Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận án tiến sĩ kĩ thuật với đề tài: Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG, cho các bạn làm luận án tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VƢƠNG VĂN SƠN
XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHÍ THẢI PHÁT TÁN
VÀO MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ
SỬ DỤNG LƢỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-LPG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2014

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VƢƠNG VĂN SƠN
XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHÍ THẢI PHÁT TÁN
VÀO MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ
SỬ DỤNG LƢỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL-LPG
Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô máy kéo
Mã số: 62.52.35.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS Cao Trọng Hiền
2. PGS. TS Đào Mạnh Hùng
HÀ NỘI - 2014

3. LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Giao
thông Vận tải, Phòng Sau đại học, Khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ khí ô tô đã
tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án.
Tôi xin chân thành biết ơn PGS.TS Cao Trọng Hiền và PGS.TS
Đào Mạnh Hùng đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình, chu đáo về mặt chuyên
môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng thí nghiệm động cơ đốt
trong, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội về
những ý kiến đóng góp quý báu và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành
nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm AVL Boost.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm thử nghiệm khí xả - Cục Đăng
kiểm Việt Nam, Công ty Cơ khí ô tô Ngô Gia Tự, Công ty TNHH Tân An
Bình đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành được các thí nghiệm quan
trọng cho luận án và định hướng nghiên cứu trong tương lai.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo Học viện Quân sự, Đại
học Nông nghiệp, Đại học Lâm nghiệp, các Nhà khoa học trong ngành Cơ
khí Động lực đã nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho
luận án.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp,
những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ tôi rất nhiều trong
suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh

4. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng
tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 4 năm 2014
Tác giả luận án
Vƣơng Văn Sơn

5. i
MỤC LỤC
Mục lục........................................................................................................
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt....................................................
Danh mục các bảng trong luận án.........................................................
Danh mục các hình vẽ và ảnh trong luận án...........................................
MỞ ĐẦU.....................................................................................................
Chương I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................
1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô .....................
1.1.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam............................
1.1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô.........................
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG...............................................
1.2.1. Tình hình sản xuất LPG.................................................................
1.2.2. Tình hình sử dụng LPG.................................................................
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và
động cơ diesel-LPG................................................................................
1.3.1. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới.................................................
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước...................................................
1.4 Kết luận chương I………………………………………………….....
Chương II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÍ THẢ I
CỦA ĐỘ NG CƠ DIESELVÀ ĐỘNG CƠ DIESEL – LPG.................................
2.1. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG.....................
2.1.1. Các phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel-LPG....................
2.1.2. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG..............
2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình chá y trong độ ng cơ dieselvà động cơ diesel-LPG
2.2.1. Quá trình cháy trong động cơ diesel..................................................
2.2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel-LPG ..........
2.2.3. Cơ sở mô hình hóa quá trình hình thành hỗn nợp và cháy trong
động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG ..........................................................
i
iv
ix
xi
1
5
5
5
7
10
10
11
11
11
16
19
22
22
22
25
26
26
31
37

6. ii
2.3. Các thành phần khí thải …………………….........................................
2.3.1. Mônôxit cácbon...........................................................................
2.3.2. Hyđrô cácbon..............................................................................
2.3.3. Ôxit nitơ.....................................................................................
2.3.4. Phát thải hạt................................................................................
2.4. Cơ sở tính toá n cá c thà nh phầ n phá t thả i trong độ ng cơ diesel và động
cơ diesel - LPG .....................................................................................
2.4.1. Tính toán phát thải NOx....................................................................
2.4.2. Tính toán phát thải CO......................................................................
2.4.3. Tính toán phát thải HC........................................................................
2.4.4. Tính toán phát thải bồ hóng (Soot)...................................................
2.5. Kết luận chương II………………………………………………...............
Chương III. XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN KHÍ
THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL-LPG
3.1. Phần mềm AVL BOOST................................................................
3.1.1. Các phần mềm mô phỏng động cơ....................................................
3.1.2. Phần mềm AVL BOOST..................................................................
3.2. Ứng dụng phần mềm AVL BOOST tính toán các thành phần khí thải
của động cơ FAWDE - 4DX23.................................................................
3.2.1. Các thông số cơ bản của động cơ FAWDE- 4DX23.........................
3.2.2. Nhiên liệu diesel và LPG..............................................................
3.2.3. Xây dựng mô hình động cơ diesel trên AVL Boost..........................
3.2.4. Kiểm chứng độ chính xá c củ a mô hình.............................................
3.2.5. Xây dựng mô hình động cơ diesel - LPG trên AVL Boost...............
3.2.6. Kết quả tính toán mô phỏng..............................................................
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều chỉnh đến
lượng phát thải của động cơ diesel-LPG bằng phương pháp mô phỏng ......
3.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến lượng phát thải của động cơ
diesel - LPG.........................................................................................
47
48
49
52
54
59
59
60
60
61
63
65
65
65
66
68
68
69
72
73
74
77
80
80

7. iii
3.3.2. Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến lượng phát thải của động cơ
diesel - LPG..........................................................................................
3.4. Kết luận chương III..............................................................................
Chương IV. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ......................................
4.1. Mục tiêu và nội dung thử nghiệm........................................................
4.1.1. Mục tiêu thử nghiệm.........................................................................
4.1.2. Nội dung thử nghiệm.........................................................................
4.2. Thiết bị thí nghiệm...............................................................................
4.2.1. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm...................................................................
4.2.2. Các bộ phận cơ bản của thiết bị thử nghiệm.....................................
4.3. Lựa chọn và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel thí
nghiệm........................................................................................................
4.4. Quy trình thí nghiệm...................................................................................
4.4.1. Điều kiện thí nghiệm.........................................................................
4.4.2. Thí nghiệm đo khí xả động cơ diesel nguyên thủy...........................
4.4.3. Thí nghiệm đo khí xả động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG............
4.5. Kết quả thử nghiệm và đánh giá..........................................................
4.5.1. Tiêu chuẩn EURO về phát thải của động cơ diesel...........................
4.5.2. Kết quả đánh giá động cơ thử nghiệm..............................................
4.5.3. Đánh giá chất lượng phát thải của động cơ diesel khi chạy lưỡng
nhiên liệu diesel-LPG.................................................................................
4.5.4. Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm.....................................
4.6. Kết luận chương IV..............................................................................
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ..................................................
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ............
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................
PHỤ LỤC....................................................................................................
83
85
87
87
87
87
87
88
90
99
103
103
104
107
110
110
110
112
118
121
122
124
125
133

8. iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị
AVL-BOOST Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL -
AVL-MCC Mô hình cháy của hãng AVL -
CA Góc quay trục khuỷu -
CO Mônôxit cácbon -
CNG Khí thiên nhiên -
CRT Bộ lọc tái sinh liên tục -
DOC Bộ xúc tác ôxi hóa -
DPF Bộ lọc phát thải hạt, dạng khép kín -
ECE R49 Chu trình thử châu Âu 13 mode đối với động cơ xe tải
hạng nặng
-
EGR Hệ thống luân hồi khí thải -
HAP Hyđrô các bon thơm mạch vòng -
HC Hyđrô các bon -
LHC Luân hồi áp suất cao -
LHT Luân hồi áp suất thấp -
LNT Bộ xúc tác hấp thụ NOx -
LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng -
CNG Khí thiên nhiên -
MN Máy nén -
MP Mô phỏng -
NETC Trung tâm thử nghiệm khí thải các phương tiện cơ giới
đường bộ, Cục Đăng Kiểm Việt Nam
-
NOX Ôxít nitơ -
PM Phát thải hạt -
PM- cat Bộ lọc phát thải hạt (dạng lọc hở) -
PM10 Phát thải hạt có kích thước nhỏ hơn 10µm -
ROHR
SCR
Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt
Bộ xúc tác khử NOx
-
-
SCRT Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp CRT và SCR -
SMF Bộ lọc phát thải hạt có trang bị sợi đốt -

9. v
Smoke Độ khói -
SOOT Bồ hóng -
SOX Ôxít lưu huỳnh -
TB Tua bin -
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam -
TN Thực nghiệm -
TSP Tổng lượng bụi lơ lửng trong không khí -
VOCs
Hàm lượng các chất hữu cơ độc hại bay lên trên không
khí
-
 Góc quay trục khuỷu hiện thời Độ
 Q

Nhiệt tỏa ra tính đến góc quay của trục khuỷu J
Q Tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy J
aw
Hằng số phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu LPG cung cấp
vào xy lanh
-
 o,  Thời điểm và thời gian diễn ra quá trình cháy Độ
k
 Sai số %
CCR
Tỷ lệ phần trăm năng lượng do LPG sinh ra trong tổng
năng lượng của lưỡng nhiên liệu diesel-LPG
%
LPGm Khối lượng LPG tiêu thụ kg
uLPGH Nhiệt trị thấp của LPG MJ/kg
dieselm Khối lượng diesel tiêu thụ kg
udieselH Nhiệt trị thấp của diesel MJ/kg
cm Khối lượng môi chất bên trong xy lanh kg
u Nội năng -
cp Áp suất bên trong xy lanh Pa
V Thể tích xy lanh m3
FQ Nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp kJ
WQ Tổn thất nhiệt qua vách kJ
α Góc quay trục khuỷu độ
BBh Trị số entanpy -
idm Lượng khí đi vào xy lanh kg

