-1-

MỞ ĐẦU
Hin nay, s n giao thông và thit b ng lc trang b
diesel u này dn s cn kit nhanh ngun
nhiên liu truyn thng và gây ô nhim ng trm trng. Mt khác, tiêu
chun v khí ththì ngày càng ngt nghèo.
Vì vy, cn nghiên cu và s dng các loi nhiên liu thay th có m
phát thc hi th mt mt gim ô nhing, mt khác có th
p phn nhiên liu truyn th thiu ht. Trong các loi nhiên
liu thay th  dng, LPG là nhiên liu có ti
c các yêu cu trên.
S d tn dt v hiu
sut cao cng ng thi gim phát thic bit là phát thi khói bi,
thành phn phát thi quan trng và rt khó x lý c. Vì vy,  tài
Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện
hànhc tin.
i. Mục đích nghiên cứu của đề tài
c kh  dng LPG làm nhiên liu thay th trên các
      ng c  
kinh t, k thut và phát thi cng nhiên liu
LPG/diesel.
  c gii pháp chuy   n hành sang chy
ng nhiên liu LPG/diesel.
ii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
ng nghiên ci di 
AVL 5402 trang b h thng phun nhiên liu kiu tích áp (common Rail) và
 h  
c s dng ph bin trên các xe khách ti Hà Ni.
Vic nghiên cu và thc nghic thc hin trong phòng thí nghim
ti Phòng thí nghit trong, Ving li

LPG/diesel.
- c ng ca t l LPG và góc phun s
kinh t, k thut và phát thi ca n hành s dng
nhiên liu LPG/diesel, t a chc các giá tr hm bo s hài

- i pháp kh thi chuyn hành sang s
dng nhiên liu LPG/diesel.
- Góp phn gi
x
n phát thi quan trng
và khó x lý, gim s ph thuc vào nhiên liu truyn thnh
ng trong vic nghiên cu ng dng nhiên liu thay th 
tin giao thông s dt trong.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặc điểm của LPG
(Liquefied Petroleum Gas).


4
H
10
)
và bropan (C
3
H
8




1.1.3.2 Tình hình sản xuất LPG ở Việt nam
Hin nay,  Vit Nam có th tm chia ra 4 cm khai thác khí quan trng:
 ng bng Bc B, vùng bin Cu Long, vùng bi và
thm la Tây Nam hà máy lc du Dung Qut,
Dinh C vi tng sng trên 600.000 tn cho nhu cu s dng LPG trong
c.
1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong
Vi sc ép v bo v ng cng vi m ca LPG là sn
phm cháy sch và có nhing cao nên LPG c s dng khá rng rãi
làm nhiên liu thay th ng t trong. Theo các thng kê, trên toàn
th gii hin có khong 13 triu xe ô tô chy LPG. Trong , phn ln là xe
s dng ng bc ic nghiên cu s dng LPG
 ng  diesel    c bit quan trng v gim ô nhim môi
ng nên hin nay  rt c quan tâm.
 Vit Nam, theo quy hoch phát trin giao thông vn t
 
diesel có th trên 1,5 triu chic. u
kin thun li cho vic nghiên cu s dng LPG làm nhiên liu thay th 
gim tiêu th nhiên liu truyn thng và bo v ng.
1.2.1 Sử dụng LPG cho động cơ đốt cháy cưỡng bức
1.2.1.1 Đặc điểm kết cấu động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức
m kt cu chung cng bc hoàn toàn
  khác  h thng cung cp nhiên liu và to hn
hp. Các nhà nghiên c ra rc thit k
 s a sm tng gim mt chút
-4-

so v u sut, công sut và gim sut tiêu hao
nhiên liu. Vic chuygin và r
tin, ch cn trang b thêm h thng cung c

