tài liệu môn học động cơ sử dụng nguyên liệu mới

Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để lưu giữ nhiên liệu được lâu hơn và Biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hay đặc lại trong thời t

1

Mục lục

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU THAY THẾ 4

1.1 Một số thông số đặc trưng của nhiên liệu động cơ đốt trong 4

1.1.1 Chỉ số cetan 4

1.1.2 Chỉ số octan 4

1.1.3 Nhiệt trị của nhiên liệu 4

1.2 Nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ 4

1.2.1 Nhiên liệu LPG 4

1.2.2 Nhiên liệu CNG 10

1.3 Nhiên liêu có nguồn gốc sinh học 12

1.3.1 Nhiên liệu biogas 12

1.3.2 Nhiên liệu biodiesel 19

1.3.3 Nhiên liệu Ethanol 20

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LPG-CNG 32

2.1 Đặc điểm chung của động cơ dùng nhiên liệu LPG: 32

2.1.1 Momen, công suất động cơ 32

2.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 32

2.1.3 Mức độ phát ô nhiễm 32

2.1.4 Tính an toàn và tuổi thọ động cơ 33

2.2 Phương án cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ 33

2.2.1 Cung cấp nhiên liệu LPG dạng khí dùng bộ chế hòa khí 34

2.2.2 Cung cấp nhiên liệu LPG dạng phun nhiên liệu 38

2.3 Các phương án điều khiển cung cấp LPG 40

2.3.1 Hệ thống cơ học, điều khiển điện 40

2.3.2 Hệ thống cơ học, điều khiển điện tử và chất xúc tác 41

2.3.3 Hệ thống phun LPG điều khiển điện tử 42

2.3.4 Phun theo chu kỳ độc lập 43

2

2.4 Đặc điểm kết cấu phương án cung cấp LPG cho xe máy 43

2.4.1 Hệ thống nhiên liệu cho xe gắn máy chỉ sử dụng LPG 44

2.4.2 Hệ thống nhiên liệu cho xe gắn máy sử dụng hai nhiên liệu (LPG/xăng): 46 2.5 Đặc điểm kết cấu phương án cung cấp LPG cho ô tô dùng họng Ventury 48

2.5.1 Sơ đồ nguyên lý 48

2.5.2 Các cụm chi tiết chính 49

2.6 Đặc điểm kết cấu phương án cung cấp LPG dùng hệ thống phun điều khiển điện tử 54

2.6.1 Sơ đồ nguyên lý 54

2.6.2 Nguyên lý điều khiển 55

2.6.3 Các chi tiết chính 56

2.7 Đặc điểm kết cấu phương án phun CNG điều khiển điện tử 62

2.7.1 Sơ đồ nguyên lý 62

2.7.2 Các cụm chi tiết chính 62

CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS 66

3.1 Đặc điểm của động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas 66

3.2 Các phương án cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại 66

3.2.1 Van tiết lưu cơ khí 66

3.2.2 Van công suất kiểu chân không 68

3.2.3 Hệ thống hai van chân không 69

3.2.4 Hệ thống ba van chức năng với van làm đậm kiểu cơ khí 70

3.2.5 Hệ thống biogas/xăng độc lập với bộ điều tốc điện từ 71

3.2.6 Hệ thống phối hợp xăng/biogas với bộ điều tốc điện từ 72

3.2.7 Hệ thống xăng/biogas độc lập với van làm đậm kết hợp van công suất 73

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DÙNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS 74

4.1 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) với các % năng lượng diesel làm mồi 74

4.2 Thiết kế, tính toán phương án cung cấp biogas cho động cơ 84

4.2.1 Sơ đồ hệ thống 84

3

4.2.2 Thiết kế, bố trí, tính toán bộ hòa trộn 84

4.2.3 Thiết kế, tính toán van tiết lưu Biogas 95

4.2.4 Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas 100

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DÙNG CỒN 110

5.1 Tính toán nhiệt khi sử dụng hỗn hợp cồn và xăng 110

5.1.1 Quá trình nạp 110

5.1.2 Qúa trình nén 111

5.1.3 Quá trình cháy 113

5.1.4 Quá trình giãn nở 114

5.1.5 Tính toán các thông số của chu trình công tác 114

5.1.6 Các chỉ tiêu có ích 115

5.1.7 Kiểm nghiệm công suất của động cơ 115

5.2 Các phương án dùng cồn trên xe máy 115

5.2.1 Động cơ xăng chạy hoàn toàn bằng cồn 116

5.2.2 Động cơ xăng chạy bằng hỗn hợp cồn-xăng 116

5.3 Tính toán các thông số cơ bản của Bộ chế hòa khí khi dùng hỗn hợp cồn xăng 132

5.3.1 Tính các thông số tại họng bộ chế hòa khí 132

5.3.2 Tính các thông số của gíc lơ 133

4

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU THAY THẾ

1.1 Một số thông số đặc trưng của nhiên liệu động cơ đốt trong

1.1.1 Chỉ số cetan

Số cetan của nhiên liệu là số phần trăm tính theo thể tích của chất cetan có trong 1 hỗn hợp nhân tạo gồm cetan với chất anphamêtin naptalin, nói lên khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu Hỗn hợp này có chỉ số nén giới hạn giống như của nhiên liệu thí nghiệm Việc chọn lựa hỗn hợp mẫu được tiến hành trong cùng một động cơ đã dùng để xác định

tỉ số nén đối với nhiên liệu làm thí nghiệm

Cetan đó là cacbua-hydro loại paraphin thông dụng C16H34 mà số cetan chất này là

100

Anphamêtin naptalin là một loại cacbua-hydro thơm hai vòng có chứa nhóm mêtin trộn lẫn với các nguyên tử hydro ( -C10H7CH3), đây là một chất khó bốc cháy, người ta lấy số cetan của chất này bằng 0

1.1.2 Chỉ số octan

Tính chống kích nổ là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của nhiên liệu động cơ đốt cháy cưỡng bức Khi dùng loại nhiên liệu có tính chống kích nổ không thích hợp với tỷ số nén, kết cấu của động cơ,.v.v thì quá trình cháy trong động cơ

sẽ bị phá hoại và dẫn đến cháy kích nổ Tính chống kích nổ của nhiên liệu có liên quan chặt chẽ với tính tự cháy của nhiên liệu, nó phụ thuộc vào thành phần của nhiên liệu Một trong những phương pháp để đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu được dùng rộng rãi là chỉ số octan

Số octan của nhiên liệu là số phần trăm izo-octan C8H18 tính theo thể tích trong hỗn hợp với chất heptan C7H16 tương đương về tính kích nổ với nhiên liệu thí nghiệm

Chất izo-octan được dùng trong hỗn hợp chuẩn với trị số octan là 100 còn chất thành phần thứ hai của hỗn hợp chuẩn là chất heptan, với số octan coi như là 0

1.1.3 Nhiệt trị của nhiên liệu

Nhiệt trị là một đặc tính phổ biến và rất chung của nhiên liệu, nó xác định giá trị nhiên liệu dùng cho tất cả các loại động cơ nhiệt và các thiết bị động lực khác

1.2 Nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ

1.2.1 Nhiên liệu LPG

1 Tính chất lý hoá của LPG

5

a Thành phần hóa học

Khí hóa lỏng LPG là sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất dầu và tinh luyện khí thiên nhiên Thành phần chủ yếu là C3H8 (Propan) và C4H10 (Butan) được nén theo tỷ

lệ phần trăm Propan trên phần trăm Butan

Ở nhiệt độ và áp suất khí quyển LPG ở dạng khí Để thuận tiện về tồn chứa và vận chuyển LPG được hóa lỏng 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, khu vực mà tỷ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có tỷ lệ giữa Propan và Butan là 50/50 hay 30/70 Ở Châu Á, thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng khá ổn định, chứa chủ yếu là Hydrocacbon C4, chẳng hạn như ở Hàn Quốc chỉ có Butan là khí hóa lỏng được sử dụng phổ biến Ngược lại ở

Mỹ thì chỉ có Hydrocacbon C3 được sử dụng

Đặc biệt trong thành phần khí hóa lỏng LPG chứa rất ít lưu huỳnh thường chỉ chứa (4060) ppm, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn, cho phép của cộng đồng Châu Âu (200ppm) một tiêu chuẩn khắt khe nhất về các chất phụ gia có trong nhiên liệu Do đó, động cơ dùng LPG phát ra rất ít các chất ô nhiễm gốc lưu huỳnh và hiệu quả của bộ lọc xúc tác được cải thiện

b Các tính chất của LPG

Do thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butane nên tính chất của LPG là tính chất của Propane và Butane

LPG có đặc tính sau:

- Là một chất lỏng không màu (trong suốt)

