- COOAB Màng
2. Các phương án chuyển đổi động cơ sang sử dụng khí hĩa lỏng (LPG) 1 Các phương án chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng khí hĩa lỏng
2.1. Các phương án chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng khí hĩa lỏng
- Thay bộ chế hồ khí. - Tăng tỉ số nén.
- Tỷ số nén là một trong những thơng số động lực học quan trọng, nĩ ảnh hưởng rất nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế và cơng suất của động cơ.
- Về mặt lý thuyết mà nĩi khi tăng tỉ số nén thì cơng suất về kinh tế của động cơ sẽ tăng. Nhưng trong thực tế do khơng tránh khỏi tổn thất cơ giới tăng nên việc tăng tỷ số nén chỉ cĩ lợi trong một phạm vi nhất định.
- Đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức, giới hạn trên của tỉ số nén được quy định bởi hiện tượng kích nổ và nĩ phụ thuộc vào tính chất chống kích nổ của nhiên liệu mà đặc trưng bằng hằng số Octan. Trong những điều kiện như nhau nhiên liệu cĩ trị số Otan mà càng lớn thì tỉ số nén chọn cho động cơ cĩ thể càng cao.
- Do ta đã biết như trên. nhiên liệu LPG cĩ chỉ số Octan cao hơn xăng, do đĩ khi chuyển động cơ xăng sang dùng LPG chúng ta nên tăng tỉ số nén của động cơ.
- Giữ nguyên hệ thống đánh lửa.
* Xe gắn máy hai nhiên liệu LPG / xăng
- Một trong những vấn đề cơ bản cần phải nghiên cứu giải quyết là thiết kế một hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng nhỏ gọn cĩ thể lắp đặt trên xe gắn máy cỡ nhỏ mà khơng làm thay đổi kiểu dáng hay kết cấu của chúng. Hệ thống này cho phép xe gắn máy cĩ thể chạy bằng xăng hay bằng LPG.
Ở hệ thống nhiên liệu LPG của ơ tơ, nhiên liệu ra khỏi bình chứa dưới dạng lỏng sau đĩ bốc hơi ở bộ bốc hơi-giãn nở và dẫn đến họng Venturi với áp suất xấp xỉ áp suất khí trời. Nhiên liệu thể khí sau đĩ được hút vào họng bộ chế hịa khí nhờ độ chân khơng giống như bộ chế hịa khí xăng. Trong trường hợp cơng suất động cơ thấp, nhiệt bốc hơi của nhiên liệu cĩ thể lấy từ mơi trường khơng khí, do đĩ chúng ta cĩ thể loại bỏ bộ bốc hơi. Phương án phù hợp nhất đối với xe gắn máy là sử dụng nhiên liệu ra khỏi bình chứa dưới dạng khí cĩ áp suất. Sự cung cấp ga vào họng bộ chế hịa khí vì vậy được thực hiện liên tục và lượng ga nạp vào họng được điều chỉnh bởi áp suất trong ống dẫn ga và độ chân khơng tại họng.
Kỹ thuật điều chỉnh lưu lượng ga đề xuất trong cơng trình này là dùng van tiết lưu cĩ độ mở tỉ lệ với độ mở bướm cung cấp giĩ. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tạo hỗn hợp LPG-khơng khí cho xe gắn máy được trình bày trên như hình 2.4.1. ở chế độ khơng tải, con trượt đĩng kín lỗ nạp của van tiết lưu, khí LPG được hút vào họng qua lỗ
khơng tải cĩ vít điều chỉnh. Khi tăng dần tải động cơ, con trượt nhấc lên đồng thời với độ nhấc của quả ga, lỗ nạp ga mở rộng dần, lượng khí LPG nạp vào họng được điều chỉnh đồng thời bởi độ tiết lưu tại lỗ nạp ga và độ chân khơng tại họng.
Hình 4. 1 Sơ đồ nguyên lý của bộ chế hịa khí LPG
Trên cơ sở của nguyên lý này chúng ta cĩ thể cải tạo bộ chế hịa khí xăng nguyên thủy của xe gắn máy thành bộ chế hịa khí hai nhiên liệu LPG/ xăng. Trong trường hợp này bộ chế hịa khí xăng được giữ nguyên, van tiết lưu được lắp nối tiếp trên ống dẫn hướng của quả ga. Khi van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng xăng, động cơ hoạt động bằng xăng như trước khi cải tạo. Khi van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng ga, nhiên liệu LPG qua van tiết lưu rồi vào họng bộ chế hịa khí như đã mơ tả ở hình 2.4.1. Bộ chế hịa khí sau khi cải tạo xong được lắp trên xe gắn máy hai bánh 110cc kiểu WAVE cùng với các bộ phận khác của hệ thống nhiên liệu LPG gồm bình chứa LPG, bình xăng phụ, van chân khơng.
Hình 4.2 là ảnh chụp tồn bộ xe gắn máy kiểu WAVE sau khi lắp đặt xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng. Mẫu mã và kết cấu của xe gắn máy khơng thay đổi khi lắp đặt hệ thống nhiên liệu mới.
Xe gắn máy sau khi lắp xong các hệ thống LPG được chạy thử trên băng thử cơng suất và chạy trên đường trường. Về mức độ phát sinh ơ nhiễm, phân tích khí ở các chế độ khác nhau cho thấy nồng độ các chất ơ nhiễm CO, HC của xe gắn máy khi chạy bằng LPG đều giảm so với khi chạy bằng xăng. Mức độ giảm cĩ thể đạt từ 30 đến 80% (Hình 2.4.3).