10. vi
edm Lượng khí đi ra khỏi xy lanh kg
ih Entanpy của môi chất khí đi vào xy lanh -
eh Entanpy của môi chất khí đi ra khỏi xy lanh -
evq Nhiệt hóa hơi của nhiên liệu kJ
f Phần nhiệt hóa hơi của môi chất trong xy lanh kJ
mew Khối lượng nhiên liệu bay hơi kg
effA Diện tích thông qua m2
olP Áp suất môi chất trước họng tiết lưu Pa
2P Áp suất môi chất sau họng tiết lưu Pa
olT Nhiệt độ môi chất trước họng tiết lưu K
oR Hằng số chất khí -
ψ Hệ số phụ thuộc tỷ lệ áp suất môi chất -
k Tỷ số nhiệt dung riêng của môi chất -
μσ Hệ số cản dòng của đường ống -
vid Đường kính xu páp m
S Vị trí của piston tính từ điểm chết trên -
r Bán kính quay m
l Chiều dài thanh truyền m
φ
Góc giữa đường nối tâm quay với piston ở điểm chết
trên với trục thẳng đứng (trường hợp xy lanh lệch tâm)
độ
e Khoảng lệch tâm m
wiQ Nhiệt truyền đến các chi tiết (nắp máy, đỉnh piston,
thành xy lanh)
K
wiA Diện tích bề mặt các chi tiết (nắp máy, đỉnh piston,
thành xy lanh)
m2
wα Hệ số truyền nhiệt
cT Nhiệt độ môi chất trên bề mặt thành xy lanh K
wiT : Nhiệt độ bề mặt chi tiết (nắp máy, đỉnh piston, thành xy
lanh)
K
D Đường kính xy lanh m
Cm Tốc độ trung bình của piston m/s
Cu Tốc độ tiếp tuyến của môi chất m/s

11. vii
VD Thể tích công tác của 1 xy lanh m3
Pc Áp suất môi chất trong xy lanh Pa
pc,0 Áp suất khí trời Pa
Pc,1
Áp suất môi chất trong xy lanh tại thời điểm đóng xu
páp nạp
Pa
Tc,1
Nhiệt độ môi chất trong xy lanh tại thời điểm đóng xu
páp nạp
K
VTDC Thể tích xy lanh khi piston ở điểm chết trên m3
IMEP Áp suất chỉ thị trung bình pa
V Thể tích xy lanh m3
D Đường kính xy lanh m
P Áp suất Pa
T Nhiệt độ K
din Đường kính ống nối với đường nạp m
vin Tốc độ dòng khí trên đường nạp m/s
Aeff Diện tích thông qua m2
δ Khe hở piston - xylanh m
Q Tổng nhiệt lượng cấp vào kJ
Δ0 Thời điểm bắt đầu cháy độ
Δαc Thời gian cháy giây
m Thông số hình dạng -
a Thông số Vibe -
QMCC Lượng nhiệt tỏa ra trong giai đoạn cháy chính kJ
QComb Hằng số cháy -
CRate Hằng số hòa trộn hỗn hợp -
K Thế năng của dòng chuyển động rối J
mF Lượng nhiên liệu được hóa hơi kg
LCV Nhiệt trị thấp của nhiên liệu kJ/kg
V Thể tích xy lanh m3
Oxygen,availablew Tỷ lệ khối lượng ôxy có trong hỗn hợp khi bắt đầu phun
nhiên liệu
-
CEGR Hằng số xét đến ảnh hưởng của khí thải luân hồi -
Ekin Thế năng củ a tia nhiên liệ u J
Cturb Hằ ng số năng lượ ng chuyể n độ ng rố i -

12. viii
CDiss Hằ ng số suy giả m -
mF,I Lượ ng nhiên liệ u phun và o kg
v Tố c độ nhiên liệ u m/s
mstoich
Khố i lượ ng không khí lý tưở ng để đố t chá y hế t nhiên
liệ u
kg
λDiff Hệ số dư lượ ng không khítrong quá trình chá y chính -
QPMC
Tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cung cấp trong giai đoạn
cháy nhanh
kJ
CNOe NO ở trạng thái cân bằng
mfi Lượng nhiên liệu cấp vào kg
mfb Lượng nhiên liệu đã cháy kg
msoot Khối lượng soot kg
mCO Khối lượng CO kg
LHVf, LHVC,
LHVCO
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, carbon (soot) và CO kJ/kg
ms Khối lượng soot kg
mf,v Khối lượng nhiên liệu bốc hơi kg
PO2 Áp suất của các phân tử O2 Pa
Es,f Năng lượng hoạt hoá kJ/kmol
Es,ox Năng lượng ôxy hoá kJ/kmol
Af, Aox
Các hằng số được lựa chọn theo kinh nghiệm và kiểu
động cơ
-
x Tỷ lệ C trên bề mặt của phần tử A tham gia phản ứng -
Rtot Hằng số tốc độ ôxy hoá soot -
MWc Trọng lượng của phân tử C -
s Mật độ của soot kg/m3
Ds Đường kính của phân tử soot đặc trưng m

13. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Dự báo tổng phát thải do hoạt động GTVT đường bộ
và đường sắt 9
Bảng 2.1 Phương trình tính toán giá trị của các góc bắt đầu và
kết thúc giai đoạn cháy nhiên liệu cho các chế độ
khác nhau
36
Bảng 2.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx với hệ số tốc độ k 59
Bảng 3.1 Các thông số cơ bản của động cơ FAWDE- 4DX23-
110 69
Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật của nhiên liệu diesel 70
Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của nhiên liệu LPG 71
Bảng 3.4 Các phần tử của mô hình mô phỏng trên hình 3.2 73
Bảng 3.5 Kết quả so sánh công suất động cơ FAWDE-
4DX23-110 giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ
đặc tính ngoài
73
Bảng 3.6 Các phần tử của mô hình mô phỏng trên hình 3.5 76
Bảng 3.7 Diễn giải các mode của chu trình thử ECE R49 77
Bảng 3.8 Phát thải trung bình theo chu trình ECE R49 80
Bảng 3.9 Kết quả mô phỏng các thành phần phát thải của động
cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 khi thay đổi
góc phân phối khí
85
Bảng 4.1 Tiêu chuẩn EURO về phát thải của động cơ diesel 110
Bảng 4.2 Kết quả đo công suất và mô men của động cơ diesel
nguyên thủy 111
Bảng 4.3 Kết quả đo các thành phần phát thải của động cơ
diesel 112

14. x
Bảng 4.4 Kết quả đo độ khói của động cơ diesel-LPG 115
Bảng 4.5 Phát thải trung bình của động cơ lưỡng nhiên liệu
diesel-LPG 116
Bảng 4.6 Kết quả đo công suất của động cơ diesel-LPG 117
Bảng 4.7 Kết quả so sánh phát thải giữa mô phỏng và thực nghiệm
của động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49 118
Bảng 4.8 Kết quả so sánh phát thải giữa mô phỏng và thực nghiệm
của động cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 119
Bảng 4.9 Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực
nghiệm của động cơ diesel-LPG theo chu trình ECE R49 120

15. xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu Tên hình vẽ Trang
Hình 1.1 Số lượ ng ô tô của cả nước theo năm 5
Hình 1.2 Các loại ô tô của cả nước theo năm 5
Hình 1.3 Số lượ ng ô tô tại Hà Nội theo năm 6
Hình 1.4 Các loại ô tô tại Hà Nội theo năm 6
Hình 1.5 Số lượ ng ô tô tại thành phố Hồ Chí Minh theo năm 6
Hình 1.6 Các loại ô tô tại thành phố Hồ Chí Minh theo năm 6
Hình 1.7 Phát thải độc hại từ các loại phương tiện khác nhau ở
Việ t Nam 8
Hình 1.8 Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu 10
Hình 1.9 Sơ đồ chung về quá trình nghiên cứu 21
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống trộn nhiên liệu diesel-LPG ở dạng lỏng 22
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống phun trực tiếp LPG vào buồng đốt 23
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống phun LPG vào đường ống nạp động cơ 25
Hình 2.4 Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG và hệ thống
nhiên liệu động cơ diesel tăng áp 26
Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn các giai đoạn trong quá trình cháy
động cơ diesel 29
Hình 2.6 Phân chia vùng cháy trong động cơ diesel-LPG 31
Hình 2.7 Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy 32
Hình 2.8 Quá trình tỏa nhiệt trong động cơ sử dụng lưỡng
nhiên liệu diesel-LPG 33
Hình 2.9 Các giai đoạn trong quá trình cháy của động cơ
diesel-LPG 35
Hình 2.10 Cân bằng năng lượng trong xy lanh động cơ 38
Hình 2.11 Sơ đồ tính toán chuyển vị của piston 41
Hình 2.12 Sự phân bố nhiên liệu tia phun 50

