Tài liệu Sử dụng LPG trên xe gắn máy và xe buýt nhỏ pdf

SỬ DỤNG LPG TRÊN XE GẮN MÁY VÀ XE BUÝT NHỎ

Application of LPG on Motorcycles and Microbus

Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam,
Hồ Tấn Quyền, Phạm Thị Đông Phương

Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường-Đại học Đà Nẵng
48, Cao Thắng, Đà Nẵng; Email:

Tóm tắt

Báo cáo này trình bày xu hướng phát triển phương tiện giao thông vận tải sạch trên thế
giới và trên cơ sở đó đề xuất nguồn năng lượng sạch sử dụng cho giao thông đô thị ở Việt Nam:
khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Công nghệ chuyển đổi xe gắn máy hai bánh và xe buýt nhỏ chạy xăng
sang chạy bằng LPG đã được trình bày. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính năng ưu việt của
phương tiện ch
ạy LPG so với chạy bằng xăng về tính kinh tế kỹ thuật cũng như về bảo vệ môi
trường.

Abstract

The present paper introduces the tendency of clean vehicles development in the world and
proposes clean energy for urban transportation in Vietnam: Liquefied Petroleum Gas (LPG).
Technologies for transforming motorcycle and microbus running on gasoline to those running on
LPG are presented. The results show preeminent characters of LPG vehicle in comparison with
gasoline one on performance and environment protection.


1. Giới thiệu

Phương tiện giao thông "sạch" chạy
trong thành phố đã thực sự lôi cuốn sự quan
tâm của cả những nhà sản xuất ô tô lẫn các nhà
quản lý môi trường. Các kỹ thuật mới nhằm
hoàn thiện động cơ truyền thống như phun
nhiên liệu điều khiển điện tử, hồi lưu khí xả,
lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng
bộ xúc tác ba chức nă
ng... đã tạo ra những
bước tiến đáng kể trong ngành động cơ đốt
trong. Tuy nhiên kết quả của sự hoàn thiện đơn
thuần động cơ cổ điển nhằm giảm ô nhiễm môi
trường cho tới nay vẫn còn xa so với sự mong
đợi của các nhà bảo vệ môi trường. Phương
tiện giao thông không phát sinh ô nhiễm (zero
emission vehicle) vẫn đang còn là mục tiêu
phía trước. Để đạt mục tiêu này thì điệ
n và pile
nhiên liệu là giải pháp lý tưởng nhất. Tuy
nhiên tương lai phát triển của các giải pháp
này phụ thuộc vào khả năng hoàn thiện các
loại động cơ nhiệt và sử dụng các nguồn nhiên
liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng
truyền thống. Theo dự báo thì trong vòng 10
năm tới, kỹ thuật làm giảm ô nhiễm bằng cách
cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí
thiên nhiên sẽ chiếm ưu thế
. Để ô tô sử dụng
pile nhiên liệu đạt được cùng tính năng với ô
tô sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá

nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá
thành pile nhiên liệu phải giảm đi 30% so với
giá cả hiện nay. Mức độ giảm ô nhiễm của ô tô
sử dụng điện phụ thuộc vào nguồn năng lượng
sản xuất ra điện năng. Nếu nguồn điện được
s
ản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì việc sử
dụng ô tô chạy điện không làm giảm ô nhiễm
môi trường nói chung. Vì vậy theo những phân
tích trên đây, trong vòng 2 thập niên tới chúng
ta chỉ nên cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên
hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên
liệu cho các phương tiện giao thông vận tải
chạy trong thành phố.

Đứng về mặt năng lượng và môi trường
mà nói thì sử dụng khí thiên nhiên để chạy
phương tiệ
n giao thông về lâu dài là tối ưu
1
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. Sử
dụng ngu
ồn năng lượng này cho giao thông

vận tải chúng ta sẽ tiết kiệm được một khối
lượng dầu mỏ rất lớn để xuất khẩu và hạn chế
được các chất khí gây ô nhiễm môi trường ở
các thành phố. Tuy nhiên sử dụng khí thiên
nhiên cho phương tiện vận tải đòi hỏi đầu tư
ban đầu rất lớn nhất là khi hệ thống phân phối
khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa
đượ
c thiết lập.
LPG
Kh«n
g
khÝ
Hçn
hîp

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý
của b
ộ chế hòa khí LPG

Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ
nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng
LPG để chạy phương tiện giao thông trong đô
thị là phù hợp nhất. Giải pháp này trước hết
giúp chúng ta chủ động được nguồn năng
lượng tuy LPG không dồi dào như khí thiên
nhiên. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất
ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc
dầu đầu tiên đi vào hoạt độ
ng, sản lượng khí

đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp
nhiên liệu LPG. Mặt khác các nhà máy tinh
luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp
loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên
liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn. Vấn đề thứ
hai là chúng ta có thể chủ động chế tạo những
phụ kiện cơ bản của hệ thống nhiên liệu LPG
bằng công nghệ trong nước.
2

2. Chuyển đổi các phươ
ng tiện chạy xăng
sang chạy bằng LPG

2.1. Xe gắn máy hai nhiên liệu
LPG/xăng

Một trong những vấn đề cơ bản cần
phải nghiên cứu giải quyết là thiết kế một hệ
thống hai nhiên liệu LPG/xăng nhỏ gọn có thể
lắp đặt trên xe gắn máy cỡ nhỏ mà không làm
thay đổi kiểu dáng hay kết cấu của chúng. Hệ
thống này cho phép xe gắn máy có thể chạy
b
ằng xăng hay bằng LPG. Ở hệ thống nhiên
liệu LPG của ô tô, nhiên liệu ra khỏi bình chứa
dưới dạng lỏng sau đó bốc hơi ở bộ bốc hơi-
giãn nở và dẫn đến họng Venturi với áp suất
xấp xỉ áp suất khí trời. Nhiên liệu thể khí sau
đó được hút vào họng bộ chế hòa khí nhờ độ

chân không giống như bộ chế hòa khí xăng.
Trong trường
hợp công su
ất
động cơ thấp,
nhiệt bốc hơi
của nhiên liệu có
thể lấy từ môi
trường không
khí, do đó chúng
ta có thể loại bỏ
bộ bốc hơi.
Phương án phù
hợp nhất đối với
xe gắn máy là sử
dụng nhiên liệu
ra khỏi bình chứa dưới dạng khí có áp suất [5],
[8]. Sự cung cấp ga vào họng bộ chế hòa khí vì
vậy được thực hiện liên tụ
c và lượng ga nạp
vào họng được điều chỉnh bởi áp suất trong
ống dẫn ga và độ chân không tại họng. Kỹ
thuật điều chỉnh lưu lượng ga đề xuất trong
công trình này là dùng van tiết lưu có độ mở tỉ
lệ với độ mở bướm cung cấp gió. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống tạo hỗn hợp LPG-
không khí cho xe gắn máy được trình bày trên
như hình 1. Ở chế
độ không tải, con trượt đóng
kín lỗ nạp của van tiết lưu, khí LPG được hút

vào họng qua lỗ
không tải có vít điều
chỉnh. Khi tăng dần
tải động cơ, con
trượt nhấc lên đồng
thời với độ nhấc của
quả ga, lỗ nạp ga
mở rộng dần, lượng
khí LPG nạp vào
họng được điều
chỉnh đồng thời b
ởi
độ tiết lưu tại lỗ nạp
ga và độ chân không
tại họng. Trên cơ sở
của nguyên lý này
chúng ta có thể cải
tạo bộ chế hòa khí
Hình 2: Ảnh chụp bộ
chế hòa khí LPG/xăng
xng nguyờn thy ca xe gn mỏy thnh b
ch hũa khớ hai nhiờn liu LPG/xng (hỡnh 2).
Trong trng hp ny b ch hũa khớ xng
c gi nguyờn, van tit lu c lp ni tip
trờn ng dn hng ca qu ga. Khi van nhiờn
liu chuyn sang v trớ dựng xng, ng c
hot ng bng xng nh trc khi ci to. Khi
van nhiờn liu chuyn sang v trớ dựng ga,
nhiờn liu LPG qua van tit lu r
i vo hng

b ch hũa khớ nh ó mụ t hỡnh 1.


Hỡnh 3: Xe gn mỏy kiu WAVE 110cc sau khi
lp xong h thng hai nhiờn liu LPG/xng

B ch hũa khớ sau khi ci to xong
c lp trờn xe gn mỏy hai bỏnh 110cc kiu
WAVE cựng vi cỏc b phõn khỏc ca h
thng nhiờn liu LPG gm bỡnh cha LPG,
bỡnh xng ph, van chõn khụng. Cỏc b phn
ph ny ó c mụ t trong [7]. Hỡnh 3 l nh
chp ton b xe gn mỏy kiu WAVE sau khi
lp t xong h thng hai nhiờn liu
LPG/xng. Mu mó v kt cu c
a xe gn
mỏy khụng thay i khi lp t h thng nhiờn
liu mi.
Xe gn mỏy sau khi lp xong cỏc h
thng LPG c chy th trờn bng th cụng
sut v chy trờn ng trng. V mc
phỏt sinh ụ nhim, phõn tớch khớ cỏc ch
khỏc nhau cho thy nng cỏc cht ụ nhim
CO, HC ca xe gn mỏy khi chy bng LPG
u gim so vi khi chy bng xng. Mc