- Là một chất lỏng không mùi, không vị, tuy nhiên trong thực tế trong quá trình chế biến được pha thêm Ethyt Mecaptan có mùi đặc trưng để dễ phát hiện rò rỉ Nồng độ mùi phải đủ để nhận ra trước khi chúng tạo thành hỗn hợp nổ

- Bản thân LPG không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng đến thực phẩm và sức khỏe con người, tuy nhiên không nên hít vào với số lượng lớn, vì có thể gây ngạt thở hay say do thiếu Ôxy

- LPG nặng hơn không khí (1,52) lần, nhẹ hơn nước 0,5 lần vì vậy nếu thoát ra ngoài hơi LPG sẽ lan truyền ở mặt đất và tập trung ở những phần thấp nhất, như rãnh, hố ga, tuy nhiên nó sẽ tản mất ngay khi có gió

- LPG được tồn chứa trong các loại bể chịu áp lực khác nhau, chúng tồn tại ở trạng thái bão hoà Gas lỏng ở dưới, hơi Gas ở phía trên theo quy định an toàn các loại bể chứa LPG chỉ được phép nhập (8085)% thể tích, phần còn lại đảm bảo cho sự giãn nở vì nhiệt của LPG

6

- Đặc trưng lớn của LPG khác với các loại khí khác là chúng tồn tại ở dạng bão hòa nên với thành phần không đổi (70% Butan -30% Propan) Áp suất bão hòa trong bể chứa cũng như trong hệ thống không phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài Thông thường Gas Petrolimex có áp suất 4,5 kg/cm27,8kg/cm2 ở nhiệt độ (15 30) 0C

- LPG có tỷ lệ giãn nở lớn: một đơn vị thể tích Gas lỏng bay hơi tạo ra 250 đơn vị thể tích hơi, do vậy LPG chỉ thuận tiện và kinh tế khi vận chuyển và tồn chứa ở dạng lỏng

- LPG còn là nhiên liệu sạch: Hàm lượng lưu huỳnh thấp (< 0,02%), khi cháy chỉ tạo

ra CO2 và hơi nước, không tạo muội, không tạo khói, đặc biệt không sinh ra khí SO2,

H2S, CO

- LPG hoá lỏng có nhiệt trị riêng theo khối lượng cao, cao hơn cả xăng hay dầu Diesel (Bảng 1.1) Tuy nhiên do khối lượng riêng của nó thấp, nhiệt trị riêng theo thể tích thấp hơn nhiên liệu lỏng khác [6]

Bảng 1.1 So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển

Thông số đặc

trưng

Eurosper Diesel Propane

thương mại

Butane thương mại

LPG

Khối lượng

riêng (kg/dm3)

0,7250,78

0,820,86

0,58 Nhiệt trị thấp:

Bảng 1.2 Chỉ số Octan của một số chất

Propane Propène

n -Butane Isobutane But -1 -ène

>100

102

95

>100 (98)

7

2 So sánh tính năng của LPG và xăng

Bảng 1.3 So sánh đặc tính của LPG và các nhiên liệu khác

Có

750 42,9 14,4

85  98

Có

860 42,6 14,5

Không

550

50 17,26

115

Không

555

46 15,5

110  120 Theo kết quả bảng 1.3 ta thấy nhiệt trị của LPG cao hơn xăng và hơn hẳn so với các loại nhiên liệu truyền thống khác LPG có chỉ số Octan cao hơn nhưng lượng không khí

lý thuyết cần thiết để đốt cháy một đơn vị thể tích LPG cao hơn xăng LPG dễ nổ hơn xăng nhưng tốc độ cháy chậm hơn xăng Do vậy khi động cơ làm việc ở tốc độ cao động

cơ sẽ bị mất công suất từ (58)% Điều này khắc phục bằng cách chỉnh lại thời điểm đánh lửa (350), và vì LPG có giá rẻ hơn nên thực tế người ta có thể chấp nhận được Nhưng nó có ưu việt là không gian tồn chứa nhỏ gọn, làm cho việc vận chuyển được thuận lợi và kinh tế hơn Chính vì những ưu điểm của LPG so với xăng nên LPG đã và sẽ

là loại khí đốt được ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Nếu LPG lỏng bị rò rỉ ra ngoài thì tại chỗ rò có nhiệt độ thấp và xuất hiện tuyết Ngoài ra, hàm lượng Propane trong thành phần của LPG còn quyết định áp suất hơi trong bình chứa LPG Nếu hàm lượng Propane càng ln thì nhiệt trị cao, áp suất hơi càng cao, có thể sử dụng triệt để LPG trong bình chứa đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp Khi sử dụng một lưu lượng lớn thì bình sẽ hạ nhiệt độ nhanh, do đó nếu loại LPG đang sử dụng có thành phần Propane thấp thì khi đó do áp suất hơi giảm nhanh, lưu lượng LPG cung cấp có thể không đáp ứng nhu cầu sử dụng

Hiện nay, các hãng sản xuất ô tô như Citroen, Deawoo, Fiat, Ford, Hyundai, Opel/Vauxhall, Peugoet, Renault, Saab, Toyota và Volvo đã có những mẫu xe chạy hai nhiên liệu là LPG và xăng Ở đó, xăng và LPG có thể dùng thay phiên nhau

Một số tính chất của nhiên liệu LPG so với các loại nhiên liệu khác được trình bày trong bảng 1.4

9

3 Trạm nạp LPG cho xe ô tô:

Hệ thống tồn trữ và nạp LPG cho xe ô tô bao gồm các phần chính: phần bồn (hoặc bình chứa) LPG ở áp suất cao, bơm và các thiết bị vận hành, trụ bơm để kết nối và bơm vào bồn chứa trong xe và tính lượng nhiên liệu bơm vào trong xe

Hệ thống bồn chứa LPG thường là bồn chứa thép có dung tích thay đổi tùy theo quy

mô của trạm nạp LPG , thông thường là có sức chứa từ 2,5 tấn đến 15 tấn Bồn có thể đặt nổi trên mặt đất hay đặt chìm dưới mặt đất Nếu bồn đặt chìm dưới mặt đất thì có thể giảm được các khoảng cách an toàn xung quanh khu vực bồn chứa Bồn được chế tạo theo tiêu chuẩn về bồn chứa áp lực của Việt Nam và quốc tế

Các quy chuẩn áp dụng cho hệ thống trạm nạp LPG cho xe ô tô bao gồm như sau:

TRẠM NẠP GAS CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ

TCN 88:2005

Trạm nạp nhiên liệu LPG cho các phương tiện giao thông đường bộ - Yêu cầu thiết kế, lắp đặt và vận hành

2005 Bộ thương mại BÌNH GAS

TCVN 6153 Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an

toàn về thiết kế, kết cấu, chế tạo 1996 Bộ KHCN & Môi trường

TCVN 6154

Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an toàn về thiết kế, kết cấu, phương pháp thử

1996 Bộ KHCN & Môi trường

TCVN 6155 Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an

toàn về lắp đặt, sử dụng, sửa chữa 1996 Bộ KHCN & Môi trường

TCVN 6156

Bình chịu áp lực yêu cầu kỹ thuật an toàn về tắp đặt, sử dụng, sửa chữa, phương pháp thử

1996 Bộ KHCN & Môi trường

Hệ thống bơm và thiết bị vận hành là các loại thiết bị chuyên dùng do các nhà sản xuất thiết bị trên thế giới sản xuất theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về phòng chống cháy

nổ như: NFPA 58, UL…

Hình 1.1 Hình ảnh trụ nạp LPG chung với trạm xăng Hình 1.2.Bồn chứa LPG đặt ngầm dưới đất

10

Hệ thống trụ bơm LPG : có rất nhiều loại trụ bơm LPG sử dụng rộng rãi hiện nay trên thế giới Trong đó có loại thao tác bằng tay bán tự động và loại tự động hoàn toàn Dù là loại bán tự động hay tự động hoàn toàn thì quá trình kết nối và thao tác bơm phải do nhân viên chuyên nghiệp được huấn luyện an toàn sử dụng nhằm đảm bảo mức độ an toàn cao trong quá trình hoạt động Riêng loại tự động hoàn toàn được thiết kế nhằm có thể tính tiền thông qua phương pháp khấu trừ trên các loại thẻ nạp sẵn, mua trước Loại này có chi phí cao hơn loại tính tiền thủ công

2 Tính chất

Bảng 1.5 Tính chất một số khí thành phần trong khí thiên nhiên

Thành phần Phần trăm thể tích (%) Phần trăm khối lượng (%)

CNG có thể sử dụng trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng và diesel, có thể sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu trên ĐCĐT Trong thực tế, các động cơ đốt trong hiện nay đều được thiết kế sử dụng nhiên liệu xăng hay diesel, do đó việc sử dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT thì không phù hợp Đặc điểm chuyển đổi động

cơ dùng CNG: động cơ diesel chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí thiên nhiên và

diesel: đốt cháy hỗn hợp bằng sự tự cháy của lượng nhiên liệu diesel phun mồi (từ 5% đến 25% lượng nhiên liệu định mức)

