Đề tài Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang

Trang i Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 3 1.1.Nhiên liệu thay thế .........................................................................................3 1.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu Diesel...............................................3 1.1.1.1 Nhiệt trị.............................................................................................3 1.1.1.2 Độ nhớt .............................................................................................5 1.1.1.3 Tính tự bốc cháy ...............................................................................5 1.1.1.4 Hàm lượng tạp chất ...........................................................................7 1.1.2 Nhiên liệu biodiesel .................................................................................9 1.1.2.1 Khái niệm .........................................................................................9 1.1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Diesel sinh học từ dầu thực vật ........10 1.1.2.3 Đặc tính của biodiesel .....................................................................12 ESTER ............................................................................................................... 12 Metyl dầu cải ..............................................................................................12 1.1.2.4 Quá trình điều chế biodiesel. ...........................................................13 1.1.3 Nhiên liệu LPG (Liquefied Petroleum Gases) ........................................15 1.1.3.1 Khái niệm LPG ...............................................................................15 1.1.3.2 Trữ lượng LPG và thị trường tiêu thụ ..............................................16 1.1.3.3 Đặc tính nhiên liệu khí hóa lỏng......................................................17 1.2.Ứng dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel xe buýt ở Thành Phố Nha Trang..........................................................................................................22 1.2.1 Giới thiệu chung về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ............................22 1.2.1.1 Sơ lược về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ....................................22 1.2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ..................23 1.2.2 Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo của động cơ D6BR sử dụng trên xe buýt ở Thành Phố Nha Trang .................................................................................29 1.2.2.1 Giới thiệu chung và vị trí động cơ trên xe buýt................................29 1.2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của động cơ .......................................................29 1.2.2.3 Nhóm piston, xylanh, nắp xylanh ....................................................31 1.2.2.4. Hệ thống nhiên liệu ........................................................................36 1.2.2.5 Hệ thống nạp - xả ............................................................................48 Trang ii Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘI XE BUÝT THÀNH PHỐ NHA TRANG ................................................................... 53 2.1. Phương án lắp đặt hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel D6BR trên xe buýt thành phố Nha Trang. ................................................53 2.1.1. Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn .............................................53 2.1.2 Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song......................53 2.1.3 Lựa chọn giải pháp. ...............................................................................54 2.2 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu Biodiesel. .............54 2.2.1 Bình sấy sử dụng nước làm mát để làm nóng nhiên liệu ........................56 2.2.2 Bình sấy sử dụng nguồn điện một chiều.................................................58 2.2.3 Bình sấy tận dụng nguồn nhiệt khí xả ....................................................59 2.2.4 Lựa chọn ...............................................................................................60 2.2.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu sử dụng Biodiesel và Diesel song song (H. 2-6 ) .................................................................................................60 2.3 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu LPG......................61 2.3.1 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng LPG và diesel song song................................................................................................................61 2.3.1.1 Giải pháp kỹ thuật để hệ thống nhiên liệu diesel có khả năng phun mồi .............................................................................................................61 2.3.1.2 Giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ......72 2.3.1.3 Giải pháp kỹ thuật lắp đặt cơ cấu hạn chế tốc độ động cơ................88 2.3.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu LPG và Diesel song song.................93 CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................. 95 3.1 Kết luận. ......................................................................................................95 3.2 Đề xuất ý kiến. .............................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 98 - 1 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống nhân dân ngày một nâng cao cả về vật chất lẫn tinh thần. Song bên cạnh đó đất nước ta cũng phải đối mặt với nhiều khó khăn như những nền kinh tế đang phát triển khác, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường. Nhiều nhà máy, xí nghiệp mọc lên phục vụ đòi hỏi của quá trình phát triển, đồng thời xả vào bầu khí quyển một lượng khí thải không nhỏ. Đời sống người dân được cải thiện, khả năng mua sắm các vật dụng đắt tiền như ô tô, xe máy…nằm trong tầm tay của nhiều gia đình. Mật độ phương tiện tham gia giao thông ngày một cao, bên cạnh đó là sự thiếu đồng bộ trong quá trình quy hoạch giao thông, việc quản lý chất lượng các phương tiện tham gia giao thông còn buông lỏng. Những vấn đề này đang làm cho lượng khí thải của nghành giao thông vận tải, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông đường bộ xả vào khí quyển ngày một tăng nhanh. Để giải quyết vấn đề này cần phải có những chiến lược dài hạn phát triển các phương tiện giao thông công cộng như đường sắt, tàu điện ngầm, mạng lưới xe buýt…,tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao quá trình cháy nhiên liệu và sử lý khí thải, sử dụng các phương tiện dùng nhiên liệu sạch thay cho các loại xe dùng nhiên liệu truyền thống xăng, dầu như hiện nay. Đi tìm nguồn nhiên liệu mới sạch hơn thay thế cho nhiên liệu truyền thống hiện đang sử dụng không chỉ góp phần làm giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, bên cạnh đó nó còn góp phần đa dạng hoá các nguồn nhiên liệu, đẩy lùi nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống. Thành Phố Nha Trang cũng như các thành phố khác trong cả nước, vấn đề gia tăng các phương tiện giao thông cá nhân như ôtô, xe máy, ô nhiễm môi trường đang làm đau đầu các nhà quản lý. Đặc biệt với hướng phát triển của thành phố là trở thành một thành phố du lịch thì việc kiểm soát các chất độc hại trong khí quyển để có một bầu không khí trong lành là vấn đề sống còn. Mở rộng mạng lưới giao thông công cộng đặc biệt là đội ngũ xe buýt, khuyến khích người dân giảm bớt phương tiện cá nhân, sử dụng các loại xe dùng nhiên liệu sạch. - 2 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Hiện nay trên thế giới kỹ thuật chuyển đổi xe dùng nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel) sang dùng nhiên liệu thay thế (LPG, Biodiesel, NGV, LNG…) đạt được nhiều thành tựu, đặc biệt là kỹ thuật chuyển đổi động cơ diesel sang dùng nhiên liệu LPG có những bước đột phá mới. Động cơ sau khi chuyển đổi ít thay đổi kết cấu ban đầu, giá thành chuyển đổi rẻ nhưng vẫn đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật Với suy nghĩ tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới thay thế nhiên liệu truyền thống, nhằm làm cho môi trường thành phố Nha Trang sạch hơn. Khuyến khích, tuyên truyền người dân thành phố ủng hộ việc sử dụng nhiên liệu sạch cho các phương tiện cá nhân của mình. Từ đó mở rộng mô hình phát triển rộng rãi trên cả nước. Được sự hướng dẫn của thầy Phùng Minh Lộc, em xin đóng góp một phần nhỏ để ý tưởng trên sớm thành hiện thực với đề tài: “Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang”. Nội dung của đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang. Chương 3: Kết luận và đề suất ý kiến. Sau hơn 3 tháng nỗ lực cố gắng, được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy Phùng Minh Lộc, Công ty cổ phần ô tô điện máy Nha Trang, quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí, bạn bè trong quá trình tìm kiếm tài liệu, đóng góp ý kiến. Em đã cơ bản hoàn thành nội dung và trình bầy trong luận văn này. Do trình độ và thời gian có hạn, mặt khác vì đây là lần đầu tiên thực hiện độc lập một công trình mang tính chất nghiên cứu khoa học nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dạy, góp ý của quý thầy cô và bạn bè để bổ sung cho đề tài này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Nha Trang, ngày 20 tháng 11 năm 2007 SVTH: Ngô Quang Tuấn - 3 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.Nhiên liệu thay thế 1.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu Diesel. Các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của nhiên liệu diesel bao gồm: nhiệt trị, tính tự bốc cháy,hàm lượng tạp chất và độ nhớt. 1.1.1.1 Nhiệt trị Nhiệt trị (H) là lượng nhiệt năng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích nhiên liệu. nhiệt trị của nhiên liệu lỏng và rắn thường tính bằng kJ/kg, của nhiên liệu khí-kJ/m3 hoặc kJ/kmol. Ở Anh và Mỹ, nhiệt trị được tính bằng đơn vị Btu/lb ( British thermal unit/pound ) hoặc Btu/ft3 ( British thermal unit/foot3 ). Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng cơ bản của tất cả các loại nhiên liệu . nhiệt trị có thể được xác định bằng nhiệt lượng kế đẳng tích (nhiệt lượng kế kiểu bom) hoặc nhiệt lượng kế đẳng áp bằng cách đốt cháy một lượng xác định mẫu thử rồi đo nhiệt lượng toả ra và tính toán nhiệt trị. Khi tính toán, chúng ta thường lấy nhiệt trị từ các bảng số liệu có sẵn. để tránh nhầm lẫn, cần phân biệt các khái niệm nhiệt trị dưới đây: Nhiệt trị đẳng áp (Hp)- Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện áp suất của sản phẩm cháy đã được làm lạnh bằng áp suất của khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy. Phương trình cân bằng năng lượng nhiệt lượng kế đẳng áp: Ec + Uf + p.Vf + Ua + p.Va = Up + p.Vp + Hp hoặc Ec + Um + p.Vm = Up + p.Vp +Hp Ec = (Hp + Ip – Im)T Nhiệt trị đẳng tích (HV)- nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi đã làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện không thay đổi thể tích của sản phẩm cháy và hỗn hợp khí trước lúc đốt cháy. - 4 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Phương trình cân bằng năng lượng nhiệt kế đẳng tích : Ec + Um = Up + HV Ec =(HV + Up – Um)T Ec- hoá năng của nhiên liệu Uf, Ua, Um, Up - nội năng của nhiên liệu, không khí, hỗn hợp cháy và sản phẩm cháy, tương ứng, Im, Ip – enthalpy của hỗn hợp cháy và sản phẩm cháy, Hp, HV- nhiệt trị đẳng áp và nhiệt trị đẳng tích. Nhiệt trị đẳng áp có ý nghĩa thực tế trong tính toán các thiết bị động lực, vì ở đó sản phẩm cháy thường được thải ra khí quyển có áp suất và nhiệt độ bằng áp suất và nhiệt độ của nhiên liệu và không khí trước lúc đi vào thiết bị. Vì vậy, nếu trong các bang số liệu cho nhiệt trị đẳng tích hoặc nếu xác định nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế đẳng tích thì phải đổi sang nhiệt trị đẳng áp. Có thể sử dụng công thức sau đây: Hp = Hv + 10-3 pm(Vm – Vp) Trong đó: Hp, Hv - nhiệt trị đẳng áp và nhiệt đẳng tích, [kJ/kg], Pm- áp suất của hỗn hợp trước khi đốt cháy, [N/m2 ] Vm, Vp- thể tích của hỗn hợp trước lúc đốt cháy và của sản phẩm cháy đã được làm lạnh ở áp suất pm ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu. Đối với nhiên liệu lỏng gốc dầu mỏ: Hv H02,1 . Nhiệt trị cao (Hc)- nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu, bao gồm cả lượng nhiệt toả ra do sự ngưng tụ của hơi nước có trong sản phẩm cháy khi ta làm lạnh nó đến nhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu. Nhiêt trị thấp(HT)- nhiệt lượng thu được trong trường hơp nước có trong sản phẩm cháy vẫn ở trạng thái hơi. Như vậy nhiệt trị thấp nhỏ hơn nhiệt trị cao một lượng bằng nhiệt ẩn hoá hơi của nước có trong sản phẩm cháy. -Đối với nhiên liệu lỏng: HT = HC – r.