Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy ( Luận án tiến sĩ)

i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
-----o-0-o-----

NGUYỄN VĂN PHỤNG

GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG LPG
TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NẴN – 2014


i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĂN PHỤNG

GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG LPG
TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY
Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ Nhiệt
Mã số:
62. 52. 34. 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
N ƯỜ HƯỚN

ẪN KH A HỌ :

1: PGS.TS. TRẦN VĂN NAM
2: PGS.TS. TRẦN THANH HẢI TÙNG

NẴN - 2014


i

LỜI CAM ĐOAN
ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
ác số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Đà Nẵng, tháng 8 năm 2014
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Phụng


i

MỤC LỤC
LỜ

AM

AN ........................................................................................................ i

ANH M

KÝ H ỆU

HỮ

Ế

Ắ ................................................ iv

ANH M

HÌNH ....................................................................................... viii

ANH M

ẢN ...................................................................................... xiii

MỞ ẦU ..................................................................................................................... 1
NHỮN

ÓN

ÓP MỚ

ỦA LUẬN N ........................................................... 6

hương 1. N H ÊN ỨU ỔN QUAN ................................................................. 7
1.1. Khái quát............................................................................................................7
1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông ........................................................7

1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông .........................10
1.1.3. Động cơ nén cháy dùng hai nhiên liệu ......................................................14
.2. ình hình nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LP trên thế giới và
ở iệt Nam .............................................................................................................16
1.2.1. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới ..16
1.2.2. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ở Việt Nam ....24
1.2.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ......................................................26
1.3. Kết luận............................................................................................................27
hương 2.. Ơ SỞ LÝ HUYẾ
ÍNH
N QU
RÌNH H Y HỖN HỢP
DIESEL - LPG - KHÔN KHÍ R N

UỒN

H Y N ĂN

H ............. 28

2.1. ơ sở lý thuyết về quá trình cháy của động cơ dùng diesel - LPG ................28
2.1.1. Xác định nồng độ oxygen, nồng độ nhiên liệu của hỗn hợp trong buồng
cháy ngăn cách ....................................................................................................30
2.1.2. Phương trình năng lượng của hỗn hợp hai nhiên liệu ..............................31
2.1.3. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên liệu ..........31
2.1.4. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy chảy tầng .................................................32
2.1.5. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy rối ............................................................33
2.1.6. Nhiệt độ cháy và khối lượng riêng của hỗn hợp hai nhiên liệu .................34
2.1.7. Tính năng công tác của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel - LPG ............36
2.2. háy kích nổ khi động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ...........................37

2.2.1. Thời kỳ cháy trễ..........................................................................................37
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy kích nổ ở động cơ hai nhiên liệu ............38
2.3. ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến n ng độ các chất ô nhi m của động cơ
nén cháy ..................................................................................................................40
2.3.1. Trường hợp động cơ dùng 100 % diesel ....................................................40
2.3.2. Trường hợp động cơ dùng diesel - LPG ....................................................43
2.4. Kết luận............................................................................................................44


ii

hương 3. MÔ HÌNH HÓA QU
PH

Ô NH ỄM ỦA

N

RÌNH

H Y

X

ỊNH MỨ

Ơ WL - TURBO DÙNG DIESEL - LPG ........... 45

3.1. iới thiệu phần mềm ANSYS - Fluent ...........................................................45
3.2. hiết lập mô hình quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu diesel - LPG trong

động cơ WL - Turbo ...............................................................................................46
3.2.1. Kết cấu hình học và lưới động của buồng cháy động cơ...........................47
3.2.2. Các thông số của mô hình buồng cháy ......................................................47
3.2.3. Tính chất của nhiên liệu.............................................................................48
3.3. i n biến quá trình cháy của diesel, h n hợp LPG-không khí và n ng độ b
hóng – NOx trong bu ng cháy ngăn cách khi mô phỏng bằng Fluent....................52
3.3.1. Diễn biến quá trình cháy nhiên liệu diesel ................................................52
3.3.2. Diễn biến quá trình cháy LPG trong buồng cháy ngăn cách ....................53
3.3.3. Diễn biến nồng độ bồ hóng và NOx trong buồng cháy ngăn cách .............54
3.4. ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ .............55
3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp ........................................55
3.4.2. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí .................................................57
3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ ..................................................................60
3.4.4. Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi ................................................62
3.4.5. Ảnh hưởng của cháy kích nổ ......................................................................64
3.5. Kết luận............................................................................................................65
hương 4. XÂY ỰN
Ố RÍ HÍ N H ỆM ............................................. 66
4.1. Mục tiêu, điều kiện, phương pháp và nội dung thí nghiệm .............................66
4.1.1. Mục tiêu thí nghiệm ...................................................................................66
4.1.2. Điều kiện thí nghiệm ..................................................................................66
4.1.3. Quy hoạch thí nghiệm ................................................................................67
4.1.4. Nội dung thí nghiệm ...................................................................................67
4.2. ố trí thí nghiệm ..............................................................................................68
4.2.1. Bố trí hệ thống cấp LPG vào động cơ 1KZ - TE qua họng khuếch tán .....68
4.2.2. Bố trí bộ điều chỉnh cung cấp nhiên liệu diesel, phun khí LPG và hồi lưu
khí thải trên đường nạp động cơ WL - Turbo ......................................................70
4.3. hiết bị A L dùng trong thí nghiệm ...............................................................74
4.3.1. Băng thử công suất APA 204/8 ..................................................................74
4.3.2. Thiết bị dùng thí nghiệm ............................................................................74

4.4. hiết bị cung cấp LP và h i lưu khí thải dùng trong thí nghiệm..................77
4.4.1. Bộ hóa hơi – giảm áp .................................................................................77
4.4.2. Vòi phun LPG ............................................................................................79
4.4.3. Van hồi lưu khí thải....................................................................................79
4.4.4. Bộ làm mát khí thải hồi lưu........................................................................80
4.5. ộ điều chỉnh cung cấp diesel - LP và tiết lưu khí thải h i lưu ...................81
4.5.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh .....................................................81


iii

4.5.2. Các cảm biến sử dụng trong bộ điều chỉnh ...............................................85
4.5.3. Các cơ cấu chấp hành cung cấp LPG và hồi lưu khí thải .........................89
4.5.4. Mạch điện tử điều khiển lưu lượng diesel - LPG và hồi lưu khí thải ........91
4.6. Kết luận............................................................................................................96
hương 5 KẾ QUẢ HỰ N H ỆM
N LUẬN ....................................... 97
5.1. Kết quả thực nghiệm........................................................................................97
5.1.1. Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ ô tô du lịch dùng 100 %
diesel ....................................................................................................................97
5.1.2. Vận hành ở chế độ không tải (thí nghiệm trên động cơ 1KZ - TE dùng
diesel - LPG được bổ sung CO2) .......................................................................101
5.1.3. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng
diesel - LPG khi áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ) .................................102
5.1.4. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng
diesel - LPG khi điều chỉnh góc phun sớm) .......................................................110
5.1.5. Vận hành chế độ tải trung bình (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng
diesel - LPG bổ sung CO2).................................................................................114
5.1.6. Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ ...............................116
5.2. ánh giá kết quả động cơ dùng LP cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ....117

