Nghiên cứu xây dựng bộ thông số tối ưu điều khiển LPG trên động cơ diesel sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu commonrail

l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

***

NGUYỄN THẾ TRỰC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ TỐI ƯU
ĐIỀU KHIỂN LPG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ
DỤNG HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
COMMONRAIL

Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. LÊ ANH TUẤN

HÀ NỘI – NĂM 2011


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong các công trình nào khác!
Hà Nội, tháng 09 năm 2011
Học viên

Nguyễn Thế Trực

- i - 


LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
PGS.TS. Lê Anh Tuấn, người đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt
chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đồng nghiệp
trong Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học
đã giúp đỡ tạo điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm
luận văn.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy và các bạn đồng nghiệp trong Bộ
môn Động cơ đốt trong và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong đã tạo điều kiện cả
về thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những
người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia học
tập và làm luận văn.
Học viên

Nguyễn Thế Trực

- ii - 


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................i 

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... vi 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................ vii 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.......................................................................viii 
MỞ ĐẦU................................................................................................................................1 
i.  Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài........................................3 
ii.  Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3 
iii.  Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ...................................................................4 
iv.  Các nội dung chính trong đề tài..............................................................................4 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA LỎNG (LPG) VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG VẬN TẢI ...5 
1.1.  Tổng quan về nhiên liệu LPG .................................................................................5 
1.1.1.  Tính chất vật lý của LPG ..................................................................................................6 
1.1.2.  Tính chất hóa học của LPG...............................................................................................8 
1.1.3.  Các đặc tính khác của LPG ...............................................................................................9 
1.1.4.  Phân loại LPG .................................................................................................................10 
1.1.5.  Ưu điểm của LPG ...........................................................................................................11 

1.2.  Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới...............................................12 
1.2.1.  Tình hình sản xuất LPG ..................................................................................................12 
1.2.2.  Tình hình sử dụng LPG...................................................................................................13 

1.3.  Tình hình sản xuất và sử dụng LPG ở Việt Nam................................................18 
1.4.  Một số kết quả nghiên cứu LPG trên động cơ diesel ở Việt Nam .....................19 
1.4.1.  Kết quả đo độ khói trong khí thải với giá trị áp suất LPG sau bộ hóa hơi khác nhau.....20 
1.4.2.  Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chạy ổn định ............................................20 
1.4.3.  Kết quả thử nghiệm khí thải............................................................................................21 
1.4.4.  Kết quả thử nghiệm đặc tính động cơ .............................................................................24 

1.5.  Kết luận...................................................................................................................24 

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG........................25 
2.1.  Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG trên động cơ AVL 5402................25 
2.1.1.  Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG ................................................................25 
2.1.2.  Cấu tạo và nguyên lý các chi tiết trong hệ thống ............................................................27 

2.2.  Thiết kế mạch điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG (ELC) ...............36 

- iii - 


2.2.1.  Khối cung cấp nguồn điện cho ELC ...............................................................................36 
2.2.2.  Khối xử lý tín hiệu từ các cảm biến ................................................................................36 
2.2.3.  Khối điều khiển cơ cấu chấp hành ..................................................................................40 
2.2.4.  Khối vi xử lý ELC...........................................................................................................41 

2.3.  Khối mạch giao tiếp với máy tính.........................................................................43 
2.4.  Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG...................45 
2.5.  Kết luận...................................................................................................................46 
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG.........................................................................47 
3.1.  Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong hệ thống LPG .....................47 
3.1.1.  Thuật toán đọc giá trị tốc độ động cơ..............................................................................47 
3.1.2.  Thuật toán đọc giá trị các cảm biến tín hiệu tương tự.....................................................47 
3.1.3.  Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến lưu lượng ....................................................48 
3.1.4.  Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến áp suất.........................................................48 
3.1.5.  Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ .......................................................48 
3.1.6.  Thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến chân ga........................................................49 
3.1.7.  Thuật toán nội suy...........................................................................................................49 

3.2.  Thuật toán điều khiển kết nối máy tính...............................................................50 

3.2.1.  Thuật toán truyền giá trị từ vi xử lý lên máy tính ...........................................................50 
3.2.2.  Thuật toán nhận giá trị từ máy tính .................................................................................51 

3.3.  Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG ............................51 
3.3.1.  Chương trình điều khiển vòi phun ..................................................................................51 
3.3.2.  Thuật toán điều khiển vòi phun.......................................................................................52 

3.4.  Kết luận...................................................................................................................57 
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................57 
4.1.  Giới thiệu băng thử động cơ..................................................................................57 
4.1.1.  Cấu tạo băng thử .............................................................................................................57 
4.1.2.  Động cơ thử nghiệm........................................................................................................59 
4.1.3.  Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử........................................................................60 

4.2.  Nội dung thử nghiệm .............................................................................................67 
4.2.1.  Đặc tính thử ngiệm..........................................................................................................67 
4.2.2.  Các bước thử nghiệm ......................................................................................................67 

4.3.  Tiêu chí thử nghiệm ...............................................................................................68 
4.4.  Công thức tính toán và hiệu chỉnh kết quả thực nghiệm ...................................68 
4.4.1.  Công thức tính hiệu chỉnh giá trị cảm biến lưu lượng.....................................................68 
4.4.2.  Công thức tính lưu lượng LPG........................................................................................69 

4.5.  Kết quả thử nghiệm ...............................................................................................71 

- iv - 


4.5.1.  Xác định hệ số hiệu chỉnh lưu lượng nhiên liệu phun KG ..............................................71 
4.5.2.  Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của áp suất phun LPG ....................................72 

4.5.3.  Kết quả thử nghiệm đánh giá tỷ lệ nhiên liệu LPG-Diesel .............................................80 
4.5.4.  Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm của động cơ trong trường
hợp sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG.................................................................................92 
4.5.5.  Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của phun mồi diesel trong trường hợp sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel/LPG....................................................................................................100 