(9h + w) Trong đó: HT, HC - nhiệt trị thấp và nhiệt trị cao, [kJ/kg], r- nhiệt ẩn hoá hơi của 1 kg nước, r =2.512 kJ/kg - 5 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 9h- lượng hơi nước được hình thành khi đốt cháy h kg hydrogen có trong 1 kg nhiên liệu, w- lượng nước có trong 1 kg nhiên liệu. 1.1.1.2 Độ nhớt Độ nhớt- còn gọi là ma sát nội, là một tính chất của chất lỏng đặc trưng cho lực ma sát chống lại sự chuyển dịch tương đối của các lớp chất lỏng cạnh nhau dưới tác dụng của ngoại lực. Độ nhớt của nhiên liệu diesel có ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu. Độ nhớt quá cao làm cho các tia nhiên liệu khó phân tán thành các hạt nhỏ và có thể bám trên thành xylanh. Ngược lại, độ nhớt quá thấp lại làm cho các tia nhiên liệu quá ngăn, không bao trùm hết không gian của buồng đốt. Cả hai trường hợp trên đều dẫn đến chất lượng quá trình tạo hỗn hợp cháy không cao, làm tăng lượng nhiên liệu cháy rớt và cháy không hoàn toàn. Ngoài ra, độ nhớt của nhiên liệu quá thấp có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng định lượng của hệ thống phun do làm tăng mức độ rò rỉ tại các cặp siêu chính xác của bơm cao áp và vòi phun, đồng thời tăng mức độ mài mòn của các chi tiết chuyển động thuộc hệ thống nhiên liệu . Mặc dù không phải là một chỉ tiêu kỹ thuật có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng hoạt động của động cơ, nhưng người ta thường căn cứ vào độ nhớt để phân loại dầu diesel nặng.Sở dĩ như vậy là vì: -Độ nhớt lớn là một đại lượng dễ xác định. -Độ nhớt có liên quan đến nhiều tính chất khác của dầu diesel. Ví dụ: nếu nhiên liệu nặng có độ nhớt dưới 3500 sec Redwood, thì số cetane thường cao hơn 25 và lượng tạp chất cũng thường thấp hơn mức quy định. 1.1.1.3 Tính tự bốc cháy Tính tự bốc cháy của nhiên liệu là tính chất liên quan đến khả năng tự phát hoả khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ đủ lớn. - 6 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Để định lượng tính tự bốc cháy của nhiên liệu, có thể sử dụng các đại lượng dưới đây:  Thời gian chậm cháy(ti)- Nhiên liệu có tính tự bốc cháy càng cao thì thời gian chậm cháy càng ngắn, và ngược lại. Thời gian chậm cháy là đại lượng phản ánh tính tự bốc cháy của nhiên liệu diesel theo cách mà chúng ta mong muốn nhất, bởi vì nó có ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quá trình cháy ở động cơ diesel. Tuy nhiên, thời gian chậm cháy của nhiên liệu diesel ở động cơ thực tế chỉ kéo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giây. Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khó, cho nên người ta đã sử dụng một số đại lượng khác để đánh giá tính tự bốc cháy trên cơ sở một số tính chất lý-hoá của nhiên liệu có liên quan mật thiết với thời gian chậm cháy, hoặc so sánh tính tự bốc cháy của mẫu thử và nhiên liệu chuẩn.  Hằng số độ nhớt-tỷ trọng ( Viscosity Gravity Number – VG ) là một thông số được tính toán trên cơ sở độ nhớt và tỷ trọng của dầu diesel. Tuỳ thuộc vào đơn vị của độ nhớt, đơn vị của tỷ trọng và quan điểm của tác giả, công thức tính có những dạng khác nhau.  Chỉ số diesel ( Diesel Index – DI ) là thông số được tính toán trên cơ sở tỷ trọng và điểm aniline của nhiên liệu Bởi vì độ nhớt, tỷ trọng và điểm aniline đều là những đại lượng có quan hệ chặt chẽ với thành phần hoá học của dầu diesel xét từ hàm lượng các nhóm hydrocarbon, nên hằng số độ nhớt-tỷ trọng và chỉ số diesel sẽ phản ánh tính tự bốc cháy của nhiên liệu. Hằng số độ nhớt-tỷ trọng càng nhỏ thì thời gian chậm cháy càng ngăn, tính tự bốc cháy càng cao; còn chỉ số diesel càng nhỏ thì thời gian chậm cháy càng dài.  Số cetane- ( Cetane Number – CN ) là đại lượng đánh giá tính tự bốc cháy của nhiên liệu bằng cách so sánh với nhiên liệu chuẩn. Về trị số, đó là số phần trăm thể tích của chất n-cetane (C6H34) có trong hỗn hợp với chất aphthalenmethy ln (C10H7CH3) nếu hỗn hợp này tương đương với nhiên liệu thí nghiệm về tính tự bốc cháy. - 7 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Phương pháp xác định số cetane được áp dụng phổ biến hiện nay là so sánh tỷ số nén tới hạn ( tỉ số nén tới hạn là tỉ số nén, tại đó nhiên liệu sẽ phát hoả) của nhiên liệu thí nghiệm và của nhiên liệu chuẩn trên một loại động cơ tiêu chuẩn hoá hoạt động ở một chế độ quy ước. Nhiên liệu chuẩn là hỗn hợp với những tỷ lệ thể tích khác nhau của n-C16H34 và 3710 CHHC .n-C16H34là một hydrocarbon loại parafin thường có tính tự bốc cháy rất cao, người ta quy ước số cetane của nó bằng 100; còn 3710 CHHC là một hydrocarbon thơm, chứa một nhóm methyl trộn lẫn với các nguyên tử hydrogen , khó tự bốc cháy, có số cetane quy ước bằng 0. 1.1.1.4 Hàm lượng tạp chất Dầu diesel, đặc biệt là dầu cặn, thường chứa một lượng đáng kể tạp chất có nguồn gốc từ dầu mỏ(ví dụ:S, V, Na, P, …) hoặc từ môi trường thâm nhập vào trong quá trình chế biến,vận chuyển, bảo quản và phân phối (ví dụ: nước, đất, cát,…).  Tạp chất cơ học- Tạp chất cơ học trong nhiên liệu có ảnh hưởng đến hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel một cách trực tiếp và nghiêm trọng hơn so với trường hợp của động cơ xăng.Trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel có những chi tiết được chế tạo với độ chính xác rất cao, như cặp piston- xylanh của bơm cao áp và đầu phun của vòi phun. Khe hở giữa các cặp chi tiết nói trên có trị số trung bình khoảng 0,003 mm và sự có mặt của vật cứng với kích thước vài phần ngàn mm cũng có thể làm hệ thống phun nhiên liệu bị hư hỏng rất nhanh. Chính vì vậy, hệ thống lọc nhiên liệu của động cơ diesel thường phức tạp hơn đồng thời việc bảo trì chúng cũng có những yêu cầu khắt khe hơn. Đối với dầu cặn có độ nhớt và hàm lượng tạp chất cơ học cao, động cơ còn phải được trang bị hệ thống xử lý nhiên liệu có chức năng sấy nóng và loại bỏ những tạp chất có kích thước lớn trước khi nhiên liệu được đưa đến các bộ lọc thông dụng.  Lưu huỳnh(S)- S có trong nhiên liệu tồn tại dưới dạng tự do hoặc hợp chất, như mercaptan, sulffide,vv. Dù tồn tại ở dạng nào, S đều có tác động ăn mòn ở những mức độ khác nhau. - 8 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp - Mercaptan có khả năng tác dụng lên nhiều loai kim loai, như đồng (cu), kẽm(zn), cadmum(cd), và sẽ tạo thành các hợp chất hoá học phức tạp, khó tan. Các hợp chất này có thể kết tủa trên các chi tiết của hệ thống nhiên liệu làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của động cơ. - Lưu huỳnh tự do(S) sẽ được đốt cháy thành SO2. Một phần SO2 bị oxy hoá thành SO3 dưới tác dụng xúc tác của oxyt sắt(Fe2O3) và một số chất khác có trong nhiên liệu. Sau đó, SO3 kết hợp với hơi nước để tạo thành axit phosphoric(H2SO4) theo các phản ứng: S + O2SO2 2SO2+ O22SO3 SO3 + H2O  H2SO4 Trong điều kiện nhiệt độ cao, axit phosphoric tồn tại ở trạng thái hơi cùng với hơi nước và các chất khác của khí thải. Khi nhiệt độ của khí thải giảm xuống, hơi axit có thể ngưng tụ và có tác động ăn mòn mạnh - 9 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.1.2 Nhiên liệu biodiesel 1.1.2.1 Khái niệm Biodisel là những mono ankyl ester, nó là sản phẩm của quá trình ester hóa của các axít hữu cơ có nhiều trong dầu mỡ động thực vật. Nó là nhiên liệu có thể thay thế cho dầu diesel truyền thống, sử dụng trong động cơ đốt trong. Dưới tác dụng của chất xúc tác, dầu thực vật + methanol hoặc ethanol cho sản phẩm ester + glycerine + axit béo (ester hóa dầu thực vật bằng ethanol khó hơn bằng methanol). Ví dụ: 1.05 tấn dầu cải + 0.11 tấn methanol cho ra 1 tấn ester + 0.1 tấn glycerine + 0.025 tấn axit béo. Thông thường biodiesel được sử dụng ở dạng nguyên chất hay dạng hỗn hợp với dầu diesel. Ví dụ như B20 là hỗn hợp gồm 20% biodiesel và 80% diesel có nguồn gốc dầu mỏ. H. 1-1. Xe buýt sử dụng nhiên liệu biodiesel (đậu nành). - 10 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-2. Biodiesel thử nghiệm trên ô tô ở Mỹ 1.1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Diesel sinh học từ dầu thực vật 1.1.2.2.1 Tình hình thế giới: Vấn đề sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel đã được chính Rudolf Diesel- người phát minh ra loại động cơ này dùng từ cách đây hơn một trăm năm (dầu lạc). Sau đấy, nhiên liệu hóa thạch quá nhiều và rẻ nên người ta đã lãng quên nó, nhưng từ những năm 80 của thế kỷ trước trở lại đây, dầu mỏ có dấu hiệu cạn kiệt, giá cả tăng chóng mặt buộc thế giới phải đặt lại vấn đề này. Đi tiên phong có lẽ phải kể đến người Đức, năm 1988, các công ty hoá chất của Đức đã tinh luyện loại dầu diesel sinh học từ hạt Cải dầu, loại dầu này không những giá thành thấp, mà còn có thể trồng được nguyên liệu, đảm bảo cháy hết, hàm lượng các-bon của khí thải ô-tô thấp hơn 50% so với dầu diesel truyền thống . Hiện nay, 15% trạm xăng của Đức có cung cấp dầu diesel sinh học, nó đã trở thành nguồn nhiên liệu chính cho các xe chở hàng đường dài và xe buýt. Hãng Shell trong năm nay cũng đã có kế hoạch đầu tư 400 triệu Euro vào miền Bắc nước Đức để xây dựng thêm một nhà máy sản xuất loại sản phẩm này, dự kiến đến năm 2008, sản - 11 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp lượng sẽ đạt tới 200 triệu lít. Ngoài ra các nước trồng nhiều cây có dầu cũng vào cuộc: Hàn quốc sẽ bán dầu diesel sinh học (biodiesel) cho các phương tiện tư nhân từ tháng 7/2006. Loại biodiesel này gồm diesel và 5% dầu hạt Cải. Hàn quốc đang cân nhắc sử dụng loại biodiesel chứa 20% dầu hạt Cải trong tương lai; Malaixia là nước đứng đầu thế giới về sản xuất dầu Cọ, với sản lượng 13,9 triệu tấn (năm 2004), chế biến dầu diesel sinh học từ nguồn nguyên liệu dồi dào này sẽ góp phần đáp ứng nhu cầu nhiên liệu trong nước và xuất khẩu; Nhật bản và Indonnesia : Một dự án được quan tâm nhất là việc phát triển nhiên liệu biodiesel (dầu diesel sinh học) sử dụng cây có dầu jarak (Jatropha curcas L) vốn rất phổ biến ở Indonesia.Hiện ở Indonesia có hàng nghìn hécta đất có thể dùng để phát triển loại năng lượng xanh này; Trung quốc: Đến 2010 sản xuất 1triệu tấn, năm 2020 sẽ sản xuất 9 triệu tấn dầu diesel sinh học từ cây Hoàng liên và cây Đay. 1.1.2.2.2 Tình hình trong nước : Theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội, ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là Cơ quan đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã xác nhận PIN phát triển dầu Dừa diesel sinh học theo CDM tại tỉnh Bình Định. Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện Khoa học vật liệu TP.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật của Việt nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức) phân tích thành phần, tính chất các mẫu dầu diesel sinh học do nhóm điều chế. Kết quả cho thấy các mẫu dầu diesel sinh học từ dầu thực vật VN đạt tiêu chuẩn châu Âu về biodiesel. Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày sẽ được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức, TP.HCM. Dự án sản xuất dầu biodiesel từ dầu ăn phế thải tại TP.HCM có nguồn vốn đầu tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ đồng vay từ nguồn vốn ngân sách Nhà nước. - 12 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.1.2.3 Đặc tính của biodiesel Tính chất vật lý của biodiesel tương tự như diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải. Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn (cao gấp 6 – 14 lần diesel), chỉ số Cetan thấp, dễ bị trùng hợp. Các loại biodiesel đều có tỉ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà dầu diesel không có. Bảng 1-1.Tính chất lý hóa cơ bản của một số biodiesel [ 7 ] ESTER Khối lượng riêng (g/cm3) Độ nhớt (ở 200C) ( cSt ) Điểm đục (0C) Điểm chớp lửa (0C) Nhiệt trị (MJ/kg) (kCal/kg) Metyl dầu cải 0.88 7.09 -5 171 37.70 (9020) Oleate của methyl kỹ thuật 0.88 7.4 -14 37.37 (8940) Methyl dầu dừa 0.886 5.3 -2 93 37.83 (9050) Dầu diesel 0.836 5.3 -2 40 43.80 (10478) Bảng 1-2. Hàm lượng cặn và chỉ số Cetan của một số chất [ 7 ] ESTER Cặn Chỉ số Cetan Metyl dầu cải 1.2 43 Oleate của methyl kỹ thuật 0.8 54 Methyl dầu dừa 0.7 43 Dầu diesel <0.01 45 - 50 - 13 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Bảng 1-3. So sánh một số tính chất vật lý của hỗn hợp nhiên liệu ester dầu cải hòa với diesel ở các tỉ lệ % khác nhau [ 7 ] Chỉ tiêu Diesel B20 B30 B40 B50 B75 B100 Chỉ số Cetan 52.0 52.0 52.4 52.8 53.2 54.1 54.1 Khối lượng riêng (g/cm3) 0.840 0.846 0.851 0.856 0.861 0.873 0.884 Độ nhớt (mm2/s) 4.8 4.9 5.2 5.5 5.8 6.4 13.1 Điểm nóng chảy (0C) -9 -9 -9 -9 -9 -9 -12 Điểm đục (0C) -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 %O2 theo khối lượng 0.00 2.35 3.30 4.60 5.95 8.86 10.70 Nhiệt trị (kJ/kg) 43800 41983 41443 40903 40600 38664 37370 1.1.2.4 Quá trình điều chế biodiesel. Nhiên liệu biodiesel được làm từ dầu thực vật, mỡ động vật còn mới hay đã qua sử dụng. Nguyên tắc của quá trình: dầu mỡ tác dụng với cồn methanol hoặc ethanol tạo ra ester. Các ester này chính là biodiesel. Sản phẩm phụ của quá trình này là glycerin sử dụng trong ngành dược và mỹ phẩm. Hiện nay biodiesel được sản xuất từ quá trình chuyển hóa ester. Dầu thực vật, mỡ động vật sau khi lọc được thủy phân trong môi trường kiềm để tách axit béo tự do. Sau đó đuợc trộn với cồn (thường là methanol) và chất xúc tác Natri hay Kali Hidroxit để triglyceride phản ứng tạo ra ester và glycerin. Cuối cùng là giai đoạn tách và làm sạch. - 14 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Các phản ứng hóa học: 2 1 OH 2 2 3 CH COOR | CHCOOR | CH COOR   2 2 CH OH | CHOH | CH OH + 1 2 3 R COOH R COOH R COOH NaOH(KOH) 3 3 2RCOOH CH OH RCOOCH H O   RCOOCH3 được gọi là biodiesel. Sơ đồ sản xuất biodiesel: Từ những điều trình bày trên ta thấy biodiesel có các đặc tính gần giống như diesel, thích hợp sử dụng trên động cơ đốt trong và việc tìm kiếm loại dầu thực vật đáp ứng được tiêu chuẩn làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, không cạnh tranh Dầu mỡ Thủy phântrong môi trường kiềm Este hoá bằng methanol hoặc ethanol Tách Làm sạch Biodiesel Lọc Chất xúc tác - 15 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp với thực phẩm, có thu lợi được cao là điều rất cần làm. Trong các loại cây lấy dầu có chiết suất lớn và có sản lượng phong phú, thích hợp với điều kiện khí hậu miền nam nước ta phải kể đến cây dừa. Về cây dừa chúng ta chưa có một điều tra cơ bản đầy đủ nhưng đứng về mặt kỹ thuật thì nó là một nguồn nhiên liệu tốt cho động cơ đốt trong: nhiệt trị cao, độ nhớt thấp nhất trong các loại dầu thực vật, chỉ số Cetan cao gần bằng diesel, là nhiên liệu linh động có thể pha với diesel ở bất cứ tỉ lệ nào. . . Do đó nó là một trong những ứng cử viên sáng giá cho việc nghiên cứu và chế biến làm nhiên liệu biodiesel cho động cơ đốt trong. Mặt khác theo giáo sư Chu Phạm Ngọc Sơn thì cây cọ dầu (có tính chất gần như cây dừa) là một cây công nghiệp rất đáng lưu ý, sản lượng cao hơn dừa nhiều, khoảng 3.5 tấn/ha, thu lợi trên mỗi hecta là 2505 đôla. Việc nghiên cứu tốt cây dừa làm nhiên liệu cho động cơ sẽ tạo điều kiện cho việc nghiên cứu cây cọ dầu. 1.1.3 Nhiên liệu LPG (Liquefied Petroleum Gases) 1.1.3.1 Khái niệm LPG Nhiên liệu khí hoá lỏng(LPG:khí dầu mỏ hoá lỏng) có thành phần cơ bản là propane (C3H8) và butane (C4H10), ngoài ra khí hoá lỏng còn chứa một lượng nhỏ các hydrocarbon khác như: ethane (C2H6), pentane (C5H10), ethylene (C2H4), propylene (C3H6), buthylene (C4H8) và các đồng phân (isomer) của chúng. Loại nhiên liệu này được phát triển và thương mại hoá từ những năm 1950. Mấy thập kỷ qua chúng được dùng chủ yếu cho công nghiệp như công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm và sinh nhiệt gia dụng. Khí hoá lỏng còn được phân tách thành các cấu tử riêng biệt để làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như sản xuất cao su nhân tạo, vật liệu tổng hợp, phẩm mầu, dược liệu, v.v . Việc nghiên cứu sử dụng chúng cho động cơ đốt trong trên phương tiện giao thông vận tải đã bắt đầu trong nhưng năm gần đây.Tuy việc áp dụng loại nhiên liệu trên ô tô cần những thiết bị cồng kềnh hơn nhiên liệu lỏng nhưng nó cho phép giảm được mức độ phát ô nhiễm và đó chính là điểm mà các nhà chế tạo ô tô quan tâm nhất hiện nay. Khi sử dụng để chạy động cơ ôtô, khí hoá lỏng thường được chứa trong bình dưới áp suất khoảng 16 bar. - 16 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.1.3.2 Trữ lượng LPG và thị trường tiêu thụ Là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hoá lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên. Vì vậy, nguồn gốc khí hoá lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiên liệu. Nói chung trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô. Sản lượng khí hoá lỏng trên thế giới năm 1995 là 130 triệu tấn, chiếm 2% tổng năng lượng tiêu thụ dưới các dạng khác nhau. Ngươi ta dự kiến trong những năm đầu của thế kỉ 21, tổng sản lượng LPG trên thế giới sẽ đạt khoảng 200 triệu tấn/năm Bảng 1-4. Sản lượng và tiêu thụ khí hoá lỏng tại châu Á [ 5 ] ( Đơn vị tính: 1000 tấn. Theo Asia LPG Seminar organized by LPG Center of Japan, Tokyo 2/1998 ) 1996 2000 2010 Nước Sản lượng Tiêu thụ Sản lượng Tiêu thụ Sản lượng Tiệu thụ Indonesia 3228 715 3432 1154 2400 2886 China - 5758 - 9000 - 27000 Japan 4537 19710 4686 19959 4520 21600 Korea 1461 5761 2300 6323 2803 9448 Malaysia 1499 1392 3435 2226 3521 3718 Philippines 429 811 601 1414 1359 3497 Taiwan 700 1410 1130 1500 1750 1800 Thailand 1959 1829 2979 2240 3755 3531 India 3356 4198 3805 8439 10000 15000 Vietnam 0 86 340 224 840 527 Phần lớn lượng khí hoá lỏng thu được hiện nay được sử dụng làm nguồn chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay công nghiệp. Lượng khí hoá lỏng làm nhiên liệu cho ô tô đường trường hiện chỉ chiếm một tỉ lệ khiêm tốn: 1% ở Pháp, 3% ở Mỹ, 8% ở Nhật… - 17 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên ở một số nước có chính sách khuyến khích sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường thì tỉ lệ này rất đáng kể, chẳng hạn như Hà Lan, Ý(42%)…Các số liệu trên chưa kể những động cơ trên các ô tô chuyên dụng sử dụng LPG( chẳng hạn ô tô chạy trong sân bay, xe nâng chuyển , máy móc nông nghiệp…). Tỉ lệ tiêu thụ LPG ở vài nước tiêu biểu: Pháp: Nhiên liệu(1%); Công nghiệp(15%); Nông nghiệp(17%); Gia dụng(67%) Hà Lan: Nhiên liệu(42%); Công nghiệp(24%); Nông nghiệp(14%); Gia dụng(20%) Sự phát triển ô tô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường. Sự khuyến khích sử dụng ô tô LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc gia đối với loại nhiên liệu này. Tỉ lệ ô tô sử dụng LPG ở một số nước như: Hà Lan(8,7%); Hàn Quốc(7,6%); Ý(4,4%); Nhật(0,7%); Mĩ(0,4%); Pháp(0,1%). Ở một số nước Châu Á, Hàn Quốc và Nhật Bản chẳng hạn. Để giảm ô nhiễm môi trường đô thị, chính phủ các nước này khuyến khích, tiến tới buộc taxi phải dùng nhiên liệu khí hóa lỏng. Hiện nay toàn bộ taxi Hàn Quốc đều dùng loại nhiên liệu này. [2 ] 1.1.3.3 Đặc tính nhiên liệu khí hóa lỏng 1.1.3.3.1 Thành phần hoá học Theo tiêu chuẩn Châu Âu, nhiên liệu khí hóa lỏng phải có từ 19 đến 50% hydrocabure C3 ( propane và propylene). Ở Châu Á, thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng khá ổn định, chứa chủ yếu là hydrocarbure C4, chẳng hạn như ở Hàn Quốc chỉ có butane là khí hóa lỏng được sử dụng chính thức. Ngược lại ở Mỹ thì chỉ có hydrocarbure C3 được sử dụng. Hiện nay trên thị trường nước ta có sản phẩm LPG của nhiều công ty kinh doanh khác nhau, thành phần của propane và butane trong hỗn hợp cũng khác nhau: - 18 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp LPG của Elf Gas Sài Gòn có tỷ lệ Propane / Butane là 20/80, của Petrolimex là 30/70, của Sài Gòn Petro là 50/50. Ở Nhật, cung cấp cho dân cư LPG dưới dạng 100% Propane vì thời tiết lạnh, Propane dễ bốc hơi hơn Butane, còn cung cấp cho công nghiệp dưới dạng 100% Butane vì dễ vận chuyển, tồn chứa và trong điều kiện sản xuất dễ trang bị các thiết bị đầu đun nóng LPG để bốc hơi hoàn toàn khi sử dụng. Bảng 1-5. Đặc tính lý hoá của các loại LPG thương phẩm. Loại LPG Đặc tính 100% Propane (Propa Gas) 100% Butane (Buta Gas) Hỗn hợp Butane – Propane 50/50 (Sai Gòn Petro) Tỷ trọng [ g/cm3 ] (150C) 0,507 0,580 0,541 Áp suất hơi [ kg/cm2 ] (400C) 13,5 3,2 9,2 Thành phần: C2 (Etane) C3 (Propane) C4 (Butane) C5 (Pentane) 1,7 96,2 1,5 0,0 0,0 0,4 99,4 0,2 0,0 51,5 47,5 1,0 Nhiệt cháy [ kcal/kg] 11.070 10.920 10.980 Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy (nhiệt cháy) của Propane 11.070 kcal/kg, trong khi đó Butane là 10.920 kcal/kg. Mặt khác áp suất hơi tạo ra ở 200C của Propane là 13,5kG/cm2, của butane là 3,2kG/cm2. Qua đó ta thấy LPG càng nhiều Propane thì nhiệt cháy có cao hơn một ít và sử dụng được triệt để vì bốc hơi hoàn toàn ở nhiệt độ môi trường. Ngược lại, LPG có nhiều Butane thì bình chứa không cần có áp lực cao vì áp suất hơi không lớn ở nhiệt độ môi trường nhưng không sử dụng được triệt để nếu nhiệt độ môi trường thấp. Nói chung, LPG có thể có thành phần Propane và Butane khác nhau, nhưng chất lượng của LPG không có gì khác nhau đáng kể. Cũng cần nhấn mạnh thêm rằng, nhiên liệu khí hóa lỏng chứa rất ít lưu huỳnh. Thường nó chỉ chứa từ 4060ppm, thấp hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn - 19 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Cộng Đồng Châu Âu(200ppm). Do đó, động cơ dùng LPG phát rất ít các chất ô nhiễm gốc lưu huỳnh và hiệu quả của bộ lọc xúc tác được cải thiện. 1.1.3.3.2 Lý tính Nhiên liệu khí hóa lỏng có nhiệt trị riêng theo khối lượng (PCIm) cao, cao hơn cả xăng hay dầu diesel. Tuy nhiên do khối lượng riêng của nó thấp, nhiệt trị riêng theo thể tích (PCI) thấp hơn nhiên liệu lỏng. LPG có thể được hoá lỏng ở nhiệt độ bình thường bằng cách gia tăng áp suất vừa phải hoặc ở áp suất bình thường bằng cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ. Bảng 1-6. So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển [ 2 ] H. 1-3. So sánh thể tích chứa nhiên liệu của các loại nhiên liệu khác nhau cho cùng tổng số năng lượng phát ra Thông số đặc trưng Eurosuper Diesel Propane thương mại Butane thương mại LPG Khối lượng riêng (kg/dm3) 0,725-0,780 0,820-0,860 0,51 0,58 0,51-0,58 Nhiệt trị thấp PCI -theo khối lượng (MJ/kg) 42,7 42,6 46,0 45,6 45,8 -theo thể tích (MJ/dm3) 32,0 35,8 23,5 26,4 25,0 - 20 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Bảng 1-7. So sánh LPG với xăng, dầu diesel [ 11 ] (Theo Bách Khoa Toàn thư Mở Wikipedia ) 1.1.3.3.3 Chỉ số Octane Nhiên liệu khí hóa lỏng được đặc trưng bởi chỉ số octane nghiên cứu (RON) cao, có thể dễ dàng đạt đến 98. Trong thực tế, người ta xác định chỉ số octane (Octane Number – ON) của hỗn hợp khí hoá lỏng bằng công thức: ONhh = V1.ON1 + V2.ON2 +…+ Vn.ONn Trong đó: ON1, ON2…,ONn là số octane của hợp phần riêng biệt của hỗn hợp. V1, V2,…,Vn là % thể tích của các hợp phần riêng biệt. Bảng dưới giới thiệu RON của các loại khí khác nhau. Chỉ số octane động cơ (MON) của LPG cũng cao hơn xăng. Bảng 1-8. Chỉ số octane của một số chất Chất RON MON Propane Propene n-Butane Isobutane Butene1 Butene2 >100 102 95 >100 (98) 100 100 85 92 99 80 83 - 21 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.1.3.3.4 Chỉ tiêu chất lượng của LPG Bảng 1-9. Chỉ tiêu chất lượng LPG của PETROLIMEX [ 5 ] Chỉ tiêu chất lượng Mức qui định Phương pháp thử 1. tỷ khối -d415 max d@600F max 0,5531 0,5533 ASTM – D.1657 2. Áp xuất hơi bão hoà ở 37,8 0C, [kPa] 480-820 ASTM – D2598 3.Thành phần, [ % mol] -Ethane -Propane -Butane 0.2 - 1.0 30 - 40 60 - 70 ASTM – D.2163 4. Nhiệt trị, [kcal/kg] 40000 - 55000 ASTM – D.2598 5. Hàm lượng sulphur, [ppm] max 170 ASTM – D.2784 6. Hàm lượng hydrogen sulfide, [ppm] Negative ASTM – D.2420 7. Nước tự do Không 8. Ăn mòn đồng ở 37,8 0C No.1 ASTM – D.1838 Bảng 1-10. LPG của Nga theo tiêu chuẩn  2044-75 [ 5 ] Chỉ tiêu Mức qui định    1. Thành phần -Tổng lượng hydrocarbon có C  2, max -Tổng lượng propane, propylene,max/min -Tổng lượng butane và butylene, max/min 4 75/- -/20 6 34/- -/60 6 -/34 60/- 2. Phần lỏng ( C5 ) ở 200C, [%vol] 1 2 2 3. Áp suất hơi bão hoà ở 45/-200C, [kgf/cm2 ], max 16/1,6 16/- 16/- 4. Hàm lượng H2S, [g /100m3 khí ] 0,015 0,015 0,015 5. Hàm lượng lưu huỳnh tổng , [%wt] 5 5 5 6. Hàm lượng nhận biết mùi trong không khí, [% vol] 0,5 0,4 0,3 7. Nước tự do và kiềm Không Không Không  - Hỗn hợp propane – butane kỹ thuật mùa đông  - Hỗn hợp propane – butane kỹ thuật mùa hè  - Butane kỹ thuật - 22 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.