5.2.1. Về áp suất chỉ thị của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải
trung bình ...........................................................................................................117
5.2.2. Về công suất và mô men của động cơ WL - Turbo dùng LPG - diesel ở chế
độ tải trung bình.................................................................................................118
5.2.3. So sánh nồng độ bồ hóng và NOx cho bởi mô phỏng và thực nghiệm của
động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình .......................119
5.2.4. So sánh nồng độ bồ hóng của khí thải, nhiệt độ môi chất và ngọn lửa
trong buồng cháy xoáy lốc của động cơ WL - Turbo cho bởi phần mềm ANSYS
Fluent và thiết bị quay phim kỹ thuật số AVL - 513D .......................................120
5.3. Kết luận..........................................................................................................122
5.3.1. Kết luận về thực nghiệm ..........................................................................122
5.3.2. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm .....................................123
KẾ LUẬN
K ẾN N HỊ................................................................................. 125
Kết luận của luận án .............................................................................................125
Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ............................................................127
ANH M
à ÔN
Ố ....................................................... 128
L ỆU HAM KHẢ ....................................................................................... 129
ANH M

PH L

............................................................................................. a


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. Các ký hiệu mẫu tự La Tinh:

Ký hiệu
Af
D
df
Di
f
gct
gctCO2
gctds
gctLPG
Gk
GL
i
Lo
lt
M1
M2
mb
m ”v
m v’
mCvkk
m vz’
Me
mmix
mp
n
n/nn
Nc/Nen

Ne
Pc

Đơn vị

Diễn giải

m²
mm
mm
g/ct
g/ct
g/ct
g/ct
kg/s
kg/s
kgkk/kgLPG
m
kmolkk/kgnl
kmolkk/kgnl
kg
kmolkk/kgnl
kJ/kmolnl
kmolkk/kgnl
kJ/kmolnl
Nm
kg
kg
v/ph

ề mặt màng lửa
ường kính xi lanh
ường kính l kim phun
ỷ lệ khối lượng h n hợp F/A lý tưởng
hành phần h n hợp (mixed fraction)
Lượng nhiên liệu cấp cho m i chu trình
rọng lượng khí CO2 tham dự m i chu trình
rọng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình
rọng lượng LP tham dự m i chu trình
Lưu lượng không khí nạp vào xi lanh
Lưu lượng nhiên liệu LP nạp vào xi lanh
Số xi lanh
Lượng không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg LP
hang độ dài rối
Số mol h n hợp khí nạp mới
Số mol sản vật cháy
Khối lượng h n hợp khí đã cháy
ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy
ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất
ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí
ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại z
Mô men động cơ
Khối lượng h n hợp khí chưa cháy
Khối lượng sản phẩm cháy
Số vòng quay của trục khuỷu động cơ
ốc độ tương đối của động cơ
ông cản tương đối của động cơ
ông suất động cơ
p suất cuối quá trình nén

kW
Pa


v

pe
pf
pi
pk
pth
qds
Qh
Qk
qLPG
R
Re
S
Sf
SL
St
Ta
Tc
Tk

Pa
Pa
Pa
Pa
Pa

kJ/ct
MJ/kg
kg/s
kJ/ct
J/kg.K
mm
m²
m/s
m/s
˚K
˚K
°C

p suất có ích trung bình
p suất trước miệng l phun
p suất chỉ thị trung bình
p suất không khí trên đường ống nạp
p suất cuối quá trình thải
Năng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình
Nhiệt trị thấp
Lưu lượng khối lượng không khí vào đường nạp
Năng lượng LP tham dự m i chu trình
Hằng số khí lý tưởng
huẩn số Reynolds
Hành trình của pit tông
iện tích miệng kim phun
ốc độ màng lửa cháy chảy tầng
ốc độ màng lửa rối
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Nhiệt độ cuối quá trình nén

Nhiệt độ không khí trên đường ống nạp

Tm

˚K

Nhiệt độ của h n hợp trước khi cháy

Tp
Vc
Ve
vf
Vh
Xnal %
XNOx(%)
Xsoot(%)
+dsm i
+CO2
+EGR
100%ds

˚K
m³
m3/kW.h
m/s
cm³

Nhiệt độ của sản phẩm cháy
hể tích bu ng cháy
Suất tiêu hao nhiên liệu khí LP có ích

ốc độ nhiên liệu LP qua l kim phun F300
hể tích công tác của một xi lanh
ỷ lệ năng lượng LP thay thế trong h n hợp
N ng độ N x trong khí thải động cơ
N ng độ b hóng trong khí thải động cơ
iải pháp tăng lượng diesel m i
iải pháp bổ sung
2
iải pháp h i lưu khí thải
iesel làm nhiên liệu chính cho động cơ


vi

2. Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp:
∆P
∆Qh

Pa
kJ/kg


α
α%
αb
αt
βg
Δp/Δφ
ε
εt

ηe
ηi
ηm
ηv
ηv’
λ2
μh
ξ
ξb
ξz
ρ
ρk
ρL
τ
τc
τt
φ
φh
φs

kg/m³
kg/m³
s
s
°
°

ω

rad/s

°
-

ộ chênh áp suất trước và sau miệng l vòi phun
ổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn
Hệ số tương đương trước màng lửa
Hệ số dư lượng không khí của động cơ
ị trí cần điều khiển nhiên liệu diesel ở bơm cao áp
Hệ số bóp dòng của miệng kim phun
ộ mở vị trí % bướm ga (% tải) thực nghiệm A L.
óc quay bàn đạp ga so với phương nằm ngang
ốc độ tăng áp suất
ỉ số nén của động cơ
ốc độ tiêu tán động năng rối
Hiệu suất có ích
Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất cơ giới
Hệ số nạp của động cơ dùng diesel
Hệ số nạp của động cơ dùng LP
Hệ số quét bu ng cháy
Hệ số lưu lượng LP qua miệng l phun
Hệ số cản của dòng chảy giữa hai mặt cắt
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z
Hệ số giãn nở sớm
Khối lượng riêng của không khí
Khối lượng riêng của LP
Số kỳ động cơ
hang thời gian hóa học

