Đề tài Giảm thiểu độc tố trong khí thải động cơ ô tô

ải, bus) thỡ khối lượng và thể tớch bồ húng phỏt sinh trờn cựng quóng đường sẽ gấp 10 lần so với ụ tụ du lịch! Sự tớch tụ bồ húng trờn lừi lọc gõy trở lực trờn đường xả và do đú làm giảm tớnh năng của động cơ (khi tổn thất ỏp suất bắt đầu vượt 100-150 mbar). Cỏc giải phỏp thụng thường là đốt, rung, rửa hay dựng dũng khớ thổi ngược. Đốt bồ húng là phương phỏp được ỏp dụng rộng rói nhất. Thực nghiệm cho thấy sự oxy hoỏ bồ húng bắt đầu với tốc độ thấp ở 3000C và gia tốc ở 4000C trong khụng khớ hay dũng khớ cú chứa 10% oxy. Bồ húng bỏm trờn lọc cú thể bị đốt chỏy hoàn toàn ở nhiệt độ 5400C với điều kiện cú đủ oxy. Nhiệt độ tỏi sinh càng cao, thời gian đốt hoàn toàn bồ húng càng giảm. Nhiệt độ cao của khớ xả cú thể tạo ra nhờ thay đổi chế độ làm việc của động cơ, tiết lưu trờn đường nạp hay thờm những thiết bị phụ như bộ sấy điện trở, vũi đốt, đuốc xỳc tỏcPhương phỏp gia nhiệt khớ thải bằng điện trở khụng mấy triển vọng vỡ đũi hỏi cụng suất điện lớn. Dựng vũi đốt bằng nhiờn liệu Diezel trong đường xả hay đuốc xỳc tỏc để gia nhiệt dường như cú nhiều triển vọng nhất. Hỡnh 4.17 giới thiệu bộ đốt bồ húng để tỏi sinh lọc. Hệ thống này làm việc một cỏch tự động. Trở lực trờn đường xả được đo liờn tục và ghi vào bộ nhớ ECU. Khi ppmax, ECU khởi động vũi đốt. Nhiờn liệu được phun bằng khớ nộn. Ngọn lửa được khơi mào bằng tia lửa điện xuất hiện giữa hai điện cực của bộ đỏnh lửa. ECU cắt nhiờn liệu qua vũi đốt để kết thỳc quỏ trỡnh tỏi sinh khi ỏp suất trờn đường xả nhỏ hơn một giỏ trị định trước. Nguyờn lớ của đuốc xỳc tỏc là phun nhiờn liệu hydrocarbure (lỏng hay khớ) vào bộ xỳc tỏc đặt trong đường xả. Sự toả nhiệt do oxy hoỏ lượng nhiờn liệu này làm tăng nhiệt độ khớ để oxy hoỏ bồ húng. Hệ thống tỏi sinh kiểu đuốc xỳc tỏc chỉ gồm một bộ tạo xỳc tỏc đơn giản do đú giỏ thành hạ. Cỏc nghiờn cứu gần đõy cho thấy một số oxyde kim loại cú khả năng làm giảm nhiệt độ xỳc tỏc bồ húng xuống xấp xỉ nhiệt độ khớ xả khi động cơ làm việc bỡnh thuờng (3500C). Sự Oxy hoỏ graphite trờn oxyde đồng chẳng hạn được biểu diễn bởi hai phản ứng sau: C +2CuO →CO2 +2Cu 2Cu +O2 →2CuO Hỡnh 4-17: Tỏi sinh lọc bằng đốt bồ húng Ngoài ra, cỏc chất hoạt tớnh xỳc tỏc khỏc như Oxide Vanadium V2O5, Oxyde Cobal Co3O4/CoO, Oxyde Cerium CeO2, Oxy kẽm ZnO, Oxyde Nikel NiOcũng cú thể được dựng để chế tạo bộ xỳc tỏc bồ húng. Hỡnh 4-18 giới thiệu quả xỳc tỏc của cỏc chất khỏc nhau đối với bồ húng. Khi động cơ Diezel làm việc với tải trung bỡnh, nhiệt độ khớ xả cú thể đạt đến giới hạn cần thiết cho quỏ trỡnh xỳc tỏc. Trong trường hợp động cơ làm việc ở chế độ tải thấp, cần gia nhiệt thờm cho khớ thải nhưng năng lượng bổ sung thấp hơn nhiều so với cỏc bộ tỏi sinh lọc khỏc. Bộ xỳc tỏc cũn cú tỏc dụng đố những hydrocarbure nặng mà những chất này cú thể thoỏt ra ngoài nếu chỉ dựng lọ bồ húng thụng thường. Dựa vào tớnh chất xỳc tỏc của một số hợp chất hoỏ học người ta cũng cú thể đốt chỏy lớp bồ húng bỏm trờn lừi lọc để tỏi sinh lọc. Chất xỳc tỏc cú thể được trỏng trờn thành lừi lọc hay phun ngay trước lọc. Nú cũng cú thể được pha vào dầu Diezel dưới dạng cỏc chất phụ gia. Những chất này khụng những cho phộp làm giảm nhiệt độ tự chỏy