Nghiên cứu đánh giá động cơ lpg - Hệ Thống Điện Động cơ và ô tô | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

MỤC LỤC
Chương I: TỔNG QUAN VỀ LPG ................................................................... 1
1.1 Giới thiệu ................................................................................................. 4
1.2 Tnh hnh nghiên cu v s dng kh ha lng (LPG) ....................... 5
1.2.1 Trên th giới ..................................................................................... 5
1.2.2 Ở Việt Nam ....................................................................................... 7
1.3 Tác hại chất ô nhiễm trong kh xả động cơ đốt trong ....................... 11
1.3.1 Các chất độc hại sản sinh trong quá trnh động cơ hoạt động .. 11
1.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm trong kh xả động cơ .................... 12
1.3.2.1 Đối với sc khe con người .................................................... 12
1.3.2.2 Đối với môi trường .................................................................. 14
1.4 Giới thiệu đề ti nghiên cu: ............................................................... 15 1.5 L
ý do thực hiện đề ti: ......................................................................... 16
1.6 Mc tiêu nghiên cu ............................................................................. 17
1.7 Đối tượng nghiên cu: .......................................................................... 17
1.8 Nội dung nghiên cu ............................................................................. 17
1.9 Ý nghĩa thực tiễn: ................................................................................. 17
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 18
2.1 Lý thuyt về LPG .................................................................................. 18
2.1.1 Định nghĩa LPG ............................................................................. 18
2.1.2 Thnh phần của LPG .................................................................... 18
2.1.3 Tnh chất của LPG ......................................................................... 20
2.1.4 Chỉ số Octan ................................................................................... 24
2.1.5 LPG dùng lm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ........................ 25
2.2 Lý thuyt về động cơ s dng LPG .................................................... 25
2.2.1 Động cơ s dng LPG ................................................................... 25
2.2.2 Các cm chi tit chnh của hệ thống LPG trên ôtô ..................... 27
2.2.2.1 Bộ trộn kh ............................................................................... 27 2.2.2.2 B
ộ giảm áp ha hơi.................................................................. 28
2.2.2.3 Bnh cha LPG ........................................................................ 28
2.2.2.4 Các cm khác trong hệ thống LPG ....................................... 28
2.2.2.5 Tổng quan về các bộ phận lắp đặt trên xe s dng nhiên liệu LPG
................................................................................................... 28
2.2.3 Nghiên cu chuyển đổi động cơ sang s dng LPG ................... 36
2.2.3.1 Các phương pháp s dng nhiên liệu kh để chạy động cơ
đốt trong ................................................................................................... 36
2.2.3.2 Các phương án chuyển đổi động cơ chạy bằng nhiên liệu
truyền thống sang s dng nhiên liệu kh dầu m ha lng (LPG) ... 37
2.3 Lý thuyt về hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu .......................................... 39
2.3.1 Đối với động cơ s dng bộ ch hòa kh ...................................... 39
2.3.1.1 Bộ trộn Venturi ....................................................................... 39
2.3.1.2 Bộ ch hòa kh dạng modul ha ............................................. 41
2.3.2 Đối với động cơ phun xăng hiện đại ............................................. 42
2.3.2.1 Cung cấp nhiên liệu bằng họng ống Venturi ........................ 42
2.3.2.2 Phun nhiên liệu LPG............................................................... 42
2.4 Nghiên cu lắp đặt bộ chuyển đổi từ xăng sang LPG ....................... 44
2.4.1 Vị tr lắp đặt bộ giảm áp/ha hơi .................................................. 44
2.4.1.1 Yêu cầu lắp đặt ....................................................................... 44
2.4.1.2 Lắp đặt bộ giảm áp / ha hơi lên xe ...................................... 46
2.4.2 Bố tr vị tr lắp đặt van điện từ ..................................................... 47
2.4.3 Lắp đặt van điện từ ........................................................................ 48
2.4.4 Lắp đặt bộ trộn ............................................................................... 50
2.4.5 Các chi tit ph đi kèm bộ ha hơi ............................................... 52
2.4.5.1 Nối bộ giảm áp vo dòng nước lm mát của xe ....................... 52
2.4.5.2 Nối bộ giảm tốc đn bộ điều chỉnh dòng v bộ trộn ................ 53
Chương III: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ............................ 54
3.1 Giải pháp kỹ thuật để động cơ c thể s dng nhiên liệu nhiên liệu
LPG ................................................................................................................ 54
3.2 Các phương án đem lại hiệu quả cao .................................................. 55
3.2.1 Ch tạo động cơ mới ...................................................................... 55
3.2.2 Động cơ s dng song song 2 loại nhiên liệu LPG v nhiên liệu
ha lng ........................................................................................................ 55
3.2.3 Động cơ s dng LPG lm nhiên liệu chnh, nhiên liệu lng lm
nhiên liệu mồi .............................................................................................. 58