hang thời gian rối
óc quay trục khuỷu tính từ
Hệ số tốc độ LP qua miệng l phun
óc phun sớm
ận tốc góc


vii

3. Các chữ viết tắt :
A/D
AFV
ALU
AVL
BUS
CCR
CNG
CPS

N
DME
ECE
R49
ECU
EGR
ISP
LPG
NLTT
NOx
ONMT

P2B2C6
P3B3C4
P4B4C2
P5B5C0
PTGT
SAE
S
TPS

ộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
Ô tô sử dụng nhiên liệu thay thế (alternative fuelled vehicles)
ộ xử lý xử lý số học – logic (Arithmetic Logical Unit).
hiết bị thực nghiệm động cơ đốt trong
Hệ thống các đường truyền dẫn dữ liệu giữa các bộ phận bên trong
vi xử lý và từ vi xử lý với bên ngoài
ỷ lệ năng lượng thay thế LP /diesel
Khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas)
ảm biến tốc độ động cơ ( rankshaft Position Sensor)
iểm chết dưới
ộng cơ đốt trong ( nternal combustion engine)
ộng cơ nén cháy
iểm chết trên
Dimethyl ether
hu trình thử nghiệm (châu Âu) ở chế độ tĩnh đối với động cơ diesel
lắp trên ôtô tải hạng nặng và ôtô khách (Emission est ycles E E
R49 Euro II emission standard)
ộ điều khiển điện tử (Electronic ontrol Unit)
H i lưu khí thải (Exhaust gas recirculation)
hương trình phục vụ ngắt ( nterrupt Service Program)
Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum as)

Nhiên liệu truyền thống
hành phần khí thải ôxit nitơ
Ô nhi m môi trường
H n hợp 20% propane 20% butane 60% carbonic
H n hợp 30% propane 30% butane 40% carbonic
H n hợp 40% propane 40% butane 20% carbonic
H n hợp 50% propane 50% butane
Phương tiện giao thông
Hiệp hội kỹ sư ôtô Hoa Kỳ (Society of Automotive Engineers).
Sau điểm chết trên
rước điểm chết trên
ảm biến vị trí bướm ga ( hrottle Position Sensor)


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí ............ 8
Hình 1.2: Thực trạng giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh .................... 8
Hình 1.3: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro [4] ............ 9
Hình 1.4: Mô hình phân tử khí hoá lỏng LPG .......................................................... 11
Hình 2.1: Buồng cháy ngăn cách của động cơ WL - Turbo ..................................... 28
Hình 2.2: Sơ đồ hoạt động của động cơ WL - Turbo với buồng cháy ngăn cách a.
Kỳ nạp; b. Kỳ nén; c. Kỳ cháy - giãn nở; d. Kỳ thải [112] ....................... 29
Hình 2.3: Sơ đồ hòa trộn nhiên liệu diesel với LPG và không khí [122] ................. 30
Hình 2.4: Biến thiên nhiệt độ, áp suất, nồng độ propane, nồng độ butane, nồng độ
diesel trong buồng cháy ngăn cách ........................................................... 35
Hình 2.5: Ảnh hưởng thời điểm phun diesel đến hiệu suất động cơ ......................... 39
Hình 2.6: Ảnh hưởng thời điểm phun diesel đến mô men động cơ ........................... 39
Hình 2.7: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến hiệu suất động cơ .......................... 39

Hình 2.8: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến mô men động cơ ............................ 39
Hình 2.9 : Ảnh hưởng số vòng quay đến mô men động cơ ....................................... 39
Hình 2.10.: Ảnh hưởng tốc độ động cơ đến biến thiên áp suất buồng cháy ............. 39
Hình 3.1: Kết cấu buồng cháy và lưới động của động cơ WL - Turbo ..................... 47
Hình 3.2: Diễn biến trường nồng độ oxygen, trường nhiệt độ và trường tốc độ vận
động của dòng khí trong buồng cháy của động cơ sử dụng 100% diesel . 52
Hình 3.3: Diễn biến của trường nồng độ LPG, trường nhiệt độ và trường tốc độ vận
động của dòng khí trong buồng cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu
diesel-LPG ................................................................................................. 53
Hình 3.4: Diễn biến của trường nồng độ bồ hóng, NOx, trường nồng độ oxygen và
trường tốc độ vận động của dòng khí của động cơ dùng hai nhiên liệu
diesel – LPG............................................................................................... 54
Hình 3.5: Biến thiên áp suất chỉ thị của động cơ theo thành phần CO2................... 55
Hình 3.6: Biến thiên công chỉ thị chu trình theo thành phần CO2 ............................ 55
Hình 3.7: Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp đến nồng độ oxygen ...... 56
Hình 3.8: Ảnh hưởng của thành phần CO2 đến nhiệt độ trung bình môi chất ......... 56
Hình 3.9: Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp đến nồng độ nhiên liệu
diesel .......................................................................................................... 57
Hình 3.10: Công suất động cơ khi thay đổi thành phần CO2 trong hỗn hợp ........... 57
Hình 3.11: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến áp suất chỉ thị................ 58
Hình 3.12: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến công chỉ thị ................... 58
Hình 3.13: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ propane ........... 58


ix

Hình 3.14: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ butane ............. 58
Hình 3.15: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến nhiệt độ trung bình môi chất 59
Hình 3.16: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến nồng độ chất oxy hóa ........... 59
Hình 3.17: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ bồ hóng ........... 59

