http://www.ebook.edu.vn 1
PHẦN 1- ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, thế giới đang đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu mỏ do
khai thác và sử dụng ồ ạt, kéo theo đó là tình trạng ô nhiễm môi trường cũng đang gia
tăng rất nhanh. Để giải quyết vấn đề này cần phải có những chiến lược dài hạn phát triển
các phương tiện giao thông như đường sắt, đường biển, tàu điện ngầm, …,tìm kiếm các
ph
ương án 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 động cơ dùng nhiên liệu truyền
thống xăng, dầu như hiện nay.
Hiện nay trên thế giới kỹ thuật chuyển đổi động cơ 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.
Nước ta hiện nay có khoảng 94.000 tàu cá đang hoạt động và một lượng lớn
phương tiện vận tải sử dụng nhiên liệu diesel. Vì vậy việc thay thế nhiên liệu diesel bằng
nhiên liệu khí hóa lỏng LPG sẽ góp phần đáng kể vào việc giảm chi phí cho nhiên liệu và
giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Đề tài nghiên cứu theo hướng giảm tiêu hao nhiên liệu, hạn chế ô nhi
ễm môi
trường và nâng cao tính năng của động cơ diesel công suất nhỏ theo phương hướng lắp
đặt bộ chuyển đổi nhiên liệu LPG thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Động cơ sau khi
chuyển đổi ít thay đổi kết cấu ban đầu, giá thành chuyển đổi thấp nhưng vẫn đáp ứng tốt
các yêu cầu kỹ thuật.
PHẦN 2- CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG LPG TRÊN DIESEL HIỆN
NAY:
Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu LPG và diesel song song
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu LPG và diesel song song có sử dụng bộ phận điều khiển điện
tử.

Hình 2. Hệ thống cung cấp LPG kiểu phun nhiên liệu
1- Lọc khí ; 2- Vòi phun LPG lỏng; 3-Vòi phun diesel; 4- Điều hoà áp suất;
5 –Bình chứa LPG; 6 –Bơm; 7 -Bộ vi sử lý LPG

http://www.ebook.edu.vn 3
II. Cung cấp gas trực tiếp nhờ xupap ga.
a) Xupap gas có cơ cấu điều khiển kiểu cơ khí.
Đối với động cơ gas công suất lớn, gas được cung cấp bởi một xupap đặc biệt
được đặt trước cửa nạp hay ngay trong xylanh. Xupap này có thể được điều khiển bởi
một cánh tay đòn hay bởi một xylanh thuỷ lực. Xupap gas được mở trễ hơn một chút so
với xupap nạp để tránh thất thoát gas ra đường xả trong giai đo
ạn trùng điệp. Lượng gas
nạp vào được điều chỉnh nhờ thời gian mở xupap gas hay độ chênh áp giữa gas và không
khí.

Hình 3. Cung cấp gas bằng xupap gas điều khiển cơ khí
Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ sản xuất mới hoàn toàn. Không thể
áp dụng để chuyển đổi trên động cơ đã sử dụng do nó làm thay đổi quá lớn kết cấu cơ cấu
phân phối khí của xe, giá chuyển đổi cao.
b) Xupap ga điều khiển điện tử.
Xupap này đặt ngay trước cửa nạp, điều khiể
n đóng mở nhờ hệ thống điều khiển
động cơ.

Hình 4. Xupap gas điều khiển điện tử
http://www.ebook.edu.vn 4
Phương án này chỉ nên áp dụng cho động cơ sản xuất mới hoàn toàn. Không thể áp dụng
để chuyển đổi trên động cơ cũ do nó làm thay đổi quá lớn kết cấu cơ cấu phân phối khí

Hình 6. Sơ đồ toàn cảnh hệ thống sử dụng van điều chỉnh lưu lượng
1- Cần điều chỉnh 4- Van điều chỉnh lưu lượng
2 - Bơm nhiên liệu 5- Ống dẫn gas vào van
3- Đòn bẩy 6- Ống dẫn gas vào bộ trộn

