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. 

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. Tình hình nghiên cứu và sử dụng khí hóa lỏng (LPG)
   1. Trên thế 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 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 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. Ở Việt Nam

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”.

 

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.

          

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.

     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. Tác hại chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

1.   Các chất độc hại sản sinh trong quá trình 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 NO_x), 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. 

            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 NO_x 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.   Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ
   1. Đối với sức khỏe con người

1. 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 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. 

2.  NO_x

NO_x là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NO_x 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. 

3. 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. 

4.  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.

5. 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.

6. Chì

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. Đối với môi trường

1. 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). 

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.  
• Ảnh hưởng đến sinh thái

Sự gia tăng của NO_x, 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. Giới thiệu đề tài nghiên cứu:

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.

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. Lý do thực hiện đề tài:

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.

            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. Mục tiêu nghiên cứu

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. Đối tượng nghiên cứu:

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. Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu đặc tính ô nhiễm động cơ xăng sau khi chuyển đổi sang dùng LPG, so sánh các đường đặc tính CO, CO₂, NO_X, 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. 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

 

Chương 2:  CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Lý thuyết về LPG
   1. Định nghĩa LPG

LPG hoặc LP Gas là chữ viết tắt của “Liquefied Petroleum Gas” có nghĩa là “khí dầu mỏ hóa lỏng”. Đây là cách diễn tả chung của propan có công thức hóa học là C₃H₈ và butan có công thức hóa học là C₄H₁₀, cả hai được tồn trử riêng biệt hoặc chung với nhau như một hỗn hợp.

LPG có từ hai nguồn: từ các quặng dầu và các mỏ khí và được tách ra từ các thành phần khác trong quá trình chiết xuất từ dầu hoặc khí thiên nhiên. LPG còn là một sản phẩm phụ của quá trình tinh luyện dầu.

LPG có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ bình thường bằng cách gia tăng áp suất vừa phải, hoặc ở áp suất bình thường bằng cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ.

1. Thành phần của LPG

LPG là tên chung dùng cho propan và butan thương mại.

1. Propane

Propane là một alkane thể khí có thể thu được trong quá trình tinh luyện dầu. Propane thì không màu. Công thức hóa học của propane là CH₃CH₂CH₃. Propane có thể được hóa lỏng khi nén và làm lạnh. Propane có công thức cấu tạo như sau :

 

Hình 2.1: Công thức cấu tạo Propane

PROPANE
Công thức hóa học	C3H8
Khối lượng phân tử	44.09
Khối lượng riêng ở 15oC	0.51 kg/lít
Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển	- 43oC
Nhiệt trị thấp	46.1 MJ/kg
Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển)	460¸580 oC
Giới hạn cháy theo % thể tích	2.37% ¸ 9.5%
Vận tốc ngọn lửa ở ngoài không khí	46¸85 cm/s

                                                                                                                                 [1]

Bảng 2.1: Tính chất Propane

2. Butane

Butane là một hydrocarbon có trong khí thiên nhiên và có thể thu được từ quá trình tinh luyện dầu mỏ. Butane là một alkane thể khí, gồm có các hydro cacbon chứa 4 nguyên tử cacbon, chủ yếu là n- butane và iso-butane. Công thức hóa học của butane là C₄H₁₀ và có công thức cấu tạo như sau:

 

Hình 2.2: Công thức cấu tạo Butane

BUTANE
Công thức hóa học	C4H10
Khối lượng phân tử	58.12
Khối lượng riêng	0.58 kg/lít
Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển	-0.5oC
Nhiệt trị thấp	45.46 MJ/kg
Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển)	410¸550oC
Giới hạn cháy theo % thể tích	1.86% ¸ 8.41%
Vận tốc ngọn lửa ở ngoài không khí	40¸87 cm/s

                                                                                                                                             [1]

Bảng 2.2: Tính chất Butane    

3. Các ưu điểm của Propane và Butane

Ưu điểm chính của Butane là nó có thể hóa lỏng một cách dễ dàng. Điều này có nghĩa là Butane có thể được sử dụng ở cả hai dạng lỏng và dạng rắn.

Ưu điểm của Propane cũng giống như Butane, nó có thể được hóa lỏng một cách dễ dàng. Do đó, Propane cũng được sử dụng ở cả hai dạng lỏng và dạng rắn. Ngoài ra Propane là khí không màu nên không thể dễ dàng nhìn thấy.

Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propane và 50% Butane. Propane và Butane được dùng như một hỗn hợp là vì cả hai Butane và Propane đều là alkane. Điều này có nghĩa là chúng không xảy ra phản ứng hóa học với nhau. Do đó, Propane và Butane được dùng kết hợp trong nhiên liệu nhưng vẫn an toàn. Ngoài ra, Propane và Butane là sản phẩm phụ thu được từ tinh luyện dầu mỏ. Hơn nửa, cả hai Propane và Butane có thể được hóa lỏng một cách dễ dàng do đó chúng rất lý tưởng trong việc sử dụng kết hợp như một nhiên liệu.

4. Mecaptan

Mecaptan là một chất làm cho LPG có màu đặc trưng, thường LPG là không màu, không mùi.

1. Tính chất của LP

Hình 2.3: Trạm LPG

 

Trong thực tế, thành phần hỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất. Tùy theo tiêu chuẩn của các nước, của các khu vực mà tỉ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có khi tỉ lệ giữa Propane và Butane là 50/50 hay 30/70 hoặc có thể lên đến 95/5 như tiêu chuẩn của HD-5 của Mỹ.

Ngoài ra, tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà trong thành phần của nó còn có thể có mặt một lượng nhỏ olefin như propylen, butylen. LPG được phát hiện và sử dụng từ những năm đầu thế kỷ 19, đến những năm 50 của thế kỷ 20. Ngày nay, LPG được sử dụng thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống như than, củi điện… Việc sử dụng sản phẩm này mang đến nhiều ưu điểm thiết thực như chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi và tiết kiệm.

Các chất	Kết quả	Phương pháp phân tích
CH4(%mol) C2H6(%mol) C3H6(%mol) C3H8(%mol) C4H8(%mol) n-C4H10(%mol) Iso-C4H10(%mol) C5H10(%mol) C5H10 và phần nặng hơn(%mol)	0,00 0,12 0,00 51,46 5,42 19,46 20,48 1,30 1,76	D2163 D2163 D2163 D2163 D2163 D2163 D2163 D2163 D2163

 

    Bảng 2.3: Thành phần các chất chủ yếu trong LPG

Do thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butane nên tính chất của LPG chính là tính chất của Propane và Butane. LPG có các đặc tính sau:[3]

• Là một chất lỏng không màu (trong suốt).
• Là một chất lỏng không mùi (nhưng được tạo mùi để dễ phát hiện khi có sự cố rò rỉ).
• Là một loại chất đốt có nhiệt lượng rất lớn, nhiệt độ ngọn lửa cao (1.890 đến 1.9350C).
• Có tỉ trọng nhẹ hơn nước: 0.53 đến 0.58kg/lít.
• Nhiệt trị thấp: QH = 46MJ/kg (tương đương 11.000 Kcal/kg)
• Tỉ số không khí/nhiên liệu A/F: 15,5
• ...........................................

1. Bộ chuyển đổi LPG

 

Hình 5.2: Bộ chuyển đổi

Về nguyên tắc cơ bản, bộ chuyển đổi LPG hoạt động gần giống với bộ chế hòa khí, sử dụng nhiên liệu ga ở thể khí và hiện nay được sử dụng thay thế bộ chế hòa khí khi động cơ chuyển sang chay nhiên liệu sạch LPG

1. Bình nhiên liệu và bộ hóa hơi

Nhiên liệu sử dụng trong quá trình chạy thí nghiệm là bình ga nấu bếp và bộ hóa hơi chuyển từ khí ga dạng lỏng sang dạng hơi chạy cho động cơ

Hình 5.3: Bình ga và bộ hóa hơi

 

 

1. Thiết bị kiểm tra khí thảiHình 5.4: Thiết bị HG – 520

 

            Để kiểm tra và đo đạc các thông số phát thải ô nhiễm từ động cơ, các thí nghiệm sử dụng thiết bị đo và phân tích khí thải Hesbon 5GAS HG-520. Thiết bị này cho phép xác định các thành phần chính của khí thải động cơ như: CO, CO2, NO_x, HC, O₂ lamda, …

            Thành phần chính của thiết bị này bao gồm thiết bị (máy) đo chính, dụng cụ kết nối với đường ống thải để lấy mẫu, các bộ lọc lắp trên đường ống lấy mẫu, … Các giá trị đo hiển thị trực tuyến trên thiết bị đo chính và có thể hiển thị trên máy tính kết nối qua cổng RS232.