của bồ húng mà cũn làm tăng tốc độ ụxy hoỏ. Hỡnh 4-18: Hiệu quả xỳc tỏc bồ húng. Việc lắp đặt bộ xỳc tỏc ngày trong lọc là tương đối hiệu quả nhất, nhất là trường hợp mà gộp lọc làm bằng sợi gốm hay sợi kim loại. Tuy nhiờn, trong trường hợp đú nú cũng ụxy hoỏ lưu huỳnh chứa trong nhiờn liệu dẫn đến sự phỏt sinh SO3 và axit sunfuric làm giảm tuổi thọ của lọc. Vỡ võy, bộ xỳc tỏc này chỉ cú lợi khi dầu Điezel chứa hàm lượng lưu huỳnh rất thấp. Một kỹ thuật tỏi sinh khỏc là phun hoỏ chất ngay trước khi lọc khi tiến hành quỏ trỡnh tỏi sinh. Phần lớn cỏc hoỏ chất này đều cú hoạt tớnh xỳc tỏc riờng, chỳng kớch hoạt những chất xỳc tỏc đó chứa trong lọc hay làm gia tăng nhiệt độ tạo điều kiện thuận lợi cho bộ xỳc tỏc hoạt động. Việc pha chất phụ gia vào dõu Điezel vừa cú thể làm giảm bồ húng ngay tại nguồn vừa tạo điều kiện thuận lợi để thực hiờn quỏ trỡnh tỏi sinh lọc bằng cỏch giảm nhiệt độ chỏy của bồ húng. Pha chất phụ gia vào nhiờn liệu cho phộp tỏi sinh lọc một cỏch liờn lục, khụng cần tỏc động gỡ đến động cơ hoặc đến lọc. Hỡnh 4-19 giới thiệu dao động của trở lực đường thải và nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của lọc bồ húng trong trường hợp dầu Điezel cú pha chất phụ gia. Hỡnh 4-19: Sử dụng chất phụ gia và tỏi sinh lọc bồ húng Hỡnh 4-20: Tỏi sinh lọc bằng cỏch phun ngược khụng khớ. Tỏi sinh lọc bằng phun ngược khụng khớ cũng được cỏc nhà chế tạo ụ tụ quan tõm. Trong trường hợp đú, lọc gồm 2 lừi được bố trớ song song. Xung khớ nộn được thổi ngược và thay phiờn nhau qua cỏc lừi lọc để làm sạch lớp bồ húng bỏm trờn thành xốp. Bồ húng tỏch ra khỏi lọc được chứa trong khoang bồ húng và được đốt bằng điện trở. Hệ thống thổi khớ ngược gồm 1 van điện tử, vũi phun khớ, bỡnh chứa khớ và mỏy nộn khớ. Áp suất khớ nộn cần thiết khoảng 0,8Mpa. Hệ thống làm việc một cỏch tự động (hỡnh4-20) nhờ hệ thống điều khiển van điện tử và cỏc van tiết lưu trước và sau lọc. Quỏ trỡnh tỏi sinh lọc cú thể thực hiện thường xuyờn hay định kỡ. 4.3.3. Xu hướng trong tương lai. Lọc bồ húng đó và đang được tiếp tụ nghiờn cứu nhằm làm giảm mức độ gõy ụ nhiễm của khớ xả động cơ Diezel. Tuy nhiờn kĩ thuật nay cú được ỏp dụng một cỏch rộng rói trong tương lai hay khụng cũn phụ thuộc vào những tiến bộ liờn quan đến sự phỏt triển của lừi lọc, sự bố trớ hệ thống lọc trờn ụ tụ và sự pỏt triển của cỏc chất phụ gia. Điểm cuối cựng này dường như quan trọng nhất. Trong bất kỡ trường hợp nào, việc sử dụng chất phụ gia trong nhiờn liệu phải thoả món tiờu chuẩn an toàn đối với sức khoẻ con người. CHƯƠNG V: MỘT GIẢI PHÁP LÀM GIẢM ễ NHIỄM MễI TRƯỜNG MỚI LÀ CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIấN LIỆU KHÍ Cỏc giải phỏp kĩ thuật cải thiện quỏ trỡnh chỏy và tăng cường xử kớ trờn đường xả như đó mụ tả ở chương 4 chưa đủ để làm giảm một cỏch triệt để nồng độ cỏc chất ụ nhiễm trong khớ thải động cơ đốt trong. Do đú, để nõng cao hiệu quả của việc chống ụ nhiễm mụi trường do phương tiện vận tải gõy ra, chỳng ta cần tỏc động đến nhiờn liệu: nõng cao tớnh năng của nhiờn liệu truyền thống hoặc sử dụng cỏc loại nhiờn liệu ‘sạch’. Sử dụng nguồn nhiờn liệu khớ để chạy động cơ ngoại việc đa dạng hoỏ nguồn năng lượng cũn gúp phần đỏng kể vào việc giải