, ô tô LPG thường lắp đặt taxi xe tải nhỏ, tầm hoạt động chúng thường giới hạn thành phố hay ven đô Dĩ nhiên ô tô tải đường trường thiết kế để sử dụng LPG Tuy nhiên dạng áp dụng thường phổ biến giá thành cao Người ta chế tạo hồn tồn động sử dụng LPG cải tạo động có sẵn Hướng thứ hai rẻ tiền nhiên động phải cải tạo nhiều đa số xe tải dùng động Diesel Do tình hình nhiễm môi trường giao thông vận tải gây thành phố ngày trở nên trầm trọng nên số thành phố lớn, người ta khuyến khích sử dụng LPG phương tiện vận tải công cộng cho dù giá thành đầu tư ban đầu chúng cao 8.3.3.1 Hệ thống bốc hơi-giãn nở LPG LPG chứa dạng lỏng cần làm bốc trước đưa vào động Năng lượng cần thiết cho bốc hệ thống nước làm mát cung cấp Trong nhiều trường hợp, bốc giãn nở thực phận nhất, bốc hơi-giãn nở (hình 8.11) Nguyên lý làm việc phận sau: Ga lỏng cung cấp áp suất khoảng vài bars phụ thuộc vào nhiệt độ lưu trữ hút vào lỗ A van thứ B Trong khoang C thực đồng thời bốc giãn nở sơ đến áp suất khoảng 0,7 bar Khoang cấp nhiệt hệ thống làm mát động D Sự giãn nở thực nhờ van E đến áp suất định trước phụ thuộc vào áp suất chuẩn lỗ F tạo LPG lỏng 138 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường Để khởi động dễ dàng động trạng thái nguội, lưu lượng khí ga gia tăng nhờ mở van tầng thứ hai nút điều khiển tay G hay chốt điện từ điều khiển từ xa Hiện phổ biến thương mại phương pháp tạo hỗn hợp chế hịa khí Các trang bị chế tạo sẵn để cải tạo động xăng sang động LPG gồm: bình chứa LPG, bốc hơi-giãn nở sấy nóng trích nước làm mát từ động hỗn hợp dạng Venturi Lưu lượng ga khống chế đồng thời giãn nở hệ thống điều chỉnh lượng nhiên liệu điện tử thông qua thông tin cần thiết để điều chỉnh lượng xăng nhiên liệu 8.3.3.2 Bình chứa Hình 8.11: Bộ bốc hơi-giãn nở Hình 8.12: Các dạng bình chứa nhiên liệu LPG Nhiên liệu LPG ô tô thường nén bình chứa áp suất khoảng 10 bar Bình chứa nhiên liệu khí thường có dạng trụ hai đầu hình bán cầu Đơi bình chứa có dạng hình xuyến (hình 8.12) Dạng bình chứa giống hệt bánh xe, thường sử dụng động lưỡng nhiên liệu đặt vào không gian bánh xe dự trữ 139 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Nhìn chung, trọng lượng bình chứa lớn phải chế tạo thép dày khoảng vài mm để đảm bảo an toàn cho ô tô hành khách đặc biệt xảy tai nạn Ở Pháp bình chứa LPG tô phải qua thử nghiệm hai bước: bước đầu áp suất tĩnh 30 bar; bước thứ hai thử va chạm (50km/h dừng) áp suất 11 bar bình chứa Bố trí hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG tơ trình bày hình 8.13 Đầu nối để nạp LPG Bộ chuyển xăng/LPG Đồng hồ xăng/LPG Hỗn hợp khơng khí-gas Bộ giãn nở-bốc Bình chứa LPG Đường nạp LPG Bộ vi xử lý LPG Cảm biến lambda Hình 8.13: Bố trí hệ thống ô tô LPG 8.4 Tổng hợp kinh nghiệm ô tô dùng LPG Sử dụng LPG làm nhiên liệu cho động nói chung có lợi khơng tính kinh tế mà cịn làm giảm rõ rệt mức độ ô nhiễm môi trường so với động sử dụng nhiên liệu cổ điển (xăng, diesel) 8.4.1 Tính tơ LPG Tính động LPG thường so sánh với động xăng cỡ 8.4.1.1 Momen, công suất Trước động dùng LPG có momen, cơng suất thấp động xăng