v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
4.4.1 Thiết kế vị trí lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe
4.4.1.1 Yêu cầu về thiết kế
- Đảm bảo sự phân bố trọng lượng lên các trục của xe ôtô sau cải tạo tương tự như xe ôtô nguyên thuỷ.
- Đảm bảo kích thước chiều dài và chiều rộng của ôtô hợp lý.
- Ô tô sau cải tạo đảm bảo chạy an toàn trên các loại đường giao thông công cộng. - Thiết kế đảm bảo công nghệ đơn giản, phù hợp với khả năng cung ứng vật tư, trình độ công nghệ của các cơ sở sản xuất trong nước.
Xe ôtô khách Transinco 46 chỗ bố trí động cơ ở phía sau, do đó trong quá trình lắp đặt phải chia thiết bị cung cấp LPG thành 3 cụm chi tiết ở 3 vị trí khác nhau:
- Các chi tiết như bộ hóa hơi, van điện từ trước bộ hóa hơi, lọc khí LPG, vòi phun và cảm biến áp suất tăng áp đường nạp được lắp đặt trong khoang chứa động cơ.
- Bình chứa khí LPG được nhóm khảo sát phân tích và lựa chọn lắp trong khoang đựng đồ của xe là phù hợp nhất, vì với vị trí đặt trong khoang đựng đồ sẽ đảm bảo tránh va đập bình LPG khi xe di chuyển trên đường.
- ECU, công tác ON/OFF, đồng hồ báo mức LPG, rơle, cầu chì được lắp đặt trên khoang lái ở vị trí người lái có thể quan sát và điều khiển dễ dàng hệ thống.
Vị trí lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe Transinco 46 chỗ được thể hiện trên hình 4.46
4.4.1.2 Thiết kế lắp đặt bình chứa LPG
Bình LPG có kết cấu hình trụ dài với kích thước 330 x 950 mm. Trên bình có bố trí van cơ khí đóng mở LPG bằng tay, van điện từ đóng mở LPG, đồng hồ báo mức LPG và van nạp LPG. Bình chứa LPG được lắp đặt trong khoang đựng đồ và nằm ở giữa xe, với vị trí này sẽ đảm bảo bình không bị va đập trong quá trình làm việc.
Trên hình 4.47 thể hiện bản vẽ kết cấu lắp đặt bình LPG. Bình LPG được lắp đặt trên tấm thép đệm dày 2mm thông qua hai đai kẹp ở hai phía đầu bình. Đai kẹp được lắp lên tấm thép bằng bulông M10. Tấm thép đệm được lắp lên khung xương dọc sàn xe bằng 4 bulông M10. Bình LPG được lắp theo chiều dài dọc xe. Van nạp LPG được hướng ra bên ngoài, đảm bảo thao tác nạp khí được thực hiện một cách dễ dàng. Đồng thời đón mở van cơ khí trên bình LPG và quan sát được đồng hồ báo mức LPG khi đứng bên ngoài xe. Điều này giúp người điều khiển xe quan sát bình LPG tốt hơn, cũng như thao tác trên bình LPG dễ dàng hơn.
-138-
Hình 4.46 Vị trí bố trí các thiết bị của hệ thống cung cấp LPG lên xe Transinco
Hình 4.47 Thiết kế lắp đặt bình LPG lên xe
4.4.1.3 Thiết kế lắp đặt bộ hóa hơi và các thiết bị phụ trợ
Quá trình chuyển hóa nhiên liệu LPG từ dạng lỏng sang dạng hơi được thực hiện thông qua bộ hóa hơi. Bộ hóa hơi LPG( hình 4.48) là thiết bị được chế tạo bằng nhôm, bên trong có một khoang rỗng chứa LPG và đường nước đi xung quanh khoang này. LPG từ đường ống vào trong khoang của bộ hóa hơi thông qua van một chiều và điều chỉnh được tiết diện để thay đổi lưu lượng và áp suất LPG đi qua van trước khi vào khoang hóa hơi. Áp suất LPG này sẽ chính là áp suất LPG được phun vào động cơ.
-139-
Bộ hóa hơi được gia nhiệt bằng nước làm mát động cơ. Trên bộ hóa hơi được gắn thêm công tắc nhiệt, khi nhiệt độ nước ≥ 500C sẽ tác dụng để đóng công tắc nhiệt thông mạch điện áp cấp cho ECU điều khiển hệ thống LPG.