quyết vấn đề ụ nhiễm mụi trường do động cơ đốt trong gõy ra. Phần A: GIỚI THIỆU VỀ NHIấN LIỆU KHÍ HOÁ LỎNG LPG. Nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng (LPG: khớ dầu mỏ hoỏ lỏng) thường thuộc nhúm hydrocarbure cú 3 hay 4 nguyờn tử C (C3-C4). Loại nhiờn liệu này được phỏt triển và thương mại hoỏ từ những năm 1950. Mấy thập kỉ qua chỳng được dựng chủ yếu cho cụng nghiệp và sinh nhiệt gia dụng. Việc nghiờn cứu sử dụng chỳng cho động cơ đốt trong trờn phương tiện giao thụng vận tải đó bắt đầu trong những năm gần đõy. Tuy việc ỏp dụng loại nhiờn liệu này trờn ụ tụ cần những thiết bị cồng kềnh hơn nhiờn liệu lỏng nhưng nú cho phộp giảm được mức độ phỏt ụ nhiễm và đú chớnh là điểm mà cỏc nhà chế tạo ụ tụ quan tõm nhất hiện nay. 5.1. Trữ lượng LPG và thị trường tiờu thụ. LPG là sản phẩm trung gian giữa khớ thiờn nhiờn và dầu thụ, nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng cú thể thu được từ cụng đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khớ thiờn nhiờn. Vỡ vậy, nguồn gốc khớ hoỏ lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiờn liệu. Núi chung trờn thế giới cú khoảng 40% LPG thu được từ quỏ trỡnh lọc dầu thụ. Sản lượng khớ hoỏ lỏng trờn thế giới năm 1995 là 130 triệu tấn, chiếm 2% tổng năng lượng tiờu thụ dưới cỏc dạng khỏc nhau. Người ta dự kiến trong những năm đầu của thế kỉ 21, tổng sản lượng LPG trờn thế giới sẽ đạt khoảng 200 triệu tấn/năm. Phần lớn lượng khớ hoỏ lỏng thu được hiện nay được sử dụng làm nguồn chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay cụng nghiệp. Lượng khớ hoỏ lỏng làm nhiờn liệu cho ụ tụ đường trường hiện chỉ chiếm một tỉ lệ khiờm tốn: 1% ở Phỏp, 3% ở Mỹ, 8% ở Nhật (hỡnh 5-1). Tuy nhiờn ở một số nước cú chớnh sỏch khuyến khớch sử dụng LPG làm nhiờn liệu cho ụ tụ nhằm mục đớch giảm ụ nhiễm mụi trường thỡ tỉ lệ này rất đỏng kể, chẳng hạn như Hà Lan, í (42%)Cỏc số liệu trờn chưa kể những động cơ trờn cỏc ụ tụ chuyờn dụng sử dụng LPG (chẳng hạn ụ tụ chạy trong sõn bay, xe nõng chuyển, mỏy múc nụng nghiệp). Hỡnh 5.1: Tỉ lệ tiờu thụ LPG ở vài nước tiờu biểu Sự phỏt triển ụ tụ dựng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thộc vào chớnh sỏch bảo vệ mụi trường (hỡnh 5-2). Sự khuyến khớch sử dụng ụ tụ LPG thể hiện qua chớnh sỏch thuế ưu đói của mỗi quốc gia đối với loại nhiờn liệu này. Hỡnh 5-2: Tỉ lệ ụ tụ sử dụng LPG. Ở một số nước Chõu Á, Hàn Quốc và Nhật Bản chẳng hạn để giảm ụ nhiễm mụi trường đụ thị, chớnh phủ cỏc nước này khuyến khớch, tiến tới bắt buộc taxi phải dựng nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng. Hiện nay toàn bộ taxi Hàn Quốc đều dựng loại nhiờn liệu này. Hỡnh 5-3: Thành phần LPG tiờu biểu 5.2. Đặc tớnh nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng. 5.2.1. Thành phần hoỏ học. Theo tiờu chuẩn Chõu Âu, nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng phải cú từ 19 đến 50% hydrocarbure C3 (propane và propylốne). Ở Chõu Á, thành phần nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng khỏ ổn định, chứa chủ yếu là hydrocarbure C4, chẳng hạn như ở Hàn Quốc chỉ cú butane là khớ hoỏ lỏng được sử dụng chớnh thức. Ngược lại ở Mĩ thỡ chỉ cú hydrocarbure C3 được sử dụng. Hỡnh 5-3 so sỏnh thành phần nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng của Phỏp và Mĩ. Cũng cần nhấn mạnh thờm rằng nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng chứa rất ớt lưu huỳnh. Thường nú chỉ chứa từ 40ữ60ppm, thấp hơn rất nhiều so với tiờu chuẩn Cộng đồng Chõu Âu (200ppm). Do đú, động cơ dựng LPG phỏt rất ớt cỏc chất ụ nhiễm gốc lưu huỳnh và hiệu quả của bộ lọc xỳc tỏc được cải thiện. 