Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành (tóm tắt)

-1-

MỞ ĐẦU
Hin nay, s n giao thông và thit b ng lc trang b
diesel u này dn s cn kit nhanh ngun
nhiên liu truyn thng và gây ô nhim ng trm trng. Mt khác, tiêu
chun v khí ththì ngày càng ngt nghèo.
Vì vy, cn nghiên cu và s dng các loi nhiên liu thay th có m
phát thc hi th mt mt gim ô nhing, mt khác có th
p phn nhiên liu truyn th thiu ht. Trong các loi nhiên
liu thay th  dng, LPG là nhiên liu có ti
c các yêu cu trên.
S d tn dt v hiu
sut cao cng ng thi gim phát thic bit là phát thi khói bi,
thành phn phát thi quan trng và rt khó x lý c. Vì vy,  tài
Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện
hànhc tin.
i. Mục đích nghiên cứu của đề tài
c kh  dng LPG làm nhiên liu thay th trên các
      ng c  
kinh t, k thut và phát thi cng nhiên liu
LPG/diesel.
  c gii pháp chuy   n hành sang chy
ng nhiên liu LPG/diesel.
ii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
ng nghiên ci di 
AVL 5402 trang b h thng phun nhiên liu kiu tích áp (common Rail) và
 h  
c s dng ph bin trên các xe khách ti Hà Ni.
Vic nghiên cu và thc nghic thc hin trong phòng thí nghim
ti Phòng thí nghit trong, Ving li

hc Bách khoa Hà Ni.
iii. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên ccung cp nhiên liu LPG/diesel và to hn hp

- Nghiên cm quá trình cháy và hình thành phát thi c
LPG/diesel.
- Nghiên cu ng ca t l LPG thay th  k
thut và phát thi c
- Nghiên cu ng ca n góc phun sm t
c
-    làm vic  nh c    ng nhiên liu
LPG/diesel khi lp lên xe khách.
-2-

iv. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cu lý thuyt kt hp thc nghim.
- Lý thuyt: Nghiên cu xây dng mô hình lý thuyt mô t quá trình to
hn hp, quá trình cháy và hình thành phát thi c   .
 dng phn mm AVL BOOST kt hp lp trình trên ngôn ng
 tính toán các thông s quá trình cháy và phát thi c
phân tích kt qu ng cho nghiên cu thc nghim.
- Thc nghim: Th nghim trong phòng thí nghing
ca t l LPG thay th c
tính kinh t, k thut và phát thi c    d ng nhiên liu
 xut t l LPG thích hp.
ng dng gii pháp nghiên c b kh 
ng dng ca kt qu nghiên cu vào thc t.
v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
- Phân tích và mô ph c quá trình hình thành hn hp, quá trình
cháy và hình thành phát th     d ng nhiên liu

LPG/diesel.
- c ng ca t l LPG và góc phun s
kinh t, k thut và phát thi ca n hành s dng
nhiên liu LPG/diesel, t a chc các giá tr hm bo s hài

- i pháp kh thi chuyn hành sang s
dng nhiên liu LPG/diesel.
- Góp phn gi
x
n phát thi quan trng
và khó x lý, gim s ph thuc vào nhiên liu truyn thnh
ng trong vic nghiên cu ng dng nhiên liu thay th 
tin giao thông s dt trong.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặc điểm của LPG
(Liquefied Petroleum Gas).


4
H
10
)
và bropan (C
3
H
8




LPG là loi nhiên liu có th d c chuyi sang th lng bng
vit thích hp hoc gim nhi  d tn tr và vn chuyn.
Ngoài ra, LPG còn có nhit tr i các loi nhiên liu truyn thng
u diesel.
1.1.1 Tính chất lý hóa của LPG
-3-

 nhi l
o
ng áp sut bng áp sut khí quyn,
LPG b bii t th lng thành th . T trng LPG nh c,
i vi butan t 0,55 - 0,58 ln, propan t 0,5 - 0,53 ln. LPG lng gây bng
nng trên da khi tip xúc trc tip, nht là vi dòng LPG rò r trc tip vào
da. Nhi ca LPG khi cháy rt cao t 1900
o
C÷1950
o
C.
1.1.2 Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống
LPG có tr s octan nghiên cu  5-
v. Vì vy, LPG rt có li th khi muu sut nhit
. Trong s dt b liên quan. Vic s
dng LPG làm nhiên lit trong góp phn thay th mt phn
nhiên liu truyn thn kit và gim phát thi ô nhim
ng.
1.1.3 Tình hình sản xuất LPG
1.1.3.1 Tình hình sản xuất LPG trên thế giới
Tng ngun cung LPG trên th gi   t 239 triu t 
2013, tng công sut khai thác và s dng LPG ca th gii t 260 triu tn.
D sut khai thác có th t 291,7 triu tn.

1.1.3.2 Tình hình sản xuất LPG ở Việt nam
Hin nay,  Vit Nam có th tm chia ra 4 cm khai thác khí quan trng:
 ng bng Bc B, vùng bin Cu Long, vùng bi và
thm la Tây Nam hà máy lc du Dung Qut,
Dinh C vi tng sng trên 600.000 tn cho nhu cu s dng LPG trong
c.
1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong
Vi sc ép v bo v ng cng vi m ca LPG là sn
phm cháy sch và có nhing cao nên LPG c s dng khá rng rãi
làm nhiên liu thay th ng t trong. Theo các thng kê, trên toàn
th gii hin có khong 13 triu xe ô tô chy LPG. Trong , phn ln là xe
s dng ng bc ic nghiên cu s dng LPG
 ng  diesel    c bit quan trng v gim ô nhim môi
ng nên hin nay  rt c quan tâm.
 Vit Nam, theo quy hoch phát trin giao thông vn t
 