            Phạm vi đo của các thông số lấy mẫu:

            CO                  0-9.99 ± 0.01%

            HC                  0-9999 ± 1 ppm

            CO₂                 0-20% ± 0.01%

            O₂                    0-25% ± 0.01%

            Lambda          0-2 ± 0.01%

1. Đèn cân lửa

Để động cơ hoạt động ở trang thái tốt nhất ta sử dụng đèn cân lửa để điều chỉnh thời điểm đánh lửa tốt nhất. Đồng thời đèn cân lửa còn có tác dụng đo tốc độ động cơ

Hình 5.5: Đèn cân lửa động cơ

Nguồn sử dụng 12V

Góc kiểm tra từ 0-60 độ

 

1. Thiết bị đo nhiệt độ động cơ

Hình 5.6: Thiết bị đo nhiệt đô động cơ FSA 740

 

Trên đây là thiết bị dùng để đo nhiệt độ động cơ, xác định sự biến đổi nhiệt độ động cơ theo thời gian và tốc độ động cơ, xác định các thông số theo sự thay đổi của tốc độ cũng như nhiệt độ động cơ.

1. Sơ đồ, điều kiện và trình tự thí nghiệm

5.2.1Sơ đồ thí nghiệm

Hinh 5.7: Sơ đồ trình tự thí nghiệm

 

5.2.2Điều kiện thử nghiệm

• Tốc độ cầm chừng của động cơ: 1200 vòng/phút
• Nhiệt độ nước làm mát động cơ xăng: 70-80°C và 84 – 100°C đối với động cơ Gas

Các thông số đặc tính hệ thống cần xác định:

              

• NO_x (ppm), HC (ppm), CO₂ (%), O₂(%).
• Nhiệt độ động cơ ( ^oC)
• Tốc độ động cơ

5.2.3Trình tự thử nghiệm

Cho động cơ chạy cầm chừng khoảng 15 phút để động cơ chạy ổn định sau đó ta tiến hành các phương pháp đo kiểm.

Xác định ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ đến thông số làm việc và đặc tính phát thải ô nhiễm của động cơ đốt trong sử dụng LPG.

à Các kết quả thí nghiệm (điểm đo) là giá trị trung bình của 3 lần đo.

1. Kết quả thí nghiệm và bàn luận kết quả

5.   Quan hệ giữa HC, NO_x và sự thay đổi tốc độ động cơ

            Ảnh hưởng của sự thay đổi tốc độ động cơ lên sự phát thải ô nhiễm (NO_x và HC) của động cơ trình bày trong biểu đồ 5.1. Trong trường hợp này, tốc độ động cơ được xác định bằng đèn cân lửa. Từ đồ thị cho thấy khi vị trí bướm tăng, sự phát thải của NO_x tăng rất đáng kể trong khi nồng độ HC cũng giảm đi đáng kể. 

Biểu đồ 5.1: Biến đổi của NO_x và HC theo sự thay đổi của tốc độ động cơ

 

            Như biểu đồ 5.1, khi tốc độ thay đổi từ 1200 lên 2600 (vg/min), NO_x tăng lên khoảng 7 lần. Nguyên nhân chính của vấn đề này gây bởi sự tăng đáng kể của nhiệt độ buồng cháy trong sự cháy LPG - không khí từ sự gia tăng của lưu lượng LPG ở điều kiện tốc độ cao.Trong khi đó, khi tốc độ thay đổi thì HC giảm xuống khoảng 14 lần, giảm xuống liên tục và rất nhanh.

5. So sánh nồng độ NO_X và HC giữa động cơ dùng LPG và xăng

Dựa vào biểu đồ bên dưới ta đã thấy động cơ sử dụng LPG phát thải nồng độ khí xả thấp hơn khi dùng động cơ xăng, LPG biến đổi đều và chậm, trong khi đó động cơ dùng xăng phát thải khí ô nhiễm cao hơn. Trong khi đó HC và NO_X là 2 chất gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người nhiều nhất trong khí xả động cơ. Vì vậy, sử dụng động cơ LPG đảm bảo cho sức khoe con người.

