Xem mẫu
- SỬ DỤNG LPG TRÊN XE GẮN MÁY VÀ XE BUÝT NHỎ
Application of LPG on Motorcycles and Microbus
Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam,
Hồ Tấn Quyền, Phạm Thị Đông Phương
Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường-Đại học Đà Nẵng
48, Cao Thắng, Đà Nẵng; Email: buivanga@dng.vnn.vn
Tóm tắt
Báo cáo này trình bày xu hướng phát triển phương tiện giao thông vận tải sạch trên thế
giới và trên cơ sở đó đề xuất nguồn năng lượng sạch sử dụng cho giao thông đô thị ở Việt Nam:
khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Công nghệ chuyển đổi xe gắn máy hai bánh và xe buýt nhỏ chạy xăng
sang chạy bằng LPG đã được trình bày. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính năng ưu việt của
phương tiện chạy LPG so với chạy bằng xăng về tính kinh tế kỹ thuật cũng như về bảo vệ môi
trường.
Abstract
The present paper introduces the tendency of clean vehicles development in the world and
proposes clean energy for urban transportation in Vietnam: Liquefied Petroleum Gas (LPG).
Technologies for transforming motorcycle and microbus running on gasoline to those running on
LPG are presented. The results show preeminent characters of LPG vehicle in comparison with
gasoline one on performance and environment protection.
1. Giới thiệu truyền thống. Theo dự báo thì trong vòng 10
năm tới, kỹ thuật làm giảm ô nhiễm bằng cách
Phương tiện giao thông "sạch" chạy cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí
trong thành phố đã thực sự lôi cuốn sự quan thiên nhiên sẽ chiếm ưu thế. Để ô tô sử dụng
tâm của cả những nhà sản xuất ô tô lẫn các nhà pile nhiên liệu đạt được cùng tính năng với ô
quản lý môi trường. Các kỹ thuật mới nhằm tô sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá
hoàn thiện động cơ truyền thống như phun nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá
nhiên liệu điều khiển điện tử, hồi lưu khí xả, thành pile nhiên liệu phải giảm đi 30% so với
lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng giá cả hiện nay. Mức độ giảm ô nhiễm của ô tô
bộ xúc tác ba chức năng... đã tạo ra những sử dụng điện phụ thuộc vào nguồn năng lượng
bước tiến đáng kể trong ngành động cơ đốt sản xuất ra điện năng. Nếu nguồn điện được
trong. Tuy nhiên kết quả của sự hoàn thiện đơn sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì việc sử
thuần động cơ cổ điển nhằm giảm ô nhiễm môi dụng ô tô chạy điện không làm giảm ô nhiễm
trường cho tới nay vẫn còn xa so với sự mong môi trường nói chung. Vì vậy theo những phân
đợi của các nhà bảo vệ môi trường. Phương tích trên đây, trong vòng 2 thập niên tới chúng
tiện giao thông không phát sinh ô nhiễm (zero ta chỉ nên cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên
emission vehicle) vẫn đang còn là mục tiêu hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên
phía trước. Để đạt mục tiêu này thì điện và pile liệu cho các phương tiện giao thông vận tải
nhiên liệu là giải pháp lý tưởng nhất. Tuy chạy trong thành phố.
nhiên tương lai phát triển của các giải pháp
này phụ thuộc vào khả năng hoàn thiện các Đứng về mặt năng lượng và môi trường
loại động cơ nhiệt và sử dụng các nguồn nhiên mà nói thì sử dụng khí thiên nhiên để chạy
liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng phương tiện giao thông về lâu dài là tối ưu
1
- nhất. Khí thiên nhiên ở nước ta có trữ lượng liệu LPG của ô tô, nhiên liệu ra khỏi bình chứa
lớn và chúng ta đang khai thác để cung cấp dưới dạng lỏng sau đó bốc hơi ở bộ bốc hơi-
năng lượng cho các nhà máy nhiệt điện và sản giãn nở và dẫn đến họng Venturi với áp suất
xuất phân đạm. Mặt khác một khối lượng lớn xấp xỉ áp suất khí trời. Nhiên liệu thể khí sau
khí thiên nhiên thu được từ các mỏ dầu đã và đó được hút vào họng bộ chế hòa khí nhờ độ
sắp khai thác của ta hứa hẹn một nguồn năng chân không giống như bộ chế hòa khí xăng.