Hình 4.48 Kết cấu bộ hóa hơi LPG
Để đảm bảo LPG lỏng không vào bộ hóa hơi khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, thì trước bộ hóa hơi được gắn van điện từ( hình 4.49). Van điện từ chỉ làm việc khi đủ hai điều kiện: động cơ ở trạng thái làm việc và nhiệt độ nước làm mát qua bộ hóa hơi phải ≥ 500
C.
Hình 4.49 Kết cấu van điện từ
Để đảm bảo an toàn cho động cơ thì LPG trước khi vào đường nạp động cơ được đi qua bộ lọc LPG( hình 4.50). Bộ lọc có tác dụng lọc các bụi bẩn bị lẫn vào LPG trong quá trình sản xuất hoặc quá trình nạp LPG, đồng thời bộ lọc còn có tác dụng ổn áp tức là ổn định dòng khí LPG trước khi đi vào đường nạp của động cơ.
-140-
Hình 4.50 Kết cấu bộ lọc LPG
Sau khi khảo sát vị trí lắp đặt hệ thống LPG, nhóm nghiên cứu đã quyết định các chi tiết bộ hóa hơi, van điện từ, bộ lọc LPG trong khoang động cơ. Các chi tiết được gắn trên một tấm bảng, sau đó được gắn vào sat-xi của xe. Kết cấu lắp đặt bộ hóa hơi, van điện từ và lọc LPG được thể hiện trên hình 4.51.
Hình 4.51 Thiết kế lắp đặt bộ hóa hơi, van điện từ, lọc LPG trong khoang động cơ
4.4.1.4Thiết kế lắp ECU và công tắc đóng mở LPG
ECU của hệ thống cung cấp LPG có gắn kèm đồng hồ hiển thị áp suất tăng áp đường nạp, đồng thời ECU còn có các phím chức năng có tác dụng để cài đặt hệ thống LPG trong quá trình lắp đặt và vận hành hệ thống.
-141-
Công tắc đóng mở LPG có tác dụng cung cấp điện áp cho hệ thống LPG, ngoài ra trên công tác còn có các mức LPG để báo lượng LPG trong bình chứa LPG.
Chính vì thế vị trí lắp đặt ECU và công tắc đóng mở LPG phải được đặt tại khoang người lái, điều này cho phép người lái có thể thao tác đóng mở hệ thống LPG, cũng như biết được hệ thống LPG có làm việc hay không.
Hình 4.52 Kết cấu bộ điều khiển LPG (ECU) và công tắc đóng mở LPG
Hình 4.53 Sơ đồ đấu nối dây tín hiệu điều khiển hệ thống cung cấp LPG
Tín hiệu điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG được đấu nối theo sơ đồ hình 4.53 các dây tín hiệu được bọc trong vỏ các nhiệt, đồng thời chống chày xước. Với những dây tín hiệu đi từ khoang lái xuống khoang đựng đồ chứa bình LPG hoặc xuống khoang động cơ được đi dọc theo sat-xi của xe.
-142-
4.4.2 Hiệu chỉnh lƣợng nhiên liệu, góc phun sớm và kiểm tra sau khi lắp đặt.
4.4.2.1 Điều chỉnh lượng nhiên liệu
Điều chỉnh thanh răng bơm nhiên liệu để giảm lượng nhiên liệu diesel đảm bảo bơm cao áp chỉ cung cấp tối đa 80% nhiên liệu diesel so với định mức.
4.4.2.2 Điều chỉnh góc phun sớm
Cho động cơ làm việc ở chế độ không tải, sử dụng thiết bị đo góc phun sớm để xác định và điều chỉnh góc phun sớm của động cơ đạt giá trị góc phun sớm theo yêu cầu.
Sau khi hiệu chỉnh lượng nhiên liệu cũng như góc phun sớm của bơm cao áp, tiến hành cho động cơ làm việc ở chế độ không tải. Đồng thời đạp ga để tăng tốc độ không tải, kiểm tra khả năng làm việc của động cơ ở tải cao.
Tiếp tục tiến hành chạy ngoài hiện trường để kiểm tra khả năng làm việc của xe sau khi hiệu chỉnh bơm cao áp và góc phun sớm.
4.4.2.3 Kiểm tra và đánh giá hệ thống cung cấp LPG sau lắp đặt
- Sau khi lắp đặt tiến hành kiểm tra sơ bộ các yêu cầu sau:
Các mối lắp ghép đảm bảo đủ bền trong quá trình sử dụng.
Yêu cầu làm sạch các mạt kim loại trong quá trình lắp ghép thêm các chi tiết để tránh mài mòn các chi tiết chính xác trong động cơ.
