Nghiên cứu, lắp đặt bộ chuyển đổi nhiên liệu LPG thay thế cho nhiên liệu truyền thống trên động cơ diesel

1 PHẦN 1- ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, thế giới đang đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu mỏ do khai thác và sử dụng ồ ạt, kéo theo đó là tình trạng ô nhiễm môi trường cũng đang gia tăng rất nhanh. Để giải quyết vấn đề này cần phải có những chiến lược dài hạn phát triển các phương tiện giao thông như đường sắt, đường biển, tàu điện ngầm, …,tìm kiếm các phương án kỹ thuật nhằm nâng cao quá trình cháy nhiên liệu và sử lý khí thải, sử dụng các phương tiện dùng nhiên liệu sạch thay cho các loại động cơ dùng nhiên liệu truyền thống xăng, dầu như hiện nay. Hiện nay trên thế giới kỹ thuật chuyển đổi động cơ dùng nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel) sang dùng nhiên liệu thay thế (LPG, Biodiesel, NGV, LNG…) đạt được nhiều thành tựu, đặc biệt là kỹ thuật chuyển đổi động cơ diesel sang dùng nhiên liệu LPG có những bước đột phá mới. Nước ta hiện nay có khoảng 94.000 tàu cá đang hoạt động và một lượng lớn phương tiện vận tải sử dụng nhiên liệu diesel. Vì vậy việc thay thế nhiên liệu diesel bằng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG sẽ góp phần đáng kể vào việc giảm chi phí cho nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đề tài nghiên cứu theo hướng giảm tiêu hao nhiên liệu, hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao tính năng của động cơ diesel công suất nhỏ theo phương hướng lắp đặt bộ chuyển đổi nhiên liệu LPG thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Động cơ sau khi chuyển đổi ít thay đổi kết cấu ban đầu, giá thành chuyển đổi thấp nhưng vẫn đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật. PHẦN 2- CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG LPG TRÊN DIESEL HIỆN NAY: Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu LPG và diesel song song Sơ đồ hệ thống nhiên liệu LPG và diesel song song có sử dụng bộ phận điều khiển điện tử. Hình 1. Sơ đồ hệ thống LPG và diesel song song có sử dụng bộ phận điều khiển điện tử. 2 Lượng nhiên liệu LPG và diesel được điều khiển bởi bộ phận điều kiển điện tử sẽ đưa tới hiệu quả cao về mặt hiệu suất nhiệt, đồng thời cung cấp lượng nhiên liệu chính xác đúng thời điểm. Lượng LPG trước khi qua mô đun điều khiển phải qua van an toàn để đảm bảo sự an toàn về sử dụng gas. Sau đây là 1 số giải pháp chính. I. hệ thống cung cấp LPG với phương án tạo hỗn hợp kiểu phun nhiên liệu. Nhiên liệu LPG có thể được cung cấp bằng hệ thống phun vào cổ góp (phun tập trung) hay phun vào trước xupap nạp của từng xylanh (phun riêng rẽ). Áp suất nhiên liệu trước vòi phun của hai kiểu này đều cao hơn áp suất khí quyển. Nhiên liệu phun vào đường nạp động cơ có thể dưới dạng khí hay lỏng, trong đó phun nhiên liệu dạng lỏng có nhiều hứa hẹn nhất. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG (Hình 2) Nguyên lý hoạt động: Nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng từ bình nhiên liệu được hút nhờ một bơm chuyển và duy trì áp suất dư trên đường ống khoảng 5 bar để tránh sự bốc hơi. Nhiên liệu sau đó được đưa qua bộ lọc và bộ điều áp trước khi dẫn đến vòi phun. Vòi phun được một bộ vi sử lý chuyên dụng điều khiển một cách tự động. Hệ thống phun LPG lỏng cải thiện rất đáng kể tính năng của động cơ cả về hiệu suất cũng như mức độ phát sinh ô nhiễm. Công suất và momen tăng do tăng hệ số nạp còn suất tiêu hao nhiên liệu giảm do điều chỉnh tốt lượng cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ . Phương án này khó có thể thực hiện để áp dụng trên động cơ diesel do phải lắp đặt thêm nhiều bộ phận đắt tiền như bộ vi xử lý LPG, các cảm biến…làm cho giá thành chuyển đổi cao. Hình 2. Hệ thống cung cấp LPG kiểu phun nhiên liệu 1- Lọc khí ; 2- Vòi phun LPG lỏng; 3-Vòi phun diesel; 4- Điều hoà áp suất; 5 –Bình chứa LPG; 6 –Bơm; 7 -Bộ vi sử lý LPG 3 II. Cung cấp gas trực tiếp nhờ xupap ga. a) Xupap gas có cơ cấu điều khiển kiểu cơ khí. Đối với động cơ gas công suất lớn, gas được cung cấp bởi một xupap đặc biệt được đặt trước cửa nạp hay ngay trong xylanh. Xupap này có thể được điều khiển bởi một cánh tay đòn hay bởi một xylanh thuỷ lực. Xupap gas được mở trễ hơn một chút so với xupap nạp để tránh thất thoát gas ra đường xả trong giai đoạn trùng điệp. Lượng gas nạp vào được điều chỉnh nhờ thời gian mở xupap gas hay độ chênh áp giữa gas và không khí. Hình 3. Cung cấp gas bằng xupap gas điều khiển cơ khí Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ sản xuất mới hoàn toàn. Không thể áp dụng để chuyển đổi trên động cơ đã sử dụng do nó làm thay đổi quá lớn kết cấu cơ cấu phân phối khí của xe, giá chuyển đổi cao. b) Xupap ga điều khiển điện tử. Xupap này đặt ngay trước cửa nạp, điều khiển đóng mở nhờ hệ thống điều khiển động cơ. Hình 4. Xupap gas điều khiển điện tử 4 Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ sản xuất mới hoàn toàn. Không thể áp dụng để chuyển đổi trên động cơ cũ do nó làm thay đổi quá lớn kết cấu cơ cấu phân phối khí của động cơ, giá chuyển đổi cao III. Sử dụng bộ giảm áp hóa hơi và bộ hòa trộn : 1. Điều khiển điện tử: Hình 5. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu LPG và diesel Ưu nhược điểm của phương án : Hệ thống làm việc với độ tin cậy cao, mang tính hiện đại. Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ hoàn toàn mới, nếu áp dụng trên các động cơ cỡ nhỏ thì ít mang tính khả thi do phải thay đổi và lắp đặt thêm nhiều bộ phận và hệ thống điện điều khiển bơm phun nhiên liệu mồi đắt tiền vì vậy giá thành khi chuyển đổi cao. Ưu nhược điểm của phương án : Hệ thống làm việc với độ tin cậy cao, mang tính hiện đại. Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ hoàn toàn mới, nếu áp dụng trên các động cơ cỡ nhỏ thì ít mang tính khả thi do phải thay đổi và lắp đặt thêm nhiều bộ phận và hệ thống điện điều khiển bơm phun nhiên liệu mồi đắt tiền vì vậy giá thành khi chuyển đổi cao 2. Điều khiển cơ khí: Phương án cấp gas với việc sử dụng van điều khiển lưu lượng. Đây là phương phap điều khiển tỉ lệ hòa trộn của động cơ lưỡng nhiên liệu, đó là một dụng cụ điều chỉnh đồng thời hai nhiên liệu cùng lúc. Thiết bị này kết hợp với điều khiển lưu lượng gas khi mà bơm cao áp chuyển từ mức độ 70-80% đầy tải tới những thời điểm