5.2.2. Lớ tớnh. Nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng cú nhiệt trị riờng theo khối lượng (PCIm) cao, cao hơn cả xăng hay dầu Diezel (bảng 5-1). Tuy nhiờn do khối lượng riờng của nú thấp, nhiệt trị riờng theo thể tớch (PCI) thấp hơn nhiờn liệu lỏng. Bảng 5-1: So sỏnh LPG và cỏc loại nhiờn liệu cổ điển Thụng số đặc trưng Eurosuper Diezel Propane thương mại Butane thương mại LPG Khối lượng riờng (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) -theo thể tớch (MJ/dm3) 42,7 32,0 42,6 35,8 46,0 23,5 45,6 26,4 45,8 25,0 5.2.3. Chỉ số Octane. Nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng được đặc trưng bởi chỉ số octane nghiờn cứu (RON) cao, cú thể dễ dàng đạt đến 98. Bảng 5-2 giới thiệu RON của cỏ loại khớ khỏc nhau. Chỉ số octane động cơ (MON) của LPG cũng cao hơn xăng. Bảng 5-2: Chỉ số octane của một số chất Chất RON MON Propane Propốne n-Butane Isobutane But-1-ốne But-2-ốne >100 102 95 >100 (98) 100 100 85 92 99 80 83 5.3. Sử dụng LPG trờn ụ tụ. Cú hai dạng động cơ sử dụng nhiờn liệu khớ hoỏ lỏng hiện nay. Dạng thứ nhất nguyờn thuỷ là động cơ xăng, được lắp đặt thờm hệ thống cung cấp nhiờn liệu đặc biệt để làm việc với LPG. Dạng thứ hai là động cơ đỏnh lửa cưỡng bức được thiết kế để dựng nhiờn liệu LPG. Trong cả hai trường hợp, nguyờn lớ cũng như kết cấu của hệ thống cung cấp nhiờn liệu cho ụ tụ cú những đặc điểm giống nhau. Phần sau đõy sẽ trỡnh bày những cải tạo kĩ thuật khi chuyển động cơ đỏnh lửa cưỡng bức dựng nhiờn liệu lỏng sang dựng nhiờn liệu khớ. 5.3.1. Cải tạo hệ thống đỏnh lửa. Cú hai dạng đỏnh lửa, mỗi dạng cú những ưu nhược điểm riờng. 5.3.1.1. Đỏnh lửa bằng tia lửa điện. Dạng đỏnh lửa này được ỏp dụng cho động cơ ụ tụ và động cơ cụng nghiệp cú cụng suất trung bỡnh. Bougie gồm cực trung tõm và một hay bốn cực chung quanh nối liền với thõn mỏy. Khoảng cỏch giữa cỏc điện cực được chỉnh cẩn thận (thường là 0,3 đến 0,4mm tuỳ theo loại bougie) sao cho đảm bảo được hiệu quả đỏnh lửa cao nhất. Đối với động cơ ga dựng cho ụ tụ, hệ thống đỏnh lửa giống như hệ thống đỏnh lửa của động cơ xăng nguyờn thuỷ. 5.3.1.2. Đỏnh lửa bằng cỏch phun nhiờn liệu mồi. Đỏnh lửa được thực hiện bằng sự tự chỏy của một lượng nhỏ nhiờn liệu lỏng phun trước khi piston đến ĐCT. Nguyờn tắc này giống như ở động cơ Diezel, chỉ cú khỏc là việc điều chỉnh cụng suất được thực hiện bằng cỏch điều chỉnh thể tớch khớ ga nạp vào xi lanh cũn lượng nhiờn liệu lỏng phun mồi vẫn giữ cố định. Người ta gọi loại động cơ này là Diezel-gas hay lưỡng nhiờn liệu (Dual-fioul). Phương phỏp này chỉ được ỏp dụng cho động cơ cụng nghiệp cụng suất lớn (lớn hơn 1000kW). Cỏc hạt nhiờn liệu lỏng phun vào buồng chỏy sẽ tự bốc chỏy và tạo ra chừng ấy điểm đỏnh lửa trong hỗn hợp nhiờn liệu-khụng khớ. So với hệ thống đỏnh lửa cổ điển dựng tia lửa điện, người