Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG

Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VƯƠNG VĂN SƠN

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHÍ THẢI PHÁT TÁN VÀO MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ

SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-LPG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VƯƠNG VĂN SƠN

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHÍ THẢI PHÁT TÁN VÀO MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ

SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-LPG

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô máy kéo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải, Phòng Sau đại học, Khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ khí ô tô đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án

Tôi xin chân thành biết ơn PGS.TS Cao Trọng Hiền và PGS.TS Đào Mạnh Hùng đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình, chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội về những ý kiến đóng góp quý báu và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm AVL Boost

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm thử nghiệm khí xả - Cục Đăng kiểm Việt Nam, Công ty Cơ khí ô tô Ngô Gia Tự, Công ty TNHH Tân An Bình đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành được các thí nghiệm quan trọng cho luận án và định hướng nghiên cứu trong tương lai

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo Học viện Quân sự, Đại học Nông nghiệp, Đại học Lâm nghiệp, các Nhà khoa học trong ngành Cơ khí Động lực đã nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, tháng 4 năm 2014

Tác giả luận án

Vương Văn Sơn

i

MỤC LỤC

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng trong luận án

Danh mục các hình vẽ và ảnh trong luận án

MỞ ĐẦU

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô

1.1.1 Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam

1.1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô

1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG

1.2.1 Tình hình sản xuất LPG

1.2.2 Tình hình sử dụng LPG

1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel-LPG

1.3.1 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước

1.4 Kết luận chương I………

Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL – LPG

2.1 Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG

2.1.1 Các phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

2.1.2 Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG

2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel và động cơ diesel-LPG 2.2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel

2.2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel-LPG

2.2.3 Cơ sở mô hình hóa quá trình hình thành hỗn nợp và cháy trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

i

iv

ix

xi

1

5

5

5

7

10

10

11

11

11

16

19

22

22

22

25

26

26

31

37

2.3 Các thành phần khí thải ………

2.3.1 Mônôxit cácbon

2.3.2 Hyđrô cácbon

2.3.3 Ôxit nitơ

2.3.4 Phát thải hạt

2.4 Cơ sở tính toán các thành phần phát thải trong động cơ diesel và đ ộng cơ diesel - LPG

2.4.1 Tính toán phát thải NOx

2.4.2 Tính toán phát thải CO

2.4.3 Tính toán phát thải HC

2.4.4 Tính toán phát thải bồ hóng (Soot)

2.5 Kết luận chương II………

Chương III XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL-LPG 3.1 Phần mềm AVL BOOST

3.1.1 Các phần mềm mô phỏng động cơ

3.1.2 Phần mềm AVL BOOST

3.2 Ứng dụng phần mềm AVL BOOST tính toán các thành phần khí thải của động cơ FAWDE - 4DX23

3.2.1 Các thông số cơ bản của động cơ FAWDE- 4DX23

3.2.2 Nhiên liệu diesel và LPG

3.2.3 Xây dựng mô hình động cơ diesel trên AVL Boost

3.2.4 Kiểm chứng độ chính xác của mô hình

3.2.5 Xây dựng mô hình động cơ diesel - LPG trên AVL Boost

3.2.6 Kết quả tính toán mô phỏng

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều chỉnh đến lượng phát thải của động cơ diesel-LPG bằng phương pháp mô phỏng

3.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến lượng phát thải của động cơ diesel - LPG

47

48

49

52

54

59

59

60

60

61

63

65

65

65

66

68

68

69

72

73

74

77

80

80

iii

3.3.2 Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến lượng phát thải của động cơ

diesel - LPG

3.4 Kết luận chương III

Chương IV THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

4.1 Mục tiêu và nội dung thử nghiệm

4.1.1 Mục tiêu thử nghiệm

4.1.2 Nội dung thử nghiệm

4.2 Thiết bị thí nghiệm

4.2.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm

4.2.2 Các bộ phận cơ bản của thiết bị thử nghiệm

4.3 Lựa chọn và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel thí nghiệm

4.4 Quy trình thí nghiệm

4.4.1 Điều kiện thí nghiệm

4.4.2 Thí nghiệm đo khí xả động cơ diesel nguyên thủy

4.4.3 Thí nghiệm đo khí xả động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

4.5 Kết quả thử nghiệm và đánh giá

4.5.1 Tiêu chuẩn EURO về phát thải của động cơ diesel

4.5.2 Kết quả đánh giá động cơ thử nghiệm

4.5.3 Đánh giá chất lượng phát thải của động cơ diesel khi chạy lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

4.5.4 Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm

4.6 Kết luận chương IV

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

83

85

87

87

87

87

87

88

90

99

103

103

104

107

110

110

110

112

118

121

122

124

125

133

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AVL-BOOST Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL -

ECE R49 Chu trình thử châu Âu 13 mode đối với động cơ xe tải

hạng nặng

-

NETC Trung tâm thử nghiệm khí thải các phương tiện cơ giới

 Nhiệt tỏa ra tính đến góc quay của trục khuỷu J

Q Tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy J

aw Hằng số phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu LPG cung cấp

o,   Thời điểm và thời gian diễn ra quá trình cháy Độ

k

CCR Tỷ lệ phần trăm năng lượng do LPG sinh ra trong tổng

năng lượng của lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

f Phần nhiệt hóa hơi của môi chất trong xy lanh kJ

φ Góc giữa đường nối tâm quay với piston ở điểm chết trên với trục thẳng đứng (trường hợp xy lanh lệch tâm) độ

vii

VTDC Thể tích xy lanh khi piston ở điểm chết trên m3

Oxygen,available

w Tỷ lệ khối lượng ôxy có trong hỗn hợp khi bắt đầu phun

CEGR Hằng số xét đến ảnh hưởng của khí thải luân hồi -

Cturb Hằng số năng lượng chuyển động rối -

CDiss Hằng số suy giảm -

CNOe NO ở trạng thái cân bằng

LHVf, LHVC,

LHVCO

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, carbon (soot) và CO kJ/kg

Af, Aox Các hằng số được lựa chọn theo kinh nghiệm và kiểu

x Tỷ lệ C trên bề mặt của phần tử A tham gia phản ứng -

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN

Bảng 1.1 Dự báo tổng phát thải do hoạt động GTVT đường bộ

Bảng 2.1 Phương trình tính toán giá trị của các góc bắt đầu và

kết thúc giai đoạn cháy nhiên liệu cho các chế độ khác nhau

4DX23-110 giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ đặc tính ngoài

73

Bảng 3.6 Các phần tử của mô hình mô phỏng trên hình 3.5 76 Bảng 3.7 Diễn giải các mode của chu trình thử ECE R49 77 Bảng 3.8 Phát thải trung bình theo chu trình ECE R49 80 Bảng 3.9 Kết quả mô phỏng các thành phần phát thải của động

cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 khi thay đổi góc phân phối khí

Bảng 4.4 Kết quả đo độ khói của động cơ diesel-LPG 115 Bảng 4.5 Phát thải trung bình của động cơ lưỡng nhiên liệu

của động cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 119

Bảng 4.9 Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực

nghiệm của động cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 120

xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH TRONG LUẬN ÁN

Hình 1.1 Số lượng ô tô của cả nước theo năm 5 Hình 1.2 Các loại ô tô của cả nước theo năm 5 Hình 1.3 Số lượng ô tô tại Hà Nội theo năm 6 Hình 1.4 Các loại ô tô tại Hà Nội theo năm 6 Hình 1.5 Số lượng ô tô tại thành phố Hồ Chí Minh theo năm 6 Hình 1.6 Các loại ô tô tại thành phố Hồ Chí Minh theo năm 6 Hình 1.7 Phát thải độc hại từ các loại phương tiện khác nhau ở

Hình 1.8 Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu 10 Hình 1.9 Sơ đồ chung về quá trình nghiên cứu 21 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống trộn nhiên liệu diesel-LPG ở dạng lỏng 22 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống phun trực tiếp LPG vào buồng đốt 23 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống phun LPG vào đường ống nạp động cơ 25 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG và hệ thống

Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn các giai đoạn trong quá trình cháy

Hình 2.6 Phân chia vùng cháy trong động cơ diesel-LPG 31 Hình 2.7 Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy 32 Hình 2.8 Quá trình tỏa nhiệt trong động cơ sử dụng lưỡng

Hình 2.9 Các giai đoạn trong quá trình cháy của động cơ

Hình 2.13 Sự hình thành HC do tôi trên thành buồng cháy 51 Hình 2.14 Tóm tắt quá trình hình thành bồ hóng của Fusco 55 Hình 2.15 Cơ chế trung gian về động hóa học của quá trình hình

thành bồ hóng từ các phân tử aromatics 56 Hình 2.16 Mô hình cơ chế tạo hạt bồ hóng từ aromatics và

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng động cơ FAWDE- 4DX23-110

Hình 3.3 So sánh công suất và mô men của động cơ giữa thực

xiii

trình ECE R49 Hình 3.15 Phát thải NOX ở các góc mở xu páp mô phỏng theo chu

Hình 3.16 Phát thải bồ hóng ở các góc mở xu páp mô phỏng theo

Hình 4.1 Sơ đồ phòng thử động cơ ETC01,Trung tâm thử nghiệm

khí thải phương tiện giao thông cơ giới đường bộ 88 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị của băng thử động lực học cao

ETC01 ở phòng thử nghiệm khí thải động cơ thuộc Trung tâm thử nghiệm khí thải phương tiện giao

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý của cụm phanh điện PA 406/6 PA 90 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu

Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO 94 Hình 4.6 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOX 96

Hình 4.9 Hệ thống cung cấp LPG điều khiển phun bằng điện tử 99 Hình 4.10 Hệ thống cung cấp LPG điều khiển phun bằng cơ khí 100

Hình 4.12 Sơ đồ bố trí bộ cung cấp LPG và hệ thống nhiên liệu 102 Hình 4.13 Chương trình thử Châu Âu EC ER49 cho động cơ 105

Hình 4.15 Lắp đặt bộ cung cấp LPG và động cơ trên bệ thử 108 Hình 4.16 Màn hình điều khiển của thiết bị thí nghiệm đo khí thải 109 Hình 4.17 Kết quả thí nghiệm đặc tính tốc độ ngoài của động

Hình 4.18 Quan hệ giữa lượng bồ hóng và tốc độ vòng quay của

Hình 4.19 Phát thải CO ở các chế độ thử nghiệm theo chu trình

Hình 4.22 Quan hệ giữa độ khói và số vòng quay của động cơ

Hình 4.23 Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực

nghiệm của động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49 118

Để giảm các thành phần độc hại trong khí thải động cơ diesel, ngoài các biện pháp công nghệ như cải tiến kết cấu buồng cháy, sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải, tối ưu hóa các thông số của quá trình cung cấp nhiên liệu thì biện pháp sử dụng nhiên liệu sạch cho động cơ diesel, trong đó có nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) hiện đang được nhiều nước ứng dụng