c hòa trn  trng thái lng vi diesel  c phun
       t cháy nh nhiên liu diesel t cháy.
h hai rt phc tp nên c s dcác ng
 LPG/diesel hin nay s dng ph bin ng
np cng  to hn hp c vi không khí.
 Vit Nam, vic nghiên cu s dng nhiên liu LPG/diesel trên
c quan tâm nhi
T c hi u s dng khí hoá lng cho xe buýt thành
ph vì mo v u s dng
-5-

nhiên liu LPG/diesel cho xe buýt 22 ch trang b t qu
nghiên cu cho thy s dng nhiên liu LPG/diesel gic chi phí
nhiên liu chung và gi khói ca xe. Tuy nhiên, nghiên cu này
mi  m vi t l LPG thay th thng ca
t l LPG thay th c tính kinh t, k thut và phát thi ca xe.
1.2.2.2 Đặc tính làm việc và phát thải của động cơ LPG/diesel cấp LPG vào
ống nạp
Các công trình nghiên cu s dng nhiên liu LPG/diesel c thc
hin trên các mdiesel khác nhau vu kin vn hành và thí
nghi l nhiên liu khí LPG khác nhau và có các kt qu 

a) Đặc điểm quá trình cháy
Goldsworthy và Negurescu  ra r l propan thay th thì
thi gian cháy tr ca phn nhiên liu diesel phun ln th nht chút.
Tuy nhiên, t cháy sau khi phun ln th m
cháy chính din ra s t và áp sut ci
y ch vi nhiên liu diesel.
Tuy nhiên, Lata và cng s nghiên cli ch
ra kt qu c li  t l LPG thay th nh. K l LPG thay th t

i s gii thích là propan cháy có nhi n ng
c
V phát thng nhiên liu khí-diesel nói chung hay
LPG/diesel nói riêng, hu ht các nhà nhiên cu ch ra rng phát thi HC
 l nhiên liu khí thay thc bit là  ch  ti nh. Phát
thi HC  ti tht nhiu so vi phát thi HC  ti cao khi cùng t
l nhiên liu khí. Tuy nhiên, Negurescu li báo cáo HC gim trong kt qu thí
nghim ca mình  ch  toàn t l LPG.
V phát thi CO, Goldsworthy cho thy  l propan thì phát thi
. Kt qu  c khnh trong nghiên c
ng nhiên liu LPG/diesel ca Lata và cng s và nghiên c  
ng nhiên liu khí thiên nhiên-diesel ca Papagiannakis.
e) Nghiên cứu giảm phát thải
 ci thin phát thi, mt s nhà nghiên c sung H
2
ng
np cùng LPG. H
2
c tính cháy nhanh và cháy kit s giúp m rng gii
hn cháy cho hn h ci thin quá trình cháy nhiên liu
diesel và LPG.
1.3 Kết luận
Vic s dng LPG làm nhiên liu thay th t trong có ý
c và thc tin cao. ng  diesel, vic s dng LPG làm
nhiên liu thay th theo cách s dng ng nhiên liu LPG/diesel c quan
tâm nht. u công trình nghiên cu v vic s dng ng nhiên liu
này trên các  các nhn xét v c tính
làm vic và phát thi cng  c tóm rt 
- V hing kích n: xy ra khi t l LPG thay th t quá n
trên 50%.

tính kinh t, k thut và phát thi c c các nhân t
ng, cung cp s li cho vic nghiên cu thc nghi
chuyn hành sang chy LPG/diesel.

 tài này, tác gi s nghiên cu lý thuyt v s dng ng nhiên
li trang b h thng phun nhiên liu
diesel kiu tích áp (common
rail) u khi n t.
Vic cung cng nhiên
li  c thc
hin vi vic cung cp và
to hn hp LPG-không khí
 ng ng np, còn
nhiên liu diesel c phun
trc tip vào hn hng
nht LPG-không khí trong
xilanh  cui quá trình nén.
Hình 2.2 Sơ đồ phân vùng hỗn hợp trên 1 tia phun
2.2 Đặc điểm quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong động cơ LPG/diesel
2.2.1 Quá trình cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp trong xilanh
S phân b nhiên lic khi s cháy xy ra gm
3 vùng (hình 2.2): Vng diesel cao, vùng hn hp
c c-LPG-không khí và vùng hn hp nhng nht ca
LPG- không khí.

