Vì vậy theo những phân tích trên đây, trong vòng 2 thập niên tới chúng ta chỉ nên cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên liệu cho các phương tiện giao
Trang 1SỬ DỤNG LPG TRÊN XE GẮN MÁY VÀ XE BUÝT NHỎ
Application of LPG on Motorcycles and Microbus
Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam,
Hồ Tấn Quyền, Phạm Thị Đông Phương
Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường-Đại học Đà Nẵng
48, Cao Thắng, Đà Nẵng; Email: buivanga@dng.vnn.vn
Tóm tắt
Báo cáo này trình bày xu hướng phát triển phương tiện giao thông vận tải sạch trên thế giới và trên cơ sở đó đề xuất nguồn năng lượng sạch sử dụng cho giao thông đô thị ở Việt Nam: khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Công nghệ chuyển đổi xe gắn máy hai bánh và xe buýt nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG đã được trình bày Kết quả nghiên cứu cho thấy tính năng ưu việt của phương tiện chạy LPG so với chạy bằng xăng về tính kinh tế kỹ thuật cũng như về bảo vệ môi trường
Abstract
The present paper introduces the tendency of clean vehicles development in the world and proposes clean energy for urban transportation in Vietnam: Liquefied Petroleum Gas (LPG) Technologies for transforming motorcycle and microbus running on gasoline to those running on LPG are presented The results show preeminent characters of LPG vehicle in comparison with gasoline one on performance and environment protection
1 Giới thiệu
Phương tiện giao thông "sạch" chạy
trong thành phố đã thực sự lôi cuốn sự quan
tâm của cả những nhà sản xuất ô tô lẫn các nhà
quản lý môi trường Các kỹ thuật mới nhằm
hoàn thiện động cơ truyền thống như phun
nhiên liệu điều khiển điện tử, hồi lưu khí xả,
lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng
bộ xúc tác ba chức năng đã tạo ra những
bước tiến đáng kể trong ngành động cơ đốt
trong Tuy nhiên kết quả của sự hoàn thiện đơn
thuần động cơ cổ điển nhằm giảm ô nhiễm môi
trường cho tới nay vẫn còn xa so với sự mong
đợi của các nhà bảo vệ môi trường Phương
tiện giao thông không phát sinh ô nhiễm (zero
emission vehicle) vẫn đang còn là mục tiêu
phía trước Để đạt mục tiêu này thì điện và pile
nhiên liệu là giải pháp lý tưởng nhất Tuy
nhiên tương lai phát triển của các giải pháp
này phụ thuộc vào khả năng hoàn thiện các
loại động cơ nhiệt và sử dụng các nguồn nhiên
liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng
truyền thống Theo dự báo thì trong vòng 10 năm tới, kỹ thuật làm giảm ô nhiễm bằng cách cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí thiên nhiên sẽ chiếm ưu thế Để ô tô sử dụng pile nhiên liệu đạt được cùng tính năng với ô
tô sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá thành pile nhiên liệu phải giảm đi 30% so với giá cả hiện nay Mức độ giảm ô nhiễm của ô tô
sử dụng điện phụ thuộc vào nguồn năng lượng sản xuất ra điện năng Nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì việc sử dụng ô tô chạy điện không làm giảm ô nhiễm môi trường nói chung Vì vậy theo những phân tích trên đây, trong vòng 2 thập niên tới chúng
ta chỉ nên cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải chạy trong thành phố
Đứng về mặt năng lượng và môi trường
mà nói thì sử dụng khí thiên nhiên để chạy phương tiện giao thông về lâu dài là tối ưu
Trang 2nhất Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng
lớn và chúng ta đang khai thác để cung cấp
năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản
xuất phân đạm Mặt khác một khối lượng lớn
khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã và
sắp khai thác của ta hứa hẹn một nguồn năng
lượng sạch dồi dào để phát triển kinh tế quốc
dân trong đó có ngành giao thông vận tải Sử
dụng nguồn năng lượng này cho giao thông
vận tải chúng ta sẽ tiết kiệm được một khối
lượng dầu mỏ rất lớn để xuất khẩu và hạn chế
được các chất khí gây ô nhiễm môi trường ở
các thành phố Tuy nhiên sử dụng khí thiên
nhiên cho phương tiện vận tải đòi hỏi đầu tư
ban đầu rất lớn nhất là khi hệ thống phân phối
khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa
được thiết lập
LPG
Kh«ng khÝ Hçn
hîp
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của bộ chế hòa khí LPG
Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ
nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng
LPG để chạy phương tiện giao thông trong đô
thị là phù hợp nhất Giải pháp này trước hết
giúp chúng ta chủ động được nguồn năng
lượng tuy LPG không dồi dào như khí thiên
nhiên Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất
ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc
dầu đầu tiên đi vào hoạt động, sản lượng khí
đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp
nhiên liệu LPG Mặt khác các nhà máy tinh
luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp
loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên
liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn Vấn đề thứ
hai là chúng ta có thể chủ động chế tạo những
phụ kiện cơ bản của hệ thống nhiên liệu LPG
bằng công nghệ trong nước
2
2 Chuyển đổi các phương tiện chạy xăng
sang chạy bằng LPG
2.1 Xe gắn máy hai nhiên liệu
LPG/xăng
Một trong những vấn đề cơ bản cần
phải nghiên cứu giải quyết là thiết kế một hệ
thống hai nhiên liệu LPG/xăng nhỏ gọn có thể
lắp đặt trên xe gắn máy cỡ nhỏ mà không làm
thay đổi kiểu dáng hay kết cấu của chúng Hệ
thống này cho phép xe gắn máy có thể chạy
bằng xăng hay bằng LPG Ở hệ thống nhiên
liệu LPG của ô tô, nhiên liệu ra khỏi bình chứa dưới dạng lỏng sau đó bốc hơi ở bộ bốc hơi-giãn nở và dẫn đến họng Venturi với áp suất xấp xỉ áp suất khí trời Nhiên liệu thể khí sau
đó được hút vào họng bộ chế hòa khí nhờ độ chân không giống như bộ chế hòa khí xăng Trong trường
hợp công suất động cơ thấp, nhiệt bốc hơi của nhiên liệu có thể lấy từ môi trường không khí, do đó chúng
ta có thể loại bỏ
bộ bốc hơi
Phương án phù hợp nhất đối với
xe gắn máy là sử dụng nhiên liệu
ra khỏi bình chứa dưới dạng khí có áp suất [5], [8] Sự cung cấp ga vào họng bộ chế hòa khí vì vậy được thực hiện liên tục và lượng ga nạp vào họng được điều chỉnh bởi áp suất trong ống dẫn ga và độ chân không tại họng Kỹ thuật điều chỉnh lưu lượng ga đề xuất trong công trình này là dùng van tiết lưu có độ mở tỉ
lệ với độ mở bướm cung cấp gió Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tạo hỗn hợp LPG-không khí cho xe gắn máy được trình bày trên như hình 1 Ở chế độ không tải, con trượt đóng kín lỗ nạp của van tiết lưu, khí LPG được hút
vào họng qua lỗ không tải có vít điều chỉnh Khi tăng dần tải động cơ, con trượt nhấc lên đồng thời với độ nhấc của quả ga, lỗ nạp ga
mở rộng dần, lượng khí LPG nạp vào họng được điều chỉnh đồng thời bởi
độ tiết lưu tại lỗ nạp
ga và độ chân không tại họng Trên cơ sở của nguyên lý này chúng ta có thể cải tạo bộ chế hòa khí
Hình 2: Ảnh chụp bộ chế hòa khí LPG/xăng