Biểu đồ 5.2: Biến đổi của HC theo sự thay đổi của tốc độ động cơ

Biểu đồ 5.3: Biến đổi của NO_x  theo sự thay đổi của tốc độ động cơ

 

 

5. Mối quan hệ giữa CO₂ và tốc độ động cơ

Biểu đồ 5.4: Mối quan hệ giữa CO₂ và tốc độ động cơ

 

            Khi tốc độ động cơ tăng làm cho hàm lượng khí CO₂ tăng lên. Dựa vào biểu đồ trên đây, ta thấy hàm lượng khí CO₂ của động cơ dung ga nhiều hơn của động cơ dùng xăng. Sở dĩ lý do như vậy là do động cơ LPG cháy sạch nhiên liệu hơn động cơ xăng, sinh ra hàm lượng khí thải CO₂ nhiều hơn gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe của con nguời

5. Mối quan hệ giữa oxy và tốc độ động cơ:

Biểu đồ 5.5: Lượng oxy trong khí xả

 

            Khi tải gia tăng, hàm lượng NO_x gia tăng đáng kể. Đây là quá trình kết hợp giữa N₂ và O₂ trong hỗn hợp cháy. Do đó, sự biến đổi O₂ trong hỗn hợp cháy và trong sản phẩm cháy có thể là thông số tham khảo thích hợp đánh giá mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ sử dụng nhiên liệu LPG. Các thực nghiệm sơ bộ nhằm xác đinh nồng độ O₂ trong khí thải đã được thực hiện và trình bày trong Hình 5.14

            Như trình bày trên hình, lượng oxy trong khí xả giảm dần khi tải tăng. Do động cơ hoạt động với tốc độ cao làm nhiệt độ buồng cháy tăng cao nên lượng oxy sẽ được sử dụng để đốt cháy nhiên liệu và cả N₂ làm cho oxy giảm dần.

5. Mối quan hệ giữa nhiệt độ động cơ và sự thay đổi tốc độ

 

Biểu đồ 5.6: Nhiệt độ động cơ và tốc độ động cơ

            Hình 5.15 trình bày mối quan hệ giữa nhiệt độ nước làm mát động cơ khi tải thay đổi. Trên đồ thị, nhiệt độ động cơ tăng khi tốc độ động cơ tăng. Ở cùng tốc độ, nhiệt độ động cơ xăng thấp hơn động cơ dùng LPG, động cơ dùng xăng nhiệt độ nằm trong khoảng 70 ÷ 80^oC và 84 ÷ 100^oC đối với động cơ sử dụng LPG.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm đề tài chúng em đã tổng hợp được các phương án điều khiển cung cấp LPG cho động cơ, các lý do để đưa động cơ sử dụng nhiên liệu sạch LPG vào sử dụng phổ biến trên thị trường Trên cơ sở đó chúng em đã lựa chọn phương án đo kiểm lại nồng độ khí xả trên mô hình động cơ của nhà trường. Mặc dù các thông số không đạt đuợc như kết quả của các nhà nghiên cứu truớc đây nhưng nó đã diễn tả đúng với thực tiễn. Vì lý do khách quan động cơ cũ, nhiều chi tiết không còn hoạt động tốt nên các thông số không được xác thực. Nhưng động cơ sử dụng nhiên liệu hóa lỏng LPG có mức phát thải ô nhiễm môi trường thấp hơn động cơ xăng, đáp ứng được yêu cầu của thí nghiệm.

Hướng phát triển của đề tài: Sau khi thực hiện quá trình đo kiểm khí xả giữa động cơ xăng và động cơ chuyển đổi sang dùng LPG ta nên đưa ra sử dụng rộng rãi trên thị trường bởi vì:

• Hiện nay động cơ sử dụng bộ chế hòa khí còn khá nhiều, nó lại cháy không sạch, thải khí ô nhiễm khá nhiều
• Chi phí cho việc chuyển đổi tương đối rẻ

Bên cạnh đó nhà nước cần có những chính sách khuyến khích chuyển đổi sang dùng nhiên liệu sạch LPG như:

• Phụ một phần chi phí cho các xe chuyển đổi sang dùng nhiên liệu LPG
• Xây dụng thêm các trụ nạp LPG để xe chạy LPG có thể ứng dụng trên nhiều tỉnh thành trong cả nước.

 

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, HÌNH

Danh mục 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 mục 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 NO_x 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 NO_x  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 mục hình 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

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

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

 

PHỤ LỤC

1. Nồng độ khí xả động cơ xăng

speed	BẢNG SỐ LIỆU 1
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	3527	2.7	16.95	2	100	70
1400	0.06	3459	2.7	16.15	2	144	71
1600	0.06	3168	4.3	14.07	2	256	72.1
1800	0.07	3146	4.5	13.39	1.817	315	74.1
2000	0.09	2714	5.8	11.15	1.755	413	76.7
2200	0.1	2454	6.9	9.76	1.602	459	77.2
2400	0.12	2011	8.9	7.34	1.403	471	79
2600	0.24	1615	9.2	5.83	1.219	474	82