4.6.  Kết luận chương 4 ................................................................................................102 
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................103 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................105 

- v - 


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

LPG

Khí dầu mỏ hóa lỏng

HV

Nhiệt trị thấp theo thể tích của LPG

A/F

Tỷ lệ không khí / nhiên liệu

LNG

Khí tự nhiên hóa lỏng

CNG

Khí tự nhiên nén

ELC

Bộ điều khiển điện tử hệ thống cung cấp LPG

PC

Máy tính

CB

Cảm biến

ADC

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

COM

Cổng nối tiếp để kết nối máy tính và vi xử lý

VXL

Vi xử lý

W0

Chỉ số Wobbe

ρ

Trọng lượng riêng của LPG

- vi - 


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Tỷ lệ C3 trong LPG của một số quốc gia trên thế giới [21,22,23] .......................5 
Bảng 1.2. Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG [1,11,12].................................7 
Bảng 1.3. Thị trường LPG-Autogas năm 2007 [23] ...........................................................17 
Bảng 1.4. Độ khói (FSN) trong khí thải với các áp suất LPG khác nhau ...........................20 
Bảng 1.5. Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu (kg/h)..................................................................21 
Bảng 1.6. Kết quả đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 .......................................21 
Bảng 1.7. Độ khói (FSN) sau 100h chạy ổn định................................................................23 
Bảng 1.8. So sánh về công suất (kW) ở chế độ 85% tải khi sử dụng lưỡng nhiên liệu
diesel/LPG với nhiên liệu diesel .........................................................................................24 
Bảng 3.1. Đặc tính của cảm biến nhiệt độ...........................................................................49 
Bảng 4.1. Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng LPG tại các chế độ tải và tốc độ khác nhau ...........72 
Bảng 4.2. Mômen động cơ ở tốc độ 2000vg/ph khi động cơ sử dụng diesel và sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel/LPG ở các giá trị áp suất và tỷ lệ LPG khác nhau .........................73 
Bảng 4.3. So sánh mômen động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG khác
nhau......................................................................................................................................81 
Bảng 4.4. So sánh lượng nhiên liệu tiêu thụ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG
khác nhau .............................................................................................................................82 
Bảng 4.5. Giá thành nhiên liệu LPG tối đa khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG với tỷ

lệ LPG khác nhau (tính trong 1 giờ) ....................................................................................83 
Bảng 4.6. So sánh phát thải nhà kính CO2 khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ LPG
khác nhau .............................................................................................................................88 

- vii - 


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG .................................9 
Hình 1.2. Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu [21,22,23]............................................13 
Hình 1.3. Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu năm 2006 [20] ...........................................14 
Hình 1.4. Tỷ trọng tiêu thụ LPG trên toàn cầu theo lĩnh vực sử dụng năm 2006 [21] .......14 
Hình 1.6. So sánh hàm lượng HC và CO (g/kWh) .............................................................22 
Hình 1.7. So sánh hàm lượng NOx và PM ..........................................................................23 
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402.............26 
Hình 2.2. Sơ đồ tín hiệu điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG............................................27 
Hình 2.3. Bình chứa LPG......................................................................................................1 
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý van giảm áp ..............................................................................28 
Hình 2.5. Van điện từ, ống dẫn khí LPG ............................................................................28 
Hình 2.7. Bình ổn áp LPG...................................................................................................29 
Hình 2.6. Bộ hóa hơi LPG.....................................................................................................1 
Hình 2.8. Cảm biến đo lưu lượng LPG ...............................................................................30 
Hình 2.9. Cảm biến nhiệt độ .................................................................................................1 
Hình 2.10. Nguyên lý của cảm biến tốc độ .........................................................................32 
Hình 2.11. Cảm biến lưu lượng khí nạp..............................................................................32 
Hình 2.12. Cảm biến đo áp suất LPG..................................................................................33 
Hình 2.13. Cảm biến vị trí chân ga .....................................................................................34 
Hình 2.14. Vòi phun LPG ...................................................................................................35 
Hình 2.15. Bộ ELC điều khiển hệ thống nhiên liệu LPG ...................................................35 

Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn 5V..........................................................................36 
Hình 2.17. Mạch xử lý tín hiệu tốc độ ..................................................................................1 
Hình 2.18. Mạch xử lý tín hiệu lưu lượng và áp suất LPG .................................................38 
Hình 2.19. Mạch xử lý tín hiệu nhiệt độ và công tắc ON/OFF nhiên liệu LPG .................38 
Hình 2.20. Mạch xử lý tín hiệu lưu lượng và nhiệt độ khí nạp ...........................................39 
Hình 2.21. Mạch xử lý tín hiệu vị trí chân ga và tín hiệu không tải ...................................39 
Hình 2.22. Mạch xử lý tín hiệu dự phòng (option) .............................................................40 

- viii - 


Hình 2.23. Mạch xử lý tín hiệu điều khiển vòi phun LPG....................................................1 
Hình 2.24. Mạch xử lý tín hiệu điều khiển van điện từ và rơle đóng mở LPG...................41 
Hình 2.25. Sơ đồ khối vi điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG............................41 
Hình 2.27. Khối mạch Reset .................................................................................................1 
Hình 2.26. Khối tạo xung nhịp..............................................................................................1 
Hình 2.28. Sơ đồ chân ATmega32........................................................................................1 
Hình 2.30. Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối theo chuẩn RS232.............................................44 
Hình 2.31. Giao diện chương tình điều khiển quá trình phun LPG ....................................46 
Hình 3.1. Sơ đồ thuật toán đọc tốc độ động cơ ...................................................................47 
Hình 3.2. Sơ đồ đọc giá trị của tín hiệu từ cảm biến...........................................................47 
Hình 3.3. Sơ đồ tính cảm biến lưu lượng ..............................................................................1 
Hình 3.4. Sơ đồ tính cảm biến áp suất ..................................................................................1 
Hình 3.5. Sơ đồ tính cảm biến nhiệt độ.................................................................................1 
Hình 3.6. Sơ đồ thuật toán truyền giá trị.............................................................................50 
Hình 3.7. Sơ đồ thuật toán thực thi lệnh từ máy tính ..........................................................51 
Hình 3.8. Nguyên lý điều khiển phun .................................................................................51 
Hình 3.9. Sơ đồ thuật toán điều khiển chung hệ thống phun LPG......................................52 
Hình 3.10. Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ không tải ...................................................54 
Hình 3.11. Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ chuyển tiếp không tải - có tải....................54 