Hình 4. SEQ Hình_4. \* ARABIC 2 Xe gắn máy kiểu WAVE 110cc sau khi lắp xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/ xăng
Hình 4. 3 Nồng độ khí CO và HC của động cơ xăng và LPG
Tải càng lớn thì mức độ phát ơ nhiễm của động cơ LPG càng thấp. Về tính kinh tế: Mức độ tiết kiệm của xe gắn máy khi chạy bằng LPG so với khi chạy bằng xăng phụ thuộc vào chính sách giá cả năng lượng của từng nước. Kết quả chạy thử nghiệm LPG trên xe gắn máy 110cc mang biển số 43K5-4079 cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg LPG /110km.
2.2. Các phương án chuyển đổi động cơ Diesel sang sử dụng khí hĩa lỏng
Đánh lửa bằng bugi.
Thay bơm cao áp, vịi phun nhiên liệu bằng bộ trộn khí. Giảm tỉ số nén.
Khơng khí của quá trình nén của động cơ Diesel địi hỏi phải được nén ở áp suất thấp và nhiệt độ rất cao để cuối quá trình nén, khi phun nhiên liệu vào thì hỗn hợp cĩ thể tự bốc cháy. Do đĩ động cơ Diesel cĩ tỷ số nén cao hơn các động cơ khác.
Việc nén động cơ gas khơng nên đạt tới mức độ cĩ thể sinh ra hiện tượng hỗn hợp khí cơng tác tự bốc cháy vì sẽ gây ra cháy kích nổ của nhiên liệu. Do đĩ khi cải tiến động cơ Diesel sang sử dụng khí nhiên liệu, chúng ta nên giảm tỉ số nén.Việc giảm tỉ số nén cĩ thể được thực hiện bằng nhiều cách như thay đổi piston, xy lanh, thay đổi hành trình bằng các thay đổi trục khuỷu.
Nhưng phương pháp tốt nhất là chúng ta thay đổi hình dạng đỉnh piston bằng cách gia cơng thêm trên đỉnh piston động cơ cĩ độ sâu hơn ban đầu hay làm thể tích phần lõm
trên đỉnh lớn hơn. Nhưng việc gia cơng này tùy thuộc vào cấu tạo của piston và tùy thuộc vào tính chất quét khí của động cơ.
Động cơ xăng cải tiến chuyển sang dùng đồng thời hai loại nhiên liệu khí thiên nhiên và xăng:
Giữ nguyên kết cấu động cơ và hệ thống.
Thêm vào hệ thống cung cấp LPG và bộ trộn khí.
Do chúng ta dùng đồng thời hai loại nhiên liệu nên phải sử dụng thêm các van để đĩng nhiên liệu này mỗi khi muốn sử dụng nhiên liệu kia. Động cơ Diesel cải tiến chuyển sang dùng nhiên liệu hỗn hợp khí thiên nhiên và Diesel.
Giữ nguyên kết cấu động cơ và hệ thống.
2.3. Cải tạo hệ thống đánh lửa
Cĩ 2 dạng đánh lửa, mỗi dạng cĩ những ưu nhược điểm riêng.
2.3.1 Đánh lửa bằng tia lửa điện
Sử dụng bougie gồm cực trung tâm và một hay bốn cực xung quanh nối liền với thân máy. Khoảng cách giữa các điện cực được điều chỉnh sao cho đảm bảo được hiệu quả đánh lửa cao nhất (thường từ 0,3 mm đến 0,4 mm tùy theo loại bougie). Đối với động cơ ga dùng cho ơ tơ, hệ thống đánh lửa giống như hệ thống đánh lửa của động cơ xăng nguyên thủy. Dạng đánh lửa này được áp dụng cho động cơ ơ tơ và động cơ cơng nghiệp cĩ cơng suất trung bình.
2.3.2 Đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi
Đánh lửa được thực hiện bằng sự tự cháy của một lượng nhỏ nhiên liệu lỏng phun trước khi piston lên đến ĐCT. Nguyên tắc này giống như ở động cơ diesel, chỉ cĩ khác là việc thay đổi cơng suất được thực hiện bằng cách điều chỉnh thể tích khí ga nạp vào xy lanh cịn lượng nhiên liệu lỏng phun mồi vẫn giữ cố định. Động cơ dạng này được gọi là động cơ diesel – ga hay động cơ lưỡng nhiên liệu (dual fuel), phương pháp này chỉ được áp dụng cho các động cơ cơng nghiệp cơng suất lớn (lớn hơn 1000 KW).
Các hạt nhiên liệu lỏng phun vào buồng cháy sẽ tự bốc cháy và tạo ra chừng ấy điểm đánh lửa trong hỗn hợp nhiên liệu ga – khơng khí. So với hệ thống đánh lửa dùng tia lửa điện truyền thống, hệ thống đánh lửa kiểu này hiệu quả hơn nhiều vì năng lượng tỏa ra cao rất nhiều lần và hầu như khơng phụ thuộc vào sự phân bố hỗn hợp trong buồng cháy. Trong trường hợp đĩ, sự gia tăng áp suất diễn ra nhanh chĩng hơn và hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể.
Lượng nhiên liệu phun mồi rất nhỏ, nhỏ hơn lượng nhiên liệu cần thiết để duy trì chế độ khơng tải của động cơ diesel, vịi phun vì vậy khơng được làm mát đầy đủ nên cần phải lưu ý hiện tượng kẹt kim phun.
Tỉ số nén động cơ lưỡng nhiên liệu cũng được lựa chọn vừa đủ để đảm bảo nhiên liệu phun mồi tự bốc cháy nhưng khơng làm tự cháy hỗn hợp ga – khơng khí để tránh hiện tượng cháy kích nổ.
Tỷ số nén thường là 13 đối với động cơ cĩ đường kính xylanh là D = 150mm, 11,5 đối với động cơ cĩ D = 250mm và 10,5 đối với động cơ cĩ D = 500m.