diesel có th trên 1,5 triu chic. u
kin thun li cho vic nghiên cu s dng LPG làm nhiên liu thay th 
gim tiêu th nhiên liu truyn thng và bo v ng.
1.2.1 Sử dụng LPG cho động cơ đốt cháy cưỡng bức
1.2.1.1 Đặc điểm kết cấu động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức
m kt cu chung cng bc hoàn toàn
  khác  h thng cung cp nhiên liu và to hn
hp. Các nhà nghiên c ra rc thit k
 s a sm tng gim mt chút
-4-

so v u sut, công sut và gim sut tiêu hao
nhiên liu. Vic chuygin và r
tin, ch cn trang b thêm h thng cung c

thng khác vc gi nguyên. Cho nên hu ht cháy
ng bc hin nay ng c chuyi là t 
1.2.1.2 Phương pháp cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp
Vic cung cp nhiên liu và to hn hp  ng   t cháy
ng bc có th c thc hin bng cng
np nh s dng b hòa trn,  ng np và phun trc tip
. Vic cung cng n
gin, d thc hic áp di
sang chy LPG, tuy nhiên công su gim mt chút. 
phun trc tic áp d to mi.
1.2.1.3 Đặc điểm làm việc và phát thải của động cơ LPG đốt cháy cưỡng
bức
Do nhiên liu LPG r ng y LPG có th tit kim
cho phí nhiên liu n 30%. Hng phát thi th so vi
y. Phát thi CO gin 80%, phát thi rn và khói
thm na so v
 chy tt vi hn hp nht,  và gim phát
tha.
Tóm li, LPG rt thích h làm nhiên liu thay th trên .
Vic chuy dn, d dàng và
chi phí thp. Tuy nhiên, công su    gim mt chút khi s dng
 pháp cung cp nhiên liu ng ng np.
1.2.2 Sử dụng LPG cho động cơ diesel
1.2.2.1 Phương pháp cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp trong động cơ
LPG/diesel
Do LPG có tr s octan cao và s cetan thp nên nhiên liu này khó có th
s dng c theo cách ng ca nhiên liu diesel và thay th hoàn
toàn nhiên li có th c s d thay th mt
phn nhiên liu diesel theo cách hoc là to hn hc vi không khí còn
nhiên lic phun vào xilanh  khi to quá trình cháy hoc LPG

c hòa trn  trng thái lng vi diesel  c phun
       t cháy nh nhiên liu diesel t cháy.
h hai rt phc tp nên c s dcác ng
 LPG/diesel hin nay s dng ph bin ng
np cng  to hn hp c vi không khí.
 Vit Nam, vic nghiên cu s dng nhiên liu LPG/diesel trên
c quan tâm nhi
T c hi u s dng khí hoá lng cho xe buýt thành
ph vì mo v u s dng
-5-

nhiên liu LPG/diesel cho xe buýt 22 ch trang b t qu
nghiên cu cho thy s dng nhiên liu LPG/diesel gic chi phí
nhiên liu chung và gi khói ca xe. Tuy nhiên, nghiên cu này
mi  m vi t l LPG thay th thng ca
t l LPG thay th c tính kinh t, k thut và phát thi ca xe.
1.2.2.2 Đặc tính làm việc và phát thải của động cơ LPG/diesel cấp LPG vào
ống nạp
Các công trình nghiên cu s dng nhiên liu LPG/diesel c thc
hin trên các mdiesel khác nhau vu kin vn hành và thí
nghi l nhiên liu khí LPG khác nhau và có các kt qu 

a) Đặc điểm quá trình cháy
Goldsworthy và Negurescu  ra r l propan thay th thì
thi gian cháy tr ca phn nhiên liu diesel phun ln th nht chút.
Tuy nhiên, t cháy sau khi phun ln th m
cháy chính din ra s t và áp sut ci
y ch vi nhiên liu diesel.
Tuy nhiên, Lata và cng s nghiên cli ch
ra kt qu c li  t l LPG thay th nh. K l LPG thay th t

n khong 30% thì thi gian cháy tr cng nhiên li
u tip tip ti gian cháy tr gim.
b) Giới hạn tỷ lệ LPG thay thế gây cháy kích nổ
Goldsworthy ch ra rng  t l propan thay th lên trên
20%, t  t b   t hin ting gõ.
Theo Bradley thì kích n ng xy ra khi t t khí th ln
 góc quay trc khuu và  toàn ti t l LPG thay th n
25% là bu xut hin kích n trong khi nghiên cu ca Lata và cng s
cho thy vi t l LPG thay th n trên 50% kích n v t
hin.
c) Hiệu suất của động cơ
Lata và cng s cho thy hiu sut ch th và hiu sut có ích c
chng nhiên liu LPG/diesel  ti ln vi t l LPG thay th n 40%
    i hiu su    y vi ch nhiên liu diesel
khong 6%. Tuy nhiên,  các ch  ti nh và trung bình thì hiu sung
y vng nhiên liu li thy diesel.
d) Đặc điểm phát thải
Goldsworthy cho th    l propan thì phát thi NO
x
gim.
Nghiên cu ca Saleh và ca Lata và công s v ng nhiên liu
 ra s gim NO
x
 l LPG thay th. Tuy
nhiên, nghiên cu ca Alla và cng s li ch ra rng
nhiên liu propan- l propan thay th ng phát thi
-6-

NO
x

i s gii thích là propan cháy có nhi n ng
c
V phát thng nhiên liu khí-diesel nói chung hay
LPG/diesel nói riêng, hu ht các nhà nhiên cu ch ra rng phát thi HC
 l nhiên liu khí thay thc bit là  ch  ti nh. Phát
thi HC  ti tht nhiu so vi phát thi HC  ti cao khi cùng t
l nhiên liu khí. Tuy nhiên, Negurescu li báo cáo HC gim trong kt qu thí
nghim ca mình  ch  toàn t l LPG.
V phát thi CO, Goldsworthy cho thy  l propan thì phát thi
. Kt qu  c khnh trong nghiên c
ng nhiên liu LPG/diesel ca Lata và cng s và nghiên c  
ng nhiên liu khí thiên nhiên-diesel ca Papagiannakis.
e) Nghiên cứu giảm phát thải
 ci thin phát thi, mt s nhà nghiên c sung H
2
ng
np cùng LPG. H
2
c tính cháy nhanh và cháy kit s giúp m rng gii
hn cháy cho hn h ci thin quá trình cháy nhiên liu
diesel và LPG.
1.3 Kết luận
Vic s dng LPG làm nhiên liu thay th t trong có ý
c và thc tin cao. ng  diesel, vic s dng LPG làm
nhiên liu thay th theo cách s dng ng nhiên liu LPG/diesel c quan
tâm nht. u công trình nghiên cu v vic s dng ng nhiên liu
này trên các  các nhn xét v c tính
làm vic và phát thi cng  c tóm rt 
- V hing kích n: xy ra khi t l LPG thay th t quá n
trên 50%.

- V din bin quá trình cháy: ng cn thi gian cháy tr,
thi gian cháy chính, t cháy  ti nh c công b khác
nhau.
- V phát thi NO
x
: a s tác gi công b kt qu phát thi này gim
t s khác li cho rng NO
x
 l LPG thay th.
- Phát th tác gi công b kt qu t s li cho
 l LPG.
- V phát thi HC và cht thi rn PM: Các công trình nghiên cu cho
th l LPG thay th.
Chính vì vy, vic nghiên c ng ca LPG
thay th trên các lo h thng nhiên liu
tích áp và h thng nhiên liu truyn thng s dng ng nhiên liu
c tính làm vic và phát thi ct cn thi
c các thông s u chnh hp lý giúp cho vic cho vic chuyn
i hiu qu các loi này sang chng nhiên liu LPG/diesel.
-7-

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ
TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI
TRONG ĐỘNG CƠ LPG/DIESEL
2.1 Mở đầu
Vic nghiên cu lý thuyt nhm xây dng và phát trin các mô hình toán
biu din các quá trình to hn hp, cháy và hình thành phát thi CO, HC,
NO
x
và Soot cng , nh các thông s 

tính kinh t, k thut và phát thi c c các nhân t
ng, cung cp s li cho vic nghiên cu thc nghi
chuyn hành sang chy LPG/diesel.

 tài này, tác gi s nghiên cu lý thuyt v s dng ng nhiên
li trang b h thng phun nhiên liu
diesel kiu tích áp (common
rail) u khi n t.
Vic cung cng nhiên
li  c thc
hin vi vic cung cp và
to hn hp LPG-không khí
 ng ng np, còn
nhiên liu diesel c phun
trc tip vào hn hng
nht LPG-không khí trong
xilanh  cui quá trình nén.
Hình 2.2 Sơ đồ phân vùng hỗn hợp trên 1 tia phun
2.2 Đặc điểm quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong động cơ LPG/diesel
2.2.1 Quá trình cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp trong xilanh
S phân b nhiên lic khi s cháy xy ra gm
3 vùng (hình 2.2): Vng diesel cao, vùng hn hp
c c-LPG-không khí và vùng hn hp nhng nht ca
LPG- không khí.

2.2.2 Quá trình cháy
Tn ti 4 vùng trong quá trình cháy (hình 2.3)
cháy; vùng cháy khuych tán, vùng cháy lan tràn màng la, vùng hn hp
ng nha LPG-không khí.


-LPG-
-không khí
-8-


Hình 2.3 Sơ đồ phân vùng xilanh ứng với 1 tia phun trong quá trình cháy
2.3 Các giả thiết để nghiên cứu quá trình tạo hh & cháy
Coi t chuyng ca nhiên liu ti l i trong
quá trình phun; Các thông s c tính ca nhiên lii trong quá
trình phun; Trong quá trình phân tán và xé nh, nhiên liu diesel tn ti  th
lt thúc quá trình này các ht nhiên liu ngay lp tc
chuyn sang th khí; Trong quá trình cháy, th tích bung cháy ng vi mi
tia phun c chia thành 4 vùng.
2.4 Các mô hình toán
2.4.1 Mô hình phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp
Dm ca Liu và Karim áp dng nhiên
liu khí/diesel.  dài tia nhiên liu phun (hình 2.4) S(m):
dt
P
S
a












25,0
95.2


 dài tia nhiên liu  dng ht, d:
dt
P
S
br
a
hat
25,0
95,2












 
br
a
hoi
ttd
P
S 











25,0
95,2


S = S
hat
+ S
hoi
 D/2
Vùng nhiên liu diesel


Vùng hn hng nh
Vùng cháy khuych tán
Vùng cháy lan tràn màng la
Màng la
-9-


Hình 2.4 Sơ đồ phân bố nhiên liệu diesel trong tia phun
2.4.2 Mô hình cháy và tỏa nhiệt
2.4.2.1 Thời gian cháy trễ
Thi gian cháy tr tính theo góc quay trc khunh theo công
th:

2.4.2.2 Tốc độ cháy và tỏa nhiệt của nhiên liệu diesel và LPG
a) Tốc độ cháy của nhiên liệu trong vùng tia phun

b) Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG-không khí bên ngoài tia phun
Mô hình cháy lan tràn màng la kiu ri c áp d tính toán t
cháy và ta nhin này.













= 














  



2.4.2.3 Thành phần sản vật cháy ở trạng thái cân bằng
Theo Ferguson và Rakopoulosn ng cháy ca nhiên liu
n 11 thành phn sn vt cháy là:
NvNOvOHvOvHvHv
COvOvNvOHvCOvNONOHC
111098726
52423222122
79.021.0






       c gii b   p
Newton-Raphson c các thành phn mol y
1
, y
2
, y
3
, y
4
, y
5
, y
6
, y
7
, y
8
, y
9
,
y
10
, y
11
y, ti mi thm ng vi mu kin nhi và áp sut


()
=(

)


0.36+ 0.22





1


(

)
1

1
17190
 +
21.2


(

)


 12.4

0.63



= 
1







+ 1

.






 
1







+1

+ 
2









+ 1

.






exp 
2







+1

Các ht nhiên liu diesel
O
x
y
2b

u diesel
S
hat
S
hoi
S

-10-

ca chu trình nhiu có th c thành phn mol ca các
thành phn sn vt cháy  u kin cân bng hóa hc.
2.4.3 Mô hình nhiệt động
S i khng ca mi vùng dm
i
bng tng khng nhn vào
và ma nó:

Th tích môi cht V trong xilanh bng tng th tích ca các vùng V
i
:

Áp dnh lut th nht nhing h

Áp dnh lut th nht nhing hc cho các vùng cháy:

    u din áp sut khí th dP/dt, nhit  các
vùng hn h   
ui
/dt và nhi  các vùng hn h  
dT
bi
/dt.























































n
i
pi
ii
N
j
j
ujui
ui
uiui
n
i
pui
ui
N
j
j
jbi
bi
bibi
n
i
i
pbi
bi

n
i
i
i
i
n
i
i
i
i
c
VR
V
Pdt
dx
um
dt
dR
Tm
dt
dQ
Pc
R
t
x
um
t
R
Tm
t

m
hh
t
m
h
t
Q
Pc
R
dt
dR
R
V
ui
dt
dm
m
V
t
V
t
P
u
b
111
11
ui
b
i
u

pf
pf
bi
11
1
/
d
d
d
d
d
d
)(
d
d
d
d

d
d
d
d

2.4.4 Mô hình truyền nhiệt
n nhit t khí th trong xilanh ra thành bu
np xilanh, piston và lót xilanh  :

 
wicwii
TTAQ 



Vi h s truyn nhit α
w
c tín:
8,053,08,02,0
130 cTpD
w




2.4.5 Mô hình hình thành phát thải độc hại
2.4.5.1 Mô hình hình thành phát thải HC
a) Nguồn HC ban đầu



=





=1

=





=1





+




+







= 


+




=1






+




 +




=1









= 

+ 

+ 







+ 



+ 



= 

+ 





= 



+ 



 







 





=1



/







=




+ 





+



 







+ 



 














=1




/




-11-

* Ngun HC t hn hp không khí - nhiên liu:
Ngun HC này bao gm HC do s lt khí ti ca thi, HC to ra do cháy
không hoàn toàn ti vùng phn ng cháy, HC to ra do màng la b dp tt do
u kin cháy không thun li (hn hp quá nht), và HC thoát ra t các khe
hp trong bung cháy. n HC cu, còn các
nguc rt nh có th b qua. Ngun HC do dp tt màng lc tính
toán t quá trình cháy trong chu trình nhing. Ngun HC t các khe hp

Lng HC không cháy trong khe hp:
),(
wgas
cre
w
gascre

cre
gascrecre
crevicegas
TPv
V
QT
MPV
RT
MVP
m 


ng hn hp khí và HC không cháy:


d
dp
RT
MV
dt
dm
m
w
gascre
crevicegas
.
1



Th tích khe hp :
0,0,
0,
pistonliner
pistonliner
crecre
dd
dd
VV




* Ngun HC t nhiên liu:
 hình thành HC t ngun này là trong quá trình nén, mt phn nhiên
lin hc màng dp th nh lut
Henry.

2
2
z
Y
D
t
Y
ff







b) Sự ôxi hoá HC phía sau màng lửa
 
   







RT
E
OHCAC
dt
HCd
ba
R
exp
2

2.4.5.2 Mô hình hình thành phát thải CO
T phn ng tc tính theo công thc:
 
 
 
 










e
CO
CO
RR
dt
COd
1
21

2.4.5.3 Mô hình hình thành phát thải NO
x

 
 











4
4
1
1
2
11
12
K
R
K
R
dt
NOd



2.4.5.4 Mô hình hình thành phát thải rắn
Khng b hóng :




=

,



,



-12-



T ôxy hoá b hóng :

2.5 Kết quả tính toán mô phỏng
Vic tính toán mô phng  nh các thông s  tiêu
kinh t k thut avf phát thi c   c thc hin trên phn mm
AVL BOOSTn mm tiên tin hii chuyên dùng
cho mô phnnh các ch tiêu kinh
t, k thut và phát thi c tin cy cao. Riêng thành phn
phát thi HC c tính toán theo các mô hình nói trên nh  lp
trình riêng trên ngôn ng FORTRAN.
2.5.1 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng
 tin cy ca mô hình mô phc kim  bng cách so
sánh kt qu tính toán mô phng vi kt qu th nghim ng hp
s dn liu diesel và ng nhiên liu LPG/diesel vi t l LPG
thay th 20% v din bin áp sut khí th 
Vi sai lch kt qu gia thc nghim và mô phng không quá 3% nên mô
hình mô phng có th s d nghiên cu quá trình làm vic ca
ng nhiên liu LPG/diesel.
2.5.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của đ/cơ
2.5.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tính kinh tế nhiên liệu
Nghiên cc thc hin  100% ti vi các t l LPG thay th 10%,
20%, 30%, 40%, 50%  các t khác nhau.
a) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tổng tiêu thụ nhiên liệu khối lượng
 t trên 2000v/ph tiêu hao nhiên liu tng (LPG + diesel) cng

ng nhiên liu LPG/diesel gim mt chút so vi ch
ling tiêu hao nhiên liu LPG gim do nhit tr thp ca LPG
(46 MJ/kg) lt tr thp ca diesel (42,5 MJ/kg). T l thay th
LPG càng cao thì sut tiêu hao nhiên liu s càng gim.
b) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến suất tiêu thụ năng lượng
 dng nhiên liu LPG/diesel vi các t l LPG khác
nhau  t trên 2400v/ph sung gim nhiu.  t
3000v/ph t l LPG thay th 10%, 20%, 30%, 40%, 50% su
ng ging là 2,8%; 5,4%, 7.71%, 11,7% và 12,28%.

,

= 

.
,
.
0,5


,



,

= 

.



2

.
1,8


,



,

= 

1






2

2,

1,3
exp
15,000



-13-

2.5.2.2 Ảnh hưởng của LPG đến nồng độ phát thải
a) Phát thải HC
Vic tính toán mô phc thc hin  t nh mc n=3000 v/p
vi các ch  ti 25%, 50%, và 100% tnh mc vi các t l LPG thay
th i t n 10%, 20%, 30%, 40% và 50%  mi ch  ti. Kt
qu cho thy,  tt c các ch  t l LPG thay th, ng
phát th ch  ti càng nh 
m l LPG thay th.
Kt qu tính toán phát thi NO
x
c thc hin  ch  toàn
ti vi các t l LPG thay th và t khác nhau.
b) Phát thải NO
x

Kt qu tính toán phát thi NO
x
, cho th l LPG thay
th thì n  phát thi NO
x
càng     ng h
nhiên liu.
c) Phát thải CO
Kt qu tính toán phát thi CO, cho thy khi  l LPG thì n
phát thi CO gim so vng hu.
d) Phát thải rắn (Soot)
Kt qu tính toán phát thi Soot, có th thy k l LPG thì phát

thi soot gim so vng hu  mi ch  th nghim
C th :  t l LPG thay th 30%, CO gim 46,54%, Soot gim 34,23%,

x

 dng nhiên liu,
t t chút so vi khi s du.
2.5.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm
Quá trình nghiên cc tin hành  t 2000vg/ph, 100% ti, trong
ng h    dng nhiên liu vi t l LPG 20%. Khi s
dng nhiên liu diesel, góc phun sm t
0
TK  góc quay trc
khuu).
2.5.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mômen và công suất động cơ
Khi gim góc phun sm mômen và công su mt chút, nu g góc
phun sm thì mômen và công sut gim xuy, vic la
chn này cc nghiên cu và tho lun thêm  các phn tip theo.
2.5.3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải của động cơ
Kt qu    trên cho thy khi gim góc phun sm 4
o
TK thì ci
thic thành phn NO
x
, phát thi u. Vì vy,
góc phun sm t    d ng nhiên liu LPG/diesel  t 
2000vg/ph, 100% ti nên la chn gim 4
0
TK so vi nguyên thy.
2.5.3.3 Ảnh hưởng của thay đổi góc phun sớm đến diễn biến áp suất trong

xilanh động cơ
Khi gim góc phun sm so vi nguyên thy, kt qu t t
gim, gim 4
0
TK thì giá tr  gim 7,19%. y, có th kt lun khi
-14-

   dng nhiên liu LPG/diesel thì nên gim góc phun sm
diesel và  t  2000vg/ph, 100% ti nên la chn góc phun sm gim
4
0
TK.
2.6 Kết luận
T kt qu mô phng có th rút ra các kt lun 
- S dng nhiên liu LPG/dng  diesel giúp gi
k sut tiêu hao nhiên liu tng và sut tiêng cng  so
vi khi s dn liu.
- S dng LPG/diesel giúp gi k phát thi khói bi (Soot, PM ca
ng 
- Nghiên cu mô ph c ng ca áp sut phun
n các ch tiêu kinh t k thut và phát thi cng ánh giá
c ng ca t l LPG thay th n c tính kích n và rung cng
  xác c t l LPG thay th ti 

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ
LPG/DIESEL
3.1 Giới thiệu chung
Nghiên cu thc nghim s dng nhiên lic thc
hin trên hai dc ng AVL-5402 trang b h thng

phun nhiên liu diesel kiu tích áp    trang b h thng
cung cp nhiên liu diesel kiu truyn thng.
i vng nghiên c tài
này nên h thng cung cc nghiên cu thit k ch to  m bo
king cp LPG theo ý mun phù hp vi các ch  làm vic
cu chng phun LPG nh
u ch ru khic la chn áp dng.
 h thc ch ra trên hình 3.1. ELC vi các thông s n
là tín hiu t ng và nhi khí np, áp su
c vòi phun, nhi và  u khin gm
tín hiu u khin vòi phun, tín hiu khi ng cp LPG cho
c kt ni v lu khin
cung cp LPG theo yêu cu.
-15-


Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ
AVL5402
i v i s dng trên xe
khách. H thng cung cp LPG  ng   c mua sn trên th
 thng phun LPG liên tng phun LPG ph thuc vào
áp suu cc cng thng LPG
u chnh t ng theo áp sup vi tng
ch  làm vic c h thng thit b u khin cp nhiên
ling cc trình bày trên hình 3.2.


Hình 3.2.Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel D1146TI
3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402
3.2.1 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun LPG

-16-

B u khin cung cp nhiên li    c thit k, ch to
(Hình 3.5) gm các khi mch: Khi ngun, khi ghi nhn tín hiu t cm
bin, khi vi x lý, khu khiu chp hành và khi kt ni vi máy
tính.
  u khin
trong vi x c vit bng
ngôn ng lp trình C trên
phn mm CodeVisionAVR.
   hin th các
thông s ca các cm bin và
u ch ng nhiên liu
  i th m
phun, bt tt các công
tc, B u khin ELC phi
 u khin t máy tính. Vi giao din xây dng trên phn mm cho
i thc hic các thông s theo mt ra và giao
din kt ni vi x lý v   c lp trình trên phn mm Borland
Delphi.
Khi vi x lý ELC, mt trong nhng khi chính ca b c th hin
c thit k bao gm các khi x lý tín hiu
 lý loi Atmega 32 ca hãng Atmel, mch to xung nhp
ng thch anh bên ngoài và mch reset vi x lý khi bu cp ngun
cho vi x lý. Vi vi x lý trang b trên mu khin
lp trình các thut toán nhn tín hiu t cm bin và t u
u khiu chp hành mt cách hp lý và phù hp vi yêu cu.

Hình 3.15. Sơ đồ khối vi điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
3.2.2 Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong HT LPG

 u và xây dng các thut toán bao gm :Thuc
giá tr t , thuc giá tr các cm bin, thut toán tính giá
Hình 3.5. Bộ điều khiển cung cấp LPG
(ELC)
-17-

tr tín hiu t cm bing, thut toán tính giá tr tín hiu t cm bin
áp sut, thut toán tính giá tr tín hiu t cm bin nhi, thut toán tính giá
tr tín hiu t cm bin chân ga và thut toán ni suy.
3.2.3 Thuật toán điều khiển kết nối máy tính
    u và xây dng các thut toán bao gm: Thut toán
truyn giá tr t vi x lý lên máy tính, thut toán nhn giá tr t máy tính.
3.2.4 Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
3.2.4.1 Chương trình điều khiển vòi phun
ng nhiên liu phun trong quá trình thí nghii bng cách
 rng xung phun thông qua mm lp trình.
3.2.4.2 Thuật toán điều khiển vòi phun
Mi ch  hong ci mt bin trng thái.
Khi bit lên trng thái ON, ELC s t ng chuyn xu
u khing nhiên liu phun  ch   Khi bin trt
xung mc OFF, ELC s t ng thoát khn
n trng thái ON khác.
Ngoài ra, còn có các thut toán : Thuu khin  ch  không ti,
thuu khin  ch  chuyn tip không ti - có ti, thuu
khin  ch  có ti, thut  u khin  ch  chuyn tip có ti -
không ti.
3.2.5 Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
Vic kt ni b u khin vc thc hin bng phn mm
kt ni Delphi vi giao din xây dng trên phn mm cho phéi thc
hic các thông s theo mt ra. Trong sut quá trình thí

nghiu khin th công trc tip trên giao din phn
mm này theo các ch  c
3.3 Kết luận
Vic thit k và ch to thành công b u khin cung cp LPG (ELC)
nghiên cu có kh u chng cung cp LPG phù hp
vi các ch  làm vic ct ra  quan trng
cho vic thc hin các nghiên cu thc nghim sâu v s dng nhiên
liu.
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thử nghiệm
4.1.1 Mục đích thử nghiệm
Vic th nghim s dng nhiên liu LPG/diesel 
diesel trang b các h thng cung cp nhiên liu   nhm
, k thut và phát thi và s làm vic nh ca
    d ng nhiên liu LPG/diesel vi t l LPG thay th
diesel là ln nhc bit s u mô
ph i hn kích n và s  l
-18-

LPG thay th.
4.1.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm
ng th nghim diesel trang b h thng phun nhiên liu
diesel kiu tích áp -5402) diesel trang b h thng
cung cp nhiên liu kiu truyn thng  trên xe khách.
Nhiên liu th nghim là        nh
c cha trong bình cha vi áp sut 7bar có t l v th
tích ca propan/butan là 50/50.
4.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm
Vic th nghi-c thc hin trên h thng b
th t xilanh là mt cm các h thng riêng bit kt hp li

vi nhau to thành mt h thng th nghim và nghiên cu v t
trong. Cm quan trng nht ca h th t xilanh là cm
n Dyno-AMK có ch ng
 gia Rotor và Stator to ra mô men cn vi Rotor và cân bng vi
mô men dng t Rotor.
Vic th  c thc hin trên h th ng
lc hc cao trang b phanh APA100  nh các thông s n cng
t, mômen, t. Ngoài ra, còn có các thit b 
nhiên liu, h thu khin và giám sát, thit b nh n khí thi,
thit b  m khói Opacimeter
 và mt s thit b ph tr khác.
4.2 Thử nghiệm trên động cơ diesel trang bị hệ thống phun nhiên liệu
kiểu tích áp (động cơ AVL 5402)
4.2.1 Nội dung thử nghiệm
Th nghim  ch  toàn t tránh phát thi HC cao và t l LPG thay
th cao nht có th c là  ch  này.
Th nghim tìm áp sut phun LPG t ch  mômen ln nht Me
max

 c ng ca áp sut phun
n các ch tiêu làm vic c
ng ca t l LPG thay th n ng kinh t k thut
và phát thi cng  các ch  làm vic c.
ng ca góc phun sm diesel khi s dng nhiên
liu LPG/diesel.
4.2.2 Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.2.2.1 Ảnh hưởng của áp suất phun đến đặc tính làm việc của đ.cơ
a) Ảnh hưởng của áp suất phun đến mô men động cơ
Mô men là thông s iu chnh ng LPG cung cp  mi t
l LPG thay th. Tc là,  mi t l PLG thay th ng cp LPG

c iu chng   ch  nh mc khi chy vi
-19-

LPG/diesel bng ng n liu dieselai
lch v mômen trên toàn di tc  luôn nh  i vi 3 giá tr áp
sut 1bar, 1,5bar và 2bar.
b) Ảnh hưởng của áp suất phun đến thành phần phát thải
c vn hành  t 2000vg/ph, 100% ti. Nhiên liu s dng
ng nhiên liu LPG/diesel vi t l khác nhau và vi các áp
sut LPG 1bar, 1,5bar và 2bar. Nt cách tng hp, ng
ca áp sun c im phát thi ci áp sut là
1,5bar cho kt qu tso vi  các giá tr áp sut 1bar và 2bar. C th vi
áp sut phun LPG 1,5bar, phát thi HC, NO
x
thp nht.
c) Ảnh hưởng của áp suất phun đến đặc tính cháy
Nghiên cc thc hin  100% ti vng
nhiên liu vi t l LPG 16%  các giá tr áp sut khác nhau. Kt qu 
 cho thy,  có quá trình cháy hiu qu nht, áp sut phun
LPG ci theo ch  làm vic c
hài hòa , k thut và phát thng
 áp sut phun 1,5bar là phù hp  100% ti.
4.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến phát thải
Quá trình nghiên cu th nghic thc hin  ch  100% ti. Tc
t i t ng thi,  các ch 
th nghim b các t l  
ng hp s du diesel. T l c tính thông qua t
l diesel b ch  th nghim cùng mômen.
Khi càng  l LPG thì n phát thi NO
x

, HC càng , còn
phát thi CO, Smoke thì càng gim so vng hu.  t l
LPG thay th 30%, NOx và HC ng là 643,14% và 48,58% còn
     ng là 56,07%, 52,26% so v ng h 
nhiên liu.
4.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến diễn biến áp suất và độ
rung động động cơ
 ch  100% ti, khi t l LPG t 40% tr lên, có th nói rng, vi biên
 ng ln, t t cao, hing kích n y. Thc t
th nghim cho thu có ting gõ  ch  th nghim này.
Vì vy, ch  100% ti, ta có th la chn t l LPG thay th tlà 30%
 tránh hing kích n xy ra.
4.2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của LPG đến góc phun sớm tối ưu
Quá trình th nghim c tin hành  t 2000vg/ph, 100% ti, vi t
l LPG 20%. Khi s dng nhiên liu diesel thì góc phun sm t
0
TK.
Viphun sm cc dù có th ng tích cc
n phát th ng không tn phát thi HC
và NO
x
n bin áp su ng cm góc
phun sm làm gim công su quá 3,0
-20-

ci thic thành phn NO
x
gi diesel 100%, HC
gi n bin áp su ng cVì
vy, khi s dng nhiên liu LPG/diesel  100% ti góc phun sm t

nên la chn gim 4
0
TK so vi góc phun sm t
s dng hoàn toàn diesel.
4.3 Thử nghiệm trên động cơ diesel trang bị hệ thống cung cấp nhiên
liệu truyền thống (động cơ D1146TI)
H thng cung cp LPG c thng phun liên t
ng phun LPG ph thuc vào tit din l phun và chênh lch áp suc
và sau vòi phun. Trong h thng cung cc mua ca hãng Chip IT 
ng kính l phun ci trong quá trình
làm vic  chênh áp qua vòi phun c iu chnh t ng theo ti, tc
là khi ti cao thì áp sut c c t ng iu ch
    ng cp LPG. Tuy nhiên, m 
không nhiu.
4.3.1 Nội dung thử nghiệm
  ng cng LPG thay th diesel)
n phát thi và nh t l LPG thay th ln nht.
nh góc phun sm diesel t.
4.3.2 Kết quả thử nghiệm và thảo luận
4.3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn giclơ
Có 5 long kính 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6mm và v trí lp vòi
phun ngay c góp nKhi th nghim m
c tính công suc duy trì .
Kt qu th nghim  100% ti vi ng nhiên liu LPG/diesel cho thy
ng phát th, phát thi không nhiu vi các
t l cung cp LPG khác nhau ng v  n
quan trng nht trong khí th
x
 a khí thi
ng ging CO

2

ng gim vi giá tr ln nht 6,46% ng v (1,6mm).
S i thành phn phát thng NO
x
gi khi
 l LPG thay th ng  có v c vi
kt qu thc nghi  ,   CO gim và NO
x

u này là do  h thng phun nhiên liu tích áp
vi áp suo hn hng nht gia diesel,
LPG và không khí nên cháy tt nhi
gim và NO
x
 h
thng phun nhiên liu truyn thng, áp su
nên tn ti nhiu khu vc hn hp nht LPG/không khí cháy kém xen k các
-21-

ht nhiên liu diesel làm h thp nhi cháy so vng hp ch chy vi

x
gim.
y, khi s dt qu hp lý nht v phát thi. Vì vy,
la ch tip tc cho các nghiên cu tip theo.
4.3.2.2 Đánh giá phát thải động cơ theo chu trình thử ECE R49 (tiêu chuẩn
Euro II) với giclơ 5 đã chọn
ng phát thi theo chu trình th ECE R49 khi s dng nhiên
liu LPG/diesel so vi s dphát

thi ng 10,2% và 11,7%, CO
2
gim 5,8%, NO
x
gim
c bing cht thi ht PM gi ti gn 20%.
4.3.2.3 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm khi sử dụng
lưỡng nhiên liệu LPG/diesel
Quá trình th nghim c tin hành  t 2200vg/ph, 100% ti, vi
 5. Khi s dng nhiên liu diesel thì góc phun sm t9
0
TK.
i góc phun sm so vi góc phun sm nguyên thng 
2
0
TK và 5
0
TK, gim 3
0
TK và 5
0
TK.
Ki góc phun sm, công sut, mômen và sut tiêu hao nhiên liu
i ít theo c hai chim. Vi góc phun sm gim
3
0
TK so vi góc nguyên thy, hng phát tht giá tr thp nht,
phát thi HC gim khong 9%, phát thi NO
x
gim 13,76%.

Qua kt qu th nghi trên, có th thy góc phun sm hp lý
là gim 3
0
TK  so vi nguyên thy.
So sánh mc phát thi trung bình theo chu trình th ECE R49 khi s dng
góc phun sm nguyên thy cho thy, sau khi gim góc phun s
0
TK so
vi góc nguyên thng vi góc phun sm 6
0
TK

thì hu ht các thành
phn phát thu gimc bit là NO
x
và PM. Mc gii vi các thành
phn HC, NO
x
, CO và PM lt là 12,0%, 20,7%, 2,5% và 7,7% so vi
ng hp s du diesel.
4.4 Ứng dụng giải pháp nghiên cứu trên xe khách
Da vào quá trình th nghi 
c nh ca h thng cung c trên xe khách
TRANSINCO 46 ch ngi chy tuyn Thái Bình - Sài Gòn.
4.4.1 Thiết kế vị trí lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe
Các chi ti n t c b c khí LPG, vòi
phun và cm bin áp sung nc lt trong ng
 Bình chc nhóm kho sát phân tích và la chn lp trong
. ng h báo mu
c lt trên khoang lái.

-22-

4.4.2 Hiệu chỉnh lượng nhiên liệu, góc phun sớm và chạy thử động cơ
sau khi lắp đặt hệ thống LPG
4.4.2.1 Điều chỉnh lượng nhiên liệu
u ch ng nhiên liu diesel tlà
80% u khi s dng LPG/diesel.
4.4.2.2 Điều chỉnh góc phun sớm
c  ch  không ti khi chy diesel
sm u chnh ltheo chiu gim góc phun sm theo mong mun
vi LPG/diesel.
4.4.2.3 Kiểm tra và đánh giá hệ thống cung cấp LPG sau lắp đặt
Sau khi l t tin hành kim tra các mi lp ghép, các mt kim loi
trong quá trình lp ghép, kim tra hing rò r ga và ct ch  làm
viu chnh áp sut phun LPG cho phù hp.
4.4.2.4 Vận hành đánh giá
Sau khi kim tra h thng cung cm bo không rò r, các b phn
ho       c lt h thng cung cp LPG
c chy th nghi  c nh ca
h thu kin vn hành thc tc vu kin
 các ch  hong nh (t nh) và ch  chuyn ti
gim t). Trong tt c các ch  làm vic nh và chuyn tip, xe hot
  ng không có khác bit so vi khi s d   u
diesel.

4.5 Kết luận
Qua nghiên cu thc nghi       h thng
phun nhiên liu tích áp và h thng nhiên liu truyn thng có th rút ra các
kt lun sau:
- Vic phun LPG và to hn hp LPG-ng np là phù

hp, quá trình lt h thng cung cp LPG trên hai lo
phi kt cu c
- Áp sut phun LPG có ng g k n c im phát thi ca
ng ap sut phun hp lý vào khong 1,5 bar.
- T l LPG thay th b gii hn do xut hin kích n i vi
ng -ng  l LPG thay th ln nht lt
là 30% và 17,81%.
- c ng ca t l LPG thay th n các ch tiêu
kinh t, k thut và phát thi cng i dng ht (khói bi) gim
 ng nhiu khi  l LPG thay th. Phát thi NOx
 i khác ng  h thng
-23-

nhiên liu tích áp so vi ng  h thng cung cp nhiên liu truyn
thng c im phun nhiên liu diesel và to hn hp khác nhau.


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận
 c các kt lu
1. Vic s dng nhiên lin hành
là rt kh p LPG bng np ca
p nht và mang tính thc tin cao, không yêu cu phi thay
i kt cng c
2. Kt qu nghiên cu mô phng và thc nghim s dng
c s ng ca t l LPG thay th
c hi và các thông s u chnh
t    nh  c vic s d ng nhiên liu
 th là:
 i v h thng nhiên li

AVL 5402 diesel) chng nhiên liu LPG/diesel:
- Vi t trên 50% t nh mc, tng nhiên liu tiêu th và
sung gim nhi l LPG thay th. Ví d  tc
 thit k 3000v/ph, vi t l LPG thay th 30% và tng nhiên liu tiêu th
gim ti 9,41%; vi t l LPG thay th 10%, 20%, 30%, su
ng ging là 2,8%; 5,4% và 7,71% so vi khi chu
u này nói lên rng hiu su l LPG thay
th.
-  l LPG thay th thì HC và NO
x

Smoke và CO
2
càng gim.  ch  toàn ti, vi t l LPG thay th 30%,
n trung bình ca HC và NO
x
ng khong 500%-643,14%
và 48,58%-49,67%; n CO gim 46,54%-56,07%; Smoke gim 34,23-
52,26% và CO
2
gim 5,93% so vi khi chu diesel. T l LPG
thay th diesel có th t ti 30%  toàn tt quá t l 
kinh t k thut c s xt hin kích n và rung.
- Cn gim góc phun sm so vi khi s d t
các ch tiêu kinh t, k thut và phát thi t Ví d,  toàn ti góc phun
sm nên gim 4
o
TK.
 i v h thng cung cp nhiên liu truyn
th

-24-

-  l LPG thay th 
x
,
PM và

CO
2
càng gim. Theo chu trình th ng HC và
ng 10,2% và 11,7%, NO
x
ging cht thi ht
PM gim gn 20% và CO
2
gim 5,8%. T l LPG thay th  toàn tt ti
17,81%.
-  ch  toàn ti góc phun sm u chnh gim 3
o
TK so vi khi
chu diesel.
 u và ch to thành công b u khin t u
khin phun LPG phù hp vi m tài và có kh ng dng
vào thc tng th  tc mt s b phn trong h
thu khin và cung cp nhiên liu LPG phù hp vu kin hin ti 
Vit Nam.
 c ng ca áp sut phun LPG tc tính
làm vic c c áp sut phun LPG phù hp khi s
dng nhiên li.
  c s hong ca xe

lng nhiên liu LPG/diesel  các ch  làm vic khác nhau,
không có s khác bit rõ ràng so vi khi s du diesel.
Hướng phát triển
Nghiên cng cng nhiên li
bn và tui th c
Trin khai th nghing mt cách sâu rn
vn ti thông d tiêu kinh t, k thut và phát thi ca
n hành vng nhiên liu kin thc t.