Hình 3.12. Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ ổn định ......................................................56 
Hình 3.13. Sơ đồ thuật toán điều khiển chế độ chuyển tiếp có tải - không tải....................57 
Hình 4.1. Sơ đồ băng thử động cơ 1 xylanh SCTB.............................................................58 
Hình 4.2. Mặt cắt ngang động cơ ........................................................................................60 
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s................................................61 
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý làm việc của AVL 577 .............................................................61 
Hình 4.5. Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu của nó ................................62 
Hình 4.6. Mô hình tủ CEBII................................................................................................63 
Hình 4.7. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO .....................................................................64 
Hình 4.8. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx ........................................................65 
Hình 4.9. Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo CnHm .........................................................................66 
Hình 4.10. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415 .....................................................67 
Hình 4.11. Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ở chế độ thử nghiệm 100% và 75% tải.................71 

- ix - 


Hình 4.12. Lượng tiêu thụ LPG ở các giá trị áp suất và tỷ lệ LPG khác nhau....................74 
Hình 4.13. Tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu ở các tỷ lệ thay thế diesel khác nhau ...............75 
Hình 4.14. Kết quả đo khí thải CO ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau .........................75 
Hình 4.15. Kết quả đo khí thải Smoke ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau....................76 
Hình 4.16. Kết quả đo khí thải HC ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau .........................77 
Hình 4.17. Kết quả đo khí thải NOx ở các tỷ lệ và áp suất LPG khác nhau........................78 
Hình 4.18. Diễn biến áp suất xylanh khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu
với tỷ lệ LPG 16% ở các giá trị áp suất khác nhau..............................................................79 
Hình 4.19. Kết quả đo độ rung động của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng
nhiên liệu với tỷ lệ LPG 16% diesel ở các giá trị áp suất khác nhau...................................80 
Hình 4.20. Mômen, công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu khi động cơ sử dụng đơn nhiên
liệu diesel theo đường đặc tính ngoài ..................................................................................81 
Hình 4.21. Lượng nhiên liệu tiêu thụ khi động cơ sử dụng diesel và khi sử dụng lưỡng

nhiên liệu diesel/LPG ở các tỷ lệ LPG khác nhau ...............................................................83 
Hình 4.22. Kết quả phát thải NOx khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau...................85 
Hình 4.23. Kết quả phát thải CO khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau ....................86 
Hình 4.24. Kết quả phát thải độ khói (Smoke) khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau
.............................................................................................................................................87 
Hình 4.25. Kết quả phát thải HC khi thử nghiệm ở các tỷ lệ LPG khác nhau ....................87 
Hình 4.26. Diễn biến áp suất xylanh ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG khác
nhau......................................................................................................................................90 
Hình 4.27. Độ rung động của động cơ ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG
khác nhau .............................................................................................................................90 
Hình 4.28. Diễn biến áp suất xylanh ở tốc độ 3000vg/ph, 100% tải, với các tỷ lệ LPG khác
nhau......................................................................................................................................91 
Hình 4.29. Độ rung động của động cơ ở tốc độ 3000vg/ph, 100% tải, với ở các tỷ LPG
khác nhau .............................................................................................................................92 
Hình 4.30. Mômen và công suất động cơ khi thay đổi góc phun sớm................................93 
Hình 4.31. Kết quả phát thải CO và Smoke khi thay đổi góc phun sớm ............................94 
Hình 4.32. Kết quả phát thải NOx và HC khi thay đổi góc phun sớm ................................94 
Hình 4.33. Biến thiên áp xuất xylanh khi thay đổi góc phun sớm ở 1400vg/ph, 100% tải 96 

- x - 


Hình 4.34. Độ rung động của động cơ khi thay đổi góc phun sớm ở 1400vg/ph, 100% tải
.............................................................................................................................................96 
Hình 4.35. Biến thiên áp xuất xylanh khi thay đổi góc phun sớm ở 2000vg/ph, 100% tải 99 
Hình 4.36. Độ rung động của động cơ khi thay đổi góc phun sớm ở 2000vg/ph, 100% tải
.............................................................................................................................................99 
Hình 4.37. Ảnh hưởng của phun mồi đến phát thải CO và Smoke.......................................1 
Hình 4.38. Ảnh hưởng của phun mồi đến phát thải NOx và HC...........................................1 
Hình 4.39. Ảnh hưởng của phun mồi đến diễn biến áp suất trong xylanh........................101 