tương ứng để phun một số lượng lớn nhiên liệu, giảm bớt khoảng trống lưu lượng trong việc điều chỉnh lượng gas hoặc sẽ giữ cho khoảng trống lưu lượng không đổi. 5 Hình 6. Sơ đồ toàn cảnh hệ thống sử dụng van điều chỉnh lưu lượng 1- Cần điều chỉnh 4- Van điều chỉnh lưu lượng 2 - Bơm nhiên liệu 5- Ống dẫn gas vào van 3- Đòn bẩy 6- Ống dẫn gas vào bộ trộn Khi tại vị trí khoảng 70-80% tải chỉ một lượng nhiên liệu diesel được phun lên nhưng ngược lại tốc độ tại lúc gas cấp được duy trì cố định hoặc giảm vì vậy tỉ lệ hòa trộn trong phạm vi tải cao hơn được chuyển sang sự có lợi cho diesel. Tất cả các phương án tỉ lệ hòa trộn khác cho động cơ cũng giải quyết tăng lượng gas trong tải thấp bắt đầu từ không tải Việc điều khiển thành phần 1 của bơm cấp nhiên liệu 2 tới động cơ. Hệ thống bao gồm một đòn bẩy liên kết bởi 3 được nối lại để điều khiển thiết bị điều chỉnh lưu lượng 4 thông suốt một ống 5 từ bình chứa và nối thông ống dẫn 6 nối với bộ trộn vào động cơ. Điều chỉnh cần 1 của bơm phun 2 được gián tiếp kết nối với bàn đạp chân gas. Thiết bị điều khiển lưu lượng gas bao gồm van 9 gắn với lò xo 7 Hình 7. Sơ đồ hoạt động của thiết bị điều khiển lưu lượng gas H 2. Bộ phận của thiết bị điều khiển lưu lượng gas H 2a-2c. Mô tả 3 thời điểm khác nhau của bị điều khiển lưu lượng gas 7-Lò xo; 8-Phần tiết diện ống hình côn; 9-Van; 10-Lỗ khoan; 11- Chốt van; 12- Ống hình trụ; 13- Phần van có tiết diện hình côn; 14- Phần hình nón có đỉnh vót nhọn Ban đầu ở chế độ không tải (H2) lưu lượng gas sẽ bị cản chở bởi vì ống hình trụ 12 của chốt có đường kính khớp với với lỗ 10. Lượng gas bắt đầu cấp (H 2a) tại đây lưu thông dần dần từ ống 5, mức tải xác định là 2/3 tải. Từ 3/4 của tải (H 2b) lưu lượng gas xác định là lớn nhất và lượng còn lại sẽ cố định mãi đến khi đầy tải thì van được mở hoàn toàn (H 2c) Từ vị trí của van (H 2a-H 2b) 6 tốc độ gas chảy trong lỗ 10 tăng nhanh nhờ tiết diện hình nón 13 của chốt van. Hình trụ 12 của chốt van 11 có thể được lựa chọn để nối tiếp phần hình nón 14 đỉnh có một góc nhọn và cái này có thẻ được nối tiếp bởi phần cuối 15 chẳng hạn như phần tiếp xúc (H 2c). Cùng với chốt van, gas sẽ trộn lẫn dần dần tỉ lệ tăng dần lên trong suốt quá trình tăng của tải khoảng 1-3 phần tải. Thiết bị cấp gas bình thường và nhiên liệu lỏng tới động cơ bao gồm có bơm phun nhiên liệu lỏng, một bộ phận điều chỉnh tốc độ cấp nhiên liệu lỏng và gas. Bộ phận điều khiển bao gồm lỗ khoan chảy gas, bộ phận van lò xo dốc quanh trục đẩy thẳng tới lỗ để tới vị trí đóng ở mức độ nào đó, bộ phận nối liền với lỗ và tắt lượng cấp gas, chốt van có nhiệm vụ kết nối bộ phận điều chỉnh với van cho quá trình chuyển động của van ra xa từ lỗ tới bộ phận điều chỉnh lúc tăng tải từ vị trí không tải, sự cải thiện của chốt van bao gồm một phần hình trụ kề sát đường kính lỗ và bộ phận hình nêm kề bên bộ phận hình trụ. Thực tế cho thấy rằng khi ở tải thấp sự trộn lẫn gas ngăn cản sự cháy hoàn toàn, với thiết bị này đã làm giảm lượng HC trong khí xả xuống nhiều do có sự cân đối gas, lượng gas dư thừa sẽ không còn. Hiệu quả kinh tế cao hơn và lượng tiêu thụ nhiên liệu lỏng ít hơn, điều chỉnh chính