2.1.1. Momen, cơng suất động cơ.
Momen vă cơng suất của động cơ sử dụng LPG thấp hơn khoảng 10% so với động cơ xăng cùng cỡ do câc yếu tố sau:
+ Nhiệt trị thể tích của hỗn hợp khơng khí/ xăng lớn hơn nhiệt trị thể tích của hỗn hợp khơng khí/ LPG khoảng 3% đến 5%.
+ Đặc tính của hệ thống cấp nhiín liệu LPG. Khi phun LPG dạng khí văo đường nạp qua họng Venturi lăm giảm hệ số nạp vă gđy xâo trộn động lực học trín đường nạp do đố lăm giảm momen vă cơng suất động cơ. Khi phun LPG dạng lỏng sẽ bốc hơi trín đường nạp lăm giảm nhiệt độ khí nạp vă tăng khối lượng riíng của hỗn hợp hệ số nạp được cải thiện hơn do đĩ khắc phục phần năo sự giảm momen vă cơng suất động cơ.
2.1.2. Suất tiíu hao nhiín liệu.
Suất tiíu hao nhiín liệu tính theo thể tích vă theo khối lượng nhiín liệu của động cơ LPG so với động xăng như sau: thực tế nếu so sânh năng lượng tiíu hao trín 100km hănh trình thì nhiín liệu LPG thấp hơn động cơ xăng khoảng văi phần trăm. Mặt khâc, nếu LPG giău Propan(C3H8) với chỉ số Octan của nĩ rất cao do đĩ cĩ thể tăng chỉ số nĩn động cơ nín suất tiíu hao nhiín liệu cĩ thể giảm.
2.1.3. Mức độ phât ơ nhiễm.
Động cơ sử dụng LPG phât sinh ít ơ nhiễm. Đđy lă đặc điểm đâng chú ý trong bối cảnh mă ảnh hưởng của giao thơng vận tải đến mơi trường sống ngăy căng trở nín nghiím trọng. Bảng 1.10.
Sự phât sinh ơ nhiễm trong khí xả động cơ LPG giảm đi rất đâng kể so với động cơ xăng.
Bảng 2.1. Mức độ phât thải ơ nhiễm của ơ tơ chạy nhiín liệu LPG so với tiíu chuẩn ơ nhiễm hiện nay.
Chất ơ nhiễm
Giới hạn cho phĩp Mức độ phât ơ nhiễm Europe 2000 (g/km) California ULEV (g/km) Chu trình Europe (g/km) Chu trình FTP75 (g/mile) CO 2,30 1,70 0,16 0,14 HC 0,20 0,04 0,031 0,032 NOx 0,15 0,20 0,02 0,065
33
Đồng thời nồng độ NOx giảm, đặc biệt khi động cơ hoạt động ở khu vực gần đầy tải, điều năy lă do nhiệt độ măng lửa nhiín liệu LPG thấp hơn măng lửa xăng. Cịn mức độ phât sinh HC thấp chủ yếu do LPG bay hơi rất dễ dăng, lượng nhiín liệu bâm trín thănh buồng chây thấp vă lượng nhiín liệu hấp thụ bởi dầu bơi trơn thấp, HC trong khí xả động cơ LPG chủ yếu lă Hydrocarbure nhẹ (C3 C4) ít độc hơn Hydrocarbure nặng trong khí xả động cơ xăng vă Diesel.
2.1.4. Tính an toăn vă tuổi thọ động cơ.
-Vấn đề an toăn: Trong hệ thống nhiín liệu LPG cĩ rất nhiều thiết bị an toăn cả về mặt cơ khí lẫn điện tử để đảm bảo an toăn trong khi động cơ hoạt động lẫn khơng hoạt động vă khi xảy ra tai nạn.
Câc van an toăn tự động đĩng, ngắt hệ thống nhiín liệu LPG vă hệ thống năy hoăn toăn bị khĩa kín với mơi trường khơng khí bín ngoăi.