Hình 3.18: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ NOx ................. 59
Hình 3.19: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến công chỉ thị chu trình ........... 60
Hình 3.20: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến công suất động cơ ......... 60
Hình 3.21: Biến thiên áp suất chỉ thị của động cơ theo tốc độ động cơ ................... 60
Hình 3.22: Biến thiên công chỉ thị của chu trình theo tốc độ động cơ ..................... 60
Hình 3.23: Biến thiên nhiệt độ trung bình trong xi lanh theo tốc độ động cơ .......... 61
Hình 3.24: Biến thiên nồng độ oxygen trong buồng cháy theo tốc độ động cơ ........ 61
Hình 3.25: Biến thiên nồng độ diesel trong buồng cháy theo tốc độ động cơ .......... 61
Hình 3.26: So sánh công suất động cơ khi thay đổi tốc độ động cơ ......................... 61
Hình 3.27: Ảnh hưởng của số vòng quay đến nồng độ bồ hóng của khí thải ........... 62
Hình 3.28: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến nồng độ NOx của khí thải .............. 62
Hình 3.29: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến áp suất chỉ thị ................... 62
Hình 3.30: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến công chỉ thị ....................... 62
Hình 3.31: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến nồng độ bồ hóng .......................... 63
Hình 3.32: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến nồng độ NOx ..................... 63
Hình 3.33: Ảnh hưởng lưu lượng nhiên liệu diesel đến công chỉ thị chu trình ........ 63
Hình 3.34: Ảnh hưởng lưu lượng nhiên liệu diesel đến công suất động cơ ............. 63
Hình 3.35: Diễn biến áp suất chỉ thị của động cơ khi cháy kích nổ ......................... 64
Hình 3.36: Diễn biến nhiệt độ trung bình môi chất khi cháy kích nổ ....................... 64
Hình 3.37: Diễn biến nồng độ LPG trong buồng cháy khi cháy kích nổ .................. 64
Hình 3.38: Diễn biến nồng độ bồ hóng và NOx của khí thải khi cháy kích nổ ........ 64
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG và CO2 trên động cơ 1KZ - TE ................ 69
Hình 4.2: Bố trí thí nghiệm động cơ 1KZ - TE ......................................................... 70
Hình 4.3: Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm động cơ WL - Turbo ............................... 71
Hình 4.4: Sơ đồ bộ điều chỉnh phun LPG vào đường nạp của động cơ WL - Turbo72
Hình 4.5: Bố trí thí nghiệm động cơ WL - Turbo trên băng thử APA 204/8 ............ 73
Hình 4.6: Sơ đồ bố trí thiết bị AVL dùng trong thí nghiệm ...................................... 77
Hình 4.7: Bộ hóa hơi - giảm áp ................................................................................ 78
Hình 4.8: Sơ đồ chuyển pha của nhiên liệu LPG theo nhiệt độ ................................ 79
Hình 4.9: Sơ đồ chuyển pha của nhiên liệu LPG theo áp suất ................................. 79

Hình 4.10: Cụm chi tiết nối ghép giữa kim phun với vòi phun LPG ........................ 79
Hình 4.11: Kết cấu van hồi lưu khí thải .................................................................... 80
Hình 4.12: Kết cấu bộ làm mát khí thải hồi lưu ....................................................... 80


x

Hình 4.13: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh cung cấp diesel - LPG và hồi lưu khí thải ..... 82
Hình 4.14: Lưu đồ thuật toán hoạt động của mạch vi điều khiển............................. 83
Hình 4.15: Lưu đồ thuật toán giám sát LPG trên đường thải .................................. 84
Hình 4.16: Lưu đồ thuật toán kiểm tra hiện tượng kích nổ ...................................... 85
Hình 4.17: Đặc tính cảm biến lưu lượng không khí nạp .......................................... 86
Hình 4.18: Đặc tính cảm biến lưu lượng LPG .......................................................... 86
Hình 4.19: Đặc tính cảm biến nhiệt độ động cơ ....................................................... 86
Hình 4.20: Đặc tính cảm biến nhiệt độ khí nạp ........................................................ 86
Hình 4.21: Sơ đồ và mạch cảm ứng điện từ dùng bảo vệ điện áp và chuyển xung tín
hiệu tốc độ động cơ .................................................................................... 87
Hình 4.22: Kết cấu và mạch điều khiển cảm biến nồng độ LPG .............................. 87
Hình 4.23: Đặc tính cảm biến vị trí ga ..................................................................... 88
Hình 4.24: Tỷ lệ Rs/Ro phụ thuộc LPG .................................................................... 88
Hình 4.25: Đặc tính xung tín hiệu kích nổ theo tốc độ động cơ khi φs = 12 ᴼTĐCT88
Hình 4.26: Đặc tính xung tín hiệu kích nổ theo thời gian khi φs = 12 ᴼTĐCT ......... 88
Hình 4.27: Kim phun LPG và cuộn kích phun .......................................................... 89
Hình 4.28: Đặc tính kim phun LPG .......................................................................... 89
Hình 4.29: Cụm điều khiển cung cấp diesel ............................................................. 90
Hình 4.30: Đặc tính lưu lượng diesel theo điện áp động cơ DC .............................. 90
Hình 4.31: Cụm điều khiển lưu lượng LPG - không khí ........................................... 91
Hình 4.32: Sơ đồ mạch nguồn của hệ thống điều khiển ........................................... 92
Hình 4.33: Sơ đồ mạch ECU giao tiếp các cảm biến và van điện từ ....................... 92
Hình 4.34: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước ..................................................... 92

Hình 4.35: Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm ........................................................... 93
Hình 4.36: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ Servo .................................................... 93
Hình 4.37: Mạch khối nguồn và khối vi điều khiển .................................................. 94
Hình 4.38: Mạch khối cách ly và khối điều khiển công suất .................................... 94
Hình 4.39: Mạch khối xử lý tín hiệu và khối khuếch đại .......................................... 95
Hình 4.40: Giao diện phầm mềm ứng dụng LabView trên máy tính PC .................. 95
Hình 4.41: Sơ đồ mạch hiển thị thông số kỹ thuật trên máy tính PC ....................... 96
Hình 5.1: Đặc tính ngoài của động cơ WL - Turbo dùng 100 % diesel đo trên băng
thử .............................................................................................................. 98
Hình 5.2: Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ WL - Turbo trên ô tô ......... 98
Hình 5.3: Công suất và mô men động cơ WL - Turbo theo năng lượng diesel ........ 98
Hình 5.4: Nồng độ khí thải của động cơ WL - Turbo dùng 100 % diesel ................ 98
Hình 5.5: Đặc tính công suất và phạm vi cần áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ
của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG .............................................. 99


xi

Hình 5.6: Giới hạn năng lượng LPG lớn nhất theo nhiên liệu diesel khi bắt đầu kích
nổ.............................................................................................................. 100
Hình 5.7: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế của động cơ WL - Turbo ...................... 100
Hình 5.8: Giới hạn không kích nổ khi động cơ 1KZ - TE dùng diesel -LPG được bổ
sung CO2 .................................................................................................. 101
Hình 5.9: Biến thiên lưu lượng CO2 theo lượng nhiên liệu LPG............................ 101
Hình 5.10: Công suất, mô men và lượng CO2 cấp vào động cơ theo năng lượng
LPG khi qds=1,38 kJ/ct ở chế độ tải thấp ............................................... 102
Hình 5.11: Công suất, mô men và lượng CO2 cung cấp theo năng lượng LPG khi
qds=1,79 kJ/ct ở chế độ tải thấp .............................................................. 102
Hình 5.12: Biến thiên lượng diesel và CO2 theo số vòng quay, khi Me = 60Nm ... 103
Hình 5.13: Biến thiên diesel và CO2 theo số vòng quay, khi Me = 90Nm .............. 103