CNG có nhiệt trị cao (50,5 MJ/kg), áp suất nén cao (200kG/cm2) nên bình chứa gọn, quãng đường chạy một lần nạp nhiên liệu lớn Tỷ trọng của CH4 nhỏ bằng 0,5 không khí Do đó, khi bị xì hơi CH4, không đọng lại trên mặt đất mà sẽ bay trong không khí

Bảng 1.6 So sánh tính chất một số loại nhiên liệu

1.Tỷ trọng (lỏng so với nước)

Tỷ trọng (so với không khí)

0,73 3,5

0,6 6,5

1,5 9,0

12

10 Khối lượng riêng(Kg/lít),1bar, 15oC 0,74 0,84 0,019 0,00072

13 Khối lượng riêng ở áp suất chứa (Kg/lít) 0,74 0,84 0,51 0,18

14 Năng lượng ở áp suất chứa (MJ/lít) 32,4 36,3 23,6 8,5 1.3 Nhiên liêu có nguồn gốc sinh học

1.3.1 Nhiên liệu biogas

1 Khí biogas là gì

Cũng như dầu thực vật, khí Biogas là nhiên liệu trung hòa CO2 trong khí quyển Biogas là kết quả phân huỷ các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí Các chất hữu cơ có thể là thực vật (cây cối, rơm rạ…) hay động vật (xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biến thực phẩm…), các chất thải từ quá trình chăn nuôi… Quá trình diệp lục hoá của thực vật dưới tác động của ánh sáng mặt trời hấp thụ khí CO2 Nếu đốt nhiên liệu có nguồn từ thực vật thì CO2 trong khí thải sẽ được cân bằng

Hai nguồn biogas chính là các hầm khí sinh học và khí phát sinh từ các bãi chôn lấp rác trong quá trình lên men hiếm khí của các chất hữu cơ Biogas chứa chủ yếu là CH4 (50-70%) và CO2 (22-50%) và các tạp chất khác như H2S Nếu khí Biogas được lọc sạch các tạp chất này chúng có tính chất tương tự như khí thiên nhiên Các nước phát triển hiện nay (Mỹ, Pháp, Đức, Đan Mạch…) đều sử dụng khí biogas từ các bãi chôn lấp rác

để sản xuất điện năng Công nghệ sản xuất biogas quy mô gia đình đã được phổ biến rộng rãi ở các nước đang phát triển, đặc biệt là các nước Ấn Độ và Trung Quốc Ở nước

ta, các dự án sản xuất điện năng từ khí biogas thu được từ các bãi chôn lấp rác cũng đã được xây dựng

Bảng 1.7.Thành phần chủ yếu của khí sinh học

không mùi, nhẹ gần bằng nửa không khí và hòa

tan trong nước rất ít Ở áp suất khí quyển, mêtan

hóa lỏng ở nhiệt độ -161,50

C

Mêtan là thành phần cháy chủ yếu của

khí sinh học Hàm lượng mêtan trong khí sinh

học phụ thuộc vào loại nguyên liệu phân hủy và

13

sự diễn biến của các quá trình sinh học

Mêtan cháy thành ngọn lửa máu lơ nhạt, tỏa nhiều nhiệt:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 882kJ

lần không khí Nếu khí này chiếm tỉ lệ cao trong khí sinh học sẽ làm cho chất lượng khí sinh học kém đi

có mùi hăng, giúp ta dễ dàng nhận thấy sự có mặt của nó H2S là nguyên nhân chủ yếu làm cho các bộ phận bằng kim loại của hệ thống bị ăn mòn

(=64.440C) 88.0 0F(=48.890C)

Nhiệt dung Cp (1atm) 6.962.10-4 J/ kg-0C

3 Thiết bị sản xuất khí biogas

Để sản xuất khí biogas, người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị KSH Trong thực tế, hầu hết các thiết bị KSH được áp dụng ở các nước đang phát triển là những thiết

14

bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên liệu bổ sung thường xuyên hàng ngày Các thiết bị này có 5 bộ phận chính như sau:

Bộ phận phân hủy: Là nơi chứa

nguyên liệu và đảm bảo những điều

kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy

kị khí xảy ra Đây là bộ phận chủ yếu

của thiết bị Thể tích phân hủy của thiết

bị là thể tích của bộ phận này

Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ

bộ phận phân hủy được thu và chứa ở

đây Yêu cầu cơ bản của bộ phận này là

phải kín Thể tích chứa khí của thiết bị

là thể tích của bộ phận này

Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu

bổ sung vào bể phân hủy

Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã

phân hủy được lấy ra qua đây để

nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ

sung vào

Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này

a Sơ đồ sản xuất biogas

b Nguyên lý làm việc của hệ thống

Phân tươi từ chuồng trại được đưa vào bể lắng cát (1) để lắng đá, cát rồi qua ống dẫn phân (2) vào bể phân huỷ Ở bệ phân huỷ xảy ra quá trình lên men tạo khí sinh học như sau:

Sau khi lên men hỗn hợp khí Biogas được dẫn vào hệ thống lọc khí H2S và CO2, hỗn hợp được lọc chứa phần trăm H2S và CO2 nhỏ, thành phần trăm CH4 chiếm khoảng 80%- 97,9% Sau đó hỗn hợp được dẫn vào bình chứa Biogas (6), các chất bã sau khi phân huỷ được dẫn ra bể chứa chất thải(6) và được tưới cho cây trồng

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống sản xuất Biogas

1- Bể lắng cát 2-Ống dẫn nguyên liệu 3-Ống dẫn bã thải 4- Bể đựng chất thải 5- Hệ thống lọc H 2 S và CO 2 6-

15

Hình 1.5 Sơ đồ nguyín lý tạo Biogas

c Một số loại hầm khí sinh học thông dụng

huỷ prôtíin Prôtíin Vi khuẩn phđn

Vi khuẩn + Axít hữu cơ có

KLPT nhỏ + CO2, H2+ Ancol

sinh axít

Giai đoạn III

Vi khuẩn sinh CH4

+ CH4 + H2S,CO2

Giai đoạn II

2

1

5

4 3

ỐNG DẪN KHÍ BIOGAS HỐ THOÁT NƯỚC HỐ NẠP NGUYÊN LIỆU KHOANG CHỨA KHÍ BIOGAS BỂ BIOGAS

5 4 3 2

2

4

16

4 Nguyên liệu sản xuất khí biogas

a Nguồn nguyên liệu

Về mặt lý thuyết, mọi chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy, tuy nhiên trong thực tế, nguyên liệu dùng để sản xuất KSH được chia thành hai loại: có nguồn gốc động vật và có nguồn gốc thực vật

Nguyên liệu có nguồn gốc động vật: Phân người, phân gia súc và phân gia cầm là phổ biến.Vì đã được xử lí trong bộ máy tiêu hóa nên phân dễ phân hủy và nhanh chóng cho khí sinh học Tuy vậy, thời gian phân hủy của phân không dài (khoảng 2 – 3 tháng)

và tổng sản lượng khí thu được từ một kilogam phân cũng không lớn Phân trâu bò và phân lợn phân hủy nhanh hơn, phân người và phân gia cầm phân hủy chậm hơn nhưng cho năng suất khí cao hơn

Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: gồm phụ phẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu,… và các loại cây xanh hoang dại như bèo, các cây cỏ sống dưới nước, các loại cây phân xanh,…Các loại nguyên liệu này có lớp vỏ cứng rất khó bị phân hủy

Để cho quá trình phân hủy kị khí xảy ra được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần

Hình 1.7 Hầm nắp cố định Hình 1.8 Hầm phủ phủ bạt

Hàm lượng chất khô (%) tỷ lệ C/N

Sản lượng khí hàng ngày (l/kg nguyên liệu tươi)

Nạp liên tục: Nguyên liệu được nạp đầy lúc mới đưa thiết bị vào hoạt động Sau đó một thời gian ngắn nguyên liệu được bổ sung thường xuyên Khi đó một phần nguyên liệu đã phân hủy được lấy đi để nhường chỗ cho phần nguyên liệu mới nạp vào Cách nạp này phù hợp với điều kiện nguyên liệu không sẵn có ngay một lúc mà được thu gom hàng ngày như phân gia súc

Trong thực tế, nhiều khi người ta áp dụng cả hai cách trên: nguyên liệu thực vật được

nạp từng mẻ, còn phân được nạp liên tục hàng ngày

5 Ứng dụng của khí biogas

a Đun nấu

Sử dụng KSH để đun nấu rất tiện lợi: sạch sẽ, dễ sử dụng Mỗi gia đình 4 – 5 người chỉ cần xây một công trình cỡ 3 – 5 m3 với 10 – 20 kg nguyên liệu nạp hằng ngày có thể thu được 300 – 500 lít khí đủ đun nấu thức ăn và nước uống Bếp KSH gia đình thường tiêu thụ khoảng 200 lít khí/giờ, đạt hiệu suất 50 – 60 % (bảng 1.9)