- xi - 


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, số lượng các phương tiện giao thông ở Hà Nội tăng
nhanh. Năm 2001, thành phố có gần 1 triệu xe máy và hơn 100.000 ôtô. Cuối năm
2007, con số này đã tăng gấp đôi, với khoảng 1,9 triệu xe máy và 200.000 ôtô. Tốc
độ phát triển của các phương tiện giao thông giai đoạn 2001-2007 là 12%/năm đối
với xe ôtô, 15%/năm đối với xe máy [9]. Nguyên nhân của sự gia tăng này là do
phát triển kinh tế và mở rộng quy mô dân số, làm tăng nhu cầu đi lại. Theo đánh giá
của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra
chiếm tỷ lệ khoảng 70%. Lưu lượng xe lớn và chất lượng nhiên liệu sử dụng chưa
tốt (hàm lượng benzen khoảng 5% so với 1% ở các nước trong khu vực; hàm lượng
lưu huỳnh trong diesel chiếm từ 0,5-1% so với 0,05% ở các nước trong khu vực),
ngoài ra còn nhiều khí thải độc hại khác như: CO, NOx, PM,… là những nguyên
nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm.
Qua thực tế lấy mẫu khảo sát tại các trạm đăng kiểm và phân tích mẫu (Đề tài
nghiên cứu khoa học cấp thành phố mã số 01C-09/06-99-2: "Điều tra, đánh giá
mức độ ô nhiễm môi trường Hà nội do các phương tiện giao thông đô thị gây nên.
Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường") có thể sơ bộ đánh giá chất
lượng các loại ôtô đang lưu hành trên địa bàn Hà Nội (theo tiêu chuẩn TCVN 64361998 và TCVN 6438-1998 ở mức cao nhất) thì có tới 80% số xe ôtô lắp động cơ
diesel (chủ yếu là xe buýt), gần 20% số xe ôtô lắp động cơ xăng và khoảng 37% số
xe máy đang lưu hành ở Hà Nội không đạt yêu cầu về một trong các tiêu chuẩn cho
phép. Cũng qua những số liệu trong bản báo cáo nói trên thì có thể khẳng định mức
độ ô nhiễm môi trường không khí ở các đô thị lớn trong nước ta là đáng báo động.
Để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí do các phương tiện vận tải gây ra
chúng ta phải thực hiện đồng thời nhiều giải pháp, chẳng hạn như: xiết chặt tiêu
chuẩn khí phát thải đối với các loại phương tiện lưu thông (từ ngày 01/07/2007,
toàn bộ các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ sẽ phải tuân thủ theo tiêu

chuẩn EUROII về khí thải); nâng cao phẩm cấp của nhiên liệu truyền thống bằng
cách sử dụng công nghệ hiện đại xử lý sâu trong các nhà máy lọc dầu kết hợp với

- 1 - 


việc sử dụng động cơ thế hệ mới hoặc sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” …
Ở các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam các chương trình phát triển
nhiên liệu sạch đang rất được quan tâm như sử dụng biodiesel, sử dụng nhiên liệu
xăng, diesel pha ethanol, sử dụng nhiên liệu LPG, nước, pin nhiên liệu, lưỡng nhiên
liệu diesel/LPG, autogas,…. Việc sử dụng các loại nhiên liệu sạch trên cho các
phương tiện vận tải ngoài việc đa dạng hoá nguồn năng lượng còn góp phần đáng
kể vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra. Tuy
nhiên do lượng nhiên liệu sử dụng cho các phương tiện vận tải là rất lớn (ở Việt
Nam tính đến năm 2010 là khoảng hơn 12 triệu tấn) do đó nguồn nguyên liệu cần có
để sản xuất các loại nhiên liệu sạch là vấn đề cần quan tâm. Chính vì vậy Việt Nam
đã xây dựng Đề án phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) và các dự án phát triển
nguồn nguyên liệu sử dụng cho NLSH năm 2015 và tầm nhìn 2025,…).
Xét về mặt năng lượng và môi trường cũng như nguồn nguyên liệu ở Việt nam
thì việc sử dụng khí thiên nhiên để chạy phương tiện giao thông về lâu dài là tối ưu
nhất. Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng lớn và chúng ta đang khai thác để cung
cấp năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản xuất phân đạm. Mặt khác một
khối lượng lớn khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã và sắp khai thác của ta
hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch dồi dào để phát triển kinh tế quốc dân trong đó
có ngành giao thông vận tải. Tuy nhiên việc sử dụng và phân phối khí thiên nhiên
gia dụng trong thành phố chưa được thiết lập. Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ
nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng LPG để chạy phương tiện giao thông
trong đô thị là phù hợp nhất. Giải pháp này trước hết giúp chúng ta chủ động được
nguồn năng lượng mặc dù LPG không dồi dào như khí thiên nhiên.
Mặt khác, giá LPG nhập khẩu cũng rẻ hơn so với nhập khẩu nhiên liệu khoáng

xăng hay diesel, giá nhập LPG khoảng 820 USD/tấn so với khoảng 1000 USD/tấn
xăng, diesel (theo bảng giá tháng 1/2010).
Trong thời gian vừa qua, để phục vụ cho các triển lãm Auto Petro 2002, 2003
và 2004, Viện dầu khí đã chuyển đổi 02 động cơ diesel cỡ nhỏ và vừa sử dụng LPG
dạng đơn nhiên liệu. Nhưng việc sử dụng dạng đơn nhiên liệu LPG cũng chưa thực
sự khả thi vì chi phí đầu tư ban đầu lớn do phải thay đổi hoàn toàn kết cấu của động
- 2 - 


cơ diesel (hiện nay trên thế giới chỉ có Australia là nước đầu tiên thay đổi toàn bộ
động cơ diesel của xe tải nặng sang sử dụng 100% nhiên liệu LPG). Để tiết kiệm chi
phí đầu tư ban đầu thì việc sử dụng công nghệ “chuyển đổi động cơ diesel từ dạng
sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang sử dụng dạng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG” mà
không cần thay đổi kết cấu của động cơ là phù hợp hơn cả và cũng là công nghệ
đang được nghiên cứu thử nghiệm ở các nước phát triển trên thế giới. Việc chuyển
đổi thành công có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế, kỹ thuật và đảm bảo tính khả thi cao.
Nhằm xây dựng cơ sở cho việc chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng lưỡng
nhiên liệu diesel/LPG trong thời gian tới, đề tài “Nghiên cứu xây dựng bộ thông số
tối ưu điều khiển LPG trên động cơ Diesel sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu
CommonRail” là một hướng đi đúng, đáp ứng được tính khoa học và thực tiễn. Nó
xem xét đến các ảnh hưởng tích cực của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG
trên động cơ diesel truyền thống.
i.