Khi tại vị trí khoảng 70-80% tải chỉ một lượng nhiên liệu diesel được phun lên
nhưng ngược lại tốc độ tại lúc gas c
ấp được duy trì cố định hoặc giảm vì vậy tỉ lệ hòa
trộn trong phạm vi tải cao hơn được chuyển sang sự có lợi cho diesel. Tất cả các phương
án tỉ lệ hòa trộn khác cho động cơ cũng giải quyết tăng lượng gas trong tải thấp bắt đầu từ
không tải
Việc điều khiển thành phần 1 của bơm cấp nhiên liệu 2 tới động cơ. Hệ
thống bao
gồm một đòn bẩy liên kết bởi 3 được nối lại để điều khiển thiết bị điều chỉnh lưu lượng 4
thông suốt một ống 5 từ bình chứa và nối thông ống dẫn 6 nối với bộ trộn vào động cơ.
Điều chỉnh cần 1 của bơm phun 2 được gián tiếp kết nối với bàn đạp chân gas. Thiết bị
điều khiển lưu lượng gas bao gồm van 9 gắn với lò xo 7 Hình 7. Sơ đồ hoạt động của thiết bị điều khiển
lưu lượng gas
H 2. Bộ phận của thiết bị điều khiển lưu lượng
gas
H 2a-2c. Mô tả 3 thời điểm khác nhau của bị
điều khiển lưu lượng gas
7-Lò xo; 8-Phần tiết diện ống hình côn;
9-Van; 10-Lỗ khoan; 11- Chố
t van;
12- Ống hình trụ; 13- Phần van có tiết diện hình
côn; 14- Phần hình nón có đỉnh vót nhọn

ều chỉnh chính xác lượng cấp nhiên liệu diesel và gas. Nhưng đòi hỏi chế tạo thiết
bị chính xác, tất cả các chi tiết phải chuyển động tương đối với nhau phụ trợ nhau và việc
xác định đúng thời điểm cấp cũng như tỉ lệ giữa hai loại nhiên liệu cần chính xác.
PHẦN 3- GIẢI PHÁP CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN ĐỔI:
1. Cung cấp gas trực tiếp với cơ cấu điều khiển van điện từ:
a, Phương án dùng cho động cơ một xilanh.
M
Bình
LPG
Van
điện từ
Van tiết lưu
Bộ trộn tại họng nạp
Mô tô bước
ON/OFF
Công tắc
nẫy
Đũa đẩy
Xuppap

Hình 8. Sơ đồ hệ thống cung cấp gas lỏng với cơ cấu điều khiển van điện từ cho động cơ
một xi lanh
Ngun lý hoạt động: Khi bắt đầu q trình nạp, xuppap đi xuống mở đồng thời tác
động và cơng tắc nẫy cấp điện cho van điện từ. Tại van điện từ, van được cấp điện tiến
hành mở, lượng khí hóa ti
ến hành mở lượng khí hóa lỏng LPG được vận chuyển đến van
tiết lưu. Tại van tiết lưu, van này được điều khiển bởi mơ tơ bước, trên mơ tơ bước có gắn
bộ cảm biến điện áp nhận điện áp của nguồn trong giá trị phù hợp sẽ mở van, lượng khí
hóa lỏng LPG sẽ vận chuyển đến bộ trộn cùng với khơng khí vào động cơ thực hiện các
q trình.

chân khơng nên màng sẽ bị hút vào và kéo cần đóng cơng tắc cung cấp điện cho van điện
từ. Van điện từ mở và LPG được cung cấp tới bộ khuếch tán LPG đặt trên họng nạp.
9 Ưu điểm của phương án: như phương án trên ưu điểm là khơng phụ thuộc vào bộ
giảm áp hóa hơi, và phương án này có khả năng ứ
ng dụng cho động cơ nhiều xi
lanh, ít ảnh hưởng tới kết cấu của động cơ.
9 Nhược điểm: cũng giống như phương án trên là xảy ra hiện tượng đóng băng tại
van điện từ do đó cần phương án xử lý hiện tượng này. Khơng những thế mà sự
đóng mở của cơng tắc khi màng 1 bị hút phụ thuộc vào độ cứng của lò xo. Nế
u lò
xo q cứng thì màng sẽ khơng hút được và khơng kéo được cần đóng cơng tắc
cung cấp điện cho van điện từ. Nếu lò xo qua yếu thì khi đã qua kỳ hút thì vẫn
còn tồn tại áp suất âm, như thế màng vẫn bị hút và cơng tắc vẫn đóng. Van điện từ
http://www.ebook.edu.vn 8
vẫn được cung cấp điện và LPG vẫn được cung cấp vào bộ khuếch tán. Điều này
rất nguy hiểm, bở vì LPG rò rỉ thì dễ xảy ra cháy nổ.
2. Phương án sử dụng hệ thống cung cấp gas với bộ giảm áp hóa hơi :

M
Bình
LPG
Van
điện từ
Van tiết lưu
Bộ trộn tại họng nạp
Mô tô bước
Bộ giảm áp hóa hơi