lượng sạch dồi dào để phát triển kinh tế quốc Trong trường
dân trong đó có ngành giao thông vận tải. Sử hợp công suất
dụng nguồn năng lượng này cho giao thông động cơ thấp,
vận tải chúng ta sẽ tiết kiệm được một khối nhiệt bốc hơi
lượng dầu mỏ rất lớn để xuất khẩu và hạn chế của nhiên liệu có
được các chất khí gây ô nhiễm môi trường ở thể lấy từ môi LPG
các thành phố. Tuy nhiên sử dụng khí thiên trường không
nhiên cho phương tiện vận tải đòi hỏi đầu tư khí, do đó chúng
ban đầu rất lớn nhất là khi hệ thống phân phối ta có thể loại bỏ
khí thiên nhiên gia dụng trong thành phố chưa bộ bốc hơi. Hçn hîp
Kh«ng
khÝ
được thiết lập. Phương án phù
hợp nhất đối với
Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ xe gắn máy là sử Hình 1: Sơ đồ nguyên lý
của bộ chế hòa khí LPG
nay đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng dụng nhiên liệu
LPG để chạy phương tiện giao thông trong đô ra khỏi bình chứa dưới dạng khí có áp suất [5],
thị là phù hợp nhất. Giải pháp này trước hết [8]. Sự cung cấp ga vào họng bộ chế hòa khí vì
giúp chúng ta chủ động được nguồn năng vậy được thực hiện liên tục và lượng ga nạp
lượng tuy LPG không dồi dào như khí thiên vào họng được điều chỉnh bởi áp suất trong
nhiên. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ống dẫn ga và độ chân không tại họng. Kỹ
ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc thuật điều chỉnh lưu lượng ga đề xuất trong
dầu đầu tiên đi vào hoạt động, sản lượng khí công trình này là dùng van tiết lưu có độ mở tỉ
đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp lệ với độ mở bướm cung cấp gió. Sơ đồ
nhiên liệu LPG. Mặt khác các nhà máy tinh nguyên lý của hệ thống tạo hỗn hợp LPG-
luyện khí thiên nhiên cũng là nguồn cung cấp không khí cho xe gắn máy được trình bày trên
loại nhiên liệu này nên khả năng độc lập nhiên như hình 1. Ở chế độ không tải, con trượt đóng
liệu LPG của chúng ta cũng rất lớn. Vấn đề thứ kín lỗ nạp của van tiết lưu, khí LPG được hút
hai là chúng ta có thể chủ động chế tạo những vào họng qua lỗ
phụ kiện cơ bản của hệ thống nhiên liệu LPG không tải có vít điều
bằng công nghệ trong nước. chỉnh. Khi tăng dần
tải động cơ, con
2. Chuyển đổi các phương tiện chạy xăng trượt nhấc lên đồng
sang chạy bằng LPG thời với độ nhấc của
quả ga, lỗ nạp ga
2.1. Xe gắn máy hai nhiên liệu mở rộng dần, lượng
LPG/xăng khí LPG nạp vào
họng được điều
Một trong những vấn đề cơ bản cần chỉnh đồng thời bởi
phải nghiên cứu giải quyết là thiết kế một hệ độ tiết lưu tại lỗ nạp
thống hai nhiên liệu LPG/xăng nhỏ gọn có thể ga và độ chân không
lắp đặt trên xe gắn máy cỡ nhỏ mà không làm tại họng. Trên cơ sở
thay đổi kiểu dáng hay kết cấu của chúng. Hệ của nguyên lý này
thống này cho phép xe gắn máy có thể chạy Hình 2: Ảnh chụp bộ chúng ta có thể cải
bằng xăng hay bằng LPG. Ở hệ thống nhiên chế hòa khí LPG/xăng tạo bộ chế hòa khí
2
- xăng nguyên thủy của xe gắn máy thành bộ mang biển số 43K5-4079 cho thấy suất tiêu
chế hòa khí hai nhiên liệu LPG/xăng (hình 2). hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg
Trong trường hợp này bộ chế hòa khí xăng LPG/110km.