Trang 3xăng nguyên thủy của xe gắn máy thành bộ
chế hòa khí hai nhiên liệu LPG/xăng (hình 2)
Trong trường hợp này bộ chế hòa khí xăng
được giữ nguyên, van tiết lưu được lắp nối tiếp
trên ống dẫn hướng của quả ga Khi van nhiên
liệu chuyển sang vị trí dùng xăng, động cơ
hoạt động bằng xăng như trước khi cải tạo Khi
van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng ga,
nhiên liệu LPG qua van tiết lưu rồi vào họng
bộ chế hòa khí như đã mô tả ở hình 1
Hình 3: Xe gắn máy kiểu WAVE 110cc sau khi
lắp xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng
Bộ chế hòa khí sau khi cải tạo xong
được lắp trên xe gắn máy hai bánh 110cc kiểu
WAVE cùng với các bộ phân khác của hệ
thống nhiên liệu LPG gồm bình chứa LPG,
bình xăng phụ, van chân không Các bộ phận
phụ này đã được mô tả trong [7] Hình 3 là ảnh
chụp toàn bộ xe gắn máy kiểu WAVE sau khi
lắp đặt xong hệ thống hai nhiên liệu
LPG/xăng Mẫu mã và kết cấu của xe gắn
máy không thay đổi khi lắp đặt hệ thống nhiên
liệu mới
Xe gắn máy sau khi lắp xong các hệ
thống LPG được chạy thử trên băng thử công
suất và chạy trên đường trường Về mức độ
phát sinh ô nhiễm, phân tích khí ở các chế độ
khác nhau cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm
CO, HC của xe gắn máy khi chạy bằng LPG
đều giảm so với khi chạy bằng xăng Mức độ
giảm có thể đạt từ 30 đến 80% (Hình 4, 5) Tải
càng lớn thì mức độ phát ô nhiễm của động cơ
LPG càng thấp Về tính kinh tế: Mức độ tiết
kiệm của xe gắn máy khi chạy bằng LPG so
với khi chạy bằng xăng phụ thuộc vào chính
sách giá cả năng lượng của từng nước Kết quả
chạy thử nghiệm LPG trên xe gắn máy 110cc
mang biển số 43K5-4079 cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg LPG/110km
0 40 80 120
2.2 Xe buýt cỡ nhỏ chạy bằng LPG
Việc sử dụng những xe bus cỡ lớn để chở khách trong các thành phố, đặt biệt là các
1 Häng Venturie 5 Trôc buím ga
2 Bäng chøa LPG 6 C¬ cÊu ®iÒu khiÓn bưím ga
3 Häng tiÕt lưu 7 C¬ cÊu ®iÒu khiÓn van tiÕt lưu
4 BÝch
H×nh 6: Bé chÕ hßa khÝ LPG
16
0 0
n(v/ph)
pm)
x¨ng
LPG
Hình 4: So sánh nồng độ CO trong khí xả
xe gắnmáy 110cc khi chạy bằng xăng và
bằng LPG
0 1 2 3 4
n(v/ph)
CO(%)
x¨ng
LPG
Hình 5: So sánh nồng độ HC trong khí xả xe gắn máy 110cc khi chạy bằng xăng và bằng
LPG
Trang 4thành phố nhỏ ở nước ta là không hợp lý bởi lẽ
cự ly dịch chuyển nhỏ và đường sá hẹp, không
có đường dành riêng cho xe bus nên không thể
đảm bảo tính cơ động, đúng giờ được Vì vậy
việc tổ chức các tuyến xe bus nhỏ chạy trong
thành phố, có khả năng cơ động cao là hợp lý
nhất Trong phần sau đây sẽ giới thiệu xe buýt
cỡ nhỏ chạy bằng LPG được thiết kế cải tạo từ
xe tải nhẹ Daihatsu Jumbo 1.6
Trong điều kiện vận hành ở các thành
phố nước ta, phần lớn thời gian xe hoạt động ở
chế độ tải thấp vì vậy việc khống chế thành
phần hỗn hợp bằng độ chân không tại họng
như hệ thống nhiên liệu LPG trên thị trường
thì hỗn hợp thường xuyên đậm đặc hậu quả là
sự cải thiện tính kinh tế và môi trường của
động cơ LPG không tốt như mong đợi Dựa
trên kết quả đã đạt được đối với bộ chế hòa khí
cho xe gắn máy chúng ta thấy trong trường
hợp này sự điều chỉnh thành phần hỗn hợp nên
được thực hiện phối hợp giữa độ chân không
tại họng và tiết lưu áp suất ga
Hệ thống nhiên liệu kiểu này đơn giản
hơn so với hệ thống nhiên liệu có mặt trên thị
trường Khác biệt cơ bản ở đây là nhiên liệu
lấy ra khỏi bình chứa dưới dạng khí ở áp suất
