7. Các điểm mới chủ yếu của luận án
1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ đốt trong
1.3.1. Những đặc tính cơ bản của nhiên liệu LPG
LPG là viết tắt của cụm từ Liquefied Petroleum Gas để chỉ khí dầu mỏ hóa lỏng. Thành phần chủ yếu của LPG là cả propane (C3H8) và butane (C4H10). LPG có trị số octane cao (105) hơn cả xăng (91÷97), cả hai được tồn trữ riêng biệt hoặc
chung với nhau như một hỗn hợp. Trong thành phần của LPG, thông thường pha trộn propane/butane với nhiều tỷ lệ khác nhau (30/70, 40/60 hay 50/50). Propane có nhiệt độ sơi thấp, ở -42°C so với -0,4°C đối với butane, nên propane được pha trộn với butane trong LPG với các tỉ lệ khác nhau để đảm bảo nhiên liệu có thể hóa hơi ở nhiệt độ môi trường khác nhaụ
Ở áp suất khí quyển LPG hóa hơi và tồn tại dưới dạng khí. Ở dạng lỏng khối lượng riêng của LPG là 0,5 kg/m3. Khi ở dạng hơi LPG nặng hơn khơng khí từ 1,5
đến 2 lần; tỷ lệ giãn nở gấp khoảng 20 lần so với nước khi nhiệt độ thay đổị Để đảm bảo an toàn, LPG chỉ được chứa đầy 85% thể tích bình. LPG không màu, không mùi, không vị; để dễ nhận biết LPG khi bị rò rỉ người ta pha thêm ethyl
mercaptane có mùi trứng thối đặc trưng.
1.3.2. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ ơ tơ
Thơng thường có ba phương án sử dụng LPG trên động cơ xe ô tô, đó là sử
dụng hồn tồn LPG, sử dụng phối hợp xăng-LPG hoặc sử dụng theo phương thức dual fuel diesel và LPG. Việc tạo hịa khí LPG-khơng khí có thể thực hiện bằng bộ chế hịa khí kiểu venturi thơng thường hay phun LPG dạng khí hoặc phun LPG lỏng
trên đường nạp. Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun
LPG dạng lỏng trực tiếp vào buồng cháỵ Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ơ tơ là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp, chỉ khoảng 7 bar [11]. So với các loại bình chưa nhiên liệu khí
11
được chế tạo với dạng phù hợp với khơng gian bố trí bình trên xe như hình xuyến
[11], [64]…
Cho đến nay, phương án cung cấp LPG kiểu hút vào đường nạp nhờ độ chân
khơng tại họng venturi là phổ biến nhất do tính đơn giản có thể áp dụng được trên hầu hết các chủng loại động cơ xăng. Việc áp dụng hệ thống phun nhiên liệu LPG ở dạng lỏng ngay trước xu páp nạp có nhiều ưu điểm hơn do làm tăng hệ số nạp, đảm bảo cung cấp nhiên liệu chính xác, do đó một mặt đảm bảo được cơng suất của động
cơ, mặt khác tính kinh tế và môi trường của động cơ cũng được cải thiện đáng kể
Error! Reference source not found..
Đặc tính chính của các phương pháp tạo hỗn hợp LPG-khơng khí được trình
bày trong bảng 1.2 [11].
Bảng 1.2: Đặc tính chính của các phương pháp tạo hỗn hợp LPG/khơng khí
Chỉ tiêu Hồ khí Phun hơi LPG
kiểu cơ khí Phun hơi LPG kiểu điện tử Phun LPG dạng lỏng Chất lượng hỗn hợp Tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Mức độ nạp đầy Khá Tốt Tốt Rất tốt Thích ứng tăng áp Trung bình Tốt Tốt Rất tốt Chất lượng hoà trộn Tốt Tốt Rất tốt Tốt Giảm kích nổ Trung bình Kém Kém Rất tốt
Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong, từ năm 2005, Hồ Tấn Quyền tại Đại học Đà Nẵng đã chế tạo thành công hệ thống cung
cấp LPG cho ô tô Daihatsu trên cơ sở của bộ chế hịa khí và đã nghiên cứu đối với xe gắn máy [6]. Khác biệt cơ bản ở đây là nhiên liệu lấy ra khỏi bình chứa dưới
12
khí được thực hiện nhờ độ chân không và thay đổi áp suất do tiết lưu ở van không
tảị Việc cấp LPG vào họng được thực hiện bằng phương pháp vừa phun, vừa hút.
