ĐỀ tài NGHIÊN cứu NHIÊN LIỆU KHÍ dầu mỏ hóa LỎNG LPG TRÊN ĐỘNG cơ đốt TRONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC : NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SVTH : MSSV : GVHD: NGUYỄN TẤN XANH 19145511 PSG.TS LÝ VĨNH ĐẠT Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC : NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SVTH : MSSV : GVHD: NGUYỄN TẤN XANH 19145511 PSG.TS LÝ VĨNH ĐẠT Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …… Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày tiểu luận: Nội dung tiểu luân: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài .2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU NHIÊN LIỆU THAY TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Tại lại sử dụng nhiên liệu thay động đốt 2.2 Các loại nhiên liệu thay động đốt .4 2.2.1 Nguồn hóa thạch .4 2.2.2 Nguồn tái tạo 2.3 Những nhược điểm nhiên liệu truyền thống 2.3.1 Dầu diesel .5 2.3.2 Xăng .5 CHƯƠNG 3: KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU LPG .6 3.1 LPG gì? 3.2 Thành phần hóa học LPG .6 3.2.1 Propane 3.2.2 Butane .7 3.3 Các tính chất nhiên liệu LPG 3.4 Các ưu nhược điểm nhiên liệu LPG 3.4.1 Ưu điểm LPG 3.4.2 Nhược điểm LPG .9 3.5 Các ứng dụng LPG 10 3.6 So sánh tính LPG với loại nhiên liệu truyền thống xăng dầu diesel 10 3.6.1 Trữ lượng 10 3.6.2 Tính kinh tế nhiên liệu 11 3.6.3 Vấn đề phát sinh ô nhiễm .12 3.6.4 Vấn đề an toàn 13 3.6.5 Vấn đề tuổi thọ động 13 CHƯƠNG 4: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 14 4.1 Các loại nhiên liệu khí sử dụng xe 14 4.1.1 Khí thiên nhiên .14 4.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ 14 4.2 Ưu điểm việc sử dụng khí LPG so với loại khí khác 14 4.3 Các phương án chuyển đổi động chạy nhiên liệu truyền thống sang nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 15 4.3.1 Động xăng 15 4.3.2 Động Diesel .15 4.4 Phương pháp chuyển đổi động xăng thành động sử dụng song song xăng -LPG 15 4.5 Các phương pháp chuyển đổi động diesel thành động sử dụng nhiên liệu LPG .17 4.5.1 Chuyển đổi động Diesel thành động LPG đốt cháy cưỡng 17 4.5.3 Chuyển đổi động Diesel thành động phun LPG trực tiếp 19 4.5.4 Chuyển đổi động Diesel thành Động lưỡng nhiên liệu (LPG/Diesel) 21 4.6 Các cụm chi tiết LPG tơ 22 4.6.1 Bộ trộn LPG 22 4.6.2 Bộ giảm áp - hóa 22 4.6.3 Bình chứa nhiên liệu LPG 23 4.6.4 Van đa 24 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.2.1 Cơng thức cấu tạo Propane…………………………………………………… Hình 3.2.2 Cơng thức cấu tạo Butane Hình 3.6.2.1 Giá trung bình lít LPG, xăng dầu diesel nước Châu Âu .12 Hình 3.6.2.2 Chi phí nhiên liệu 13 Hình 3.6.3.1 So sánh khí thải xe chạy xăng, diesel LPG .13 Hình 3.6.3.2 Nguồn sản xuất đặc tính khí thải động sử dụng Propane 13 Hình 4.4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu LPG- xăng song song sử dụng chế hịa khí 17 Hình 4.4.2 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu phun LPG - xăng song song…………………… 17 Hình 4.4.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu song song xăng – LPG 18 Hình 4.5.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động Diesel chuyển đổi sang sử dụng LPG đốt cháy cưỡng 19 Hình 4.5.2.2 Phun nhiên liệu khí hóa lỏng vào cửa nạp động .19 Hình 4.5.2.3 Sơ đồ nguyên lý giảm áp hóa 20 Hình 4.5.2.4 Sơ đồ nguyên lý trộn khí 20 Hình 4.5.3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG 21 Hình 4.5.3.2 Họat động động phun LPG trực tiếp 21 Hình 4.5.3.4 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xe 22 Hình 4.5.4.1 Sơ đồ chung hệ thống lưỡng nhiên liệu Diesel – LPG………………………… 23 Hình 4.6.1 Bộ trộn LPG 23 Hình 4.6.2.1 Bộ giảm áp - hóa 23 Hình 4.6.2.2 Cấu tạo giảm áp - hóa .24 Hình 4.6.3 Bình chứa nhiên liệu LPG 24 Hình 4.6.4 Van đa 25 Hình 4.6.4.1.1 Cấu tạo van điện từ 25 Hình 4.6.4.1.2 Kiểu van điện từ LPG đơn 26 Hình 4.6.4.1.3 Kiểu van điện từ LPG đôi 26 Hình 4.6.4.2 Van cắt xăng 26 Hình 4.6.4.3 Van an tồn q áp 27 Bảng Một số tính chất Propane Bảng Một số tính chất Butane Bảng Một số tính chất LPG Bảng Một số tính chất LPG so với xăng dầu diesel 11 Bảng Mười quốc gia sử dụng LPG lớn giới 12 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Với thực trạng