Hình 5.14: Công suất và mô men động cơ khi tăng lượng CO2 ............................. 103
Hình 5.15: Tỷ lệ năng lượng thay thế LPG/(LPG+diesel) ở chế độ tải thấp ......... 103
Hình 5.16: Nồng độ bồ hóng động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO2 ở
chế độ tải thấp tại n=1250 v/ph ............................................................... 104
Hình 5.17: Nồng độ NOx của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO2 ở
chế độ tải thấp tại n=1750 v/ph ............................................................... 104
Hình 5.18: Công suất và mô men động cơ theo năng lượng LPG ở chế độ tải thấp105
Hình 5.19: Năng lượng LPG và diesel theo công suất khi Me=90Nm ................... 105
Hình 5.20: Nồng độ bồ hóng của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo công
suất khi tăng diesel, chế độ tải thấp ........................................................ 106
Hình 5.21: Nồng độ NOx động cơ WL-- Turbo dùng diesel - LPG theo công suất khi
tăng diesel, chế độ tải thấp ...................................................................... 106
Hình 5.22: Mô men động cơ dùng LPG theo năng lượng LPG khi áp dụng EGR . 107
Hình 5.23: Công suất động cơ dùng LPG theo năng lượng LPG khi áp dụng EGR107
Hình 5.24: Nồng độ bồ hóng theo công suất khi áp dụng EGR ở chế độ tải thấp . 107
Hình 5.25: Nồng độ NOx theo công suất khi áp dụng EGR ở chế độ tải thấp ........ 107
Hình 5.26: Công suất động cơ theo các giải pháp giảm kích nổ, n=1250 v/ph ..... 108
Hình 5.27: Công suất động cơ theo các giải pháp giảm kích nổ, n=1750 v/ph ..... 108
Hình 5.28: Nồng độ bồ hóng theo công suất động cơ khi hạn chế kích nổ ở 1250
v/ph ........................................................................................................... 109
Hình 5.29: Nồng độ NOx theo công suất khi hạn chế kích nổ ở 1250 v/ph ............ 109
Hình 5.30: Nồng độ bồ hóng theo công suất động cơ khi hạn chế kích nổ ở 1750
v/ph ........................................................................................................... 110
Hình 5.31: Nồng độ NOx theo công suất khi hạn chế kích nổ ở 1750 v/ph ............ 110


xii

Hình 5.32: Công suất động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo góc điều chỉnh
phun sớm với chế độ tải thấp ................................................................... 111

Hình 5.33: Công suất động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo góc điều chỉnh
phun sớm với chế độ tải thấp ................................................................... 111
Hình 5.34: Nồng độ bồ hóng động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG tại 4 góc điều
chỉnh phun sớm khi n = 1250 v/ph .......................................................... 112
Hình 5.35: Nồng độ bồ hóng của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG tại 4 góc
điều chỉnh phun sớm khi n = 1750 v/ph................................................... 112
Hình 5.36: Nồng độ NOx tại các góc điều chỉnh phun sớm khi n = 2250 v/ph ...... 113
Hình 5.37: Nồng độ NOx tại góc điều chỉnh phun sớm khi n = 2750 v/ph ............ 113
Hình 5.38: Nồng độ bồ hóng theo góc điều chỉnh phun sớm ở n=1250 v/ph và
n=1750 v/ph ............................................................................................. 114
Hình 5.39: Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm ....................................................... 114
Hình 5.40: Đặc tính mô men động cơ theo lượng LPG ở chế độ tải trung bình .... 115
Hình 5.41: Đặc tính công suất động cơ theo lượng LPG ở chế độ tải trung bình . 115
Hình 5.42: Lưu lượng khí CO2 theo năng lượng LPG ở chế độ tải trung bình ...... 115
Hình 5.43: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế trong hỗn hợp ở chế độ tải trung bình115
Hình 5.44: Đường đặc tính nhiên liệu LPG, diesel và CO2 khi phối hợp 2 giải pháp
hạn chế kích nổ ........................................................................................ 116
Hình 5.45: Áp suất chỉ thị của động cơ WL-Turbo mô phỏng tại 4 số vòng quay ở
chế độ tải trung bình ................................................................................ 117
Hình 5.46: Áp suất chỉ thị của động cơ WL-Turbo dùng diesel-LPG cho bởi mô
phỏng và thực nghiệm ở chế độ tải trung bình ........................................ 117
Hình 5.47: Công suất và mô men của động cơ WL-Turbo cho bởi mô phỏng thực
nghiệm theo thành phần CO2 ở chế độ tải trung bình , n = 2000v/ph ..... 118
Hình 5.48: Đặc tính công suất và mô men của động cơ WL-Turbo theo số vòng
quay ở chế độ tải trung bình cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ............ 118
Hình 5.49: Nồng độ bồ hóng của khí thải động cơ dùng diesel-LPG bổ sung CO2
cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ........................................................... 119
Hình 5.50: Nồng độ NOx của khí thải động cơ dùng diesel-LPG bổ sung CO2 cho
bởi mô phỏng và thực nghiệm .................................................................. 119
Hình 5.51: Diễn biến nhiệt độ, nồng độ oxyen, bồ hóng của khí thải động cơ dùng

diesel ở Me = 51 Nm; n = 2000 v/ph cho bởi mô phỏng và thực nghiệm121
Hình 5.52: Diễn biến nhiệt độ, nồng độ oxyen, bồ hóng của khí thải động cơ dùng
LPG/diesel ở Me = 50 Nm; n = 2000 v/ph cho bởi mô phỏng và thực
nghiệm ...................................................................................................... 121


xiii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc tính của nhiên liệu diesel và LPG ở điều kiện tiêu chuẩn p = 760
mmHg và T = 15 °C [57], [PL7]. .............................................................. 12
Bảng 1.2: Đánh giá tính năng của các phương pháp cung cấp LPG [73] ............... 15
Bảng 3.1: Tính chất lý hóa của nhiên liệu LPG sử dụng trong thực nghiệm [PL7] 49
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật động cơ 1KZ - TE........................................................ 68
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật động cơ WL - Turbo .................................................... 71
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật Bộ hóa hơi - giảm áp .................................................. 78
Bảng 5.1: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế khi chưa can thiệp hạn chế kích nổ ..... 100
Bảng 5.2: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế khi bổ sung CO2 ở chế độ tải thấp ....... 104
Bảng 5.3: Công suất, nồng độ bồ hóng và NOx của động cơ khi thay đổi lượng CO2105
Bảng 5.4:Công suất động cơ, nồng độ bồ hóng và NOx khi tăng lượng diesel ...... 105
Bảng 5.5: Công suất, nồng độ bồ hóng và NOx khi tăng tỷ lệ hồi lưu khí thải ...... 108
Bảng 5.6: Tổng hợp kết quả công suất và ô nhiễm khí thải của động cơ dùng diesel
- LPG với bốn góc điều chỉnh phun sớm (6, 10, 14, 18)°TĐCT .............. 113
Bảng 5.7: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế trong hỗn hợp ở chế độ tải trung bình . 116


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ

HỌN Ề
Một trong những xu hướng nghiên cứu phát triển động cơ đốt trong (

hiện nay là hoàn thiện động cơ diesel.