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU 2
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	3544	2.6	15.58	2	125	71
1400	0.06	3389	3.4	15.18	2	152	71.6
1600	0.07	3287	4.2	13.9	2	240	72.5
1800	0.08	2730	5.6	12.3	1.827	315	73.8
2000	0.08	2529	6.6	11.32	1.676	429	75
2200	0.11	2315	7	9.36	1.555	454	77
2400	0.21	1986	9.1	7.44	1.358	515	78.4
2600	0.26	1785	9.9	5.74	1.211	568	80

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU 3
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	3537	2.5	16.57	2	113	69
1400	0.06	3412	3.2	15.32	2	147	70
1600	0.06	3223	4.3	14.01	2	235	71.2
1800	0.07	2963	5.7	13	1.823	328	73
2000	0.08	2687	6.2	11.84	1.685	416	74.4
2200	0.1	2492	7.5	9.2	1.569	457	76
2400	0.18	1946	8.7	7.3	1.343	489	78
2600	0.25	1683	9.4	5.53	1.212	541	80.7

 

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU TRUNG BÌNH
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	3536	2.6	16.37	2.000	113	70.0
1400	0.06	3420	3.1	15.55	2.000	148	70.9
1600	0.06	3226	4.3	13.99	2.000	244	71.9
1800	0.07	2946	5.3	12.90	1.822	319	73.6
2000	0.08	2643	6.2	11.44	1.705	419	75.4
2200	0.10	2420	7.1	9.44	1.575	457	76.7
2400	0.17	1981	8.9	7.36	1.368	492	78.5
2600	0.25	1694	9.5	5.70	1.214	528	80.9

 

2. Nồng độ khí xả động cơ ga

speed	BẢNG SỐ LIỆU 1
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	2673	5.7	12.32	1.829	16	82
1400	0.06	2102	6.4	12.16	1.768	48	82.7
1600	0.06	1869	7.4	8.27	1.529	122	83.5
1800	0.08	1420	8.8	5.96	1.306	168	85.1
2000	0.08	861	10.5	5.49	1.212	179	86.5
2200	0.09	669	11	4.99	1.131	200	87.3
2400	0.11	215	11.6	3.36	1.176	238	89.6
2600	0.11	189	12.1	3.13	1.049	242	91.6

 

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU 2
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	2794	5.7	12.63	1.934	41	84
1400	0.05	2437	6.2	10.78	1.756	45	84.2
1600	0.06	1809	7	9.87	1.682	67	84.6
1800	0.07	1315	7.6	7.35	1.514	84	85
2000	0.08	1154	9	7.35	1.529	87	86.2
2200	0.09	669	9.5	5.87	1.357	114	86.8
2400	0.09	315	10.2	4.76	1.288	152	89
2600	0.1	219	11.7	3.38	1.106	197	90.7

 

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU 3
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	2734	5.6	12.61	1.915	35	84.4
1400	0.06	2298	6.2	11	1.763	40	84.9
1600	0.06	1862	6.9	9.06	1.614	74	85.7
1800	0.08	1319	7.6	7.83	1.534	84	86
2000	0.08	986	9.7	6.9	1.432	97	87
2200	0.1	597	10	5.6	1.254	121	89.1
2400	0.11	237	10.7	4.5	1.187	163	91
2600	0.15	182	11.8	3.2	1.074	189	93

 

 

speed	BẢNG SỐ LIỆU TRUNG BÌNH
	%CO	HC (ppm)	%C02	O2 (ppm)	λ	NOx (ppm)	Nhiệt độ động cơ (°C)
1200	0.05	2734	5.7	12.52	1.893	31	83.5
1400	0.06	2279	6.3	11.31	1.762	44	83.9
1600	0.06	1847	7.1	9.07	1.608	88	84.6
1800	0.08	1360	8.2	6.80	1.454	111	85.4
2000	0.08	1000	9.7	6.58	1.391	121	86.6
2200	0.09	607	10.2	5.49	1.247	145	87.7
2400	0.10	256	10.8	4.21	1.217	184	89.9
2600	0.12	197	11.9	3.24	1.076	209	91.8

 

 

 

 

 

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. http://encyclopedia.airliquide.com
2. Bùi Văn Ga: Sử dụng LPG trên xe gắn máy và xe buýt nhỏ, Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường - Đại học Đà Nẵng, 2002.
3. http://www.oto-hui.com/a2056/tim-hieu-ve-nhien-lieu-lpg.html
4. Nguyễn Tất Tiến: Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo Dục, năm 2001
5. Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng: Ô tô và ô nhiễm môi trường ; Nhà Xuất Bản Giáo dục, 1999