3.3 Lựa chọn phương án ............................................................................ 59
Chương IV: .. QUY TRÌNH LẮP ĐẶT BỘ CHUYỂN ĐỔI TỪ XĂNG SANG LPG
.......................................................................................................... 62 4.1
Lắp đặt thit bị đo kiểm trên động cơ xăng ................................ 62 4.2
Lắp đặt bộ chuyển đổi từ xăng sang Gas v thit bị đo kiểm. ... 65
Chương V: CHẠY THỰC NGHIỆM VÀ ĐO KIỂM ..................................... 70
5.1 Thit bị th nghiệm: .............................................................................. 70
5.1.1 Động cơ s dng ............................................................................. 70
5.1.2 Bộ chuyển đổi LPG ........................................................................ 71
5.1.3 Bnh nhiên liệu v bộ ha hơi ....................................................... 71
5.1.4 Thit bị kiểm tra kh thải .............................................................. 72
5.1.5 Đèn cân la ..................................................................................... 73
5.1.6 Thit bị đo nhiệt độ động cơ ......................................................... 74
5.2 Sơ đồ, điều kiện v trnh tự th nghiệm .............................................. 74
5.2.1 Sơ đồ th nghiệm ............................................................................ 74
5.2.2 Điều kiện th nghiệm .................................................................... 75
5.2.3 Trnh tự th nghiệm ...................................................................... 75
5.3 Kt quả th nghiệm v bn luận kt quả ............................................ 75
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, HÌNH
Danh mc bảng biểu
Bảng 2.1: Tính chất Propan ............................................................................................ 17
Bảng 2.2: Tính chất Butane ............................................................................................ 17
Bảng 2.3: Thành phần các chất chủ yếu trong LPG ....................................................... 19
Bảng 2.4: Tính chất một số nhiên liệu khí ...................................................................... 21
Bảng 2.5: So sánh đặc tính của xăng, dầu Diezel, LPG ................................................. 21
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn khí hóa lỏng LPG ........................................................................ 22
Bảng 2.7: Chỉ số Octane của một số chất ....................................................................... 22
Bảng 2.8: Đặc tính kỹ thuật bộ bay hơi .......................................................................... 27
Bảng 2.9: Đặc điểm van Solenoid .................................................................................. 28
Danh mc biểu đồ:
Biểu đồ 1.1: Tình hình sử dụng LPG ở Pháp .................................................................. 3
Biểu đồ 1.2: Tình hình sử dụng LPG ở Hà Lan .............................................................. 3
Biểu đồ 1.3: Biến đổi nhiên liệu thế giới ........................................................................ 13
Biểu đồ 5.1: Biến đổi của NOx và HC theo sự thay đổi của tốc độ động cơ .................. 74
Biểu đồ 5.2: Biến đổi của HC theo sự thay đổi của tốc độ động cơ .............................. 75
Biểu đồ 5.3: Biến đổi của NOx theo sự thay đổi của tốc độ động cơ ............................ 75
Biểu đồ 5.4: Mối quan hệ giữa CO2 và tốc độ động cơ ................................................. 76
Biểu đồ 5.5: Lượng oxy trong khí xả .............................................................................. 77
Biểu đồ 5.6: Nhiệt độ động cơ và tốc độ động cơ .......................................................... 78
Danh mc hnh ảnh:
Hình 1.1: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG của công ty Pertrolimex................................... 6
Hình 1.2: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG của công ty cơ khí Ngô Gia Tự ....................... 7
Hình 1.3: Xe chở rác sử dụng nhiên liệu LPG tại Đà Nẵng ........................................... 7
Hình 2.1: Công thức cấu tạo Propane ............................................................................. 16
Hình 2.2: Công thức cấu tạo Butane ............................................................................... 16
Hình 2.3: Trạm LPG ....................................................................................................... 18
Hình 2.4: Động cơ LPG sử dụng phương pháp hòa trộn trước ...................................... 23
Hình 2.5: Động cơ LPG sử dụng phương pháp hòa trộn trước, buồng cháy phụ ........... 24
Hình 2.6: Động cơ LPG sử dụng phương pháp phun trên đường ống nạp ..................... 25
Hình 2.7: Bộ bay hơi ....................................................................................................... 26
Hình 2.8: Van Solenoid .................................................................................................. 28
Hình 2.9: Bộ lọc .............................................................................................................. 29 1
Hình 2.10: Bộ trộn .......................................................................................................... 30
Hình 2.11: Họng bướm ga .............................................................................................. 31
Hình 2.12: Bộ điều khiển phun ....................................................................................... 32
Hình 2.13: Thiết bị điều khiển phun và bộ trộn .............................................................. 32
Hình 2.14: Thiết bị kiểm tra ............................................................................................ 33
Hình 2.15: Bình chứa LPG trên oto ................................................................................ 33
Hình 2.16: Bộ trộn với lỗ khoan bố trí xung quanh họng ............................................... 37