)

ộng cơ diesel rất được ưu chuộng bởi hiệu

suất nhiệt cao và có nhiều tính năng kỹ thuật vượt trội so với động cơ xăng (đánh
lửa cưỡng bức). uy nhiên, những vấn đề liên quan đến mức độ phát thải ô nhi m
của động cơ diesel truyền thống tác hại đến sức khỏe con người và môi trường
sống; nếu không được giải quyết triệt để thì tương lai không xa, động cơ này sẽ
đứng trước ngưỡng giới hạn của Luật Môi trường.

ể nâng cao hiệu suất, giảm ô

nhi m môi trường ( NM ) các nhà nghiên cứu đã áp dụng hệ thống phun nhiên
liệu common rail và các giải pháp giảm ô nhi m khí xả trên đường thải, nhưng giá
thành động cơ cũng tăng cao và khó cạnh tranh được với động cơ xăng.

o đó, các

nhà khoa học quan tâm đến việc sử dụng hiệu quả ngu n năng lượng thay thế trên
động cơ như khí thiên nhiên, khí sinh học, nhiên liệu từ thực vật, khí dầu mỏ hóa
lỏng (LP ) [50] [50]. Ngoài lợi thế thân thiện với môi trường, nhiên liệu LP

an

toàn, giá cả r và thuận tiện trong việc chuyển đổi hệ thống nhiên liệu sử dụng LP ,
nên nhiên liệu này được chọn làm nhiên liệu cho ô tô.

iệc sử dụng LP

trên

phương tiện giao thông chạy trong thành phố là giải pháp hữu hiệu và cần thiết
nhằm giảm

NM đô thị và các khu đông dân cư, góp phần th c đẩy ngành công

nghiệp dầu khí phát triển [5], [57], [96].
ì vậy, nghiên cứu sử dụng LP
trên động cơ nén cháy (

thay thế nhiên liệu truyền thống (NL

)

N ) là hết sức thiết thực. ông nghệ chuyển đổi động cơ

này sang sử dụng LP hiện nay có thể thực hiện theo hai phương án:
- Sử dụng tia lửa điện đốt cháy h n hợp LP

- không khí hòa trộn trước cấp

vào đường nạp, động cơ cần lắp hệ thống đánh lửa thay thế cụm bơm cao áp - vòi
phun diesel và cải tạo giảm tỉ số nén. Ưu điểm của phương án này là giảm đáng kể
hệ số dư lượng không khí (α) và cải thiện chất lượng hòa trộn nhiên liệu - không

khí. uy nhiên, hiệu suất động cơ giảm, sau khi cải tạo động cơ chỉ hoạt động bằng
nhiên liệu LP và không sử dụng được hệ thống nhiên liệu diesel nguyên thủy.


2

- Sử dụng tia nhiên liệu diesel để đốt cháy h n hợp LP

- không khí nạp vào

động cơ, hệ thống nhiên liệu diesel nguyên thủy vẫn hoạt động bình thường để cung
cấp nhiên liệu diesel. Ưu điểm của phương án này là công suất của động cơ được
đảm bảo, hiệu suất động cơ được duy trì do tỉ số nén của động cơ vẫn giữ nguyên.
uy nhiên, hiện tượng cháy kích nổ thường xảy ra khi ô tô tăng tốc độ hay vận hành
ở chế độ có tải. ìm giải pháp hạn chế kích nổ ngay trong quá trình cháy khi động
cơ sử dụng diesel - LP và giảm thiểu NM là nhiệm vụ chính của luận án.
Quá trình cháy của động cơ di n ra trong thời gian rất ngắn ở môi trường có
áp suất và nhiệt độ cao với các phản ứng hóa lý phức tạp; do đó, việc đo đạc các đại
lượng vật lý tức thời trong bu ng cháy bằng thực nghiệm gặp nhiều khó khăn.
rong vài thập kỷ qua, dựa vào những thành tựu của khoa học, một xu thế nghiên
cứu mới đã hình thành và phát triển; đó là nghiên cứu quá trình cháy bằng phương
pháp mô hình. Mặc dù, vấn đề mô hình hóa từ lâu đã được biết đến; các nghiên cứu
quá trình cháy

đã được công bố; tuy nhiên nghiên cứu mô hình quá trình

cháy nhiên liệu diesel - LP

trong động cơ diesel có bu ng cháy ngăn cách bằng

phần mềm Fluent chưa thấy công trình nào được công bố.
2. M

ÊU N H ÊN ỨU
Nghiên cứu sử dụng LP trên động cơ diesel truyền thống làm việc ở chế độ

tải thường xuyên (tải thấp, tải trung bình), hạn chế kích nổ nhằm góp phần đa dạng
hóa ngu n nhiên liệu và giảm thiểu ô nhi m môi trường.
3. Ố

ƯỢN

PH M

N H ÊN ỨU

- Đối tượng nghiên cứu
ộng cơ diesel có bu ng cháy ngăn cách sử dụng nhiên liệu LP và diesel.
- Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu động cơ diesel truyền thống sử dụng LP

lắp trên ô tô du lịch

chạy trong thành phố nhằm giảm NM . ông trình tập trung nghiên cứu quá trình
cháy hai nhiên liệu diesel - LP

kết hợp ứng dụng công nghệ vi điều khiển phun

khí LP có kiểm soát vào đường nạp và áp dụng giải pháp hạn chế kích nổ cho

3

động cơ WL - urbo làm việc ở chế độ tải thấp và trung bình.
4. PHƯƠN PH P N H ÊN ỨU
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, phương pháp
mô hình và thực nghiệm để xác định các thông số vận hành và thông số điều khiển
cho bộ điều chỉnh cung cấp diesel - LP trên

N có bu ng cháy ngăn cách.