Ứng dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel xe buýt ở Thành Phố Nha Trang 1.2.1 Giới thiệu chung về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang 1.2.1.1 Sơ lược về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang Xe buýt ở Thành Phố Nha Trang do Việt Nam và Hàn Quốc sản xuất. Động cơ và gầm xe là của hãng Huyndai-Hàn Quốc sản xuất, phần còn lại do Công Ty ô tô 1-5 sản xuất. Xe buýt là loại xe khách có chung nhãn hiệu Transinco, chúng góp phần rất quan trọng vào việc vận chuyển hành khách đi lại trong Thành Phố Nha Trang và các vùng ven thành phố. Xe buýt góp phần giảm lưu lượng các phương tiện cá nhân lưu thông trong thành phố từ đó làm giảm ô nhiễm, tai nạn, ùn tắc giao thông, tạo vẻ đẹp văn minh cho đô thị. Xe buýt ở Thành Phố Nha Trang mang tính hiện đại, an toàn, thẩm mỹ . Xe có tính năng động lực học cao, tốc độ chung bình cao, khởi động dễ dàng, hệ thống phanh, hệ thống lái hiện đại, tính an toàn cao. Vật liệu chế tạo các chi tiết có độ bền, chống mòn, chống gỉ tốt, phù hợp với khí hậu biển của thành phố. vỏ xe có kết cấu và mầu sắc đẹp tạo vẻ đẹp mỹ quan cho đô thị H. 1-4. Xe buýt Nha Trang phục vụ chở khách - 23 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe buýt ở Thành Phố Nha Trang 1.2.1.2.1 Loại, Kích thước và trọng lượng của xe buýt Thứ tự Tên gọi Đơn vị Thông số và đặc tính (1) (2) (3) (4) 1 Loại ô tô Khách, cỡ trung 2 Chiều dài tổng thể mm 8480 3 Chiều rộng tổng thể mm 2290 4 Chiều cao tổng thể mm 3015 5 Khoảng cách trục trước mm 1910 6 Khoảng cách trục sau mm 1740 7 Vệt bánh cơ sở mm 4000 8 Trọng lượng tịnh kg 5950 9 Trọng lượng toàn tải kg 7875 10 Công thức bánh xe 6x4 11 Số chỗ ngồi chỗ 55 1.2.1.2.2 Động cơ ô tô (1) (2) (3) (4) 1 Kiểu động cơ D6BR(diesel) 2 Loại động cơ 4 kỳ,tăng áp, 6 xylanh bố trí 1 hàng thẳng đứng 3 Đường kính và hành trình piston mm 118x115 4 Tỉ số nén của động cơ 17,5 5 Khối lượng động cơ kg 545 6 Chiều rộng động cơ mm 585 7 Chiều cao động cơ mm 830 8 Chiều dài động cơ mm 1233 9 Số xylanh cái 6 10 Mô men xoắn cực đại của động cơ Kg.m/vph 52,5/1400 11 Công suất cực đại của động cơ ml/vph 188/2900 12 Tốc độ chạy không v/ph 550  600 13 Thứ tự làm việc của xylanh 1-5-3-6-2-4 - 24 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2.3 Hệ thống truyền động (1) (2) (3) (4) 1 Ly hợp Đĩa đơn khô với vòng lò xo(vận hành bằng thuỷ lực) 2 Đường kính ngoài của đĩa mm 380 3 Tỉ số truyền - Số 1 - Số 2 - Số 3 - Số 4 - Số 5 - Số lùi 5 tiên, 1 lùi, đồng tốc. 4,629 3,2164 2,582 1,470 1,040 7,216 4 Số cầu chủ động 1 5 Hệ số giảm sốc 5,571:1 H. 1-5. Hộp số 1.2.1.2.4 Hệ thống treo (1) (2) (3) (4) 1 Hệ thống treo trước, sau Loại nhíp lá 2 Giảm chấn trước, sau Loại ống hai vỏ, có 2 chiều tác dụng - 25 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2.5 Hệ thống lái (1) (2) (3) (4) 1 Loại Liên hợp (dầu và điện) 2 Góc lái trong và ngoài Độ 47 1 và 33,9  1 3 Tay lái Loại bi không có trợ lực 1.2.1.2.6 Hệ thống nhiên liệu (1) (2) (3) (4) 1 Dung tích thùng nhiên liệu Lít 200 2 Dung tích thùng nhớt Lít 13 3 Bơm chuyển nhiên liệu Kiểu piston 4 Bình lọc nhiên liệu Bình lọc giấy 5 Bơm cao áp Kiểu bơm Bosh A 6 Đường kính piston bơm cao áp mm 9,5 7 Vòi phun -số vòi phun cho 1 xylanh -Đường kính lỗ phun Vòi mm 1 0,31 1.2.1.2.7 Hệ thống phân phối khí (1) (2) (3) (4) 1 Số lượng van cho mỗi xylanh -Nạp -Xả Van Van 1 1 2 Khe hở xupap nạp mm 0,4 3 Khe hở xupap xả mm 0,4 - 26 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2.8 Hệ thống bôi trơn (1) (2) (3) (4) 1 Bơm dầu bôi trơn Bơm bánh răng 2 Van an toàn Kiểu van bi 3 Lọc dầu Kiểu lọc giấy 4 Van điều khiển Kiểu van piston 1.2.1.2.9 Hệ thống làm mát (1) (2) (3) (4) 1 Phương pháp làm mát Bằng nước ngọt với nhiệt độ ổn định. 2 Bơm làm mát Kiểu ly tâm 3 Nhiệt độ nước vào động cơ 0C 50  60 4 Nhiệt độ nước ra động cơ 0C 72 1.2.1.2.10 Hệ thống khởi động (1) (2) (3) (4) 1 Bộ khởi động Điện H. 1-6. Máy khởi động - 27 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2.11 Hệ thống phanh (1) (2) (3) (4) 1 Loại hệ thống phanh Trợ lực thuỷ lực 2 Đường kính trống phanh trước x rộng mm 370 x110 3 Đường kính trống phanh sau x rộng mm 370 x150 4 Phanh tay Kiểu dây điện 5 Ống thắng bánh xe trước mm 36,5 6 Ống thắng bánh xe sau mm 38,1 - 28 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2.12 Hệ thống xả Sử dụng khí xả cung cấp cho tua bin tăng áp để cung cấp không khí có áp suất cao vào buồng đốt 1.2.1.2.13 Hệ thống điện (1) (2) (3) (4) 1 Ắc quy (12V x 150Ah) x 2 2 Công suất máy phát điện 24V – 110A 3 Công suất khởi động đề 24V – 6kw 1.2.1.2.14 Hệ thống đóng mở cửa xe Cửa xe được đóng mở tự động bằng khí nén 1.2.1.2.15 Hệ thống lạnh -Máy lạnh NANDO +Số quạt thổi:8 quạt +Số quạt nóng:4 quạt -Máy nén môi chất lạnh được dẫn động từ động cơ H. 1-7. Vị trí lắp đặt máy nén môi chất lạnh - 29 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2 Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo của động cơ D6BR sử dụng trên xe buýt ở Thành Phố Nha Trang 1.2.2.1 Giới thiệu chung và vị trí động cơ trên xe buýt  Động cơ D6BR là động cơ diesel do hãng Huyndai chế tạo. Tất cả xe buýt ở Thành Phố Nha Trang đều dùng loại động cơ này. Động cơ D6BR là động cơ 4 kỳ, 6 xylanh bố trí một hàng thẳng đứng, tăng áp, phun trực tiếp Động cơ được bôi trơn bằng một hệ thống dầu áp lực, nhờ một bơm bánh răng cấp dầu. piston được làm mát bằng dầu nhờn. Xylanh động cơ là xylanh khô thay thế đươc một cách rễ dàng khi có hư hỏng. Động cơ được làm mát bằng hệ thống làm mát tuần hoàn kín, bơm nước làm mát kiểu ly tâm.  Động cơ được bố trí sau thùng xe. Sự bố trí này khắc phục được những nhược điểm ở các loại xe có kiểu bố trí động cơ ở trước và ngoài buồng lái. bố trí như vậy đảm bảo cách nhiệt, cách âm tốt cho người lái và hành khách ngồi trên xe. Đồng thời việc bố trí như vậy giúp cho việc bảo quản và sửa chữa tốt hơn. Bình ắc quy và thùng đồ nghề được bố trí phía dưới ở bên phải thùng xe 1.2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của động cơ - Kiểu động cơ :động cơ diesel 4 kỳ, 6 xylanh, 1 hàng thẳng đứng, tăng áp , làm mát bằng hệ thống tuần hoàn kín. - Kiểu buồng đốt: buồng đốt thống nhất. -Đường kính xylanh: 118 mm. - Hành trình piston: 115 mm. -Dung tích xylanh: 7,545 cc -Công suất cực đại: 188/2900 ml/vph -Mômen xoắn cực đại: 52,5/1400 kg.m/vph -Tốc độ chạy không nhỏ nhất: 500 600 rpm - Tốc độ chạy không lớn nhất: 3180 3220 rpm -Kích thước động cơ : +Chiều dài động cơ: 1233 mm - 30 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp +Chiều cao động cơ: 830 mm +Chiều rộng động cơ: 585 mm +Trọng lượng động cơ: 545 kg -Tỷ số nén: 17,5 -Phương pháp khởi động: khởi động điện -Công suất khởi động: 24V/5kw -Khe hở xupap: 0,4 mm -Hệ thống nhiên liệu : +Bơm cao áp: kiểu Bosh A +Vòi phun: Số lỗ 5 Đường kính lỗ: 0,31 mm Góc lệch: 1600 +Áp suất phun: 220 kgf/cm2 +Loại nhiên liệu: diesel +Lọc nhiên liệu: lõi lọc bằng giấy +Thứ tự nổ: 1-5-3-6-2-4-1 -Hệ thống bôi trơn: +Bơm dầu bôi trơn: bơm bánh răng +Bộ lọc dầu: lõi lọc bằng giấy +Nhiệt độ dầu bôi trơn: 70900C. -Hệ thống làm mát +Phương pháp làm mát: Làm mát nước ngọt với nhiệt độ ổn định +Bơm nước làm mát: kiểu ly tâm +Làm mát hàng loạt:22 lít +Bộ điều chỉnh nhiệt: Nhiệt độ mở van: 80 900C Nhiệt độ nâng van: 950C +Bộ tản nhiệt: áp suất mở van 0,40,6 kgF/cm2 . - 31 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.3 Nhóm piston, xylanh, nắp xylanh 1.2.2.3.1 Nhóm piston Nhóm piston gồm những chi tiết : piston, các vòng găng, chốt piston và cái hãm chốt. Piston nhận áp lực khí từ phía đỉnh, truyền tới trục khuỷu, qua thanh truyền và ngược lại. Nó bị nung nóng bởi khí cháy trong buồng đốt. Như vậy piston vừa bị tải cơ vừa chịu tải nhiệt. Áp suất cao nhất trên đỉnh piston khoảng (60-120) KG/cm2 .Nhiệt độ trung bình ở đầu piston khoảng (400-500)0C. Ngoài ra, khi chuyển động, các vòng găng và phần dẫn hướng của piston còn chịu mài mòn mạnh do ma sát với xylanh ở nhiệt độ cao và bôi trơn kém gây ra. Cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng làm việc kín của động cơ , nhưng piston lại chuyển động. Nhiệm vụ làm kín của nó cần mà lại khó. Phải thật kín nhưng lại cho phép chuyển động dễ dàng ma sát ít. Các vòng găng hơi và vòng găng dầu là tiết máy phụ trong khớp trượt piston- xylanh đảm bảo được nhiệm vụ này. Vật liệu và cấu tạo nhóm piston phải làm sao cho nó chịu được tải cơ, tải nhiệt; ít bị mài mòn và đảm bảo khí lọt xuống hộp cacte ít nhất, dầu lọt lên buồng đốt ít nhất. Piston động cơ D6BR được đúc bằng hợp kim nhôm có sự giãn nở nhiệt nhỏ và toả nhiệt tốt. Đỉnh piston lõm, buồng đốt nằm trong đỉnh piston. Đặc biệt là để ép chuyển động không khí theo vòng xoáy trong xylanh. Piston có 3 vòng găng: 2 vòng găng khí và 1 vòng găng dầu lắp trên đầu piston. Vòng găng thứ nhất chịu lửa được mạ crom để tăng bền. Động cơ D6BR có buồng đốt thống nhất loại phun trực tiếp. Ưu điểm: kết cấu đơn giản, diện tích buồng đốt bé nên ít tổn thất nhiệt, ít hao nhiên liệu, khởi động rễ dàng mà không cần bugi xông máy. Nhược điểm: tỷ số nén cao, áp suất dầu lớn Piston được làm mát bằng dầu bôi trơn từ dưới lên nên piston ít bị quá nhiệt, giãn nở nhỏ, ít gây ứng suất và bó kẹt piston. - 32 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp  Piston: -Khe hở chốt piston +Kích thước tiêu chuẩn:0,010,02 mm +Kích thước giới hạn:0,05 mm -Khe hở giữa chốt piston và thanh truyền +Kích thước tiêu chuẩn:0,020,05 mm  Chốt piston -Đường kính ngoài chốt piston: +Kích thước tiêu chuẩn:38,0138,02 mm +Kích thước giới hạn: 38,05 mm  Vòng găng piston Vòng găng Kích thước tiêu chuẩn (mm) Kích thước giới hạn (mm) Khe hở giữa vòng găng và rãnh vòng găng -Vòng găng lửa -Vòng găng thứ 2 -Vòng găng dầu 0,090,13 0,050,08 0,030,06 0,2 0,15 0,15 Khe hở đầu vòng găng 0,350,55 1,5 - 33 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-8. Piston H. 1-9. Hình dáng đỉnh piston - 34 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.3.2 Xylanh Ống xylanh cùng piston tạo ra khớp trượt trong cơ cấu piston-thanh truyền trục khuỷu. Đồng thời nó cùng nắp xylanh và đỉnh piston tạo ra buồng làm việc của động cơ. Để làm tốt 2 nhiệm vụ trên ống xylanh phải kín và cho piston trượt dễ dàng Động cơ D6BR sử dụng lót xylanh khô, xylanh được làm mát ở nhiệt độ không đổi bằng nước. Xylanh được đúc bằng thép đặc biệt, có khả năng chống mòn và hư hỏng cao. Nó là chi tiết có độ dày tiêu chuẩn, chống giãn nở cục bộ và được tăng bền. Tên thông số Kích thước tiêu chuẩn (mm) Kích thước giới hạn (mm) Đường kính trong của xylanh 118,000118,030 118,25 Phần nhô ra của xylanh 0,030,10 H. 1-10. Hình dáng lót xylanh 1.2.2.3.3 Nắp xylanh Nắp xylanh cùng xylanh và đỉnh piston tạo ra buồng làm việc của động cơ, nhất là hình dáng và thể tích của buồng đốt. Nắp xylanh chịu áp lực khí lớn và nhiệt độ cao. Nắp xylanh động cơ D6BR được đúc bằng loại thép đặc biệt, trên nắp xylanh bố trí xupap hút, xả,vòi phun, cửa xả, cửa nạp, đường nước làm mát… - 35 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Có thể nói: nắp xylanh là tiêt máy rất phức tạp về mặt cấu tạo. Đồng thời ứng suất cơ, ứng suất nhiệt vừa cao, vừa rất chênh lệch giữa các vùng. Chính vì vậy, thành vách của nắp xylanh phải làm sao có bề dày tương đối đều để tránh nứt khi tải nặng, nhiệt độ cao. Ở động cơ D6BR mỗi xylanh có 1 xupap hút, 1xả. Đường kính x bước ren (mm) M14x2,0 Giá trị lực siết bulông nắp xylanh Lực siết (kgf/m) 2022 H.1-11. Mặt dưới nắp xylanh ( mặt tiếp xúc với buồng đốt) H. 1-12. Mặt trên nắp xylanh H. 1-13. Đòn gánh, trục đòn gánh, nắp đậy - 36 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-14. Điều chỉnh khe hở nhiệt 1.2.2.4. Hệ thống nhiên liệu 1.2.2.4.1.Nhiệm vụ, yêu cầu,cấu tạo: Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ lọc sạch rồi phun nhiên liệu vào buồng đốt theo các yêu cầu sau:  Cung cấp vào buồng đốt những khối lượng dầu xác định, phù hợp với chế độ làm việc đã định của máy và có thể điều chỉnh được  Thời điểm và thời gian cung cấp phải chính xác ( nhất là thời điểm bắt đầu ) và có thể điều chỉnh được  Dầu đưa vào phải ở dạng các hạt nhỏ, đồng đều (kích thước hạt cỡ 3 5  ) và phân bố đều trong không gian buồng đốt. Tạo điều kiện cho dầu bay hơi dễ dàng, nhanh chóng và hoà trộn đều với không khí nén, thành hỗn hợp dễ tự bốc cháy nhất.  