nay, vấn đề ô nhiễm môi trường giới quan tâm Thiên tai, lũ lụt gây hậu nghiêm trọng mà người lường trước được, mà ngun nhân ngày nhiều chất thải, khí độc hại khơng xử lý triệt để thải môi trường làm ô nhiễm bầu khí quyển, mà phương tiện vận tải góp phần vào Một vấn đề khác cần quan tâm khan nguồn tài nguyên nhiên liệu phương tiện vận tải Vì vấn đề đặt cho nhà nghiên cứu phải giảm tối thiểu chất thải độc hại phương tiện vận tải gây ra, đa dạng hoá nguồn nhiên liệu phương tiện vận tải Các giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện trình cháy tăng cường xử lý đường xả chưa đủ để làm giảm cách triệt để nồng độ chất ô nhiễm khí thải động đốt Do 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 Sử dụng nhiên liệu khí để chạy động cơ, ngồi việc góp phần đa dạng hố nguồn nhiên liệu cịn góp phần đáng kể vào việc giải vấn đề ô nhiễm môi trường Trên giới, việc ứng dụng LPG vào động đốt bắt đầu năm gần Với tình hình khan nhiên liệu mức độ nhiễm bầu khí nay, việc ứng dụng LPG vào phương tiện vận tải thiết yếu nhằm đa dạng hoá nguồn nhiên liệu giải hữu hiệu vấn đề ô nhiễm môi trường phương tiện vận tải gây Đó lý mà em chọn đề tài “ Nghiên cứu nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt “ để góp phần giải vấn đề nêu 1.2 Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài Hiện có nhiều loại nhiên liệu thay động đốt trong, nhiên phạm vi nghiên cứu tập trung nghiên cứu lý thuyết khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu cấu tạo, tính chất, ưu nhược điểm khả ứng dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt nhầm góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu giảm thiểu nhiễm môi trường 1.4 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào kiến thức qua môn học lớp kết hợp kiến thức sách vở, báo, tạp chí tơ, internet từ xây dựng tiểu luận CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU NHIÊN LIỆU THAY TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Tại lại sử dụng nhiên liệu thay động đốt Hiện nay, tất nước giới, từ nước tiên tiến đến nước phát triển chậm phát triển quan tâm đến vấn đề nhiễm khơng khí cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống Tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ khơng ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn theo biến động trị, khó dự báo Tính từ năm 1973 đến giới trải qua lần khủng hoảng giá dầu: Lệnh cấm vận dầu Ả Rập năm 1974 Lệnh cấm vận dầu Iran năm 1979 Chiến tranh Vùng Vịnh 1990 Năm 1999 giá dầu từ – 10 USA/thùng tăng vọt lên 30 USD/thùng Đặc biệt năm 2004 khủng hoảng dầu mỏ lớn từ trước đến nay, giá dầu tăng đến mức kỷ lục 60 USD/thùng, đến năm 2005 giá dầu lên đến 70 USD/thùng Chất lượng khơng khí giới bị ô nhiễm đến mức báo động, mà khí thải động đốt tác nhân chủ yếu gây nên ô nhiễm khơng khí Khơng khí gọi nhiễm thành phần bị thay đổi hay có diện chất lạ gây tác hại mà khoa học chứng minh hay gây khó chịu người Các tác hại chất nhiễm khí xả động đốt làm cho thể bị thiếu oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn, gây viêm, ho, khó thở làm hủy hoại tế bào quan hô hấp, ngủ, gây bệnh ung thư máu, gây rối loạn hệ thần kinh, gây bệnh gan làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Ngồi khí thải động cịn làm thay đổi nhiệt độ khí ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Hiện giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường có hai cách: Xử lý ô nhiễm với động sử dụng tìm kiếm sử dụng nguồn lượng Xử lý ô nhiễm với động sử dụng có hai hướng giải quyết: Xử lý bên động nghiên cứu hồn thiện q trình cháy hoàn thiện kết cấu động cơ; xử lý bên động đốt lại khí xả lọc khí xả Tìm kiếm sử dụng nguồn lượng (không tạo sản phẩm ô nhiễm, có với hàm lượng nhỏ) như: Nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG), cồn, nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối (BIOFUEL), nhiên liệu Hydro, công nghệ pin nhiên liệu (FUEL CELL), lượng điện, lượng mặt trời Giải pháp nước tiên tiến quan tâm nghiên cứu Những nghiên cứu nhiên liệu thay giới sử dụng động đốt năm cuối kỷ XIX đầu kỷ XX Ngày nay, số dạng lượng nhiên liệu thay sử dụng thực tế số nước giới Việc tìm kiếm loại nhiên liệu, lượng