5. ÊN Ề
“Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy”
6. ẤU RÚ N

UN LUẬN N

Xuất phát từ mục tiêu và phương pháp đã nêu, luận án tập trung các nội
dung:
6.1. Nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu,
cháy kích nổ và các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến n ng độ khí thải của động cơ sử
dụng diesel - LPG;
- Nghiên cứu mô hình quá trình cháy, các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến
tính năng kỹ thuật và mức độ phát ô nhi m của động cơ bu ng cháy ngăn cách sử
dụng diesel - LPG.
6.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ điều chỉnh nhiên liệu diesel, phun LP
và h i lưu khí thải trên động cơ WL - Turbo;
- hực nghiệm, đo đạc công suất, mô men, tiêu hao năng lượng và n ng độ

khí thải của động cơ WL - urbo sử dụng diesel - LP

khi áp dụng các giải pháp

hạn chế kích nổ và điều chỉnh góc phun sớm;
- ánh giá kết quả cho bởi thực nghiệm và phương pháp mô hình.
6.3. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, toàn bộ luận án được trình bày 5 chương:


4

Chương 1- Nghiên cứu tổng quan: ình hình động cơ sử dụng hai nhiên liệu
diesel - LP trong nước và trên thế giới;
Chương 2- Nghiên cứu lý thuyết:

ơ sở lý thuyết tính toán quá trình cháy

h n hợp diesel - LPG - không khí trong bu ng cháy ngăn cách của động cơ nén
cháy;
Chương 3- Nghiên cứu mô hình hóa: Xây dựng mô hình tính toán quá trình
cháy h n hợp hai nhiên liệu và mức độ phát thải của động cơ WL - urbo sử dụng
diesel - LPG;
Chương 4- Xây dựng và bố trí thí nghiệm:
thống cung cấp diesel - LP

iới thiệu thiết bị chế tạo hệ

và h i lưu khí thải, thiết bị đo sử dụng thí nghiệm, tổ

chức thí nghiệm đo đạc các chỉ tiêu kỹ thuật - ô nhi m và thử nghiệm các giải pháp
hạn chế kích nổ và điều chỉnh góc phun sớm trên động cơ WL -

urbo sử dụng

diesel - LPG;
Chương 5- Kết quả thực nghiệm và bàn luận: ổng hợp kết quả thực nghiệm
ở chế độ không tải, tải thấp và tải trung bình của
giải pháp hạn chế kích nổ trên băng thử.

N dùng diesel - LP

với các

ánh giá khả năng khắc phục kích nổ và

khả năng thực hiện các giải pháp hạn chế kích nổ. ánh giá các kết quả cho bởi mô
phỏng và thực nghiệm;
7. Ý N HĨA KH A HỌ

HỰ

ỄN

ề tài “ óp phần nghiên cứu ứng dụng LP trên động cơ nén cháy” mang ý
nghĩa khoa học và thực ti n vì những lý do sau:
- Khi nền công nghiệp ô tô của nước ta đang trên đà phát triển, cần có những
nghiên cứu ứng dụng chuyên sâu để h trợ. Nghiên cứu “mô hình quá trình cháy
h n hợp diesel – LP trong động cơ bu ng cháy ngăn cách” bằng phần mềm Fluent
có khả năng cung cấp kết quả chính xác, nhanh chóng, giảm thời gian và chi phí

nghiên cứu thực nghiệm;
- Nhiên liệu LP có trữ lượng lớn ở iệt Nam và thế giới được sử dụng trên
động cơ diesel sẽ góp phần làm đa dạng hóa ngu n năng lượng cho ô tô;


5

-

ộng cơ nén cháy khi sử dụng nhiên liệu diesel - LP

d dàng thỏa mãn

những tiêu chuẩn khắt khe của Luật Môi trường;
- rong điều kiện ở nước ta hiện nay, ô tô sử dụng động cơ diesel truyền
thống còn đang lưu hành khá phổ biến. Mức độ ô nhi m khí thải do ô tô này đã vượt
xa giới hạn cho phép; vì vậy, cần phải nghiên cứu chuyển đổi ch ng sang sử dụng
diesel - LP nhằm giảm thiểu NM ;
- rên cơ sở những kết quả nhận từ mô phỏng và thực nghiệm, xác định được
các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính năng công tác của động cơ và thông số điều
khiển hệ thống cung cấp hai nhiên liệu;
- Phương tiện giao thông vận tải sử dụng LP

chạy trong thành phố là giải

pháp hữu hiệu, thiết thực nhằm làm trong sạch môi trường không khí đô thị và các
khu dân cư sẽ góp phần th c đẩy ngành công nghiệp dầu khí phát triển;
óm lại, động cơ nén cháy là loại động cơ diesel hiệu suất nhiệt cao, có
nhiều tính năng kỹ thuật vượt trội, được sử dụng phổ biến trên phương tiện giao
thông hiện nay; nhiên liệu LP

có trữ lượng lớn ở

iệt Nam và trên thế giới với

nhiều ưu điểm, rất triển vọng được ưa chuộng dùng làm nhiên liệu cho ô tô do n ng
độ khí thải ít gây

NM .

ì vậy, “Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động

cơ nén cháy” là một giải pháp đ ng đắn, cấp thiết và thời sự, nhằm góp phần giảm
thiểu

NM , đa dạng hóa ngu n nhiên liệu và tạo điều kiện phát triển công nghệ

dầu khí ở nước ta.


6

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
Xây dựng thành công mô hình tính toán quá trình cháy h n hợp diesel - LPG
trong bu ng cháy ngăn cách của động cơ WL -

urbo bằng phần mềm ANSYS

Fluent. ác kết quả tính toán của động cơ WL - urbo cho bởi mô hình đảm bảo độ
tin cậy, phù hợp với kết quả thực nghiệm kiểm chứng động cơ trên băng thử APA

204/8.
hiết kế và thử nghiệm thành công bộ điều chỉnh tự động phun LP , điều
chỉnh lưu lượng diesel, tiết lưu khí thải h i lưu và khắc phục được kích nổ trên động
cơ WL - urbo. ộ hóa hơi - giảm áp được chế tạo có khả năng cung cấp đủ lượng
LP

cho động cơ có công suất 100 kW; mạch điều khiển điện tử dùng vi xử lý

A mega32 được chế tạo cho phép điều khiển đ ng thời cung cấp LP

- diesel và

h i lưu khí thải, động cơ đã hoạt động ổn định ở các chế độ vận hành thường xuyên.
Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi thành công động cơ WL - Turbo (phun LPG
trên đường nạp) và động cơ 1KZ - E (cấp LP qua họng enturi) sử dụng diesel LP , các thành phần khí thải độc hại được cải thiện, động cơ sử dụng được hệ
thống nhiên liệu diesel nguyên thủy, không bị kích nổ và hoạt động ổn định ở các
chế độ tải thường xuyên (không tải, tải trung bình và tải thấp).
Luận án “Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy” có
những đóng góp rất quan trọng và cụ thể khi nghiên cứu sử dụng LP

trên động cơ

nén cháy, các kết cấu đề xuất nhỏ gọn, có thể chế tạo trong điều kiện iệt Nam. Kết
quả nghiên cứu này có thể áp dụng trên các chủng loại động cơ diesel tương tự cho
phép tăng tỷ lệ cung cấp LP

nhằm giải quyết đ ng thời bài toán năng lượng và

môi trường khi khai thác động cơ đốt trong.

