NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên SV: Phạm Văn Toản Lớp: 47KTTT Khóa 47
Ngành: Động lực tàu Mã ngành:
Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cung cấp LPG và dầu DO khi sử dụng
hỗn hợp này làm nhiên liệu cho máy 4CH-JANMAR”.
Số trang:… ..Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 8
Hiện vật:….…………………………………………………………………………….
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Kết luận:…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………...

Nha trang, ngày ……tháng……năm 2010
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

Th.S. Đoàn Phước Thọ Th.S. Mai Sơn Hải
T
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: Phạm Văn Toản Lớp: 47KTTT Khóa 47
Ngành: Động lực tàu thủy Mã ngành:
Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cung cấp LPG và dầu DO khi sử dụng
hỗn hợp này làm nhiên liệu cho máy 4CH-JANMAR”.

thân thiện hơn với môi trường như dầu thực vật, dầu trajopha và khí hóa lỏng LPG.
Trong đó khí hóa lỏng LPG là một nguồn nhiên liệu khá dồi dào. Do đó nhiều năm trở
lại đây chúng ta đang có xu hướng chuyển sang nghiên cứu động cơ chạy với nhiên liệu
kép. Trên thế giới tuy đã có nhiều thành công nhưng ở Việt Nam động cơ chạy nhiên
liệu kép vẫn chưa phổ biến và cũng chưa được nghiên cứu rộng rãi.
Hiện nay tôi đang thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cung cấp
LPG và dầu DO khi sử dụng hỗn hợp này làm nhiên liệu cho máy 4CH-
YANMAR”. Đề tài của tôi gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án cung cấp DO-LPG cho động cơ.
iii
Chương 3: Thiết kế hệ thống cung cấp DO-LPG cho động cơ.
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm.
Làm đề tài là một cơ hội cho tôi học hỏi và mở mang thêm nhiều kiến thức mới.
Với sự hướng dẫn tận tình của Th.S Mai Sơn Hải và Th.S Đoàn Phước Thọ tôi đã hoàn
thành đề tài của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Mai Sơn Hải, Th.S Đoàn Phước
Thọ cùng các thầy trong bộ môn động lực và các bạn đã giúp tôi hoàn thành đề tài này.
Nha Trang, Ngày 06 tháng 01 Năm 2010
Sinh viên
Phạm Văn Toản
iv
MỤC LỤC
Trang
2.2.1 Cung cấp gas trực tiếp nhờ xupap ga...................................................................................19
2.2.3 Hệ thống cung cấp LPG với phương án tạo hỗn hợp kiểu phun nhiên liệu......................24
Các đặc điểm chính.........................................................................................................45
v
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài

LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hóa lỏng
có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên. Vì vậy, nguồn
gốc khí hóa 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.
Sử dụng nhiên liệu gaz nén CNG kết cấu cồng kềnh và việc ứng dụng cho những
dòng xe hiện đại gặp không ít khó khăn. Vì vậy ngày nay người ta đã dùng khí hóa lỏng
LPG (liquefied petroleum gas) làm nhiên liệu thay thế cho xăng và diesel của tất cả các
loại ô tô hiện đại. Nhiên liệu LPG đang phát triển rất nhanh, Autogas LPG đã có hơn 4
triệu chiếc ở 38 nước trên thế giới, nhất là các nước đang phát triển. Khí hóa lỏng LPG
là sản phẩm phụ của nhà máy chế biến dầu mỏ và nhà máy tách khí. Thành phần chủ yếu
của LPG là Butal và Propal hỗn hợp theo tỷ lệ nhất định và được chứa trong bình với áp
suất dưới 20 kg/cm
2
. LPG có tỷ trọng từ 0,5 – 0,25, không màu, không mùi và không có
tính độc. LPG chính là một sản phẩm dầu mỏ được dùng rất phổ biến từ lâu trong các
ngành kinh tế quốc dân như là một nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế tạo hóa
chất, chế tạo phân bón, tổng hợp các chất mỹ phẩm.
Phần lớn lượng khí hóa lỏng thu được hiện nay được sử dụng làm nguồn chất đốt để
sinh nhiệt gia dụng hay công nghiệp. Lượng khí hóa 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.... Tuy
2
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...)
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ô
tô nói chung và xe buýt nói riêng do những đặc điểm nổi bật của nó về giảm ô nhiễm
môi trường và công nghệ chuyển đổi. Xe buýt dùng LPG có truyền thống lâu đời nhất là
ở thủ đô Vienna của Áo. Từ năm 1963 thành phố này đã sử dụng xe buýt chạy bằng LPG
và cho tới nay, Vienna có 500 xe buýt LPG trong đội xe vận chuyển công cộng. Các