Bảng 1.10 Lượng các chất đốt tương đương với khí sinh học khi dùng để đun nấu

Chất đốt Đơn vị Nhiệt trị (kcal) Loại bếp Hiệu suất (%) Lượng

tương đương

Đèn mạng tiêu thụ khoảng 40 – 80 lít/giờ cho ánh sáng hơn bóng đèn điện 25W

So với đèn dùng dầu hỏa, sử dụng KSH đơn giản hơn (bảng 1.11)

Bảng 1.11 So sánh đèn khí sinh học và đèn dầu hỏa

6 ngày, chất lượng kén tốt hơn, năng suất tăng khoảng 30%

c Nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Các loại động cơ đốt trong dùng xăng hoặc dầu đều có thể cải tạo để dùng KSH thay thế, hoặc vẫn dùng xăng dầu như cũ Khả năng ứng dụng biogas để chạy động cơ đốt trong

Có thể nói rằng động cơ đốt trong sử dụng Biogas từ các hệ thống xử lý rác thải thành phố đã được ứng dụng trên mấy chục năm nay và mang lại những thành công ở nhiều mức độ khác nhau Trong những năm trở lại đây, công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi cho các ngành sản xuất nông nghiệp và công nghiệp dưới sức ép của việc khan hiếm năng lượng hoá thạch trong tương lai Các động cơ đánh lửa cưỡng bức cố định có thể

Loại đèn Suất tiêu thụ

(lít/giờ)

Lượng khí thay thế dầu (m3/lít)

Đèn tọa đăng Thăng Long

Do vậy có thể dùng KSH để phát điện, bơm nước, chế biến sản phẩm hoặc chạy ô tô, máy kéo (Bảng 1.12)

d Bã thải có thể sử dụng làm phân hữu cơ cho trồng trọt

Các chất hữu cơ như phân động vật, các loại cây xanh, sau khi phân hủy để sản xuất KSH lại trở thành một loại phân hữu cơ giàu dinh dưỡng Các nguyên tố N, P, K của nguyên liệu sau khi phân hủy hầu như không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng phân mà cây trồng dễ hấp thụ Bã thải của thiết bị cả phần lỏng và phần đặc, khi sử dụng

để bón cây đều cho năng suất tăng

6 Lợi ích của công nghệ khí sinh học

a Lợi ích về môi trường:

Giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch

Giảm các khí gây hiệu ứng nhà kính

Cải thiện vệ sinh trang trại và hộ gia đình

Giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước từ trang trại chăn nuôi

Cung cấp phân bón hữu cơ cải thiện đất trồng trọt

b Lợi ích về kinh tế

Tiết kiệm chi phí mua năng lượng

Tiết kiệm chi phí mua phân bón

Thu được quyền phát thải kính gây hiệu ứng nhà kính

1.3.2 Nhiên liệu biodiesel

1 Đặc điểm:

Dầu thực vật có nguồn gốc từ tất cả các hạt, quả của các cây cối Nhưng từ dầu thực vật dùng để chỉ các loại cây chứa một lượng dầu với chiết suất lớn như dừa (60%), cọ

Mục đích sử dụng Lượng khí tiêu thụ Chạy động cơ xăng 0,40 – 0,50 m3/mã lực Chạy động cơ diesel 0,45 m3/mã lực

20

(50%), dầu thực vật cũng có thể sản xuất từ các hạt của cây lấy dầu như: cải dầu, đậu phộng, đậu nành, hạt hướng dương…

2 Tính chất:

Tính chất lí hóa của một số dầu thực vật tham khảo theo bảng 1.13

Bảng 1.13.Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật

Loại dầu Khối lượng

(g/cm3)

Độ nhớt (cst)

Nhiệt trị (Mj/kg) Chỉ số Cêtan Dầu phộng

Một trong những ưu điểm lớn nhất của của việc sử dụng biodiesel thể hiện ngay ở động cơ Biodiesel oxy hóa nhanh do đặc điểm thành phần hóa học Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để lưu giữ nhiên liệu được lâu hơn và Biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hay đặc lại trong thời tiết lạnh (ở Việt Nam dùng biodiesel có lẽ sẽ không gặp tình trạng này) Ngoài ra, việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây các vấn đề sau:

+ Ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình chứa nhiên liệu do tính dễ bị oxy hóa của biodiesel

+ Làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm Ngày nay, việc sản xuất biodiesel còn gặp nhiều khó khăn do giá thành các sản phẩm nông nghiệp chế biến biodiesel cao, không lợi về mặt kinh tế

1.3.3 Nhiên liệu Ethanol

Có hai loại cồn thông dụng: Methanol (CH3OH) và Ethanol (C2H5OH) Cả hai đều có thể dùng làm nhiên liệu Methanol phần lớn được sản xuất từ khí gaz thiên nhiên Cồn ethanol có thể sản xuất từ dầu mỏ hay thứ phẩm của nông nghiệp như: mía đường, củ cải đường hoặc là từ các cây có hạt như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ sắn Eco-ethanol là biệt danh của loại ethanol có giá thành thấp nhất, làm từ cellulose (rơm rạ, bã mía hay cành

21

nhánh của cây dại) gọi chung là thứ ethanol từ bagasse Ethanol sinh học là từ chỉ chung cho cồn ethanol không phải sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch Về mặc sinh thái-môi trường thì cồn ethanol sinh học là loại nhiên liệu tái sinh được trong vònh kín tuần hoàn: trồng cây mía, cây sắn v.v cho các nhiên liệu để chế biến thành cồn, nhiên liệu cồn khi

bị đốt cháy thải ra CO2 và CO2 lại được cây mía, cây sắn hấp thụ

Cây cối + CO2 > Cồn > Nhiên liệu ĐCĐT + CO2 > Cây cối + CO2 >

Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat hóa êtylen và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men

rượu

1 Công nghệ sản xuất cồn

a Hyđrat hóa êtylen:

Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu

công nghiệp và thông thường nó được sản

xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là

thông qua phương pháp hyđrat hóa êtylen

bằng xúc tác axít, được trình bày theo phản

ứng hóa học:

H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH Chất xúc tác thông thường là axít phốtphoric, adsorbed trong các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác này lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất Ethanol ở mức độ công nghiệp năm

1947 Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại ôxít kim loại khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học

Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm

1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì êtylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành Ethanol và tái tạo axít sulfuric:

H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H

CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4 Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm

đồ uống cho con người ("biến tính") do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn mEthanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2OC7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê) Ethanol biến tính có số UN là UN 1987 và Ethanol biến tính độc hại có số là UN 1986

b Lên men:

Hình 1.9 Cấu trúc phân tử của Ethanol

22

Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn Ethanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều kiện không

có ôxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra Ethanol và cacbon điôxít CO2 Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ rượu Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rượu, nhưng nồng

độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất

Để sản xuất Ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường Trong việc ủ men bia, theo truyền thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường Để sản xuất Ethanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với axít sulfuric loãng, eym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp

Về tiềm năng, glucoza để lên men thành Ethanol có thể thu được từ xenluloza Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân xenluloza là rất cao Hãng Iogen ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất Ethanol trên cơ sở xenluloza đầu tiên vào năm 2004

Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hoa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để sản xuất Ethanol tinh khiết Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó

c Làm tinh khiết:

Đối với hỗn hợp Ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở nồng độ 96% Ethanol và 4% nước Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp Ethanol-nước (chứa ít hơn 96% Ethanol) không thể tạo ra Ethanol tinh khiết hơn 96% Vì vậy, 95% Ethanol trong nước là dung môi phổ biến nhất

Hai hướng cạnh tranh nhau có thể sử dụng trong sản xuất Ethanol tinh chất Để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzen có thể thêm vào và hỗn hợp lại được chưng cất phân đoạn một lần nữa Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và Ethanol nhằm loại bỏ Ethanol ra khỏi nước và điểm sôi hỗn

23

hợp cấp hai với Ethanol loại bỏ phần lớn benzen Ethanol được tạo ra không chứa nước Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng Ethanol đối với người có thể gây tổn thương cho gan

Ngoài ra, sàng phân tử có thể sử dụng để hấp thụ có chọn lọc nước từ dung dịch 96% Ethanol Zeolit tổng hợp trong dạng viên tròn có thể sử dụng, cũng như là bột yến mạch Hướng tiếp cận bằng zeolit là đặc biệt có giá trị, vì có khả năng tái sinh zeolit trong hệ khép kín về cơ bản là không giới hạn số lần, thông qua việc làm khô nó với luồng hơi CO2 nóng Ethanol tinh chất được sản xuất theo cách này không có dấu tích của benzen và có thể sử dụng như là nhiên liệu hay thậm chí khi hòa tan có thể dùng để làm mạnh thêm các loại rượu như rượu vang pooctô (có nguồn gốc ở Bồ Đào Nha hay rượu vang sherry (có nguồn gốc ở Tây Ban Nha) trong các phương pháp nấu rượu truyền thống