Hình 1.3: Lắp đặt bộ chế hịa khí dùng LPG dùng LPG
Hình 1.4: "Greenbus": xe buýt cỡ nhỏchạy bằng LPG chạy bằng LPG
Kết quả phân tích khí xả động cơ ô tô Daihatsu này khi chạy bằng xăng và
bằng LPG trong cùng điều kiện vận hành, mức độ phát thải HC của động cơ LPG bằng khoảng 60% mức độ phát thải HC của động cơ xăng còn mức độ phát thải CO của động cơ LPG chỉ bằng khoảng 10% mức độ phát thải CO của động cơ xăng [6].
Từ những năm 2003, Trung tâm khoa học công nghệ môi trường giao thông
đã nghiên cứu lắp đặt thành công hệ thống nhiên liệu LPG cho ô tô Daewoo Lanos và đã được Cục đăng kiểm Việt Nam phê duyệt. Từ năm 2008 tại Đà Nẵng, Trung
tâm nghiên cứu bảo vệ môi trường- Đại học Đà Nẵng đã tiến hành nghiên cứu thiết kế cải tạo và lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng/ LPG song song lên xe taxi Toyota Innova và Vios của hãng taxi Xanh và Mai Linh tại Đà Nẵng. Như vậy việc sử dụng LPG nguồn năng lượng sạch, có tính kinh tế cao và dễ sử dụng đã được sự
đồng tình ủng hộ của các doanh nghiệp vận tải taxi và vận tải hành khách thành phố
[86]. Tuy nhiên do hệ thống cung cấp LPG chưa được phổ biến nên giải pháp ứng
dụng LPG trên ô tô chưa được phát triển rộng rãi ởnước tạ
1.3.3. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ xe gắn máy
Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng LPG cho xe gắn máy do nhóm nghiên cứu trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng thực hiện. Các nghiên cứu này tập
13
gọn có thể lắp đặt trên xe gắn máy mà không làm thay đổi kiểu dáng, kết cấu của chúng.
Hình 1.5: Ðộng cơ xe gắn máy 110cc sau khi lắp bộ chế hịa khí hai nhiên
liệu LPG/xăng
Hình 1.6: Xe gắn máy kiểu WAVE 110cc sau khi lắp xong hệ thống hai nhiên liệu
LPG/xăng
Bộ chế hịa khí ngun thủy của xe được cải tạo xong để có thể sử dụng đồng thời LPG và xăng. LPG được cấp vào đường nạp của xe thơng qua van chân khơng. Bình chứa LPG đặt vào vị trí bình xăng. Bình xăng được thu gọn kích thước để phù hợp với khơng gian bố trí dưới n xẹ Hình 1.5 là ảnh chụp của động cơ sau khi lắp
đặt xong bộ chế hịa khí mới và hình 1.6 là ảnh chụp tồn bộ xe gắn máy sau khi lắp đặt hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng. Kết cấu của xe không thay đổi khi lắp đặt hệ
thống nhiên liệu mớị
Xe gắn máy sau khi lắp xong hệ thống LPG được chạy thử trên băng thử
công suất tại phịng thí nghiệm động cơ và ơ tơ trường Đại học Bách khoa, Đại học
Đà Nẵng và chạy trên đường trường, kết quả khả quan bước đầu:
- Về mức độ phát sinh ơ nhiễm: Phân tích khí ở các chế độ khác nhau cho
thấy nồng độ các chất ô nhiễm CO, HC của xe gắn máy khi chạy bằng LPG đều giảm so với khi chạy bằng xăng. Mức độ giảm có thể đạt từ 30 đến 80%. Nồng độ CO, HC trong khí xả khi dùng LPG lần lượt giảm chỉ bằng 25%, 50% so với dùng
xăng [6], [9], [11].
- 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 cảnăng lượng của mỗi nước.
14
chính sách thuế ưu đãi đối với LPG sử dụng cho phương tiện giao thông. Mặt khác, mức độ tiết kiệm còn phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật của động cơ và chất lượng của bộ chế hịa khí dùng xăng. Kết quả chạy thử nghiệm LPG trên xe gắn máy 110cc cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg LPG/110km. Mặt khác, do LPG ở thể khí nên khơng bị ngưng tụ trên mặt gương xi lanh động cơ nên phần đỉnh xi lanh khơng bị mịn nhanh như khi chạy bằng xăng. Chỉ số octane của
LPG cao hơn xăng nên khơng có nguy cơ kích nổ gây quá nhiệt của các chi tiết
trong buồng cháỵ Nhìn chung, tuổi thọ của động cơ khi chuyển sang sử dụng LPG
được kéo dài hơn khi chạy bằng xăng [61], [62], [64].