16. xii
Hình 2.13 Sự hình thành HC do tôi trên thành buồng cháy 51
Hình 2.14 Tóm tắt quá trình hình thành bồ hóng của Fusco 55
Hình 2.15 Cơ chế trung gian về động hóa học của quá trình hình
thành bồ hóng từ các phân tử aromatics 56
Hình 2.16 Mô hình cơ chế tạo hạt bồ hóng từ aromatics và
aliphatics 57
Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL BOOST 67
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng động cơ FAWDE- 4DX23-110
trên AVL BOOST
72
Hình 3.3 So sánh công suất và mô men của động cơ giữa thực
nghiệm và mô phỏng
74
Hình 3.4 Mô hình mô phỏng động cơ diesel-LPG trên AVL
BOOST 75
Hình 3.5 Khai báo thành phần hóa học của LPG trên AVL
BOOST 76
Hình 3.6 Sơ đồ thể hiện các mode của chu trình thử ECE R49 77
Hình 3.7 Phát thải CO ở các chế độ mô phỏng theo chu trình
ECE R49 78
Hình 3.8 Phát thải NOX ở các chế độ mô phỏng theo chu trình
ECE R49 79
Hình 3.9 Phát thải bồ hóng ở các chế độ mô phỏng theo chu
trình ECE R49 80
Hình 3.10 Phát thải NOx và CO ở 100% tải, tốc độ động cơ
1800 v/ph theo góc phun sớm 81
Hình 3.11 Phát thải bồ hóng ở 100% tải với các tốc độ động cơ
theo góc phun sớm 82
Hình 3.12 Công suất và mô men động cơ theo góc phun sớm 82
Hình 3.13 Thay đổi biên dạng cam dẫn động xu páp trong phần
mềm AVL BOOST 83
Hình 3.14 Phát thải CO ở các góc mở xu páp mô phỏng theo chu 83

17. xiii
trình ECE R49
Hình 3.15 Phát thải NOX ở các góc mở xu páp mô phỏng theo chu
trình ECE R49 84
Hình 3.16 Phát thải bồ hóng ở các góc mở xu páp mô phỏng theo
chu trình ECE R49
84
Hình 4.1 Sơ đồ phòng thử động cơ ETC01,Trung tâm thử nghiệm
khí thải phương tiện giao thông cơ giới đường bộ 88
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị của băng thử động lực học cao
ETC01 ở phòng thử nghiệm khí thải động cơ thuộc
Trung tâm thử nghiệm khí thải phương tiện giao
thông cơ giới đường bộ 89
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý của cụm phanh điện PA 406/6 PA 90
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
AVL 735S 93
Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO 94
Hình 4.6 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOX 96
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống PSS i60 97
Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý buồng đo khói 98
Hình 4.9 Hệ thống cung cấp LPG điều khiển phun bằng điện tử 99
Hình 4.10 Hệ thống cung cấp LPG điều khiển phun bằng cơ khí 100
Hình 4.11 Bộ giảm áp hóa hơi 101
Hình 4.12 Sơ đồ bố trí bộ cung cấp LPG và hệ thống nhiên liệu 102
Hình 4.13 Chương trình thử Châu Âu EC ER49 cho động cơ 105
Hình 4.14 Lắp trục dẫn động 105
Hình 4.15 Lắp đặt bộ cung cấp LPG và động cơ trên bệ thử 108
Hình 4.16 Màn hình điều khiển của thiết bị thí nghiệm đo khí thải 109
Hình 4.17 Kết quả thí nghiệm đặc tính tốc độ ngoài của động
cơ FAWDE- 4DX23 111
Hình 4.18 Quan hệ giữa lượng bồ hóng và tốc độ vòng quay của
động cơ 112

18. xiv
Hình 4.19 Phát thải CO ở các chế độ thử nghiệm theo chu trình
ECE R49 113
Hình 4.20 Phát thải HC ở các chế độ thử nghiệm theo chu trình
ECE R49 113
Hình 4.21 Phát thải NOX ở các chế độ thử nghiệm theo chu
trình ECE R49 114
Hình 4.22 Quan hệ giữa độ khói và số vòng quay của động cơ
lưỡng nhiên liệu diesel-LPG 116
Hình 4.23 Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực
nghiệm của động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49 118

19. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khí thải từ ô tô sử dụng nhiên liệu diesel sinh ra đang là một trong
những tác nhân lớn nhất gây ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt ở tại các
khu đô thị. Trong khí thải của động cơ diesel thì thành phần độc hại đáng
quan tâm nhất là khí thải dạng hạt có đường kính 10 m (bụi lơ lửng) và
nitơ ôxít (NOx). Các nghiên cứu trên thế giới đều cho thấy NOx là một trong
những nhân tố làm trầm trọng thêm bệnh hen suyễn và các bệnh về hô hấp
khác, trong khi đó khí thải bụi hạt có liên quan đến nguy cơ gây ung thư.
Trong những năm qua, việc nghiên cứu giảm khí thải độc hại cho động cơ
diesel đang được nhiều quốc gia đầu tư thực hiện.
Để giảm các thành phần độc hại trong khí thải động cơ diesel, ngoài các
biện pháp công nghệ như cải tiến kết cấu buồng cháy, sử dụng hệ thống
tuần hoàn khí thải, tối ưu hóa các thông số của quá trình cung cấp nhiên
liệu...thì biện pháp sử dụng nhiên liệu sạch cho động cơ diesel, trong đó có
nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) hiện đang được nhiều nước ứng dụng.
Sử dụng động cơ chạy bằng lưỡng nhiên liệu diesel- LPG trên ô tô
nhằm giảm khí thải độc hại là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa
học quan tâm. Biện pháp này khi áp dụng sẽ giải quyết được hai vấn đề là bảo
vệ môi trường không khí và tận dụng được nguồn nhiên liệu hiện đang có sẵn
ở nhiều nơi trên thế giới trong khi nhiên liệu hóa thạch đang dần có nguy cơ
cạn kiệt.
Để đảm bảo cho động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG mà ít
phải thay đổi kết cấu có thể dùng biện pháp lắp đặt thêm bộ cung cấp LPG
vào động cơ diesel nguyên thủy.
Phương án này không chỉ sử dụng được cho các loại ô tô dùng động cơ
diesel mới mà còn có thể sử dụng cho các loại xe ô tô đang lưu hành vì việc
lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel là không phức tạp và

20. 2
ít làm ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ.
Ưu điểm nổi bật của động cơ lưỡng nhiên liệu theo phương án đã nêu
so với đơn nhiên liệu LPG là không phải chế tạo động cơ chuyên chạy LPG
mà vẫn đạt được mục đích giảm lượng khí thải độc hại.
Hiện nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng động cơ lưỡng
nhiên liệu diesel – LPG trên ô tô, các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhận định
chung về đặc điểm sử dụng LPG trên động cơ diesel như: khả năng giảm bụi
khói và NOX, hiện tượng tăng phát thải HC và CO khi thay thế LPG vào
diesel. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đưa ra các kết quả rất khác nhau mức
giảm hoặc tăng các thành phần phát thải khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Điều đó
cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến phát thải của động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel - LPG phụ thuộc rất nhiều vào loại động cơ, thành
phần nhiên liệu sử dụng, phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG và điều kiện
vận hành động cơ.
Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được
quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều nhưng chưa được chuyên sâu, các kết
quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG
thôi chứ chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá
trình cháy, hình thành các chất ô nhiễm.
Với thực trạng trên, việc nghiên cứu tính toán xác định thành phần khí thải
phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG
trở nên cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xác định hàm lượng các thành phần khí thải khi lắp thêm bộ cung cấp
khí hóa lỏng (LPG) vào động cơ diesel.
- Đánh giá hiệu quả giảm phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên
liệu diesel-LPG.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

21. 3
* Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ và trung bình.
* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về khí thải của đối tượng đã chọn
trên cơ sở giữ nguyên các chỉ tiêu kỹ thuật (công suất mô men) của động cơ
diesel nguyên thủy.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm.
* Về lý thuyết: Sử dụng lý thuyết về quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi
chất của động cơ đốt trong để xây dựng phương pháp xác định lượng khí thải.
Sử dụng phần mềm AVL-BOOST để mô phỏng quá trình làm việc của
động cơ và tính toán hàm lượng phát thải.
* Về thực nghiệm: Thí nghiệm trên băng thử hiện đại theo chu trình
ECE của Cục Đăng kiểm Việt Nam để xác định hàm lượng các thành phần
khí thải độc hại, trên cơ sở đó sẽ hiệu chỉnh kết quả tính toán lý thuyết.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học
Luận án đã xây dựng được phương pháp xác định các thành phần khí
thải độc hại của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu
diesel – LPG.
Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng để đánh giá lượng phát
thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel –
LPG.
Luận án đã tiến hành thực nghiệm đánh giá và so sánh các thành phần
khí thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel –
LPG bằng hệ thống trang thiết bị thử nghiệm hiện đại, đạt tiêu chuẩn Quốc tế.
* Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để đánh giá hiệu quả môi
trường và năng lượng của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG.

22. 4
Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị trong giảng dạy, nghiên cứu
khoa học và thực tế ứng dụng.
6. Những nội dung chính của luận án
Luận án được trình bày trong 4 chương với cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương II. Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần khí thải của động cơ
diesel và động cơ diesel - LPG.
Chương III. Xây dựng mô hình xác định các thành phần khí thải của
động cơ diesel và động cơ diesel - LPG.
Chương IV. Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Kết luận và kiến nghị.