- Phân tử lượng và tỷ trọng cao hơn là do trong phân tử cồn có thêm nguyên tử Oxy

- Điểm sôi và nhiệt độ bay hơi cao hơn là do mối liên kết giữa Oxy và Hydro Loại liên kết giữa Oxy và Hydro là loại liên kết hydrô hoặc là liên kết phân tử có cực, do vậy

là cho giữa các phân tử tồn tại liên kết ngược Quá trình liên kết phân tử có cực sẽ bị yếu khi tăng nhiệt độ Vì thế nên muốn làm bay hơi cồn thì chúng ta phải cung cấp một nhiệt lượng làm yếu mối liên kết này

- Cồn ở dạng lỏng thì hàm lượng cácbon ít, cho nên có thể hòa tan hoàn toàn trong nước Sở dĩ như vậy là vì giữa phân tử cồn và phân tử nước có tồn tại liên kết phân tử có cực Nếu hàm lượng cacbon trong phân tử cồn nhiều thì gốc R tăng lên nó sẽ làm cản trở liên kết phân tử có cực giữa cồn và nước Điều này dẫn đến việc cồn có số lượng nguyên

tử cacbon trong phân tử càng lớn thì khả năng hòa tan vào nước càng giảm đi Do vậy nên khả năng hòa tan của methanol trong nước lớn hơn ethanol Ngược lại nếu lượng OH trong phân tử cồn càng nhiều thì ái lực liên kết giữa cồn với nước tăng lên cho nên có thể

24

càng hòa tan trong nước Về mặt này thì methanol và ethanol giống nhau vì cùng có một gốc OH.Những đặc tính lý hóa làm cho cồn có khả năng thay thế xăng và dầu diezel

Bảng 1.14 Mối quan hệ về đặc tính lý hóa của cồn với xăng và dầu diezel

Đặc tính lý hoá Diezel Xăng Ethanol 95% Methanol 95% Khối lượng riêng (Kg/dm3) 0,83 0,75 0,78 0,79

Nhiệt bay hơi (KJ/Kg)

thiết để đốt cháy nhiên liệu

(g không khí/ g nhiên liệu)

Lượng nhiên liệu cần thiết

ứng với 1 đơn vị không khí

(g không khí/ g nhiên liệu)

a Khả năng dùng cồn thay thế cho xăng

Nhiệt trị khối lượng của cồn nhỏ hơn xăng và dầu diezel khoảng 1,64 lần Nhưng nhiệt trị hỗn hợp của cồn ethanol+xăng+không khí chỉ nhỏ hơn nhiệt trị hỗn hợp của xăng+không khí khoảng 5% (do lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg cồn ít hơn xăng khoảng 38%) Vì vậy xét khi hệ số dư lượng không khí như nhau thì khi dùng cồn làm nhiên liệu động cơ giảm công suất rất ít Thực ra khi dùng cồn bằng cách đặt Bộ chế hòa khí trên đường ống nạp thì nhiệt ẩn bay hơi của cồn lớn hơn xăng 1,67 lần nên nhiệt

độ dòng khí nạp thấp hơn so với khi dùng xăng cho nên ta có thể nạp vào xy lanh một lượng nạp nhiều hơn là khi dùng xăng, điều này có thể làm động cơ có thể có công suất lớn hơn khi dùng xăng

25

Chỉ số RON của cồn là 106, lớn hơn loại xăng A83, A92 rất nhiều Rõ ràng cồn là loại nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt cho động cơ xăng Đối với động cơ xăng, pha cồn vào xăng là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ trong quá trình cháy Trước đây, người ta phải dùng xăng pha tê-tra ethyl chì để tăng tính chất này Gần đây, người ta đã chuyển sang dùng loại xăng không pha chì có tính chống kích nổ cao, nhưng lại gặp rắc rối mới là phải dùng công nghệ phức tạp và đắt tiền hơn để sản xuất xăng hoặc phải dùng các thành phần mới trong xăng cũng gây độc hại không kém gì chì Người ta đã làm thí nghiệm và thấy rằng: cứ pha thêm mỗi 7% cồn vào xăng thì tăng tỷ

số RON lên 1,2 đơn vị hoặc tăng chỉ số MON lên 1,7 đơn vị Giải pháp pha cồn vào xăng

để tăng tính chất chống kích nổ cho nhiên liệu được rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước ủng hộ vì đây là một giải pháp “sạch” không gây ô nhiễm môi trường Vì vậy

có thể pha cồn vào xăng là một biện pháp chống ô nhiễm rất tốt Chỉ số octan cao của ethanol còn cho phép tăng tỷ số nén của động cơ dùng hỗn hợp ngoài lên đến 13

Trong thành phần cồn ethanol chỉ có 53,8% cacbon và có đến 34,75% ôxy; còn trong xăng có đến 86,6% cacbon và lượng ôxy là 0,0% Do vậy, khi bị đốt cháy trong buồng cháy của động cơ đốt trong thì lượng CO trong khí thải trong trường hợp dùng cồn sẽ ít hơn so với xăng, khí thải hầu như không có bồ hóng Khi dùng cồn, lượng HC có tăng lên do không khí và thành xy lanh bị thu nhiệt cục bộ do cồn bay hơi, tại những nơi đó lượng HC không cháy tăng lên Lượng NOx giảm khoảng 5-10%, chủ yếu là do nhiệt độ cháy thấp và thời gian đỉnh ngọn lửa ngắn

Lượng oxy trong cồn khá nhiều ảnh hưởng tốt đến sự đốt cháy nhiên liệu vì phân tử cồn đã có oxy “tại chỗ” để đốt cháy C và H

Với những đặc trưng như trên thì việc dùng cồn thay thế cho xăng là hoàn toàn có thể Tuy nhiên, khi pha cồn trực tiếp vào xăng lại nảy sinh một vấn đề mới như sau:

Tại ICAT 99, khi bàn luận về vấn đề pha trực tiếp cồn vào xăng, các nhà chuyên môn ngành xăng dầu cho rằng làm như vậy khi tồn trữ lâu ngày sẽ sinh ra hiện tượng đóng nhựa trong bồn xăng

Do vậy, khi dùng cồn thay thế một phần hoặc hoàn toàn thì cần phải có những cải tiến phù hợp đối với hệ thống nhiên liệu hoặc là ở kết cấu động cơ

b Khả năng dùng cồn thay thế cho dầu diesel

Vấn đề dùng cồn ethanol trên động cơ diesel chưa được đặt ra nhiều so với dùng trên động cơ xăng, có lẽ là do tính chất của cồn ethanol xem ra không thích hợp với yêu cầu của tính chất nhiên liệu dùng cho động cơ diesel: chỉ số cetan và độ nhớt của cồn ethanol rất thấp, không thể đốt cháy cồn ethanol bằng phương pháp tự bốc cháy trong động cơ diesel Với cách nhìn nhận như vậy làm chúng ta bỏ lỡ cơ hội tăng tính kinh tế sử dụng của cồn ethanol Bởi vì, như chúng ta đã biết động cơ diesel có tính kinh tế nhiên liệu cao

26

hơn động cơ xăng Mặt khác, dùng cồn ethanol thay dầu diesel sẽ góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ diesel: các chỉ số HC, CO, độ khói đen đều thấp hơn so với khi dùng dầu diesel Sở dĩ như vậy là do trong phân tử cồn ethanol có thành phần cacbon ít hơn với dầu diesel

Để có thể dùng được ethanol thay cho dầu diesel bằng phương án kết hợp dùng cồn ethanol với dầu thực vật bằng cách tạo ra loại este dầu thực vật để cho loại nhiên liệu này

có các tính chất lý hóa gần như dầu diesel Một cách khác là dùng chất phụ gia procetane

để làm cho chỉ số cetan của nó xấp xỉ của dầu diesel (ví dụ chất procetane như tri-ethyle glycole-dinitrate, có tên thương phẩm là AVOCET, pha chất này 4% trong ethanol 95% thuần độ thì chỉ số cetan của ethanol tương đương dầu diesel Chất nitra hexyle với tỷ lệ 17,5% pha vào cồn ethanol thì chỉ số cetan của cồn này cũng xấp xỉ dầu diesel Tuy nhiên, để tạo ra este dầu thực vật đòi hỏi phải có công nghệ phức tạp, đối với điều kiện của Việt Nam hiện nay thì giải pháp này chưa thật phù hợp

Còn một phương án nữa là dùng một giải pháp công nghệ hơi đặc biệt để đốt cháy dễ dàng cồn ethanol trong buồng cháy động cơ diesel Nhóm nghiên cứu ở Trường Đại học