Hình 2.17: Họng Ventury với một đường LPG vào loại cùng chiều .............................. 38
Hình 2.18: Họng Venturi với một đường LPG loại trực giao ......................................... 38
Hình 2.19: Kết cấu bộ chế hòa khí dạng modun hóa ...................................................... 39
Hình 2.20: Hệ thống nhiên liệu LPG trên oto hiện đại ................................................... 40
Hình 2.21: Hệ thống phu nhiên liệu LPG ....................................................................... 41
Hình 2.22: Bộ giảm áp hóa hơi ....................................................................................... 43
Hình 2.23: Lắp đặt bộ hóa hơi ........................................................................................ 44
Hình 2.24: Quy trình lắp đặt ........................................................................................... 45
Hình 2.25: Van điện từ ................................................................................................... 46
Hình 2.26: Bộ trộn .......................................................................................................... 48
Hình 2.27: Vòng giảm áp ................................................................................................ 50
Hình 2.28: Bộ giảm tốc ................................................................................................... 51
Hình 3.1: Tổng quan các bộ phận trong oto ................................................................... 53
Hình 3.2: Chi tiết các bộ phận trong oto ......................................................................... 54
Hình 3.3: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG .......................................................................... 55
Hình 3.4: Sơ đồ động cơ Diezel dùng LPG .................................................................... 56
Hình 4.1: Động cơ thực hiện ........................................................................................... 60
Hình 4.2: Delco ............................................................................................................... 61
Hình 4.3: Máy đo nồng độ khí thải HG – 520 ................................................................ 61
Hình 4.4: Máy đo nhiệt độ động cơ FSA 740 ................................................................. 62
Hình 4.5: Đèn cân lửa động cơ ....................................................................................... 62
Hình 4.6: Bộ chế hòa khí ................................................................................................ 63
Hình 4.7: Bộ chuyển đổi LPG ........................................................................................ 64
Hình 4.8: Bình nhiên liệu và bộ hóa hơi ......................................................................... 65
Hình 4.9: Chỉnh Delco theo động cơ Gas ....................................................................... 65
Hình 4.10: Vận hành máy ............................................................................................... 66
Hình 4.11: Lắp thiết bị đo khí xả .................................................................................... 66 2
Hình 4.12: Ghi nhận kết quả ........................................................................................... 67
Hình 5.1: Động cơ thực hiện đo kiểm ............................................................................. 68
Hình 5.2: Bộ chuyển đổi ................................................................................................ 69
Hình 5.3: Bình ga và bộ hóa hơi ..................................................................................... 69
Hình 5.4: Thiết bị HG – 520 ........................................................................................... 70
Hình 5.5: Đèn cân lửa ..................................................................................................... 71
Hình 5.6: Thiết bị đo nhiệt độ động cơ FSA – 740 ......................................................... 72
Hình 5.7: Sơ đồ trình tự thí nghiệm ................................................................................ 72 3
Chương I: TỔNG QUAN VỀ LPG 1.1 Giới thiệu
Nhiên liệu LPG được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc,
Nhật Bản, Đức, Mỹ v.v…Năng lượng này được các nhà nghiên cứu lấy từ chất
thải trong dầu khí. Thành phần chính của LPG là Propane (C3H8) và Butane
(C4H10), không màu, không mùi, không vị và không có độc tố. Đây là nguồn
năng lượng dùng làm chất đốt thay thế cho nhiên liệu truyền thống; phục vụ cho
sinh hoạt của con người trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải
v.v… rất hiệu quả giảm được chi phí và chủ động được nguồn nhiên liệu. Khí
phát thải không ô nhiễm môi trường và là nguồn năng lượng tiềm năng trong tương lai.
Phương tiện giao thông "sạch" chạy trong thành phố đã thực sự lôi cuốn
sự quan tâm của cả những nhà sản xuất ô tô lẫn các nhà quản lý môi trường. Các
kỹ thuật mới nhằm hoàn thiện động cơ truyền thống như phun nhiên liệu điều
khiển điện tử, hồi lưu khí xả, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc
tác ba chức năng... đã tạo ra những bước tiến đáng kể trong ngành động cơ đốt
trong. Tuy nhiên kết quả của sự hoàn thiện đơn thuần động cơ cổ điển nhằm
giảm ô nhiễm môi trường cho tới nay vẫn còn xa so với sự mong đợi của các nhà
bảo vệ môi trường. Phương tiện giao thông không phát sinh ô nhiễm (zero
emission vehicle) vẫn đang còn là mục tiêu phía trước. Để đạt mục tiêu này thì
điện và nguồn nhiên liệu sạch là giải pháp lý tưởng nhất. Tuy nhiên tương lai
phát triển của các giải pháp này phụ thuộc vào khả năng hoàn thiện các loại động
cơ nhiệt và sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng
truyền thống. Theo dự báo thì trong vòng 10 năm tới, kỹ thuật làm giảm ô nhiễm
bằng cách cải thiện động cơ sử dụng LPG và khí thiên nhiên sẽ chiếm ưu thế.