30mbar Việc định lượng nhiên liệu nạp vào
họng bộ chế hòa khí được thực hiện nhờ độ
chân không và thay đổi áp suất do van tiết lưu
Như việc nạp ga vào họng được thực hiện bằng
phương pháp vừa phun, vừa hút Hình 6 giới
thiệu bộ chế hòa khí dùng LPG Bộ chế hòa
khí được thiết kế theo kiểu lắp ghép gồm ba bộ phận cơ bản đó là họng Venturie xung quanh
có lỗ để nạp ga, bọng chứa ga và buồng tiết lưu-hỗn hợp
Hình 8: "Greenbus": xe buýt cỡ nhỏ chạy
bằng LPG
Các kích thước quan trọng nhất của bộ chế hòa khí LPG là đường kính họng Venturie
và tổng tiết diện lỗ nạp ga Đối với các bộ chế hòa khí chế tạo sẵn theo gam công suất động
cơ thì đường kính họng Venturie là 22mm và
ga được nạp qua 4 lỗ có đường kính φ=5mm Trong thực tế, khi ô tô làm việc hết công suất thì kết cấu như vậy phù hợp Khi động cơ thường xuyên hoạt động ở chế độ tải thấp (chạy trong thành phố chẳng hạn), thành phần hỗn hợp do bộ chế hòa khí này tạo ra không tối
ưu, làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu và mức độ phát ô nhiễm Trong công trình này chúng tôi đã thay đổi nhiều đường kính họng
và đường kính lỗ nạp ga khác nhau Kết quả cho thấy đường kính họng 14,5mm với 6 lỗ nạp ga đường kính 2mm là phù hợp đối với xe tải nhỏ Daihatsu 1.6 Bộ chế hòa khí này làm việc kết hợp với van tiết lưu (hình 7) và bộ giãn nở của bình ga gia dụng có áp suất đầu ra 30mbar
Chiếc xe Daihatsu mang biển số đăng
ký 43E-0724 (hình 8) sau khi lắp đặt hệ thống nhiên liệu LPG được chạy thử trên đường với các địa hình khác nhau: trên đường trường, trên đường đèo dốc Nếu tính theo giá nhiên liệu hiện nay 7.500 đồng/kg LPG (theo giá bán lẻ) và 5.300 đồng/lít xăng thì khi sử dụng hệ thống nhiên liệu thiết kế để chạy ô tô bằng
1 Th©n van 2 Con tr−ît
3 §−êng ga vµo 4 VÝt kh«ng t¶i
5 VÝt ®iÒu chØnh 6 §−êng ga ra
vÞ trÝ con tr−ît
3
6
Hình 7: Sơ đồ van tiết lưu
4
Trang 5LPG tiết kiệm được trung bình 20% so với khi
chạy bằng xăng với bộ chế hòa khí nguyên
thủy
0 0.5 1 1.5 2 2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Hình 10: So sánh mức độ phát thải CO của xe GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng
CO(%vol)
Xăng
b
Hình 9: Chu trình thử 504A xe GREENBUS
a Chạy bằng LPG; b Chạy bằng xăng
Về hiệu quả bảo vệ môi trường, để so
sánh mức độ phát ô nhiễm của ô tô Daihatsu
khi chạy bằng xăng và bằng LPG chúng ta
thực hiện việc phân tích khí xả trong cùng điều
kiện vận hành theo chu trình 504A (hình 9)
Khí xả được lấy mẫu tại 17 điểm của chu trình
Kết quả phân tích cho trên hình 10 và hình 11
Chúng ta thấy cùng điều kiện vận hành, mức
độ phát thải CO giảm khoảng 75-90% và mức
độ phát thải HC giảm khoảng 40-50% khi
chuyển nhiên liệu từ xăng sang LPG
3 Kết luận
Bộ chế hòa khí hai nhiên liệu
LPG/xăng với kích thước gọn nhẹ và điều
chỉnh thành phần hỗn hợp tối ưu theo độ chân
không tại họng bộ chế hòa khí và áp suất ở đầu
ra van tiết lưu cho phép áp dụng LPG trên xe
gắn máy hai bánh Nguyên lý này cũng có thể
áp dụng trên ô tô bus cỡ nhỏ
Khi chuyển xe gắn máy và xe buýt cỡ nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG, mức độ phát thải HC có thể giảm đến 50% còn mức độ phát thải CO giảm đến 80%
Sử dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải làm tăng tính kinh tế nhiên liệu, tăng tuổi thọ động cơ, làm đa dạng hóa nguồn năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải, vì vậy nó là giải pháp rất phù hợp với điều kiện nước ta