Câc cuộc thử nghiệm thực tế tại trung tđm nghiín cứu quốc tế đê cho thấy khi bị tai nạn lật xe, trong khi xăng cĩ thể trăo ra ngoăi gđy chây thì LPG khơng thể trăo ra ngoăi do cĩ câc van an toăn. Câc sự cố rị rỉ trín đường ống nếu cĩ cũng lăm toăn bộ hệ thống LPG tự động khĩa kín lại.
- Vấn đề tuổi thọ động cơ: Do LPG cĩ đặc tính kỹ thuật như tính chống kích nổ cao, khơng cĩ chì, sản phẩm chây khơng cĩ muội than, khơng cĩ hiện tượng đĩng măng nín động cơ lăm việc với nhiín liệu LPG ít gđy kích nổ hơn động cơ xăng. Do khơng cĩ câc hạt chì hoặc câc hạt muội than đọng lại trong thănh vâch xylanh, cửa xupap nạp, thải nín khơng gđy măi mịn xylanh, piston, secmăng, xupap, đế xupap. Một vấn đề quan trọng lă động cơ xăng hay cĩ hiện tượng hơi xăng hình thănh trong buồng chây, cĩ tâc hại rửa sạch câc măng dầu bơi trơn vă cĩ khuynh hướng lọt xuống cacte lăm dầu bơi trơn giảm khả năng bơi trơn, trong khi LPG khơng cĩ hiện tượng năy.
Chính vì những lý do năy nín LPG cho phĩp kĩo dăi tuổi thọ động cơ hơn nhiín liệu xăng khi sử dụng động cơ ở cùng một chế độ hoạt động.
2.2. Phương ân cung cấp nhiín liệu LPG cho động cơ
LPG cĩ thể cung cấp cho động cơ dưới dạng khí hay dạng lỏng. Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khí lă sự đồng nhất hoăn hảo của hỗn hợp ga - khơng khí vă trânh hiện tượng ướt thănh đường ống nạp bởi nhiín liệu lỏng, hiện tượng năy rất nhạy cảm khi khởi động vă khi động cơ lăm việc ở chế độ chuyển tiếp. Điều năy cho phĩp lăm giảm được mức độ phât sinh ơ nhiễm. Nhược điểm của việc cung cấp dạng năy lă quâ trình điều khiển dăi vă sự cung cấp ga liín tục lăm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ khơng khí/gas, đặc biệt lă chế độ quâ độ của động cơ.
34
Hệ thống cung cấp LPG bằng câch phun LPG ở dạng lỏng cho phĩp khắc phục nhược điểm của phương phâp cung cấp LPG dạng khí. Ưu điểm của phương phâp phun LPG dạng lỏng lă tạo ra khả năng kiểm sôt được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vì vậy cĩ thể âp dụng câc biện phâp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phât ơ nhiễm khi động cơ lăm việc ở chế độ quâ độ. Sự bốc hơi của LPG lăm giảm đâng kể nhiệt độ khí nạp do đĩ lăm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khâc, măng nhiín liệu lỏng bâm trín đường nạp khơng đâng kể gì so với khi động cơ dùng xăng. Điều năy thuận lợi cho việc lăm giảm mức độ phât sinh HC. Tuy nhiín yíu cầu cơng nghệ chế tạo cao.
Trín cơ sở câc phương phâp tạo hỗn hợp lăm việc cho động cơ như đê phđn tích ở trín, ta cĩ thể âp dụng câc phương ân cung cấp nhiín liệu sau :
+ Cung cấp LPG cho động cơ dưới dạng hoă khí
+ Cung cấp LPG cho động cơ dưới dạng lỏng : phun nhiín liệu.