Mức độ giảm ô nhiễm của ô tô sử dụng điện phụ thuộc vào nguồn năng lượng
sản xuất ra điện năng. Nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì
việc sử dụng ô tô chạy điện không làm giảm ô nhiễm môi trường nói chung. Vì
vậy theo những phân tích trên đây, trong vòng 2 thập niên tới chúng ta chỉ nên
cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên liệu
cho các phương tiện giao thông vận tải chạy trong thành phố. 4
Đứng về mặt năng lượng và môi trường mà nói thì sử dụng khí thiên nhiên
để chạy phương tiện giao thông về lâu dài là tối ưu nhất. Khí thiên nhiên ở nước
ta có trữ lượng lớn và chúng ta đang khai thác để cung cấp năng lượng cho các
nhà máy nhiệt điện và sản xuất phân đạm. Mặt khác một khối lượng lớn khí thiên
nhiên thu được từ các mỏ dầu đã và sắp khai thác của ta hứa hẹn một nguồn năng
lượng sạch dồi dào để phát triển kinh tế quốc dân trong đó có ngành giao thông
vận tải. Sử dụng nguồn năng lượng này cho giao thông vận tải chúng ta sẽ tiết
kiệm được một khối lượng dầu mỏ rất lớn để xuất khẩu và hạn chế được các chất
khí gây ô nhiễm môi trường ở các thành phố. Tuy nhiên sử dụng khí thiên nhiên
cho phương tiện vận tải đòi hỏi đầu tư ban đầu rất lớn nhất là khi hệ thống phân
phối khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa được thiết lập.
Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ
hoá lỏng LPG để chạy phương tiện giao thông trong đô thị là phù hợp nhất. Giải
pháp này trước hết giúp chúng ta chủ động được nguồn năng lượng tuy LPG
không dồi dào như khí thiên nhiên. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ga
Dinh Cố và nhà máy lọc dầu Phú Quốc đầu tiên nước ta đã đi vào hoạt động, sản
lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG. Mặt khác
các nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp loại nhiên liệu
này nên khả năng độc lập nhiên liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn. Vấn đề thứ
hai là chúng ta có thể chủ động chế tạo những phụ kiện cơ bản của hệ thống
nhiên liệu LPG bằng công nghệ trong nước.
1.2 Tnh hnh nghiên cu v s dng kh ha lng (LPG)
1.2.1 Trên th giới
LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí
hóa lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên
nhiên. Vì vậy, nguồn gốc khí hóa lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiên liệu. Nói
chung trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô.
Ngày nay người ta đã dùng khí hóa lỏng LPG (liquefied petroleum gas) làm
nhiên liệu thay thế cho xăng và diesel của tất cả các loại ô tô hiện đại. Nhiên liệu
LPG đang phát triển rất nhanh, Autogas LPG đã có hơn 4 triệu chiếc ở 38 nước
trên thế giới. Sự phát triển ô tô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi 5
quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường. Sự khuyến
khích sử dụng ôtô LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc gia đối
với loại nhiên liệu này.
Phần lớn lượng khí hóa lỏng thu được hiện nay được sử dụng làm nguồn
chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay công nghiệp. Lượng khí hóa lỏng làm nhiên
liệu cho ô tô đường trường hiện chỉ chiếm một tỉ lệ khiêm tốn: 1% ở Pháp, 3% ở
Mỹ, 8% ở Nhật... Tuy nhiên ở một số nước có chính sách khuyến khích sử dụng
LPG làm nhiên liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường thì tỉ lệ
này rất đáng kể, chẳng hạn như Hà Lan, Ý (42%)... Các số liệu trên chưa kể
những động cơ trên các ô tô chuyên dụng sử dụng LPG (chẳng hạn ô tô chạy
trong sân bay, xe nâng chuyển, máy móc nông nghiệp...).