xác lượng cấp nhiên liệu diesel và gas. Nhưng đòi hỏi chế tạo thiết bị chính xác, tất cả các chi tiết phải chuyển động tương đối với nhau phụ trợ nhau và việc xác định đúng thời điểm cấp cũng như tỉ lệ giữa hai loại nhiên liệu cần chính xác. PHẦN 3- GIẢI PHÁP CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN ĐỔI: 1. Cung cấp gas trực tiếp với cơ cấu điều khiển van điện từ: a, Phương án dùng cho động cơ một xilanh. M Bình LPG Van ñieän töø Van tieát löu Boä troän taïi hoïng naïp Moâ toâ böôùc ON/OFF Coâng taéc naãy Ñuõa ñaåy Xuppap Hình 8. Sơ đồ hệ thống cung cấp gas lỏng với cơ cấu điều khiển van điện từ cho động cơ một xi lanh Nguyên lý hoạt động: Khi bắt đầu quá trình nạp, xuppap đi xuống mở đồng thời tác động và công tắc nẫy cấp điện cho van điện từ. Tại van điện từ, van được cấp điện tiến hành mở, lượng khí hóa tiến hành mở lượng khí hóa lỏng LPG được vận chuyển đến van tiết lưu. Tại van tiết lưu, van này được điều khiển bởi mô tô bước, trên mô tơ bước có gắn bộ cảm biến điện áp nhận điện áp của nguồn trong giá trị phù hợp sẽ mở van, lượng khí hóa lỏng LPG sẽ vận chuyển đến bộ trộn cùng với không khí vào động cơ thực hiện các quá trình. Ta gắn thêm công tắc ON/ OFF để ngắt điện cung cấp cho van điện từ khi không sử dụng nhiên liệu LPG. 7 9 Ưu điểm: Do không thông qua bộ giảm áp hóa hơi nên giảm giá thành chuyển đổi 9 Nhược điểm: Trong quá trình hoạt động thì tại van điện từ xảy ra hiện tượng đóng băng. Ảnh hưởng tới độ bền thiết bị, và chất lượng nhiên liệu. Đối với phương án này thì chỉ dùng cho loại động cơ một xi lanh nên khả năng ứng dụng còn hạn chế, cần phải có giải pháp chống hiện tượng đóng băng tại van tiết lưu. b, Phương án dùng cho động cơ nhiều xi lanh. M Bình LPG Van ñieän töø Van tieát löu Boä troän taïi hoïng naïp Moâ toâ böôùc ON/OFF Coâng taéc naãy cöûa naïp Maøng Hình 9. Sơ đồ hệ thống cung cấp gas lỏng với cơ cấu điều khiển điện từ cho động cơ nhiều xi lanh. Nguyên lý hoạt động: Với phương án này ta sử dụng phương án lấy tín hiệu cung cấp điện cho van điện từ từ họng hút của động cơ. Nguyên lý hoạt động tương tự như phương án dùng cho động cơ một xi lanh.Trong kỳ nạp thì tại họng nạp do độ chênh lệch chân không nên màng sẽ bị hút vào và kéo cần đóng công tắc cung cấp điện cho van điện từ. Van điện từ mở và LPG được cung cấp tới bộ khuếch tán LPG đặt trên họng nạp. 9 Ưu điểm của phương án: như phương án trên ưu điểm là không phụ thuộc vào bộ giảm áp hóa hơi, và phương án này có khả năng ứng dụng cho động cơ nhiều xi lanh, ít ảnh hưởng tới kết cấu của động cơ. 9 Nhược điểm: cũng giống như phương án trên là xảy ra hiện tượng đóng băng tại van điện từ do đó cần phương án xử lý hiện tượng này. Không những thế mà sự đóng mở của công tắc khi màng 1 bị hút phụ thuộc vào độ cứng của lò xo. Nếu lò xo quá cứng thì màng sẽ không hút được và không kéo được cần đóng công tắc cung cấp điện cho van điện từ. Nếu lò xo qua yếu thì khi đã qua kỳ hút thì vẫn còn tồn tại áp suất âm, như thế màng vẫn bị hút và công tắc vẫn đóng. Van điện từ 8 vẫn được cung cấp điện và LPG vẫn được cung cấp vào bộ khuếch tán. Điều này rất nguy hiểm, bở vì LPG rò rỉ thì