Số lượng dầu cung cấp theo thời gian cung cấp - luật cung cấp - phải tạo ra sự cấp nhiệt tốt nhất cho chu chình làm việc của máy. Nghĩa là: không quá nhiều ở giai đoạn trước điểm chết trên để mức độ tăng áp trong giai đoạn cháy đẳng tích không quá cao, để máy làm việc không bị cứng. cũng không để quá nhiều ở giai đoạn sau, để máy không bị giảm hiệu suất nhiều và không bị quá nóng. - 37 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-15. Hệ thống nhiên liệu 1- Bình lọc khí ; 2- Hồi dầu ở vòi phun; 3- Vòi phun; 4- Ống cao áp; 5- Bình lọc thô; 6- Bình lọc tinh; 7- Két nhiên liệu; 8- Van khoá; 9- Nút xả dầu; 10- Bơm thấp áp; 11- Ống hồi dầu; 12- Bơm cao áp - 38 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.4.2.Vòi phun: Chức năng phun nhiên liệu cao áp vào buồng đốt với cấu trúc tia nhiên liệu phù hợp với phương pháp tổ chức quá trình cháy. Đặc điểm vòi phun động cơ D6BR: -Kiểu 5 lỗ. -Áp suất phun 220-230kg/cm2 . -Đường kính X số lỗ X góc lệch: 0.31 X 5 X 160 (mm X lỗ X độ) Nguyên lý hoạt động: Bơm cao áp cung cấp dầu có áp suất cao vào vòi phun. Khi áp lực dầu đến một giá trị định mức đủ lớn để thắng được áp lực lò xo điều chỉnh, kim phun sẽ được nâng nên tách khỏi bệ đỡ của nó trên đầu phun, dầu sẽ được phun vào buồng đốt. Nhiên liệu phun ra dưới dạng sương mù, khi áp suất dầu đạt 220 kg/cm2 thì dầu nâng kim phun khỏi bệ đỡ và phun vào buồng đốt qua lỗ vòi phun Ưu điểm của vòi phun nhiều lỗ: -Áp suất phun cao hơn vòi phun 1 lỗ -Bền hơn, ít bị cháy, bị kẹt kim phun -Khi phun mỗi lỗ cho ra một tia với góc nón nhỏ, các tia hợp vơi nhau tạo góc nón lớn phù hợp với loại buồng đốt thống nhất Nhược điểm: Vòi phun nhiều lỗ dễ gây tắc nghẽn các lỗ phun. H. 1-16. Vòi phun - 39 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-17. Các chi tiết tháo rời của vòi phun nhiên liệu R- Ống rắc co dầu vào; F- Khâu siết đầu phun vào thân vòi phun; B- Đầu phun; A- Kim phun; I- Thân vòi phun; P- Trục đẩy; r- lò xo; a- Đĩa tựa lò xo; E- - 40 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Đai ốc vít điều chỉnh áp suất phun dầu; C- Ốc khoá; T- Vít điều chỉnh áp suất phun dầu. H. 1-18. Cấu tạo của vòi phun 1- Đầu phun; 2- Kim phun; 3- Ốc chụp đầu phun; 4- Chốt; 5- Trục đẩy; 6- Ốc định vị vòi phun vào nắp xylanh; 7- Thân vòi phun; 8- Lò xo; 9- Đai ốc chụp lò xo; 10- Đai ốc vít điều chỉnh áp xuất phun dầu; 11- Nắp đậy; 12- Bạc; 13- Cái lọc khe; 14- Đầu nối ống; 15- Rãnh dầu; 16- Đệm; 17, 19- Mặt côn kín sát; 18- Khoang dầu cao áp; 20- Lỗ phun 1.2.2.4.3.Bơm cao áp: Chức năng: - Nén nhiên liệu tới áp xuất rất cao ( khoảng 100 – 1500 bar ) rồi đẩy đến vòi phun (chức năng nén). - 41 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp - Điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt phù hợp với chế độ làm việc của động cơ ( chức năng định lượng ). - Định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu (chức năng định thời). Đặc điểm kỹ thuật bơm cao áp động cơ D6BR: -Kiểu Bosch A -Thứ tự phun: 1-5-3-6-2-4 -Đường kính piston bơm: 9.5 (mm) -Khe hở đẩy trục cam điều khiển: 0.02-0.06 (mm) -Khe hở giữa thanh răng điều khiển và bánh răng chuyền: +Kích thước tiêu chuẩn: 0.15 (mm) +Kích thước giới hạn: 0.3 (mm) -Bơm cao áp động cơ D6BR có 6 piston bơm được dẫn động băng trục cam. mỗi piston bơm phục vụ cho 1 vòi phun. Vì vậy số xylanh bơm bằng số xylanh động cơ. Ưu điểm: Góc phun sớm được điều chỉnh phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ. kết cấu thân bơm gọn nhẹ, dùng bơm piston ngăn kéo dễ điều chỉnh tuỳ ý lượng nhiên liệu. Nhược điểm:Cấu tạo phức tạp, điều chỉnh và sửa chữa khó khăn. -Bơm cao áp động cơ D6BR có thân bơm, các cặp piston-xylanh, van triệt hồi, trục cam, con đội và cơ cấu xoay piston. Piston và xylanh là 2 bộ phận làm việc cơ bản của bơm, cặp piston-xylanh được chế tạo chính xác bằng thép hợp kim, nhiệt luyện đến độ cứng cao. việc lắp ghép cặp piston-xylanh đòi hỏi chính xác để đảm bảo nhiên liệu không bị rò rỉ. Van triệt hồi và đế van cũng là một cặp lắp ghép đòi hỏi chính xác. - 42 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp  Nguyên lý hoạt động H. 1-19. Cấu tạo chi tiết của bơm cao áp 1- Bi kim; 2- Trục con lăn; 3- Con lăn; 4- Con đội; 5- Bulon; 6- Đế tựa dưới; 7- Piston; 8- Ốc giữ nắp thăm; 9- Lò xo bơm; 10- Ốc xoay piston; 11- Nắp thăm; 12- Vít định vị xylanh; 13- Xilanh; 14, 15- Đế và thân van cao áp; 16- Lò xo valve cao áp; 17- Lỗ hút và xả dầu; 18- Khoang chứa dầu áp suất thấp; 19- Thanh răng- thước nhiên liệu; 20- Vành răng; 21- Ốc hãm vành răng; 22- Thân bơm; 23- Ổ bi; 24- Trục cam bơm cao áp; 25- rãnh định hướng; 26- Vít xả khí. - 43 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-20. Các chi tiết tháo rời của bơm cao áp 1- Lò xo van nén; 2- Van nén; 3- Vỏ bơm; 4- Nắp; 5- Vỏ ổ bi; 6- Giá đỡ; 7- Thanh răng điều khiển; 8- Trục cam; 9- Vỏ điều khiển. H. 1-21. Nguyên lý làm việc của bơm cao áp - 44 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 1-22. Hình ảnh bơm cao áp thực tế Khi piston ngăn kéo 7 ở vị trí thấp nhất, dầu qua lỗ 0 và 01 nạp đầy khoang đỉnh piston. Lúc con đội 4 được cam dầu đội, nó sẽ đẩy piston đi lên, cho đến khi đỉnh piston vừa đậy kín các cửa 0 và 01thì dầu được tăng áp, thắng lực lò xo 16, nâng valve cao áp lên, bắt đầu cung cấp dầu lên ống cao áp, đưa tới vòi phun. Sự cung cấp tiếp tục cho đến khi mép vát điều chỉnh của piston hé mở cửa 01, thì dầu từ trên đỉnh piston theo rãnh dọc, qua ngăn kéo ở đầu piston thoát ra cửa 0 và 01, kết thúc quá trình cung cấp. 1.2.2.4.4 Ống dẫn nhiên liệu. Gồm có ống cao áp và ống thấp áp. Ống cao áp dẫn nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp đến vòi phun, vật liệu chế tạo đòi hỏi phải chịu được áp lực cao. Ống thấp áp dẫn nhiên liệu từ thùng chứa đến bơm cao áp và dẫn nhiên liệu hồi về thùng chứa. 1.2.2.4.5 Lọc nhiên liệu. Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các bộ phận được chế tạo và lắp ráp với độ chính xác rất cao, như : đầu phun, cặp piston xylanh của bơm cao áp, van triệt hồi. Các bộ phận này rất dễ bi hư hại nếu trong nhiên liệu có tạp chất cơ học. Trong dầu có lẫn cả nước, nước lẫn trong nhiên liệu sẽ làm cho nhiên liệu không cháy được lúc phun vào buồng đốt, đồng thời làm cho ti bơm kẹt cứng trong - 45 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp xylanh bơm gây nên gãy hỏng. Bởi vậy nhiên liệu phải được lọc sạch trước khi đến bơm cao áp. H. 1-23. Vị trí các bộ lọc trong hệ thống nhiên liệu a) Lọc sơ cấp. Bầu lọc sơ cấp đặt giữa thùng nhiên liệu và bơm tiếp vận. Lõi của lọc này làm bằng lưới đồng có lỗ thưa khoảng 0,1 mm, bên ngoài lõi lọc có cái cào. Khi ta xoay núm, phía dưới bầu lọc, cào sẽ làm rơi cặn bẩn quanh lõi lọc xuống đáy bầu lọc. Nút xả nước và cặn bẩn bố trí dưới đáy bầu lọc. H. 1-24. Kết cấu bầu lọc sơ cấp - 46 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp b) Lọc thứ cấp. Lõi lọc thứ cấp là những khoanh nỉ dày chồng bên ngoài một ống nhiều lỗ. Nhiên liệu từ bầu lọc sơ cấp vào lỗ D, chui qua lớp nỉ vào ống trung tâm thoát xuống lỗ E đến bơm cao áp. Bên trong rắc co dầu dư trở về có bố trí van dầu tràn. Công dụng của van này là bảo đảm một áp suất tiếp vận tối thiểu buộc nhiên liệu phải chui qua lớp bì lọc cung cấp cho bơm cao áp. Van được cấu tạo gồm một viên bi tròn và lò xo. Nếu khi súc rửa bầu lọc ta đánh rơi hay làm hỏng van này, nhiên liệu sẽ không cung cấp đủ cho bơm cao áp, động cơ giảm công suất thấy rõ. Khi áp suất tăng quá khoảng 0,5 kG/cm2, van mở cho nhiên liệu tràn trở lại thùng chứa. H. 1-25. Kết cấu bầu lọc thứ cấp 1.2.2.4.6 Bơm thấp áp. Bơm thấp áp có nhiệm vụ đưa dầu đốt qua bình lọc tinh tới bơm cao áp. Năng suất của bơm chuyển phải bằng (1,5 – 2 ) lần lượng cung cấp định mức của động cơ. Cột áp được xác định theo vị trí tương đối của bơm thấp áp, bình lọc và bơm cao áp và phải đủ lớn để thắng trở lực đường ống và chủ yếu để tạo ra áp suất thẩm thấu qua lọc. Động cơ D6BR được trang bị bơm thấp áp kiểu piston. - 47 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Ưu điểm: có thể điều chỉnh được áp lực dầu theo yêu cầu. Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp. Cơ cấu điều chỉnh: nếu dịch chuyển thanh răng về phía trước của bộ điều tốc lượng cung cấp nhiên liệu tăng nên và tiến hành ngược lại thì lượng nhiên liệu giảm. 1.2.2.4.7 Bộ điều tốc. Bộ điều tốc dùng trên động cơ D6BR là bộ điều tốc mọi chế độ. nhiệm vụ bộ điều tốc là giữ cho tốc độ quay của động cơ ở một giá trị không đổi cho dù tải của động cơ có thay đổi bất kỳ tức là thay đổi lượng cung cấp nhiên liệu cho phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ. H. 1-26. Bộ điều tốc 1- Bàn đạp; 2- Thanh răng nhiên liệu; 3- Tay đòn; 4- Quả văng; 5- Khớp trượt; 6- lò xo Nguyên lý hoạt động: Đẩy bàn đạp 1 sẽ thay đổi biến dạng ban đầu của lò xo 6. Mỗi vị trí bàn đạp 1 sẽ tương ứng với một tốc độ điều khiển lực ly tâm của quả văng 4 thắng lực lò xo làm quả văng 4 chuyển dịch xa tầm quay và đẩy khớp trượt 5 sang trái đồng thời kéo thanh răng 2 về phía giảm gct, thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ động cơ . - 48 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.5 Hệ thống nạp - xả  Hệ thống nạp- xả (còn gọi là hệ thống thay đổi khí hoặc hệ thống trao đổi khí) có chức năng lọc sạch không khí rồi nạp vào không gian công tác của xylanh và xả khí thải ra khỏi động cơ, các bộ phận cơ bản của hệ thống nạp-xả bao gồm: lọc không khí, ống nạp, ống xả, bình giảm thanh và cơ cấu phân phối khí  Giá trị lực siết Tên thông số Đường kính x bước ren(mm) Lực siết(kgf/m) Bulông ống góp nạp Đai ốc ống góp xả M8x1,25 M10x1,25 1,92,8 4,24,6 1.2.2.5.1 Cấu tạo ống góp nạp H. 1-27. Cấu tạo ống góp nạp 1- Nắp, 2-Đệm lót - 49 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.5.1.2 Cấu tạo ống góp xả H. 1-28. Cấu tạo ống góp xả 1- Ống góp xả; 2- Đệm; 3- Nắp 1.2.5.1.3 Lọc không khí: chức năng lọc sạch không khí trước khi vào buồng đốt. lọc không khí của động cơ D6BR có cấu tạo như hình vẽ H. 1-29. Lọc không khí 1- Thân; 2- Phần tử lọc; 3- Nắp - 50 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 1.2.2.5.4 Cơ cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí có chức năng điều khiển quá trình nạp khí mới vào không gian công tác của xylanh và xả khí thải ra khỏi động cơ. Yêu cầu việc nạp phải đầy. Nghĩa là hệ số nạp phải cao. Việc xả phải sạch. Nghĩa là hệ số khí sót phải thấp. H. 1-30. Cơ cấu phân phối khí 1- Trục cam; 2- Con đội; 3- Đệm; 4- Ống dẫn hướng; 5- Ống chặn trên; 6- Đũa đẩy; 7- Vít điều chỉnh; 8- Đòn gánh; 9- Trục đòn gánh;10- Ổ đỡ trục đòn gánh; 11- Móng hãm; 12- Cone hãm; 13- Vành khuyên hãm; 14- Lò xo xupap; 15- Xupap; 16- Bạc đòn gánh; 17- Đĩa tựa lò xo xupap; 18- Bạc dẫn hướng; a)Xupap Xupap là một loại van đặc trưng ở động cơ đốt trong, có chức năng đóng, mở đường ống nạp và xả. Mỗi xylanh của động cơ D6BR có 1xupap nạp chức năng - 51 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp đóng mở đường ống nạp, 1xupap xả chức năng đóng mở đường ống xả. xupap bố trí theo kiểu treo trong nắp xylanh. Trong quá trình động cơ hoạt động, xupap xả chịu tác dụng thường xuyên của khí thải có nhiệt độ cao, nhiệt độ của nấm xupap xả có thể tới 600-7000C, cho nên nó được chế tạo từ thép hợp kim chất lượng cao. Xupap nạp thường xuyên được làm mát bằng dòng khí mới nên nhiệt độ của nó khoảng 400-5000C .