2.2.2 Quá trình cháy
Tn ti 4 vùng trong quá trình cháy (hình 2.3)
cháy; vùng cháy khuych tán, vùng cháy lan tràn màng la, vùng hn hp
ng nha LPG-không khí.








25,0
95.2


 dài tia nhiên liu  dng ht, d:
dt
P
S
br
a
hat
25,0
95,2












Vùng hn hng nh
Vùng cháy khuych tán
Vùng cháy lan tràn màng la
Màng la
-9- Hình 2.4 Sơ đồ phân bố nhiên liệu diesel trong tia phun
2.4.2 Mô hình cháy và tỏa nhiệt
2.4.2.1 Thời gian cháy trễ
Thi gian cháy tr tính theo góc quay trc khunh theo công
th:

2.4.2.2 Tốc độ cháy và tỏa nhiệt của nhiên liệu diesel và LPG
a) Tốc độ cháy của nhiên liệu trong vùng tia phun

b) Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG-không khí bên ngoài tia phun
Mô hình cháy lan tràn màng la kiu ri c áp d tính toán t
cháy và ta nhin này.
















       c gii b   p
Newton-Raphson c các thành phn mol y
1
, y
2
, y
3
, y
4
, y
5
, y
6
, y
7
, y
8
, y
9
,
y
10
, y
11
y, ti mi thm ng vi mu kin nhi và áp sut


 12.4

0.63



= 
1







+ 1

.






 
1







+1

Các ht nhiên liu diesel
O
x
y
2b

u diesel
S
hat
S
hoi
S

-10-

ca chu trình nhiu có th c thành phn mol ca các
thành phn sn vt cháy  u kin cân bng hóa hc.
2.4.3 Mô hình nhiệt động
S i khng ca mi vùng dm
i
bng tng khng nhn vào
và ma nó:

Th tích môi cht V trong xilanh bng tng th tích ca các vùng V
i
:
































n
i
i
i
i
n
i
i
i
i
c
VR
V
Pdt
dx
um
dt
dR
Tm
dt
dQ
Pc
R
t
x
um
t
R
Tm
t

pf
pf
bi
11
1
/
d
d
d
d
d
d
)(
d
d
d
d

d
d
d
d

2.4.4 Mô hình truyền nhiệt
n nhit t khí th trong xilanh ra thành bu
np xilanh, piston và lót xilanh  :

 
wicwii
TTAQ 


=1





+




+







= 


+




=1







+ 



+ 



= 

+ 





= 



+ 



 





+



 







+ 



 










cre
gascrecre
crevicegas
TPv
V
QT
MPV
RT
MVP
m 


ng hn hp khí và HC không cháy:


d
dp
RT
MV
dt
dm
m
w
gascre
crevicegas
.
1






b) Sự ôxi hoá HC phía sau màng lửa
 
   







RT
E
OHCAC
dt
HCd
ba
R
exp
2

2.4.5.2 Mô hình hình thành phát thải CO
T phn ng tc tính theo công thc:
 
 
 
 




4
4
1
1
2
11
12
K
R
K
R
dt
NOd



2.4.5.4 Mô hình hình thành phát thải rắn
Khng b hóng :




=

,



,

ng nhiên liu LPG/diesel gim mt chút so vi ch
ling tiêu hao nhiên liu LPG gim do nhit tr thp ca LPG
(46 MJ/kg) lt tr thp ca diesel (42,5 MJ/kg). T l thay th
LPG càng cao thì sut tiêu hao nhiên liu s càng gim.
b) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến suất tiêu thụ năng lượng
 dng nhiên liu LPG/diesel vi các t l LPG khác
nhau  t trên 2400v/ph sung gim nhiu.  t
3000v/ph t l LPG thay th 10%, 20%, 30%, 40%, 50% su
ng ging là 2,8%; 5,4%, 7.71%, 11,7% và 12,28%.