Sử dụng động cơ chạy bằng lưỡng nhiên liệu diesel- LPG trên ô tô nhằm giảm khí thải độc hại là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm Biện pháp này khi áp dụng sẽ giải quyết được hai vấn đề là bảo

vệ môi trường không khí và tận dụng được nguồn nhiên liệu hiện đang có sẵn

ở nhiều nơi trên thế giới trong khi nhiên liệu hóa thạch đang dần có nguy cơ cạn kiệt

Để đảm bảo cho động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG mà ít phải thay đổi kết cấu có thể dùng biện pháp lắp đặt thêm bộ cung cấp LPG vào động cơ diesel nguyên thủy

Phương án này không chỉ sử dụng được cho các loại ô tô dùng động cơ diesel mới mà còn có thể sử dụng cho các loại xe ô tô đang lưu hành vì việc lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel là không phức tạp và

ít làm ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ

Ưu điểm nổi bật của động cơ lưỡng nhiên liệu theo phương án đã nêu

so với đơn nhiên liệu LPG là không phải chế tạo động cơ chuyên chạy LPG

mà vẫn đạt được mục đích giảm lượng khí thải độc hại

Hiện nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên ô tô, các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhận định chung về đặc điểm sử dụng LPG trên động cơ diesel như: khả năng giảm bụi khói và NOX, hiện tượng tăng phát thải HC và CO khi thay thế LPG vào diesel Tuy nhiên, một số nghiên cứu đưa ra các kết quả rất khác nhau mức giảm hoặc tăng các thành phần phát thải khi tăng tỷ lệ LPG thay thế Điều đó cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG phụ thuộc rất nhiều vào loại động cơ, thành phần nhiên liệu sử dụng, phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG và điều kiện vận hành động cơ

Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều nhưng chưa được chuyên sâu, các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG thôi chứ chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá trình cháy, hình thành các chất ô nhiễm

Với thực trạng trên, việc nghiên cứu tính toán xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG trở nên cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định hàm lượng các thành phần khí thải khi lắp thêm bộ cung cấp

khí hóa lỏng (LPG) vào động cơ diesel

- Đánh giá hiệu quả giảm phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

* Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu động cơ sử dụng

lưỡng nhiên liệu diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ và trung bình

* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về khí thải của đối tượng đã chọn

trên cơ sở giữ nguyên các chỉ tiêu kỹ thuật (công suất mô men) của động cơ diesel nguyên thủy

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm

* Về lý thuyết: Sử dụng lý thuyết về quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi

chất của động cơ đốt trong để xây dựng phương pháp xác định lượng khí thải

Sử dụng phần mềm AVL-BOOST để mô phỏng quá trình làm việc của động cơ và tính toán hàm lượng phát thải

* Về thực nghiệm: Thí nghiệm trên băng thử hiện đại theo chu trình

ECE của Cục Đăng kiểm Việt Nam để xác định hàm lượng các thành phần

khí thải độc hại, trên cơ sở đó sẽ hiệu chỉnh kết quả tính toán lý thuyết

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

* Ý nghĩa khoa học

Luận án đã xây dựng được phương pháp xác định các thành phần khí thải độc hại của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG

Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng để đánh giá lượng phát thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG

Luận án đã tiến hành thực nghiệm đánh giá và so sánh các thành phần khí thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG bằng hệ thống trang thiết bị thử nghiệm hiện đại, đạt tiêu chuẩn Quốc tế

* Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để đánh giá hiệu quả môi trường và năng lượng của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị trong giảng dạy, nghiên cứu khoa học và thực tế ứng dụng

6 Những nội dung chính của luận án

Luận án được trình bày trong 4 chương với cấu trúc như sau:

Mở đầu

Chương I Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương II Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG

Chương III Xây dựng mô hình xác định các thành phần khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG

Chương IV Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Kết luận và kiến nghị

5

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô

1.1.1 Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam

Trong những năm qua cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế, nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa ở Việt Nam cũng tăng nhanh Điều đó dẫn tới số lượng các phương tiện vận tải, đặc biệt là loại sử dụng nhiên liệu diesel ngày càng gia tăng Tính đến 31/12/2012, số lượng ô tô trên c ả nước đã lên tới 1.539.142 chiếc [4] Các số liệu biểu thị trên hình 1.1 và hình 1.2 cho thấy, trong khoảng thời gian từ năm 2008 đến 2012, số lượng ô tô trên cả nước đã tăng trên 60%, xe con và xe tải chiếm tỷ lệ tương đối lớn, tỷ lệ giao thông công cộng chỉ chiếm một phần nhỏ của giao thông đô thị

Phương tiện giao thông cơ gi ới đường bộ lưu hành ở Việt Nam bao gồm nhiều loại, có nhiều phương ti ện đã cũ , tiêu thụ nhiên liệu lớn , độ ồn và phát thải độc hại r ất cao Thực hiện Nghị định s ố 92/2001/NĐ-CP ngày 11/12/2001 của Chính phủ về điều kiện kinh doanh vận tải bằng ô tô và Nghị định số 23/2004/NĐ-CP ngày 13/01/2004 của Chính phủ về niên hạn sử dụng

ô tô tải và ô tô chở người , số lượng phương tiện quá cũ đã được giảm đi đáng kể Tuy nhiên, mức độ phát thải các chất độc hại vẫn còn ở mức cao

Số lượng phương tiện tăng quá nhanh trong khi hạ tầng giao thông không phát triển kịp đã tạo ra sức ép ngày càng lớn đối với môi trường đặc biệt là ở đô