Để tăng cường lưu lượng khí nạp vào buồng đốt, nấm supap nạp lớn hơn nấm xupap xả. b) Đòn gánh Đòn gánh di chuyển lên và xuống bằng lực nâng của cam qua con đội và đũa đẩy làm mở hoặc đóng xupap nạp, xả. Đầu đòn gánh phía đũa đẩy có bố trí 1vít điều chỉnh khe hở nhiệt. c) Đũa đẩy Đũa đẩy được chế tạo bằng thép ống, thành mỏng. ở hai đầu có dạng chỏm cầu. đũa đẩy chuyển động qua lại dọc trong ống dẫn hướng đến đòn gánh. d) Con đội Con đội truyền chuyển động tịnh tiến cho đũa đẩy. Con đội chuyển động quay quanh đường tâm của nó sẽ làm cho mặt tiếp xúc của con đội với cam mòn đều. - 52 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Tên thông số Kích thước tiêu chuẩn(mm) Kích thước giới hạn(mm) Độ cong của đũa đẩy 0,4 Đường kính ngoài con đội 31,0631,10 Đường kính trục đòn gánh 24,0124,08 Đường kính ngoài thân van 8,968,97 8,85 Đường kính trong ống dẫn hướng van -Nạp -Xả 9,049,06 9,079,10 Tải trọng của lò xo(N) -Lò xo trong -Lò xo ngoài 93 240 205 79 Độ dài tự do của lò xo -Lò xo trong -Lò xo ngoài 55,1 58,1 52,1 55,1 Giá trị lực siết bulông đòn gánh Đường kính x bước ren(mm) M8x1,25 M10x1,5 Lực siết(kgf/m) 1,0 3,5 e) Trục cam Trục cam làm bằng thép thường, cổ trục và mặt cam được tôi bề mặt và mài bóng. Biên dạng cam là một đường cong liên tục có đặc tính giảm chấn, sẽ làm giảm va đập theo chu kỳ trên đế xupap và làm tăng độ bền cho trục cam. Tên thông số Kích thước tiêu chuẩn (mm) Kích thước giới hạn (mm) Chiều cao vấu cam - Cam van nạp - Cam van xả 49,547 49,307 49,047 48,807 - 53 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘI XE BUÝT THÀNH PHỐ NHA TRANG 2.1. Phương án lắp đặt hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel D6BR trên xe buýt thành phố Nha Trang. 2.1.1. Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn là hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một loại nhiên liệu thay thế.  Ưu nhược điểm của hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn * Ưu điểm: - Do chỉ sử dụng một loại nhiên liệu thay thế ( Biodiesel, LPG ) nên việc cải hoán hệ thống nhiên liệu diesel ban đầu của xe để sử dụng nhiên liệu thay thế không quá phức tạp. - Việc vận hành, bảo dưỡng sửa chữa đơn giản hơn khi sử dụng lưỡng nhiên liệu. - Giá thành để cải hoán cũng thấp hơn do ít phải thay thế kết cấu ban đầu  Nhược điểm Khó khăn ở khâu tiếp nhiên liệu thay thế, hiện nay trên các tuyến đường chưa có hoặc có nhưng rất ít trạm nhiên liệu thay thế (biodiesel, LPG ), vì vậy làm giảm tính cơ động của xe 2.1.2 Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song. Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song là hệ thống có thể chuyển đổi một cách dễ dàng từ dạng nhiên liệu thay thế sang nhiên liệu diesel và ngược lại trên cùng một động cơ trong quá trình hoạt động  Ưu, nhược điểm  Ưu điểm: - Xe có thể chạy nhiên liệu thay thế hoặc chạy nhiên liệu diesel, vì vậy giải quyết tốt tính trạng tiếp nhiên liệu. - 54 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp - Có thể lựa chọn loại nhiên liệu sử dụng phù hợp với thực tế sử dụng vì vậy vừa đảm bảo tiết kiệm tối đa chi phí cho nhiên liệu đồng thời vẫn đảm bảo tính năng tốt nhất cho xe. Xe có thể chạy ở mọi nơi mà người lái không sợ thiếu nhiên liệu hoặc giá nhiên liệu cao. Nếu xe chạy trong thành phố ta sử dụng nhiên liệu thay thế ( Biodiesel, LPG ) để đảm bảo vấn đề ô nhiễm, còn nếu xe chạy ngoài thành phố có thể chuyển sang sử dụng nhiên liệu diesel để đảm bảo các tính năng tốt nhất của xe. * Nhược điểm - Cấu tạo xe chở nên phức tạp, giá thành chuyển đổi cao - Sử dụng 2 loại nhiên liệu nên ta phải tính toán, điều chỉnh sao cho động cơ làm việc tương đối ổn định ở cả hai loại nhiên liệu, không khác biệt lớn - Nếu van đóng ngắt không tốt gây hiện tượng cả hai loại nhiên liệu cùng vào động cơ. 2.1.3 Lựa chọn giải pháp. Hiện tại ở Thành Phố Nha Trang không có trạm tiếp nhiên liệu thay thế (Biodisel, LPG) nào. Để việc chuyển đổi động cơ xe buýt của Thành Phố sang sử dụng nhiên liệu thay thế có thể trở thành hiện thực với chi phí nhỏ nhất ( xây dựng số trạm tiếp nhiên liệu thay thế ít nhất ) mà không ảnh hưởng đến nhiệm vụ vận chuyển hành khách trong Thành Phố và vùng ven, Tôi chọn phương án cải tạo động cơ để xe có thể sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song. 2.2 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu Biodiesel. So với dầu diesel độ nhớt của biodiesel cao hơn , để tăng hiệu quả kinh tế và hiệu suất động cơ ta nên sấy nóng nhiên liệu. Vấn đề sấy nóng nhiên liệu nhằm mục đích cơ bản là làm giảm độ nhớt của Biodiesel về gần với độ nhớt của diesel nhất, vì vậy một số hỗn hợp của Biodiesel với diesel có độ nhớt gần bằng độ nhớt của diesel nguyên chất như B5, B10, B20,…ta không nhất thiết phải sấy nóng mà có thể dùng trực tiếp như nhiên liệu diesel thông thường. Dưới đây trình bầy sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu sử dụng nhiên liệu biodiesel cho động cơ D6BR - 55 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 2-1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng nhiên liệu Biodiesel 1 – Vòi phun 5 – Bình sấy 2 – Bơm cao áp 6 – Két nhiên liệu Biodiesel 3 – Bình lọc 7 – Van chặn 4 – Van ba ngả 8 – Két nhiên liệu Diesel Nhiên liệu biodiesel từ két 6 qua van chặn tới bình sấy 5, tại đây nhiên liệu biodiesel được sấy nóng đến nhiệt độ quy định, làm độ nhớt của nhiên liệu giảm suống theo yêu cầu sử dụng. Van ba ngả 4 có nhiệm vụ chỉ cho một loại nhiên liệu duy nhất qua nó (diesel hoặc biodiesel) theo yêu cầu sử dụng. Nhiên liệu từ van 4 qua bình lọc 3 để làm sạch, sau đó được bơm cao áp 2 chuyển đến vòi phun 1 để vào buồng đốt. Có nhiếu cách để sấy nóng nhiên liệu trước khi đến vòi phun. Dưới đây trình bầy ba phương pháp thường dùng để sấy nóng nhiên liệu trước khi đến vòi phun trên ô tô. - 56 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.2.1 Bình sấy sử dụng nước làm mát để làm nóng nhiên liệu  Nước làm mát sau khi đi làm mát động cơ có nhiệt độ cao được đưa tới bình chứa nước nóng 2, tại đây nó cấp nhiệt và làm nóng nhiên liệu biodiesel trong ống xoắn ruột gà 1. Nhiên liệu biodiesel sau khi được nước làm mát sấy nóng được đưa tới bơm cao áp. H. 2-2. Sơ đồ nguyên lý bình sấy sử dụng nước làm mát để sấy nóng nhiên liệu 1 - Ống xoắn ruột gà; 2 – Bình chứa nước làm mát; 3 - Nhiệt kế Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng dầu biodiesel, có sử dụng bình sấy nóng nhiên liệu bằng nước làm mát. - 57 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 2-3. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng dầu Biodiesel, có sử dụng bình sấy nóng nhiên liệu bằng nước làm mát 1 – Két nhiên liệu Diesel 7 – Van xả nước sau khi sấy nhiên liệu 2 - Đường cấp nước bổ sung 8 – Bình sấy nhiên liệu 3 – Két nước làm mát 9 – Bình lọc thô 4 - Nhiệt kế 10 – Van ba ngả 5 – Két nhiên liệu Biodiesel 11 – Bình lọc tinh 6 – Van chặn 12 – Nhiên liệu tới bơm cao áp - 58 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.2.2 Bình sấy sử dụng nguồn điện một chiều Tận dụng nguồn điện một chiều của động cơ trong hệ thống khởi động để tạo ra nguồn nhiệt cung cấp cho bộ sấy. Ưu điểm: sấy được lượng nhiên liệu lớn, điều chỉnh nhiệt độ nhiên liệu cần sấy một cách dễ dàng, có thể sấy nóng nhiên liệu trong khoảng giới hạn nhiệt độ rộng. Nhược điểm: tiêu hao điện sử dụng cho việc sấy nhiên liệu Sơ đồ nguyên lý sử dụng nguồn điện một chiều cho bình sấy H. 2-4. Sơ đồ nguyên lý sử dụng nguồn điện một chiều cho bình sấy 1 – Nhiên liệu cần sấy đi vào 6 – Ác qui 2 – Van chặn 7 - Cảm biến nhiệt độ 3 – Van phao 8 – Bình chứa nhiên liệu sấy 4 – Que sấy 9 – Van chặn 5 - Thiết bị điều khiển 10 – Nhiên liệu tới bơm cao áp Nguyên lý hoạt động: Nhiên liệu cần sấy nóng được đưa vào bình chứa nhiên liệu 8, tại đây nhiên liệu được sấy nóng nhờ que sấy 4, que sấy 4 được cấp điện từ ắc qui 6 biến điện năng thành nhiệt năng. Việc cấp điện nhờ vào thiết bị điều khiển 5, cảm biến nhiệt độ 7 có nhiệm vụ cung cấp thông tin về nhiệt độ cho thiết bị điều khiển 5 làm việc, nhiên liệu sau khi được sấy nóng đuợc đưa ra ngoài qua van chặn 9 theo đường 10 tới bơm cao áp - 59 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.2.3 Bình sấy tận dụng nguồn nhiệt khí xả Ưu điểm: Tận dụng được nguồn nhiệt khí xả có sẵn của động cơ, thiết bị chế tạo đơn giản, thời gian sấy nóng nhiên liệu ngắn. Nhược điểm: độ tin cậy không cao, khó điều chỉnh, nhiệt độ khí xả phụ thuộc vào tải của động cơ nên không ổn định. Sơ đồ nguyên lý bình sấy dùng nguồn nhiệt khí xả. H. 2-5. H. 2-5. Sơ đồ nguyên lý bình sấy dùng nguồn nhiệt khí xả 1 – Khí xả từ động cơ 7 - Nhiệt kế 2 – Khí xả ra 8 – Khoang khí xả 3 – Van điều chỉnh lưu lượng khí xả 9 – Bình sấy 4 - Cửa gió 10 – Khí xả ra 5 - Ống nối mềm 11 – Nhiên liệu vào 6 - Quạt gió 12 – Nhiên liệu ra - 60 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động: Khí xả từ động cơ 1 được trích một phần qua van 3 đi làm nhiệm vụ sấy nóng nhiên liệu, nhờ cửa gió 4 dòng khí xả đổi hướng tới ống 5 và đi vào khoang khí xả vào 8 dưới sức hút của quạt gió 6, tại bình sấy 9 xảy ra quá trình trao đổi nhiệt của dòng khí xả nóng chạy ngoài ống và dầu biodiesel chạy trong ống, khí nóng sau khi cấp nhiệt cho nhiên liệu được đưa ra ngoài theo đường 10 tới bơm cao áp. 2.2.4 Lựa chọn Qua trình bầy ở trên ta thấy rất rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp sấy nóng nhiên liệu. Để cho kết cấu của xe không quá cồng kềnh, thao tác đơn giản, độ tin cậy cao, mang tính thẩm mỹ, hiện đại, phù hợp với chức năng vận chuyển hành khách trong nội đô và vùng ven thành phố. Ta nên chọn phương pháp sấy nóng nhiên liệu bằng bình sấy sử dụng nguồn điện 1 chiều. 2.2.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu sử dụng Biodiesel và Diesel song song (H. 2-6 ) Trong tất cả các bộ phận chuyển đổi lắp lên xe, Két nhiên liệu là bộ phận chiếm nhiều không gian nhất. Để tạo mỹ quan và không làm thay đổi nhiều kết cấu của xe, tôi chọn giải pháp tháo két nhiên liệu diesel ban đầu và thay vào vị trí đó hai két nhiên liệu diesel và Biodiesel mới với tỷ lệ thể tích thích hợp. - 61 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu LPG. 2.3.1 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng LPG và diesel song song. Để động cơ có thể sử dụng LPG và diesel song song ta phải cải tiến sao cho chỉ với thao tác chuyển đổi đơn giản, động cơ đã có thể chuyển từ chạy nhiên liệu diesel sang chạy LPG với diesel làm chức năng phun mồi và ngược lại. Nói một cách cụ thể ta phải đưa ra giải pháp kỹ thuật để hệ thống nhiên liệu diesel có thể chuyển từ chức năng phun diesel thông thường sang chức năng phun mồi và ngược lại chỉ bằng thao tác nhấn nút hay gạt cần chuyển đổi. Đồng thời đưa ra giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ. Dưới đây trình bày cụ thể những nội dung đã nêu ở trên. 2.3.1.1 Giải pháp kỹ thuật để hệ thống nhiên liệu diesel có khả năng phun mồi 2.3.1.1.1 Cơ sở lý thuyết. Để tận dụng tối đa các bộ phận của hệ thống nhiên liệu diesel đang sử dụng trên xe buýt, đồng thời hạn chế tối thiểu việc phải lắp đặt thêm nhiều cơ cấu, bộ phận khác làm thay đổi quá lớn kết cấu và tăng chi phí cho việc cải tạo. Ta sử dụng đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi Đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi là đánh lửa được thực hiện bằng sự tự cháy của một lượng nhỏ nhiên liệu diesel phun trước khi piston đến điểm chết trên. Nguyên tắc này giống như ở động cơ diesel, chỉ có khác là việc điều chỉnh công suất được thực hiện bằng cách điều chỉnh thể tích khí ga nạp vào xylanh còn lượng nhiên liệu diesel phun mồi vẫn giữ cố định. Người ta gọi loại động cơ này là diesel-gas hay lưỡng nhiên liệu. Các hạt nhiên liệu diesel phun vào buồng cháy sẽ tự bốc cháy và tạo ra chừng ấy điểm đánh lửa trong hỗn hợp nhiên liệu-không khí. So với hệ thống đánh lửa cổ điển dùng tia lửa điện, người ta thấy hệ thống đánh lửa kiểu này hiệu quả hơn nhiều vì năng lượng do nó toả ra cao gấp nghìn lần so với hệ thống đánh lửa tia lửa điện truyền thống và nó hầu như không phụ thuộc - 62 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp vào sự phân bố hỗn hợp trong buồng cháy. Trong trường hợp đó, sự ra tăng áp suất diễn ra nhanh chóng hơn và hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể. Ở chế độ làm việc ổn định, sự gia tăng áp suất của loại động cơ này tương tự động cơ Diesel. Lượng nhiên liệu phun mồi rất nhỏ, nhỏ hơn cả lượng nhiên liệu cần thiết để duy trì chế độ không tải của động cơ Diesel.  Ưu điểm của đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi - Độ tin cậy khi đánh lửa cao, hiệu quả đánh lửa kéo dài và có thể đánh lửa với bất kỳ độ đậm đặc nào của hỗn hợp với điều kiện là mức độ rối của hỗn hợp ga- không khí đủ lớn. - Dễ dàng chuyển đổi sang lại động cơ Diesel khi có sự cố hệ thống gas. - Hiệu suất nhiệt động học cao.  