giải vần đề nhiễm khơng khí mà cịn chủ động nguồn nhiên liệu, hạn chế phụ thuộc vào biến động giới Như lý để tìm kiếm nhiên liệu thay là: Q trình cháy khơng hịan tồn, tạo sản phẩm cháy: CO, CO2, HC, NOx, SOx, … gây ô nhiễm môi trường cân tự nhiên; Nhiên liệu sử dụng không tái tạo được; Nguồn nhiên liệu ngày cạn dần 2.2 Các loại nhiên liệu thay động đốt Nhiên liệu thay động đốt phân loại sau: 2.2.1 Nguồn hóa thạch Etanol, Metanol Khí thiên nhiên (CNG) nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trường sử dụng làm nhiên liệu giúp làm giảm đến 20% lượng CO2, 30% lượng NOx, 70% SOx so với nhiên liệu từ dầu Khi sử dụng động cơ, CNG làm giảm đến 50% lượng hydrocarbon thải so sánh với động xăng Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) chữ viết tắt của, LP Gas "khí dầu mỏ hóa lỏng" Đây cách diễn tả chung propan có cơng thức hóa học C3H8 butan có cơng thức hóa học C4H10, hai tồn trữ riêng biệt chung với hỗn hợp LPG gọi khí dầu mỏ hóa lỏng chất khí hóa lỏng nhiệt độ bình thường cách gia tăng áp suất vừa phải, áp suất bình thường cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ Trong thành phần LPG, thông thường pha trộn Propan: Butan: 30:70, 40:60, 50:50 Hydro nhiên liệu không phát thải đốt oxy, coi nước khí thải Nó thường sử dụng tế bào điện hóa, đốt động nội bộ, để tạo nguồn điện cho xe điện thiết bị điện Nó sử dụng việc phóng tàu vũ trụ sản xuất hàng loạt thương mại hóa cho phương tiện vận chuyển hành khách máy bay Than đá hóa lỏng (CTL) Khí hóa lỏng (GTL) Dimethyl Ether (DME) chất đốt dùng để thay khí đốt dầu lửa hố lỏng, khí đốt thiên nhiên hố lỏng, dầu diesel xăng dầu Nhiên liệu sản xuất từ khí đốt thiên nhiên, than đá từ chất hữu cơ,… 2.2.2 Nguồn tái tạo Bioethanol sản xuất từ loại thực vật mía ngũ cốc, sau lên men để tạo rượu Loại Etanol sau trộn với xăng dầu diesel tạo loại nhiên liệu sử dụng hầu hết xe tơ với khơng có ảnh hưởng việc khởi động xe Số lượng ethanol sinh học trộn với nhiên liệu hóa thạch khác 10% (E10) 15% (E85) giới thiệu với dịch vụ khơng chì thơng thường Khí sinh học (Biogas) hỗn hợp khí methane (CH4) số khí khác phát sinh từ phân huỷ vật chất hữu Methane khí tạo hiệu ứng nhà kính gấp 21 lần khí carbonic (CO2) Theo ước tính Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, sử dụng tất nguồn nguyên liệu tạo khí sinh học để dùng vận chuyển lượng lượng làm giảm 500 triệu khí cácbonic hàng năm, tương đương với số lượng 90 triệu xe dùng năm Hydro Diesel Sinh học loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật Diesel sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, loại lượng tái tạo Diesel sinh học sản xuất từ loại trồng hạt cải dầu dầu ăn thải cách sử dụng trình gọi chuyển vị este Quá trình tách dầu thành diesel sinh học glycerine, cần lượng để hoạt động, diesel sinh học khơng hồn tồn trung tính carbon tạo nhiều carbon dioxide so với loại nhiên liệu khác Dầu thực vật qua xử lý hydro Sinh khối hóa lỏng Dimethyl Ether (DME), … 2.3 Những nhược điểm nhiên liệu truyền thống 2.3.1 Dầu diesel Nhiên liệu diesel chủ yếu lấy từ hai nguồn chưng cất trực tiếp dầu mỏ q trình cracking xúc tác Thơng thường diesel chứa hợp chất lưu huỳnh, nitơ chất nhựa asphalten Những chất khơng gây hại cho động mà cịn gây ô nhiễm môi trường mạnh Trong tình hình chung ngày sử dụng rộng rãi động diesel nhiễm mạnh Khí thải thường chứa chủ yếu SO2, NO, NO2, CO, hydrocacbon, mụi cacbon…Đây chất độc hại Khí SO2 ngồi việc gây bệnh cho phổi gặp nước tạo thành axit ngun nhân hàng đầu trận mưa axit khắp giới Khí CO2 nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng kéo theo thiên tai bão gió lụt lội Khí CO sinh nhiên liệu cháy khơng hồn tồn, chất khí khơng màu khơng mùi khơng vị chất khí độc người Lượng CO khoảng 70 ppm gây triệu chứng đau đầu, mệt mỏi, buồn nôn Đến 150 – 200 ppm gây bất tỉnh, trí nhớ chết người Các thành phần hydrocacbon khí thải nhiên liệu diesel đặc biệt hợp chất thơm có hại cho người nguyên nhân nhiều bệnh ung thư, hen suyễn, dị ứng…Các chất muội phân tán gây ô nhiễm mạnh, chúng khó nhận biết nguyên nhân gây bệnh hô hấp tim mạch Các nước giới ý hiệu lẫn môi trường nên xu hướng chung việc nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu diesel nâng cao trị số xetan giảm hàm lượng lưu huỳnh đến giá trị nhỏ được, đồng thời mở rộng nguồn nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu nhiễm mơi trường 2.3.2 Xăng Cùng với gia tăng số lượng động xăng, nhu cầu xăng nhiên liệu ngày tăng nhanh, điều mang đến cho nhà sản xuất nhiên liệu hội thách thức mới, thực tế, bên cạnh lợi ích mà động mang lại cho người đồng thời thải mơi trường lượng lớn chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khoẻ mơi trường sinh thái Trong xăng, ngồi hợp chất hydrocacbon cịn có hợp chất phi hydrocacbon hợp chất O2, N2, S Trong hợp chất quan tâm nhiều đến hợp chất lưu huỳnh tính ăn mịn nhiễm môi trường CHƯƠNG 4: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4.1 Các loại nhiên liệu khí sử dụng xe Các loại nhiên liệu khí dùng xe chủ yếu gồm loại: khí thiên nhiên khí đồng hành từ mỏ dầu 4.1.1 Khí thiên nhiên Là khí khai thác từ mỏ khí có sẵn tự nhiên Thành phần chủ yếu khí thiên nhiên Methane (CH4) 80÷90% Khí thiên nhiên dùng làm nhiên liệu cho xe dạng sau: Khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas/CNG): khí nén thể tích nhỏ với áp suất cao 250 bars chứa bình chứa chắn Bình chứa chứa 40 ÷50 lít khí Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefield Natural Gas/LNG): Khí làm lạnh nhiệt độ âm 162 độ C, áp suất khoảng 8,9 bars để chuyển sang trạng thái lỏng chứa bình cách nhiệt Khí thiên nhiên hấp thụ (Adsorbed Natural Gas/ANG): Khí thiên nhiên chứa dạng hấp thụ vật liệu đặc biệt ống mao dẫn Cacbon hoạt tính áp suất 30÷40 bars Ở hai loại sau, khí chứa áp suất khơng cao nên bình chứa khơng địi hỏi khắt khe khí thiên nhiên nén 4.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ Ơ mỏ dầu ln ln có loại khí Khi khai thác dầu mỏ, người ta thu khí trước chúng nằm phía mỏ Thành phần chủ yếu khí đồng hành Propane Butane với tỉ lệ: 50÷50, 60÷40, 70÷30 Khí đồng hành dùng làm nhiên liệu dạng khí hố lỏng (Liquefied Petrolium Gas/ LPG) Khí đồng hành hóa lỏng chứa bình có áp suất thấp 20 bars 4.2 Ưu điểm việc sử dụng khí LPG so với loại khí khác Có thể thấy việc sử dụng khí LPG làm nhiên liệu có nhiều ưu điểm so với loại khí khác Các ưu điểm như: Nguồn khí LPG có sẵn mỏ dầu Việt Nam với trữ lượng lớn khả sản suất LPG lớn (nhà máy khí Dinh Cố 300.000 tấn/năm) Áp suất sử dụng thấp (dười 20 bars) Trong loại khí khác địi hỏi áp suất cao, cần phải dùng thiết bị nén khí đặc biệt, tốn Sản xuất sử dụng đơn giản an toàn Để lưu trữ khí với áp suất cao địi hỏi phải có bình chứa chắn, dày có phận an tồn khác Nếu khơng đảm bảo dẫn đến hậu như: khí bắt nhiệt gây cháy hay nổ bình, lượng khí ngồi gây độc hại hay thành bình khơng đủ dày gây nổ Do LPG áp suất thấp nên việc sản xuất sử dụng đơn giản, cấu tạo bình chứa đơn giản rẻ tiền Các động sử dụng nhiên liệu LPG dạng khí nên khơng làm lỗng lớp màng dầu nhờn bôi trơn bề mặt tiếp xúc cặp chi tiết làm việc piston – xy lanh, trục khuỷu – truyền, làm tăng hiệu bôi trơn, tăng thời gian sử dụng dầu nhờn đồng thời làm tăng tuổi thọ động lên gấp – 2,5 lần so với động sử dụng nhiên liệu lỏng 14 4.3 Các phương án chuyển đổi động chạy nhiên liệu truyền thống sang nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Có dạng chuyển đổi: Chuyển đổi song song nhiên liệu: phương tiện trang bị động xăng sau chuyển đổi đồng thời chạy xăng khí Chuyển đổi đơn nhiên liệu: phương tiện lắp động diesel sau chuyển đổi sử dụng nhiên liệu khí Chuyển đổi đồng nhiên liệu: xe lắp động diesel sau chuyển đổi sử dụng diesel nhiên liệu khí, diesel đóng vai trị làm mồi 4.3.1 Động xăng Cải tiến chuyển sang dùng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG: Thay chế hồ khí; Giữ nguyên hệ thống đánh lửa; Tăng tỉ số nén Tỷ số nén thông số động lực học quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến tiêu kinh tế công suất động Về mặt lý thuyết mà nói tăng tỉ số nén cơng suất kinh tế động tăng Nhưng thực tế không tránh khỏi tổn thất giới tăng nên việc tăng tỉ số nén có lợi phạm vi định Đối với động đốt cháy cưỡng bức, giới hạn tỉ số nén quy định tượng kích nổ phụ thuộc vào tính chất chống kích nổ nhiên liệu mà đặc trưng số Octan Trong điều kiện nhiên liệu có trị