được giữ nguyên, van tiết lưu được lắp nối tiếp
trên ống dẫn hướng của quả ga. Khi van nhiên 200 HC(ppm)
liệu chuyển sang vị trí dùng xăng, động cơ 160
hoạt động bằng xăng như trước khi cải tạo. Khi x¨ng
van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng ga, 120
nhiên liệu LPG qua van tiết lưu rồi vào họng 80
bộ chế hòa khí như đã mô tả ở hình 1. LPG
40
n(v/ph)
Bộ chế hòa khí sau khi cải tạo xong 0
được lắp trên xe gắn máy hai bánh 110cc kiểu 2000 3000 4000 5000 6000 7000
WAVE cùng với các bộ phân khác của hệ Hình 4: So sánh nồng độ CO trong khí xả
thống nhiên liệu LPG gồm bình chứa LPG, xe gắnmáy 110cc khi chạy bằng xăng và
bình xăng phụ, van chân không. Các bộ phận bằng LPG
phụ này đã được mô tả trong [7]. Hình 3 là ảnh
chụp toàn bộ xe gắn máy kiểu WAVE sau khi 4 CO(%)
lắp đặt xong hệ thống hai nhiên liệu
3 x¨ng
LPG/xăng. Mẫu mã và kết cấu của xe gắn
máy không thay đổi khi lắp đặt hệ thống nhiên
2
liệu mới.
LPG
Xe gắn máy sau khi lắp xong các hệ 1
thống LPG được chạy thử trên băng thử công n(v/ph)
0
2000 3000 4000 5000 6000 7000
Hình 5: So sánh nồng độ HC trong khí xả xe
gắn máy 110cc khi chạy bằng xăng và bằng
LPG
2.2. Xe buýt cỡ nhỏ chạy bằng LPG
Việc sử dụng những xe bus cỡ lớn để
chở khách trong các thành phố, đặt biệt là các
Hình 3: Xe gắn máy kiểu WAVE 110cc sau khi
lắp xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng
suất và chạy trên đường trường. Về mức độ
phát sinh ô nhiễm, phân tích khí ở các chế độ
khác nhau cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm
CO, HC của xe gắn máy khi chạy bằng LPG
đều giảm so với khi chạy bằng xăng. Mức độ
giảm có thể đạt từ 30 đến 80% (Hình 4, 5). Tải
càng lớn thì mức độ phát ô nhiễm của động cơ
LPG càng thấp. Về tính kinh tế: Mức độ tiết
kiệm của xe gắn máy khi chạy bằng LPG so 1. Häng Venturie 5. Trôc buím ga
với khi chạy bằng xăng phụ thuộc vào chính 2. Bäng chøa LPG 6. C¬ cÊu ®iÒu khiÓn b−ím ga
3. Häng tiÕt l−u 7. C¬ cÊu ®iÒu khiÓn van tiÕt l−u
sách giá cả năng lượng của từng nước. Kết quả 4. BÝch
chạy thử nghiệm LPG trên xe gắn máy 110cc H×nh 6: Bé chÕ hßa khÝ LPG
3
- thành phố nhỏ ở nước ta là không hợp lý bởi lẽ khí được thiết kế theo kiểu lắp ghép gồm ba bộ
cự ly dịch chuyển nhỏ và đường sá hẹp, không phận cơ bản đó là họng Venturie xung quanh
có đường dành riêng cho xe bus nên không thể có lỗ để nạp ga, bọng chứa ga và buồng tiết
đảm bảo tính cơ động, đúng giờ được. Vì vậy lưu-hỗn hợp.
việc tổ chức các tuyến xe bus nhỏ chạy trong
thành phố, có khả năng cơ động cao là hợp lý
nhất. Trong phần sau đây sẽ giới thiệu xe buýt
cỡ nhỏ chạy bằng LPG được thiết kế cải tạo từ
xe tải nhẹ Daihatsu Jumbo 1.6.
Trong điều kiện vận hành ở các thành
phố nước ta, phần lớn thời gian xe hoạt động ở
chế độ tải thấp vì vậy việc khống chế thành
phần hỗn hợp bằng độ chân không tại họng
như hệ thống nhiên liệu LPG trên thị trường
thì hỗn hợp thường xuyên đậm đặc hậu quả là Hình 8: "Greenbus": xe buýt cỡ nhỏ chạy
sự cải thiện tính kinh tế và môi trường của bằng LPG
động cơ LPG không tốt như mong đợi. Dựa
trên kết quả đã đạt được đối với bộ chế hòa khí
Các kích thước quan trọng nhất của bộ
cho xe gắn máy chúng ta thấy trong trường
chế hòa khí LPG là đường kính họng Venturie
hợp này sự điều chỉnh thành phần hỗn hợp nên
và tổng tiết diện lỗ nạp ga. Đối với các bộ chế
được thực hiện phối hợp giữa độ chân không
hòa khí chế tạo sẵn theo gam công suất động
tại họng và tiết lưu áp suất ga.
cơ thì đường kính họng Venturie là 22mm và
1 2 3 4 5 ga được nạp qua 4 lỗ có đường kính φ=5mm.