ta thấy hệ thống đỏnh lửa kiểu này hiệu quả hơn nhiều vỡ năng lượng do nú toả ra cao gấp nghỡn lần so với hệ thống đỏnh lửa bằng tia lửa điện truyền thống và nú hầu như khụng phụ thuộc vào sự phõn bố hỗn hợp trong buồng chỏy. Trong trường hợp đú, sự gia tăng ỏp suất diễn ra nhanh chúng hơn và hiệu suất động cơ được cải thiện đỏng kể. Phõn tớch đường cong ỏp suất cho thấy ở chế độ làm việc ổn định, sự gia tăng ỏp suất của loại động cơ này tương tự động co Diezel. Lượng nhiờn liệu phun mồi rất nhỏ, nhỏ hơn cả lượng nhiờn liệu cần thiết để duy trỡ chế độ khụng tải của động cơ Diezel. Vũi phun vỡ vậy khụng được làm mỏt đầy đủ nờn cần phải lưu ý hiện tượng kẹt kim phun. Tỉ số nộn của động cơ lưỡng nhiờn liệu cũng được lựa chọn vừa đủ để đảm bảo nhiờn liệu phun mồi tự bốc chỏy nhưng khụng làm tự chỏy hỗn hợp ga-khụng khớ để trỏnh hiện tượng chỏy kớch nổ. Tỉ số nộn thụng thường là 13 đối với động cơ cú đường kớnh xi lanh D=150mm; 11,5 đối với động cơ cú D=250mm và 10,5 đối với động cơ cú D=500mm. 5.3.1.3. So sỏnh hai phương phỏp đỏnh lửa. Ưu điểm của phương phỏp lưỡng nhiờn liệu là: - Độ tin cậy khi đỏnh lửa cao, hiệu quả đỏnh lửa kộo dài và cú thể đỏnh lửa với bất kỳ độ đậm đặc nào của hỗn hợp với điều kiện là mức độ rối của hỗn hợp ga-khụng khớ đủ lớn. - Dễ dàng chuyển đổi sang lại động cơ Diezel khi cú sự cố hệ thống ga. Hiệu suất nhiệt động học cao. Nhược điểm của phương phỏp lưỡng nhiờn liệu là tỉ số nộn cao làm hạn chế cụng suất cực đại theo tớnh chất nhiờn liệu khớ, trong khi đú việc đỏnh lửa bằng tia lửa điện cho phộp lựa cho tỉ số nộn tối ưu cho từng loại ga sử dụng. Tuy nhiờn việc giảm tỉ số nộn sẽ dẫn tới việc giảm hiệu suất nhiệt của động cơ. 5.3.2. Hệ thống cung cấp nhiờn liệu. Cho đến nay, hệ thống phun nhiờn liệu khớ vào đường nạp nhờ độ chõn khụng tại họng Venturi được dựng phổ biến nhất. Tuy nhiờn, những hệ thống phun nhiờn liệu mới đang được nghiờn cứu ỏp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là hệ thống phun nhiờn liệu ở dạng khớ húa lỏng ngay trước soupape nạp. Hệ thống này cú ưu điểm là ngăn chặn sự bốc chỏy của hỗn hợp trờn đường nạp, hiệu suất của động cơ được nõng cao và mức độ phỏt ụ nhiễm giảm đi rừ rệt. LPG cú thể cung cấp cho động cơ ở dạng khớ hay dạng lỏng. Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khớ là sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp ga-khụng khớ và trỏnh hiện tượng ướt thành đưũng nạp bởi nhiờn liệu lỏng, hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiờp. Điều này cho phộp làm giảm được mức độ phỏt sinh ụ nhiễm (từ 30 đến 80% so với động cơ xăng nguyờn thuỷ). Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quỏ trỡnh điều khiển dài và sự cung cấp ga liờn tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ khụng khớ/ga, đặc biệt là giai đoạn quỏ độ của động cơ. Cũng cần nhấn mạnh thờm rằng cụng suất động cơ giảm đi khoảng từ 5 đến 8% do tổn thất lượng khụng khớ nạp do khớ ga chiếm chỗ. Hệ thống cung cấp LPG bằng cỏch phun ở dạng lỏng cho phộp sử dụng ưu thế của LPG để hạn chế những nhược điểm trờn đõy. Ưu điểm của việc phun LPG lỏng là tạo khả năng kiểm soỏt được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vỡ vậy cú thể ỏp dụng cỏc