số Octan lớn tỉ số nén chọn cho động cao Nhiên liệu LPG có số Octan cao xăng, chuyển động xăng sang dùng LPG nên tăng tỉ số nén động 4.3.2 Động Diesel Cải tiến chuyển sang dùng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG: Đánh lửa bugi; Thay bơm cao áp, vòi phun nhiên liệu trộn khí; Giảm tỉ số nén Khơng khí q trình nén động Diesel địi hỏi phải nén áp suất nhiệt độ cao để cuối trình nén, phun nhiên liệu vào hỗn hợp tự bốc cháy Do động Diesel có tỉ số nén cao động khác Việc nén động gas không nên đạt tới mức độ sinh tượng hỗn hợp khí cơng tác tự bốc cháy gây cháy kích nổ nhiên liệu Do cải tiến động Diesel sang sử dụng khí nhiên liệu nên giảm tỉ số nén Việc giảm tỉ số nén thực nhiều cách thay đổi piston, xy lanh, thay đổi hành trình thay đổi trục khuỷu Nhưng phương pháp tốt thay đổi hình dạng đỉnh piston cách gia cơng thêm đỉnh piston động có độ sâu ban đầu hay làm thể tích phần lõm đỉnh lớn Nhưng việc gia công tùy thuộc vào cấu tạo piston tùy thuộc vào tính chất quét khí động 4.4 Phương pháp chuyển đổi động xăng thành động sử dụng song song xăng LPG Mơ tả hệ thống: 15 Hình 4.4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu LPG- xăng song song sử dụng chế hịa khí Miệng nạp LPG, Đồng hồ LPG, Bình chứa LPG, Bình xăng, Miệng nạp xăng,6 Bơm xăng, Khóa xăng, Bộ chế hịa khí,9 Bộ trộn, 10 Van điện từ, 11 Bộ giảm áp hóa hơi, 12 Đồng hồ báo LPG, 13 Công tắc chuyển đổi nhiên liệu LPG - xăng Hình 4.4.2 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu phun LPG - xăng song song Miệng nạp LPG, Công tắc chuyển đổi nhiên liệu xăng - LPG, Bộ định tỷ lệ điều áp, Van điện từ LPG, Bộ giảm áp hóa hơi, CPU xăng, 7, Hệ thống nạp nhiên liệu, Vòi phun, 10 Đồng hồ LPG, 11 Miệng nạp xăng, 12 Bình chứa xăng, 13 Bình chứa LPG Nguyên lý hoạt động: Khi xe sử dụng LPG Khi ngắt khóa xăng chuyển cơng tắc sang vị trí LPG mạch xăng khóa hồn tồn LPG lỏng cao áp (7 KG/cm2) từ bình chứa qua van an tồn để giảm áp hóa chuyển thành dạng LPG áp suất 0,5 KG/cm2 Bộ điều áp có nhiệm vụ tiết lưu lượng LPG hố vào trộn để phù hợp với chế độ tải động Trong trình giảm áp, nhiệt độ giảm áp hoá giảm nhiều Để bù nhiệt, nước từ hệ thống làm mát dẫn qua thiết bị Sau giảm áp, LPG dạng tới trộn vào buồng đốt Khi động làm việc, khơng khí hút vào qua lọc khí đến trộn kết hợp với LPG tạo thành hỗn hợp LPG - khơng khí tỷ lệ phù hợp theo chế độ làm việc động Để đảm bảo động hoạt động tiết kiệm đạt công suất lớn nhất, hệ thống cấp LPG bố trí thêm hai đường cấp LPG bổ sung cho mạch làm đậm tùy thuộc vào vị trí bướm ga Q trình hoạt động hệ thống nhiên liệu LPG kiểm soát cách chặt chẽ nhờ hệ thống điều khiển điện tử hàng loạt cảm biến áp suất, nhiệt độ, nồng độ, khí thải 16 Khi xe sử dụng xăng Khi chuyển sang chạy xăng, mở khóa xăng chuyển cơng tắc sang vị trí chạy xăng Lúc toàn hệ thống LPG bị ngắt hệ thống xăng hoạt động giống nguyên thủy Hình 4.4.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu song song xăng - LPG 4.5 Các phương pháp chuyển đổi động diesel thành động sử dụng nhiên liệu LPG Giải pháp kỹ thuật để chuyển đổi động diesel thành động sử dụng nhiên liệu LPG nghiên cứu sử dụng nhiều giới Có hai giải pháp ơng nghệ chủ yếu theo hai hướng là: Động diesel lưỡng nhiên liệu (LPG/Diesel) động sử dụng LPG Sự khác biệt hai giải pháp kỹ thuật hệ thống cấp nhiên liệu giải pháp đốt cháy nhiên liệu bên động (hệ thống đánh lửa) Động Diesel chuyển đổi thành động đơn nhiên liệu LPG không phụ thuộc vào nhiên liệu Diesel, hệ thống nhiên liệu cũ thay hoàn toàn hệ thống cung cấp LPG với số thay đổi khác đảm bảo cho việc đốt cháy LPG Nhiên liệu khí hóa lỏng cấp tới động theo hai phương pháp: Cấp nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt động cơ; Cấp nhiên liệu vào đường nạp động Động lưỡng nhiên liệu (LPG/Diesel) trang bị đồng thời hai hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Diesel mà khơng có can thiệp đến thơng số kết cấu động nguyên 4.5.1 Chuyển đổi động Diesel thành động LPG đốt cháy cưỡng Mô tả hệ thống: Trong phương pháp phun nhiên liệu đường nạp, nhiên liệu phun dạng khí dạng lỏng, phun tập trung hay phun riêng rẽ Tuy nhiên, giải pháp phun nhiên liệu dạng lỏng trước cửa nạp xi lanh