Biểu đồ 1.1: Tình hình sử dụng LPG ở Pháp
Biểu đồ 1.2: Tình hình sử dụng LPG ở Hà Lan
Ở một số nước Châu Á, Hàn Quốc và Nhật Bản chẳng hạn, để giảm ô
nhiễm môi trường đô thị, chính phủ các nước này khuyến khích, tiến tới bắt buộc
taxi phải dùng nhiên liệu khí hóa lỏng. Hiện nay toàn bộ taxi Hàn Quốc đều dùng 6
loại nhiên liệu này. Một số quốc gia có sự tăng trưởng thị trường autogas nhanh nhất như sau: Hàn Quốc
Là quốc gia có số lượng ôtô sử dụng khí gas lớn nhất thế giới hiện nay. Giá
LPG chạy xe chỉ bằng 1/3 giá xăng nên được dùng rất rộng rãi cho taxi, buýt và
xe tải. Năm 2007 đạt số lượng xe dùng LPG là hơn 4 triệu. Thỗ Nhĩ Kỳ
Năm 1999 có 500.000 taxi chạy LPG (chiếm 92% tổng số). Năm 2007 là
2,1 triệu xe. Là một trong những nước có lượng ôtô chạy sử dụng LPG lớn nhất
thế giới. Giá LPG chạy xe chỉ bằng 34% so với các nhiên liệu khác. Việc chuyển
đổi xe sang dùng LPG diễn ra ồ ạt không kiểm soát được. Hiện nay có khoảng
25% số lượng ôtô ở Thổ Nhĩ Kỳ được chạy bằng LPG. Italia
Là một trong những quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho autogas lớn nhất ở
Châu Âu với lượng tiêu dùng hàng năm đạt 1,3 triệu tấn. Hiện nay có khoảng 1,2
triệu ôtô và hơn 700.000 phương tiện khác sử dụng LPG. Tuy chỉ mới chiếm 4%
tổng số xe nhưng đang phát triển rất nhanh do được chính phủ hỗ trợ bằng các biện pháp như:
- Hạn chế xe xăng dầu nơi ô nhiễm.
- Hỗ trợ 377USD/xe cho việc chuyển đổi sang dùng LPG. Anh
Thị trường xe dùng LPG hiện tại ở Anh có khoảng 25.000 xe. Theo dự báo
của chính phủ đến cuối năm 2005 sẽ có khoảng 250.000 xe. Chính phủ có quỹ hỗ
trợ cho chuyển đổi xe sang dùng LPG, thuế ưu đãi cho LPG dùng chạy xe, hỗ trợ
mở rộng các trạm bơm LPG cho xe. Các quốc gia khác
Tại Hồng Kông, Trung Quốc, Malaysia, Đài Loan,… đều có số lượng xe
dùng LPG tăng rất nhanh. Chính phủ các nước này đều có chính sách khuyến
khích sử dụng LPG cho xe hơi như: thuế ưu đãi cho LPG dùng chạy xe, hỗ trợ
phí chuyển đổi xe, hỗ trợ mở rộng hệ thống nạp LPG cho xe. 1.2.2 Ở Việt Nam 7
Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng lớn và chúng ta đang khai thác để
cung cấp năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản xuất phân đạm. Đường
ống dẫn khí thiên nhiên từ mỏ khí Nam Côn Sơn vào đất liền hoàn thành và đưa
vào sử dụng đã mở đầu cho cuộc cách mạng năng lượng ở nước ta. Mặt khác,
một khối lượng lớn khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã, đang và sắp khai
thác hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch dồi dào để phát triển ngành kinh tế
quốc dân trong đó có ngành giao thông vận tải.
Hiện nay, chúng ta có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố và nhà máy lọc dầu
Dung Quất. Sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp dồi dào
nhiên liệu LPG. Mặt khác, các nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn
cung cấp loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên liệu LPG của chúng ta
cũng rất lớn. Vấn đề cơ bản là chúng ta có thể chủ động về công nghệ chuyển đổi
cũng như chế tạo những phụ kiện cơ bản của hệ thống nhiên liệu LPG.
Ở nước ta, LPG là chất đốt chủ yếu của các hộ gia đình thành phố. Sử dụng
LPG làm nhiên liệu trong sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực
phẩm. Ngoài ra trong công nghiệp hoá dầu chúng ta còn sử dụng LPG trong quá
trình tinh chế sản xuất dầu nhờn. Ngoài ra nó còn được ứng dụng là nguyên liệu
hoá học để tạo ra những monme để tổng hợp polime trung gian như: Polyetylen,
polyvinylclorua, polypropylen.
Bên cạnh có những thuận lợi về nguồn tài nguyên, tuy nhiên việc sử dụng
khí hóa lỏng dành cho các phương tiện giao thông còn đang trong giai đoạn
nghiên cứu và chưa được ứng dụng rộng rãi do giá thành lắp đặt thiết bị chuyển
đổi tương đối cao và việc xây dựng các trạm cung cấp nhiên liệu còn hạn chế.
Bên cạnh đó nhà nước chưa có chính sách khuyến khích, hỗ trợ cho các phương
tiện giao thông sử dụng nhiên liệu khí nên việc chuyển đổi còn hạn chế, hầu như
chỉ có một số hãng taxi chuyển sang dùng nhiên liệu khí, cụ thể như sau:
Năm 1997, tại Thành Phố Hồ Chí Minh, Sài Gòn Petro liên kết cùng một số
đơn vị cho chạy 20 đầu xe tải và xây dựng trạm nạp LPG cho ôtô.