Hình 1.1 Số lượng ô tô của cả nước theo năm

2008 2009 2010 2011 2012 (Nghìn xe)

thị Hà Nội là một thành phố có tốc độ phát triển số lượng phương tiện giao thông đường bộ ở mức cao Tính đến 31/12/2012, số lượng ô tô đạt 334.399 chiếc [4] Các số liệu biểu thị trên hình 1.3 và hình 1.4 cho thấy, trong khoảng thời gian từ năm 2008 đến 2012, số lượng ô tô trên cả nước đã tăng lên gấp khoảng 1,5 lần, trong đó gia tăng chủ yếu là xe con, số lượng xe tải và xe khách thay đổi không đáng kể

Tốc độ phát triển các loại phương tiện giao thông đường bộ ở Thành phố

Hồ Chí Minh cũng tăng lên rất nhanh, chủ yếu là các loại xe con và xe tải Tính đến 31/12/2012, số lượng ô tô tại Thành phố Hồ Chí Minh đạt 307.724 chiếc [4]

Các số liệu biểu thị trên hình 1.5 và hình 1.6 cho thấy, trong khoảng thời gian từ năm 2008 đến 2012, tổng số phương tiện giao thông đường bộ tại thành

Hình 1.3 Số lượng ô tô tại Hà Nội theo năm

2008 2009 2010 2011 2012 (Nghìn xe)

Hình 1.6 Các loại ô tô tại TP HCM theo năm

0 40 80 120

160

Xe con Xe tải Xe khách

2008 2009 2010 2011 2012 (Nghìn xe)

Hình 1.5 Số lượng ô tô tại TP HCM theo năm

1.1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô ở Việt Nam

Sản phẩm cháy được thải ra từ động cơ đốt trong gồm ôxit nitơ (NOx), mônôxit cácbon (CO), hyđrô cácbon (HC), chất thải hạt (PM) và anđêhit, các thành phần này là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm không khí Theo kết quả thống kê thì động cơ đốt trong là nguồn đóng góp xấp xỉ một nửa lượng chất

ô nhiễm NOx, CO, và HC trong không khí [56] Các chất ô nhiễm này gây nhiều tác hại khác nhau cho sức khỏe và môi trường Ví dụ, NOx phản ứng với hơi nước tạo thành axit nitric và phản ứng với bức xạ ánh sáng mặt trời tạo thành khí ô-zôn trong khí quyển, cả hai sản phẩm này đều gây ra các vấn

đề đối với hệ hô hấp Mônôxit cácbon dễ kết hợp với Hb tạo thành các Methemoglobin gây trở ngại cho sự vận chuyển khí ôxi trong hệ tuần hoàn của con người Ngoài ra, các hyđro cacbon có thể gây ra sự đột biến tế bào và cũng góp phần hình thành ô-zôn trong khí quyển [10]

Tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp hình thành hỗn hợp và cháy, tình trạng của động cơ mà nồng độ các thành phần phát thải của các động cơ khác nhau Trong khi động cơ xăng có hàm lượng các thành phần phát thải CO và HC cao thì động cơ diesel lại thải ra môi trường một lượng

PM và NOx lớn [27]

Số lượng phương tiện tăng quá nhanh trong khi hạ tầng giao thông không phát triển kịp đã gây ra tình trạng ùn tắc giao tại các thành phố lớn

Trong khi đó chúng ta lại chưa có các biện pháp kiểm soát hữu hiệu để giảm phát thải dẫn đến đến tình trạng ô nhiễm không khí tại các các thành phố lớn, đặc biệt là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đã ở mức báo động Ngoài 05 thành phố thuộc Trung ương thì các thành phố thuộc tỉnh là trung tâm phát triển của vùng như Huế, Vinh, Nam Định, Hạ Long, Nha Trang… cũng có

nguy cơ ô nhiễm không khí rất cao [56]

Ô nhiễm không khí tại các trục giao thông và khu vực dân cư xung quanh đường giao thông chủ yếu là do khí thải các loại xe cơ giới Trừ bụi xây dựng thì các nguồn khác như khí thải từ các chất đốt dùng trong sinh hoạt hoặc khí thải của các nhà máy công nghiệp ở khu vực khác lan sang cũng có ảnh hưởng đến ô nhiễm không khí trong khu vực nội thành nhưng không lớn Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2009 [56], kết quả quan trắc môi trường không khí trên toàn quốc cho thấy lĩnh vực giao thông ước tính chiếm khoảng 85% đối với CO và 95% đối với VOCs , các hoạt động công nghi ệp và sinh hoạt chỉ chiếm 10-30 % Trong đó, khí thải của xe cơ giới là nguồn chính gây ô nhiễm CO, HC, PM10, NOx và các chất phụ gia trong xăng như benzene,

toluene, xylene Phát thải SO2 và

bụi hạt thì phát sinh chủ yếu từ

các nguồn thải công nghiệp và

Hình 1.7 Phát thải độc hại từ các loại

phương tiện khác nhau ở Vi ệt Nam

9

đó phát thải độc hại chủ yếu của xe máy là CO, HmCn và VOC

Các nghiên cứu gần đây mới chỉ tập trung thống kê mức độ ô nhiễm không khí tại một số trục giao thông chính tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một số đô thị lớn Các số liệu quan trắc cho thấy các thành phố lớn

ở nước ta đều bị ô nhiễm bụi TSP, PM10, CO, HC, NOx và một số chất phụ gia trong xăng như Benzen Hàm lượng chì trong không khí tuy chưa vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhưng có xu hướng tăng trở lại Dự báo mức độ gia tăng lượng phát thải các chất ô nhiễm do hoạt động giao thông vận tải được

Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí chủ yếu là tác động xấu đến sức khỏe con người và gây thiệt hại kinh tế do chi phí để khắc phục các vấn đề về sức khỏe Có thể nói, vấn đề ô nhiễm do khí thải của động cơ đã mang tính thời sự toàn cầu và Việt Nam chúng ta không thể là một ngoại lệ

1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng LPG

1.2.1 Tình hình sản xuất LPG

1.2.1.1 Tình hình sản xuất LPG trên thế giới

Theo số liệu thống kê của hãng tư vấn năng lượng quốc tế Purvin & Gertz của Mỹ [61], sản lượng LPG sản xuất trên thế giới liên tục tăng (trung bình 5-10%/năm) kể từ thập kỷ 90 đến nay và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong những năm tới

Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2000 đạt mức 198 triệu tấn, năm 2008 đạt 239 triệu tấn Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới tăng khoảng 2,4% một năm trong giai đoạn 2000-2008 Năm 2013 nguồn cung thế giới có thể đạt 260 triệu tấn và dự báo năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn Trong tổng lượng LPG cung cấp trên thị trường, 60% LPG được sản xuất từ quá trình xử lý khí, 39,5% sản xuất từ các nhà máy lọc dầu, còn lại 0,5% sản xuất

từ các nguồn khác

Hình 1.8 Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu [61]

1.2.1.2 Tình hình sản xuất LPG ở Việt Nam

Việt Nam có trữ lượng khoảng 3000 tỷ m3 khí tập trung chủ yếu ở thềm lục địa nước ta Năm 2009 Nhà máy chế biến khí Dinh Cố bắt đầu sản xuất

Sản lượng thặng dư

11

LPG (sản lượng khoảng 29.000 tấn/tháng) phục vụ cho công nghiệp và dân dụng Từ qúy II năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng chính thức đi vào hoạt động, đã cho ra sản phẩm LPG thương mại đầu tiên

Trong tương lai, khi các nhà máy lọc, hoá dầu khác như Nghi Sơn, Long Sơn,… hoàn thành theo qui hoạch PVN (Petrovietnam) đã phê duyệt thì sản lượng khí đồng hành của các nhà máy trên sẽ là nguồn cung cấp LPG rất lớn, khi đó chúng ta có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng LPG của cả nước

Dự báo sản lượng LPG tại Việt Nam sẽ đạt 1,86 triệu tấn năm 2015 và đạt 2,88 triệu tấn năm 2025

1.2.2 Tình hình sử dụng LPG

Trên thế giới

Việc sử dụng LPG trên thế giới tập trung vào bốn lĩnh vực, tiêu dùng dân dụng hiện có khối lượng sử dụng lớn nhất chiếm gần 50%, tiếp theo là lĩnh vực hoá chất chiếm 24%, sử dụng LPG trong công nghiệp đứng thứ ba với tổng mức tiêu thụ chiếm khoảng 13%, trong khi vận tải chỉ đứng thứ 4 với tổng lượng tiêu thụ hàng năm chiếm 8,8%

1.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG

1.3.1 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới

1.3.1.1 Theo hướng tính toán lượng phát thải các chất độc hại và các yếu tố ảnh hưởng

Tính toán lượng phát thải các chất độc hại trong khí thải là một trong những nội dung quan trọng để đánh giá chất lượng bảo vệ môi trường của động cơ Ngay từ khi vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra, đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này

Việc tính toán phát thải dựa trên mô hình mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel được giới thiệu khá chi tiết trong công trình của tác giả Badami M, Nuccio P, Trucco G (Technology for Diesel Fule Injection and Spray) (1999), [36] Mô hình ba chiều về sự hình thành PM và

NOX trong động cơ diesel buồng cháy thống nhất cũng được đề cập trong nghiên cứu của Z.X Hou và J.Abraham (University of Minesota) (1995) [45]

Ảnh hưởng của một số thông số như áp suất phun, hình dạng hình học của vòi phun đến phát thải các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp đã được nhóm tác giả D.A Pierpont và R.D Reitz (Universty of Wisconsin-Madison) (1995) [59] làm rõ Đây là một trong những đóng góp đáng kể cho quá trình nghiên cứu giảm ô nhiễm của động cơ diesel Tác động của tốc độ phun đến sự phát thải ô nhiễm của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp cũng được đề cập trong công trình của tác giả J.W Hwang, H.J Kai, M.H Kim và các đồng sự (INHA University) (1999) [47]

BEROUN (Stanislav Techn Univ Liberec - Czech Republic) và MARTINS, Jorge (Univ Minho - Portugal) (2001) [38] đã xác định được nồng độ các chất CO, HC, NOx, CO2, PM trong khí thải của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - CNG và diesel - LPG Kết quả nghiên cứu của tác giả đã cho thấy hàm lượng NOX và PM trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu giảm tùy thuộc vào tốc độ và tải trọng của động cơ

Z.H Zhang, C.S Cheung, T.L Chan và C.D Yao (State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300 072, PR China) (2009) [74] đã tìm ra được ảnh hưởng đến thành phần khí thải của động cơ diesel khi phun thêm khí metanol vào đường ống nạp của động cơ

13

Thierry Seguelong [71] đã tiến hành thực nghiệm so sánh 3 phương pháp cắt giảm phát thải NOx trên động cơ diesel, kết quả đạt được cho thấy, sử dụng bộ xúc tác SCR có thể giúp cho động cơ mới đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 6, trong khi giải pháp LNT và EGR có thể giúp động cơ đạt được tiêu chuẩn phát thải Euro V