Hình 10. Sơ đồ cung cấp gas có sử dụng bộ giảm áp hóa hơi


http://www.ebook.edu.vn 9
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. H. 2-18. 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
xo; 9 – Đòn bẩy; 10 – Van giảm áp; 11 - Đường nạp nhiên liệu LPG
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 tụ
c 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 ch
ỉnh tác động lên đòn bẩy 4 khoá
van định lượng 2, bảo đảm không cho hơi nhiên liệu LPG đi qua van định lượng.
2.2. Bộ trộn có công dụng hòa trộn LPG với khí nạp.
28
Ø100
82.00
Ø55

M8
M15
M8
M6
Ø11
Ø13
10
10
Ø11
Ø13
Ø15
25
Ø10

Hình 12a. Kết cấu của van tiết lưu
Hình 12b. Hình ảnh van tiết lưu sau khi thiết kế chế tạo
Kết cấu của Van tiết lưu được thể hiện trên hình 12. Trong đó chúng tôi sử dụng 2 vít
điều chỉnh tỷ lệ LPG ở chế độ không tải .
PHẦN 4- MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
I. Chạy thực nghiệm không tải trên động cơ D12.
1. Phương án tiến hành thực nghiệm.

Chất phát thải
n (v/ph)
800 1000 1200 1400 1600 1800
CO
2
[
]
%Vol

2,5 2,8 3,5 3,7 4,2 4,7
CO
[
]
%Vol
0,04 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04
HC
[
]
p
pm

24 23 23 22 22 22
Độ đục ( %HSU) 1,3 1,3 1,3 1,7 3,4 3,8

Bảng 3. Số liệu ô nhiễm khí xả với nhiên liệu LPG ở chế độ không tải. Chất phát thải
n (v/ph)
800 1000 1200 1400 1600 1800

20
25
30
35
Diesel LPG-D
CO
CO2
HC
Độ đục

Hình 14. Biểu đồ nồng độ khí xả của động cơ ở chế độ mang tải tại mức tải
P=3Kw
1000 1200 1400
1600
n (v/ph)
600
1.25
2.5
3.75
5
CO2 (%vol)
1800
2000
0.1
CO (%vol)
CO2 [D]
CO [D]
CO
2 [LPG]
CO [LPG]

HC [D]
HC[LPG]
HC [ppm]
800
600
1800
2000
n(v/ph)
10
20
30
40 Hình 17. Đồ thị nồng độ phát xạ HC ở chế độ chạy không tải.
Từ đồ thị ta thấy rằng khi chạy với nhiên liệu LPG ở chế độ không tải của động
cơ thì nồng độ phát xạ khí xả đều giảm xuống đáng kể. Độ đục khí thải của động cơ sử
dụng nhiên liệu LPG cũng giảm nhiều so với độ
ng cơ. Trong phạm vi tốc độ [1000-1400]
khi sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng LPG thì lượng các chất ô nhiễm phát ra ít hơn so với
động cơ khi sử dung nhiên liệu diesel thuần túy, đặc biệt là lượng CO
2
, và độ đục khí xả
do quá trình cháy được cải thiện, nhiên liệu cháy kiệt hơn do được gia nhiệt. So sánh ở 2
tốc độ khác nhau ta thấy được sự khác biệt lớn giữa nồng độ các chất. khi động cơ làm
việc ở tốc độ cao thì nồng độ các chất tăng cao do đó ở tốc độ phù hợp là từ [1000-1400]
v/ph
http://www.ebook.edu.vn 14
II. Chạy có tải trên động cơ D12.
1. Phương án tiến hành thí nghiệm:

%Vol

0,31 0,34 0,34 0,39 0,42 0,51
HC
[
]
p
pm

26 26 26 28 30 35
Độ đục ( %HSU) 1,3 1,7 3,0 8,2 13,6 80,6

Bảng 5. Số liệu ô nhiễm khí xả vớ động cơ chạy hỗn hợp diesel - LPG có tải khi cố định
mức tải diesel (0,88Kw) sau đó tăng tải LPG Chất phát thải
N (Kw)
1 1,77 2,1 2,67 3,11 3,5
CO2
[
]
%Vol

4,9 5,1 5,7 6,1 6,0 7,2
CO
[
]
%Vol


nhiên liệu LPG-diesel

2
4
CO2 [D]
CO
2 [LPG - D]
0
1
1.5
2
2.5
3
3.5
6
10
8
CO
2(%vol)
N (KW)
0.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1
CO
(%vol)
CO (D)
CO