23. 5
Chương I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô
1.1.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam
Trong những năm qua cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế, nhu cầu đi
lại và vận chuyển hàng hóa ở Việt Nam cũng tăng nhanh. Điều đó dẫn tới số
lượng các phương tiện vận tải, đặc biệt là loại sử dụng nhiên liệu diesel ngày
càng gia tăng. Tính đến 31/12/2012, số lượ ng ô tô trên c ả nước đã lên tới
1.539.142 chiế c [4]. Các số liệu biểu thị trên hình 1.1 và hình 1.2 cho thấy, trong
khoảng thời gian từ năm 2008 đến 2012, số lượng ô tô trên cả nước đã tăng trên
60%, xe con và xe tải chiếm tỷ lệ tương đối lớn, tỷ lệ giao thông công cộng
chỉ chiếm một phần nhỏ của giao thông đô thị.
Phương tiệ n giao thông cơ gi ới đường bộ lưu hà nh ở Việ t Nam bao
gồm nhiều loại, có nhiề u phương tiện đã cũ, tiêu thụ nhiên liệ u lớ n , độ ồn và
phát thải độc hại r ất cao . Thự c hiệ n Nghị định s ố 92/2001/NĐ-CP ngà y
11/12/2001 của Chính phủ về điều kiện kinh doanh vận tải bằng ô tô và Nghị
định số 23/2004/NĐ-CP ngà y 13/01/2004 của Chính phủ về niên hạ n sử dụ ng
ô tô tả i và ô tô chở ngườ i , số lượ ng phương tiệ n quá cũ đã đượ c giả m đi đá ng
kể . Tuy nhiên, mức độ phát thải các chất độc hại vẫn còn ở mức cao.
Số lượ ng phương tiệ n tăng quá nhanh trong khi hạ tầng giao thông không
phát triển kịp đã tạo ra sức ép ngà y cà ng lớ n đố i vớ i môi trườ ng đặc biệt là ở đô
Hình 1.1. Số lượ ng ô tô của cả nước theo năm
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2008 2009 2010 2011 2012
(Triệu xe)
Hình 1.2. Các loại ô tô của cả nước theo năm
0
150
300
450
600
750
Xe con Xe tải Xe khách
2008 2009 2010 2011 2012
(Nghìn xe)

24. 6
thị. Hà Nội là mộ t thà nh phố có tố c độ phá t triể n số lượ ng phương tiệ n giao
thông đường bộ ở mức cao. Tính đến 31/12/2012, số lượ ng ô tô đạ t 334.399
chiế c [4]. Các số liệu biểu thị trên hình 1.3 và hình 1.4 cho thấy, trong khoảng
thời gian từ năm 2008 đến 2012, số lượng ô tô trên cả nước đã tăng lên gấp
khoảng 1,5 lần, trong đó gia tăng chủ yếu là xe con, số lượng xe tải và xe
khách thay đổi không đáng kể.
Tốc độ phát triển các loại phương tiệ n giao thôngđường bộ ở Thành phố
Hồ Chí Minh cũng tăng lên rất nhanh, chủ yếu là các loại xe con và xe tải. Tính
đến 31/12/2012, số lượ ng ô tô tại Thành phố Hồ Chí Minh đạ t307.724 chiế c [4].
Các số liệu biểu thị trên hình 1.5 và hình 1.6 cho thấy, trong khoảng thời
gian từ năm 2008 đến 2012, tổng số phương tiện giao thông đường bộ tại thành
Hình 1.3. Số lượ ng ô tô tại Hà Nội theo năm
0
50
100
150
200
250
300
350
2008 2009 2010 2011 2012
(Nghìn xe)
Hình 1.4. Các loại ô tô tại Hà Nội theo năm
0
50
100
150
200
250
Xe con Xe tải Xe khách
2008 2009 2010 2011 2012
(Nghìn xe)
Hình 1.6. Các loại ô tô tại TP HCM theo năm
0
40
80
120
160
Xe con Xe tải Xe khách
2008 2009 2010 2011 2012
(Nghìn xe)
Hình 1.5. Số lượ ng ô tô tại TP HCM theo năm
0
50
100
150
200
250
300
350
2008 2009 2010 2011 2012
(Nghìn xe)

25. 7
phố này đã tăng 32%, trong đó gia tăng chủ yếu là xe con và xe khách, số
lượng xe tải thay đổi không đáng kể.
Việt Nam hiện đang áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro II cho phương tiện
giao thông mới xuất xưởng, còn đối với các phương tiện đang lưu hành, tiêu
chuẩn về khí thải được đánh giá bằng độ khói cho từng loại phương tiện. Khi
các tiêu chuẩn này được đưa vào áp dụng, rất nhiều phương tiện đang lưu hành
cũng như lắp ráp mới không đáp ứng được, điều đó đòi hỏi các nhà sản xuất
phải có những nghiên cứu nhằm giảm thiểu lượng khí thải độc hại của động cơ.
1.1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô ở Việt Nam
Sản phẩm cháy được thải ra từ động cơ đốt trong gồm ôxit nitơ (NOx),
mônôxit cácbon (CO), hyđrô cácbon (HC), chất thải hạt (PM) và anđêhit, các
thành phần này là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm không khí. Theo kết quả
thống kê thì động cơ đốt trong là nguồn đóng góp xấp xỉ một nửa lượng chất
ô nhiễm NOx, CO, và HC trong không khí [56]. Các chất ô nhiễm này gây
nhiều tác hại khác nhau cho sức khỏe và môi trường. Ví dụ, NOx phản ứng
với hơi nước tạo thành axit nitric và phản ứng với bức xạ ánh sáng mặt trời
tạo thành khí ô-zôn trong khí quyển, cả hai sản phẩm này đều gây ra các vấn
đề đối với hệ hô hấp. Mônôxit cácbon dễ kết hợp với Hb tạo thành các
Methemoglobin gây trở ngại cho sự vận chuyển khí ôxi trong hệ tuần hoàn của
con người. Ngoài ra, các hyđro cacbon có thể gây ra sự đột biến tế bào và cũng
góp phần hình thành ô-zôn trong khí quyển [10].
Tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, phương pháp hình thành hỗn
hợp và cháy, tình trạng của động cơ mà nồng độ các thành phần phát thải của
các động cơ khác nhau. Trong khi động cơ xăng có hàm lượng các thành phần
phát thải CO và HC cao thì động cơ diesel lại thải ra môi trường một lượng
PM và NOx lớn [27].
Số lượ ng phương tiệ n tăng quá nhanh trong khi hạ tầng giao thông
không phát triển kịp đã gây ra tình trạng ùn tắc giao tại các thành phố lớn.

26. 8
Trong khi đó chúng ta lại chưa có các biện pháp kiểm soát hữu hiệu để giảm
phát thải dẫn đến đến tình trạng ô nhiễm không khí tại các các thành phố lớn,
đặc biệt là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đã ở mức báo động. Ngoài 05
thành phố thuộc Trung ương thì các thành phố thuộc tỉnh là trung tâm phát
triển của vùng như Huế, Vinh, Nam Định, Hạ Long, Nha Trang… cũng có
nguy cơ ô nhiễm không khí rất cao [56].
Ô nhiễm không khí tại các trục giao thông và khu vực dân cư xung
quanh đường giao thông chủ yếu là do khí thải các loại xe cơ giới. Trừ bụi
xây dựng thì các nguồn khác như khí thải từ các chất đốt dùng trong sinh
hoạt hoặc khí thải của các nhà máy công nghiệp ở khu vực khác lan sang
cũng có ảnh hưởng đến ô nhiễm không khí trong khu vực nội thành nhưng
không lớn. Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia năm 2009 [56], kế t
quả quan trắc môi trường không khí trên toàn quốc cho thấy lĩnh vực giao
thông ướ c tính chiế m khoả ng 85% đố i vớ i CO và 95% đố i vớ i VOCs , các
hoạt động công nghi ệp và sinh hoạt chỉ chiế m 10-30 %. Trong đó, khí thải
của xe cơ giới là nguồn chính gây ô nhiễm CO, HC, PM10, NOx và các chất
phụ gia trong xăng như benzene,
toluene, xylene. Phát thải SO2 và
bụi hạt thì phát sinh chủ yếu từ
các nguồn thải công nghiệp và
hoạt động xây dựng.
Do chưa có hệ thống quan
trắc đầy đủ nên không thể thấy
được bức tranh tổng thể về ô
nhiễm không khí trên cả nước.
Từ mức độ phát thải độc hại
của các loại phương tiện khá c nhau ở Việ t Nam trên hình 1.7 cho thấy, đối
với ô tô tải, thành phần phát thải độc hại chủ yếu là NOX và SO2 trong khi
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
CO NOX SO2 HmCn VOC
Xe máy xe con xe khách xe tải
Hình 1.7. Phát thải độc hại từ các loại
phương tiệ n khá c nhau ở Vi ệt Nam

27. 9
đó phát thải độc hại chủ yếu của xe máy là CO, HmCn và VOC.
Các nghiên cứu gần đây mới chỉ tập trung thống kê mức độ ô nhiễm
không khí tại một số trục giao thông chính tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh và một số đô thị lớn. Các số liệu quan trắc cho thấy các thành phố lớn
ở nước ta đều bị ô nhiễm bụi TSP, PM10, CO, HC, NOx và một số chất phụ
gia trong xăng như Benzen. Hàm lượng chì trong không khí tuy chưa vượt
quá tiêu chuẩn cho phép nhưng có xu hướng tăng trở lại. Dự báo mức độ gia
tăng lượng phát thải các chất ô nhiễm do hoạt động giao thông vận tải được
trình bày trong bảng 1.1 [78]
Bảng 1.1. Dự báo tổng phát thải do hoạt động GTVT đường bộ (Tấn)
Chất ô nhiễm 2005 2010 2020
CO 1140,98 1621,46 2132,42
HC 63,76 90,79 123,13
NOx 75,69 108,52 163,24
SOx 21,00 30,27 48,95
Bụi 13,01 23,25 37,80
Hầu như tất cả các thành phố lớn, kể cả các thành phố thuộc tỉnh đều
gặp phải ô nhiễm bụi trên các trục giao thông và khu vực dân cư. Chúng ta
đã bị ô nhiễm bụi PM10 và tình trạng ô nhiễm vẫn đang có xu hướng tăng
lên. Ô nhiễm PM10 ở nước ta chủ yếu do các loại xe cơ giới sử dụng nhiên
liệu diesel và một phần do xe mô tô, xe gắn máy. Nồng độ các chất độc hại
tại một số nút giao thông gần khu dân cư vào giờ cao điểm đã chạm ngưỡng
giới hạn cho phép [78].
Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí chủ yếu là tác động xấu đến sức
khỏe con người và gây thiệt hại kinh tế do chi phí để khắc phục các vấn đề về
sức khỏe. Có thể nói, vấn đề ô nhiễm do khí thải của động cơ đã mang tính
thời sự toàn cầu và Việt Nam chúng ta không thể là một ngoại lệ.