7

Chương 1.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Khái quát

1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông
iao thông vận tải là một ngành quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế
xã hội của m i quốc gia. Ô tô đóng vai trò chính trong sự lớn mạnh của nền công
nghiệp, là phương tiện nâng cao tiện nghi đời sống con người và h trợ giao lưu
phát triển văn hóa xã hội trên toàn thế giới [48].
sớm ở châu Âu.

iao thông cơ giới xuất hiện rất

ầu tiên là giao thông đường thủy; sau đó xuất hiện xe ngựa và xe

buýt (Pháp - 1826). iếp đến ở

ức phát minh động cơ đánh lửa cưỡng bức (1876,

do Nicolaus tto sáng chế) và động cơ diesel (1892, do Rudolf iesel sáng chế). ừ
đó mật độ ô tô ở các châu lục gia tăng rất nhanh ở châu Âu, châu Mỹ hay châu
như Nhật ản, Hàn Quốc, Malaysia … dẫn đến lượng dầu mỏ khai thác không đáp
ứng kịp nhu cầu tiêu thụ và ô nhi m bầu khí quyển do khí thải ô tô càng nghiêm
trọng.
heo dự báo, số lượng ô tô ở châu

- hái ình ương sẽ tăng 93 % (1985

÷ 2020) và tiếp tục tăng 50 % (2020 ÷ 2060). Số lượng ô tô gia tăng dẫn đến hai vấn
đề lớn: Sự quá tải cơ sở hạ tầng và NM [2], [3], [48] .
Ở iệt Nam, năm 2010 giao thông công chính chỉ đáp ứng khoảng 7,2 % nhu
cầu đi lại của người dân. rong khi mục tiêu phấn đấu của Nhà nước, năm 2020 trở
thành nước công nghiệp phát triển (phải phục vụ tối thiểu 40 % nhu cầu đi lại) [13].
heo thống kê ở Hà Nội có 3,7 triệu xe máy và 302 nghìn ô tô (01/2010) [4]; ở
thành phố H

hí Minh có gần 4 triệu xe máy và khoảng 400 nghìn ô tô cá nhân

đang lưu hành (9/2010)[11], [12]. háng 9/2011, cả nước có khoảng 1,3 triệu ô tô
các loại và khoảng 33 triệu xe máy. heo đánh giá của các chuyên gia, ô nhi m
không khí ở các đô thị tại

iệt Nam phần lớn là do phương tiện giao thông vận tải

gây ra, chủ yếu là xe cơ giới (Hình 1.1). Người ta ước tính khoảng 40 % N
H , 80 %

x,

60 %

và nhiều dạng hạt rắn PM (kích thước rất nhỏ) trong bầu khí quyển là

do khí thải của ô tô gây ra. ì vậy, cần áp dụng các quy định nghiêm ngặt về tiêu


8

chuẩn khí thải đối với các loại xe này để bảo vệ môi trường [1],[10], [11], [12],
[13].

Hình 1.1: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí
Ô nhi m môi trường và tắc nghẽn giao thông ngày càng nghiêm trọng ở các
đô thị và nhu cầu giải quyết vấn đề này ngày càng trở nên bức thiết (Hình 1.2).

Hình 1.2: Thực trạng giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh
Như đã biết, từ những năm 50 của thế kỷ trước, các quốc gia công nghiệp
phát triển đã quan tâm vấn đề này. Nhiều Luật Môi trường đã ban hành với mức độ
càng nghiêm ngặt hơn, buộc các nhà chế tạo ô tô phải nghiên cứu cải tiến sản phẩm
của mình tốt hơn nhằm hạn chế n ng độ chất thải ô nhi m.

iới hạn n ng độ các

chất ô nhi m trong khí thải của ô tô theo tiêu chuẩn Euro bắt đầu áp dụng ở cộng
đ ng châu Âu từ những năm 1990: Euro (1991); Euro
Euro IV) (2005) [4], [48] (Hình 1.3).

(1996); Euro

(2000);


9

ì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu ô nhi m khí thải của
phương tiện giao thông ở

iệt Nam cần được quan tâm thực hiện kịp thời và đ ng

mức. Ở nước ta, tiêu chuẩn khí thải bắt đầu áp dụng từ năm 2006 (mức 2 (Euro )
áp dụng vào ngày 01/7/2006, mức 3 (Euro
(Euro

) vào năm 2008, sẽ áp dụng mức 4

) vào ngày 01/01/2017 và mức 5 (Euro

) sẽ thực hiện ngày 01/01/2022

[13], [14].

Hình 1.3: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro [4]
rên thế giới, xu hướng phát triển của phương tiện giao thông được tóm tắt
như sau:

ộng cơ làm ngu n động lực chính cho ô tô có thể chia thành 4 nhóm:

động cơ xăng, động cơ diesel truyền thống, động cơ điện và động cơ sử dụng nhiên
liệu thay thế. Hai loại động cơ xăng và diesel truyền thống có ưu điểm là việc cung
cấp nhiên liệu đơn giản và nhanh chóng; tuy nhiên, hiệu suất của nó hạn chế và mức
độ phát thải ô nhi m cao. Nhờ kỹ thuật xử lý trên đường thải: lọc hạt PM, sử dụng
bộ x c tác ba chức năng là các giải pháp hữu hiệu nhằm tiếp tục khử đến mức thấp
nhất các chất độc hại còn lại trong khí thải động cơ.

ần đây, nhiều tiến bộ khoa

học - kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin được áp dụng, các hệ

thống đã điều khiển quá trình làm việc của

ngày càng hiện đại hơn như kỹ

thuật tổ chức quá trình cháy phân lớp, hệ thống thay đổi thời điểm đóng mở cơ cấu
phân phối khí, hệ thống tự động h i lưu khí thải, hệ thống phun nhiên liệu điều
khiển điện tử, đã cho phép tối ưu hóa quá trình công tác của động cơ, góp phần
giảm thiểu NM .