Ngày 19-12-2004, Công ty Taxi Gas Sài Gòn Petrolimex – Taxi Xanh đã
đưa 90 xe taxi Mitsubishi Jolie chạy bằng gas vào hoạt động trên địa bàn
TP.HCM với phương châm “Vì một môi trường mãi xanh”. 8
Hình 1.1: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG của công ty Petrolimex
Công ty Universal Petroleum (UP) đã triển khai trong năm 2002 đội xe 7–
12 chỗ chạy liên tỉnh tại TP. Hồ Chí Minh và đặt 2 trạm cấp LPG tại TP.HCM và Cần Thơ.
Công ty cơ khí Ngô Gia Tự Hà Nội đã có đề tài chuyển đổi xe dùng xăng
sang dùng LPG và hiện đã thành lập đội taxi gas 4 chỗ với 30 chiếc (giai đoạn 2 là 80 chiếc).
Năm 2008 công ty Cổ Phần Vận Tải Dầu Khí Đông Dương là một thành
viên nằm trong hệ thống Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam. Đã đầu tư dàn xe
Hyundai Elantra để thành lập đoàn xe Taxi Dầu Khí, sử dụng nhiên liệu sạch
(LPG) thân thiện với môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, giải quyết vấn đề về giá xăng dầu hiện nay.
Ngoài ra còn một số dự án về chuyển đổi xe sang dùng LPG của Đại Học
Bách khoa Đà Nẵng cũng như chuyển đổi sang dùng LPG cho Airport taxi của
UP và thị trường đang ngày một sôi động hơn.
Năm 2003- 2006 Công ty Cơ khí Ngô Gia Tự (Tổng Công ty công nghiệp ô
tô Việt Nam) đã đầu tư thí điểm dự án chuyển đổi xe xăng sang chạy LPG. Đến
năm 2006 Công ty cơ khí Ngô Gia Tự đã làm chủ được công nghệ chuyển đổi,
lắp đặt 1 trạm LPG ở Hà Nội và tổ chức vận hành 30 xe taxi chạy nhiên liệu LPG tại Hà Nội. 9
Hình 1.2: Taxi sử dụng nhiên liệu LPG của công ty cơ khí Ngô Gia Tự
Từ 2006, thành phố Đà nẵng đã bắt đầu cho sử dụng các xe thùng 3 bánh chạy
LPG phục vụ công tác thu gom rác thải sinh hoạt tại công ty môi trường đô thị.
Hình 1.3: Xe chở rác sử dụng nhiên liệu LPG tại Đà Nẵng
Hiện tại thành phố Hồ Chí Minh đã có 3 cột nạp phục vụ gần 500 xe taxi
sử dụng LPG. Cả nước hiện có khoảng 1.500 xe taxi chạy bằng nhiên liệu LPG,
chủ yếu tại 3 thành phố lớn Hà Nội, Sài Gòn, Đà Nẵng.
Ngày 08/04/2011 UBND TP.HCM vừa chấp thuận cho công ty TNHH
Dầu khí TP xây dựng thí điểm trạm nạp khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) cho ô tô tại 7
cửa hàng xăng dầu. Bảy trạm nạp khí này sẽ trải rộng trên địa bàn TP, tại các cửa
hàng xăng dầu ở các địa điểm sau: 178/9M Điện Biên Phủ, phường 21, quận
Bình Thạnh; 17/5 Phan Huy Ích, phường 12, quận Gò Vấp; 304 Kha Vạn Cân,
phường Hiệp Bình Chánh, quận Thủ Đức; Ngã 3 Lâm viên, Xa lộ Hà Nội,
phường Tân Phú, quận 9; 526 Kinh Dương Vương, phường An Lạc, quận Bình
Tân; 79 Lý Thường Kiệt, phường 8, quận Tân Bình; 3/40G Dương Công Khi, xã
Tân Thới Nhì, huyện Hóc Môn. 1 0
Hiện nay ở nước ta đã chuyển đổi thành công xe gắn máy chạy nhiên liệu
LPG. Xe gắn máy sau khi lắp bộ chuyển đổi (chi phí khoảng 1,6 triệu) xe có thể
chạy song song hai nhiên liệu. Nhưng việc sử dụng còn chưa rộng rãi.
1.3 Tác hại chất ô nhiễm trong kh xả động cơ đốt trong
1.3.1 Các chất độc hại sản sinh trong quá trnh động cơ hoạt động
Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocarbure với không khí chỉ sinh
ra CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí
tưởng cũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong quá
trình cháy nên trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng
kể những chất độc hại như oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx),
monoxyde carbon (CO), các hydrocarbure chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc
biệt là bồ hóng. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động
cơ và chế độ vận hành. Ở động cơ Diesel, nồng độ CO rất bé, chiếm tỉ lệ không
đáng kể; nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động cơ xăng còn
nồng độ NOx của hai loại động cơ có giá trị tương đương nhau. Trái lại, bồ hóng
là chất ô nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ Diesel, nhưng hàm lượng của nó
không đáng kể trong khí xả động cơ xăng.