28. 10
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG
1.2.1. Tình hình sản xuất LPG
1.2.1.1. Tình hình sản xuất LPG trên thế giới
Theo số liệu thống kê của hãng tư vấn năng lượng quốc tế Purvin &
Gertz của Mỹ [61], sản lượng LPG sản xuất trên thế giới liên tục tăng (trung
bình 5-10%/năm) kể từ thập kỷ 90 đến nay và dự đoán vẫn tiếp tục tăng trong
những năm tới.
Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2000 đạt mức 198 triệu tấn,
năm 2008 đạt 239 triệu tấn. Tốc độ tăng trưởng nguồn cung LPG thế giới tăng
khoảng 2,4% một năm trong giai đoạn 2000-2008. Năm 2013 nguồn cung thế
giới có thể đạt 260 triệu tấn và dự báo năm 2015 đạt 291,7 triệu tấn. Trong
tổng lượng LPG cung cấp trên thị trường, 60% LPG được sản xuất từ quá
trình xử lý khí, 39,5% sản xuất từ các nhà máy lọc dầu, còn lại 0,5% sản xuất
từ các nguồn khác.
Hình 1.8. Biểu đồ sản xuất LPG trên toàn cầu [61]
1.2.1.2. Tình hình sản xuất LPG ở Việt Nam
Việt Nam có trữ lượng khoảng 3000 tỷ m3
khí tập trung chủ yếu ở thềm
lục địa nước ta. Năm 2009 Nhà máy chế biến khí Dinh Cố bắt đầu sản xuất
Thặng dư
1995 2000 2005 2010 2015
35
30
25
20
15
10
5
0
350
300
250
200
150
100
50
0
Triệu tấn
Tổng sản lượng sản xuất
Tổng nhu cầu
Sản lượng thặng dư

29. 11
LPG (sản lượng khoảng 29.000 tấn/tháng) phục vụ cho công nghiệp và dân
dụng. Từ qúy II năm 2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng chính thức đi
vào hoạt động, đã cho ra sản phẩm LPG thương mại đầu tiên.
Trong tương lai, khi các nhà máy lọc, hoá dầu khác như Nghi Sơn,
Long Sơn,… hoàn thành theo qui hoạch PVN (Petrovietnam) đã phê duyệt thì
sản lượng khí đồng hành của các nhà máy trên sẽ là nguồn cung cấp LPG rất
lớn, khi đó chúng ta có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng LPG của cả nước.
Dự báo sản lượng LPG tại Việt Nam sẽ đạt 1,86 triệu tấn năm 2015 và đạt
2,88 triệu tấn năm 2025.
1.2.2. Tình hình sử dụng LPG
Trên thế giới
Việc sử dụng LPG trên thế giới tập trung vào bốn lĩnh vực, tiêu dùng
dân dụng hiện có khối lượng sử dụng lớn nhất chiếm gần 50%, tiếp theo là
lĩnh vực hoá chất chiếm 24%, sử dụng LPG trong công nghiệp đứng thứ ba
với tổng mức tiêu thụ chiếm khoảng 13%, trong khi vận tải chỉ đứng thứ 4 với
tổng lượng tiêu thụ hàng năm chiếm 8,8%.
Ở Việt Nam
Nhu cầu sử dụng LPG tại Việt Nam những năm gần đây gia tăng một
cách nhanh chóng. Năm 1991 nhu cầu LPG cả nước là 50.000 tấn, năm 2000
là 400.000 tấn và năm 2010 là 1,2 triệu tấn. Dự báo năm 2015 nhu cầu sử
dụng LPG cả nước khoảng 1,5 triệu tấn và năm 2020 đạt 2 triệu tấn. Tuy
nhiên ở nước ta, LPG vẫn chủ yếu sử dụng làm chất đốt, việc sử dụng LPG
cho các phương tiện giao thông vận tải chưa đáng kể.
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và
động cơ diesel - LPG
1.3.1. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới
1.3.1.1. Theo hướng tính toán lượng phát thải các chất độc hại và các yếu tố
ảnh hưởng.

30. 12
Tính toán lượng phát thải các chất độc hại trong khí thải là một trong
những nội dung quan trọng để đánh giá chất lượng bảo vệ môi trường của
động cơ. Ngay từ khi vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra, đã có nhiều
công trình nghiên cứu về lĩnh vực này.
Việc tính toán phát thải dựa trên mô hình mô phỏng hệ thống phun
nhiên liệu của động cơ diesel được giới thiệu khá chi tiết trong công trình của
tác giả Badami. M, Nuccio. P, Trucco. G (Technology for Diesel Fule
Injection and Spray) (1999), [36]. Mô hình ba chiều về sự hình thành PM và
NOX trong động cơ diesel buồng cháy thống nhất cũng được đề cập trong
nghiên cứu của Z.X Hou và J.Abraham (University of Minesota) (1995) [45].
Ảnh hưởng của một số thông số như áp suất phun, hình dạng hình học
của vòi phun... đến phát thải các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ
diesel phun nhiên liệu trực tiếp đã được nhóm tác giả D.A Pierpont và R.D
Reitz (Universty of Wisconsin-Madison) (1995) [59] làm rõ. Đây là một trong
những đóng góp đáng kể cho quá trình nghiên cứu giảm ô nhiễm của động cơ
diesel. Tác động của tốc độ phun đến sự phát thải ô nhiễm của động cơ diesel
phun nhiên liệu trực tiếp cũng được đề cập trong công trình của tác giả J.W
Hwang, H.J Kai, M.H Kim và các đồng sự (INHA University) (1999) [47].
BEROUN (Stanislav Techn. Univ. Liberec - Czech Republic) và
MARTINS, Jorge (Univ. Minho - Portugal) (2001) [38] đã xác định được
nồng độ các chất CO, HC, NOx, CO2, PM trong khí thải của động cơ diesel
khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - CNG và diesel - LPG. Kết quả nghiên
cứu của tác giả đã cho thấy hàm lượng NOX và PM trong động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu giảm tùy thuộc vào tốc độ và tải trọng của động cơ.
Z.H. Zhang, C.S. Cheung, T.L. Chan và C.D. Yao (State Key
Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300 072, PR China)
(2009) [74] đã tìm ra được ảnh hưởng đến thành phần khí thải của động cơ
diesel khi phun thêm khí metanol vào đường ống nạp của động cơ.

31. 13
Thierry Seguelong [71] đã tiến hành thực nghiệm so sánh 3 phương pháp
cắt giảm phát thải NOx trên động cơ diesel, kết quả đạt được cho thấy, sử
dụng bộ xúc tác SCR có thể giúp cho động cơ mới đáp ứng tiêu chuẩn khí thải
Euro 6, trong khi giải pháp LNT và EGR có thể giúp động cơ đạt được tiêu
chuẩn phát thải Euro V.
Công trình của các tác giả Bogdan Cornel BENEA và Adrian Ovidiu
SOICA (TRANSILVANIA University of Brasov) (2007) [37] đã so sánh
kết quả thực nghiệm đo khí thải của một động cơ diesel khi sử dụng nhiên
liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Tác giả đã làm rõ được hiệu
quả giảm phát thải PM đối với động cơ diesel – LPG là rất đáng kể, đồng
thời cũng cho thấy lượng phát thải HC và CO tăng lên khi sử dụng lưỡng
nhiên liệu.
Khả năng giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng
phương án phun LPG vào đường ống nạp đã được các tác giả Dong Jian, Gao
Xiaohong, Li Gesheng và Zhang Xintang, (Wuhan University of Technology)
(2001) [41] nghiên cứu thành công trên một động cơ diesel lắp trên ô tô buýt.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đưa thêm LPG vào nhiên liệu diesel, lượng
phát thải PM và NOx giảm mạnh. Các tác giả cũng đã làm rõ ảnh hưởng của
các thông số như áp suất phun, thời gian phun và đường kính lỗ phun đến độ
ổn định của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG.
Kết quả nghiên cứu của Thomas Renald C.Ja và Somasundaram P trên
một động cơ diesel có hệ thống phun nhiên liệu điện tử [69] cho thấy mức
giảm phát thải NOx khi pha thêm tỷ lệ % LPG khác nhau ở các chế độ tải
trọng khác nhau.
Biện pháp giải quyết hiện tượng tăng lượng phát thải độc hại HC và
CO khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG đã được các tác giả M. P.
Poonia, (Engineering College, Kota, Rajasthan), A. Ramesh (Indian Institute
of Technology Madras, Chennai) và R. R. Gaur (Indian Institute of