2.2.1. Cung cấp nhiín liệu LPG dạng khí dùng bộ chế hịa khí
Cĩ nhiều dạng bộ chế hoă khí dựa trín nguyín tắc ống Venturi. Sau đđy lă một số dạng:
a.Bộ chế hịa khí dạng măng
Sơ đồ cấu tạo
Nguyín lý lăm việc : Khi dừng động cơ, van C đĩng đồng thời đường văo của khơng khí vă của LPG dưới tâc dụng của lị xo R. Măng M chịu âp suất sau họng Venturi được truyền qua nhờ bốn lỗ F. Khi lưu lượng khơng khí tăng dần, van xa dần khỏi đế, tạo ra một tiết diện lưu thơng cho bởi lõi định dạng O. Biín dạng của lõi năy được xâc
định theo nhiệt trị của nhiín liệu. Bộ phận năy cho phĩp đạt được hỗn hợp cĩ thănh phần khơng đổi trong toăn bộ phạm vi hoạt động của động cơ. Sự điều chỉnh tinh được thực hiện nhờ tâc động của hai bộ phận sau :
Bộ giên nở trín đường nạp LPG : Cho phĩp điều chỉnh âp suất ga - khơng khí vă tâc động lín độ đậm đặc của hỗn hợp chủ yếu ở chế độ thấp.
Bướm V tạo ra một tổn thất âp suất thay đổi vă tâc động chủ yếu khi cơng suất động cơ đạt cực đại.
Hình 2.1.Bộ chế hoă khí dạng măng
1 - Bướm ga ; M - Măng ; R - Lị xo ; C - Van ; 5 - Đường LPG văo; 6 - Đường khơng khí văo ; F-lỗ; O-lõi định dạng; V-bướm điều
chỉnh
1
5
35
Phương ân năy phải chế tạo bộ chế hịa khí dạng măng cho hệ thống cấp LPG nín tốn kĩm, phức tạp khơng phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hịa khí.
Dưới đđy chúng ta tham khảo thím 2 loại bộ chế hịa khí dạng măng
Hình 2.2.Sử dụng bộ chế hịa khí dạng măng (loại 2)
A-đường cấp LPG dạng khí; V-van; S-lị xo định lượng; P -buồng van; D-măng van; I-vít chỉnh khơng tải
Hình 2.3. Sử dụng bộ chế hịa khí dạng măng (loại 3-X450)
2-van định lượng; 3-buồng trín; 4-buồng dưới; 7- cửa khơng khí văo; 8-vịng đệm;
Hình 2.4.Van định lượng của bộ hịa khí dạng măng loại 3
LPG dạng
khí LPG
36
b.Bộ chế hịa khí dạng Modul hĩa
Sơ đồ cấu tạo:
Khí LPG được hút văo phía sau bướm gas được điều khiển bởi một bộ định lượng 5. Khi sử dụng hệ thống năy trín câc động cơ khâc nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng vă Jiclơ tiíu chuẩn. Hệ thống năy cho phĩp động cơ lăm việc lưỡng nhiín liệu xăng vă LPG, bộ chế hịa khí xăng được lắp phía trước họng gas.
Phương ân năy phải chế tạo bộ chế hịa khí riíng cho hệ thống cấp LPG nín tốn kĩm, phức tạp khơng phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hịa khí
c.Sử dụng bộ trộn 4 2 3 1 5
Hình 2.5. Bộ chế hoă khí dạng Modul hô.
1 - Bướm ga ; 2 - Đường ống phun LPG ;3 - Cơ cấu điều khiển 4 - Đường văo ga ; 5 - Bộ định lượng. LPG dạng
khí
Hình 2.6. Hệ thống cung cấp LPG văo bộ trộn
1-bình LPG; 2-van điện từ LPG; 3-bộ hĩa hơi vă giảm âp; 4-bộ tiết lưu; 5-bộ trộn; 6-động cơ; 7- bảng theo dõi; 8-bầu lọc giĩ
37
LPG từ bình chứa 1 đi tới van 2 văo bộ hĩa hơi 3, tại đđy LPG được bốc hơi vă hạ âp suất xuống rồi được dẫn văo bộ trộn, tại đđy nĩ được hịa trộn với khơng khí theo đúng tỷ lệ phù hợp với chế độ tải của động cơ. Rồi dẫn văo xylanh động cơ.
