3.2.1Chế tạo động cơ mới
Chế tạo hẳn một loại động cơ chuyên chạy bằng nhiên liệu LPG, trong đó có thể lợi dụng với mức cao nhất tất cả những tính chất tốt nhất của nhiên liệu. Với loại động cơ như trên động cơ sẽ hoạt động hết công suất mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất, không cần gắn thêm các thiết bị phụ, động cơ só thể sử dụng như động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống như hiện nay.
3.2.2Động cơ sử dụng song song 2 loại nhiên liệu LPG và nhiên liệu hóa lỏng hóa lỏng
Trên Thế giới việc sử dụng LPG cho các phương tiện vận tải đang trở thành một xu hướng mới. Đối với các nước phát triển việc sử dụng song song hai nhiên liệu cho xe ôtô đang trở nên phổ biến. Sử dụng song nhiên liệu Xăng – LPG, Diezen – LPG mang lại hiệu quả về tiết kiệm và an toàn môi trường, làm giảm các yếu tố ảnh hưởng đến động cơ, làm tăng thời gian sử dụng dầu nhờn…Tất cả các yếu tố trên cho thấy LPG đang trở thành sự phát triển tất yếu làm nhiên liệu cho phương tiện vận tải.
Hình 3.1: Tổng quát các bộ phận trong ôtô
Trong quá trình thực hiện, chúng ta cần tập trung nghiên cứu cải tiến bộ trộn nhằm nâng cao hiệu suất hòa trộn, tiết kiệm nhiên liệu, hoàn thiện các thiết kế lắp đặt bộ chuyển đổi LPG lên xe ôtô. Xây dựng phần mềm thiết kế bộ trộn
56 giúp cho quá trình thiết kế, chế tạo và sản xuất bộ trộn đảm bảo chính xác và thiết lập được thông số công nghệ tối ưu.
Khi sử dụng LPG thì mạch xăng được khóa hoàn toàn (ngắt khóa xăng và chuyển công tắc sang vị trí LPG). LPG lỏng cao áp (7 kG/cm2) từ bình chứa đi qua van an toàn đến bộ giảm áp hóa hơi để chuyển thành dạng hơi LPG ở áp suất 0,5 kG/cm2 và đi đến bộ chuyển đổi. Khi động cơ làm việc, không khí được hút vào qua bộ lọc khí đến bộ trộn kết hợp với hơi LPG tạo thành hỗn hợp LPG – Không khí ở tỷ lệ phù hợp theo chế độ làm việc của động cơ.
Hình 3.2: Chi tiết các bộ phận trong ôtô
Khi chuyển sang chạy xăng, mở khóa xăng và chuyển công tắc sang vị trí chạy xăng. Lúc này toàn bộ hệ thống LPG sẽ bị ngắt và hệ thống xăng hoạt đông giống như nguyên thủy.
57
Hình 3.3: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG
Hiệu quả giảm ô nhiễm khí thải:
Khi chạy LPG so với khi chạy xăng lượng CO giảm 10,7 lần, lượng HC giảm 2 lần
Khi chạy LPG so với khi chạy xăng lượng NOX giảm 1,85 lần, lượng CO2 giảm 1,16 lần. Hiệu quả giảm ô nhiễm khí thải
Khi chạy LPG so với TCVN 6438-2001 lượng CO giảm 40 lần; lượng HC giảm 7 lần
Những kết quả nêu trên là tương đối phù hợp với kết luận chung của thế giới. Điều đó có thể khẳng định dung LPG thay xăng để chạy xe ô tô con là làm giảm đáng kể sự phát thải các chất gây ô nhiễm không khí. Trên cơ sở những số liệu thí nghiệm đáng tin cậy, có thể xây dựng riêng tiêu chuẩn về khí thải cho những xe ô tô con sử dụng LPG
58
3.2.3Động cơ sử dụng LPG làm nhiên liệu chính, nhiên liệu lỏng làm nhiên liệu mồi
Nghiên cứu trên động cơ điezel
Động cơ diezel được kiểm soát theo tốc độ và tải dựa vào việc điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp vào trong buồng đốt. Một bộ phận quan trọng của động cơ là bộ điều tốc. Bộ điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp khi động cơ tốc độ thấp và giảm lượng nhiên liệu khi tốc độ cao, nhờ đó giúp động cơ ổn định, tránh trường hợp vượt tốc