,

= 

.
,
.
0,5


,



,

= 

.



-13-

2.5.2.2 Ảnh hưởng của LPG đến nồng độ phát thải
a) Phát thải HC
Vic tính toán mô phc thc hin  t nh mc n=3000 v/p
vi các ch  ti 25%, 50%, và 100% tnh mc vi các t l LPG thay
th i t n 10%, 20%, 30%, 40% và 50%  mi ch  ti. Kt
qu cho thy,  tt c các ch  t l LPG thay th, ng
phát th ch  ti càng nh 
m l LPG thay th.
Kt qu tính toán phát thi NO
x
c thc hin  ch  toàn
ti vi các t l LPG thay th và t khác nhau.
b) Phát thải NO
x

Kt qu tính toán phát thi NO
x
, cho th l LPG thay
th thì n  phát thi NO
x
càng     ng h
nhiên liu.
c) Phát thải CO
Kt qu tính toán phát thi CO, cho thy khi  l LPG thì n
phát thi CO gim so vng hu.
d) Phát thải rắn (Soot)
Kt qu tính toán phát thi Soot, có th thy k l LPG thì phát

xilanh động cơ
Khi gim góc phun sm so vi nguyên thy, kt qu t t
gim, gim 4
0
TK thì giá tr  gim 7,19%. y, có th kt lun khi
-14-

   dng nhiên liu LPG/diesel thì nên gim góc phun sm
diesel và  t  2000vg/ph, 100% ti nên la chn góc phun sm gim
4
0
TK.
2.6 Kết luận
T kt qu mô phng có th rút ra các kt lun 
- S dng nhiên liu LPG/dng  diesel giúp gi
k sut tiêu hao nhiên liu tng và sut tiêng cng  so
vi khi s dn liu.
- S dng LPG/diesel giúp gi k phát thi khói bi (Soot, PM ca
ng 
- Nghiên cu mô ph c ng ca áp sut phun
n các ch tiêu kinh t k thut và phát thi cng ánh giá
c ng ca t l LPG thay th n c tính kích n và rung cng
  xác c t l LPG thay th ti 

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ
LPG/DIESEL
3.1 Giới thiệu chung
Nghiên cu thc nghim s dng nhiên lic thc
hin trên hai dc ng AVL-5402 trang b h thng

-16-

B u khin cung cp nhiên li    c thit k, ch to
(Hình 3.5) gm các khi mch: Khi ngun, khi ghi nhn tín hiu t cm
bin, khi vi x lý, khu khiu chp hành và khi kt ni vi máy
tính.
  u khin
trong vi x c vit bng
ngôn ng lp trình C trên
phn mm CodeVisionAVR.
   hin th các
thông s ca các cm bin và
u ch ng nhiên liu
  i th m
phun, bt tt các công
tc, B u khin ELC phi
 u khin t máy tính. Vi giao din xây dng trên phn mm cho
i thc hic các thông s theo mt ra và giao
din kt ni vi x lý v   c lp trình trên phn mm Borland
Delphi.
Khi vi x lý ELC, mt trong nhng khi chính ca b c th hin
c thit k bao gm các khi x lý tín hiu
 lý loi Atmega 32 ca hãng Atmel, mch to xung nhp
ng thch anh bên ngoài và mch reset vi x lý khi bu cp ngun
cho vi x lý. Vi vi x lý trang b trên mu khin
lp trình các thut toán nhn tín hiu t cm bin và t u
u khiu chp hành mt cách hp lý và phù hp vi yêu cu.