Để phổ biến việc áp dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải, chúng ta cần thiết lập hệ thống cung cấp nhiên liệu rộng rãi
và Nhà nước nên có chính sách khuyến khích
về giá đối với nhiên liệu LPG sử dụng cho mục đích này trong giai đoạn đầu Mặt khác, Cục Đăng Kiểm Việt Nam nên sớm ban hành những văn bản pháp qui về tiêu chuẩn kiểm định đối với các loại phương tiện giao thông vận tải sử dụng LPG làm nhiên liệu
1 5 7
10 14
LPG
a
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Hình 11: So sánh mức độ phát thải HC của xe GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng
HC(ppm.vol)
Xăng
LPG
Trang 6Tài liệu tham khảo:
1 Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai,
Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng: Ô tô và
ô nhiễm môi trường ; Nhà Xuất Bản Giáo dục,
1999
2 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải
Tùng, Hồ tấn quyền : Xe gắn máy sử dụng
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG;
International Conference on Automotive
Technology ICAT’99, pp 133-139, Hanoi,
October 21-24, 1999
3 Bùi Văn Ga: Nghiên cứu sử dụng động cơ
nhiên liệu khí ở Việt Nam ; Đề tài trọng điểm
cấp Bộ, Mã số B97-III-01TĐ ; Nghiệm thu
tháng 11-1999
4 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải
Tùng, Hồ tấn quyền : Một số kết quả thực
nghiệm trên xe máy sử dụng khí dầu mỏ hóa
lỏng LPG; Tạp chí Giao thông Vận tải số
5/2000, pp 35-37
5 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Nguyễn Hữu
Huệ: Hệ thống nhiên liệu của xe máy sử dụng
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí
Khoa học-Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 7,
pp 1-5, 2000
6 Bùi Văn Ga, Lê văn Tụy, Maurice BRUN: ảnh
hưởng của các thông số vận hành đén tính
năng của động cơ sử dụng nhiên liệu khí dầu
mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí Giao thông Vận tải
số 10/2000, pp 27-29
7 Bùi Văn Ga, Nguyễn Hữu Huệ: Công nghệ
chuyển đổi xe gắn máy dùng xăng sang dùng
khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; Đề tài trong điểm
cấp Bộ, mã số B00-III-14TĐ, nghiệm thu
tháng 12-2000
8 Bùi Văn Ga, Nguyễn Hữu Huệ: Bộ tạo hỗn
hợp dùng cho xe gắn máy hai bánh sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí Giao Thông Vận tải, số 12/2000, pp 44-47
9 C LAMURE: Quelle automobile dans la ville?
Presses Ponts et chaussees, Paris, 1995
10 H Burkhart: From Diesel engines in buses to
fuel cells; Paderborn forum on public transport:
environment-friendly at acceptable cost-drive concepts for urban transportation system, pp 13-37, Paderborn (Germany), 11-12 Mar 1998
11 I Soubelet: Bus “propres”: Quelle filiere
choisir? Pollution Atmospherique, No 163, pp
53-57, 1999
12 S Brunnert: Economic efficiency of buses with
natural gas and diesel engines in public short-distance transport; Gas (Germany), Vol 48,
No2, pp 38-42, 1997
13 J.C Guibet: Quels carburants apres la loi sur
l’air? Petrole et Techniques, No 415, pp
24-30, 1998
14 Bùi Văn Ga, Trần Văn nam: Quy hoạch mạng
lưới giao thông công cộng Thành phố Đà Nẵng; Khoa học và Phát triển, số 87, pp
16-19, tháng 11-2002
15 Bùi Văn Ga, Hồ Tấn Quyền, Nhan Hồng
Quang: Phương tiện giao thông sạch phù hợp
với điều kiện Việt Nam; Hội nghị Nghiên cứu
khoa học, chuyển giao công nghệ môi trường phục vụ đào tạo và bảo vệ môi trường công nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh, 22-23/8/2003
6