Khi cho LPG vào buồng cháy, nó trở thành một phần nhiên liệu cung cấp cho quá trình sinh công, làm cho tốc độ động cơ tăng lên. Khi đó bộ điều tốc sẽ giảm lượng diezel, giảm đến khi lượng diezel mồi còn lại không đủ để đốt cháy LPG, động cơ tắt máy. Chờ cho tốc độ động cơ giảm xuống, lượng diezel tăng lai, tiếp tục quá trình cháy và sinh công. Vì vậy nếu không bỏ bộ điều tốc, động cơ sẽ hoạt động không ổn định, không kiểm soát được lượng diezel cung cấp. Giải pháp đặt ra là phải thiết kế bộ điều tốc điện tử sử dụng motor bước được lắp đặt thay cho bộ điều tốc cơ khí để điều chỉnh lượng dầu phun nhăm ổn định tốc độ động cơ. Motor bước sẽ duy
chuyển thanh răng ở mức thấp, cắt nhiên liệu diezel, phụ trợ trong việc tăng tốc và vượt tải nặng
Nhiên liệu từ bình chứa được cung cấp trực tiếp tới kim phun LPG. Bộ điều khiển tính toán thời gian nhấc kim dựa vào các tín hiệu đầu vào là cảm biến đo gió và cảm biến tốc độ động
cơ. Motor bước kiểm soát lượng dầu diezel bằng cách di chuyển thanh răng bơm cao áp. Motor bước cũng được kiểm soát bởi bộ điều khiển. Bộ đo gió loại dây nhiệt được gắn trên đường ống nạp, dưới bộ lọc gió. Cảm biến tốc độ động cơ được gắn cố định trên thân máy để báo góc quay của bánh đà. Motor bước được
59 lắp đặt để kéo cần ga, qua đó kéo thanh răng bơm cao áp, quyết định lượng dầu diezel.
Khi bật công tắc khởi động, motor bước kéo thanh răng về vị trí cung cấp nhiên liệu cao, đủ để khởi động. Khi động cơ đã khởi động, tín hiệu động cơ được gởi tới bộ điều khiển, từ đó điều khiển motor bước, điều tốc điện tử ở chế độ hoạt động diezel. Khi bật công tắc sang sử dụng LPG, bộ điều khiển nhập tín hiệu khối lượng không khí nạp, tín hiệu tốc độ động cơ, tính hiệu tay ga rồi tính toán, từ đó điều khiển motor bước và xuất tín hiệu đến kim phun LPG. Lượng không khí cung cấp cho quá trình cháy LPG được tính sau khi trừ đi lượng không khí cần thiết để đốt cháy lượng diezel môi, dựa vào tín hiệu từ bộ đo gió, thời gian mở kim phun được điều chỉnh để cung cấp đủ lượng LPG tùy theo chế độ hoạt động của động cơ
3.3 Lựa chọn phương án
Qua phân tích các phương án điều khiển và cung cấp ta có nhận xét sau: Phương án chế tạo hẳn một động cơ mới không khả thi vì khi chế tạo đòi hỏi phải có đội ngũ kỹ sư chuyên nghiệp và gần như là phải đi lại từ đầu tất cả. Khi đó phải tốn rất nhiều chi phí cho sản xuất, giá thành sản suất lại cao khó có thể xâm nhập vào thị trường để thay thế cho các loại động cơ đang sử dụng nhiên liệu truyền thống như hiện nay.
Phương án thứ ba sử dụng nhiên liệu hóa lỏng làm nhiên liệu mồi và LPG làm nhiên liệu chính có hiệu quả khá cao và chi phí cho việc cải tạo thấp. Biện pháp này cũng đang được sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới, được sử dụng trong các thành phố lớn. Nó đáp ứng được việc giảm ô nhiễm môi trường mà động cơ Diezel trước đây đã thải ra. Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng phương pháp này chỉ áp dụng được trong thành phố, khi đi ngoại tỉnh không có nguồn cung cấp nhiên liệu thì lại không phát huy đuợc những ưu điểm nói trên. Mặc khác, Diezel không được dùng phổ biến như động cơ xăng. Với những ưu điểm của động cơ dùng song song 2 loại nhiên liệu xăng – LPG như: loại xe này trong thành phố gần nguồn cung cấp LPG có thể chạy bằng LPG, khi đi xa sẽ chuyển sang chế độ chạy bằng nhiên liệu xăng truyền thống. Các bộ phận cần thiết để chuyển đổi sang động cơ dùng LPG có trên thị trường và việc lắp đặt cũng không
60 mấy khó khăn. Vì vậy, việc lựa chọn phương án chuyển đổi động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống sang dùng nhiên liệu kép LPG – xăng và đưa vào sử dụng rộng rãi là vấn đề bức thiết hiện nay. Nhìn chung, để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay, hướng sử dụng động cơ sử dụng nhiên liệu LPG vào động cơ đốt trong là phù hợp với nhu cầu thực tế của cuộc sống.