Hình 3.15. Sơ đồ khối vi điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG
3.2.2 Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong HT LPG

nghiu khin th công trc tip trên giao din phn
mm này theo các ch  c
3.3 Kết luận
Vic thit k và ch to thành công b u khin cung cp LPG (ELC)
nghiên cu có kh u chng cung cp LPG phù hp
vi các ch  làm vic ct ra  quan trng
cho vic thc hin các nghiên cu thc nghim sâu v s dng nhiên
liu.
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thử nghiệm
4.1.1 Mục đích thử nghiệm
Vic th nghim s dng nhiên liu LPG/diesel 
diesel trang b các h thng cung cp nhiên liu   nhm
, k thut và phát thi và s làm vic nh ca
    d ng nhiên liu LPG/diesel vi t l LPG thay th
diesel là ln nhc bit s u mô
ph i hn kích n và s  l
-18-

LPG thay th.
4.1.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm
ng th nghim diesel trang b h thng phun nhiên liu
diesel kiu tích áp -5402) diesel trang b h thng
cung cp nhiên liu kiu truyn thng  trên xe khách.
Nhiên liu th nghim là        nh
c cha trong bình cha vi áp sut 7bar có t l v th
tích ca propan/butan là 50/50.
4.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm
Vic th nghi-c thc hin trên h thng b
th t xilanh là mt cm các h thng riêng bit kt hp li

c iu chng   ch  nh mc khi chy vi
-19-

LPG/diesel bng ng n liu dieselai
lch v mômen trên toàn di tc  luôn nh  i vi 3 giá tr áp
sut 1bar, 1,5bar và 2bar.
b) Ảnh hưởng của áp suất phun đến thành phần phát thải
c vn hành  t 2000vg/ph, 100% ti. Nhiên liu s dng
ng nhiên liu LPG/diesel vi t l khác nhau và vi các áp
sut LPG 1bar, 1,5bar và 2bar. Nt cách tng hp, ng
ca áp sun c im phát thi ci áp sut là
1,5bar cho kt qu tso vi  các giá tr áp sut 1bar và 2bar. C th vi
áp sut phun LPG 1,5bar, phát thi HC, NO
x
thp nht.
c) Ảnh hưởng của áp suất phun đến đặc tính cháy
Nghiên cc thc hin  100% ti vng
nhiên liu vi t l LPG 16%  các giá tr áp sut khác nhau. Kt qu 
 cho thy,  có quá trình cháy hiu qu nht, áp sut phun
LPG ci theo ch  làm vic c
hài hòa , k thut và phát thng
 áp sut phun 1,5bar là phù hp  100% ti.
4.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến phát thải
Quá trình nghiên cu th nghic thc hin  ch  100% ti. Tc
t i t ng thi,  các ch 
th nghim b các t l  
ng hp s du diesel. T l c tính thông qua t
l diesel b ch  th nghim cùng mômen.
Khi càng  l LPG thì n phát thi NO
x

nên la chn gim 4
0
TK so vi góc phun sm t
s dng hoàn toàn diesel.
4.3 Thử nghiệm trên động cơ diesel trang bị hệ thống cung cấp nhiên
liệu truyền thống (động cơ D1146TI)
H thng cung cp LPG c thng phun liên t
ng phun LPG ph thuc vào tit din l phun và chênh lch áp suc
và sau vòi phun. Trong h thng cung cc mua ca hãng Chip IT 
ng kính l phun ci trong quá trình
làm vic  chênh áp qua vòi phun c iu chnh t ng theo ti, tc
là khi ti cao thì áp sut c c t ng iu ch
    ng cp LPG. Tuy nhiên, m 
không nhiu.
4.3.1 Nội dung thử nghiệm
  ng cng LPG thay th diesel)
n phát thi và nh t l LPG thay th ln nht.
nh góc phun sm diesel t.
4.3.2 Kết quả thử nghiệm và thảo luận
4.3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn giclơ
Có 5 long kính 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6mm và v trí lp vòi
phun ngay c góp nKhi th nghim m
c tính công suc duy trì .
Kt qu th nghim  100% ti vi ng nhiên liu LPG/diesel cho thy
ng phát th, phát thi không nhiu vi các
t l cung cp LPG khác nhau ng v  n
quan trng nht trong khí th
x
 a khí thi
ng ging CO