Những tạp chất, đặc biệt là lưu huỳnh, và các chất phụ gia trong nhiên liệu
cũng có ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy. Thông
thường xăng thương mại có chứa khoảng 600ppm lưu huỳnh. Thành phần lưu
huỳnh có thể lên đến 0,5% đối với dầu Diesel. Trong quá trình cháy, lưu huỳnh
bị oxy hoá thành SO2, sau đó một bộ phận SO2 bị oxy hoá tiếp thành SO3, chất có
thể kết hợp với nước để tạo ra H2SO4. Mặt khác, để tăng tính chống kích nổ của
nhiên liệu, người ta pha thêm chì Pb(C2H5)4 vào xăng. Sau khi cháy, những hạt
chì có đường kính cực bé thoát ra theo khí xả, lơ lửng trong không khí và trở
thành chất ô nhiễm đối với bầu khí quyển, nhất là ở khu vực thành phố có mật độ giao thông cao.
Việc với hỗn hợp nghèo có mức độ phát sinh ô nhiễm thấp hơn. Tuy
nhiên, nếu hỗn hợp quá nghèo thì tốc độ cháy thấp, đôi lúc diễn ra tình trạng bỏ
lửa và đó là những nguyên nhân làm gia tăng nồng độ HC. 1 1
Nhiệt độ cực đại của quá trình cháy cũng là một nhân tố quan trọng ảnh
hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm vì nó ảnh hưởng mạnh đến động học
phản ứng, đặc biệt là các phản ứng tạo NOx và bồ hóng.
Nói chung tất cả những thông số kết cấu hay vận hành nào của động cơ
có tác động đến thành phần hỗn hợp và nhiệt độ cháy đều gây ảnh hưởng trực
tiếp hay gián tiếp đến sự hình thành các chất ô nhiễm trong khí xả.
Trong thực tế cuộc sống, do hàm lượng các chất độc hại trong khí xả động
cơ đốt trong bé nên người sử dụng ít quan tâm tới sự nguy hiểm trước mắt do nó
gây ra. Tuy nhiên sự phân tích các dữ liệu về sự thay đổi thành phần không khí
trong những năm gần đây đã cho thấy sự gia tăng rất đáng ngại của các chất ô
nhiễm. Nếu không có những biện pháp hạn chế sự gia tăng này một cách kịp
thời, những thế hệ tương lai sẽ phải đương đầu với một môi trường sống rất khắc nghiệt.
Bảo vệ môi trường không phải chỉ là yêu cầu của từng nước, từng khu vực
mà nó có ý nghĩa trên phạm vi toàn cầu. Tùy theo điều kiện của mỗi quốc gia,
luật lệ cũng như tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường được áp dụng ở những thời
điểm và với mức độ khắc khe khác nhau.
Ô nhiễm môi trường do động cơ phát ra được các nhà khoa học quan tâm
từ đầu thế kỉ 20 và nó bắt đầu thành luật ở một số nước vào những năm 50. Ở
nước ta, luật bảo vệ môi trường có hiệu lực từ ngày 10-1-1994 và Chính phủ đã
ban hành Nghị định số 175/CP ngày 18-10-1994 để hướng dẫn việc thi hành Luật bảo vệ môi trường.
1.3.2 Tác hại của các chất ô nhiễm trong kh xả động cơ
1.3.2.1 Đối với sc khe con người a. CO - Monoxyde carbon
Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh
ra do ôxy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu
oxygen. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ
phận của cơ thể bị thiếu oxygen. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị
khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng độ thấp
hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu 1 2
bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên
đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh. b. NOx
NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình
thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C).
Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde
nitơ (x=2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi
nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hòa tan,
do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các
tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở. Protoxyde nitơ
N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển. c. HC - Hydrocarbure
Hydocarbure có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi
hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chúng gây tác hại
đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta đã
xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu khi nồng độ của nó
lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi
khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan. d. SO2 - Oxyde lưu huỳnh
Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước
mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu
trong phổi. Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng
cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân. e. Bồ hóng
Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel.
Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3 mm nên
rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại
cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không
khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch
vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành. f. Chì 1 3
Chì có mặt trong khí xả do chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tăng tính
chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay
vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới
dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da
hoặc theo đường hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30 đến 40%
lượng chì này đi vào máu. Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở
não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt
hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt
đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít.
1.3.2.2 Đối với môi trường
a. Thay đổi nhiệt độ khí quyển
Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu
ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt
của bầu khí quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta
quan tâm đến khí carbonic CO2. Vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy
của nhiên liệu có chứa thành phần carbon. Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do
sự hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:
Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian
một phần nhiệt lượng mà nó nhận được. Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng
ánh sáng thấy được (có bước sóng trong khoảng 0,4-0,73mm) còn bức xạ cực đại
của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (7-15mm).
Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó,
thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi
nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian. Carbonic là chất khí có dải hấp thụ
bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối
với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng
ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược
lại về trái đất làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre). 1 4
Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện
nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng độ khí carbonic có thể
tăng lên gấp đôi. Khi đó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi
quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên quả đất: -
Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 3°C. -
Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển. -
Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất.
b. Ảnh hưởng đến sinh thái
Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia
tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia
cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học,
đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn
tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa.
Mặt khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide
sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù... làm hủy
hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide) và gây ăn mòn các công trình kim loại.
1.4 Giới thiệu đề ti nghiên cu:
Đề tài nghiên cứu LPG được thực hiện trong thời gian làm đề tài tốt
nghiệp nhằm mục đích nâng cao khả năng nghiên cứu và mở rộng các kiến thức
ngoài nhà trường cho sinh viên về bộ môn ô tô. Đề tài giúp tìm ra hướng giải
quyết và phát triển sử dụng nhiên liệu LPG hóa lỏng hiện nay tại Việt Nam.
Hiện nay nhiên liệu LPG chưa được sử dụng rộng rãi trong nước cũng bởi
vì người sử dụng chưa hiểu biết hoàn toàn những lợi ích mà nhiên liệu hóa lỏng
này mang lại. Vì vậy mục tiêu chính của nghiên cứu này như sau: phát triển thiết
bị chuyển đổi từ động cơ sử dụng xăng sang LPG, đánh giá khả năng phát triển
trong tương lai của động cơ sử dụng LPG, mức độ ảnh hưởng của nhiên liệu hóa
lỏng này đến động cơ, con người và môi trường. 1 5
Đối tượng nghiên cứu chính là bộ chuyển đổi từ động cơ xăng sang động
cơ sử dụng bộ chế hòa khí sang LPG, mức độ ảnh hưởng khí xả động cơ đốt trong với môi trường. 1.5 L
ý do thực hiện đề ti:
Biểu đồ 1.3: Biến đổi nhiên liệu thế giới
Các cuộc khủng hoảng dầu lửa trong 40 năm qua đều gắn liền với xung
đột chính trị và suy thoái kinh tế, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới tình hình tài
chính toàn cầu, điển hình là các cuộc khủng hoảng sau:
- Khủng hoảng dầu lửa Trung Đông 1973 - 1975
- Cách mạng Iran và biến động thị trường dầu lửa năm 1979
- Giá dầu tụt thê thảm vào những năm 1980
- Cơn sốt giá dầu năm 1990
- Giá dầu xuống dốc năm 2001
- Đợt khủng hoảng giá dầu nghiêm trọng năm 2007 - 2008 - Cú sốc dầu lửa 2011
Các cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới đã làm cho giá dầu thế giới liên tục
biến động. Các nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày một cạng kiệt và mức phát thải ô nhiễm cao.
Bước đầu của sự ứng dụng nhiên liệu LPG vào động cơ đốt trong ở các
thành phố lớn nhưng chưa được rộng rãi. 1 6
Vấn đề ô nhiễm môi trường do trong khí xả động cơ có những chất độc
hại như oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxyde carbon (CO),
các hydrocarbure chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng gây ảnh
hưởng rất xấu đến môi trường sinh thái
1.6 Mc tiêu nghiên cu
Nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nhiên liệu LPG vào động cơ đốt
trong, trong tương lai đưa nhiên liệu này trở thành nguồn nhiên liệu sử dụng
chính trong động cơ với tình hình nhiên liệu đắt đỏ như hiện nay.
1.7 Đối tượng nghiên cu:
Đối tượng nghiên cứu là phương pháp đưa nhiên liệu LPG vào động cơ
thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Khi đó phải nghiên cứu tới bộ chuyển đổi
và mức độ an toàn bình chứa khi đặt trên xe.
1.8 Nội dung nghiên cu
Nghiên cứu đặc tính ô nhiễm động cơ xăng sau khi chuyển đổi sang dùng
LPG, so sánh các đường đặc tính CO, CO2, NOX, HC của động cơ trước và sau
chuyển đổi và đi đến kết luận về khả năng ứng dụng động cơ sử dụng LPG vào thực tiễn.
1.9 Ý nghĩa thực tiễn:
Khí dầu mỏ hóa lỏng là nhiên liệu sạch và tiện dụng được sử dụng trong
nhiều lĩnh vực nhưng sử dụng cho động cơ thì chưa được áp dụng rộng rãi. Vì thế
vấn đề tuyên truyền cũng như đưa ra nghiên cứu về tính khả thi, hiệu quả, ổn
định của nhiên liệu này rất là cần thiết.
Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung, hoàn thiện tài liệu
trong giảng dạy, đào tạo, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ trong lĩnh
vực an toàn, tính ổn động cơ khi sử dụng nguồn nhiên liệu sạch 1 7