cỡ phun nhiên liệu khí vào đường nạp qua họng Venturi làm giảm hệ số nạp động Tuy nhiên, động LPG đại, nhiên liệu khí phun trực tiếp dạng lỏng, nên chúng có tính kinh tế-kĩ thuật tương đương với động xăng Thật vậy, so sánh nhiệt trị thể tích hỗn hợp khơng khí-xăng khơng khí-LPG (ở độ đậm đặc 1) cho thấy xăng cho giá trị cao 3% Tuy nhiên, có nhiên liệu gây khác biệt momen công suất động mà đặc trưng hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG gây ảnh hưởng đáng kể Chẳng hạn LPG phun dạng lỏng, 140 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường bốc đường nạp làm giảm nhiệt độ khí làm tăng khối lượng riêng hỗn hợp, cải thiện hệ số nạp Ngược lại phun nhiên liệu dạng khí, hệ số nạp bị giảm so với động xăng Thêm vào đó, diện họng Venturi đường nạp gây xáo trộn động lực học nguyên nhân làm giảm momen động 8.4.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu Suất tiêu hao nhiên liệu tính theo thể tích tính theo khối lượng nhiên liệu động LPG so với động xăng có lợi khác Trong thực tế so sánh lượng tiêu hao 100km hành trình (J/100km) nhiên liệu LPG xếp vị trí tương đối tốt, thấp động xăng khoảng vài phần trăm Điều lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG có khả phun nhiên liệu với độ xác cao Mặt khác, hệ thống dự kiến việc cắt nhiên liệu giảm tốc độ cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu đến mức thấp Thêm vào đó, LPG giàu propane, số octane cao nên tăng tỉ số nén động dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 5% 8.4.2 Mức độ phát nhiễm Ơ tơ sử dụng LPG phát sinh nhiễm Đây đặc điểm đáng quan tâm công tác bảo vệ môi trường 8.4.2.1 Các chất ô nhiễm thông thường Như giới thiệu hình 8.14, phát sinh nhiễm khí xả động LPG giảm đáng kể so với động xăng Bảng 8.3 cho thấy ô tô sử dụng LPG thõa mãn cách dễ dàng tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu 2000 tiêu chuẩn California ULEV (ô tô phát ô nhiễm cực thấp) Nổi bật mức độ giảm CO Điều mặt tỉ số H/C LPG cao xăng mặt khác hỗn hợp hòa trộn đồng động sử dụng LPG Mức độ giảm NOx quan trọng, đặc biệt động hoạt động khu vực gần đầy tải nhiệt độ màng lửa nhiên liệu khí thấp màng lửa xăng Cịn mức độ phát sinh HC thấp chủ yếu LPG bay dễ dàng (khơng có lớp nhiên liệu lỏng đường nạp), lượng nhiên liệu lỏng bám thành buồng cháy thấp lượng nhiên liệu hấp thụ lớp dầu bôi trơn bé Chúng ta thấy hình 8.15 HC khí xả chủ yếu sản phẩm nhẹ (C1-C4) độc hydrocabure nặng khí xả động xăng hay Diesel 141 1,0 0,8 NOx (g/km) Xăng LPG Giới hạn Euro 93 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường 0,6 0,4 Giới hạn Euro 96 0,2 HC (g/km) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 CO (g/km) Hình 8.14: So sánh mức độ phát ô nhiễm ô tô dùng xăng LPG Bảng 8.3: Mức độ phát ô nhiễm ô tô sử dụng LPG so với tiêu chuẩn khắt khe Chất ô nhiễm CO HC NOx Giới hạn cho phép Europe 2000 California (g/km) ULEV (g/mile) 2,30 1,70 0,20 0,04 0,15 0,20 Mức độ phát ô nhiễm Chu trình Chu trình Europe (g/km) FTP75 (g/mile) 0,16 0,14 0,031 0,032 0,02 0,065 Quá trình thử theo tiêu chuẩn khơng hồn tồn