Kỹ thuật Đà Nẵng (nay là Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng) đã áp dụng nguyên lý đốt cháy cồn trong buồng cháy động cơ diesel bằng ngọn lửa cháy “mồi” của tia phun dầu diesel chiếm khoảng 20% đến 30% tổng lượng nhiên liệu đưa vào buồng cháy để đốt cháy 70% đến 80% lượng được đưa đến buồng cháy theo đường ống nạp Nếu mua được loại vòi phun cao áp nhỏ thì dầu diesel phun mồi có thể giảm xuống còn 5% và khi đó lượng cồn ethanol trong nhiên liệu chung đạt đến 95%

Động cơ diesel làm việc theo nguyên lý này có các ưu điểm:

- Động cơ làm việc êm hơn

- Hiệu suất chỉ thị cao hơn do toàn bộ thời gian cháy (chủ yếu là thời gian cháy chính) được rút ngắn Dẫn đến tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với khi chỉ dùng dầu diesel và dĩ nhiên là cao hẳn so với khi dùng trên động cơ xăng

- Lượng CO, NOx giảm Độ khói đen giảm hẳn do lượng cacbon trong phân tử cồn ethanol chiếm tỷ lệ ít hơn so với dầu diesel và trong phân tử cồn có chứa sẵn nhiều oxy, làm cho sự đốt cháy tốt hơn Lượng NOx giảm khoảng 510% chủ yếu là do nhiệt độ cháy thấp và thời gian đỉnh ngọn lửa ngắn

- Có thể cho động cơ diesel trở lại làm việc với 100% dầu diesel

Khi dùng giải pháp này phải tăng cường sấy nóng đường ống nạp bằng nước làm mát động cơ hoặc bằng nhiệt bức xạ từ ống thải hoặc bằng biện pháp hồi lưu khí thải để làm bay hơi triệt để cồn ethanol sau khi qua bộ chế hòa khí

Một số cơ sở nghiên cứu ở Trung Quốc đã thí nghiệm dùng cồn theo nguyên lý trên nhưng với lượng nước trong cồn đến 39%, 50% Các kết quả đo đạc của họ cho thấy: tính

xăng cho phép tăng tỷ số nén động

cơ, mức độ tăng tỷ số nén động cơ

phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn

hợp Tỷ số nén cho phép là từ 13

đến 14 tương ứng với khi sử dụng

90% đến 100% cồn [5] Biện pháp

tăng tỷ số nén động cơ có thể là:

Giảm chiều dày đệm quy lát, sử

dụng xu páp lồi, sử dụng piston lồi

và biện pháp hỗn hợp

b Ăn mòn và làm hư hại chi tiết

Khi sử dụng cồn hoặc hỗn hợp cồn xăng cho động cơ, do sự hình thành axit hữu cơ: axit Acetic làm ăn mòn mòn các chi tiết kim loại và làm hư hại các chi tiết phi kim loại trong hệ thống nhiên liệu Vì vậy, động cơ sử dụng cồn hoặc hỗn hợp cồn xăng cần phải có biện pháp làm hạn chế ăn mòn và làm hư hại chi tiết Tuy nhiên chúng ta có thể giải quyết vấn đề này bằng chất phụ gia pha vào nhiên liệu Một số chất để khống chế sự

ăn mòn khi sử dụng trong động cơ

như: Octel DCI-11, Petrolite 3222 và

3224, Nalco 5403, Endcor FE-9730,

MidContinental MCC5011E,…

c Đặc điểm đường ống nạp

Do nhiệt ẩn của cồn lớn, nên

khi sử dụng hỗn hợp với tỷ lệ cồn

cao nhiệt độ đường ống nạp rất thấp,

điều này ảnh hưởng lớn đến tính bay

hơi của nhiên liệu Vì vậy, đường

ống nạp của động cơ sử dụng cồn

hoặc hỗn hợp cồn xăng có tỷ lệ cồn

cao phải được sấy nóng

d Tính bay hơi của hỗn hợp

Hình 1.10 Trị số ốc tan của hỗn hợp và tỷ số nén cho

phép của động cơ

Hình 1.11 Đường đặc tính chưng cất của hỗn hợp cồn

thông dụng và xăng A92

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

28

Tính bay hơi của hỗn hợp phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp, kết quả phân tích tại phòng thí nghiệm Hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng được thể hiện ở hình 1.11 đối với cồn thông dụng

Đường cong bay hơi của E10 đến E50 có điểm bay hơi 10% gần giống với xăng Điều này có nghĩa là hỗn hợp E10 đến E50 có thể sử dụng làm hỗn hợp khởi động Điểm bay hơi 50% và 100% của hỗn hợp đều thấp hơn xăng, do vậy khả năng tăng tốc và tính cháy hết của hỗn hợp cồn xăng là tốt hơn xăng

e Tỷ trọng và độ nhớt hỗn hợp

Tỷ trọng và độ nhớt của hỗn

hợp cồn xăng qua phân tích cho

thấy tăng theo tỷ lệ cồn trong hỗn

hợp, được thể hiện trên hình 1.12

và hình 1.13

Do tỷ trọng và độ nhớt của

hỗn hợp cồn xăng cao hơn xăng,

nên tính lưu động của hỗn hợp

cồn xăng sẽ kém hơn xăng

Để xác định được tỷ lệ tối ưu cần đảm bảo tính khởi động, công suất và tăng tốc, công suất, tiêu hao, ô nhiễm, ăn mòn

Hình 1.12 Tỷ trọng và độ nhớt theo tỷ lệ cồn thông dụng

trong hỗn hợp

0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.8 0.81

29

- Khởi động: đường cong bay hơi của E10 đến E50 có điểm bay hơi 10% gần giống với xăng Tuy nhiên, do khả năng làm lạnh của cồn khi bay hơi rất lớn nên hỗn hợp khởi động phải nhỏ hơn 20%

- Công suất và tăng tốc: do nhiệt trị của cồn thấp, độ nhớt cao, khối lượng riêng lớn nên để đảm bảo công suất và tăng tốc tốt cần phải làm gíc lơ khi sử dụng hỗn hợp to hơn Nếu sử dụng gíc lơ và sấy nóng đường ống nạp hợp lý cho phép sử dụng được hỗn hợp

có tỷ lệ cồn cao: 85-100 % cồn

- Tiêu hao: do nhiệt trị của cồn thấp nên tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng là cao hơn so với dùng xăng Nếu giá cồn tính theo giá cồn Brasil thì khi sử dụng hỗn hợp có tỷ lệ cồn càng cao thì tính kinh tế càng tốt

- Ô nhiễm: các chất ô nhiễm thải ra do đốt cháy cồn là thấp hơn xăng Tuy nhiên

do khả năng bay hơi ở nhiệt độ thấp kém, cùng với sự làm lạnh đường ống nạp trong quá trình bay hơi cho nên nếu hỗn hợp có tỷ lệ cồn lớn hơn 85% trăm khả năng cháy không hết tăng, làm tăng các chất ô nhiễm do cháy không hoàn toàn

- Ăn mòn: ăn mòn kim loại (thùng chứa) xảy ra đối với cồn kỹ thuật do có axit Đối với cồng thông dụng ăn mòn kim loại là rất ít, do cồn thông dụng đã khử axit Như vậy, ăn mòn có thể được giải quyết triệt để nếu trung hòa được nồng độ axit trong hỗn hợp

Theo phân tích ở trên: Chọn hỗn hợp khởi động là hỗn hợp có tỷ lệ cồn nhỏ hơn 15%, hỗn hợp chạy chính là hỗn hợp có tỷ lệ cồn nhỏ hơn 85%

f Vấn đề ô nhiễm khí thải khi sử dụng cồn làm nhiên liệu

Khi dùng hỗn hợp xăng pha cồn thì việc thải CO và HC là rất thấp và NOx là gần như không đổi so với dùng thuần xăng Điều này được lý giải như sau:

- Trong cồn có chứa Oxy, do vậy khi cháy nó tự cung cấp Oxy cho nhiên liệu làm cho sản phẩm cháy trung gian CO chuyển thành CO2 nhiều hơn Đồng thời, trong nhiên liệu

có chứa nhiều Hydrô thì lượng tương đối C sẽ giảm

- Do động cơ xăng dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn thì tỷ số nén có thể tăng cao, do vậy mà trạng thái nhiệt của động cơ tăng lên Điều này làm cho sự chuyển hóa