Phương phâp năy phải chế tạo bộ trộn, lắp trín ống nạp, nĩ phù hợp với loại động cơ phun xăng điện tử, hoặc động cơ chỉ sử dụng một loại nhiín liệu LPG hoặc động cơ cĩ miệng bộ chế hịa khí tiíu chuẩn.
d.Dùng họng Venturi vạn năng
Họng Venturi vạn năng được thiết kế để dùng cho bộ chế hịa khí hỗn hợp, nĩ giống như một chiếc đệm vă cĩ thể được lắp đặt ở bất cứ vị trí năo trín đường nạp : giữa bầu lọc giĩ vă bộ chế hịa khí xăng; ở đế bộ chế hịa khí, phía trước bướm ga.
Phương ân năy phải chế tạo họng Venturi riíng cho hệ thống LPG nín tốn kĩm, phức tạp khơng phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hịa khí. Tuy nhiín nĩ cĩ thể lăm mạch khơng tải kết hợp với ân: ống cấp gas đặt văo họng bộ chế hịa khí nguyín thủy
Hình 2.7.Họng Venturi vạn năng.
1 - Đường gas văo ; 2 - Bulơng ; 3 - Mặt bích ; 4 – Lỗ bắt bulơng.
2
1 3 4
Hình 2.9. Hình chụp họng Venturi vạn năng Hình 2.8. Hình chụp bộ trộn
38
e.Ống cấp gas đặt văo họng bộ chế hịa khí nguyín thủy
Dạng cải tạo năy dùng họng Venturi nguyín thủy của động cơ xăng. LPG được một đường ống dẫn tới vùng chđn khơng của họng, ống năy cĩ thể dẫn theo đường trục của bộ chế hịa khí hay vuơng gĩc với đường trục bằng câch khoan xuyín qua thănh bộ chế hịa khí.
Phương ân năy kinh tế nhất vă phù hợp với xe xăng đang sử dụng bộ chế hịa khí vă cĩ thể kết hợp với phương ân: dùng họng Venturi vạn năng.
Tuy nhiín nín xĩt đặc tính của bộ chế hịa khí, nếu hoạt động theo bộ chế hịa khí đơn giản thì nín cĩ một số cơ cấu điều chỉnh để trở thănht bộ chế hịa khí tự động.
2.2.2. Cung cấp nhiín liệu LPG dạng phun nhiín liệu
Nhiín liệu LPG cĩ thể cung cấp cho động cơ dưới dạng lỏng bằng hệ thống phun văo cổ gĩp (phun một điểm) hay phun văo trước supap nạp của từng xylanh (phun đa điểm). Âp suất nhiín liệu trước vịi phun của hai kiểu năy đều cao hơn âp suất khí quyển. Nhiín liệu phun văo đường nạp động cơ cĩ thể dưới dạng khí hay lỏng.
Nhiín liệu LPG dưới dạng lỏng từ bình chứa được hút nhờ một bơm chuyển vă duy trì âp suất dư trín đường ống khoảng 5 bar để trânh sự bốc hơi. Nhiín liệu sau đĩ được đưa qua bộ lọc vă bộ điều âp trước khi dẫn đến vịi phun. Vịi phun được một bộ vi xử lý chuyín dụng điều khiển một câch tự động. Bộ vi xử lý năy nhận phần lớn câc tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiín liệu xăng đê cĩ vă được bổ sung thím những thơng tin đặc thù khâc của hệ thống cung cấp nhiín liệu LPG.
Hình 2.10.Tạo hỗn hợp bằng câch dẫn khí LPG văo họng bộ chế hịa khí nguyín thủy.
1 - Bầu lọc giĩ; 2 - Đường ống dẫn khí LPG; 3 -Bướm ga; 4 - Cơ cấu dẫn động bướm ga; 5 - Họng phun LPG
3 2
4 5 1
39
Phương ân năy địi hỏi phải cĩ hệ thống điều khiển điện tử, yíu cầu hệ thống cấp nhiín liệu chịu âp suất cao nín chế tạo tốn kĩm.