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
*) Mục đích nghiên cứu
Đưa ra giải pháp cung cấp và tỷ lệ cung cấp LPG tối đa cho động cơ diesel,

đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, phát thải độc hại và phát thải gây hiệu ứng nhà
kính của việc sử dụng LPG trên động cơ diesel.

*) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí
động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Động cơ nghiên cứu là động cơ mẫu
1 xylanh có các thông số cơ bản (đường kính xylanh, hành trình piston…) tương
đương với các động cơ lắp trên xe buýt, xe tải nên kết quả nghiên cứu có thể được
chuyển đổi áp dụng một cách tin cậy.
ii. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu về công nghệ
chuyển đổi từ động cơ sử dụng đơn nhiên liệu sang sử dụng lưỡng nhiên liệu trên
thế giới để đưa ra giải pháp chuyển đổi cho một động cơ mẫu; thiết kế, lắp đặt hệ
thống cung cấp LPG cho động cơ, tiến hành thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của

- 3 - 


việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG đến tính năng và phát thải của động cơ
được thực hiện trên cơ sở đối chứng.
iii. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
-

Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG trên
động cơ diesel

-

Lựa chọn tỷ lệ cung cấp LPG tối ưu

-

Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel, chuyển đổi

động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang lưỡng nhiên liệu diesel/LPG

-

Kết quả đề tài góp phần thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho loại
nhiên liệu truyền thống cho phương tiện giao thông vận tải ở Việt Nam.

iv. Các nội dung chính trong đề tài
Thuyết minh của đề tài được trình bày theo các phần như sau:
™ Mở đầu
™ Chương 1. Tổng quan về khí hỏa lỏng (LPG) và một số kết quả nghiên cứu
ứng dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải
™ Chương 2. Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
™ Chương 3. Xây dựng thuật toán và chương trình điều khiển hệ thống cung
cấp nhiên liệu LPG
™ Chương 4. Thực nghiệm, kết quả và thảo luận
™ Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài.

- 4 - 


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA LỎNG (LPG) VÀ MỘT SỐ KẾT
QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN PHƯƠNG TIỆN GIAO
THÔNG VẬN TẢI
1.1. Tổng quan về nhiên liệu LPG
Khí hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas, viết tắt là LPG) là hỗn hợp
hydrocarbon nhẹ, ở thể khí. LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc
giếng gas và cũng có thể sản xuất ở các nhà máy lọc dầu. Khoảng một nửa lượng
LPG được sản xuất gắn liền với sản xuất khí thiên nhiên và khoảng một nửa kia
được tạo ra nhờ quá trình tinh chế dầu thô. Thành phần chính của LPG là propan

(C3H8) và butan (C4H10), không màu, không mùi, không vị và không có độc tố. Tỷ
lệ giữa propan và butan thay đổi giữa các quốc gia cũng như tùy từng thời điểm
trong năm. Ở Hà Lan, tỷ lệ propan/butan thường là 60/40, và tỷ lệ giữa iso-butan và
n-butan là khoảng 1/3. Ở Mỹ LPG dùng cho ô tô có thành phần hơn 80% là propan,
thành phần còn lại là etan, butan và khoảng hơn 10% là propen. Tại Châu Âu, với
các nước có khí hậu tương đối lạnh thì LPG có xu hướng thành phần propan và
propen cao hơn. Trong khi đó các nước có khí hậu ấm hơn như Italy thì LPG có
thành phần chủ yếu là butan và buten.
Bảng 1.1. Tỷ lệ C3 trong LPG của một số quốc gia trên thế giới [21,22,23]
Quốc gia

Thành phần khí C3- (propan và propen) (%)

Bỉ

40-60

Phần lan

100

Pháp

20-50

Đức

100

Hà Lan

40-60

Anh

50-100

Mỹ

90-100

Thành phần LPG cũng có thể khác nhau giữa các tháng trong năm, giữa mùa
đông và mùa hè. Propan thường có thành phần cao hơn vào những tháng mùa đông.
Thành phần LPG được đặc trưng bởi chỉ số Wobbe.
- 5 - 


Giá trị của của chỉ số Wobbe (W0) được tính bởi công thức:
Trong đó: HV là nhiệt trị thấp theo thể tích của chất khí.

là trọng lượng riêng của chất khí.

Các kiểm chứng cho thấy rằng chỉ số Wobbe của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt
trị của lượng khí đốt cháy qua một giclơ với vận tốc dưới âm. Vì hầu như tất cả các
hệ thống đo nhiên liệu khí đều dựa trên giclơ. Một thay đổi chỉ số Wobbe của nhiên
liệu (với điều kiện là các chỉ số khác giống nhau) sẽ có kết quả là có một sự thay đổi
gần như tỷ lệ với tỷ lệ của năng lượng dòng chảy và do đó làm thay đổi tỷ lệ không
khí/nhiên liệu trong hỗn hợp cháy. LPG có thành phần khác nhau do vị trí địa lý
hoặc khí hậu kéo theo sự khác nhau của chỉ số Wobbe. Hiểu một cách đơn giản
rằng, một chỉ số Wobbe thấp sẽ có kết quả là tỷ lệ không khí/nhiên liệu đốt cháy sẽ

thấp và ngược lại. Việc sử dụng động cơ có kiểm soát tỉ lệ A/F theo vòng kín có thể
bù vào các thay đổi về chỉ số Wobble do việc sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu khí
khác nhau, hoặc do trong nhiên liệu khí sử dụng có những thành phần các chất khác
nhau, hoặc chất khí có các đồng phân khác nhau.
LPG là loại nhiên liệu thông dụng về tính đa năng và thân thiện với môi trường.
Nó có thể dễ dàng được chuyển đổi sang thể lỏng bằng việc tăng áp suất thích hợp
hoặc giảm nhiệt độ để dễ tồn trữ và vận chuyển được. Nó có thể chuyển động như
chất lỏng nhưng lại được đốt cháy ở thể khí. Việc sản sinh ra chất NOx, các chất độc
hại và tạp chất trong quá trình cháy thấp đã làm cho LPG trở thành một trong những
nguồn nhiên liệu thân thiện nhất với môi trường trên thế giới.
LPG lỏng chứa rất nhiều năng lượng trong một không gian nhỏ (mật độ năng
lượng lớn) và nó có thể hóa hơi được nên cháy rất tốt. Mỗi kg khí LPG cung cấp
khoảng 12.000 kcal năng lượng.
1.1.1. Tính chất vật lý của LPG
- 6 - 


Ở nhiệt độ lớn hơn 0oC trong môi trường không khí bình thường với áp suất
bằng áp suất khí quyến, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi theo tỉ lệ thể tích
1 lít LPG thể lỏng hoá thành khoảng 250 lít ở thể hơi. Vận tốc bay hơi của LPG rất
nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí thành hỗn hợp cháy nổ.
Tỷ trọng LPG nhẹ hơn so với nước: đối với butan từ 0,55 - 0,58 lần, propan từ
0,5 - 0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong môi trường không khí với áp suất bằng áp suất
khí quyển, gas nặng hơn so với không khí: đối với butan là 2,07 lần; propan là 1,55
lần. Do đó hơi LPG thoát ra ngoài sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín
gió, những nơi trũng, những hang hốc của kho chứa, bếp…
LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi nhưng do LPG nặng hơn không khí
khi bay hơi, mặt khác nó lại có xu hướng chìm và tích tụ. Một lượng LPG có thể đủ
để gây ngạt nếu nó chiếm chỗ của oxy. Do đó trong LPG người ta thường pha trộn
thêm chất tạo mùi hăng Mercaptan với tỉ lệ nhất định để có mùi đặc trưng để nhằm

phát hiện ra hiện tượng rò rỉ khí gas.
LPG lỏng gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG rò
rỉ trực tiếp vào da nếu không có trang bị bảo hộ lao động.
Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900oC÷1950oC, có khả năng đốt cháy và
nung nóng chảy hầu hết các chất.
LPG là loại nhiên liệu dễ cháy khi kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp
cháy nổ. Khi đạt tới giới hạn nồng độ cháy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt hoặc
ngọn lửa thì LPG sẽ bắt cháy làm phá hủy thiết bị, cơ sở vật chất, công trình.
Ở áp suất khí quyển, propan sôi ở -42oC và butan sôi ở - 0,5oC.
Bảng 1.2. Tính chất của các thành phần chủ yếu trong LPG [1,11,12]

Công thức hóa học
o

Nhiệt độ sôi ( C )

Propan

n-butan

iso-butan

C3H8

C4H10

C4H10

o

-42.1 C

+1.0

-0.5

111

102

94

15.71

15.49

15.49

481

544

441

46.34

45.55

45.70

Trị số octan nghiên cứu( RON)
Hệ số tỷ lượng A/F(kg/kg)
o

Nhiệt độ tự bắt cháy ( C )
Nhiệt trị thấp (MJ/kg)

- 7 - 


Chỉ số Cetane

9

13

1.1.2. Tính chất hóa học của LPG
LPG có thành phần chủ yếu là Propan và Butane, ngoài ra, tuỳ thuộc vào nguồn
nhiên liệu khi chế biến mà trong thành phần của nó có thể có một lượng nhỏ olefin
như propen, buten. Trong đó propan chỉ có duy nhất ở dưới dạng mạch thẳng,
butane có thể ở dưới dạng mạch thẳng hoặc mạch nhánh (n-butane và iso-butane).
Thành phần chiếm chủ yếu của LPG là các hydrocacbon no không mạch thẳng
và mạch nhánh như các Ankan hoặc parafin. Các chất này thể hiện tính hoạt động
hóa học tương đối yếu, do các liên kết C-H và C-C của chúng tương đối ổn định.
Không giống như các hợp chất hữu cơ khác, chúng không có các nhóm chức.
Chúng phản ứng rất kém với các chất có tính điện ly hay phân cực, trên thực tế
chúng có tính trơ với các axit và bazơ. Tính trơ này là nguồn gốc của thuật ngữ
parafin (tiếng la tinh parafin có nghĩa là “thiếu ái lực”). Tuy nhiên các phản ứng oxy
hóa khử của các chất trong thành phần LPG với oxy và halogen do các nguyên tử
cacbon có tính khử mạnh (C đạt trạng thái oxy hóa thấp nhất (-4)). Phản ứng với các

halogen là các phản ứng thế, còn phản ứng với oxy gây ra sự cháy. Quá trình cháy
này tỏa ra một lượng nhiệt khá lớn cho quá trình sinh công.
Công thức hoá học và cấu trúc phân tử:

- 8 - 


Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG

Phương trình cháy:
C3H8+5O2→3CO2+4H2O+to
2C4H10+13O2 → 8 CO2+10 H2O+ to
Khi không có đủ lượng ôxy cần thiết thì cacbon mônôxít hay thậm chí là muội
than có thể tạo ra, như được chỉ ra dưới đây cho mêtan:
2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O
CH4 + O2 → C + 2H2O
Các ankan trong LPG thông thường cháy với ngọn lửa không sáng và tạo ra rất
ít muội than.
1.1.3. Các đặc tính khác của LPG
LPG có đặc tính là độ sạch cao, không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất có
chứa lưu huỳnh, không gây ăn mòn các phương tiện vận chuyển và tồn chứa. Khi
cháy, LPG ít gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại kể cả khi LPG tiếp xúc
trực tiếp với thực phẩm. LPG là loại khí đốt thuận tiện cho việc vận chuyển và tồn
chứa do khả năng hóa lỏng ở áp suất không quá cao, ở nhiệt độ thường áp suất hóa
lỏng là 0,3 - 0,4Mpa [1,11,21] vì thế 1 đơn vị thể tích lỏng bằng 250 đơn vị thể tích
khí. Do vậy, đặc trưng của LPG là được tồn chứa ở trạng thái bão hòa, tức là tồn tại
ở dạng lỏng và hơi nên với thành phần không đổi, áp suất bão hòa trong bình chứa
không phụ thuộc vào lượng LPG chứa trong bồn mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt
độ bên ngoài.
1.1.3.1. Tính giãn nở do nhiệt

LPG có tỷ lệ giãn nở lớn từ dạng lỏng sang dạng hơi. Nhờ hệ số giãn nở này mà
- 9 - 


LPG trở nên kinh tế hơn khi bảo quản và vận chuyển dưới dạng lỏng.
Tỷ lệ giãn nở:

+ Propan: 1 thể tích lỏng cho 270 thể tích hơi ở 1 atm
+ Butan: 1 thể tích lỏng cho 283 thể tích hơi ở 1 atm

Vì vậy, các bình chứa LPG không bao giờ được nạp đầy, chúng được quy định
chỉ chứa từ 80% tới 85% dung tích toàn bình để có không gian cho LPG giãn nở khi
nhiệt độ tăng.
1.1.3.2. Giới hạn cháy nổ
Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp không khí - hơi LPG hay trong hỗn hợp oxy hơi LPG là phần trăm thể tích hơi LPG để tự bắt cháy nổ.
Giới hạn bắt cháy nổ của LPG trong không khí khá hẹp, chỉ từ 1,5 - 10%, chính
vì vậy mà LPG khá an toàn so với các nhiên liệu khí khác. Tai nạn liên quan đến
LPG gây ra kết quả cháy hoặc nổ. Quá trình nổ xảy ra khi có đủ cả lượng không khí
và LPG được bắt lửa để tạo nên một lượng nhiệt lớn và chuyển động trong không
khí với một thời gian rất ngắn. Nếu nhiệt được giải phóng từ từ, việc đốt cháy nhiên
liệu sẽ gây ra cháy chứ không phải nổ. Điều này có ý nghĩa quan trọng với việc
thông gió và tạo dòng không khí chuyển động trong việc bảo quản và vận chuyển.
1.1.4. Phân loại LPG
LPG có thành phần chủ yếu là propan và butan, vì vậy việc phân loại LPG cũng
khá dễ dàng. LPG đưa ra thị trường gọi là LPG thương mại, tùy thuộc vào mục đích
sử dụng và yêu cầu của từng khách hàng mà nhà sản xuất sẽ pha trộn các thành
phần một cách thích hợp. Có thể phân ra thành 3 loại LPG thương mại như sau:
+ Propan thương mại: có thành phần chủ yếu là hydrocacbon C3. Ở một số
nước, propan thương mại có tỉ lệ butan hoặc buten thấp, có thể có etan hoặc eten.
+ Butan thương mại: có thành phần chủ yếu là hyrocacbon C4. Thông thường,

thành phần lớn nhất là n-butan hoặc buten-1. Cũng có thể xuất hiện một lượng
không đáng kể thành phần propan C3H8 hoặc propen C3H6 và pentan.
+ Hỗn hợp butan - propan: thành phần của sản phẩm này phụ thuộc vào nhà
sản xuất cũng như các nhà kinh doanh địa phương, thông thường thành phần của
chúng là 50% butan, 50% propan hoặc 70% butan, 30% propan. Đây là sản phẩm

- 10 - 


phổ biến trên thị trường Việt Nam.
1.1.5. Ưu điểm của LPG
Vì có thành phần hóa học tương đối đơn giản hơn các loại nhiên liệu khác nên
dễ đạt được đúng tỷ lệ pha trộn nhiên liệu, cho phép sản phẩm cháy hoàn toàn. Điều
này đã làm cho LPG có các đặc tính của một nhiên liệu cháy sạch. Sản phẩm cháy
chỉ có CO2 và hơi nước, không có hợp chất chứa lưu huỳnh và chì, hàm lượng các
khí NOx thấp, không gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại ngay cả khi tiếp
xúc trực tiếp với thực phẩm, không làm ăn mòn các thiết bị sử dụng. Đặc biệt sản
phẩm cháy không tạo muội, tạo cặn các bon nên làm tăng thời gian sử dụng dầu
nhờn và tránh mài mòn xy lanh. Về năng suất tỏa nhiệt, LPG cao hơn hẳn so với các
loại nhiên liệu truyền thống. Nhiệt lượng do LPG tạo ra cao hơn so với xăng và cao
gần gấp đôi so với các loại xe khác chạy metanol và etanol.
Cả propan và butan đều dễ hóa lỏng và có thể chứa được trong các bình áp lực.
Những đặc tính này làm cho loại nhiên liệu này dễ vận chuyển, và vì thế có thể chở
trong các bình hay bồn gas đến người tiêu dùng.
LPG là loại nhiên liệu thay thế tốt cho xăng trong các động cơ đánh lửa cưỡng
bức.
LPG là chất thay thế cho chất nổ đẩy aerosol và chất làm đông, LPG được chọn
để thay cho fluorocarbon vốn được biết đến như một chất làm thủng tầng ôzôn.
Với các đặc tính là nguồn nhiên liệu cháy sạch và dễ vận chuyển, LPG cung
cấp một nguồn năng lượng thay thế cho các nhiên liệu truyền thống như củi, than và

các chất hữu cơ khác. Việc này cung cấp giải pháp hạn chế việc phá rừng và giảm
được bụi trong không khí gây ra bởi việc đốt các nhiên liệu truyền thống.
Tính phổ biến và tương thích với các loại xe như sau: nếu xe chạy xăng là
100% thì xe sử dụng diesel là 120%, LPG là 74%, LNG là 65% ( khí tự nhiên hóa
lỏng), CNG 25% (khí tự nhiên nén dưới áp suất cao), metanol 56%, và etanol là
66%. Có nghĩa là nếu xe chạy xăng có độ phổ biến và tương thích để áp dụng vào
sản xuất và tiêu dùng là 100% thì xe chạy diesel có tính phổ biến, tương thích cao
hơn, việc sản xuất và sử dụng dễ dàng hơn (120%), còn xe chạy LPG có khó khăn
trong việc sử dụng và sản xuất nên tình phổ biến và tương thích thấp hơn (74%).
- 11 - 


Trị số octan nghiên cứu/trị số octan - motor của LPG (butan 102/89, propan
111/96) cao hơn so với xăng không chì từ 5-12 đơn vị, do đó có thể tăng được 3-5%
hiệu suất nhiệt theo lý thuyết. Với đặc tính chống kích nổ rất cao nên hiệu suất,
công suất động cơ được cải thiện. Trên thực tế cho thấy đặc điểm cháy sạch của
LPG đã giảm hẳn các yêu cầu về bảo dưỡng động cơ, kéo dài thời gian sử dụng dầu
nhờn, tăng tuổi thọ hệ thống đánh lửa và tuổi thọ động cơ. Giảm quá trình tạo cặn
cácbon do đó giảm mức độ kẹt xước, mài mòn đồng thời không làm mất phẩm chất
của dầu bôi trơn. LPG không làm loãng màng dầu mỏng trên bề mặt thành xy lanh
nên rất có ý nghĩa khi khởi động động cơ.
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG trên thế giới
1.2.1. Tình hình sản xuất LPG
Từ thập niên 90 đến nay, lượng LPG sản xuất trên toàn cầu liên tục tăng (trung
bình 5-10%/năm) và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong những năm tới [21, 22, 23].
Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2008 đạt 239 triệu tấn từ mức 198 triệu tấn
năm 2000. Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới khoảng 2,4%/năm trong
giai đoạn 2000-2008. Dự báo năm 2010 nguồn cung thế giới đạt 260,3 triệu tấn, đến
năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn theo nhận định của Purvin&Gertz. Trong đó, 60%
LPG được sản xuất từ quá trình xử lý, 39,5% sản xuất từ các nhà máy lọc dầu và

còn lại 0,5% từ các nguồn khác.
Bắc Á là khu vực sản xuất LPG lớn thứ hai trên thế giới trong giai đoạn 20002008, sau Trung Đông. Hơn 90% sản lượng tăng lên là từ các nhà máy lọc dầu ở
Trung Quốc. Hầu hết sản lượng LPG của khu vực này tới từ các nhà máy lọc hóa
dầu, số ít là xử lý khí và duy nhất cho tới nay ở Trung Quốc có nhà máy hóa khí từ
than. Phần còn lại tăng lên trong sản lượng của khu vực là từ các nhà máy lọc dầu ở
Hàn Quốc và Đài Loan. Sản lượng LPG của Nhật Bản giảm nhẹ trong suốt giai
đoạn này. Dự báo năm 2010, Bắc Á cung cấp khoảng 25,8 triệu tấn LPG, đến 2015
khoảng 31,1 triệu tấn LPG.

- 12 - 


Hình 1.2. Sản lượng (triệu tấn) LPG trên toàn cầu [21,22,23]

Trung Đông cung cấp 1/5 tổng lượng LPG trên thế giới trong năm 2008 và tăng
trung bình 4,1%/năm từ năm 2000 mặc dù sản lượng của khu vực này giảm trong
năm 2001 và 2002. Tổng cung khu vực này dự báo tăng đến 58,1 triệu tấn cho năm
2010 và 69,7 triệu tấn cho năm 2015. Năm 2008, khoảng 66% sản lượng LPG
Trung Đông là từ xử lý khí đồng hành, 24% là từ quá trình tinh khiết khí.
1.2.2. Tình hình sử dụng LPG
Năm 2006 tổng mức tiêu thụ LPG trên toàn thế giới đạt khoảng hơn 230 triệu
tấn. Trong đó khu vực Bắc Mỹ là khu vực tiêu thụ lớn nhất với khối lượng hàng
năm là 72 triệu tấn. Tiếp theo là Châu Á, Châu Âu và Châu Mỹ La Tinh với khối
lượng tưng ứng là 62 triệu tấn, 35 triệu tấn và 18 triệu tấn. Trung Đông tuy là khu
vực cung cấp nhiều nhất LPG ra thị trường thế giới nhưng mức tiêu thụ chỉ dừng lại
ở mức 13 triệu tấn/năm. Các khu vực như Trung Mỹ, Châu Phi, Liên Xô cũ và Châu
Úc hiện đang có mức tiêu thụ tương ứng là 14 triệu tấn, 9 triệu tấn, 7 triệu tấn và 2,5
triệu tấn. Cho đến nay sản lượng tiêu thụ chắc chắn đã tăng lên đáng kể theo ước
tính khoảng 300 triệu tấn (mỗi năm tăng trưởng khoảng 10%)[21].

- 13 -