động (phun riêng rẽ) có nhiều ưu Nhiên liệu phun dạng lỏng cho phép cải thiện hệ số nạp lượng khơng khí nạp vào xi lanh động so với phun nhiên liệu thể khí, ngồi việc kiểm sốt tỷ lệ hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu dễ dàng Việc phun nhiên liệu riêng rẽ đảm bảo đồng xi lanh động Nguyên lý hoạt động: Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG từ bình chứa, qua van ngắt, lọc đến điều áp Tại điều áp, áp suất ga giữ ổn định, áp suất đầu điều áp không phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất đầu vào LPG sau điều áp đưa đến kim phun, qua trộn khí 17 đến xupap nạp Kim phun động diesel cũ thay bugi Như vậy, nhiên liệu diesel cũ thay hoàn toàn LPG Ngoài ra, hệ thống nhiên liệu cịn bố trí van ngắt, van an tồn phận nạp ga Hình 4.5.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động Diesel chuyển đổi sang sử dụng LPG đốt cháy cưỡng Hình 4.5.2.2 Phun nhiên liệu khí hóa lỏng vào cửa nạp động Các phận chính: Bộ giảm áp - hố Nhiệt độ cần thiết để hóa LPG cung cấp nhờ nước nóng từ đường nước làm mát động LPG lỏng áp suất bình chứa di chuyển qua van điện từ đến họng nạp vào đường giảm áp thứ (A) thông qua van giảm áp Tại áp suất LPG giảm xuống khoảng 0,45 – 0,65 bar Khi áp suất bên buồng A gia tăng, truyền qua buồng B, đẩy màng cao su dịch chuyển lên trên, thông qua cựa – màng nén lị xo làm cho van giảm áp đóng lại, ngăn không cho nhiên liệu qua họng Khống chế áp suất theo giá trị quy định cân áp suất buồng A, D lị xo van diện tích chịu áp Sau qua buồng A, nhiên liệu tiếp tục vào buồng C thông qua van định lượng Đường thơng với trộn đặt chế hịa khí LPG hút vào trộn động hoạt động Màng cao su buồng C di chuyển bên nhờ áp suất nạp Sự dịch chuyển làm cho đòn bẩy mở van định lượng để LPG từ buồng A sang buồng C Nếu việc hút nhiên liệu tăng lên trộn, truyền qua buồng C màng cao su 9, cho phép nhiều LPG qua miệng Ngược lại, lực hút trộn giảm xuống, lực đẩy lò xo điều khiển địn bẩy đóng dần miệng 6., giới hạn lượng LPG vào Khi động khơng hoạt động, lị xo tác động lên địn bẩy làm khóa chặt van định 18 lượng 7, bảo đảm LPG khơng qua miệng Hình 4.5.2.3 Sơ đồ nguyên lý giảm áp hóa Họng nạp, Miệng vào van giảm áp, Van giảm áp, Cử tỳ, Màng cao su, Miệng vào van định lượng, Van định lượng, Lò xo van định lượng, Màng cao su, 10 Vít điều chỉnh, 11 Địn bẩy Bộ trộn khí Hơi LPG từ giảm áp - hóa vào đường ống nạp, van điều chỉnh độ đậm LPG cho phép điều chỉnh độ đậm hỗn hợp theo chế độ: giàu/nghèo Khi động làm việc, áp suất hút từ buồng D truyền lên buồng C qua ống Do chênh lệch áp suất buồng A, B C, màng nâng lên hỗn hợp LPG vào họng hút D chế hịa khí Lưu lượng hỗn hợp LPG - khơng khí kiểm sốt lị xo Van áp thấp thông với độ chân không đường ống nạp trợ lực phanh, điều khiển van điện từ, van làm việc chyển qua chạy xăng Bộ trộn cịn có vít điều chỉnh để điều chỉnh hỗn hợp động làm việc chế độ khơng tải Hình 4.5.2.4 Sơ đồ nguyên lý trộn khí Đường ống nạp LPG, Vít điều chỉnh lượng nhiên liệu LPG, Đường thơng áp chân khơng, Họng gió, Màng áp thấp, Lò xo ép màng áp thấp, Ống áp thấp, Vít điều chỉnh gió 4.5.3 Chuyển đổi động Diesel thành động phun LPG trực tiếp Mô tả hệ thống: Ở phương pháp cấp nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt động cơ, nhiên liệu khí hóa lỏng đưa vào buồng đốt động đầu trình nạp nhờ van cấp bố trí nắp xi lanh động Nhiên liệu khí hóa lỏng phun trực tiếp với áp suất từ 250 kG/cm2 đến 300 kG/cm2 vào buồng đốt động diesel cuối q trình nén nhờ vịi phun có kết cấu đặc biệt Ga từ bình chứa đến điều áp, qua ống phân phối đến kim phun Các cảm biến đo gió, cảm biến cánh bướm ga, cảm biến lambda gởi tín hiệu điều khiển để tính 19 tốn thời gian nhấc kim, cung cấp ga vào xy lanh Một hệ thống van đồng hồ báo thiết kế để đảm bảo an tồn hiển thị tình trạng hệ thống Nguyên lý hoạt động: Động phun ga trực tiếp hoạt động dựa việc phun trễ lượng nhiên liệu khí áp suất cao vào buồng cháy động đốt giống động diesel Cũng giống động diesel, ga phun vào cuối kỳ nén Ga có nhiệt độ tự bốc cháy lớn diesel (1000 độ C so với 500 độ C) vậy, không dễ dàng bốc cháy buồng đốt có nhiệt độ áp suất giống động diesel thường Để đốt cháy ga, bề mặt tiếp