Công trình của các tác giả Bogdan Cornel BENEA và Adrian Ovidiu SOICA (TRANSILVANIA University of Brasov) (2007) [37] đã so sánh kết quả thực nghiệm đo khí thải của một động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG Tác giả đã làm rõ được hiệu quả giảm phát thải PM đối với động cơ diesel – LPG là rất đáng kể, đồng thời cũng cho thấy lượng phát thải HC và CO tăng lên khi sử dụng lưỡng nhiên liệu

Khả năng giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng phương án phun LPG vào đường ống nạp đã được các tác giả Dong Jian, Gao Xiaohong, Li Gesheng và Zhang Xintang, (Wuhan University of Technology) (2001) [41] nghiên cứu thành công trên một động cơ diesel lắp trên ô tô buýt Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đưa thêm LPG vào nhiên liệu diesel, lượng phát thải PM và NOx giảm mạnh Các tác giả cũng đã làm rõ ảnh hưởng của các thông số như áp suất phun, thời gian phun và đường kính lỗ phun đến độ

ổn định của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG

Kết quả nghiên cứu của Thomas Renald C.Ja và Somasundaram P trên một động cơ diesel có hệ thống phun nhiên liệu điện tử [69] cho thấy mức giảm phát thải NOx khi pha thêm tỷ lệ % LPG khác nhau ở các chế độ tải trọng khác nhau

Biện pháp giải quyết hiện tượng tăng lượng phát thải độc hại HC và

CO khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG đã được các tác giả M P Poonia, (Engineering College, Kota, Rajasthan), A Ramesh (Indian Institute

of Technology Madras, Chennai) và R R Gaur (Indian Institute of

Technology Delhi, New Delhi-110 016) (1999) [57] tiến hành thực nghiệm trên một động cơ diesel Nghiên cứu đã chỉ rõ tác dụng của việc sử dụng biện pháp luân hồi khí xả để giảm lượng khí thải độc hại của một động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG là rất hiệu quả, đặc biệt là ở chế độ tải trung bình và tải nhỏ

Các công trình kể trên đã cho thấy phương pháp xác định hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel và động cơ diesel-LPG tùy thuộc vào loại động cơ, mục đích nghiên cứu và điều kiện hoạt động thực tế Với các động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, việc tính toán các thành phần khí thải thường sử dụng phương pháp mô phỏng kết hợp với thực nghiệm Chất lượng quá trình cháy và hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel-LPG phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như phương pháp hòa trộn hỗn hợp diesel-LPG, tỷ lệ hòa trộn, thành phần nhiên liệu, thông số kết cấu của động cơ…Do vậy, muốn xác định được thành phần khí thải của động cơ, cần phải tiến hành nghiên cứu trên những động cơ cụ thể

1.3.1.2 Theo hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG vào thực tế

Trên thế giới, việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG thực

tế chưa phổ biến như chuyển đổi động cơ đơn nhiên liệu LPG, tuy nhiên việc nghiên cứu, thử nghiệm chuyển đổi lưỡng nhiên liệu ngày càng được quan tâm đặc biệt Loại phương tiện chuyển đổi chủ yếu tập trung vào các loại ô tô tải và ô tô chở khách chạy trong các đô thị lớn

Liên xô cũ là một trong những nước đi tiên phong trong việc nghiên cứu, ứng dụng động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG Vào những năm

70 của thế kỷ 19, Liên xô đã nghiên cứu chuyển các động cơ máy kéo M-17, Д-54 và V-2 sang sử dụng LPG với phương pháp trộn hỗn hợp bên ngoài và phát cháy bằng tia lửa điện

Clark Material Handling Company là một Công ty sản xuất ô tô có trụ

15

sở tại Lexington, Kentucky (Mỹ) cũng là hãng đi tiên phong trong việc sử dụng động cơ diesel - LPG vào các xe nâng hàng hóa Hiện nay có 250.000 xe nâng hàng của Clark được sử dụng tại Bắc Mỹ và trên 350.000 chiếc sử dụng trên toàn thế giới [52]

Ở Anh việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG bắt đầu từ năm 1996 và được hiệp hội LPGA (LPG Autogas) phê chuẩn vào năm 2000 Đến nay ở Anh đã có khoảng 90.000 xe ô tô các loại được chuyển đổi sang đa nhiên liệu GSPK là một trong những hãng đi đầu về công nghệ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG tại Anh Hãng đã lắp đặt hơn 500 xe tải hạng nặng sử dụng lưỡng nhiên liệu và đều rất thành công [79]

Việc ứng dụng chuyển đổi lưỡng nhiên liệu cho động cơ diesel cũng rất phổ biến ở Australia, nó được ứng dụng trên hầu hết các loại xe từ phương tiện

cá nhân cho đến phương tiện giao thông công cộng, thậm chí cả tàu thủy Theo Eco - gas thì tại Australia có khoảng gần 20 công ty kinh doanh trong lĩnh vực lắp đặt bộ chuyển đổi, trung bình một tháng tại Australia có khoảng 5000-8000 phương tiện các loại chuyển đổi sang sử dụng lưỡng nhiên liệu [79]