- Sau khi kiểm tra sơ bộ, tiếp tục kiểm tra hệ thống cung cấp LPG theo các bước sau:
Sau khi lắp đặt hệ thống LPG lên xe, tiến hành chạy động cơ với nhiên liệu diesel để nhiệt độ nước làm mát của động cơ tăng lên đến nhiệt độ kích hoạt công tắc nhiệt của bộ hóa hơi làm việc (nhiệt độ tại bộ hóa hơi ≥ 500C).
Mở van cơ khí tại bình LPG, kiểm tra hiện tượng rò rỉ ga.
Bật công tác hệ thống LPG, lúc này các van điện từ đã được mở, kiểm tra rò rỉ ga ở các điểm nối và trên toàn đường ống.
- Cài đặt chế độ làm việc cho ECU theo quy trình sau:
-143-
Bật công tắc điện để cấp điện cho ECU, lúc này màn hình trên ECU sẽ hiện thị giá trị áp suất môi trường, khoảng 0,2 đến 0,3 psi.
Ấn nút ―Set‖, trên màn hình Led sẽ hiện thị ―0000‖, sử dụng phím ―>‖ để kéo tín hiệu nhấp nháy đến số 0 cuối cùng, dùng phím ―‖ để thay đổi giá trị thành ―0001‖, sau đó ấn lại phím ―Set‖
Ấn phím ―>‖ đến khi màn hình hiển thị ―AH1‖, sau đó ấn phím ―Set‖ để thay đổi giá trị, lúc này sử dụng phím ―>‖ và phím ―‖ để thay đổi giá trị hiển thị thành ―002.0‖, sau đó ấn phím ―Set‖ để lưu lại giá trị này. Tức là đã cài đặt giá trị áp suất tăng áp của động cơ để bắt đầu mở vòi phun LPG là 2 psi.
Ấn phím ―>‖ đến khi màn hình hiển thị ―AL1‖, sau đó ấn phím ―Set‖ để thay đổi giá trị, lúc này sử dụng phím ―>‖ và phím ―‖ để thay đổi giá trị hiển thị thành ―001.0‖, sau đó ấn phím ―Set‖ để lưu lại giá trị này. Tức là đã cài đặt giá trị áp suất tăng áp của động cơ để tắt vòi phun LPG là 1 psi sau khi đã được mở. Giá trị áp suất mở vời phun và tắt vòi phun được đặt lệch nhau 1 psi với mục đảm bảo trong quá trình làm việc khi bị nhiễu tín hiệu thì vòi phun không đóng mở liên tục.
Ấn phím ―>‖ đến khi màn hình hiển thị ―END‖, sau đó ấn phím ―Set‖ để kết thúc quá trình cài đặt cho ECU.
Sau khi cài đặt xong cho ECU ta cho động cơ làm việc, khi nhiệt độ nước làm mát qua bộ hóa hơi ≥ 500C, lúc này các van điện từ sẽ mở ra.
Tăng ga ở chế độ không tải đến giá trị áp suất tăng áp ≥ 2 psi, lúc này vòi phun sẽ được mở để cung cấp LPG vào trong động cơ. Đồng thời đèn ―AL‖ trên ECU sẽ hiển thị màu xanh nước biển, báo hiệu là hệ thống đã cung cấp LPG cho động cơ. Sử dụng đồng hồ đo áp suất để kiểm tráp suất LPG sau vòi phun điện từ và trước giclơ bằng cách cho LPG phun ra ngoài (tốt nhất là cho LPG phun vào trong nước để tránh hiện tượng LPG bay ra môi trường xung quanh). Áp suất phun LPG được điều chỉnh qua vít điều chỉnh áp suất trên bộ hóa hơi, áp suất LPG phù hợp là 14 psi ( 0,95 bar).
Sau khi điều chỉnh xong áp suất phun LPG, lắp lại đường cấp LPG vào đường nạp của động cơ. Tiến hành tăng tốc độ không tải của động cơ đến khi hệ thống LPG bắt đầu mở vòi phun LPG, kiểm tra khả năng làm việc của động cơ khi có thêm nhiên liệu LPG.
4.4.3 Vận hành và đánh giá
Sau khi kiểm tra hệ thống cung cấp LPG đảm bảo không rò rỉ, các bộ phận hoạt động đúng chức năng, các ô tô được lắp đặt hệ thống cung cấp LPG được chạy thử nghiệm trên đường để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống trong điều kiện vận hành thực tế. Xe được vận hành trong điều kiện ở các chế độ hoạt động ổn định (tốc độ ổn định) và chế độ chuyển tiếp (tăng giảm tốc độ). Trong tất cả các chế độ làm việc ổn định và chuyển tiếp, xe hoạt động bình thường không có khác biệt so với khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel.