dễ xảy ra cháy nổ. 2. Phương án sử dụng hệ thống cung cấp gas với bộ giảm áp hóa hơi : M Bình LPG Van ñieän töø Van tieát löu Boä troän taïi hoïng naïp Moâ toâ böôùc Boä giaûm aùp hoùa hôi Hình 10. Sơ đồ cung cấp gas có sử dụng bộ giảm áp hóa hơi Khí hóa lỏng LPG ở trạng thái lỏng trong bình chứa có áp suất từ 6 – 8 bar, dưới áp suất này khi mở van chặn 3, LPG lỏng được dẫn đi theo đường ống cao ápđến bộ giảm áp - hóa hơi, tại đây LPG lỏng được chuyển thành hơi với áp suất gần bằng khí quyển. Sau đó theo kỳ hút của động cơ, hơi LPG được hút vào bộ trộn hỗn hợp LPG – không khí và đi vào buồng đốt. Ở bộ phận giảm áp hóa hơi, quá trình giảm áp hóa hơi diễn ra rất nhanh và thu nhiệt rất nhiều nên gây ra hiện tượng đóng băng trên thành khoang. Ống dẫn nước vào 14 và ống dẫn nước ra 15 đảm bảo cung cấp một lượng nước sau khi đi làm mát động cơ đủ lớn tuần hoàn trong khoang bù nhiệt của bộ giảm áp hóa hơi để chống lại hiện tượng đóng băng trên thành khoang. Van điện từ dùng để đóng hoặc mở mạch LPG khi sử dụng. Đây chính là giải pháp mà chúng tôi chọn thử nghiệm trên máy D12. 2.1 Bộ giảm áp - hoá hơi (Pneumatic LPG Reducer) Bộ giảm áp – hoá hơi có nhiệm vụ chuyển đổi nhiên liệu LPG ở trạng thái lỏng sang trạng thái hơi trước khi đưa vào bộ trộn và điều khiển lưu lượng nhiên liệu LPG đưa vào động cơ theo các chế độ làm việc. Bộ giảm áp – hoá hơi được chia làm nhiều ngăn nhờ các màng chắn đặc biệt. Nhiệt độ cần thiết cho hoá hơi LPG được cung cấp nhờ nước nóng đi từ đường ra của nước làm mát động cơ. LPG lỏng ở áp suất bình chứa di chuyển qua các van an toàn đến họng nạp 11 và vào buồng giảm áp (A) thông qua van giảm áp 10. Tại đây áp suất LPG giảm suống còn khoảng (0,45 – 0,65) bar. Bình thường với áp suất cao, dòng LPG lỏng sẽ mở van giảm áp 10 đi vào bên trong buồng A. Khi áp suất bên trong buồng A gia tăng tới một giá trị quy định, nó sẽ đẩy màng cao su 7 dịch chuyển xuống dưới, nén lò xo 8 và làm cho van giảm áp đóng lại thông qua đòn bẩy 9, ngăn không cho nhiên liệu LPG đi 3 1415 9 vào buồng (A) khống chế áp suất theo quy định do sự cân bằng áp suất buồng A và lò xo 8 cũng như diện tích chịu áp trên và dưới của màng 7. H. 2-18. Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp-hoá hơi 1 – Vít điều chỉnh; 2 – Van định lượng ; 3 – Màng cao su tổng hợp; 4 – Đòn bẩy ; 5 - Đường LPG đến bộ trộn; 6 – Van điện từ; 7 – Màng cao su tổng hợp; 8 – Lò xo; 9 – Đòn bẩy; 10 – Van giảm áp; 11 - Đường nạp nhiên liệu LPG Để cung cấp nhiệt độ cho LPG giãn nở, nước từ hệ thống làm mát động cơ được tuần hoàn bao quanh buồng (A). Sau khi qua buồng (A), nhiên liệu tiếp tục đi vào buồng (B) thông qua van định lượng 2. Buồng này được thông với bộ trộn đặt trên họng khuyếch tán và hơi nhiên liệu LPG được hút vào bộ trộn khi động cơ hoạt động. Màng cao su 3 trong buồng B được di chuyển lên xuống nhờ áp suất nạp, sự dịch chuyển này làm cho đòn bẩy 4 mở van định lượng 2 để hơi nhiên liệu LPG đi từ buồng (A) sang buồng (B). Nếu viêc hút nhiên liệu tăng lên ở bộ trộn, thì lập tức nó sẽ truyền qua buồng (B) và màng cao su 3, cho phép nhiều hơi LPG đi qua van định lượng 2. Ngược lại nếu lực hút ở bộ trộn giảm xuống, do lực đẩy của lò so vít điều chỉnh 1 điều khiển đòn bẩy đóng dần van định lượng 2, giới hạn lượng hơi nhiên liệu LPG đi vào. Khi động cơ ngừng hoạt động, lò xo vít điều chỉnh tác động lên đòn bẩy 4 khoá van định lượng 2, bảo đảm không cho hơi nhiên liệu LPG đi qua van định lượng. 