gim cú th t t 30 n 80% (Hỡnh 4, 5). Ti
cng ln thỡ mc phỏt ụ nhim ca ng c
LPG cng thp. V tớnh kinh t: Mc tit
kim ca xe gn mỏy khi chy bng LPG so

vi khi chy bng xng ph thuc vo chớnh
sỏch giỏ c nng lng ca tng nc. Kt qu
chy th nghim LPG trờn xe gn mỏy 110cc
mang bin s 43K5-4079 cho thy su
t tiờu
hao nhiờn liu trung bỡnh khong 1kg
LPG/110km.


0
40
80
120

2.2. Xe buýt c nh chy bng LPG

Vic s dng nhng xe bus c ln
ch khỏch trong cỏc thnh ph, t bit l cỏc

1. Họng Venturie 5. Trục buớm ga
2. Bọng chứa LPG 6. Cơ cấu điều khiển bớm ga
3. Họng tiết lu 7. Cơ cấu điều khiển van tiết lu
4. Bích


Hình 6: Bộ chế hòa khí LPG

16
20
HC(p
0
0
2000 3000 4000 5000 6000 7000
n(v/ph)
pm)
xăng
LPG
Hỡnh 4: So sỏnh nng CO trong khớ x
xe gnmỏy 110cc khi chy bng xng v
bng LPG

0
1

2
3
4
2000 3000 4000

5000

6000 7000
n(v/ph)

CO(%)
xăng

LPG
Hỡnh 5: So sỏnh nng HC trong khớ x xe
gn mỏy 110cc khi chy bng xng v bng
LPG

3
thành phố nhỏ ở nước ta là không hợp lý bởi lẽ
cự ly dịch chuyển nhỏ và đường sá hẹp, không
có đường dành riêng cho xe bus nên không thể
đảm bảo tính cơ động, đúng giờ được. Vì vậy
việc tổ chức các tuyến xe bus nhỏ chạy trong
thành phố, có khả năng cơ động cao là hợp lý
nhất. Trong phần sau đây sẽ giới thiệu xe buýt
cỡ nhỏ chạy bằng LPG được thiế
t kế cải tạo từ
xe tải nhẹ Daihatsu Jumbo 1.6.

Trong điều kiện vận hành ở các thành
phố nước ta, phần lớn thời gian xe hoạt động ở
chế độ tải thấp vì vậy việc khống chế thành
phần hỗn hợp bằng độ chân không tại họng
như hệ thống nhiên liệu LPG trên thị trường
thì hỗn hợp thường xuyên đậm đặc hậu quả
là
sự cải thiện tính kinh tế và môi trường của
động cơ LPG không tốt như mong đợi. Dựa
trên kết quả đã đạt được đối với bộ chế hòa khí
cho xe gắn máy chúng ta thấy trong trường
hợp này sự điều chỉnh thành phần hỗn hợp nên
được thực hiện phối hợp giữa độ chân không
tại họng và tiết lưu áp suất ga.

Hệ thống nhiên liệ
u kiểu này đơn giản
hơn so với hệ thống nhiên liệu có mặt trên thị
trường. Khác biệt cơ bản ở đây là nhiên liệu
lấy ra khỏi bình chứa dưới dạng khí ở áp suất
30mbar. Việc định lượng nhiên liệu nạp vào
họng bộ chế hòa khí được thực hiện nhờ độ
chân không và thay đổi áp suất do van tiết lưu.
Như việc nạp ga vào họng được thự
c hiện bằng
phương pháp vừa phun, vừa hút. Hình 6 giới
thiệu bộ chế hòa khí dùng LPG. Bộ chế hòa
khí được thiết kế theo kiểu lắp ghép gồm ba bộ
phận cơ bản đó là họng Venturie xung quanh
có lỗ để nạp ga, bọng chứa ga và buồng tiết