Để kiểm nghiệm tính chính xác về mức độ phát thải của nhiên liệu sach LPG trên động cơ đốt trong ta tiến hành các thí nghiệm đo kiểm về nồng độ các chất độc hại trong khí xả như: HC, NOX, CO2… Thí nghiệm đo kiểm được thực hiện trên mô hình động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí. Sở dĩ ta chọn tiến hành đo kiểm trên bộ chế hòa khí do những nguyên nhân chủ yếu sau đây:
Thứ nhất: Nếu ta thực hiện chuyển đổi trên động cơ Diezel sẽ rất phức tạp, thay đổi nhiều bộ phận trong kết cấu của động cơ, tốn kém nhiều chi phí chuyển đổi
Thứ hai: Ta lựa chọn phương án là chuyển đổi trên động cơ xăng. Trên động cơ xăng có thể thực hiện trên động cơ phun xăng nhưng khi lựa chọn phương án này lại không phù hợp bởi vì động cơ phun xăng rất tiết kiệm nhiên liệu, lượng khí ô nhiễm thải ra bên ngoài khá ít.
Thứ ba: Mặc dù động cơ sử dụng bộ chế hòa khí đã cũ, có nhiều khuyết điểm nhưng hiện nay vẫn còn sử dụng trên thị trường. Độ phát thải khí ô nhiễm rất cao bởi vì không cháy sạch lượng nhiên liệu từ bộ chế hòa khí đưa vào và một nguyên nhân khác không kém phần quan trọng là chi phí chuyển đổi khá rẻ nhưng nó mang lại hiệu quả kinh tế cao về nhiều mặc. Với những lý do trên, chúng em đã quyết định chọn thực hiện chuyển đổi sang động cơ sử dụng LPG trên động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí.
Quá trình thực hiện bao gồm 2 thí nghiệm.
Thí nghiệm 1: Thực hiện đo nồng độ khí xả trên động cơ xăng bộ chế hòa khí.
61 Thí nghiệm 2: Thực hiện đo nồng độ khí xả trên động cơ sau khi đã
chuyển sang dùng LPG
62
Chương IV: QUY TRÌNH LẮP ĐẶT BỘ CHUYỂN ĐỔI TỪ XĂNG SANG LPG
4.1 Lắp đặt thiết bị đo kiểm trên động cơ xăng.
Sau khi nhận động cơ từ khoa ta tiến hành kiểm tra tính ổn định của động cơ
Hình 4.1: Động cơ thực hiện
Bước 1: kiểm tra và cân chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp ( đối với động cơ xăng này sớm 200 so với điểm chết trên )
63
Hình 4.2:Delco
Bước 2: lắp đặt các thiết bị đo kiểm : Lắp thiết bị đo khí xả HG-520:
64 Lắp thiết bị đo nhiệt độ động cơ FSA 740
Hình 4.4:Máy đo nhiệt độ động cơ FSA 750
Lắp thiết bị đo tốc độ động cơ
Hình 4.5: Đèn cân lửa động cơ
65
4.2 Lắp đặt bộ chuyển đổi từ xăng sang Gas và thiết bị đo kiểm.
Bước 1: Tháo bộ chế hòa khí khỏi động cơ
66 Bước 2: Lắp bộ chuyển đổi từ xăng sang LPG lên động cơ
67 Bước 3: Lắp bình Gas và ống dẫn lên động cơ
Hình 4.8: Bình nhiên liệu và bộ hóa hơi
Bước 4: Cân lửa theo động cơ Gas ( sớm 300 )
68 Bước 5: Vận hành máy và tiến hành đo kiểm
Thứ nhất: Cho động cơ nổ trong khoảng 15 phút
Hình 4.10: Vận hành máy
Thứ hai: Cho ống đo khí xả vào
69 Thứ ba: Đo đạt ghi lai kết quả
70
Chương V: CHẠY THỰC NGHIỆM VÀ ĐO KIỂM 5.1 Thiết bị thí nghiệm:
5.1.1Động cơ sử dụng
Hình 5.1: Động cơ thực hiện đo kiểm
Động cơ được sử dụng trong đề tài là một mô hình động cơ còn sống, sử dụng bộ chế hòa khí. Để đánh giá đặc tính ô nhiễm khí xả giữa động cơ sử dụng bộ chế hòa khí nguyên thủy và động cơ sử dụng nhiên liệu LPG. Động cơ được lắp thêm bộ chuyển đổi LPG. Động cơ có đầy đủ két nước, quạt làm mát, kéo thêm tải là máy phát điện, tất cả các chi tiết đều hoạt động tốt.