32. 14
Technology Delhi, New Delhi-110 016) (1999) [57] tiến hành thực nghiệm
trên một động cơ diesel. Nghiên cứu đã chỉ rõ tác dụng của việc sử dụng biện
pháp luân hồi khí xả để giảm lượng khí thải độc hại của một động cơ diesel sử
dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG là rất hiệu quả, đặc biệt là ở chế độ tải
trung bình và tải nhỏ.
Các công trình kể trên đã cho thấy phương pháp xác định hàm lượng
các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel và động cơ diesel-LPG tùy
thuộc vào loại động cơ, mục đích nghiên cứu và điều kiện hoạt động thực tế.
Với các động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, việc tính toán các thành phần khí
thải thường sử dụng phương pháp mô phỏng kết hợp với thực nghiệm. Chất
lượng quá trình cháy và hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ
diesel-LPG phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như phương pháp hòa trộn hỗn
hợp diesel-LPG, tỷ lệ hòa trộn, thành phần nhiên liệu, thông số kết cấu của
động cơ…Do vậy, muốn xác định được thành phần khí thải của động cơ, cần
phải tiến hành nghiên cứu trên những động cơ cụ thể.
1.3.1.2. Theo hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel –
LPG vào thực tế
Trên thế giới, việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG thực
tế chưa phổ biến như chuyển đổi động cơ đơn nhiên liệu LPG, tuy nhiên việc
nghiên cứu, thử nghiệm chuyển đổi lưỡng nhiên liệu ngày càng được quan
tâm đặc biệt. Loại phương tiện chuyển đổi chủ yếu tập trung vào các loại ô tô
tải và ô tô chở khách chạy trong các đô thị lớn.
Liên xô cũ là một trong những nước đi tiên phong trong việc nghiên
cứu, ứng dụng động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG. Vào những năm
70 của thế kỷ 19, Liên xô đã nghiên cứu chuyển các động cơ máy kéo M-17,
Д-54 và V-2 sang sử dụng LPG với phương pháp trộn hỗn hợp bên ngoài và
phát cháy bằng tia lửa điện.
Clark Material Handling Company là một Công ty sản xuất ô tô có trụ

33. 15
sở tại Lexington, Kentucky (Mỹ) cũng là hãng đi tiên phong trong việc sử
dụng động cơ diesel - LPG vào các xe nâng hàng hóa. Hiện nay có 250.000 xe
nâng hàng của Clark được sử dụng tại Bắc Mỹ và trên 350.000 chiếc sử dụng
trên toàn thế giới [52].
Ở Anh việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG bắt đầu từ
năm 1996 và được hiệp hội LPGA (LPG Autogas) phê chuẩn vào năm 2000.
Đến nay ở Anh đã có khoảng 90.000 xe ô tô các loại được chuyển đổi sang đa
nhiên liệu. GSPK là một trong những hãng đi đầu về công nghệ sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel - LPG tại Anh. Hãng đã lắp đặt hơn 500 xe tải hạng
nặng sử dụng lưỡng nhiên liệu và đều rất thành công [79].
Việc ứng dụng chuyển đổi lưỡng nhiên liệu cho động cơ diesel cũng rất
phổ biến ở Australia, nó được ứng dụng trên hầu hết các loại xe từ phương tiện
cá nhân cho đến phương tiện giao thông công cộng, thậm chí cả tàu thủy. Theo
Eco - gas thì tại Australia có khoảng gần 20 công ty kinh doanh trong lĩnh vực
lắp đặt bộ chuyển đổi, trung bình một tháng tại Australia có khoảng 5000-8000
phương tiện các loại chuyển đổi sang sử dụng lưỡng nhiên liệu [79].
Philipin là quốc gia đi đầu ở khu vực Đông Nam Á trong việc ứng dụng
lưỡng nhiên liệu diesel - LPG đại trà trên các phương tiện công cộng. Tháng 6
năm 2008 tổng thống Gloria Macapagal-Arroyo đã dành một khoản ngân sách
một tỷ peso để thực hiện dự án chuyển đổi các phương tiện công cộng sử
dụng nhiên liệu diesel sang sử dụng diesel - LPG. Hiện tại có khoảng 53 trạm
tiếp LPG cho các phương tiện sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu tại thủ đô
Manila của Philippin. MACRO Liquefied Petroleum Gas Co. Inc, một công ty
cung cấp LPG tại Philipin đang có kế hoạch mở rộng mạng lưới LPG ra các
thành phố khác của Philipin như Baguio, Cebu và Davao. Công ty cũng hứa
hẹn sẽ sản xuất 15.000 phương tiện sử dụng lưỡng nhiên liệu mỗi năm bao
gồm xe bus và taxi.
* Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở trên cho thấy, trên

34. 16
thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khí thải của động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Các công trình tập trung chủ yếu vào loại động
cơ lắp trên ô tô khách, ô tô tải trọng lớn, ô tô chuyên dùng. Các nghiên cứu sử
dụng động cơ diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ còn rất hạn chế.
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước
1.3.2.1. Theo hướng tính toán lượng phát thải và các nhân tố ảnh hưởng
Ở trong nước nói chung, nghiên cứu nhằm xác định lượng phát thải do
hoạt động của các phương tiện giao thông đã được các nhà khoa học và quản
lý môi trường rất quan tâm trong những năm gần đây.
Công trình nghiên cứu về ngọn lửa khuếch tán bên ngoài động cơ của
Bùi Văn Ga (Đại học Đà Nẵng) đã cho thấy ảnh hưởng của quá trình cháy và
sự hình thành các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ diesel. Luận án tiến sĩ kỹ
thuật của Trần Văn Nam (Đại học Đà Nẵng) đã đóng góp cho việc mô hình
hóa động cơ đánh lửa cưỡng bức và tính toán động học phản ứng quá trình
hình thành CO trong buồng cháy [16]. Luận án tiến sỹ kỹ thuật của Phạm
Xuân Mai đã góp phần đưa mô hình ngọn lửa khuếch tán bên ngoài động cơ
vào bên trong buồng cháy động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp và nghiên
cứu quá trình hình thành bồ hóng của nó [14]. Luận án tiến sĩ kỹ thuật của
Trần Thanh Hải Tùng đã góp phần nghiên cứu sự hình thành NOX trong quá
trình cháy của động cơ diesel buồng cháy phân chia [21].
Đề tài tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên phun trực
tiếp cho động cơ có tỷ số nén cao của Lê Văn Tụy (Đại học Đà Nẵng) (2009)
[25] đã xây dựng được mô hình tính toán hệ thống phun trực tiếp hai giai
đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên điều khiển bởi rơ le điện từ kép cho động cơ
diesel, qua đó cho phép nâng cao hiệu suất nhiệt và công suất động cơ, tiết
kiệm nhiên liệu hơn, đồng thời giảm thiểu tốt hơn ô nhiễm môi trường do các
phương tiện giao thông gây ra.
Nguyễn Hoàng Vũ (Học viện kỹ thuật quân sự) (2005) [29] đã nghiên

35. 17
cứu tính toán thành phần mol của sản vật cháy theo động học cân bằng và xác
định hàm lượng các chất độc hại trong khí thải theo các phương trình phản
ứng và giải bằng mô hình Zeldovich. Sau khi sử dụng một phần mềm máy
tính để tính toán, tác giả đã xác định được hàm lượng NOx trong khí thải
động cơ diesel khi thay đổi các biến số đầu vào khác nhau như tốc độ quay
trục khuỷu, áp suất bắt đầu nâng kim phun, góc phun sớm.
Mức độ phát thải của các loại động cơ ô tô đã được nhóm nghiên cứu
gồm Lê Anh Tuấn, Nguyễn Duy Vinh, Nguyễn Đức Khánh (Trường ĐH Bách
khoa Hà Nội) (2009) [20] xác định bằng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm
động cơ thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả là đã xác định
được hệ số phát thải các chất độc hại của một số động cơ lắp trên các ô tô như
Ford Laser, Ford Ranger, Toyota Innova, Toyota Prado.
Đối với động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, việc tính toán phát thải dựa
chủ yếu vào các kết quả thực nghiệm. Phạm Hữu Tuyến, Lê Anh Tuấn,
Nguyễn Thế Trực (Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) (2011) [2] đã tiến hành
nghiên cứu tính toán thực nghiệm đo lượng phát thải của động cơ diesel lắp
trên xe buýt. Kết quả thực nghiệm theo chu trình ECE R49 cho thấy, khi lắp
thêm bộ hóa hơi giảm áp để phun LPG vào đường ống nạp, mức độ phát thải
của một số chất độc hại trong khí thải như PM, NOx giảm đáng kể.
Ảnh hưởng của tốc độ động cơ và mức tải đến lượng phát thải của động
cơ diesel - LPG đã được Mai Sơn Hải (Đại học Nha Trang) (2008) [9] nghiên
cứu tính toán thực nghiệm trên một động cơ diesel có lắp thêm hệ thống cung
cấp LPG. Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với động cơ diesel - LPG khi hoạt
động ở chế độ tải cao, độ khói giảm đáng kể, tuy nhiên một số thành phần
khác như HC, CO tăng nhưng lượng tăng không đáng kể, giá trị vẫn nằm
trong giới hạn cho phép.
Kết quả nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Xuân (Đại học
Đà Nẵng) (2005) [21] đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp diesel - LPG