Nhược điểm của đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi. Tỷ số nén cao làm hạn chế công suất cực đại theo tính chất nhiên liệu khí. Mặc dù khả năng chống kích nổ của LPG cao nhưng nếu tỷ số nén cao hơn mức cho phép sẽ gây hiện tượng kích nổ làm công suất động cơ giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng và gây hư hỏng động cơ . Trong khi đó, việc đánh lửa bằng tia lửa điện cho phép lựa chọn tỷ số nén tối ưu cho từng loại ga sử dụng. Tuy nhiên việc giảm tỷ số nén sẽ dẫn đến việc giảm hiệu suất nhiệt của động cơ. - 63 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3.1.1.2 Giải pháp lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel trên đường cao áp.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel. H. 2-7. Cấu tạo thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel 1 - Cuộn dây 5 - Dầu đến vòi phun 2 – Lõi thép 6 - Dầu hồi 3 – Ty van 7 – Van một chiều 4 - Dầu từ bơm cao áp đến Thiết bị điều khiển lưu lượng dầu gồm ba bộ phận chính: -Ống hình trụ, hai đầu có ren để nối với ống cao áp từ bơm cao áp tới và ống cao áp dẫn tới vòi phun. -Van điện từ có nhiệm vụ đóng mở van để làm thay đổi lưu lượng qua ống. -Ống hồi dầu có nhiệm vụ hồi dầu dư về bơm vận chuyển. Nguyên lý hoạt động: khi không cấp điện, van điện từ đóng, ty van 3 làm cho tiết diện ống tại vị trí đó nhỏ lại, lưu lượng dầu diesel theo đường 5 tới vòi phun ít đi, thực hiện chức năng phun nhiên liệu mồi, do chất lỏng không chịu nén nên áp suất dầu phía 4 tăng nên, khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép, van một chiều 7 sẽ mở ra, hồi dầu theo đường 6 về bơm vận chuyển. Khi cấp điện, cuộn dây 1 tạo ra từ trường hút lõi thép 2 đi lên đồng thời kéo ty van 3 nên, lưu lượng dầu qua ống đến vòi phun trở lại bình thường để thực hiện chức năng của hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel thông thường. - 64 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu có lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường cao áp. H. 2-8. Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu có lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường cao áp. 1- Bình lọc khí ; 2- Hồi dầu ở vòi phun; 3- Vòi phun; 4- Ống cao áp; 5- Bình lọc thô; 6- Bình lọc tinh; 7- két nhiên liệu; 8- Van khoá; 9- nút xả dầu; 10- bơm thấp áp; 11- Ống hồi dầu; 12- Bơm cao áp; 13- Thiết bị thay đổi lưu lượng dầu; 14- Ống dẫn ga. - 65 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động: Bơm 10 hút nhiên liệu diesel từ bình chứa 7 qua lọc thô 5 vào bơm rồi được bơm qua bình lọc tinh 6, tới bơm cao áp 12. Các bình lọc 5 và 6, lọc sạch cặn bẩn lẫn trong nhiên liệu. Bơm cao áp đẩy nhiên liệu đi tiếp đến thiết bị điều khiển lưu lượng 13. Tại đây nếu van điện từ đóng thì chỉ một phần nhỏ nhiên liệu đi tiếp vào đường cao áp 4, tới vòi phun để phun vào buồng cháy động cơ, nhiên liệu dư thừa ở thiết bị điều khiển lưu lượng qua đường hồi dầu 11 trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu 10. Nếu van điện từ mở thì toàn bộ dầu từ bơm cao áp vào đường cao áp 4 tới vòi phun để phun vào buồng đốt, đường hồi dầu 11 chỉ nhận được dầu dư thừa từ bơm cao áp. Một phần nhiên liệu rò rỉ trong vòi phun đi theo đường 2 trở về thùng chứa. Không khí từ ngoài trời qua bình lọc khí 1 vào ống nạp. Tại đây nếu động cơ đang chạy ở chế độ chỉ dùng diesel thì không khí sẽ qua xupap nạp vào buồng đốt, nếu động cơ chạy bằng LPG thì không khí sẽ được hoà trộn cùng vơi LPG từ ống 14, sau đó hỗn hợp khí-gas mới qua xupap nạp vào buồng đốt. Nhược điểm cơ bản của giải pháp này đó là việc lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng trên đường cao áp đòi hỏi phải kín sát, các bộ phận của thiết bị phải chịu được áp suất cao. Mỗi đường cao áp dẫn đến vòi phun đòi hỏi phải lắp đặt một thiết bị điều khiển lưu lượng vì vậy dẫn đến chi phí tốn kém, điều khiển và sửa chữa thiết bị khó khăn, phức tạp. 2.3.1.1.3 Giải pháp lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel trên đường thấp áp.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel trên đường thấp áp. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel trên đường thấp áp cũng giống như thiết bị điều khiển lưu lượng dầu diesel trên đường cao áp. Chúng chỉ khác nhau về vật liệu chế tạo và độ kín sát của các chi tiết cấu thành.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu có lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường thấp áp. - 66 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 2-9. Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu có lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường thấp áp. 1- Bình lọc khí ; 2- Hồi dầu ở vòi phun; 3- Vòi phun; 4- Ống cao áp; 5- Bình lọc thô; 6- Bình lọc tinh; 7- Két nhiên liệu; 8- Van khoá; 9- Nút xả dầu; 10- Bơm thấp áp; 11- Ống hồi dầu; 12- Bơm cao áp; 13- Thiết bị thay đổi lưu lượng dầu; 14- Ống dẫn ga. - 67 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động: Bơm 10 hút nhiên liệu diesel từ bình chứa 7 qua lọc thô 5 vào bơm rồi được bơm qua bình lọc tinh 6, các bình lọc 5 và 6, lọc sạch cặn bẩn lẫn trong nhiên liệu. Nhiên liệu từ bình lọc tinh đi tiếp đến thiết bị điều khiển lưu lượng 13. Tại đây nếu van điện từ đóng thì chỉ một phần nhỏ nhiên liệu đi tiếp đến bơm cao áp 12, lượng nhiên liệu này được bơm cao áp đẩy qua đường cao áp 4 tới vòi phun để vào buồng cháy động cơ, nhiên liệu dư thừa ở thiết bị điều khiển lưu lượng qua đường hồi dầu 11 trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu 10. Nếu van điện từ mở thì bơm cao áp sẽ đẩy lượng dầu như mong muốn từ bình lọc tinh 6 vào đường cao áp 4 tới vòi phun để phun vào buồng đốt, đường hồi dầu 11 chỉ nhận được dầu dư thừa từ bơm cao áp. Một phần nhiên liệu rò rỉ trong vòi phun đi theo đường 2 trở về thùng chứa. Ưu điểm của giải pháp này đó là ta chỉ cần lắp đặt duy nhất một thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường thấp áp đã có thể làm thay đổi lượng dầu phun vào buồng đốt của tất cả 6 vòi phun trên động cơ . - 68 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3.1.1.4 Giải pháp lắp đặt thiết bị điều khiển thanh răng nhiên liệu. Điều chỉnh thanh răng nhiên liệu đồng nghĩa với việc điều chỉnh hành trình có ích của piston bơm cao áp, từ đó dẫn đến việc nhiên liệu vào ống cao áp, tới vòi phun nhiều hay ít. H. 2-10. Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc sử dụng thiết bị điều khiển thanh răng nhiên liệu 1 – Bàn đạp ga: 2 – Thanh răng nhiên liệu; 3 – Tay đòn; 4 – Quả văng ; 5 - Khớp trượt; 6 – Lò xo; 7 - Khớp nối; 8 - Khớp nối; 9 - Khớp nối; 10 - Cần điều khiển Nguyên lý hoạt động: khi động cơ chạy nhiên liệu LPG, lượng dầu diesel phun vào chỉ cần một lượng nhỏ. Ta tác động vào cơ cấu điều khiển 10 kéo tay đòn 7 ăn khớp với khớp 9 đồng thời cắt hẳn bộ điều tốc của động cơ, thanh răng nhiên liệu 2 dịch chuyển qua trái làm cho hành trình có ích của piston bơm cao áp ngắn lại, dầu diesel tới vòi phun ít hơn. Khi động cơ chạy diesel, nhả cơ cấu điều khiển 10, tay đòn 7 ăn khớp với khớp 8, kéo thanh răng nhiên liệu trở về vị trí bình thường, bộ điều tốc nhiều chế độ của động cơ hoạt động bình thường theo chức năng của nó. Nhược điểm của phương pháp: với không gian có hạn của động cơ việc lắp đặt thêm một cơ cấu điều điều chỉnh thanh răng nhiên liệu trở nên khó khăn. Độ chính xác, tin cậy kém, có thể làm hỏng bộ điều tốc nếu cơ cấu điều khiển không ngắt bộ điều tốc dứt khoát. Các chi tiết trong cơ cấu đòi hỏi phải nhỏ gọn , chính xác. - 69 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3.1.1.5 Giải pháp sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu tích phun. H. 2-11. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu kiểu tích phun 1- Bơm ngăn kéo 6- Cần đẩy 2- Trục lệch tâm 7- Trục điều chỉnh 3- Bình tích tụ 8- Cam 4- Lò xo xupap 9- Hộp xupap 5- Xupap phân phối 10- Vòi phun - 70 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Nhiên liệu được nén trong bơm cao áp rồi được cung cấp cho các bình tích phun. Thời điểm bắt đầu cung cấp nhiên liệu ở vòi phun được xác định vào lúc “triệt tiêu” khe hở giữa đầu mút trên của cần đẩy và đuôi xupap. Lượng cung cấp nhiên liệu chu trình được điều chỉnh bằng trục điều chỉnh 7, khi muốn hệ thống nhiên liệu làm nhiệm vụ phun mồi hay làm nhiệm vụ phun diesel bình thường, chỉ cần tác dụng vào trục này. Trên trục có cơ cấu lệch tâm dùng để điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu chung cho tất cả các xylanh. Khi ta quay trục 7 đi một góc xác định nào đó thì khe hở giữa con đội và đuôi xupap sẽ thay đổi, do vậy thời gian nhiên liệu từ bình tích tụ cung cấp cho vòi phun cung thay đổi theo. Thời điểm bắt đầu cung cấp nhiên liệu được thay đổi cùng với thời điểm kết thúc cung cấp (với trị số thay đổi như nhau) nhờ một cam đối xứng có độ nâng lớn nhất trùng với vị trí piston ở điểm chết trên. Để kiểm tra áp suất nhiên liệu trong hệ thống, người ta lắp vào hộp xupap một đồng hồ đo áp suất. Trong hộp có nhiều loại xupap khác nhau: xupap xả, xupap bảo hiểm, xupap đóng, mở hệ thống. Ưu điểm: có thể điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel phun mồi vào buồng đốt nhiều hay ít như mong muốn. Nhược điểm: - Mỗi vòi phun cần lắp đặt một xupap phân phối - Phải lắp đặt thêm một trục cam để mở xupap phân phối và một hệ thống truyền động đến cam, nhằm xác định thời điểm mở xupap này. Kết luận: giải pháp này chỉ nên áp dụng để chế tạo động cơ hoàn toàn mới, có công suất lớn. nếu áp dụng để cải tiến trên xe buýt ít mang tính khả thi do phải lắp đặt thêm nhiều cơ cấu làm cho động cơ trở nên cồng kềnh, phức tạp, chi phí chuyển đổi cao - 71 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3.1.1.6 Giải pháp lắp đặt hệ thống phun nhiên liệu mồi song song với hệ thống phun nhiên liệu diesel có sẵn. H. 2-12. Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu mồi song song với hệ thống nhiên liệu diesel Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: hệ thống cung cấp dầu diesel trên động cơ được chia làm hai hệ thống riêng rẽ, một cho hoạt động của động cơ chỉ sử dụng diesel và một cho hoạt động của động cơ sử dụng LPG và diesel làm nhiên liệu phun mồi. Nhiên liệu diesel phun mồi đầu tiên được cung cấp đến bộ phận bơm, bao gồm bình lọc, điều hoà áp suất và một bơm phun nhiên liệu mồi loại piston dẫn động bằng điện. Bơm phun nhiên liệu mồi làm áp suất nhiên liệu mồi tăng nên xấp xỉ 1000 bar. Nhiên liệu sau khi phân bố qua hệ thống ống cung cấp chung có áp suất cao đến vòi phun trên nắp xylanh. Thời điểm và khoảng thời gian phun nhiên liệu mồi được điều khiển bằng điện. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel thông thường, bơm cao áp được dẫn động bằng cam. Từ bơm cao áp, nhiên liệu có áp suất cao đi đến lò xo tải của vòi phun, tất cả được thiết kế theo tiêu chuẩn của động cơ diesel. - 72 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Ưu nhược điểm của giải pháp: Hệ thống làm việc với độ tin cậy cao, mang tính hiện đại. Giải pháp này chỉ nên áp dụng để chế tạo động cơ hoàn toàn mới, nếu áp dụng để cải tiến trên xe buýt ít mang tính khả thi do phải thay đổi và lắp đặt thêm nhiều bộ phận và hệ thống điện điều khiển bơm phun nhiên liệu mồi đắt tiền vì vậy giá thành để chuyển đổi sẽ cao. 2.3.1.1.7 Lựa chọn giải pháp phun mồi Qua phân tích 5 giải pháp kỹ thuật cải hoán hệ thống nhiên liệu diesel để hệ thống có khả năng thực hiện chức năng phun mồi nhiên liệu được được trình bày ở trên, tôi lựa chọn giải pháp kỹ thuật lắp đặt thiết bị điều khiển lưu lượng dầu trên đường thấp áp giữa bơm cao áp và bình lọc tinh, để lắp đặt trên động cơ D6BR sử dụng trên xe buýt thành phố Nha Trang. Giải pháp này phù hợp với cấu tạo của loại động cơ D6BR, mang tính hiện đại và độ tin cậy cao, đồng thời chi phí để lắp đặt so với các giải pháp khác thấp, ít phải thay đổi kết cấu ban đầu của hệ thống nhiên liệu vì vậy khách hàng sẽ cảm thấy hài lòng hơn. 2.3.1.2 Giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ Cho đến nay, hệ thống phun nhiên liệu khí vào đường nạp nhờ độ chân không tại cổ góp nạp được dùng phổ biến nhất. Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang được nghiên cứu áp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là hệ thống phun nhiên liệu ở dạng khí hoá lỏng ngay trước soupape nạp. Hệ thống này có ưu điểm là ngăn chặn sự bốc cháy của hỗn hợp trên đường nạp, hiệu suất của động cơ được nâng cao và mức độ phát ô nhiễm giảm đi rõ rệt. LPG có thể cung cấp cho động cơ ở dạng khí hay dạng lỏng. Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khí là sự đồng nhất hoàn toàn của hỗn hợp gas-không khí và tránh hiện tượng ướt thành đường nạp bởi nhiên liệu lỏng, hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp. Điều này cho phép giảm được mức độ phát sinh ô nhiễm. Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quá trình điều khiển dài và sự cung cấp gas liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ không khí / gas. Đặc biệt là giai đoạn quá độ của động - 73 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp cơ. Cũng cần nhấn mạnh thêm rằng công suất động cơ giảm đi khoảng 8% do tổn thất lượng không khí nạp do khí gas chiếm chỗ. Hệ thống cung cấp LPG bằng cách phun ở dạng lỏng cho phép sử dụng ưu thế của LPG để hạn chế những nhược điểm trên đây. Ưu điểm của việc phun LPG lỏng là tạo khả năng kiểm soát được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vì vậy có thể áp dụng các biện pháp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phát ô nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quá độ. Sự bốc hơi LPG làm giảm đáng kể nhiệt độ khí nạp do đó làm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khác, màng nhiên liệu lỏng bám trên đường nạp không đáng kể gì so với khi động cơ làm việc với xăng. Điều này thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phát sinh HC. Tuy nhiên, việc sử dụng vòi phun thay vì họng khuyếch tán do làm giảm thời gian tạo hỗn hợp và mật độ nhiên liệu cung cấp dẫn đến sự không đồng nhất của hỗn hợp và do đó có nguy cơ làm tăng nồng độ CO trong khí xả. - 74 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp 2.3.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp LPG với phương pháp tạo hỗn hợp LPG-không khí kiểu khuyếch tán. a) Giải pháp kỹ thuật lắp đặt họng khuyếch tán (họng venturi) giữa cổ góp nạp và bình lọc không khí. Khi động cơ đang từ chế độ chạy nhiên liệu diesel chuyển sang chạy LPG với diesel làm chức năng phun mồi thì chân ga điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel vào động cơ cho phù hợp với tải ở động cơ diesel không còn tác dụng. Vì vậy ta cần lắp đặt thêm một số cơ cấu khác nối với chân ga để điều chỉnh lượng nhiên liệu LPG vào động cơ cho phù hợp với tải. Để thực hiện được nhiệm vụ này ta cần lắp đặt đặt một họng khuyếch tán, trên đó có bố trí bướm ga, bướm gió, một lỗ chạy không tải dưới bướm ga. Họng khuyếch tán này được lắp đặt giữa cổ góp nạp của động cơ và bình lọc không khí. Để thực hiện việc lắp đặt này ta có thể sử dụng một trong hai phương án. Thứ nhất, sử dụng nguyên một bộ chế hoà khí cũ của động cơ nào đó có công suất tương đương. Phương án thứ hai là chế tạo một họng khuyếch tán hoàn toàn mới. Để chủ động trong công việc, khỏi mất công tìm kiếm chế hoà khí cũ phù hợp với công xuất động cơ, tránh cồng kềnh, tạo mỹ quan chỗ lắp đặt thêm họng khuyếch tán. Tôi chọn giải pháp chế tạo một họng khuyếch tán hoàn toàn mới. H. 2-13. Cấu tạo họng khuyếch tán 1- Bướm ga; 2- Lỗ chạy không tải - 75 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp b) Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG. H. 2-14. Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG 1- Bình chứa LPG; 2- Van an toàn; 3- Van chặn; 4- Bình lọc; 5 - Bộ giảm áp-hoá hơi; 6 - Ống mềm; 7- Van an toàn; 8- Van điện từ; 9 - Đường không khí vào; 10 - Bộ trộn; 11 - Ống góp nạp; 12 - Buồng đốt; 13 – Cụm nạp - xuất; 14- Ống dẫn nước sau khi làm mát động cơ đi vào; 15- Ống dẫn nước đi ra đến Radiator Khí hoá lỏng LPG ở trạng thái lỏng trong bình chứa có áp xuất từ 6 – 8 bar, dưới áp suất này khi mở van chặn 3, LPG lỏng được dẫn đi theo đường ống cao áp, qua lọc 4, đến bộ giảm - hoá hơi, tại đây LPG lỏng được chuyển thành hơi với áp suất gần bằng áp suất khí quyển. Sau đó theo kỳ hút động cơ, hơi LPG được hút vào bộ trộn hỗn hợp LPG - không khí và đi vào buồng đốt. Ở bộ giảm áp hoá hơi, quá trình giảm áp hoá hơi diễn ra rất nhanh và thu nhiệt rất nhiều gây ra hiện tượng đóng băng trên thành khoang. Ống dẫn nước vào 14 và ống dẫn nước ra 15 đảm bảo - 76 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp cung cấp một lượng nước sau khi đi làm mát động cơ đủ lớn tuần hoàn trong khoang bù nhiệt của bộ giảm áp hoá hơi để chống lại hiện tượng đóng băng trên thành khoang. Các van an toàn 2 và 7 tự ngắt và đóng mạch LPG khi có sự cố. Van điện từ 8 dùng đóng hoặc mở mạch LPG khi sử dụng. c) Vị trí lắp đặt bộ trộn nhiên liệu LPG - không khí. Chức năng chính của bộ trộn là tạo ra tỷ lệ nhiên liệu LPG và không khí thích hợp đưa vào buồng đốt của động cơ. Lưu lượng khí nạp là một trong những thông số rất quan trọng khi lắp đặt bộ trộn.  Bộ trộn nhiên liệu LPG lắp trước bướm ga Cách bố trí này, hỗn hợp được đặc trưng bởi sự điều phối nhiên liệu LPG bị tác động bởi các vật cản như phần tử lọc gió, hình dáng hình học của họng khuyếch tán. Tuy nhiên, có thể thực hiện việc dẫn nhiên liệu LPG qua một lỗ ngang ngay trong họng khuyếch tán. Như vậy, hỗn hợp nhiên liệu LPG - không khí có tính đồng nhất cao. Điều khiển một cách đơn giản lượng hỗn hợp vào buồng đốt nhờ độ mở của bướm ga. H. 2-15. Sơ đồ lắp bộ trộn LPG trước bướm ga 1- Bình lọc không khí ; 2- Họng khuyếch tán; 3- Bộ trộn; 4- Bướm ga; 5- Lỗ chạy không tải; 6- Bích nối với cổ góp nạp  Bộ trộn nhiên liệu LPG lắp sau bướm ga. - 77 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Thông tin về lưu lượng khí ở bộ trộn được xử lý bởi bộ bốc hơi là hàm của ba thông số: áp suất tĩnh tương đối trong bình lọc không khí, áp suất tương đối trong họng khuyếch tán và sức hút tải trọng của động cơ. H. 2-16. Sơ đồ lắp bộ trộn LPG sau bướm ga 1- Bình lọc không khí; 2- Họng khuyếch tán; 3- Bướm ga; 4- Bộ trộn; 5- Lỗ chạy không tải; 6- Bích nối với cổ góp nạp.  Lựa chọn: Dựa vào những ưu nhược điểm của hai cách lắp đặt bộ trộn ở trên tôi lựa chọn giải pháp lắp đặt bộ trộn nhiên liệu LPG trước bướm ga. d) Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống.  Bình chứa và cụm nạp - xuất (LPG Tank and Multi Valve) Nhiên liệu LPG trên ô tô thường được nén trong bình chứa với áp suất khoảng 10 bar. Bình chứa nhiên liệu khí thường có dạng trụ và có 2 đầu hình bán cầu. Đôi khi bình chứa cũng có dạng hình xuyến. Dạng bình chứa này giống hệt bánh xe, thường được sử dụng đối với động cơ lưỡng nhiên liệu vì nó có thể đặt vào không gian của bánh xe dự trữ. Nhìn chung, trọng lượng của bình chứa lớn vì phải chế tạo bằng thép dày khoảng vài mm để đảm bảo an toàn cho ô tô và hành khách đặc biệt là khi xảy ra tai - 78 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp lạn. Ngày nay, trên thế giới có một số nước tiên tiến như: Nga, Mỹ, Nhật…đã bắt đầu sản xuất và sử dụng loại bình chứa LPG bằng nhựa tổng hợp – Plastic có lõi là lưới thép. Loại vật liệu này rất nhẹ dễ sử dụng và vận chuyển, nhưng hiện nay giá thành tương đối cao. Trước khi xuất xưởng các bình chứa LPG đều phải qua thủ tục thử nghiệm, kiểm tra và chứng nhận đạt yêu cầu an toàn như đối với các loại bình chứa có áp suất cao thông thường khác. Ở Pháp bình chứa LPG trên ô tô phải qua thử nghiệm hai bước: bước đầu dưới áp xuất tĩnh 30 bar, bước thứ 2 thử va chạm (50km/h và dừng) ở áp suất 11 bar trong bình chứa. LPG được nạp vào bình tại trạm nạp, thông qua chi tiết đầu nạp (Refulling Point) đặc chế. Trên thế giới thông thường có hai dạng: vặn vào bằng ren hoặc bằng cần ép để nối với đường ống nạp của trạm nạp, khi nạp LPG chỉ được phép nạp vào 80% dung tích bình chứa, phần thể tích còn lại để dự trữ cho áp suất bão hoà của pha hơi có thể có, do ảnh hưởng của nhiệt độ bên ngoài. H. 2-17. Thùng nhiên liệu LPG Trên đường nạp vào còn có van ngược và van khoá bằng tay. Van ngược có tác dụng chỉ cho gas đi theo một chiều vào bình mà không cho gas thoát ra bằng đường nạp này. Van khoá tay có tác dụng đóng của nạp một cách chủ động, rất cần thiết trong trường hợp cần bảo dưỡng van ngược và đầu nạp đặc chế, chi tiết này được chế tạo trên một cụm. Cũng trên cụm này có đường xuất gas ra khỏi bình chứa và có các van an toàn như: van xả tự động khi gas nạp vào đầy quá mức cho phép hoặc sự tăng quá áp suất bão hoà hơi do nhiệt độ tăng đột ngột, van đóng tự động khi dòng gas thoát ra với tốc độ nhanh (khi xảy ra sự cố), van khoá bằng tay đường - 79 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp xuất gas ra khỏi bình để có thể cô lập gas lỏng trong bình khi cần sửa chữa bảo dưỡng hệ thống. Các chi tiết này được chế tạo trên chung một cụm gọi là cụm nạp - xuất nhiên liệu LPG. Cụm nạp xuất thường có hình tròn và chế tạo cùng một đồng hồ chỉ thị mức LPG lỏng trong bình. Nó được chia thành các mức 0…1/4…2/4…3/4…4/4. Cụm nạp xuất của tất cả các hãng đều được bảo vệ trong hộp sắt kín, có mắt kính trong suốt để đọc chỉ thị mức LPG ở pha lỏng trong bình. Nắp hộp có thể tháo được và có gờ để đặt roong cao su cho kín, trong hộp này có đường dẫn gió vào và dẫn gió ra độc lập. Đường thông gió ra được đưa xuống gầm xe, để đề phòng trường hợp có rò rỉ ở cụm nạp xuất hoặc những giọt LPG có thể đọng lại ở họng nạp sau mỗi lần nạp LPG, được gió thổi ra ngoài và không tích tụ trong khoang hành lý của xe gây nguy hiểm. H. 2-18. Cụm van nạp xuất  Ống dẫn LPG áp suất cao. Đường ống dẫn LPG từ bình chứa đến bộ giảm áp – hoá hơi là đường ống chịu áp suất cao tối đa đến 2,4Mpa, nên thường nó được chế tạo bằng đồng thau có đường kính từ 6 – 8 mm. Nó có thể được uốn cong cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Đường ống được lắp đặt dưới gầm xe, cách xa đường ống xả của xe.  Bộ giảm áp - hoá hơi(Pneumatic LPG Reducer) - 80 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 2-19. Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp-hoá hơi 1 – Vít điều chỉnh; 2 – Van định lượng ; 3 – Màng cao su tổng hợp; 4 – Đòn bẩy ; 5 - Đường LPG đến bộ trộn; 6 – Van điện từ; 7 – Màng cao su tổng hợp; 8 – Lò so; 9 – Đòn bẩy; 10 – Van giảm áp; 11 - Đường nạp nhiên liệu LPG Bộ giảm áp – hoá hơi có nhiệm vụ chuyển đổi nhiên liệu LPG ở trạng thái lỏng sang trạng thái hơi trước khi đưa vào bộ trộn và điều khiển lưu lượng nhiên liệu LPG đưa vào động cơ theo các chế độ làm việc. Bộ giảm áp – hoá hơi được chia làm nhiều ngăn nhờ các màng chắn đặc biệt. Nhiệt độ cần thiết cho hoá hơi LPG được cung cấp nhờ nước nóng đi từ đường ra của nước làm mát động cơ. LPG lỏng ở áp suất bình chứa di chuyển qua các van an toàn đến họng nạp 11 và vào buồng giảm áp (A) thông qua van giảm áp 10. Tại đây áp suất LPG giảm suống còn khoảng 0,45 – 0,65 bar. Bình thường với áp suất cao, dòng LPG lỏng sẽ mở van giảm áp 10 đi vào bên trong buồng A. Khi áp suất bên trong buồng A gia tăng tới một giá trị quy định, nó sẽ đẩy màng cao su 7 dịch chuyển xuống dưới, nén lò xo 8 và làm cho van giảm áp đóng lại thông qua đòn bẩy 9, ngăn không cho nhiên liệu LPG đi vào buồng (A) khống chế áp suất theo quy định do sự cân bằng áp suất buồng A và lò xo 8 cũng như diện tích chịu áp trên và dưới của màng 7. - 81 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp Để cung cấp nhiệt độ cho LPG giãn nở, nước từ hệ thống làm mát động cơ được tuần hoàn bao quanh buồng (A). Sau khi qua buồng (A), nhiên liệu tiếp tục đi vào buồng (B) thông qua van định lượng 2. Buồng này được thông với bộ trộn đặt trên họng khuyếch tán và hơi nhiên liệu LPG được hút vào bộ trộn khi động cơ hoạt động. Màng cao su 3 trong buồng B được di chuyển lên xuống nhờ áp suất nạp, sự dịch chuyển này làm cho đòn bẩy 4 mở van định lượng 2 để hơi nhiên liệu LPG đi từ buồng (A) sang buồng (B). Nếu viêc hút nhiên liệu tăng lên ở bộ trộn, thì lập tức nó sẽ truyền qua buồng (B) và màng cao su 3, cho phép nhiều hơi LPG đi qua van định lượng 2. Ngược lại nếu lực hút ở bộ trộn giảm xuống, do lực đẩy của lò so vít điều chỉnh 1 điều khiển đòn bẩy đóng dần van định lượng 2, giới hạn lượng hơi nhiên liệu LPG đi vào. Khi động cơ ngừng hoạt động, lò xo vít điều chỉnh tác động lên đòn bẩy 4 khoá van định lượng 2, bảo đảm không cho hơi nhiên liệu LPG đi qua van định lượng. Dưới đây là hình ảnh thực tế của bộ giảm áp - hoá hơi: H. 2-20. Hình ảnh thực tế của bộ giảm áp-hoá hơi - 82 - Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp H. 2-21. Sơ đồ