CO thành CO2 và H2C thành H2O dễ dàng hơn

Ô nhiễm CO2 của động cơ Ethanol so với động cơ xăng giảm khoảng 9% Sự giảm tối đa có thể đến 20%, điều này có thể giải thích là do tỷ lệ H/C của ethanol cao hơn so với xăng (3 đối với ethanol và 1,8 đối với xăng) Vi dụ: ở tốc độ 2000 v/ph, áp suất 2bar, mức CO2 đối với xăng là 1,22 và đối với Ẹthanol là 1,13g/kWh, giảm so với xăng 7,4%

cách chính xác với việc theo dõi sự ion

hóa màng lửa tiêu biểu sử dụng động cơ

đo ô nhiễm HC hình thành từ những

hydrocarbon của Ethanol bị phân hủy và

HC có trong Ethanol chưa cháy Lượng

Ethanol chưa cháy nhiều hơn lượng HC

Hình 1.17 Ô nhiễm CO 2 theo chu trình NEDC

của động cơ Ethanol và xăng

31

f.3 Ô nhiễm CO

Ở chế độ tốc độ thấp, mức ô nhiễm CO với động cơ Ethanol giảm một nửa so với động cơ xăng Ở chế độ tải lớn mức ô nhiễm CO cũng thấp hơn so với động cơ xăng, bởi nhiệt độ khí thải thấp, có thể chạy đầy tải với hỗn hợp không giàu Cụ thể ở tốc độ 5250 v/ph mức ô nhiễm CO giảm 6 lần so với xăng, công suất và mô men cũng cao hơn so với xăng

- Khi dùng cồn và hỗn hợp xăng pha cồn thì một mặt nhiệt độ cháy lớn nhất giảm, mặt khác trong hỗn hợp lại có giàu Oxy Hai mặt này có tác dụng ngược nhau đối với việc sinh ra NOx trong khí thải Vậy lượng NOx sinh ra so với động cơ dùng nhiên liệu 100% xăng gần như là không đổi

Ở chế độ tải nhỏ, ô nhiễm NOx thấp hơn so với xăng

Ở chế độ tải lớn, ô nhiễm NOx cao hơn, tuy nhiên có thể giải quyết vấn đề này bằng ống xả xúc tác 3 chức năng

- Có một điều đặc biệt là khi mà chúng ta chuyển dùng xăng sang cồn hoặc xăng pha cồn thì lượng cồn cháy chưa hết với lượng Fomandehyt tăng lên Hai lượng này có hại cho sức khỏe con người Lượng dùng cồn Fomandehyt là thành phần làm cho khí có mùi thối, chất này là sản vật trung gian của quá trình cháy Chất này tăng lên làm cho quá trình cháy không hoàn toàn Do vậy, phải có biện pháp khử khí này trong buồng cháy động cơ hoặc là trên đường ống thải Theo nhiều tài liệu thì vấn đề khử chất Fomandehyt trên đường ống thải dễ dàng hơn việc khử CO, NOx, HC rất nhiều

Khi dùng cồn trên động cơ diesel thì độ khói đen giảm đi nhiều, điều này có thể giải thích như sau:

- Nếu trên động cơ dùng dầu diesel và cũng trên động cơ đó dùng cồn ethanol với điều kiện lượng tỏa nhiệt như nhau thì khi dùng cồn phần toả nhiệt ra do đốt cháy hydrô lớn hơn so với khi dùng dầu diesel Đốt cháy hydrô không sinh ra khói đen, còn đốt cháy cacbon thì sinh ra các Oxit-cacbon và muội than

- Do khi dùng cồn có ít cácbon tham gia phản ứng nên khói đen ít hơn

- Do phân tử cồn có chứa oxy nên nếu lượng không khí nạp vào xylanh như nhau thì

hệ số dư lượng không khí thực tế khi dùng cồn là lớn hơn, điều này cũng làm giảm lượng khói đen

- Lượng khói đen giảm còn do nguyên nhân cồn hấp thụ lượng nhiệt lớn của không khí và của thành xylanh nên nhiệt độ khí cháy giảm và thời gian đỉnh ngọn lửa ngắn, điều này cũng làm giảm lượng muội than trong khí xả

32

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU LPG-CNG

2.1 Đặc điểm chung của động cơ dùng nhiên liệu LPG:

2.1.1 Momen, công suất động cơ

Momen và công suất của động cơ sử dụng LPG thấp hơn khoảng 10% so với động cơ xăng cùng cỡ do các yếu tố sau:

+ Nhiệt trị thể tích của hỗn hợp không khí/ xăng lớn hơn nhiệt trị thể tích của hỗn hợp không khí/ LPG khoảng 3% đến 5%

+ Đặc tính của hệ thống cấp nhiên liệu LPG Khi phun LPG dạng khí vào đường nạp qua họng Venturi làm giảm hệ số nạp và gây xáo trộn động lực học trên đường nạp do đố làm giảm momen và công suất động cơ Khi phun LPG dạng lỏng sẽ bốc hơi trên đường nạp làm giảm nhiệt độ khí nạp và tăng khối lượng riêng của hỗn hợp hệ số nạp được cải thiện hơn do đó khắc phục phần nào sự giảm momen và công suất động cơ

2.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu

Suất tiêu hao nhiên liệu tính theo thể tích và theo khối lượng nhiên liệu của động cơ LPG so với động xăng như sau: thực tế nếu so sánh năng lượng tiêu hao trên 100km hành trình thì nhiên liệu LPG thấp hơn động cơ xăng khoảng vài phần trăm Mặt khác, nếu LPG giàu Propan(C3H8) với chỉ số Octan của nó rất cao do đó có thể tăng chỉ số nén động cơ nên suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm

2.1.3 Mức độ phát ô nhiễm

Động cơ sử dụng LPG phát sinh ít ô nhiễm Đây là đặc điểm đáng chú ý trong bối cảnh mà ảnh hưởng của giao thông vận tải đến môi trường sống ngày càng trở nên nghiêm trọng Bảng 1.10

Sự phát sinh ô nhiễm trong khí xả động cơ LPG giảm đi rất đáng kể so với động cơ xăng

Bảng 2.1 Mức độ phát thải ô nhiễm của ô tô chạy nhiên liệu LPG so với tiêu chuẩn ô nhiễm hiện nay

Chất ô

nhiễm

Giới hạn cho phép Mức độ phát ô nhiễm

Europe 2000 (g/km)

California ULEV (g/km)

Chu trình Europe (g/km)

Chu trình FTP75 (g/mile)

33

Đồng thời nồng độ NOx giảm, đặc biệt khi động cơ hoạt động ở khu vực gần đầy tải, điều này là do nhiệt độ màng lửa nhiên liệu LPG thấp hơn màng lửa xăng Còn mức độ phát sinh HC thấp chủ yếu do LPG bay hơi rất dễ dàng, lượng nhiên liệu bám trên thành buồng cháy thấp và lượng nhiên liệu hấp thụ bởi dầu bôi trơn thấp, HC trong khí xả động

cơ LPG chủ yếu là Hydrocarbure nhẹ (C3  C4) ít độc hơn Hydrocarbure nặng trong khí

xả động cơ xăng và Diesel

2.1.4 Tính an toàn và tuổi thọ động cơ

-Vấn đề an toàn: Trong hệ thống nhiên liệu LPG có rất nhiều thiết bị an toàn cả về mặt cơ khí lẫn điện tử để đảm bảo an toàn trong khi động cơ hoạt động lẫn không hoạt động và khi xảy ra tai nạn

Các van an toàn tự động đóng, ngắt hệ thống nhiên liệu LPG và hệ thống này hoàn toàn bị khóa kín với môi trường không khí bên ngoài

Các cuộc thử nghiệm thực tế tại trung tâm nghiên cứu quốc tế đã cho thấy khi bị tai nạn lật xe, trong khi xăng có thể trào ra ngoài gây cháy thì LPG không thể trào ra ngoài

do có các van an toàn Các sự cố rò rỉ trên đường ống nếu có cũng làm toàn bộ hệ thống LPG tự động khóa kín lại

- Vấn đề tuổi thọ động cơ: Do LPG có đặc tính kỹ thuật như tính chống kích nổ cao, không có chì, sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với nhiên liệu LPG ít gây kích nổ hơn động cơ xăng Do không có các hạt chì hoặc các hạt muội than đọng lại trong thành vách xylanh, cửa xupap nạp, thải nên không gây mài mòn xylanh, piston, secmăng, xupap, đế xupap Một vấn đề quan trọng là động cơ xăng hay có hiện tượng hơi xăng hình thành trong buồng cháy, có tác hại rửa sạch các màng dầu bôi trơn và có khuynh hướng lọt xuống cacte làm dầu bôi trơn giảm khả năng bôi trơn, trong khi LPG không có hiện tượng này

Chính vì những lý do này nên LPG cho phép kéo dài tuổi thọ động cơ hơn nhiên liệu xăng khi sử dụng động cơ ở cùng một chế độ hoạt động