xúc nhiệt độ cao, bugi xông làm gốm, sử dụng buồng đốt Đầu gốm có nhiệt độ 120 độ C – 1300 độ C, cách nhiệt để đốt cháy nhiên liệu tốt Hệ thống nung nóng kiểm sốt để trì nhiệt độ đầu bugi xông ổn định, đốt cháy tối ưu Kim phun với lượng nhiên liệu ấn định độ rộng xung cung cấp ga trực tiếp vào buồng đốt Hình 4.5.3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động diesel chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG Hình 4.5.3.2 Họat động động phun LPG trực tiếp Hình 4.5.3.3 Cấu tạo kim phun 20 Ngồi cịn có xúc tác làm giảm tối đa lượng khí xả độc hại Việc kết hợp LPG hiệu suất hoạt động cao giảm đáng kể lượng NOx so sánh với động diesel động xăng đốt cháy cưỡng tương ứng Kết đạt được: Nồng độ chất thải dạng hạt (PM) khí thải gần 0; Giảm 20% lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (chủ yếu CO2) so với động diesel tương ứng; Tăng 25% hiệu suất nhiên liệu so với động khí thiên nhiên đốt cháy cưỡng Hình 4.5.3.4 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xe 4.5.4 Chuyển đổi động Diesel thành Động lưỡng nhiên liệu (LPG/Diesel) Mô tả hệ thống: Nhiên liệu LPG cấp đường ống nạp nhiên liệu Diesel phun trực tiếp vào xylanh động cơ, vai trò chủ yếu nhiên liệu Diesel tạo nguồn lửa đốt cháy phần nhiên liệu LPG khó cháy cịn lại buồng cháy Những động chạy 100% diesel Khi chạy cầm chừng có khuynh hướng chạy 100% diesel Khi động bắt đầu chuyển sang chế độ đầy tải, khí thiên nhiên tăng lên thay dầu diesel lên đến 80% hay Điều có ý nghĩa việc bảo vệ môi trường lý kinh tế đặc biệt nơi đủ trạm cung cấp khí thiên nhiên Việc chuyển đổi động sang sử dụng nhiên liệu kép tương đối dễ dàng Nguyên lý hoạt động: Do nhiên liệu khí hóa lỏng có nhiệt độ tự cháy cao nhiều so với dầu diesel nên khơng thể tự bốc cháy cuối trình nén xi lanh động cơ, cần phải có nguồn lửa để đốt cháy cưỡng hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu buồng đốt Giải pháp lựa chọn sử dụng nhiên liệu diesel lửa mồi Theo phương pháp lượng nhỏ nhiên liệu diesel cấp từ bơm cao áp đến vòi phun phun trực tiếp vào buồng đốt động vào cuối kỳ nén, lượng nhiên liệu phân bố buồng đốt tự bốc cháy đốt cháy hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu xi lanh động Ưu điểm phương pháp không cần thay đổi kết cấu động cơ, sử dụng vịi phun động để phun nhiên liệu mồi Trong trường hợp khẩn cấp, động trở lại làm việc với nhiên liệu diesel cách nhanh chóng Để tăng hiệu sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng, lượng nhiên liệu diesel đốt mồi thiết kế chiểm khoảng từ đến 5% 21 Hình 4.5.4.1 Sơ đồ chung hệ thống lưỡng nhiên liệu Diesel - LPG Bồn chứa LPG Bơm LPG Bơm nhiên liệu phụ Đơn vị lựa chọn nhiên liệu (FSU) Bơm cao áp Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Bộ điều khiển điện tử (ECU) Công tắc chuyển đổi nhiên liệu Bộ lọc nạp nhiên liệu 4.6 Các cụm chi tiết LPG tơ 4.6.1 Bộ trộn LPG Chức trộn tạo tỷ lệ nhiên liệu LPG hóa vào khơng khí hợp lý để đưa vào buồng cháy động Hình 4.6.1 Bộ trộn LPG 4.6.2 Bộ giảm áp - hóa Bộ giảm áp hóa có chức chuyển đổi LPG trạng thái lỏng sang trạng thái trước vào trộn nhiên liệu Thường chọn kèm với trộn Hình 4.6.2.1 Bộ giảm áp - hóa 22 Hình 4.6.2.2 Cấu tạo giảm áp - hóa Bộ giảm áp hóa hới có hai giai đoạn Mỗi giai đoạn chứa buồng trong, buồng ngồi buồng điều khiển có LPG LPG chảy giai đoạn giai đoạn qua kênh tràn kết nối hai giai đoạn Ngồi ra, giai đoạn có van với nắp piston Piston vặn vào màng ngăn Mỗi bên giảm áp - hóa có lị xo Áp suất khí chiếm ưu buồng lò xo giai đoạn thứ áp suất đường ống nạp chiếm ưu buồng lò xo giai đoạn thứ hai Giữa tầng tầng gioăng cao su ngăn cách mạch làm mát với LPG 4.6.3 Bình chứa nhiên liệu LPG Chức bình chứa dự trữ LPG trạng thái lỏng mức áp suất cho phép Thơng số quan trọng bình chứa dung tích làm việc, dung tích lựa chọn tương ứng theo dung tích thùng nhiên liệu xe nguyên thủy Hình 4.6.3 Bình chứa nhiên liệu LPG 23 4.6.4 Van đa Hình 4.6.4 Van đa 4.6.4.1 Van điện từ Van điện từ thiết bị cho phép cắt tự động dòng cung cấp LPG từ bình chứa đến bay khoang động Hình 4.6.4.1.1 Cấu tạo van điện từ Trong điều kiện không cung cấp lượng, phần ứng van đẩy vào chân van lực lò xo làm tắt dịng khí từ khí