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 Mĩ thì chỉ có hydrocarbure C3
được sử dụng. 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 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.
1.4.2. Lí tính
Ở nhiệt độ lớn hơn 0
o
C trong môi trường không khí bình thường với áp suất bằng
áp suất khí quyển, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi theo tỉ lệ thể tích 1 lít LPG
thể lỏng hoá thành khoảng 250 lít ở thể hơi.
Vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh, dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí
thành hỗn hợp cháy. Đây là tính chất rất quan trọng của LPG để nó làm nhiên liệu thay
thế cho động cơ đốt trong.
Tỉ trọng LPG nhẹ hơn so với nước là: Butane từ 0,55 – 0,58 lần, Propane từ 0,5 –
0,53 lần; Ở thể hơi (gas) trong môi trường không khí với áp suất bằng áp suất khí quyển,
gas nặng hơn so với không khí: Butane 2,07 lần; Propane 1,55 lần. Do đó hơi LPG thoát
4
ra ngoài sẽ bay là là trên mặt đất, tích tụ ở những nơi kín gió, những nơi trũng, những
hang hốc của kho chứa, bếp…
Màu sắc: LPG ở trạng thái nguyên chất không có mùi, nhưng dễ bị phát hiện bằng
khứu giác khi có rò rỉ do LPG được pha trộn thêm chất tạo mùi Mercaptan với tỉ lệ nhất
định để có mùi đặc trưng.
Nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 1900
o
C ÷1950
o
C, có khả năng đốt cháy và
nung nóng cháy hầu hết các chất.

1A 1A 1A ASTM D1838
5 Nước tự do(%khối lượng) 0 0 0
6 Sulphur sau khi tạo mùi 20 25 30 ISO 4260
7 Cặn còn lại sau khi hóa hơi
(%khối lượng)
0 0 0,05 ASTM D2158
8 H
2
S (%khối lượng) 0 0 0 ASTM D2420
9 Nhiệt lượng:
+kJ/kg
+kcal/m
3
(15
o
C, 760mmHg)
50000
26000
5
10 Nhiệt lượng tương đương:
+ Điện (Kw.h)
+ Dầu hỏa (lít)
14
1,5-2
11 Nhiệt độ cháy(
o
C):
+ Trong không khí
+ Trong oxi
1900

25,0
1.4.3. 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. Bảng 1.4.3 giới thiệu RON của các loại khí khác nhau. Chỉ số
octane động cơ (MON) của LPG cũng cao hơn xăng.
Bảng 1-3. Chỉ số octane của một số chất
Chất RON MON
Propane
Propène
>100
102
100
85
6
n-Butane
Isobutane
t-Butanol
n-pentance
95
>100
(98)
100
92
99
80
83
1.5. Động cơ thí nghiệm ( động cơ Diesel 4CH-JANMAR)
1.5.1. Các thông số kỹ thuật của động cơ
Động cơ 4CH là động cơ của hãng Yanmar dùng cho các loại tàu thủy cỡ nhỏ.
Động cơ 4CH là loại động cơ Diesel có 4 xilanh thẳng hàng. Làm mát hai vòng:

mm(in) 105
×
125(4.13
×
4.92)
Dung lích xilanh l(cu.in) 4.330(264.21)
Công suất định mức HP/rpm 70/2300
Đầu ra lớn nhất Danh định Nhẹ Trung bình Nặng
Hp/rpm 83/2600 85/2400 70/2300
Tỷ số nén 16.4
Thứ tự nổ 1-2-4-3-1
Hướng quay Trục khuỷu Ngược chiều kim đồng hồ
Trục chân vịt Cùng chiều kim đồng hồ
Vị trí công suất Phía bánh đà
Hệ thống khởi động Khởi động điện
Hệ thống làm mát
Kiểu làm mát Làm mát hai vòng
Bơm nước ngọt Bơm ly tâm, bánh răng
truyền động
Bơm nước biển Cánh cao su, truyền động
đai
Bộ trao đổi
nhiệt
Sinh hàn dạng ống
Van hằng nhiệt Dạng bi
Độ giãn nở của
két
Nhờ van áp lực
Dung lượng
bình làm mát

Lọc bằng giấy (hai lớp)
Trọng lượng Kg(Ib) 647(1427)
Chiều dài
Kích thước bánh răng đảo chiều
mm(in) 1258(49.58)
Chiều rộng
mm(in)
705(27.76)
Chiều cao
mm(in)
1006(39.61)
1.5.2 Đặc điểm làm việc của hệ thống nhiên liệu của động cơ 4CH
1.5.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Nguyên lý hoạt động
10
Nhiên liệu được cấp từ két nhiên liệu qua bầu lọc thô, từ đó qua bầu lọc tinh đến
bơm cao áp. Nhiên liệu được nén trên ống cao áp với áp suất 220 kg/cm
2
và được phun
tơi vào buồng đốt, với một lượng đủ và đúng thời điểm, ngay trên đỉnh piston để hòa
trộn với lượng không khí đang chuyển động xoáy và sau đó tự bốc cháy.
Lực cung cấp từ bơm cao áp tới vòi phun được tự động điều chỉnh theo chế độ làm
việc của động cơ nhờ cơ cấu tự động điều chỉnh lượng cung cấp.
Nhiên liệu còn dư từ vòi phun sẽ được hồi về thùng chứa qua ống dầu hồi.
1.5.2.2 Bộ điều tốc
Hình 1-2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4CH - JANMAR
ống cao áp
Đường dầu
hồi
Vòi phun