biện phỏp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phỏt ụ nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quỏ độ. Sự bốc hơi LPG làm giảm đỏng kể nhiệt độ khớ nạp do đú làm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khỏc, màng nhiờn liệu lỏng bỏm trờn đường nạp khụng đỏng kể gỡ so với khi động cơ làm việc với xăng. Điều này thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phỏt sinh CmHn. Tuy nhiờn việc sử dụng vũi phun thay vỡ bộ chế hoà khớ do làm giảm thời gian tạo hỗn hợp và mật độ nhiờn liệu cung cấp dẫn đến sự khụng đồng nhất của hỗn hợp và do đú cú nguy cơ làm tăng nồng độ CO trong khớ xả. 5.3.2.1. Bộ chế hoà khớ. Cú nhiều dạng bộ chế hoà khớ dựa trờn nguyờn tắc ống Venturi. Sau đõy chỳng ta sẽ nghiờn cứu một số dạng chớnh. Bộ chế hoà khớ dạng màng. Hỡnh 5.4 thể hiện sơ đồ mặt cắt của một bộ chế hoà khớ dạng màng. Khi dừng động cơ, van C đúng đồng thời đường vào khụng khớ và ga dưới tỏc dụng của lũ xo R. Màng M chịu ỏp suất của khớ nạp ở một bờn cũn bờn kia, chịu ỏp suất sau họng venturi được truyền qua nhờ bốn lỗ F. Khi lưu lượng khụng khớ tăng dần, van xa dần khỏi đế, tạo ra một tiết diện lưu thụng cho bởi lừi định dạng O. Biờn dạng của lừi này được xỏc định theo nhiệt trị của nhiờn liệu. Bộ phận này cho phộp đạt được hỗn hợp cú thành phần khụng đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ. Sự điều chỉnh tinh được thực hiện nhờ tỏc động vào hai bộ phận sau: - Bộ gión nở trờn đường ga cho phộp điều chỉnh ỏp suất ga-khụng khớvà tỏc động lờn độ đậm đặc của hỗn hợp chủ yếu ở chế độ tải thấp. - Bướm V tạo ra một tổn thất ỏp suất thay đổi và tỏc động chủ yếu khi cụng suất động cơ đạt cực đại. Hỡnh 5-4: Bộ chế hoà khớ dạng màng Bộ chế hoà khớ dạng van modul hoỏ. Hỡnh 5-5 biểu diễn mặt cắt của bộ hoà khớ kiểu van modul hoỏ. Khớ ga được hỳt vào phớa sau bướm sau khi modul hoỏ lưu lượng nhờ một bộ định lượng. Khi sử dụng hệ thống này trờn cỏc động cơ khỏc nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng và gicleur tiờu chuẩn. Hệ thống này co phộp động cơ làm việc lưỡng nhiờn liệu xăng và ga, bộ chế hoà khớ xăng được lắp phớa trước họng ga. Hỡnh 5-5: Bộ chế hoà khớ dạng Hỡnh 5-6: Họng Venturi van modul hoỏ vạn năng 3. Họng Venturi vạn năng. Họng Venturi vạn năng (hỡnh 5-6) được thiết kế để dựng cho bộ chế hoà khớ hỗn hợp. Nú giống như một chiếc đệm và cú thể được lắp đặt ở bất cứ nơi nào trờn đường nạp: - Giữa bầu lọc giú và bộ chế hoà khớ xăng. - Ở đế chế hoà khớ, phớa trước bướm ga. Hỡnh 5.7: Tạo hỗn hợp bằng cỏch dẫn khớ ga vào họng bộ chế hoà khớ nguyờn thuỷ Ống ga đặt thẳng vào họng. Dạng cải tạo này dựng họng Venturi nguyờn thuỷ của động cơ xăng. Ga được một ống dẫn tới vựng chõn khụng của họng (hỡnh 5-7) ống cú thể dẫn theo đường trục của chế hoà khớ hay vuụng gúc với đường trục bằng cỏch khoan xuyờn qua thành bộ chế hoà khớ. Hệ thống cung cấp nhiờn liệu kiểu Venturi trờn ụ tụ hiện đại. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiờn liệu khớ nhờ độ chõn khụng tại họng ống Venturi trờn ụ tụ hiện đại được trỡnh bày trờn hỡnh 5-8. LPG được nộn trong bỡnh chứa với ỏp suất từ 7ữ10 bar sau đú được gión nở và bay hơn đến một ỏp suất nạp thấp hơn ỏp suất khớ trời. Nhờ độ chõn khụng tại họng, LPG được hỳt vào đường nạp. Lưu lượng LPG cung cấp được khống chế bởi bộ phận gión nở và độ chõn khụng ở ống Venturi. Với bộ chế hoà khớ hiện đại, lưu lượng LPG được điều khiển bởi một bộ vi xử lý chuyờn dụng. Hệ thống cung cấp nhiờn liệu này đi kốm với ống xả xỳc tỏc là giải phỏp rất lớ tưởng để làm giảm ụ nhiễm. Tuy nhiờn, việc nạp nhiờn liệu dưới dạng khớ ảnh hưởng xấu đến hệ số nạp làm giảm cụng suất và momen động cơ so với động cơ cựng cỡ chạy bằng nhiờn liệu lỏng. Hỡnh 5-8: Hệ thống cung cấp nhiờn liệu kiểu ống Venturi trờn ụ tụ hiện đại Hỡnh 5.9: Cung cấp ga bằng soupape ga 5.3.2.2. Cung cấp ga trực tiếp nhờ soupape ga. Đối với động cơ ga cụng suất lớn, ga thường được cung cấp bởi một soupape đặc biệt được đặt trước cửa nạp hay ngay trong xi lanh (hỡnh5.9). Soupape này cú thể điều khiển bởi một cỏnh tay đũn hay bởi một xi lanh thuỷ lực. Soupape ga được mở trễ hơn một chỳt so với soupape nạp để trỏnh thất thoỏt ga ra đường xả trong giai đoạn trựng điệp. Lượng ga nạp vào được điều chỉnh nhờ thời gian mở soupape ga hay độ chờnh ỏp giữa ga và khụng khớ. 5.3.2.3. Phun nhiờn liệu. Nhiờn liệu LPG cú thể được cung cấp bằng hệ thống phun vào cổ gúp (phun tập trung) hay phun vào trước soupape nạp của tưng cylindre (phun riờng rẽ). Áp suất nhiờn liệu trước vũi phun của hai kiểu phun này đề cao hơn ỏp suất khớ quyển. Nhiờn liệu phun vào đường nạp động cơ cú thể dưới dạng khớ hay lỏng, trong đú phun nhiờn liệu dạng lỏng cú nhiều hứa hẹn nhất. Hỡnh 5.10 trỡnh bày sơ đồ hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG (phun nhiờn liệu dưới dạng lỏng) của động cơ lưỡng nhiờn liệu (LPG và xăng). Nhiờn liệu LPG dưới dạng lỏng từ bỡnh nhiờn liệu được hỳt nhờ một bơm chuyển và duy trỡ ỏp suất dư trờn đường ống khoảng 5 bar để trỏnh sự bốc hơi. Nhiờn liệu sau đú được đưa qua bộ lọc và bộ điều ỏp trước khi dẫn đến vũi phun. Vũi phun được một bộ vi xử lý chuyờn dụng điều khiển một cỏch tự động. Bộ vi xử lý này nhận phần lớn cỏc tớn hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiờn liệu xăng đó cú và được bổ sung thờm những thụng tin đặc thự khỏc của hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG. Hỡnh 5.10: Hệ thống phun nhiờn liệu LPG dưới dạng lỏng Hệ thống phun LPG lỏng cải thiện rất đỏng kể tớnh năng của động cơ cả về hiệu suất cũng như mức độ phỏt sinh ụ nhiễm. Cụng suất và momen tăng do tăng hệ số nạp cũn suất tiờu hao nhiờn liệu giảm do điều chỉnh tốt lượng nhiờn liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ. 5.3.3. Lắp đặt hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG trờn ụ tụ. Ngày nay, phần lớn cỏc hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG được lắp đặt trờn cỏc ụ tụ thụng dụng hay taxi nguyờn thuỷ được thiết kế để dụng nhiờn liệu xăng. Thụng thường cỏc ụ tụ này cú lắp bộ xỳc tỏc 3 chức năng. Do kết cấu kĩ thuật như vậy, cỏc động cơ phải làm việc với hỗn hợp chỏy hoàn toàn lớ thuyết khụng phõn biệt loại nhiờn liệu sử dụng. Ở một số vựng trờn thế giới chẳng hạn ở vài nước Chõu Á, chớnh quyền sở tại khuyến khớch, và đụi lỳc bắt buộc sử dụng LPG nờn một số nhà chế tạo đó sản xuất ụ tụ chuyờn sử dụng loại nhiờn liệu này. Hiện nay, những ụ tụ LPG thường được