thi ng 10,2% và 11,7%, CO
2
gim 5,8%, NO
x
gim
c bing cht thi ht PM gi ti gn 20%.
4.3.2.3 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm khi sử dụng
lưỡng nhiên liệu LPG/diesel
Quá trình th nghim c tin hành  t 2200vg/ph, 100% ti, vi
 5. Khi s dng nhiên liu diesel thì góc phun sm t9
0
TK.
i góc phun sm so vi góc phun sm nguyên thng 
2
0
TK và 5
0
TK, gim 3
0
TK và 5
0
TK.
Ki góc phun sm, công sut, mômen và sut tiêu hao nhiên liu
i ít theo c hai chim. Vi góc phun sm gim
3
0
TK so vi góc nguyên thy, hng phát tht giá tr thp nht,
phát thi HC gim khong 9%, phát thi NO
x
gim 13,76%.

-22-

4.4.2 Hiệu chỉnh lượng nhiên liệu, góc phun sớm và chạy thử động cơ
sau khi lắp đặt hệ thống LPG
4.4.2.1 Điều chỉnh lượng nhiên liệu
u ch ng nhiên liu diesel tlà
80% u khi s dng LPG/diesel.
4.4.2.2 Điều chỉnh góc phun sớm
c  ch  không ti khi chy diesel
sm u chnh ltheo chiu gim góc phun sm theo mong mun
vi LPG/diesel.
4.4.2.3 Kiểm tra và đánh giá hệ thống cung cấp LPG sau lắp đặt
Sau khi l t tin hành kim tra các mi lp ghép, các mt kim loi
trong quá trình lp ghép, kim tra hing rò r ga và ct ch  làm
viu chnh áp sut phun LPG cho phù hp.
4.4.2.4 Vận hành đánh giá
Sau khi kim tra h thng cung cm bo không rò r, các b phn
ho       c lt h thng cung cp LPG
c chy th nghi  c nh ca
h thu kin vn hành thc tc vu kin
 các ch  hong nh (t nh) và ch  chuyn ti
gim t). Trong tt c các ch  làm vic nh và chuyn tip, xe hot
  ng không có khác bit so vi khi s d   u
diesel.

4.5 Kết luận
Qua nghiên cu thc nghi       h thng
phun nhiên liu tích áp và h thng nhiên liu truyn thng có th rút ra các
kt lun sau:
- Vic phun LPG và to hn hp LPG-ng np là phù

AVL 5402 diesel) chng nhiên liu LPG/diesel:
- Vi t trên 50% t nh mc, tng nhiên liu tiêu th và
sung gim nhi l LPG thay th. Ví d  tc
 thit k 3000v/ph, vi t l LPG thay th 30% và tng nhiên liu tiêu th
gim ti 9,41%; vi t l LPG thay th 10%, 20%, 30%, su
ng ging là 2,8%; 5,4% và 7,71% so vi khi chu
u này nói lên rng hiu su l LPG thay
th.
-  l LPG thay th thì HC và NO
x

Smoke và CO
2
càng gim.  ch  toàn ti, vi t l LPG thay th 30%,
n trung bình ca HC và NO
x
ng khong 500%-643,14%
và 48,58%-49,67%; n CO gim 46,54%-56,07%; Smoke gim 34,23-
52,26% và CO
2
gim 5,93% so vi khi chu diesel. T l LPG
thay th diesel có th t ti 30%  toàn tt quá t l 
kinh t k thut c s xt hin kích n và rung.
- Cn gim góc phun sm so vi khi s d t
các ch tiêu kinh t, k thut và phát thi t Ví d,  toàn ti góc phun
sm nên gim 4
o
TK.
 i v h thng cung cp nhiên liu truyn
th

lng nhiên liu LPG/diesel  các ch  làm vic khác nhau,
không có s khác bit rõ ràng so vi khi s du diesel.
Hướng phát triển
Nghiên cng cng nhiên li
bn và tui th c
Trin khai th nghing mt cách sâu rn
vn ti thông d tiêu kinh t, k thut và phát thi ca
n hành vng nhiên liu kin thc t.