-144-
4.5 Kết luận chƣơng 4
Qua nghiên cứu thực nghiệm động cơ diesel AVL-5402 trang bị hệ thống nhiên liệu tích áp và động cơ diesel D1146TI trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, có thể rút ra một số kết luận sau:
- Quá trình lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên hai loại động cơ không phải thay đổi kết cấu của động cơ.
- Thông qua kết quả đánh giá tiêu thụ nhiên liệu, phát thải và đặc tính cháy của hỗn hợp trong xilanh động cơ, có thể thấy rằng, để có quá trình cháy hiệu quả nhất, áp suất phun LPG cần thay đổi theo chế độ làm việc của động cơ và ở chế độ tải 100%, lựa chọn áp suất phun LPG 1,5 bar là hợp lý nhất.
- Đã nghiên cứu và lựa chọn được tỷ lệ cung cấp LPG phù hợp trên động cơ, đối với động cơ AVL 5402 ở 100% tải có thể lựa chọn tối đa 30% LPG thay thế diesel, còn đối với động cơ D1146TI thì tỷ lệ này là 17,81%.
- Đã đánh giá được ảnh hưởng của nhiên liệu LPG khi động cơ làm việc ở chế độ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel đến phát thải của động cơ, cụ thể như sau:
+ Đối với động cơ diesel D1146TI sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống chuyển sang chạy LPG/diesel: Theo chu trình thử Châu Âu ECE R49, hàm lượng phát thải khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel so với sử dụng đơn nhiên liệu diesel thay đổi như sau: phát thải HC và CO tăng tương ứng 10,2% và 11,7%, CO2 giảm 5,8%, NOx giảm 3% và đặc biệt chất thải hạt PM giảm đáng kể tới gần 20%.
+ Đối với động cơ diesel AVL 5402 trang bị hệ thống nhiên liệu tích áp chạy LPG/diesel: Ở tỷ lệ LPG 30%, nồng độ trung bình của HC và NOx tăng tương ứng là 643,14%, và 48,58%, CO2 giảm 5,93%, CO giảm 56,07% và Smoke giảm 52,26% so với khi chạy đơn nhiên liệu diesel.
+ Đã xác định được góc phun sớm tối ưu khi động cơ chuyển sang sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, đối với động cơ AVL 5402 và động cơ D1146TI ở chế độ 100% tải góc phun sớm tối ưu nên lựa chọn giảm tương ứng là 40
TK và 30TK so với góc phun sớm tối ưu của trường hợp chạy đơn nhiên liệu diesel.
- Quá trình lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên ô tô rất thuận lợi và dễ dàng, không làm ảnh hưởng đến kết cấu chung của ô tô.
- Trong tất cả các chế độ làm việc ổn định và chuyển tiếp, xe hoạt động bình thường không có khác biệt so với khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel.
-145-
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận
Đề tài đã rút ra được các kết luận sau đây:
1. Việc sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên động cơ diesel hiện hành là rất khả thi. Phương pháp cung cấp LPG bằng cách phun vào đường nạp của động cơ là phù hợp nhất và mang tính thực tiễn cao, không yêu cầu phải thay đổi kết cấu động cơ.
2. Kết quả nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm sử dụng LPG trên động cơ diesel hiện hành đã đánh giá được sự ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến tính năng kinh tế, kỹ thuật, phát thải độc hại và các thông số điều chỉnh tối ưu của động cơ, từ đó định hướng được việc sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên động cơ. Cụ thể là:
Đối với động cơ diesel AVL 5402 trang bị hệ thống nhiên liệu tích áp (động cơ diesel trang bị hệ thống nhiên liệu tích áp) chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel:
- Với tốc độ trên 50% tốc độ định mức, tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao năng lượng giảm nhiều khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Ví dụ ở tốc độ thiết kế 3000v/ph, với tỷ lệ LPG thay thế 30% và tổng nhiên liệu tiêu thụ giảm tới 9,41%; với tỷ lệ LPG thay thế 10%, 20%, 30%, suất tiêu hao năng lượng giảm tương ứng là 2,8%; 5,4% và 7,71% so với khi chạy đơn nhiên liệu diesel. Điều này nói lên rằng hiệu suất động cơ tăng khi tăng tỷ lệ LPG thay thế.
- Càng tăng tỷ lệ LPG thay thế thì HC và NOx càng tăng trong khi CO, Smoke và