lắp đặt trờn taxi cũng như cỏc xe tải nhỏ, tầm hoạt động của chỳng thường giới hạn trong thành phố hay ven đụ. Dĩ nhiờn là ụ tụ tải đường trường cũng cú thể được thiết kế để sử dụng LPG. Tuy nhiờn dạng ỏp dụng này thường ớt được phổ biến do giỏ thành cao. Người ta cú thể chết tạo mới hoàn toàn động cơ sử dụng LPG hoặc cải tạo động cơ đó cú sẵn. Hướng thứ hai này rẻ tiền hơn tuy nhiờn động cơ phải được cải tạo rấ nhiều vỡ đa số xe tải dựng động cơ Diezel. Do tỡnh hỡnh ụ nhiễm mụi trường do giao thụng vận tải gõy ra trong thành phố ngày càng trở nờn trầm trọng nờn ở một số thành phố lớn, người ta khuyến khớch sử dụng LPG trờn cỏc phương tiện vận tải cụng cộng cho dự giỏ thành đầu tư ban đầu của chỳng cũn cao. 5.3.3.1. Hệ thống bốc hơi-gión nở LPG. LPG được chứa dưới dạng lỏng vỡ vậy cần làm bố hơi trước khi đưa vào động cơ. Năng lượng cần thiết cho sự bốc hơi này do hệ thống nước làm mỏt cung cấp. Trong nhiều trường hợp, sự bốc hơi và gión nở được thực hiện trong một bộ phận duy nhất, đú là bộ bốc hơi-gión nở (hỡnh 5-11). Nguyờn lớ làm việc của bộ phận này như sau: Ga lỏng được cung cấp dưới ỏp suất khoảng vài bar phụ thuộc vào nhiệt độ lưu trữ và được hỳt vào lỗ A và van thứ nhất B. Trong khoang đầu tiờn C thực hiện đồng thời sự bốc hưoi và gión nở so bộ đến ỏp suất khoảng 0,7 bar. Khoang này được cấp nhiệt bởi hệ thống làm mỏt động cơ D. Sự gión nở tiếp theo được thực hiện nhờ van E đến ỏp suất định trước phụ thuộc vào ỏp suất chuẩn do lỗ F tạo ra. Hỡnh 5-11: Hệ thống bộc hơi gión nở LPG Để khởi động dễ dàng khi động cơ ở trạng thỏi nguội, lưu lượng khớ ga được gia tăng nhờ mở van ở tầng thứ hai do một nỳt điều khiển bằng tay G hay một chốt điện tử điều khiển từ xa. Hiện nay phổ biến trong thương mại là phương phỏp tạo hỗn hợp bằng bộ chế hoà khớ. Cỏc trang bị chế tạo sẵn để cải tạo động cơ xăng sang động cơ LPG gồm: bỡnh chứa LPG, bộ bốc hơi-gión nở được sấy núgn bởi trớch nước làm mỏt từ động cơ và bộ hỗn hợp dạng Venturi. Lưu lượng ga được khống chế đồng thời bởi bộ gión nở và hệ thống điều chỉnh lượng nhiờn liệu điện tử thụng qua cỏc thụng tin cần thiết để điều chỉnh lượng xăng. 5.3.3.2. Bỡnh chứa nhiờn liệu. Nhiờn liệu LPG trờn ụ tụ thường được nộn trong bỡnh chứa dưới ỏp suất khoảng 10 bar. Bỡnh chứa nhiờn liệu khớ thường cú dạng trụ và hai đầu hỡnh bỏn cầu. Đối khi bỡnh chứa cũng cú dạng hỡnh xuyến (hỡnh 5-12). Dạng bỡnh chứa này giống hệt bỏnh xe, thường được sử dụng đối với động cơ lượng nhiờn liệu vỡ nú cú thể đặt vào khụng gian của bỏnh xe dự trữ. Hỡnh 5-12: Cỏc dạng bỡnh chứa nhiờn liệu LPG Nhỡn chung, trọng lượng của bỡnh chứa lớn vỡ phải chế tạo bằng thộp dày khoảng vài mm để đảm bảo cho ụ tụ và hành khỏch đặc biệt là khi xảy ra tai nạn. Ở Phỏp bỡnh chứa LPG trờn ụ tụ phải qua thử nghiệm hai bước: bước dầu dưới ỏp suất tĩnh 30 bar; bước thứ hai thử va chạm (50km/h và dừng) ở ỏp suất 11 bar trong bỡnh chứa. Bố trớ hệ thống cung cấp nhiờn liệu LPG trờn ụ tụ được trỡnh này trờn hỡnh 5-13. Hỡnh 5-13: Bố trớ cỏc hệ thống trờn ụ tụ LPG 5.4. Tổng hợp kinh nghiệm về ụ tụ dựng LPG. Sử dụng LPG làm nhiờn liệu cho động cơ núi chung là rất cú lợi khụng những về tớnh kinh tế mà cũn làm giảm rất rừ rệt mức độ ụ nhiễm mụi trườn