2.2 Phương án cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ

LPG có thể cung cấp cho động cơ dưới dạng khí hay dạng lỏng Ưu điểm của việc sử

dụng LPG dưới dạng khí là sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp ga - không khí và tránh hiện tượng ướt thành đường ống nạp bởi nhiên liệu lỏng, hiện tượng này rất nhạy cảm khi khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp Điều này cho phép làm giảm được mức độ phát sinh ô nhiễm Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quá trình điều khiển dài và sự cung cấp ga liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ không khí/gas, đặc biệt là chế độ quá độ của động cơ

34

Hệ thống cung cấp LPG bằng cách phun LPG ở dạng lỏng cho phép khắc phục nhược điểm của phương pháp cung cấp LPG dạng khí Ưu điểm của phương pháp phun LPG dạng lỏng là tạo ra khả năng kiểm soát được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vì vậy có thể áp dụng các biện pháp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phát ô nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quá độ Sự bốc hơi của LPG làm giảm đáng kể nhiệt độ khí nạp do đó làm tăng hệ số nạp của động cơ Mặt khác, màng nhiên liệu lỏng bám trên đường nạp không đáng kể gì so với khi động cơ dùng xăng Điều này thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phát sinh HC Tuy nhiên yêu cầu công nghệ chế tạo cao

Trên cơ sở các phương pháp tạo hỗn hợp làm việc cho động cơ như đã phân tích ở trên, ta có thể áp dụng các phương án cung cấp nhiên liệu sau :

+ Cung cấp LPG cho động cơ dưới dạng hoà khí

+ Cung cấp LPG cho động cơ dưới dạng lỏng : phun nhiên liệu

2.2.1 Cung cấp nhiên liệu LPG dạng khí dùng bộ chế hòa khí

Có nhiều dạng bộ chế hoà khí dựa trên nguyên tắc ống Venturi Sau đây là một số dạng:

a Bộ chế hòa khí dạng màng

Sơ đồ cấu tạo

Nguyên lý làm việc : Khi

dừng động cơ, van C đóng đồng

thời đường vào của không khí và

của LPG dưới tác dụng của lò xo

R Màng M chịu áp suất sau

họng Venturi được truyền qua

nhờ bốn lỗ F Khi lưu lượng

không khí tăng dần, van xa dần

khỏi đế, tạo ra một tiết diện lưu

thông cho bởi lõi định dạng O

Biên dạng của lõi này được xác

định theo nhiệt trị của nhiên liệu Bộ phận này cho phép đạt được hỗn hợp có thành phần không đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ Sự điều chỉnh tinh được thực hiện nhờ tác động của hai bộ phận sau :

Bộ giãn nở trên đường nạp LPG : Cho phép điều chỉnh áp suất ga - không khí và tác động lên độ đậm đặc của hỗn hợp chủ yếu ở chế độ thấp

Bướm V tạo ra một tổn thất áp suất thay đổi và tác động chủ yếu khi công suất động

2-van định lượng; 3-buồng trên; 4-buồng dưới;

7-cửa không khí vào; 8-vòng đệm;

Hình 2.4.Van định lượng của bộ hòa khí

dạng màng loại 3

LPG dạng

dạng khí

36

b Bộ chế hòa khí dạng Modul hóa

Sơ đồ cấu tạo:

Khí LPG được hút vào phía sau bướm gas được điều khiển bởi một bộ định lượng 5 Khi sử dụng hệ thống này trên các động cơ khác nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng và Jiclơ tiêu chuẩn Hệ thống này cho phép động cơ làm việc lưỡng nhiên liệu xăng và LPG,

bộ chế hòa khí xăng được lắp phía trước họng gas

Phương án này phải chế tạo bộ chế hòa khí riêng cho hệ thống cấp LPG nên tốn kém, phức tạp không phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí

Hình 2.5 Bộ chế hoà khí dạng Modul hoá

1 - Bướm ga ; 2 - Đường ống phun LPG ;3 - Cơ cấu điều khiển 4 - Đường vào ga ; 5 - Bộ định lượng

LPG dạng khí

Hình 2.6 Hệ thống cung cấp LPG vào bộ trộn

1-bình LPG; 2-van điện từ LPG; 3-bộ hóa hơi và giảm áp; 4-bộ tiết lưu; 5-bộ trộn; 6-động cơ;

7-bảng theo dõi; 8-bầu lọc gió

37

LPG từ bình chứa 1 đi tới van 2 vào bộ hóa hơi 3, tại đây LPG được bốc hơi và hạ áp suất xuống rồi được dẫn vào bộ trộn, tại đây nó được hòa trộn với không khí theo đúng tỷ

lệ phù hợp với chế độ tải của động cơ Rồi dẫn vào xylanh động cơ

Phương pháp này phải chế tạo bộ trộn, lắp trên ống nạp, nó phù hợp với loại động cơ phun xăng điện tử, hoặc động cơ chỉ sử dụng một loại nhiên liệu LPG hoặc động cơ có miệng bộ chế hòa khí tiêu chuẩn

d Dùng họng Venturi vạn năng

Họng Venturi vạn năng được thiết kế để dùng cho bộ chế hòa khí hỗn hợp, nó giống như một chiếc đệm và có thể được lắp đặt ở bất cứ vị trí nào trên đường nạp : giữa bầu lọc gió và bộ chế hòa khí xăng; ở đế bộ chế hòa khí, phía trước bướm ga

Phương án này phải chế tạo họng Venturi riêng cho hệ thống LPG nên tốn kém, phức tạp không phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí Tuy nhiên nó có thể làm mạch không tải kết hợp với án: ống cấp gas đặt vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy

38

e Ống cấp gas đặt vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy

Dạng cải tạo này dùng họng Venturi nguyên thủy của động cơ xăng LPG được một đường ống dẫn tới vùng chân không của họng, ống này có thể dẫn theo đường trục của

bộ chế hòa khí hay vuông góc với đường trục bằng cách khoan xuyên qua thành bộ chế hòa khí

Phương án này kinh tế nhất và phù hợp với xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí và

có thể kết hợp với phương án: dùng họng Venturi vạn năng

Tuy nhiên nên xét đặc tính của bộ chế hòa khí, nếu hoạt động theo bộ chế hòa khí đơn giản thì nên có một số cơ cấu điều chỉnh để trở thànht bộ chế hòa khí tự động

2.2.2 Cung cấp nhiên liệu LPG dạng phun nhiên liệu

Nhiên liệu LPG có thể cung cấp cho động cơ dưới dạng lỏng bằng hệ thống phun vào

cổ góp (phun một điểm) hay phun vào trước supap nạp của từng xylanh (phun đa điểm)

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

Nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng từ bình chứa 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 xử lý chuyên dụng điều khiển một cách tự động Bộ vi xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng đã có và được bổ sung thêm những thông tin đặc thù khác của hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG

Hình 2.10.Tạo hỗn hợp bằng cách dẫn khí LPG vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy

1 - Bầu lọc gió; 2 - Đường ống dẫn khí LPG; 3 -Bướm ga; 4 - Cơ cấu dẫn động bướm ga; 5 - Họng phun LPG

3 2

4 5 1

39

Phương án này đòi hỏi phải có hệ thống điều khiển điện tử, yêu cầu hệ thống cấp nhiên liệu chịu áp suất cao nên chế tạo tốn kém

Dưới đây ta tham khảo thêm hai sơ đồ cung cấp nhiên liệu LPG dạng phun đa điểm

Hình 2.12.Hệ thống cung cấp nhiên liệu phun LPG dưới dạng khí loại đa điểm

1-bình chứa LPG; 2-van điện từ LPG; 3-bộ giảm áp hóa hơi; 4-bình lọc; 5-giàn phun; 6-động cơ;

7-ECU LPG; 8-cảm biến áp suất

Hình 2.11 Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng

40

Phương án đặt ống cấp gas vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy là kinh tế nhất và phù hợp để cải tạo xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí thành xe sử dụng 2 nhiên liệu xăng/LPG

2.3 Các phương án điều khiển cung cấp LPG

2.3.1 Hệ thống cơ học, điều khiển điện

Một van điện từ chuyển đổi mở van cấp xăng hay cấp gas tùy người lái Bộ hóa hơi

và điều áp sẽ cấp gas và được trộn với không khí tại cacbuarateur và hỗn hợp được đưa vào động cơ Loại này phù hợp với nước không đòi hỏi ngặt nghèo tiêu chuẩn khí thải ôtô và công nghệ phát triển chưa cao

Hình 2.14 bố trí các thiết bị hệ thống LPG loại 1 trên xe

1-van nạp LPG; 2-bình chứa LPG; 3-công tắc chuyển đổi; 4-van điện từ LPG; 5-bộ giảm áp và hóa hơi;

6-van điện từ xăng; 7-ống dẫn LPG

Hình 2.13.Hình chụp bộ giàn phun LPG loại đa điểm

1-ECU LPG; 2-ECU xăng; 3-công tắc chuyển đổi; 4-bộ giảm áp hóa hơi; 5-cảm biến áp suất;

6-vòi phun; 7-lọc