2
và độ đục khí xả giảm xuống nhiều và lượng HC, CO tăng
nhưng không đáng kể do khi hòa trộn nhiên liệu thì hỗn hợp chưa cháy hết hoàn toàn do
đó tăng nồng độ HC và CO tuy nhiên độ đục khí xả giảm rất nhiều so với nhiên liệu
diesel thuần túy. Và khả năng mang tải của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-LPG tốt
hơn nhiều so với diesel thuần túy, nếu như động cơ diesel chỉ
hoạt động được ở mức tải
dưới 3,5KW thì độ đục đã vượt quá giới hạn cho phép trong khi đó với động cơ sử dụng
hỗn hợp diesel – LPG thì giá trị vẫn nằm trong giá trị cho phép thậm chí là rất nhỏ.
Chứng tỏ động cơ dùng hỗn hợp nhiên liệu LPG – diesel mang tải tốt hơn.
PHẦN 5 - KẾT LUẬN.
Bộ hòa trộn thiết kế được lắp trước họng nạp đã hoàn thành theo yêu cầu, thực hiện
chức năng hòa trộn không khí và khí hóa lỏng LPG. Quá trình hoạt động của động cơ khi
sử dụng bộ hòa trộn được thiết kế hoạt động tốt.
¾ Trong quá trình thực nghiệm ta phải cải tạo một số cơ cấu phù hợp khi sử dụng
nhiên liệu LPG như là tăng độ cứng lò xo điều tốc, cải tạo đường ống dẫn nước
làm mát từ động cơ đến bộ giảm áp – hóa hơi.
¾ Khi sử dụng nhiên liệu LPG làm nhiên liệu cho động cơ đã giảm thiểu lượng ô
nhiễm môi trường hơn động cơ sử dụng nhiên liệu diesel thuần túy.
¾ Khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu LPG - diesel thì động cơ mang tải tốt hơn động
cơ diesel thuần túy, nồng độ CO
2
giảm đặc biệt là độ đục của khí xả ở mức tải cao
rất thấp, nồng độ các chất khác tuy có tăng nhưng lượng tăng không đáng kể
Những vấn đề đặt ra phải nghiên cứu tiếp theo:
¾
Cần xác định tỷ lệ diesel – LPG tối ưu để động cơ hoạt động đạt hiệu quả tốt
nhất.(*)
¾ Tìm biện pháp cải thiện quá trình cháy khi động cơ sử dụng nhiên liệu LPG để
không làm giảm công suất động cơ.

T
T
H
H
A
A
M
MK
K
H
H
Ả
Ả
O
O1
1
.
.G
G
S
S
T
T
i
i
ế
ế
n
n
.
.N
N
X
X
B
BG
G
i
i
á
á
o
o
đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
gc
c
ơ
ơđ
đ
ố
ố
t
tt
t
r
r

M
M
i
i
n
n
h
hT
T
i
i
ế
ế
n
n
.
.Đ
Đ
ạ
ạ
i
i
o
oc
c
á
á
o
ot
t
ổ
ổ
n
n
g
gk
k
ế
ế
t
t
i
i
ề
ề
u
ut
t
ố
ố
c
cđ
đ
i
i
ệ
ệ
n
nt
t
ử
ử

ạ
ạ
y
yb
b
ằ
ằ
n
n
g
gn
n
h
h
i
i
ê
ê
n
nl
l
G
G
S
S
-
-
T
T
S
S
K
K
H
H
.
.B
B
ù
ù
i
iV
V
d
d
ụ
ụ
c
c
.
.Ô
Ôt
t
ô
ôv
v
à
àô
ô

n
n
g
g
.
.4. PGS-TS Nguyễn Văn Nhận, Nhiên liệu và chất bôi trơn, Bài giảng,Trường Đại
Học Nha Trang
.
5
5
.
.T
T
r
r
a
a
n
n
g
gw

w
w
w
.
.
p
p
e
e
t
t
r
r
o
o
l
l
i
i
m
m
e
e
x
x
.
.
c
c
o

n
g
g
h
h
e
e
h
h
o
o
a
a
h
h
o
o
c
c
.
.
o
o
r
r
g
g
.
.


n
n
g
g
a
a
s
s
.
.
c
c
o
o
m
m
w
w
.
.
w
w
.
.
w
w
.
.
u
u

o
o
g
g
y
y
.
.
c
c
o
o
.
.
t
t
k
k
w
w
.
.
w
w
.
.
w
w
.
.

n
n
o
o
l
l
o
o
g
g
y
y
.
.
c
c
o
o
.
.
u
u
k
k www.ascovalve.com
www.go-lpg.co.uk