Bên cạnh đó, vì động cơ đã cũ, nhiều chi tiết hoạt động không còn đạt hiệu quả cao nhất nên không thể đo được các thông số chính xác nhất. Ở đây ta chỉ so sánh các thông số khí xả giữa động cơ dùng xăng và động cơ sử dụng nhiên liệu sạch và xanh LPG.
71
5.1.2Bộ chuyển đổi LPG
Hình 5.2: Bộ chuyển đổi
Về nguyên tắc cơ bản, bộ chuyển đổi LPG hoạt động gần giống với bộ chế hòa khí, sử dụng nhiên liệu ga ở thể khí và hiện nay được sử dụng thay thế bộ chế hòa khí khi động cơ chuyển sang chay nhiên liệu sạch LPG
5.1.3Bình nhiên liệu và bộ hóa hơi
Nhiên liệu sử dụng trong quá trình chạy thí nghiệm là bình ga nấu bếp và bộ hóa hơi chuyển từ khí ga dạng lỏng sang dạng hơi chạy cho động cơ
72
5.1.4Thiết bị kiểm tra khí thải
Hình 5.4: Thiết bị HG – 520
Để kiểm tra và đo đạc các thông số phát thải ô nhiễm từ động cơ, các thí nghiệm sử dụng thiết bị đo và phân tích khí thải Hesbon 5GAS HG-520. Thiết bị này cho phép xác định các thành phần chính của khí thải động cơ như: CO, CO2, NOx, HC, O2 lamda, …
Thành phần chính của thiết bị này bao gồm thiết bị (máy) đo chính, dụng cụ kết nối với đường ống thải để lấy mẫu, các bộ lọc lắp trên đường ống lấy mẫu, … Các giá trị đo hiển thị trực tuyến trên thiết bị đo chính và có thể hiển thị trên máy tính kết nối qua cổng RS232.
Phạm vi đo của các thông số lấy mẫu: CO 0-9.99 0.01%
HC 0-9999 1 ppm CO2 0-20% 0.01% O2 0-25% 0.01% Lambda 0-2 0.01%
73
5.1.5Đèn cân lửa
Để động cơ hoạt động ở trang thái tốt nhất ta sử dụng đèn cân lửa để điều chỉnh thời điểm đánh lửa tốt nhất. Đồng thời đèn cân lửa còn có tác dụng đo tốc độ động cơ
Hình 5.5: Đèn cân lửa động cơ
Nguồn sử dụng 12V Góc kiểm tra từ 0-60 độ
74
5.1.6Thiết bị đo nhiệt độ động cơ
Hình 5.6: Thiết bị đo nhiệt đô động cơ FSA 740
Trên đây là thiết bị dùng để đo nhiệt độ động cơ, xác định sự biến đổi nhiệt độ động cơ theo thời gian và tốc độ động cơ, xác định các thông số theo sự thay đổi của tốc độ cũng như nhiệt độ động cơ.
5.2 Sơ đồ, điều kiện và trình tự thí nghiệm 5.2.1Sơ đồ thí nghiệm 5.2.1Sơ đồ thí nghiệm
Hinh 5.7: Sơ đồ trình tự thí nghiệm
ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KHÔNG KHÍ THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ ĐỘNG CƠ THIẾT BỊ ĐO KHÍ XẢ
75
5.2.2Điều kiện thử nghiệm
- Tốc độ cầm chừng của động cơ: 1200 vòng/phút
- Nhiệt độ nước làm mát động cơ xăng: 70-80°C và 84 – 100°C đối với động cơ Gas
Các thông số đặc tính hệ thống cần xác định: - NOx (ppm), HC (ppm), CO2 (%), O2(%). - Nhiệt độ động cơ ( oC) - Tốc độ động cơ 5.2.3Trình tự thử nghiệm
Cho động cơ chạy cầm chừng khoảng 15 phút để động cơ chạy ổn định sau đó ta tiến hành các phương pháp đo kiểm.
Xác định ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ đến thông số làm việc và đặc tính phát thải ô nhiễm của động cơ đốt trong sử dụng LPG.
Các kết quả thí nghiệm (điểm đo) là giá trị trung bình của 3 lần đo. 5.3 Kết quả thí nghiệm và bàn luận kết quả
Quan hệ giữa HC, NOx và sự thay đổi tốc độ động cơ
Ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ động cơ lên sự phát thải ô nhiễm (NOx và HC) của động cơ trình bày trong biểu đồ 5.1. Trong trường hợp này, tốc độ