Trong thực tế, khi ô tô làm việc hết công suất
thì kết cấu như vậy phù hợp. Khi động cơ
thường xuyên hoạt động ở chế độ tải thấp
(chạy trong thành phố chẳng hạn), thành phần
hỗn hợp do bộ chế hòa khí này tạo ra không tối
ưu, làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu và
mức độ phát ô nhiễm. Trong công trình này
chúng tôi đã thay đổi nhiều đường kính họng
1. Th©n van
3. §−êng ga vµo
2. Con tr−ît
4. VÝt kh«ng t¶i
và đường kính lỗ nạp ga khác nhau. Kết quả
5. VÝt ®iÒu chØnh 6. §−êng ga ra 6 cho thấy đường kính họng 14,5mm với 6 lỗ
vÞ trÝ con tr−ît nạp ga đường kính 2mm là phù hợp đối với xe
Hình 7: Sơ đồ van tiết lưu tải nhỏ Daihatsu 1.6. Bộ chế hòa khí này làm
việc kết hợp với van tiết lưu (hình 7) và bộ
giãn nở của bình ga gia dụng có áp suất đầu ra
Hệ thống nhiên liệu kiểu này đơn giản 30mbar.
hơn so với hệ thống nhiên liệu có mặt trên thị
trường. Khác biệt cơ bản ở đây là nhiên liệu Chiếc xe Daihatsu mang biển số đăng
lấy ra khỏi bình chứa dưới dạng khí ở áp suất ký 43E-0724 (hình 8) sau khi lắp đặt hệ thống
30mbar. Việc định lượng nhiên liệu nạp vào nhiên liệu LPG được chạy thử trên đường với
họng bộ chế hòa khí được thực hiện nhờ độ các địa hình khác nhau: trên đường trường,
chân không và thay đổi áp suất do van tiết lưu. trên đường đèo dốc... Nếu tính theo giá nhiên
Như việc nạp ga vào họng được thực hiện bằng liệu hiện nay 7.500 đồng/kg LPG (theo giá bán
phương pháp vừa phun, vừa hút. Hình 6 giới lẻ) và 5.300 đồng/lít xăng thì khi sử dụng hệ
thiệu bộ chế hòa khí dùng LPG. Bộ chế hòa thống nhiên liệu thiết kế để chạy ô tô bằng
4
- LPG tiết kiệm được trung bình 20% so với khi
chạy bằng xăng với bộ chế hòa khí nguyên 2.5
CO(%vol)
thủy.
2
3 8 12 16 Xăng
4 9 13 17
2 6 7 11 15 1.5
1 5 14
10
1
LPG
0.5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Hình 10: So sánh mức độ phát thải CO của xe
GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng
a.
HC(ppm.vol)
800
700
FUEL (kg/h)
600
Xăng
500
400
300
FORCE (N/50)
LPG
200
100
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
Hình 11: So sánh mức độ phát thải HC của xe
b. GREENBUS khi chạy bằng LPG và xăng
Hình 9: Chu trình thử 504A xe GREENBUS
a. Chạy bằng LPG; b. Chạy bằng xăng
Khi chuyển xe gắn máy và xe buýt cỡ
nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG, mức độ
Về hiệu quả bảo vệ môi trường, để so phát thải HC có thể giảm đến 50% còn mức độ
sánh mức độ phát ô nhiễm của ô tô Daihatsu phát thải CO giảm đến 80%.
khi chạy bằng xăng và bằng LPG chúng ta
thực hiện việc phân tích khí xả trong cùng điều Sử dụng LPG trên phương tiện giao
kiện vận hành theo chu trình 504A (hình 9). thông vận tải làm tăng tính kinh tế nhiên liệu,
Khí xả được lấy mẫu tại 17 điểm của chu trình. tăng tuổi thọ động cơ, làm đa dạng hóa nguồn
Kết quả phân tích cho trên hình 10 và hình 11. năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải, vì
Chúng ta thấy cùng điều kiện vận hành, mức vậy nó là giải pháp rất phù hợp với điều kiện
độ phát thải CO giảm khoảng 75-90% và mức nước ta.