Philipin là quốc gia đi đầu ở khu vực Đông Nam Á trong việc ứng dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG đại trà trên các phương tiện công cộng Tháng 6

năm 2008 tổng thống Gloria Macapagal-Arroyo đã dành một khoản ngân sách

một tỷ peso để thực hiện dự án chuyển đổi các phương tiện công cộng sử dụng nhiên liệu diesel sang sử dụng diesel - LPG Hiện tại có khoảng 53 trạm tiếp LPG cho các phương tiện sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu tại thủ đô Manila của Philippin MACRO Liquefied Petroleum Gas Co Inc, một công ty cung cấp LPG tại Philipin đang có kế hoạch mở rộng mạng lưới LPG ra các thành phố khác của Philipin như Baguio, Cebu và Davao Công ty cũng hứa hẹn sẽ sản xuất 15.000 phương tiện sử dụng lưỡng nhiên liệu mỗi năm bao gồm xe bus và taxi

* Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở trên cho thấy, trên

thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khí thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG Các công trình tập trung chủ yếu vào loại động

cơ lắp trên ô tô khách, ô tô tải trọng lớn, ô tô chuyên dùng Các nghiên cứu sử dụng động cơ diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ còn rất hạn chế

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước

1.3.2.1 Theo hướng tính toán lượng phát thải và các nhân tố ảnh hưởng

Ở trong nước nói chung, nghiên cứu nhằm xác định lượng phát thải do hoạt động của các phương tiện giao thông đã được các nhà khoa học và quản

lý môi trường rất quan tâm trong những năm gần đây

Công trình nghiên cứu về ngọn lửa khuếch tán bên ngoài động cơ của Bùi Văn Ga (Đại học Đà Nẵng) đã cho thấy ảnh hưởng của quá trình cháy và

sự hình thành các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ diesel Luận án tiến sĩ kỹ thuật của Trần Văn Nam (Đại học Đà Nẵng) đã đóng góp cho việc mô hình hóa động cơ đánh lửa cưỡng bức và tính toán động học phản ứng quá trình hình thành CO trong buồng cháy [16] Luận án tiến sỹ kỹ thuật của Phạm Xuân Mai đã góp phần đưa mô hình ngọn lửa khuếch tán bên ngoài động cơ vào bên trong buồng cháy động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp và nghiên cứu quá trình hình thành bồ hóng của nó [14] Luận án tiến sĩ kỹ thuật của Trần Thanh Hải Tùng đã góp phần nghiên cứu sự hình thành NOX trong quá trình cháy của động cơ diesel buồng cháy phân chia [21]

Đề tài tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên phun trực tiếp cho động cơ có tỷ số nén cao của Lê Văn Tụy (Đại học Đà Nẵng) (2009) [25] đã xây dựng được mô hình tính toán hệ thống phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên điều khiển bởi rơ le điện từ kép cho động cơ diesel, qua đó cho phép nâng cao hiệu suất nhiệt và công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu hơn, đồng thời giảm thiểu tốt hơn ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông gây ra

Nguyễn Hoàng Vũ (Học viện kỹ thuật quân sự) (2005) [29] đã nghiên

17

cứu tính toán thành phần mol của sản vật cháy theo động học cân bằng và xác định hàm lượng các chất độc hại trong khí thải theo các phương trình phản ứng và giải bằng mô hình Zeldovich Sau khi sử dụng một phần mềm máy tính để tính toán, tác giả đã xác định được hàm lượng NOx trong khí thải động cơ diesel khi thay đổi các biến số đầu vào khác nhau như tốc độ quay trục khuỷu, áp suất bắt đầu nâng kim phun, góc phun sớm

Mức độ phát thải của các loại động cơ ô tô đã được nhóm nghiên cứu gồm Lê Anh Tuấn, Nguyễn Duy Vinh, Nguyễn Đức Khánh (Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) (2009) [20] xác định bằng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm động cơ thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Kết quả là đã xác định được hệ số phát thải các chất độc hại của một số động cơ lắp trên các ô tô như Ford Laser, Ford Ranger, Toyota Innova, Toyota Prado

Đối với động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, việc tính toán phát thải dựa chủ yếu vào các kết quả thực nghiệm Phạm Hữu Tuyến, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Thế Trực (Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) (2011) [2] đã tiến hành nghiên cứu tính toán thực nghiệm đo lượng phát thải của động cơ diesel lắp trên xe buýt Kết quả thực nghiệm theo chu trình ECE R49 cho thấy, khi lắp thêm bộ hóa hơi giảm áp để phun LPG vào đường ống nạp, mức độ phát thải của một số chất độc hại trong khí thải như PM, NOx giảm đáng kể

Ảnh hưởng của tốc độ động cơ và mức tải đến lượng phát thải của động

cơ diesel - LPG đã được Mai Sơn Hải (Đại học Nha Trang) (2008) [9] nghiên cứu tính toán thực nghiệm trên một động cơ diesel có lắp thêm hệ thống cung cấp LPG Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với động cơ diesel - LPG khi hoạt động ở chế độ tải cao, độ khói giảm đáng kể, tuy nhiên một số thành phần khác như HC, CO tăng nhưng lượng tăng không đáng kể, giá trị vẫn nằm trong giới hạn cho phép

Kết quả nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Xuân (Đại học

Đà Nẵng) (2005) [21] đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp diesel - LPG

đến các thành phần khí thải của động cơ Các tác giả cũng đã chỉ ra được những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên động cơ diesel

Chu Mạnh Hùng (Bộ Giao thông Vận tải) (2006) [11] đã khảo sát thử nghiệm và đưa ra kết luận về khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường của ô

tô sử dụng nhiên liệu LPG, đồng thời khẳng định hiệu quả kinh tế của việc sử dụng khí hóa lỏng cho các loại ô tô ở Việt Nam