36. 18
đến các thành phần khí thải của động cơ. Các tác giả cũng đã chỉ ra được
những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel –
LPG trên động cơ diesel.
Chu Mạnh Hùng (Bộ Giao thông Vận tải) (2006) [11] đã khảo sát thử
nghiệm và đưa ra kết luận về khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường của ô
tô sử dụng nhiên liệu LPG, đồng thời khẳng định hiệu quả kinh tế của việc sử
dụng khí hóa lỏng cho các loại ô tô ở Việt Nam.
Vũ An (Viện dầu khí Việt Nam) (2009) đã chủ trì cùng với nhóm
nghiên cứu của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giới thiệu một giải pháp
cắt giảm phát thải khói đen cho động cơ xe buýt thông qua việc sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel - LPG. Nghiên cứu này hiện đang được tiếp tục thực
hiện với mục đích đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho phương tiện
giao thông [2].
Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn (Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) (2010)
đã nghiên cứu khả năng giảm ô nhiễm môi trường của động cơ diesel khi sử
dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ mỡ cá basa và nhiên liệu khí hóa lỏng
LPG. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiều ưu việt khi sử dụng các loại nhiên liệu
thay thế này trên động cơ diesel.
1.3.2.3. Theo hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel –
LPG vào thực tế
Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng LPG cho xe máy và ô tô con sử dụng
xăng đã được thực hiện và công bố rộng rãi, tuy nhiên, các nghiên cứu đề cập
đến việc sử dụng LPG trên động cơ diesel còn rất hạn chế.
Hiện đã có một số ứng dụng trong việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel -
LPG trên ô tô nhằm giảm ô nhiễm môi trường không khí. Điển hình là nghiên
cứu chuyển đổi động cơ diesel sang động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG
trên ô tô buýt năm 2009 của Viện dầu khí Việt Nam [2]. Nghiên cứu này,

37. 19
LPG thay thế tối ưu khoảng 26,5% nhiên liệu diesel, trong khi động cơ vẫn
đạt được mômen và công suất cực đại. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, do
sử dụng bộ điều khiển LPG đơn giản nên lưu lượng LPG hầu như không đổi
theo các chế độ làm việc khác nhau của động cơ, dẫn đến thừa LPG ở chế độ
tải thấp và không phát huy hết tính ưu việt của lưỡng nhiên liệu ở tải cao.
Nguyễn Quang Vinh (Công ty Cơ khí Ngô Gia Tự) (2008) [28] đã
nghiên cứu tính năng và phát thải của động cơ diesel lắp trên xe buýt cỡ nhỏ
khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG. Kết quả thử nghiệm đã cho thấy
mức độ giảm phát thải độc hại NOx và PM và khả năng duy trì công suất, mô
men của động cơ nghiên cứu. Tuy nhiên, công trình này mới nghiên cứu ở
mức tỷ lệ LPG thay thế thấp (dưới 19%) và chưa đánh giá ảnh hưởng của
LPG đến các thành phần khí thải của xe.
Một số trường đại học cũng đã có những đề tài nghiên cứu thực nghiệm
sử dụng động cơ diesel – LPG. Ví dụ, nghiên cứu ứng dụng khả năng sử dụng
lưỡng nhiên liệu trên động cơ diesel cỡ nhỏ (động cơ 1 xy lanh) của nhóm
nghiên cứu thuộc Trường ĐH Bách khoa Hà Nội, nghiên cứu quá trình cháy
trong xy lanh động cơ diesel – LPG của nhóm tác giả Trường ĐH Đà Nẵng...
* Nhận xét: Ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về động
cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG. Các kết quả bước đầu đã cho thấy
tác dụng giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường của ô tô
khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG, đặc biệt là khả năng giảm phát thải
PM trên một số động cơ. Tuy nhiên, các công trình trong nước mới tập trung
chủ yếu vào nghiên cứu trên một số động cơ lắp trên ô tô tải trọng lớn, máy
tàu thủy và ô tô khách, chưa có công trình nghiên cứu hoàn thiện nào về tính
toán khí thải của động cơ diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ.
1.4. Kết luận chương I
1. Cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước, số lượng phương tiện
vận tải đường bộ cũng tăng lên một cách nhanh chóng, điều đó tạo ra sức ép

38. 20
ngày càng lớn đối với môi trường không khí đặc biệt là ở các đô thị nơi có
mật độ dân cư lớn và lưu lượng phương tiện tham gia giao thông cao.
2. Hiện tại môi trường không khí dọc theo các tuyến đường ở Hà Nội
và thành phố Hồ Chí Minh đã bị ô nhiễm ở mức báo động, do vậy việc đặt
vấn đề nghiên cứu nhằm giảm phát thải các chất độc hại từ các phương tiện
vận tải sử dụng động cơ diesel chạy trong các thành phố ở Việt Nam hiện nay
là rất cần thiết.
3. Trong các phương án nghiên cứu giảm sự phát thải các chất độc hại
của động cơ diesel thì phương án sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-
LPG là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm. Nhiều
nước tiên tiến trên thế giới đã đầu tư tài chính, công sức cho nghiên cứu này.
4. Ở Việt Nam ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được
quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều, nhưng chưa chuyên sâu. Các kết quả
nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG chứ
chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá trình
cháy, hình thành các chất ô nhiễm.
Trên cơ sở kế thừa kết quả đạt được của các tác giả đi trước, luận án tập
trung nghiên cứu, xây dựng phương pháp xác định lượng phát thải của động
cơ diesel và động cơ diesel - LPG lắp trên xe ô tô. Đồng thời, đánh giá hiệu
quả giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu
diesel-LPG.
Sơ đồ chung về quá trình nghiên cứu của luận án được trình bày trên
hình 1.9.

39. 21
Hình 1.9. Sơ đồ chung về quá trình nghiên cứu
Nghiên cứu lý
thuyết
Chọn phương pháp
và thiết bị hòa trộn
LPG vào diesel
Xây dựng mô hình
xác định các thành
phần khí thải động
cơ diesel - LPG
Xây dựng mô hình
xác định các thành
phần khí thải động
cơ diesel
Thực nghiệm xác định
các thành phần khí thải
động cơ diesel và động
cơ diesel - LPG
So sánh độ chính xác của mô hình
Đánh giá kết quả nghiên cứu.
Kết luận chung
Hướng phát triển
Khảo sát ảnh hưởng
của các thông số đến
thành phần khí thải
Lựa chọn động cơ,
thiết bị thử nghiệm
Xác định lượng phát thải của động
cơ diesel và động cơ diesel - LPG
Lắp đặt thiết bị hòa
trộn LPG vào động
cơ diesel

40. 22
Chương II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÍ THẢ I CỦA
ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL - LPG
2.1. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel - LPG
2.1.1. Các phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel - LPG
2.1.1.1. Trộn nhiên liệu diesel với LPG dạng lỏng trước khi phun vào buồng đốt
Hệ thống cung cấp nhiên liệu loại này gồm có bình chứa khí hóa lỏng
LPG áp suất cao, hệ thống van kết nối với bình chứa điều khiển lưu lượng khí
hóa lỏng LPG, bộ trộn (hình 2.1) [41]. Hệ thống van điều tiết, kiểm soát lưu
lượng được điều khiển bằng mô đun điều khiển trung tâm, căn cứ vào các tín
hiệu từ các cảm biến của xe, theo nhu cầu nhiên liệu của động cơ.
Nhiên liệu diesel được nén bằng bơm và chứa trong bình áp lực cao
trước khi đưa vào buồng trộn. Lượng diesel cung cấp được điều khiển bằng
van kiểm soát lưu lượng và được điều khiển bởi bộ điều khiển điện tử.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống trộn nhiên liệu diesel - LPG ở dạng lỏng.
Nhiên liệu LPG ở dạng lỏng được đưa từ bình chứa qua các van điều
khiển và trộn với diesel tại buồng trộn thành một hỗn hợp nhiên liệu lỏng, hỗn
hợp này vẫn được duy trì áp suất và được bơm vào ống góp chung
Thùng chưá diesel
Bộ trộn diesel-LPG Van điều khiển
Bình chứa LPG
Mô đun điều khiển

41. 23
(commonrail) rồi qua vòi phun, phun vào buồng đốt.
Ưu điểm:
- LPG có thể trộn với diesel theo tỷ lệ khá cao, góp phần giảm lượng
tiêu thụ nhiên liệu diesel.
- Kết cấu động cơ diesel nguyên bản không bị thay đổi nhiều.
Nhược điểm:
- Khi tăng tốc độ vòng quay, động cơ làm việc không ổn định.
- Với tỷ lệ hòa trộn LPG cao thì tính bôi trơn của nhiên liệu sẽ giảm đi,
dẫn đến những vấn đề liên quan đến mài mòn chi tiết, làm tăng chi phí bảo
dưỡng sửa chữa động cơ.
2.1.1.2. Phun trực tiếp LPG lỏng vào buồng đốt
Nhiên liệu diesel và LPG được bơm cao áp nén với áp suất cao và phun
vào buồng cháy của động cơ (hình 2.2) [57]. Có thể sử dụng vòi phun chung cho
cả hai loại nhiên liệu (combi-injector), hoặc sử dụng hai vòi phun riêng biệt.
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống phun trực tiếp LPG vào buồng đốt
1.Đầu phun kết hợp; 2. Đường dẫn nhiên liệu; 3. Điều khiển dầu; 4. Van xả;
5. Van khí; 6. Cung cấp khí có áp suất cao; 7. Bơm đôi; 8. Trục cam
1 2 3
5
4
6
7
8