Dưới đđy ta tham khảo thím hai sơ đồ cung cấp nhiín liệu LPG dạng phun đa điểm.
Hình 2.12.Hệ thống cung cấp nhiín liệu phun LPG dưới dạng khí loại đa điểm
1-bình chứa LPG; 2-van điện từ LPG; 3-bộ giảm âp hĩa hơi; 4-bình lọc; 5-giăn phun; 6-động cơ; 7-ECU LPG; 8-cảm biến âp suất
40
Phương ân đặt ống cấp gas văo họng bộ chế hịa khí nguyín thủy lă kinh tế nhất vă phù hợp để cải tạo xe xăng đang sử dụng bộ chế hịa khí thănh xe sử dụng 2 nhiín liệu xăng/LPG.
2.3. Câc phương ân điều khiển cung cấp LPG 2.3.1. Hệ thống cơ học, điều khiển điện 2.3.1. Hệ thống cơ học, điều khiển điện
Một van điện từ chuyển đổi mở van cấp xăng hay cấp gas tùy người lâi. Bộ hĩa hơi vă điều âp sẽ cấp gas vă được trộn với khơng khí tại cacbuarateur vă hỗn hợp được đưa văo động cơ. Loại năy phù hợp với nước khơng địi hỏi ngặt nghỉo tiíu chuẩn khí thải ơtơ vă cơng nghệ phât triển chưa cao.
Hình 2.14. bố trí câc thiết bị hệ thống LPG loại 1 trín xe
1-van nạp LPG; 2-bình chứa LPG; 3-cơng tắc chuyển đổi; 4-van điện từ LPG; 5-bộ giảm âp vă hĩa hơi; 6- van điện từ xăng; 7-ống dẫn LPG
Hình 2.13.Hình chụp bộ giăn phun LPG loại đa điểm
1-ECU LPG; 2-ECU xăng; 3-cơng tắc chuyển đổi; 4-bộ giảm âp hĩa hơi; 5-cảm biến âp suất; 6- vịi phun; 7-lọc
41
2.3.2. Hệ thống cơ học, điều khiển điện tử vă chất xúc tâc.
Cĩ câc thiết bị điện tử định lượng gas cung cấp cho động cơ. Cĩ sử dụng cảm biến tốc độ, cảm biến lambđa gửi tín hiệu đến bộ điều khiển trung tđm, bộ năy phât lệnh điều khiển mơtơ bước, điều chỉnh van cấp gas chính nằm giữa điều âp vă bộ trộn để điều chỉnh hổn hợp chây.
Phương ân năy sử dụng với xe cĩ trang bị thím bộ xúc tâc ba chức năng trín đường ống xả, vă yíu cầu cĩ bộ điều khiển điện tử, cĩ câc cảm biến để điều khiển quâ trình cấp nhiín liệu văo động cơ.
Hình 2.15. Bố trí thiết bị hệ thống LPG, loại cơ học, điều khiển điện tử vă chất xúc tâc
42
2.3.3. Hệ thống phun LPG điều khiển điện tử
Hình 2.16 Sơ đồ bố trí phương ân phun LPG
1- Bình chứa nhiện liệu LPG; 2 – Van đa cổng của bình chứa; 3 – Đầu nạp LPG; 4 – Đường dẫn LPG âp lực cao; 5 Solenoi gas; 6 – Cảm biến nhiệt độ khí gas; 7 – Co ống nước lăm mât; 8 - Bộ giảm âp hĩa hơi; 9 – Ống thơng chđn khơng; 10 – Cơng tắc chuyển đổi; 11 - Lọc khí gas từ bộ giảm âp; 12 – Đường dẫn khí gas đến ống tích trữ; 13 – Cảm biến âp suất khí gas; 14 – Dăn kim phun khí gas; 15 – Ống tích trữ khí gas; 16 – Kĩt nước lăm mât; 17 - Ống dẫn nước lăm mât; 18 – Mây tính căi đặt phần mềm squent 24; 19 – Mơtor bước; 20 – Bướm gas; 21 – Cảm biến vị