lưu-hỗn hợp.
Hình 8: "Greenbus": xe buýt cỡ nhỏ chạy
bằng LPG

Các kích thước quan trọng nhất của bộ
chế hòa khí LPG là đường kính họng Venturie
và tổng tiết diện lỗ n
ạp ga. Đối với các bộ chế
hòa khí chế tạo sẵn theo gam công suất động
cơ thì đường kính họng Venturie là 22mm và
ga được nạp qua 4 lỗ có đường kính φ=5mm.
Trong thực tế, khi ô tô làm việc hết công suất
thì kết cấu như vậy phù hợp. Khi động cơ
thường xuyên hoạt động ở chế độ tải thấp
(chạy trong thành phố chẳng hạn), thành phần
hỗn hợp do bộ chế
hòa khí này tạo ra không tối
ưu, làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu và
mức độ phát ô nhiễm. Trong công trình này
chúng tôi đã thay đổi nhiều đường kính họng
và đường kính lỗ nạp ga khác nhau. Kết quả
cho thấy đường kính họng 14,5mm với 6 lỗ
nạp ga đường kính 2mm là phù hợp đối với xe
tải nhỏ Daihatsu 1.6. Bộ chế hòa khí này làm
việc kết hợp với van tiết lưu (hình 7) và bộ
giãn nở của bình ga gia dụng có áp suất đầu ra
30mbar.

Chiế
c xe Daihatsu mang biển số đăng

ký 43E-0724 (hình 8) sau khi lắp đặt hệ thống
nhiên liệu LPG được chạy thử trên đường với
các địa hình khác nhau: trên đường trường,
trên đường đèo dốc... Nếu tính theo giá nhiên
liệu hiện nay 7.500 đồng/kg LPG (theo giá bán
lẻ) và 5.300 đồng/lít xăng thì khi sử dụng hệ
thống nhiên liệu thiết kế để chạy ô tô bằng
1. Th©n van 2. Con tr−ît
3. §−êng ga vµo 4. VÝt kh«ng t¶i
5. VÝt ®iÒu chØnh 6. §−êng ga ra
vÞ trÝ con tr−ît
3
2 5
1
4
6
Hình 7: Sơ đồ van tiết lưu
4
LPG tiết kiệm được trung bình 20% so với khi
chạy bằng xăng với bộ chế hòa khí nguyên
thủy.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1234567891011121314151617
Hình 10: So sánh mức độ phát thải CO của xe
GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng

CO(%vol)

3
8
16
12

Xăng
4
17
9
13
2
6
15
11

b.
Hình 9: Chu trình thử 504A xe GREENBUS
a. Chạy bằng LPG; b. Chạy bằng xăng


Về hiệu quả bảo vệ môi trường, để so
sánh mức độ phát ô nhiễm của ô tô Daihatsu
khi chạy bằng xăng và bằng LPG chúng ta
thực hiện việc phân tích khí xả trong cùng điều
kiện vận hành theo chu trình 504A (hình 9).
Khí xả được lấy mẫu tại 17 điểm của chu trình.
Kết quả phân tích cho trên hình 10 và hình 11.
Chúng ta thấy cùng điều kiện vận hành, mức
độ phát thải CO giảm khoảng 75-90% và mức
độ phát thả
i HC giảm khoảng 40-50% khi
chuyển nhiên liệu từ xăng sang LPG.

3. Kết luận

Bộ chế hòa khí hai nhiên liệu
LPG/xăng với kích thước gọn nhẹ và điều
chỉnh thành phần hỗn hợp tối ưu theo độ chân
không tại họng bộ chế hòa khí và áp suất ở đầu
ra van tiết lưu cho phép áp dụng LPG trên xe

gắn máy hai bánh. Nguyên lý này cũng có thể
áp dụng trên ô tô bus cỡ nhỏ.

Khi chuyển xe gắn máy và xe buýt cỡ
nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG, mức độ
phát thải HC có thể giảm đến 50% còn mức độ
phát thải CO giảm đến 80%.

Sử dụng LPG trên phương tiện giao
thông vận tải làm tăng tính kinh tế nhiên liệu,
tăng tuổi thọ động cơ, làm đa dạng hóa nguồn
năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải, vì
vậy nó là giải pháp rất phù hợp với điều kiện
nước ta.

Để phổ biến việc áp dụng LPG trên
phương tiện giao thông vận tải, chúng ta cần
thiết lập hệ thống cung cấp nhiên liệu rộng rãi
và Nhà nước nên có chính sách khuyến khích
về giá đối với nhiên liệu LPG sử dụng cho mục
đích này trong giai đoạn đầu. Mặt khác, Cục
Đăng Kiểm Việt Nam nên sớm ban hành
những văn bản pháp qui về tiêu chuẩn kiểm
định đối với các loại phương tiệ
n giao thông
vận tải sử dụng LPG làm nhiên liệu.

FUEL (kg/h)
FORCE (N/50)
1

5
7
10
14
LPG
a.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1
3
5
7
9
11
13
15
17
Hình 11: So sánh mức độ phát thải HC của xe
GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng

HC(ppm.vol)
Xăng
LPG

5