bình chứa thiết bị bay Nếu tất yêu cầu hệ thống cho sử dụng nhiên liệu LPG hoàn thành, điều khiển khí hoạt động Từ trường cuộn dây, cung cấp lượng điện áp, kéo phần ứng lên so với lực lò xo tiếp cận thiết bị bay mở Nếu chế độ LPG bị tắt, điều khiển khí cắt điện áp cung cấp cho van cho bình chứa Van đóng lực lị xo Kiểu van điện từ LPG đơn Động khởi động dễ dàng nhiệt độ xuống độ C Khi nhiệt độ xuống âm độ C vào mùa đông, động thường khởi động nhiên liệu xăng chạy LPG sau giây hâm nóng 24 Hình 4.6.4.1.2 Kiểu van điện từ LPG đơn Kiểu van điện từ LPG đôi Động khởi động dễ dàng nhiệt độ âm 20 ÷ 25 độ C với nhiên liệu LPG xăng Van solenoid LPG đơi có khã cung cấp gas thể lỏng lúc khởi động gas thể khí đến bay lúc hoạt động với hệ thống van thùng Nhưng thành phần Gas LPG bạn có 70% Propane, khơng có vấn đề việc khởi động với van solenoid LPG đơn Gas thể lỏng lúc khởi động chạy LPG sau giây hâm nóng Hình 4.6.4.1.3 Kiểu van điện từ LPG đơi 4.6.4.2 Van cắt xăng Đây thiết bị để cắt nguồn cung cấp xăng xe chạy LPG ngược lại xe chạy xăng Van gồm cửa xếp vận hành cuộn dây điện từ có hai ống nối (vào/ra) Van đóng lại ngắt điện mở có dịng điện qua Van đặt khoang động nằm bơm xăng chế hịa khí Và van lắp động sử dụng chế hịa khí Hình 4.6.4.2 Van cắt xăng 25 4.6.4.3 Van an toàn áp Các phận quan trọng khác hệ thống lại van an tồn bình chứa, van an tồn đường ống đường ống Tất chi tiết chế tạo theo tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn Van ngăn chặn cố vỡ bồn chứa LPG gây tích tụ áp suất mức bể chứa, ví dụ nhiệt độ cao Hình 4.6.4.3 Van an tồn áp 26 KẾT LUẬN Từ phân tích nhận thấy việc sử dụng nhiên liệu LPG cho động đốt tận dụng ưu điểm nhiên liệu LPG như: Giảm đáng kể chất ô nhiễm: CO2, CO, NOx đặc biệt PM; Dễ dàng điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu khơng khí để q trình cháy xảy hồn tồn; Dễ dàng khuếch tán hịa trộn với khơng khí thành hỗn hợp cháy nhờ tốc độ hóa nhanh; Chi phí sản xuất nhiên liệu LPG thấp so với xăng diesel, thêm vào tiềm LPG nước tương đối lớn Với tình hình thực tế nay, bầu khơng khí nhiễm nặng khí thải độc hại khơng xử lý triệt để thải mơi trường, tình trạng khan nguồn nhiên liệu phương tiện vận tải nay, việc nghiên cứu ứng dụng loại nhiên liệu khí hố lỏng phương tiện giao thông vận tải thiết yếu Với đề tài “Nghiên cứu nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt trong”, đề tài mẽ hạn chế tài liệu tham khảo nên em giải số vấn đề nhỏ phương diện lý thuyết 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://www.glpautogas.info/en/lpg-conversion.html [2]https://www.berrimadiesel.com/diesel-archives/running-lpg-injection-on-a-diesel [3]https://vnexpress.net/lpg-va-cng-nhien-lieu-gia-re-cho-oto-xe-may-1987644.html [4]http://dongcobiogas.com/vi/ung-dung/phuong-tien-co-gioi/o-to-lpg.html [5]https://www.academia.edu/26019842/Ti%E1%BB%83u_Lu%E1%BA%ADn_LPG [6]https://www.oto-hui.com/diendan/threads/so-do-he-thong-nhien-lieu-lpg-xangthong-dung-hien-nay.12612/ [7]https://www.oto-hui.com/diendan/threads/cac-loai-nhien-lieu-khi-su-dung-trenxe.11628/ [8]http://dongcobiogas.com/vi/ung-dung/phuong-tien-co-gioi/o-to-lpg.html [9] https://oto.com.vn/kham-pha/ngoai-xang-hay-dau-chiec-o-to-cua-ban-con-co-thechay-bang-16-loai-nhien-lieu-nay-articleid-ocdn4xn [10] https://text.123docz.net/document/1457202-tim-hieu-ve-nhien-lieu-lpg-va-cac-ungdung.htm [11] https://www.slideshare.net/trongthuy1/luan-van-tim-hieu-ve-nhien-lieu-lpg-va-cacung-dung-hot [12] https://energypedia.info/wiki/Liquefied_Petroleum_Gas_(LPG) [13] https://www.wlpga.org/about-lpg/what-is-lpg/ 28 ... chọn đề tài “ Nghiên cứu nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt “ để góp phần giải vấn đề nêu 1.2 Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài Hiện có nhiều loại nhiên liệu thay động đốt trong, nhiên. .. việc nghiên cứu ứng dụng loại nhiên liệu khí hố lỏng phương tiện giao thông vận tải thiết yếu Với đề tài ? ?Nghiên cứu nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG động đốt trong? ??, đề tài mẽ hạn chế tài liệu. .. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC : NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SVTH : MSSV : GVHD: