thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (lpg) trên ôtô con

thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Tr
Tr
ờng đại học giao thông vận tải
ờng đại học giao thông vận tải
Khoa cơ khí
Khoa cơ khí
Bộ môn cơ khí ôtô
Bộ môn cơ khí ôtô
Đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài
Đề tài
:
:
thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu
thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu
khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Sinh viên:
Sinh viên:


Nguyễn Quốc Dũng
Nguyễn Quốc Dũng
Lớp:
Lớp:


Cơ khí Ôtô A
Cơ khí Ôtô A

Khoá:
Khoá:


41
41
Hệ:
Hệ:


Chính qui
Chính qui
Giáo viên h
Giáo viên h
ớng dẫn:
ớng dẫn:
PGS. TS.
PGS. TS.


Cao Trọng Hiền
Cao Trọng Hiền
Ks. Nguyễn hùng mạnh
Ks. Nguyễn hùng mạnh
Hà Nội, 5 - 2005
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 3 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con

Mục lục
Tran
g
Lời nói đầu 5
Chơng I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng
trên các phơng tiện vận tải 7
I.1. Tính u việt của nhiên liệu khí gas hoá lỏng 7
I.2. Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏng
trong nớc và trên thế giới
14
I.3. Tình hình sử dụng, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu
khí gas hoá lỏng trong nớc và trên thế giới 16
I.4. Sự cần thiết của đề tài 19
Chơng II: Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu
khí gas hoá lỏng trong nớc và trên thế giới 21
II.1. Lựa chọn ôtô cơ sở
21
II.2. Lựa chọn phơng án thiết kế
23
II.3. Lựa chọn các cụm thiết bị chính 27
II.4. Tính toán thiết kế bộ trộn 33
II.5. Lắp đặt hệ thống CCNL khí gas hoá lỏng 41
Chơng III: Tính toán động lực học kéo 44
III.1. Xác định công suất cực đại và mômen cực đại của động cơ
sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng 44
III.2. Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 46
III.3. Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ôtô 49
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 4 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng

Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Chơng I
V
V:

Đề xuất các biện pháp hỗ trợ
60
IV.1. Xây dựng các trạm cấp nhiên liệu LPG
60
IV.2. Các biện pháp về kinh tế và quản lý 62
IV.3. Xiết chặt các tiêu chuẩn về khí xả
63
Kết luận 66
Tài liệu tham khảo 68
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 5 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Lời n ói đầu
Nh chúng ta đã biết, ô nhiễm môi trờng, đặc biệt là môi trờng không khí,
hiện nay không còn là vấn đề của riêng một quốc gia nào, mà đã trở thành vấn
đề mang tính toàn cầu. Bầu khí quyển bị ô nhiễm nặng nề không chỉ ảnh hởng
nghiêm trọng đến sức khỏe con ngời, mà còn là nguyên nhân của hàng loạt các
vấn đề nan giải khác, đặc biệt là hiện tợng hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất ấm
dần lên.
Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm bầu khí quyển là do các chất độc hại
của các ngành công nghiệp phát thải vào không khí gây ra, trong đó tác nhân
chủ yếu là khí thải của các phơng tiện giao thông. Tại hầu hết các quốc gia trên

thế giới hiện nay, vấn đề hạn chế sự ô nhiễm của khí thải các phơng tiện giao
thông là một trong những vấn đề u tiên hàng đầu nhằm bảo vệ môi trờng, bảo vệ
bầu khí quyển. Rất nhiều biện pháp đã đợc đa ra nhằm cải tiến động cơ, hạn chế
mức độc hại của khí thải. Một trong những biện pháp đang đợc xem trọng hiện
nay là thay thế nhiên liệu sử dụng cho động cơ, từ nhiên liệu truyền thống
(xăng, dầu diesel) sang các nhiên liệu sạch (nhiên liệu khí, nhiên liệu sinh học,
điện năng), trong đó phơng án sử dụng nhiên liệu khí, đặc biệt là khí dầu mỏ
hoá lỏng LPG, đợc ứng dụng rộng rãi hơn cả.
Đối với Việt Nam, mặc dù công nghiệp mới phát triển, song tình trạng ô
nhiễm bầu khí quyển cũng đã ở mức báo động. Để cải thiện tình trạng này,
trong những năm gần đây, việc sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hoá lỏng làm
nhiên liệu cho các phơng tiện giao thông đã đợc đẩy mạnh. Việc sử dụng nhiên
liệu LPG cho ôtô, xe máy ở Việt Nam không chỉ làm giảm đáng kể các chất ô
nhiễm trong khí thải, mà nó còn giúp chúng ta chủ động nguồn năng lợng, tiết
kiệm ngân sách nhập khẩu xăng dầu. Hiện nay, công nghệ và thiết bị chuyển
đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho ôtô của các nớc tiên tiến nh ý, Nhật,
Mỹ, úc, Hàn Quốc, Trung Quốc, đã tơng đối hoàn thiện. Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ này đối với điều kiện cụ thể của nớc ta là một nhu cầu hết sức
cấp thiết.
Với mong muốn tìm hiểu và tiếp cận các vấn đề mới về khoa học công
nghệ của chuyên ngành, em đã chọn đề tài cho Đồ án Tốt nghiệp của mình là
Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG)
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 6 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
cho ôtô con. Đồ án của em gồm 4 chơng chính:
- Chơng I: Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng trên
các phơng tiện vận tải.

- Chơng II: Thiết kế, lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng trên ôtô con.
- Chơng III: Tính toán động lực học kéo.
- Chơng IV: Đề xuất các biện pháp hỗ trợ.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Bộ môn Cơ khí
Ôtô, đặc biêt là thầy giáo PGS. TS Cao Trọng Hiền và KS. Nguyễn Hùng Mạnh
đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện, để đồ án của em có
thể hoàn thành đúng tiến độ, đảm bảo các yêu cầu về nội dung. Em cũng xin
cảm ơn Công ty Cơ khí Ôtô Ngô Gia Tự đã tận tình giúp đỡ em tham khảo thực
tế việc ứng dụng công nghệ Autogas trên ôtô con. Tuy nhiên, vì kiến thức
chuyên môn cũng nh hiểu biết thực tế có hạn, hơn nữa đề tài là vấn đề mới của
chuyên ngành, nên mặc dù đã rất cố gắng, song Đồ án của em chắc chắn khó
tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo trong
bộ môn Cơ khí Ôtô để em có thể nắm bắt sâu hơn vấn đề nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30/4/2005
Sinh viên
Nguyễn Quốc Dũng
Ch
Ch


ơng I
ơng I
Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu
Tổng quan về việc sử dụng nhiên liệu
Khí gas hoá lỏng trên các ph
Khí gas hoá lỏng trên các ph
ơng tiện vận tải
ơng tiện vận tải
I.1.

I.1.
Tính
Tính
u việt của nhiên liệu khí gas hoá lỏng:
u việt của nhiên liệu khí gas hoá lỏng:
Vào thời điểm chiếc ôtô đầu tiên lăn bánh trên đờng năm 1908, đánh dấu
bớc ngoặt quan trọng của ngành công nghiệp động cơ, ngành khai thác và chế
biến dầu mỏ đã đi qua 50 năm đầu tiên trong sự phát triển của mình. Giếng dầu
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 7 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
đầu tiên đợc khai thác vào tháng 8 năm 1859 tại Pensylvania (Mỹ) và tại thời
điểm đó, sản phẩm có giá trị nhất mà ngời ta chế biến đợc mới chỉ là dầu hoả.
Mời năm đầu thế kỷ 20 đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp ôtô và cũng
chính là tiền đề cho sự phát triển của loại nhiên liệu lỏng quan trọng bậc nhất
hiện nay: đó là xăng dầu. Có thể nói, sự phát triển không ngừng của hai ngành
công nghiệp chủ chốt: công nghiệp ôtô và công nghiệp dầu mỏ, đã đóng góp rất
lớn cho nền công nghiệp thế giới nói riêng và nền văn minh nhân loại nói
chung.
Tuy nhiên, thế kỷ 20 cũng ghi nhận mặt trái của sự phát triển này: đó là
tình trạng ô nhiễm môi trờng. Vấn đề môi trờng giờ đây đã trở thành vấn đề thời
sự nóng bỏng mang tính toàn cầu. Theo đánh giá của các nhà khoa học, hiện
nay, khí xả từ động cơ của các phơng tiện giao thông, đặc biệt là động cơ ôtô,
đã trở thành tác nhân gây ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển, ảnh hởng rất
lớn đến sức khỏe con ngời, gây ra hiện tợng hiệu ứng nhà kính làm biến đổi
khí hậu Trái Đất. Một bản báo cáo về môi trờng gần đây đã cho thấy: có khoảng
80% khí CO, 60% khí Hiđrô Cacbon và 40% Ôxit Nitơ (NO
x

) có trong bầu khí
quyển hiện nay là do khí thải của động cơ đốt trong gây ra.
Nhận thức rõ tính nghiêm trọng của vấn đề, ngay từ những năm 1950, các
nớc có nền công nghiệp phát triển trên thế giới đã bớc đầu đặt ra các điều luật
về môi trờng cũng nh các tiêu chuẩn về khí thải áp dụng cho động cơ đốt trong
với mức độ nghiêm ngặt ngày một tăng. Thực tế này đã buộc các nhà chế tạo
ôtô phải tìm cách nghiên cứu, cải tiến sản phẩm của mình nhằm hạn chế nồng
độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ. Rất nhiều phát minh, cải tiến kỹ
thuật đã ra đời, trong đó một số đã đợc áp dụng và bớc đầu cho hiệu quả tốt.
Những xu thế chính của các phát minh này có thể tóm tắt nh sau:
- Thứ nhất, đó là sử dụng năng lợng điện để chạy ôtô. Xu hớng
này tỏ ra không mấy khả quan vì nếu sử dụng nguồn năng lợng hoá thạch để
sản xuất điện nạp cho ắcqui, từ đó cung cấp cho ôtô thì mức độ ô nhiễm cha
chắc đã giảm, hơn nữa khả năng tích trữ điện của ắcqui không cao sẽ làm giảm
phạm vi hoạt động của phơng tiện. Còn nếu ta sử dụng năng lợng mặt trời để
chuyển hoá thành điện năng thì sẽ đảm bảo sạch tuyệt đối, song hiệu suất thu
năng lợng của pin mặt trời lại rất thấp. Ngày nay ngời ta thờng sử dụng điện
năng nh là một nguồn năng lợng kết hợp trên các ôtô hybrid. Đó là những chiếc
ôtô đợc trang bị hệ thống động lực kết hợp gồm một động cơ đốt trong (động cơ
xăng hoặc diesel) và một động cơ điện. Sự kết hợp này cho phép tận dụng tối đa
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 8 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
lợi ích của hai nguồn lực khác nhau, do đó tiết kiệm đợc nhiên liệu và giảm l-
ợng khí thải. Các hãng ôtô lớn trên thế giới đã và đang cho ra đời những chiếc
xe loại này. Đi đầu trong phát triển công nghệ hybrid là Honda và Toyota. Hai
hãng này đã bắt đầu bán xe hybrid tại thị trờng Nhật từ cuối thập kỷ 90. Tại
Mỹ, Ford Motors là hãng xe đi tiên phong trong công nghệ này. Họ đã chế tạo

thử thành công chiếc xe mẫu Mecury Meta One sử dụng một động cơ diesel V6
turbo kép và một động cơ điện, sẽ tung ra thị trờng trong thời gian trớc mắt. Hai
hãng ôtô lớn khác là General Motors và Daimler Chrysler cũng đã quyết định
cùng hợp tác để nghiên cứu sản xuất xe hybrid, dự kiến chiếc xe đầu tiên sẽ ra
đời vào năm 2007.
- Thứ hai, hiện đại hoá động cơ đốt trong truyền thống. Đây là xu
hớng đang đợc chú trọng hiện nay. Các hãng chế tạo ôtô lớn trên thế giới liên
tục áp dụng những thành tựu mới trong công nghệ vật liệu, cơ khí chính xác,
điện tử tin học để điều khiển các quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhờ
đó quá trình công tác của động cơ ngày càng đợc tối u hoá, và mức độ phát sinh
ô nhiễm cũng giảm. Trớc hết phải kể tới những bớc tiến mới trong công nghệ xử
lý khí xả của động cơ (đặc biệt là động cơ diesel). Tiêu biểu cho xu thế này là
công nghệ sử dụng phin lọc khí thải. Cụ thể: hãng Volvo Trucks đã lắp cho các
động cơ xe tải của mình hệ thống CRT (Continuously Regenerating Trap), cho
phép giảm tới (
9080 ữ
)% nồng độ CO, HC, NO và muội than trong khí xả.
Hãng PSA Peugeot Citron cũng đã chế tạo thàng công phin lọc khí thải lắp trên
xe Peugeot 607 với động cơ diesel HDI. Bên cạnh đó, hoàn thiện quá trình cháy
của nhiên liệu trong xilanh cũng là một biện pháp giảm khí thải hiệu quả. Đây
là xu thế đợc các hãng ôtô Nhật và Đức đặc biệt chú trọng, vì nó đồng thời còn
cho phép tiết kiệm nhiên liệu. Nhìn chung, mặc dù đã đạt đợc nhiều thành tựu
đáng kể, song đây là xu hớng đòi hỏi đầu t rất lớn và thời gian dài, vì động cơ
đốt trong ngày nay đã khá hoàn hảo.
- Xu hớng thứ ba, đó là sử dụng các loại nhiên liệu thân thiện với
môi trờng. Đây đợc đánh giá là giải pháp mang lại nhiều lợi ích, vì ngoài tác
dụng bảo vệ môi trờng, nó còn giúp đa dạng hoá nguồn nhiên liệu. Trong tơng
lai, các loại nhiên liệu sạch sẽ dần thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống
lâu nay là dầu mỏ, đã sắp cạn kiệt sau gần 1,5 thế kỷ khai thác.
Trong các loại nhiên liệu sạch đã đợc nghiên cứu sử dụng, các loại dầu

thực vật, nhiên liệu sinh học, là những loại nhiên liệu tái sinh có nhiều u thế
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 9 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
về giảm chất khí gây hiệu ứng nhà kính, song trở ngại lớn là giá thành cao so
với các nhiên liệu truyền thống. Chính vì vậy, các loại nhiên kiệu khí (khí hiđrô,
khí thiên nhiên nén CNG, khí dầu mỏ hoá lỏng LPG) là sự lựa chọn đợc các nhà
khoa học quan tâm nhất hiện nay.
So sánh u, nhợc điểm của ba loại nhiên liệu trên, khí dầu mỏ hoá lỏng
LPG đợc coi là có u thế hơn cả. Sử dụng khí hiđrô làm nhiên liệu cho động cơ
có lợi thế vợt trội về mặt môi trờng, song vấp phải trở ngại lớn về mặt kỹ thuật
và an toàn. Khí hiđrô rất sạch vì khi cháy chỉ tạo ra nớc (dù khí Nitơ Ôxit, sản
sinh ra trong mọi quá trình cháy, cũng gây ra những quan ngại nhất định cho
môi trờng), nguồn tài nguyên hiđrô lại gần nh vô tận và có thể tái tạo đợc. Tuy
nhiên, việc tồn trữ, vận chuyển và sử dụng hiđrô gặp rất nhiều khó khăn và tốn
kém, độ an toàn lại thấp vì hiđrô rất dễ bay hơi, dễ nổ, khó nhận biết khi bị rò rỉ
(hiđrô không có mùi). Hơn nữa, phơng pháp tốt nhất để tạo ra hiđrô là điện
phân nớc, nghĩa là ta lại phải sử dụng các nguồn năng lợng hoá thạch để tạo ra
điện. Nh vậy, xét rộng ra thì lợi thế về mặt môi trờng của hiđrô lại không còn
đáng kể.
Khí thiên nhiên CNG có u điểm hơn khí dầu mỏ hoá lỏng LPG là quá
trình cháy lý tởng hơn (do thành phần chính là mêtan CH
4
), ngoài ra sự phân bố
trữ lợng về mặt địa lý cũng đồng đều hơn chứ không mất cân đối nh dầu mỏ.
Tuy nhiên, nhợc điểm lớn của CNG là phải tồn chứa trong bình áp suất cao
(khoảng 250 atm), trong khi khí dầu mỏ hoá lỏng LPG có thể tồn tại dới dạng
lỏng ở áp suất chỉ có 7 atm (nghĩa là thấp hơn gần 36 lần). Nh vậy, CNG không

thể so sánh đợc với LPG về tính linh hoạt trong tồn trữ, vận chuyển và phân
phối. Thực tế cho thấy ở đâu cần sự linh hoạt trong phân phối thì ở đó LPG luôn
chiếm u thế. Tóm lại, xét trên mọi khía cạnh thì phơng án sử dụng khí dầu mỏ
hoá lỏng LPG cho động cơ đốt trong nhằm giảm lợng khí thải gây ô nhiễm môi
trờng là phù hợp nhất.
LPG là tên viết tắt ba chữ cái đầu của cụm từ tiếng Anh: Liquefied
Petroleum Gas, có nghĩa là khí dầu mỏ hoá lỏng (hoặc khí gas hoá lỏng).
Đó là một hỗn hợp hiđrôcacbon có thành phần chính là prôpan (C
3
H
8
) và butan
(C
4
H
10
) (hai chất này chiếm tới hơn 99% thành phần). Tỉ lệ giữa hai chất này
trong LPG ở các quốc gia khác nhau cũng thay đổi trong phạm vi tơng đối rộng.
ở Anh, thành phần của LPG thậm chí gần nh chỉ có prôpan. LPG thơng phẩm
có thành phần tỉ lệ butan/prôpan từ 70/30 đến 50/50. Theo kết quả một nghiên
cứu thì LPG có thành phần gồm 70% prôpan và 30% butan là tốt nhất trên ph-
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 10 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
ơng diện giảm ô nhiễm môi trờng. Về mặt lý tính, LPG không màu, khômg
mùi, không vị, tuy nhiên trong quá trình chế biến đợc pha thêm Ethyl Mecaptan
có mùi đặc trng để dễ phát hiện nếu thoát ra ngoài. Khi có sự rò rỉ, tại chỗ rò rỉ
có nhiệt độ thấp và có thể xuất hiện tuyết. LPG nặng hơn không khí từ (

25,1 ữ
)
lần, nhẹ hơn nớc 0,5 lần, vì vậy nếu thoát ra ngoài sẽ lan truyền ở mặt đất và tập
trung ở những nơi thấp nh rãnh, hố ga, tuy nhiên sẽ tản mát ngay khi có gió.
Khác biệt lớn nhất của LPG so với các loại khí khác là chúng tồn chứa ở dạng
bão hoà nên với thành phần không đổi (70% butan - 30% prôpan) áp suất bão
hoà trong bể chứa cũng nh trong hệ thống không phụ thuộc vào lợng LPG bên
trong mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. LPG có tỉ lệ giãn nở lớn:
1 đơn vị thể tích LPG lỏng khi bay hơi tạo 250 đơn vị thể tích khí. LPG đợc chế
biến từ khí đồng hành, là khí nhận đợc từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai
thác dầu mỏ, sau đó đợc hoá lỏng dới áp suất khoảng 7 atm để thuận lợi cho tồn
chứa và vận chuyển.
So với nhiên liệu truyền thống (xăng, dầu diesel), khí gas hoá lỏng LPG
có rất nhiều u điểm:
Bảo vệ môi trờng:
ở hầu hết các nớc trên thế giới hiện nay, ô nhiễm môi trờng là một trong
những vấn đề nhức nhối và gây tranh cãi nhiều nhất. Một trong những nguyên
nhân chính của tình hình này là sự quá tải của các phơng tiện giao thông, đặc
biệt là ôtô. Trong các giải pháp đợc tính tới, sử dụng nhiên liệu thay thế là giải
pháp có tính quyết định tới việc cải thiện môi trờng. Trong bối cảnh đó, LPG đ-
ợc xem là một trong những loại nhiên liệu thay thế có nhiều tiềm năng nhất. So
với động cơ chạy bằng xăng hay dầu diesel, động cơ chạy bằng LPG có khí xả
sạch hơn rất nhiều. Ôtô sử dụng nhiên liệu LPG có thể dễ dàng thỏa mãn các
tiêu chuẩn khắt khe nhất về môi trờng hiện nay. Với thành phần không chứa
benzen và các hiđrôcacbon thơm khác, hàm lợng lu huỳnh thấp (
%02,0<
), quá
trình cháy của LPG chỉ tạo ra điôxit cacbon (CO
2
) và hơi nớc, không có chì và

hợp chất lu huỳnh (SO
2
, H
2
S), hàm lợng các khí NO
x
và CO thấp, không tạo
muội than. So sánh thành phần khí thải của nhiên liệu gas lỏng so với xăng và
dầu diesel đợc thể hiện trong Bảng 1.1:
Bảng 1.1: So sánh thành phần khí thải của nhiên liệu (g/km)
Thành phần ô Xăng Dầu LPG LPG ít hơn
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 11 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
nhiễm diesel So với xăng So với diesel
CO 1,12 1,67 0,91 18,75% 45,51%
HC 0,15 0,14
0,12
20% 14,29%
NO
x
0,65 0,74
0,21
67,69% 71,62%
Bụi 0,015 0,094
0,005
66,67% 94,68%
So với xăng dầu, LPG không độc, không ảnh hởng đến thực phẩm ngay

cả khi tiếp xúc trực tiếp nên không ảnh hởng đến sức khoẻ ngời sử dụng. Có thể
nói việc sử dụng nhiên liệu LPG cho động cơ đốt trong chính là một biện pháp
hữu hiệu nhằm làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trờng hiện nay.
Tiết kiệm chi phí nhiên liệu:
Bên cạnh u điểm về bảo vệ môi trờng, sử dụng nhiên liệu LPG còn đem
lại hiệu quả kinh tế to lớn. Điều này đợc chứng minh khi so sánh hiệu quả giữa
xăng và LPG sử dụng trên cùng một loại ôtô, cùng một quãng đờng và trong
cùng điều kiện vận hành. Theo các nghiên cứu về chuyển đổi nhiên liệu trên thế
giới, với cùng một quãng đờng vận hành, trung bình 1 lít xăng hiệu quả tơng đ-
ơng với 1,25 lít LPG. Với giá nhiên liệu hiện nay: 8000 đồng 1 lít xăng và 5400
đồng 1 lít LPG thì việc sử dụng LPG cho phép tiết kiệm đợc khoảng 16% chi
phí. Với khoản đầu t ban đầu cho một bộ chuyển đổi khoảng (
500300 ữ
) USD
(tuỳ theo thiết bị của Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật hay EU) thì lợi ích về kinh
tế thu đợc rõ ràng là đáng kể. Hơn nữa, trong thời gian tới, nếu chúng ta có thể
tự chế tạo các thiết bị này thì giá thành chắc chắn giảm.
Tăng tuổi thọ động cơ:
Không chỉ sạch và rẻ, nhiên liệu LPG còn thể hiện rõ u điểm về mặt kỹ
thuật:
- Trớc hết, trong điều kiện bình thờng LPG tồn tại ở dạng khí nên khả
năng tạo hoà khí tốt hơn so với nhiên liệu lỏng. Chất lợng hỗn hợp không khí -
LPG tốt hơn so với hỗn hợp xăng - không khí làm quá trình cháy nhiên liệu
hoàn hảo hơn. Đặc biệt, sản phẩm cháy không tạo muội than nên tránh đợc hiện
tợng muội than bám vào vách xilanh, giảm mài mòn. Nhiên liệu LPG không có
hiện tợng tạo màng, do đó không làm rửa trôi lớp dầu bôi trơn mỏng trên thành
xilanh, điều này rất có ý nghĩa khi khởi động động cơ. Nhìn chung, đặc điểm
cháy sạch của LPG làm giảm hẳn các yêu cầu về bảo dỡng động cơ, tăng tuổi
thọ hệ thống đánh lửa và tuổi thọ động cơ.
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 12 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng

Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
- Tính bền kích nổ của LPG cũng cao hơn hẳn so với xăng: trị số Ôctan
của LPG là 110, trong khi loại xăng cao cấp nhất hiện nay cũng chỉ đạt 95.
Nhiên liệu LPG lại không gây đóng cặn tại bộ chế hoà khí, không lọt vào cacte
chứa dầu bôi trơn làm giảm hiệu suất và tính năng bôi trơn nên kéo dài thời gian
sử dụng dầu, tiết kiệm đợc chi phí bảo dỡng và thay dầu.
- Nhiên liệu LPG đợc tồn trữ dới dạng lỏng ở áp suất cao, nhng khi sử
dụng lại ở thể khí dới áp suất chỉ cao hơn áp suất khí quyển một chút. Do đó
phải dùng nhiệt lợng của nớc nóng dẫn từ hệ thống làm mát của động cơ qua bộ
giảm áp - hoá hơi để bù nhiệt cho quá trình giảm áp - hoá hơi nhiên liệu. Điều
này làm nhiệt lợng của động cơ đợc tản ra môi trờng nhanh hơn, nhờ đó hiệu
suất làm mát đợc tăng lên đáng kể.
Nguồn cung cấp ổn định:
Trữ lợng khí thiên nhiên và LPG trên thế giới hiện có khoảng 142 tỉ tấn,
đảm bảo khai thác sử dụng trong vòng 65 năm, trong khi trữ lợng dầu mỏ hiện
nay chỉ có thể sử dụng trong khoảng 43 năm nữa. Ngoài ra, LPG cũng có thể đ-
ợc sản xuất từ khí dầu mỏ. Do vậy, LPG đợc xem là nhiên liệu có nguồn dự trữ
thay thế lớn hơn các nhiên liệu truyền thống.
Việc sử dụng nhiên liệu LPG chỉ có một hạn chế duy nhất về mặt kỹ
thuật, đó là sau khi chuyển đổi, công suất động cơ sử dụng LPG sẽ bị giảm so
với động cơ xăng nguyên thuỷ, kéo theo sự giảm các tính năng động lực học
của ôtô. Nguyên nhân sự giảm công suất là vì khối lợng riêng của nhiên liệu
LPG thấp hơn so với xăng nên nhiệt trị của LPG khi ở thể khí cũng thấp hơn
xăng (mặc dù nhiệt trị của LPG lỏng cao hơn xăng). Tuy nhiên, nếu so sánh với
những lợi ích to lớn kể trên, nhợc điểm này hoàn toàn có thể chấp nhận đợc.
Trong tơng lai, nếu chúng ta chế tạo những chiếc động cơ đốt trong chuyên
chạy bằng LPG, thì ta có thể nâng cao công suất động cơ nhờ tăng tỉ số nén .

Tóm lại, sử dụng nhiên liệu LPG là giải pháp tơng đối toàn diện.
I.2.
I.2.
Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏng trong n
Tình hình khai thác, chế biến và cung cấp khí gas hoá lỏng trong n
ớc
ớc
và trên thế giới:
và trên thế giới:
Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, công nghệ khai thác và
chế biến dầu khí trên thế giới đã phát triển vợt bậc, cùng với đó là việc xây
dựng các hệ thống đờng ống dẫn khí xuyên quốc gia. Ngay từ năm 1977, ở
Canađa, ngời ta đã xây dựng gần 3000 km đờng ống để vận chuyển prôpan và
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 13 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
butan từ miền Tây sang miền Đông và sang cả Mỹ (công suất của đờng ống là
2,2 đến 2,4 triệu tấn một năm, áp suất làm việc là 10 Mpa). Ngày nay, nhận
thức đợc hiệu quả cao của nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng đến các
sản phẩm của nó trên thị trờng thế giới, nhiều nớc khai thác dầu khí đã và đang
triển khai xây dựng, mở rộng, trang bị lại các nhà máy chế biến khí. Trong
những năm gần đây, các nớc Trung Đông (Iran, Arập Xêut, Baren, ) dự định
hoàn thành chơng trình về khai thác, chế biến và vận chuyển khí đồng hành với
tổng giá trị khoảng 33 tỉ USD. Chơng trình này cho phép xuất khẩu khoảng 46
triệu tấn LPG mỗi năm.
ở nớc ta, công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí từ lâu cũng đã trở
thành một ngành công nghiệp mũi nhọn của nền kinh tế. Trên toàn lãnh thổ
hiện nay có 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí đang đi vào khai thác, hình thành 4 cụm khai

thác dầu khí quan trọng, hàng năm cung cấp một khối lợng lớn dầu và khí cho
đất nớc. Cụm mỏ quan trọng nhất nằm ở vùng biển Cửu Long, bao gồm 4 mỏ
dầu: Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Rubi, hiện cung cấp tới 96% sản lợng dầu
toàn quốc. Tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng hiện nay đã có 21 dàn khai thác lớn
đang hoạt động với hơn 100 giếng khai thác và bơm ép. Khí đồng hành từ đó đ-
ợc thu gom và đa vào bờ bằng đờng ống dẫn dài 110 km, cung cấp cho các nhà
máy nhiệt điện (nh nhà máy nhiệt điện Bà Rịa, nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ) và
các nhà máy xử lý khí.
Tháng 10 năm 1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí đầu
tiên của nớc ta tại Bà Rịa - Vũng Tàu, đạt mức thiết kế 4,2 triệu m
3
khí/ngày và
từ tháng 12 năm 1998 đã chính thức đi vào hoạt động, cung cấp LPG phục vụ
cho công nghiệp và dân dụng. Hiện nay, mỗi ngày nhà máy Dinh Cố gom, nén,
xử lý khí đạt mức (
7,46,4 ữ
) triệu m
3
(tơng đơng khoảng 1,5 tỉ m
3
khí/ năm) để
sản xuất 800 tấn LPG, 350 tấn condensat. Hiện tại, chúng ta đang nghiên cứu
để tăng năng suất chung của hệ thống lên 2 tỉ m
3
/năm.
ở cụm mỏ tại vùng biển Nam Côn Sơn (gồm các mỏ dầu Đại Hùng, mỏ
khí Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh, mỏ dầu khí Rồng Đôi Tây), sau khi
đờng dẫn ống khí Nam Côn Sơn đi vào hoạt động, lu lợng khí chuẩn mà PVGas
(Công ty Chế biến và Kinh doanh các sản phẩm khí, thuộc Petro Vietnam) khai
thác và chế biến dự kiến có thể đạt 8 tỉ m

3
/năm. Sắp tới, các dự án Khí - Điện -
Đạm số I ở Vũng Tàu, dự án Khí - Điện - Đạm số II ở Cà Mau sẽ đợc triển khai
thực hiện nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu khí tự nhiên và khí
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 14 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
đồng hành của đất nớc.
Theo nhận định của các nhà khoa học thì khí đồng hành và khí tự nhiên
của Việt Nam chứa rất ít H
2
S ( 0,02 g/m
3
) nên là loại khí sạch, thuận lợi trong
chế biến sử dụng, không gây ô nhiếm môi trờng. Với những tiềm năng và lợi
thế đó, nớc ta có điều kiện thuận lợi để phát triển công nghiệp dầu khí trên toàn
lãnh thổ. Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này,
trong tơng lai công nghiệp dầu khí sẽ là một ngành công nghiệp phát triển
mạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nớc.
I.3.
I.3.
Tình hình sử dụng, lắp ráp HTCCNL khí gas hoá lỏng trong n
Tình hình sử dụng, lắp ráp HTCCNL khí gas hoá lỏng trong n
ớc và
ớc và
trên thế giới:
trên thế giới:
Trên thế giới hiện nay, việc sử dụng LPG trên các phơng tiện giao thông

ngày càng trở nên phổ biến dới áp lực của các điều luật bảo vệ môi trờng. Rất
nhiều quốc gia giờ đây coi việc sử dụng LPG trên ôtô chạy trong các thành phố
là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trờng không khí.
Hiện nay, trên toàn thế giới có khoảng 14 triệu phơng tiện sử dụng nhiên
liệu LPG, tập trung tại 38 nớc. Mức tiêu thụ LPG trong lĩnh vực này là khoảng
11,8 triệu tấn, chiếm 6% tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn cầu. Khái quát về một
số quốc gia có mức tăng trởng thị trờng Autogas nhanh nhất hiện nay nh sau:
- Italia là quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho Autogas lớn nhất với lợng
tiêu dùng hàng năm lên tới 1,3 triệu tấn. Hiện nay, số lợng xe chạy LPG của nớc
này là 1,234 triệu chiếc, chiếm 4% trong tổng số 32,969 triệu xe vận tải.
- Anh đợc đánh giá là một trong những thị trờng Autogas tiềm năng nhất
với mức tăng trởng đạt 500%. Nếu đầu năm 1999, tại Anh mới chỉ có 3500 xe
chạy LPG thì đến tháng 5/2002, con số này đã lên tới 20.000 xe và năm 2004 là
250.000 xe.
- Thổ Nhĩ Kỳ: Năm 1999, có 500.000 xe taxi chạy bằng LPG, chiếm
92% tổng số taxi lu hành. Con số này năm 2000 là 800.000 chiếc, tăng 60%.
Giá LPG làm nhiên liệu chạy xe chỉ bằng 34% so với giá các loại nhiên liệu
khác.
- Ba Lan hiện có 470.000 xe chạy LPG với hệ thống 1.900 trạm nạp
chính thức. Chi phí LPG sử dụng cho các phơng tiện vận tải thấp hơn so với các
nhiên liệu khác là lý do cơ bản thúc đẩy sự phát triển thị trờng Autogas nớc này.
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 15 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
- áo là nớc sử dụng xe buýt chạy LPG sớm nhất trong các nớc EU. Thủ
đô Viên đã bắt đầu sử dụng xe buýt chạy LPG từ năm 1963 và đến nay đã có
hơn 500 xe buýt nh vậy hoạt động. Số xe buýt loại này ở Đan Mạch là 180 xe, ở
Hà Lan là 150 xe, ở Tây Ban Nha là 60 xe. Tại Pháp hiện nay đã có 110 xe buýt

LPG trên hệ thống công cộng ở thủ đô Pari.
- Trung Quốc: Kể từ năm 2000, Chính phủ nớc này đã áp dụng chính
sách miễn thuế nhiên liệu đối với xe chạy LPG trong thời gian 5 năm. Hiện nay,
thành phố Thợng Hải có 16.000 xe trong tổng số 41.000 xe taxi chạy bằng LPG
và mỗi ngày lại có thêm 40 xe chuyển sang dùng nhiên liệu này. Để tiếp tục hỗ
trợ thị trờng này, Chính quyền thành phố đã thông qua kế hoạch xây mới thêm
30 trạm nạp LPG cho tới cuối năm nay, nâng tổng số trạm nạp của thành phố
lên 80 trạm.
- ấn Độ: Tháng 8/2000, Chính phủ đã chính thức cho phép lu hành xe
chạy LPG. Hiện tại, hai thành phố là Bombay và New Dehli đang đợc u tiên
phát triển đội xe sử dụng LPG. Có 1/5 trong tổng số 55.000 xe taxi tại Bombay
hiện đã đợc lắp đặt bộ chuyển đổi dùng LPG.
ở Việt Nam, việc sử dụng LPG cho động cơ cũng không phải vấn đề mới
mẻ. Từ những năm đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trớc, khi tình hình đất nớc gặp
nhiều khó khăn về năng lợng, việc sử dụng khí cho phơng tiện giao thông vận
tải nh là nhiên liệu thay thế đã đợc đề cập đến. Năm 1983, Viện Khoa học Công
nghệ GTVT đã chuyển đổi 1 xe Zil-130 và 1 xe khách chạy nguồn khí Tiền Hải
trên tuyến Tiền Hải - Chợ Đồn. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế còn khó khăn,
việc áp dụng rộng rãi vào thực tế vẫn cha đợc tính đến.
Xu hớng này chỉ thực sự bùng nổ sau khi công nghiệp dầu khí Việt Nam
phát triển, với mốc là nhà máy khí Dinh Cố đợc khởi công xây dựng. Năm
1998, Vietgas (nay là Công ty Chế biến và Kinh doanh các sản phẩn khí
PVGas, thuộc Petro Vietnam) đã bắt đầu chơng trình thử nghiệm cho 1 xe Lada,
và đến năm 2002 đã có 10 đầu xe chạy LPG.
Xuất phát từ tình hình thực tế của nớc ta là lợng xe gắn máy lớn hơn rất
nhiều so với ôtô, việc sử dụng LPG cho động cơ xe gắn máy cũng đã đợc
nghiên cứu ứng dụng. Từ đầu năm 2002, một nhóm nghiên cứu của Đại học Đà
Nẵng do PGS. TS. Bùi Văn Ga đã cải tiến và lắp đặt thành công hệ thống cung
cấp nhiên liệu khí gas lỏng cho xe máy, thử nghiệm đạt kết quả tốt.
Một trong những khó khăn hiện nay đối với việc phát triển thị trờng

Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 16 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Autogas Việt Nam là vấn đề pháp lý, do cha có chính sách hỗ trợ thoả đáng cho
việc lu hành các phơng tiện loại này. Ngoài ra, số lợng trạm cấp nhiên liệu cũng
còn rất hạn chế. Để giải quyết khó khăn này, trớc mắt, Viện Dầu khí (Vietnam
Petroleum Institute - VPI) đã cam kết nếu đạt đợc hợp đồng chuyển đổi từ 100
xe trở lên với một đơn vị nào đó, chẳng hạn một hãng taxi, thì Viện sẽ lắp đặt
một trạm nhiên liệu tại nơi khách hàng yêu cầu. Viện cũng đang có dự án thử
nghiệm LPG cho các động cơ diesel nhằm phục vụ thị trờng xe buýt, xe tải
trong thành phố và đội tàu thuyền loại vừa và nhỏ. Tháng 8/2002, chuyên viên
kỹ thuật của VPI đã chuyển đổi thành công động cơ diesel 6HP sang sử dụng
LPG dạng đơn nhiên liệu.
Cùng với Viện Dầu khí, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển và Tiết kiệm
Năng lợng (ENERTEAM) đã khởi động một dự án tại Tp. HCM do Hà Lan tài
trợ, để xây dựng mô hình thí điểm chuyển đổi sang sử dụng LPG cho 800 xe
taxi của Công ty Mai Linh. Còn tại Hà Nội, từ năm 2002, Công ty Cơ khí Ngô
Gia Tự cũng đã chủ trì một dự án cấp Nhà nớc về ứng dụng ôtô chạy LPG trong
thành phố Hà Nội. Theo dự án này, Công ty Ngô Gia Tự sẽ thành lập một đoàn
xe taxi chạy LPG mang tên Taxi G, đồng thời bớc đầu nghiên cứu chế tạo bộ
trộn.
Song song với việc tiếp thị và mở rộng thị trờng, các đơn vị trên đang tìm
cách phối hợp cùng các ngành chức năng để từng bớc xây dựng hệ thống chuẩn
kỹ thuật và qui định pháp lý về thiết bị chuyển đổi, trạm nhiên liệu, cũng nh
các điều kiện pháp lý khi lu hành phơng tiện sử dụng nhiên liệu LPG.
I.4. Sự cần thiết của đề tài:
I.4. Sự cần thiết của đề tài:
So với các nớc trên thế giới, số lợng phơng tiện giao thông sử dụng động

cơ đốt trong, cụ thể là ôtô và xe máy, của nớc ta cha phải là nhiều. Theo thống
kê tháng 5/2002, số lợng phơng tiện cơ giới đờng bộ tại Việt Nam là 10.000.000
xe gắn máy và trên 600.000 ôtô các loại. Tuy nhiên, tốc độ gia tăng nhanh
chóng về số lợng và sự tập trung một cách thái quá số phơng tiện này ở các
thành phố lớn nh Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, đã làm nảy sinh hàng loạt
các vấn đề kinh tế - xã hội nan giải, tiêu biểu là vấn đề cung ứng nhiên liệu và ô
nhiễm nặng nề bầu không khí. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế kéo theo
sự phát triển công nghiệp, các phơng tiện giao thông và dòng ngời nhập c từ
nông thôn lên thành thị đã làm cho các thành phố đang ngày càng bị ô nhiễm
nghiêm trọng. Với tốc độ gia tăng số lợng phơng tiện nh hiện nay, nếu không
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 17 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
sớm có những giải pháp đồng bộ và kịp thời, tình hình ô nhiễm tại các đô thị
lớn của chúng ta sẽ trở nên vô cùng trầm trọng, ảnh hởng đến chất lợng không
khí thở, làm nảy sinh các bệnh về đờng hô hấp, tác động trực tiếp đến sức khoẻ
con ngời.
ý thức đợc tình hình đó, trong thời gian gần đây, Chính phủ đã áp dụng
một số biện pháp nh tạm dừng đăng ký môtô - xe máy trong các quận nội thành,
đầu t phát triển hệ thống giao thông công cộng, Nỗ lực này bớc đầu đã đem
lại hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô
cùng với sự tăng nhanh số lợng ôtô lu hành, cần có một biện pháp khác mang
tính hiệu quả lâu dài, vì cấm hoặc hạn chế số lợng phơng tiện lu hành là giải
pháp không khả thi đối với nền kinh tế đang phát triển của nớc ta. Thực tế này
đã khiến vấn đề sử dụng nhiên liệu khí gas hoá lỏng LPG cho động cơ ôtô bắt
đầu thực sự đợc nhìn nhận một cách nghiêm túc. Đối với nớc ta, việc sử dụng
nhiên liệu LPG ngoài ý nghĩa bảo vệ môi trờng còn giúp chúng ta chủ động
nguồn năng lợng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu truyền thống, vì

đây là nguồn nhiên liệu chúng ta có thể tự sản xuất đợc. ở tầm vĩ mô, điều này
góp phần hoạch định chính sách an ninh năng lợng quốc gia, đảm bảo sự phát
triển bền vững của đất nớc. Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên
liệu cho động cơ đốt trong ở nớc ta có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, đem lại lợi
ích to lớn về chính trị, kinh tế và môi trờng.
Không nằm ngoài mục đích đó, song đề tài Thiết kế, lắp đặt hệ thống
cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con còn mang ý nghĩa
thực tiễn sâu sắc. Với mục tiêu Khoa học phục vụ cuộc sống, đề tài không đi
sâu vào nghiên cứu tính toán quá trình công tác của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu LPG, mà chú trọng vào vấn đề thực tế hóa việc sử dụng nguồn nhiên liệu
này cho các phơng tiện vận tải, cụ thể là ôtô con. Đây mới là điều quan trọng và
thiết thực hơn cả, đặc biệt đối với trình độ khoa học công nghệ còn hạn chế của
nớc ta hiện nay.
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 18 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Ch
Ch


ơng II
ơng II
thiết kế, lắp đặt
thiết kế, lắp đặt
hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng
hệ thống cung cấp nhiên liệu khí gas hoá lỏng
II.1.
II.1.

Lựa chọn ôtô cơ sở:
Lựa chọn ôtô cơ sở:
Đề tài chọn thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên ôtô
con cơ sở là ôtô Fiat Tempra 1.6
Tuyến hình của ôtô cơ sở đợc thể hiện ở hình 2.1
Hình 2.1: Tuyến hình ôtô FIAT TEMPRA 1.6
Các thông số kỹ thuật của ôtô cơ sở đợc thể hiện trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật ôtô FIAT TEMPRA
Thông số Giá trị
Kích thớc chung (Dài x Rộng x Cao) , mm
144516954354 ìì
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 19 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Chiều dài cơ sở , mm 2540
Vết bánh xe (Trớc / Sau) , mm
1430/1450
Công thức bánh xe
24
ì
Dung tích thùng nhiên liệu , lít 62
Tiêu hao nhiên liệu (lít/100 km) ở vận tốc 90 km/h 10
Trọng lợng bản thân , kG 1110
Tải trọng (05 ngời và hành lý) , kG 470
Trọng lợng toàn bộ , kG 1580
Động cơ:
- Nhiên liệu
- Đờng kính xilanh x hành trình piston , mm

- Tỷ số nén
- Dung tích làm việc , cm
3
- Công suất lớn nhất
max
e
N
, hp
tại số vòng quay
N
n
, v/ph
- Mômen lớn nhất
max
e
M
, kGm
tại số vòng quay
M
n
, v/ph
4 kỳ 4 xilanh thẳng hàng
Xăng
4,674,86 ì
8,4
1581
77
5750
12,1
3000

Tỷ số truyền hộp số ,
i
h
i
3,909 ; 2,267 ; 1,541
1,156 ; 0,976 ;
909,3i
L
=
Tỷ số truyền truyền lực chính ,
0
i
3,563
Bán kính quay vòng nhỏ nhất , m 5,15
Cỡ lốp
R65/175
14T
II.2.
II.2.
Lựa chọn ph
Lựa chọn ph
ơng án thiết kế:
ơng án thiết kế:
Việc lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho ôtô có thể tiến hành
theo một trong hai phơng án sau:
Thứ nhất, sau khi lắp đặt, ôtô chỉ có thể sử dụng duy nhất một loại nhiên
liệu là LPG. Phơng án này có u điểm là kết cấu hệ thống nhiên liệu đơn giản,
việc bố trí hệ thống LPG (đặc biệt là thùng chứa) dễ dàng và có thể tối u hoá hệ
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 20 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền

KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
thống.
Thứ hai, sau khi lắp đặt, ôtô có thể sử dụng song song hai loại nhiên liệu:
xăng và LPG. Phơng án này có u điểm là công nghệ lắp đặt đơn giản, không
làm thay đổi kết cấu ban đầu của ôtô. Ôtô sau khi chuyển đổi có thể sử dụng
một trong hai loại nhiên liệu nên có tính linh hoạt cao. Công nghệ chuyển đổi
theo phơng án này hiện nay đã phát triển qua 4 thế hệ:
- Thế hệ 1: Hệ thống cơ học, không điều khiển điện tử.
Công nghệ này đợc áp dụng ở các nớc không đòi hỏi ngặt nghèo về tiêu
chuẩn khí xả động cơ. Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thuộc thế hệ này gồm
hai van điện từ điều khiển việc sử dụng nhiên liệu tuỳ theo ngời lái, bộ giảm áp
hoá hơi cấp khí gas tới bộ trộn hoà trộn với không khí tại carbuarator rồi đa
vào động cơ. Bộ giảm áp hoá hơi đợc gia nhiệt bởi nớc nóng từ hệ thống làm
mát động cơ.
- Thế hệ 2: Hệ thống cơ học, điều khiển điện tử và chất xúc tác:
ở một số nớc yêu cầu cao về tiêu chuẩn khí xả, các nhà sản xuất đã thiết
kế chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thế hệ 2 với sự trợ giúp của thiết
bị điện tử để định lợng gas chính xác. Nguyên lý hoạt động của hệ thống theo
thế hệ này vẫn tơng tự thế hệ 1, nhng lu lợng gas đợc kiểm soát bằng tín hiệu số
hoặc analog. Tín hiệu đầu vào từ cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến lambđa
đo ôxy (đo bằng chất xúc tác) gửi đến bộ điện tử để xử lý và điều khiển thiết bị
(motor bớc), điều chỉnh van cấp gas chính nằm giữa bộ giảm áp hoá hơi và
bộ trộn để điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp cháy.
- Thế hệ 3: Hệ thống phun, điều khiển điện tử.
Đối với ôtô sử dụng 2 loại nhiên liệu: xăng và LPG, khi chạy bằng LPG,
nếu hệ thống đánh lửa hoạt động không tốt, hỗn hợp công tác có thể cháy sớm
trong bộ ống góp manifold làm h hỏng hệ thống phun xăng. Do vậy, các nhà sản
xuất đã đa ra hệ thống phun nhiều điểm để tránh sự cháy ngợc.

- Thế hệ 4: Phun theo chu kỳ độc lập:
Sử dụng cho xe hạng nặng dùng động cơ diesel. Công nghệ này vẫn giữ
nguyên động cơ diesel và lắp thêm hệ thống cấp LPG. Hệ thống này sẽ tạo hỗn
hợp công tác LPG không khí trớc khi phun nhiên liệu diesel. Hỗn hợp sẽ
cháy trong xilanh sau khi dầu diesel đợc phun, do vậy lợng dầu diesel sử dụng
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 21 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
sẽ giảm (LPG thay thế tối đa khoảng 40% nhiên liệu diesel).
ở nớc ta hiện nay, thị trờng LPG vẫn đang trong giai đoạn đầu của sự
phát triển. Việc phân phối cũng nh sử dụng LPG cho phơng tiện vận tải còn rất
hạn chế. Nếu áp dụng công nghệ chuyển đổi cho ôtô theo phơng án sử dụng duy
nhất nhiên liệu LPG thì tính khả thi sẽ không cao. Do vậy, đề tài sẽ lựa chọn ph-
ơng án chuyển đổi cho ôtô sử dụng song song hai loại nhiên liệu: xăng và LPG.
Hệ thống thiết kế sẽ theo nguyên lý của hệ thống thế hệ 1, vì công nghệ đơn
giản, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện nớc ta. Sau khi lắp đặt, hệ thống mới
này cùng với hệ thống nhiên liệu cũ sẽ tạo thành hệ thống cung cấp nhiên liệu
xăng - LPG song song.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG gồm các cụm thiết bị cơ bản sau:
- Thùng chứa nhiên liệu LPG.
- Bộ giảm áp hoá hơi.
- Bộ trộn.
- Hệ thống ống áp lực dẫn gas lỏng và ống cao su dẫn khí gas.
- Các van điện từ (van xăng và van LPG).
- Công tắc điện đóng ngắt để chuyển đổi nhiên liệu.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng LPG song song
đợc thể hiện trên hình 2.2:
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 22 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng

Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý HTCCNL xăng LPG song song
1- Thùng chứa LPG 2- Van LPG đa chức năng 3- ống cao áp dẫn gas lỏng
4- Van LPG điện từ 5- Bộ giảm áp hoá hơi 6- Bảng điều khiển
7- Két nớc 8- ống thấp áp dẫn khí gas 9- Thùng xăng 10- Lọc xăng
11- Bơm xăng 12- Van xăng điện từ 13- Carbuarator
14- Bộ trộn 15- Động cơ
- Việc chuyển đổi nhiên liệu sử dụng đợc thực hiện nhờ một công tắc trên
bảng điều khiển (06). Khi công tắc nhiên liệu ở chế độ sử dụng xăng, hệ thống
hoạt động nh hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng bình thờng. Trên bảng điều
khiển cũng có các đèn báo cho biết loại nhiên liệu đang sử dụng và mức nhiên
liệu LPG có trong thùng chứa.
- Khi bật công tắc sang chế độ sử dụng LPG, tín hiệu điện sẽ điều khiển
làm đóng van xăng điện từ (12), đồng thời mở van LPG điện từ (04) và van nớc
của bộ giảm áp hoá hơi. LPG lỏng từ thùng chứa cao áp (01) đặt phía sau
khoang xe qua van LPG đa chức năng, qua van điện từ (04) theo đờng ống cao
áp tới bộ giảm áp hoá hơi (05). Tại đây, LPG lỏng sẽ đợc giảm áp xuống xấp xỉ
áp suất khí trời và hoá hơi hoàn toàn. Hơi LPG tiếp tục theo đờng ống thấp áp đi
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 23 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
tới bộ trộn (14). Bộ trộn đợc lắp phía trớc bớm gió của carbuarator sẽ hoà trộn
hơi LPG với không khí để tạo thành hỗn hợp công tác. Hỗn hợp LPG - không
khí theo đờng ống nạp đi vào buồng cháy động cơ.
- Trong quá trình làm việc, tại bộ giảm áp hoá hơi nhiệt độ sẽ giảm xuống

rất nhiều (do có sự chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí của LPG).
Vì vậy, ta phải thiết kế một đờng ống dẫn nớc nóng từ hệ thống làm mát của
động cơ qua bộ giảm áp để bù nhiệt, tránh hiện tợng đóng băng làm tắc đờng
ống dẫn, đồng thời làm tăng tốc độ hoá hơi của LPG lỏng. Đờng dẫn nớc nóng
vào bộ giảm áp hoá hơi đợc bố trí song song với đờng dẫn nớc nóng vào két
nớc. Khi động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, van nớc của bộ giảm áp hoá hơi
đóng, do vậy nớc nóng hoàn toàn đợc tản nhiệt nhờ két nớc. Khi bật công tắc để
động cơ sử dụng nhiên liệu LPG, tín hiệu điện điều khiển làm mở van nớc này,
và nớc nóng từ động cơ sẽ đồng thời đợc hạ nhiệt nhờ bộ giảm áp hoá hơi.
- Đặc điểm của hệ thống cung cấp nhiên liệu gas lỏng là luôn luôn ở áp
suất cao, dù hệ thống có làm việc hay không. Do vậy, không khí bên ngoài
không thể lọt đợc vào trong hệ thống nh đối với hệ thống nhiên liệu xăng, nghĩa
là hệ thống chuyển đổi nhiên liệu gas lỏng là kín khít tuyệt đối. Điều này là rất
quan trọng vì một trong những nguyên nhân chủ yếu gây cháy nổ cho ôtô khi
tai nạn là do trong thùng xăng luôn có một lợng không khí nhất định (do bình
xăng hở). Khi xe va chạm, xung lực tăng lên gây ra sự nổ giữa xăng và ôxi.
Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng LPG song song trên
xe cơ sở Fiat Tempra đợc thể hiện trên hình 2.3:
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 24 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí HTCCNL xăng LPG song song
trên xe Fiat Tempra
1- Cửa nạp xăng 2- Cửa nạp LPG 3- Thùng xăng 4- Thùng chứa LPG
5- Công tắc chuyển đổi 6- Van LPG điện từ 7- Bộ chế hoà khí
8- Van xăng điện từ 9- Bộ giảm áp hoá hơi 10- Bơm xăng 11- Bộ trộn
II.3. Lựa chọn các cụm thiết bị chính của hệ thống:
II.3. Lựa chọn các cụm thiết bị chính của hệ thống:

Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG, các thiết bị chính của bộ
chuyển đổi nh thùng chứa, bộ giảm áp hoá hơi, , có kết cấu phức tạp, việc chế
tạo và thử nghiệm đòi hỏi trình độ công nghệ cao. Ta sẽ lựa chọn các thiết bị
này cho phù hợp với đặc điểm kỹ thuật và kết cấu của xe Fiat Tempra.
II.3.1. Thùng chứa nhiên liệu:
Thùng chứa nhiên liệu LPG là thiết bị lớn nhất của hệ thống. Đây là thiết
bị chuyên dùng đợc thiết kế đảm bảo độ an toàn cao. Thông thờng, thùng đợc
bố trí lắp đặt trong khoang chứa đồ của xe hoặc trong khoang chứa bánh xe dự
phòng. Nếu đợc lắp trong khoang để bánh xe dự phòng, thùng sẽ đợc thiết kế
dạng hình bánh xe. Điều này rất thuận lợi khi muốn giữ nguyên khoang để hành
lý phía sau, đặc biệt đối với các xe vận tải hàng hoá. Trong trờng hợp lắp đặt hệ
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 25 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
thống trên ôtô con, thùng nhiên liệu sẽ đợc bố trí lắp trong khoang đựng đồ phía
sau xe. Lúc này thùng đợc chế tạo dạng hình trụ hai đáy lồi.
Có rất nhiều loại thùng chứa với dung tích và kích thớc khác nhau. Thùng
chứa dung tích lớn sẽ cho phép thời gian chạy xe lâu hơn, tuy nhiên kích thớc
cồng kềnh, ảnh hởng đến không gian khoang chứa đồ. ở đây, ta sẽ chọn loại
thùng có dung tích là 48 lít.
Vật liệu chế tạo thùng cũng rất đa dạng. Thùng có thể làm bằng vật liệu
mềm, bọc ngoài bằng lới thép. Loại này trọng lợng nhẹ, độ bền cao nhng giá
thành đắt. Thông thờng, thùng đợc chế tạo từ thép đã qua nhiệt luyện, cho phép
chịu đợc kéo nén và tránh nứt ngay cả khi bị móp do va chạm. Thùng có chiều
dày từ (
43 ữ
) mm. Để đảm bảo tuyệt đối an toàn, sau khi chế tạo, thùng đợc
kiểm tra ở áp suất 45 bar trớc khi đa vào sử dụng (tơng đơng 47,39 kG/cm

2
,
trong khi áp suất nhiên liệu trong điều kiện thờng chỉ đạt khoảng 9 kG/cm
2
). Vì
nhiên liệu LPG có tính dãn nở rất cao nên để đảm bảo an toàn, giới hạn nạp đầy
của thùng là 80% thể tích. Giới hạn này cho phép đảm bảo an toàn ngay cả khi
nhiệt độ thùng tăng cao hơn nhiệt độ môi trờng 80
0
C. Bên cạnh đó, giống nh
mọi thiết bị áp lực khác, thùng có van an toàn để xả giảm áp khi áp suất trong
thùng vợt quá 24 kG/cm
2
.
Kết cấu thùng chứa nhiên liệu LPG đợc thể hiện trên hình 2.4. Thùng có
hai tay xách để xách khi lắp đặt và khi bảo dỡng, sửa chữa thiết bị. Bốn chân
của thùng có khoan lỗ để bắt bulông với giá đỡ.
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 26 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh
thiết kế lắp đặt HTCCNL khí gas hoá lỏng (LPG) trên ôtô con
Hình 2.4: Thùng chứa LPG (dung tích 48 lít)
1- Tay xách 2- Chân thùng 3- Van đa cổng
Việc nạp nhiên liệu vào thùng cũng nh xuất nhiên liệu ra sử dụng đợc
thực hiện thông qua van LPG đa chức năng (van đa cổng). Van đa cổng là giải
pháp công nghệ phù hợp đảm bảo yêu cầu chỉ có một lỗ trên thùng. Đây là thiết
bị có kết cấu khá phức tạp, đảm nhận nhiều chức năng:
- Nạp LPG vào thùng: LPG đợc đa vào thùng thông qua van đa cổng. Van
đa cổng phải đảm bảo không gây cản trở lớn đối với dòng LPG vào thùng, làm

kéo dài thời gian nạp. Van đa cổng đồng thời có một thiết bị nối với phao đặt
trong thùng chứa. Khi lợng nạp đạt giới hạn an toàn 80% dung tích thùng, thiết
bị này sẽ khoá đờng nạp LPG.
- Xuất LPG ra sử dụng: Van đa cổng đợc nối với một ống hút để hút LPG
lỏng từ dới đáy thùng và xuất ra ngoài qua một đờng ống. Van đa cổng luôn
luôn đảm bảo cung cấp đủ lu lợng gas cho động cơ.
Sinh viên: Nguyễn Quốc Dũng 27 GVHD:PGS. TS. Cao Trọng
Hiền
KS. Nguyễn Hùng
Mạnh