độ phát thải HC giảm khoảng 40-50% khi
Để phổ biến việc áp dụng LPG trên
chuyển nhiên liệu từ xăng sang LPG. phương tiện giao thông vận tải, chúng ta cần
3. Kết luận thiết lập hệ thống cung cấp nhiên liệu rộng rãi
và Nhà nước nên có chính sách khuyến khích
Bộ chế hòa khí hai nhiên liệu về giá đối với nhiên liệu LPG sử dụng cho mục
LPG/xăng với kích thước gọn nhẹ và điều đích này trong giai đoạn đầu. Mặt khác, Cục
chỉnh thành phần hỗn hợp tối ưu theo độ chân Đăng Kiểm Việt Nam nên sớm ban hành
không tại họng bộ chế hòa khí và áp suất ở đầu những văn bản pháp qui về tiêu chuẩn kiểm
ra van tiết lưu cho phép áp dụng LPG trên xe định đối với các loại phương tiện giao thông
gắn máy hai bánh. Nguyên lý này cũng có thể
vận tải sử dụng LPG làm nhiên liệu.
áp dụng trên ô tô bus cỡ nhỏ.
5
- Tài liệu tham khảo:
1. Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, 8. Bùi Văn Ga, Nguyễn Hữu Huệ: Bộ tạo hỗn
Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng: Ô tô và hợp dùng cho xe gắn máy hai bánh sử dụng khí
ô nhiễm môi trường ; Nhà Xuất Bản Giáo dục, dầu mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí Giao Thông
1999 Vận tải, số 12/2000, pp. 44-47
2. Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải 9. C. LAMURE: Quelle automobile dans la ville?
Tùng, Hồ tấn quyền : Xe gắn máy sử dụng Presses Ponts et chaussees, Paris, 1995
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; 10. H. Burkhart: From Diesel engines in buses to
International Conference on Automotive fuel cells; Paderborn forum on public transport:
Technology ICAT’99, pp. 133-139, Hanoi, environment-friendly at acceptable cost-drive
October 21-24, 1999 concepts for urban transportation system, pp.
3. Bùi Văn Ga: Nghiên cứu sử dụng động cơ 13-37, Paderborn (Germany), 11-12 Mar 1998
nhiên liệu khí ở Việt Nam ; Đề tài trọng điểm 11. I. Soubelet: Bus “propres”: Quelle filiere
cấp Bộ, Mã số B97-III-01TĐ ; Nghiệm thu choisir? Pollution Atmospherique, No 163, pp.
tháng 11-1999 53-57, 1999
4. Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải 12. S. Brunnert: Economic efficiency of buses with
Tùng, Hồ tấn quyền : Một số kết quả thực natural gas and diesel engines in public short-
nghiệm trên xe máy sử dụng khí dầu mỏ hóa distance transport; Gas (Germany), Vol 48,
lỏng LPG; Tạp chí Giao thông Vận tải số No2, pp. 38-42, 1997
5/2000, pp. 35-37 13. J.C. Guibet: Quels carburants apres la loi sur
5. Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Nguyễn Hữu l’air? Petrole et Techniques, No. 415, pp. 24-
Huệ: Hệ thống nhiên liệu của xe máy sử dụng 30, 1998
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí 14. Bùi Văn Ga, Trần Văn nam: Quy hoạch mạng
Khoa học-Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 7, lưới giao thông công cộng Thành phố Đà
pp. 1-5, 2000 Nẵng; Khoa học và Phát triển, số 87, pp. 16-
6. Bùi Văn Ga, Lê văn Tụy, Maurice BRUN: ảnh 19, tháng 11-2002
hưởng của các thông số vận hành đén tính 15. Bùi Văn Ga, Hồ Tấn Quyền, Nhan Hồng
năng của động cơ sử dụng nhiên liệu khí dầu Quang: Phương tiện giao thông sạch phù hợp
mỏ hóa lỏng LPG; Tạp chí Giao thông Vận tải với điều kiện Việt Nam; Hội nghị Nghiên cứu
số 10/2000, pp. 27-29 khoa học, chuyển giao công nghệ môi trường
7. Bùi Văn Ga, Nguyễn Hữu Huệ: Công nghệ phục vụ đào tạo và bảo vệ môi trường công
chuyển đổi xe gắn máy dùng xăng sang dùng nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh, 22-23/8/2003
khí dầu mỏ hóa lỏng LPG; Đề tài trong điểm
cấp Bộ, mã số B00-III-14TĐ, nghiệm thu
tháng 12-2000
6
nguon tai.lieu . vn