thích hợp với điều kiện vận hành thực tế nhiệt độ mơi trường gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm động Tuy nhiên, động LPG ảnh hưởng nhiệt độ môi trường không đáng kể (hình 8.16) Kết làm tăng thêm ưu điểm động LPG mặt phát sinh ô nhiễm, đặc biệt dự luật ô nhiễm môi trường động làm việc nhiệt độ nạp thấp 142 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường Hình 8.15: So sánh thành phần hydrocarbure khí xả tơ dùng xăng LPG HC+NOx (g/km) 1,2 -15°C -7°C Euro 93 0,97 -7°C 0,8 22°C 0°C Euro 96 0,5 0,4 -7°C 22°C Diesel LPG Xăng 7°C 22°C 14°C CO (g/km) 2,2 2,72 10 Hình 8.16: Ảnh hưởng nhiệt độ đến mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô 8.4.2.2 Các chất ô nhiễm đặc biệt Nói chung, chất nhiễm đặc biệt khí xả động sử dụng LPG thấp Những chất độc chất có nguồn gốc benzène Mức độ phát sinh chúng khí xả khoảng 0,1mg/dặm động LPG Trong động xăng, mức độ phát sinh 8mg/dặm Nồng độ buta-1,3-diène thấp, 10 lần thấp động 143 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm mơi trường xăng Sự cải thiện nồng độ aldéhydes dù có chất khác làm giảm 50% so với động xăng Một ưu đặc biệt nhiên liệu LPG không cần pha thêm chất phụ gia để làm tăng số octane nên sản phẩm cháy khơng có chứa chất độc chì 8.4.3 Viễn ảnh phát triển động LPG Sự phát triển động LPG tương lai phụ thuộc nhiều vào sách thuế nước loại nhiên liệu Một số nước (Ý, Hà Lan, Hàn Quốc ) từ lâu có sách thuế ưu đãi để phổ biến nhiên liệu LPG Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi LPG hầu hết phương tiện vận tải khó thực Trước mắt, việc áp dụng LPG xe bus, taxi, xe tải giao hàng thực tế Trong lĩnh vực đó, có loại nhiên liệu cạnh tranh với LPG khí thiên nhiên dùng cho ơtơ NGV, nhiên liệu có mức độ phát nhiễm cịn thấp LPG số chất Theo phân tích đây, tơ nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG có lợi cơng tác bảo vệ môi trường Ở nước ta, việc phát triển loại động ngồi mục đích bảo vệ mơi trường cịn góp phần thúc đẩy ngành cơng nghiệp dầu khí phát triển Thật vậy, tương lai gần, nhà máy lọc dầu ta bắt đầu hoạt động, sản phẩm LPG tiêu thụ thị trường nội địa góp phần khơng nhỏ cho giải vấn đề lưu kho nhiên liệu khí hóa lỏng Để chủng loại động LPG phát triển rộng rãi, mặt, nên có sách khuyến khích tầm vĩ mơ việc điều tiết giá thuế loại nhiên liệu mặt khác, cần đầu tư sở hạ tầng định cho hệ thống cung cấp LPG Hình 8.17 giới thiệu trạm cung cấp LPG cho tơ Pháp Hình 8.17: Một trạm cung cấp LPG cho ô tô Pháp 144 ... 129 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường n-Penten 0% 0,03% Isopentane 0% 0,06% Buta-1,3-diène 0% LPG California (Z)-but- 2-? ?ne LPG Pháp 0% 1,8% (E)-but- 2-? ?ne... hoạt động động Sự điều chỉnh tinh thực nhờ tác động vào hai phận sau: - Bộ giãn nở đường ga cho phép điều chỉnh áp suất ga-khơng khí tác động lên độ đậm đặc hỗn hợp chủ yếu chế độ tải thấp - Bướm... khác Chỉ số octane động (MON) LPG cao xăng Bảng 8.2: Chỉ số octane số chất Chất RON MON Propane >100 100 Propène 102 85 n-Butane 95 92 Isobutane >100 99 But- 1-? ?ne (98) 80 But- 2-? ?ne 100 83 8.3 Sử