2.2. Bộ trộn có công dụng hòa trộn LPG với khí nạp. 28 Ø100 82.00 Ø55 Ø45 Ø24 38 60 .0 0 Ø9 2 loã 6.00 6.00 M 13 Ø4x8 loã Ø45 R236 Ø9x2 loã 5.00 Hình 11. Bộ trộn LPG-không khí 10 Nó có chức năng giống như trên động cơ xăng. Kết cấu của của bộ trộn được thể hiện ở hình 11 2.3. Van tiết lưu: có công dụng điều chỉnh lượng LPG vào động cơ theo mức phụ tải 3 23 5 Ø 44 Ø 20 5 45 100 16 Ø 50 Ø4 M8 M15 M 8 M 6 Ø11 Ø13 10 10 Ø11 Ø13 Ø 15 25 Ø 10 Hình 12a. Kết cấu của van tiết lưu Hình 12b. Hình ảnh van tiết lưu sau khi thiết kế chế tạo Kết cấu của Van tiết lưu được thể hiện trên hình 12. Trong đó chúng tôi sử dụng 2 vít điều chỉnh tỷ lệ LPG ở chế độ không tải . PHẦN 4- MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM I. Chạy thực nghiệm không tải trên động cơ D12. 1. Phương án tiến hành thực nghiệm. Tiến hành thí nghiệm ngoài những nguyên tắc sau: ƒ Thang tốc độ được đo từ số vòng quay thấp nhất ổn định(n=800)đến số vòng quay sử dụng định mức(n=1800),mỗi thang đo cách đều 200 vòng/phút. Ứng với mỗi giá trị tốc độ quay ta tiến hành đo và ghi kết quả đo vào bảng. ƒ Khởi động động cơ: Cho động cơ khởi động bằng nhiên liệu diesel. Khi nước làm mát đạt khoảng 70°C ta tiến cho động cơ chạy được với nhiên liệu LPG vì khi đó lượng 11 nhiệt lấy ra từ nước làm mát của động cơ mới đủ để dẫn đến bộ giảm áp hóa hơi làm cho nhiên liệu LPG không có khả năng xảy ra hiện tượng đóng băng. Sau đó ta tiến hành đo các thông số và ghi vào bảng kết quả. Điều khiển động cơ ở các tốc độ. n (vòng/ phút) 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sau đó dựa vào kết quả hiện thị trên máy đo ta có các kết quả thí nghiêm cho động cơ sử dụng nhiên liệu LPG và diesel ở chế độ không tải. 2. Kết quả thí nghiệm động cơ không mang tải. Bảng 1. Tốc độ quay lớn nhất của động cơ Loại nhiên liệu Tốc độ quay lớn nhất (v/ph) Diesel 2000 LPG 1900 Nhận xét kết quả:Ta thấy tốc độ khi lớn nhất khi chạy LPG giảm 8%, là do lượng LPG chiếm chỗ của lượng không khí mới nạp vào nên làm giảm lượng không khí nạp vào. Bảng 2. Số liệu ô nhiễm khí xả với nhiên liệu diesel ở chế độ không tải. Chất phát thải n (v/ph) 800 1000 1200 1400 1600 1800 CO2 [ ]%Vol 2,5 2,8 3,5 3,7 4,2 4,7 CO [ ]%Vol 0,04 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 HC [ ]ppm 24 23 23 22 22 22 Độ đục ( %HSU) 1,3 1,3 1,3 1,7 3,4 3,8 Bảng 3. Số liệu ô nhiễm khí xả với nhiên liệu LPG ở chế độ không tải. Chất phát thải n (v/ph) 800 1000 1200 1400 1600 1800 CO2 [ ]%Vol 2,2 2,4 2,7 2,8 3,6 3,4 CO [ ]%Vol 0,03 0,03 0,032 0,032 0,035 0,029 HC [ ]ppm 35 33 34 34 33 33 Độ đục ( %HSU) 0,9 1,3 1,3 1,3 0,9 0,9 12 Dựa vào số liệu trên bảng tính ta vẽ được đồ thị so sánh nồng độ khí thải có trong động cơ khi sử dụng hai loại nhiên liệu ở chế độ không tải. 0 5 10 15 20 25 30 35 Diesel LPG-D CO CO2 HC Độ đục Hình 14. Biểu đồ nồng độ khí