Vũ An (Viện dầu khí Việt Nam) (2009) đã chủ trì cùng với nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giới thiệu một giải pháp cắt giảm phát thải khói đen cho động cơ xe buýt thông qua việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG Nghiên cứu này hiện đang được tiếp tục thực hiện với mục đích đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho phương tiện giao thông [2]

Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn (Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) (2010)

đã nghiên cứu khả năng giảm ô nhiễm môi trường của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ mỡ cá basa và nhiên liệu khí hóa lỏng LPG Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiều ưu việt khi sử dụng các loại nhiên liệu thay thế này trên động cơ diesel

1.3.2.3 Theo hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG vào thực tế

Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng LPG cho xe máy và ô tô con sử dụng xăng đã được thực hiện và công bố rộng rãi, tuy nhiên, các nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng LPG trên động cơ diesel còn rất hạn chế

Hiện đã có một số ứng dụng trong việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG trên ô tô nhằm giảm ô nhiễm môi trường không khí Điển hình là nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG trên ô tô buýt năm 2009 của Viện dầu khí Việt Nam [2] Nghiên cứu này,

Một số trường đại học cũng đã có những đề tài nghiên cứu thực nghiệm

sử dụng động cơ diesel – LPG Ví dụ, nghiên cứu ứng dụng khả năng sử dụng lưỡng nhiên liệu trên động cơ diesel cỡ nhỏ (động cơ 1 xy lanh) của nhóm nghiên cứu thuộc Trường ĐH Bách khoa Hà Nội, nghiên cứu quá trình cháy trong xy lanh động cơ diesel – LPG của nhóm tác giả Trường ĐH Đà Nẵng

* Nhận xét: Ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về động

cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG Các kết quả bước đầu đã cho thấy tác dụng giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường của ô tô khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG, đặc biệt là khả năng giảm phát thải

PM trên một số động cơ Tuy nhiên, các công trình trong nước mới tập trung chủ yếu vào nghiên cứu trên một số động cơ lắp trên ô tô tải trọng lớn, máy tàu thủy và ô tô khách, chưa có công trình nghiên cứu hoàn thiện nào về tính toán khí thải của động cơ diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ

1.4 Kết luận chương I

1 Cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước, số lượng phương tiện vận tải đường bộ cũng tăng lên một cách nhanh chóng, điều đó tạo ra sức ép

ngày càng lớn đối với môi trường không khí đặc biệt là ở các đô thị nơi có mật độ dân cư lớn và lưu lượng phương tiện tham gia giao thông cao

2 Hiện tại môi trường không khí dọc theo các tuyến đường ở Hà Nội

và thành phố Hồ Chí Minh đã bị ô nhiễm ở mức báo động, do vậy việc đặt vấn đề nghiên cứu nhằm giảm phát thải các chất độc hại từ các phương tiện vận tải sử dụng động cơ diesel chạy trong các thành phố ở Việt Nam hiện nay

là rất cần thiết

3 Trong các phương án nghiên cứu giảm sự phát thải các chất độc hại của động cơ diesel thì phương án sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm Nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã đầu tư tài chính, công sức cho nghiên cứu này

4 Ở Việt Nam ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều, nhưng chưa chuyên sâu Các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG chứ chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá trình cháy, hình thành các chất ô nhiễm

Trên cơ sở kế thừa kết quả đạt được của các tác giả đi trước, luận án tập trung nghiên cứu, xây dựng phương pháp xác định lượng phát thải của động

cơ diesel và động cơ diesel - LPG lắp trên xe ô tô Đồng thời, đánh giá hiệu quả giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG

Sơ đồ chung về quá trình nghiên cứu của luận án được trình bày trên hình 1.9

cơ diesel - LPG

So sánh độ chính xác của mô hình Đánh giá kết quả nghiên cứu

Kết luận chung Hướng phát triển

Khảo sát ảnh hưởng

của các thông số đến

thành phần khí thải

Lựa chọn động cơ, thiết bị thử nghiệm

Xác định lượng phát thải của động

cơ diesel và động cơ diesel - LPG

Lắp đặt thiết bị hòa trộn LPG vào động

cơ diesel

Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA

ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL - LPG

2.1 Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel - LPG

2.1.1 Các phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel - LPG

2.1.1.1 Trộn nhiên liệu diesel với LPG dạng lỏng trước khi phun vào buồng đốt

Hệ thống cung cấp nhiên liệu loại này gồm có bình chứa khí hóa lỏng LPG áp suất cao, hệ thống van kết nối với bình chứa điều khiển lưu lượng khí hóa lỏng LPG, bộ trộn (hình 2.1) [41] Hệ thống van điều tiết, kiểm soát lưu lượng được điều khiển bằng mô đun điều khiển trung tâm, căn cứ vào các tín hiệu từ các cảm biến của xe, theo nhu cầu nhiên liệu của động cơ

Nhiên liệu diesel được nén bằng bơm và chứa trong bình áp lực cao trước khi đưa vào buồng trộn Lượng diesel cung cấp được điều khiển bằng van kiểm soát lưu lượng và được điều khiển bởi bộ điều khiển điện tử

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống trộn nhiên liệu diesel - LPG ở dạng lỏng

Nhiên liệu LPG ở dạng lỏng được đưa từ bình chứa qua các van điều khiển và trộn với diesel tại buồng trộn thành một hỗn hợp nhiên liệu lỏng, hỗn hợp này vẫn được duy trì áp suất và được bơm vào ống góp chung