Lò xo không tải
Tay gạt
Khớp hãm
di động
121.5.2.2.2. Điều kiện động cơ làm việc ở chế dộ không tải
Khi động cơ khởi động, cần điều khiển trở về vị trí không tải, lò xo điều tốc không
hoạt động. Quả văng kéo ra theo hướng tâm kính ở tốc độ thấp, còn cần áp lực kéo trở
lại cho đến khi nó tiếp xúc với lò xo không tải thay thế. Ở vị trí này cần không tải được
duy trì ở vị trí không tải với sự hỗ trợ của lò xo không tải thay thế. Đây là nguyên nhân
khi vòng quay giảm thì lực ly tâm giảm. Lò xo không tải đẩy cần áp lực sang trái và quả
văng được kéo vào trong, nó đẩy thanh răng nhiên liệu theo hướng tăng nhiên liệu và
duy trì ở chế độ không tải.
Lò xo điều tốc
Tay gạt
Cần điều khiển
Quả văng
Thanh răng
Hình 1-4. Bộ điều tốc ở chế độ khởi động
Tốc độ dừng lớn nhất
Cần áp lực
Vít dừng đầy tải
Cá hãm di động
Khớp quay
13
1.5.2.2.3. Điều kiện làm việc ở tốc độ quay lớn nhất
Hình 1-5. Bộ điều tốc ở chế độ không tải
Hình 1-6. Bộ điều tốc ở tốc độ quay lớn nhất

dụng LPG dưới dạng khí là tăng sự đồng nhất hoàn toàn của hỗn hợp gas – không khí và
tránh hiện tượng ướt thành đường nạp bởi nhiên liệu lỏng, hiện thượng 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 hạn chế khả năng khống chế tỷ lệ không
khí / gas. Đặc biệt là giai đoạn quá độ của động 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 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 bám trên đường nạp không đáng kể gì
so với động cơ xăng.
16
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.
Người ta sử dụng đánh lửa bằng cách phun nhiên liệu mồi. Mục đích là tận dụng
tối đa các bộ phận của hệ thống động cơ Diesel đang sử dụng và hạn chế tối thiểu việc
lắp đặt thêm nhiều cơ cấu và bộ phận khác làm thay đổi quá lớn về kết cấu và tăng chi
phí chuyển đổi trên động cơ cải tạo.
Lượng nhỏ nhiên liệu Diesel phun mồi được phun trước khi piston đến điểm chết
trên. Các hạt nhiên liệu Diesel này sẽ tự bốc cháy và tạo ra chừng ấy điểm đánh lửa
trong hỗn hợp nhiên liệu không khí để đốt cháy lượng LPG đưa vào. Hệ thống đánh lửa
này có năng lượng tỏa ra rất lớn và hầu như không phụ thuộc vào sự phân bố hỗn hợp
trong buồng cháy. Trong trường hợp đó sự tăng áp suất diễn ra nhanh chóng hơn và hiệu
suất động cơ được cải thiện đáng kể.
Lượng nhiên liệu phun mồi cần thiết bằng lượng nhiên liệu để duy trì chế độ

2.2.1 Cung cấp gas trực tiếp nhờ xupap ga
2.2.1.1 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 đoạn 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 2-2. Cung cấp gas bằng xupap gas điều khiển cơ khí
2.2.1.2 Xupap gas điều khiển điện tử
Xupap gas này đặt ngay trước cửa nạp, điều khiển đóng mở nhờ hệ thống điều
khiển động cơ. Một cảm biến được đặt trong buồng cháy của động cơ, các thông số
trong buồng cháy được đưa về bộ điều khiển điện tử. Từ đó bộ điều khiển phân tích quá
trình cháy và điều khiển lượng dầu DO và LPG vào động cơ thích hợp.
19
Hình 2-3. Xupap gas điều khiển điện tử
Hai phương án trên 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 của động cơ, giá chuyển đổi cao.
2.2.2. Sử dụng bộ giảm áp hóa hơi và bộ hòa trộn
Lắp đặt bộ trộn hỗn hợp LPG-không khí trên họng nạp
Khi động cơ từ chế độ chạy nhiên liệu diesel chuyển sang sử dụng LPG với diesel
làm chức năng phun mồi thì tay ga điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel vào cho phù hợp
với tải động cơ Diesel không còn tác dụng nữa. Lúc này ta điều chỉnh lượng nhiên liệu
LPG cho phù hợp với tải của động cơ.
Việc lắp đặt bộ trộn hỗn hợp LPG-không khí trên họng nạp của động cơ giúp cho
hỗn hợp LPG-không khí được hòa trộn tốt trước khi đi vào buồng đốt. Điều này sẽ làm
cho hỗn hợp đốt cháy một cách tốt nhất.
Hỗn hợp LPG-không khí được đưa vào trong buồng đốt của động cơ ở mỗi kỳ
nạp nhờ sự chênh lệch giữa áp suất trong buồng đốt và áp suất bên ngoài động cơ.
Sử dụng bộ giảm áp hóa hơi