xả của động cơ ở chế độ mang tải tại mức tải P=3Kw 1000 1200 14001600 n (v/ph)600 1.25 2.5 3.75 5 CO2 (%vol) 1800 2000 0.1 CO (%vol) CO2 [D] CO [D] CO2 [LPG] CO [LPG] 800 0.025 0.05 0.075 Hình 15. Đồ thị độ phát xạ khí xả CO và CO2 ở chế độ chạy không tải 13 800 1000 1200 14001600 n (v/ph)600 %HSU 1800 1 2 3 4 %HSU [D] %HSU [LPG] 2000 Hình 16. Đồ thị độ đục khí xả động cơ sử dụng diesel và LPG ở chế độ chạy không tải. 1000 1200 14001600 HC [D] HC[LPG] HC [ppm] 800600 1800 2000 n(v/ph) 10 20 30 40 Hình 17. Đồ thị nồng độ phát xạ HC ở chế độ chạy không tải. Từ đồ thị ta thấy rằng khi chạy với nhiên liệu LPG ở chế độ không tải của động cơ thì nồng độ phát xạ khí xả đều giảm xuống đáng kể. Độ đục khí thải của động cơ sử dụng nhiên liệu LPG cũng giảm nhiều so với động cơ. Trong phạm vi tốc độ [1000-1400] khi sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG thì lượng các chất ô nhiễm phát ra ít hơn so với động cơ khi sử dung nhiên liệu diesel thuần túy, đặc biệt là lượng CO2, và độ đục khí xả do quá trình cháy được cải thiện, nhiên liệu cháy kiệt hơn do được gia nhiệt. So sánh ở 2 tốc độ khác nhau ta thấy được sự khác biệt lớn giữa nồng độ các chất. khi động cơ làm việc ở tốc độ cao thì nồng độ các chất tăng cao do đó ở tốc độ phù hợp là từ [1000-1400] v/ph 14 II. Chạy có tải trên động cơ D12. 1. Phương án tiến hành thí nghiệm: Trước khi tiến hành thí nghiệm ngoài những nguyên tắc đã trình bày ở trên thì ta phải làm thêm một số bước sau: ƒ Điều chỉnh các thông số công tác của động cơ về làm việc ở chế độ ổn định, theo các giới hạn đã cho trong lý lịch của động cơ ƒ Chạy từ mức tải thấp đến mức tải cao. ƒ Chú ý đến hệ thống làm mát nước và nước ở cụm phụ tải ƒ Điều chỉnh tốc độ quay sao cho máy phát có hiệu thế phát ra ổn định ở mỗi mức tải ƒ Cho động cơ khởi động bằng nhiên liệu diesel và lần lượt chạy với nhiên liệu dầu diesel, khí hóa lỏng LPG. Khi nước làm mát đạt khoảng 70°C ta tiến hành đo 2. Kết quả thí nghiệm động cơ mang tải. Bảng 4. Số liệu ô nhiễm khí xả với nhiên liệu diesel chạy ở các chế độ tải Chất phát thải N (Kw) 1 1,77 2,1 2,67 3,11 3,5 CO2 [ ]%Vol 6,1 6,2 6,6 7,4 8,6 9,0 CO [ ]%Vol 0,31 0,34 0,34 0,39 0,42 0,51 HC [ ]ppm 26 26 26 28 30 35 Độ đục ( %HSU) 1,3 1,7 3,0 8,2 13,6 80,6 Bảng 5. Số liệu ô nhiễm khí xả vớ động cơ chạy hỗn hợp diesel - LPG có tải khi cố định mức tải diesel (0,88Kw) sau đó tăng tải LPG Chất phát thải N (Kw) 1 1,77 2,1 2,67 3,11 3,5 CO2 [ ]%Vol 4,9 5,1 5,7 6,1 6,0 7,2 CO [ ]%Vol 0,38 0,41 0,45 0,45 0,49 0,6 HC [ ]ppm 27 28 28 29 31 38 Độ đục ( %HSU) 0,4 0,9 1,3 1,7 2,1 3,4 15 2 4 % H S U [D ] % H S U [L P G - D ] 0 1 1 .5 2 2 .5 3 3 .5 6 1 2 1 0 8 1 4 % H S U N (K W )0 .5 Hình 18. Đồ thị độ đục khí xả động cơ sử dụng diesel và LPG ở chế độ có tải với hỗn hợp nhiên liệu LPG-diesel 2 4 CO2 [D] CO2 [LPG - D] 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 6 10 8 CO2(%vol) N (KW)0.5 0.2 0.4 0.6 0.8 1 CO (%vol) CO (D) CO (LPG-D) Hình 19. Đồ thị độ phát xạ khí xả CO và CO2 ở chế độ có tải với nhiên liệu hỗn hợp nhiên liệu LPG-diesel 16 10 HC [D] HC [LPG - D] 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 20 N (KW)0.5 30 HC (ppm) 40 Hình 20. Đồ thị nồng độ phát xạ HC của khí xả ở chế độ chạy có tải với hỗn hợp nhiên liệu LPG -diesel Trên đồ thì từ (Hình 18 đến Hình 20) ta thấy rằng khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel – LPG thì lượng CO2 và độ đục khí xả giảm xuống nhiều và lượng HC, CO tăng nhưng không đáng kể do khi hòa trộn nhiên liệu thì hỗn hợp chưa cháy hết hoàn toàn do đó tăng nồng độ HC và CO tuy nhiên độ đục khí xả giảm rất nhiều so với nhiên liệu diesel thuần túy. Và khả năng mang tải của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-LPG tốt hơn nhiều so với diesel thuần túy, nếu như động cơ diesel chỉ hoạt động được ở mức tải dưới 3,5KW thì độ đục đã vượt quá giới hạn cho phép trong khi đó với động cơ sử dụng hỗn hợp diesel – LPG thì giá trị vẫn nằm trong giá trị cho phép thậm chí là rất nhỏ. Chứng tỏ động cơ dùng hỗn hợp nhiên liệu LPG – diesel mang tải tốt hơn. PHẦN 5 - KẾT LUẬN. Bộ hòa trộn thiết kế được lắp trước họng nạp đã hoàn thành theo yêu cầu, thực hiện chức năng hòa trộn không khí và khí hóa lỏng LPG. Quá trình hoạt động của động cơ khi sử dụng bộ hòa trộn được thiết kế hoạt động tốt. ¾ Trong quá trình thực nghiệm ta phải cải tạo một số cơ cấu phù hợp khi sử dụng nhiên liệu LPG như là tăng độ cứng lò xo điều tốc, cải tạo đường ống dẫn nước làm mát từ động cơ đến bộ giảm áp – hóa hơi. ¾ Khi sử dụng nhiên liệu LPG làm nhiên liệu cho động cơ đã giảm thiểu lượng ô nhiễm môi trường hơn động cơ sử dụng nhiên liệu diesel thuần túy. ¾ Khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu LPG - diesel thì động cơ mang tải tốt hơn động cơ diesel thuần túy, nồng độ CO2 giảm đặc biệt là độ đục của khí xả ở mức tải cao rất thấp, nồng độ các chất khác tuy có tăng nhưng lượng tăng không đáng kể Những vấn đề đặt ra phải nghiên cứu tiếp theo: ¾ Cần xác định tỷ lệ diesel – LPG tối ưu để động cơ hoạt động đạt hiệu quả tốt nhất.(*) ¾ Tìm biện pháp cải thiện quá trình cháy khi động cơ sử dụng nhiên liệu LPG để không làm giảm công suất động cơ. 17 ¾ Do tỉ số nén cao ảnh hưởng tới khả năng kích nổ của động cơ nên cần phải cải tạo tỉ số nén sao cho phù hợp nhất. (**) ¾ Tính toán thiết kế bộ giảm áp hóa hơi đơn giản hơn và hiệu quả hơn bộ giảm áp hóa hơi có trên thị trường. Ghi chú: - (*) theo Patent 44374 của tác giả Richard T. Akeroyd – năm 1964 thì tỷ lệ này vào khoảng 24%-78%. - (**) Thực tế khi khảo sát trên D12 thì tỷ lệ này từ 25 %- 60 %. Quá mức này thì động cơ có hiện tượng kich nổ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS-TS. Nguyễn Tất Tiến. NXB Giáo dục. Nguyên lý động cơ đốt trong. 2. Nguyễn Minh Tiến. Đại học Đà Nẵng. Báo cáo tổng kết nghiên cứu bộ điều tốc điện tử cho động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas. 3. GS-TSKH. Bùi Văn Ga. NXB giáp dục. Ô tô và ô nhiễm môi trường. 4. PGS-TS Nguyễn Văn Nhận, Nhiên liệu và chất bôi trơn, Bài giảng,Trường Đại Học Nha Trang. 5. Trang web: www.petrolimex.com.vn www.congnghehoahoc.org. www.vi.wikipedia.org (2007), “ Khí dầu mỏ hoá lỏng ”. w.w.w.Dieselongas.com w.w.w.ultifuel-technology.co.tk w.w.w.futurefuel.technology.co.uk www.ascovalve.com www.go-lpg.co.uk