42. 24
Trường hợp sử dụng hai vòi phun riêng biệt cho LPG và diesel thì phải
cải tạo động cơ rất phức tạp và tốn kém chi phí. Sử dụng vòi phun chung hai
nhiên liệu thì vòi phun dễ bị mài mòn do đặc tính bôi trơn kém của LPG.
Ưu điểm:
- Kiểm soát được nồng độ hỗn hợp cháy.
- Đáp ứng kịp thời mọi chế độ tải.
Nhược điểm:
- Dễ đóng băng làm tắc ống dẫn nhiên liệu LPG.
- Bơm nhiên liệu LPG dễ bị hóa hơi và ngưng tụ.
- Thiết bị điều khiển phức tạp.
2.1.1.3. Phun LPG vào đường ống nạp
Hiện nay phương pháp hòa trộn LPG với không khí trước khi phun hỗn
hợp này vào buồng đốt được áp dụng khá phổ biến. Hệ thống cung cấp LPG
bao gồm bình chứa LPG, bộ hóa hơi giảm áp và vòi phun LPG (hình 2.3) [67].
LPG từ bình chứa được đưa đến bộ hóa hơi giảm áp để giảm áp suất
LPG xuống một giá trị phù hợp, bộ phận này sử dụng nhiệt của nước làm mát
động cơ để tăng tốc độ hóa hơi LPG. Sau khi được hóa hơi giảm áp, LPG
được dẫn qua các van điều khiển đến vòi phun và phun vào đường ống nạp
động cơ. Tại đây LPG hơi hòa trộn với không khí từ máy nén của turbo tăng
áp tạo thành hỗn hợp LPG-không khí trước khi đưa qua các họng hút đi vào
buồng cháy của động cơ.
Ưu điểm:
- Kết cấu gọn nhẹ, lắp đặt đơn giản.
- Không phải cải tạo động cơ diesel nguyên bản.
- Quá trình cháy hoàn toàn, hiệu suất cháy cao.
Nhược điểm:
- Tỷ lệ hòa trộn diesel - LPG không ổn định khi tốc độ và tải trọng
động cơ thay đổi.

43. 25
- Động cơ dễ bị cháy kích nổ khi tỷ lệ hòa trộn cao.
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống phun LPG vào đường ống nạp động cơ
1. Bình chứa LPG; 2. Van điện từ; 3. Bộ giảm áp hóa hơi; 4. Van tiết lưu;
5. Cảm biến tín hiệu áp suất nạp; 6. Vòi phun LPG
2.1.2. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel - LPG
Căn cứ vào ưu nhược điểm của các phương án hòa trộn lưỡng nhiên
liệu diesel - LPG và để phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, đề tài chọn phương
án phun LPG vào đường ống nạp động cơ để khảo sát tính toán và thực
nghiệm. Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel được trình
bày trên hình 2.4.
LPG từ bình chứa được đưa đến bộ hóa hơi giảm áp, tại đây LPG bay hơi,
áp suất giảm đến giá trị làm việc phù hợp. Vòi phun LPG và sensor thu tín hiệu
áp suất được lắp vào đường ống nạp, trong quá trình hóa hơi, LPG sẽ thu nhiệt
gây ra hiện tượng đóng băng nên cần phải có một nguồn nhiệt đưa vào để duy trì
khả năng làm việc của bộ hóa hơi giảm áp. Để giải quyết vấn đề này, hai ống
dẫn nước của thiết bị được lắp vào đường nước vào và ra két nước làm mát của
động cơ, do đó sẽ bổ sung nhiệt hâm nóng bộ giảm áp hóa hơi, làm tăng tốc độ
hóa hơi LPG và tránh hiện tượng đóng băng trong hệ thống.
2 3 41
5 6

44. 26
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG và hệ thống nhiên liệu
động cơ diesel tăng áp
1. Bầu lọc khí; 2. Bộ làm mát khí nạp; 3. Ống xả; 4. Bơm cao áp; 5. Bầu lọc thô;
6. Turbo tăng áp; 7. Vòi phun; 8. Đường ống lấy tín hiệu áp suất nạp; 9. Đường ống
dẫn LPG đã hóa hơi; 10. Bơm tiếp nhiên liệu; 11. Van điều chỉnh lưu lượng LPG;
12. Bầu lọc tinh; 13. Bình chứa LPG; 14. Đường ống dẫn LPG; 15. Két làm mát
động cơ; 16. Thùng nhiên liệu diesel; 17. Bộ giảm áp hóa hơi.
2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình chá y trong độ ng cơ dieselvà động cơ diesel - LPG
2.2.1. Quá trình chá y trong độ ng cơ diesel
Khác với động cơ xăng, quá trình hình thành hỗn hợp đối với động cơ
diesel được thực hiện bên trong xi lanh. Nhiên liệu có áp suất cao được phun
vào xi lanh ở cuối hành trình nén, trước thời điểm quá trình cháy diễn ra [26].
Nhiên liệu lỏng được phun với tốc độ cao thành một hoặc nhiều tia phun qua
các lỗ phun nhỏ trên vòi phun, sau đó được xé tơi thành những hạt nhỏ và
1
2
3
4 5
6
13
7
8
9 10
11
15 16
12
14
11
17

45. 27
phun vào trong buồng cháy động cơ. Các hạt nhiên liệu này có kích thước
khác nhau và phân bố không đều trong xi lanh động cơ. Lớp nhiên liệu trên bề
mặt hạt bắt đầu bay hơi và khuếch tán nhanh vào khối không khí nóng xung
quanh, tạo ra các lớp hỗn hợp hơi nhiên liệu và không khí. Lớp hỗn hợp nằm
sát với bề mặt hạt có thành phần đậm và nhiệt độ thấp do hạt nhiên liệu hấp
thụ nhiệt để bay hơi, lớp hỗn hợp càng xa hạt nhiên liệu thì thành phần càng
nhạt và có nhiệt độ càng cao. Khi nhiệt độ và áp suất của lớp hỗn hợp cao hơn
điểm tự cháy của nhiên liệu, quá trình tự cháy xuất hiện sau thời gian trễ
khoảng vài độ góc quay trục khuỷu. Quá trình cháy của phần hỗn hợp này làm
áp suất trong xi lanh tăng nhanh, do đó phần hỗn hợp chưa cháy bị nén mạnh,
thời gian chuẩn bị cháy được rút ngắn và phần này được cháy rất nhanh, đồng
thời thời gian bay hơi của nhiên liệu lỏng còn lại cũng giảm. Quá trình phun
nhiên liệu tiếp tục cho đến khi toàn bộ lượng nhiên liệu cần thiết được cung
cấp hết vào xi lanh động cơ. Toàn bộ nhiên liệu phun vào đều lần lượt trải qua
các quá trình xé tơi, bay hơi, hòa trộn nhiên liệu với không khí và bốc cháy.
Trong suốt hành trình cháy và giãn nở, liên tục diễn ra sự hòa trộn của không
khí còn sót lại trong xi lanh với hỗn hợp đang cháy và đã cháy.
Quá trình cháy của động cơ diesel thực chất là các phản ứng cháy của
nhiên liệu với không khí. Sản phẩm của quá trình cháy bao gồm: CO2, H2O, N2,
O2, CO, HC cháy không hết, NOx, bụi, khói và tuỳ thuộc vào chất lượng của
nhiên liệu mà sản phẩm cháy có thể có SOx. Trong các thành phần khí thải thì
NOx, phát thải hạt, CO và HC cháy không hết là phát thải gây độc hại nghiêm
trọng nhất của động cơ đốt trong [27].
Như vậy, quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trong động cơ diesel là
một quá trình phức tạp. Có thể rút ra một số vấn đề chính từ quá trình cháy
trong động cơ diesel như sau:
- Nhiên liệu được phun vào buồng cháy ngay trước khi quá trình cháy
diễn ra nên không có hiện tượng kích nổ như đối với động cơ xăng. Do đó, có

46. 28
thể tăng tỷ số nén giúp tăng hiệu suất cao hơn với động cơ xăng.
- Nhiên liệu diesel phải có chỉ số xetan đủ lớn để rút ngắn thời gian
cháy trễ, điều này đảm bảo việc có thể kiểm soát thời điểm bắt đầu cháy qua
thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu và đảm bảo áp suất khí cháy tối đa trong xi
lanh không vượt quá giới hạn cho phép.
- Mô men của động cơ được điều chỉnh theo lượng nhiên liệu phun vào cho
mỗi chu trình trong khi lượng không khí nạp gần như không đổi nên trên đường nạp
động cơ không cần có bướm tiết lưu, công suất bơm nhỏ nên hiệu suất cơ giới của
động cơ diesel ở chế độ tải trọng trung bình cao hơn so với động cơ xăng.
- Khi lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình tăng, lượng muội
than (bồ hóng) được hình thành do nhiên liệu cháy không hết tăng lên, do vậy
hệ số dư lượng không khí ở chế độ toàn tải phải cao hơn 20% hệ số dư lượng
không khí ở điều kiện cháy tiêu chuẩn.
Trong động cơ diesel tốc độ hòa trộn hỗn hợp sẽ quyết định tốc độ
cháy, vì vậy buồng cháy của động cơ diesel cần đảm bảo hòa trộn nhanh giữa
nhiên liệu phun vào và không khí trong xi lanh để quá trình cháy hoàn thành
trong khoảng góc quay thích hợp gần điểm chết trên. Quá trình cháy trong
động cơ diesel có thể được chia thành 4 giai đoạn gồm: Cháy trễ, cháy nhanh,
cháy chính (cháy chậm) và cháy rớt (Hình 2.5) [26].
Giai đoạn cháy trễ (I): Được tính từ khi bắt đầu phun nhiên liệu vào
buồng cháy đến khi bắt đầu cháy. Đặc điểm của giai đoạn này là:
+ Tốc độ phản ứng hóa học tương đối chậm, phản ứng tạo ra các sản
phẩm trung gian.
+ Nhiên liệu được phun liên tục vào buồng cháy, lượng nhiên liệu được
phun vào cuối giai đoạn cháy trễ khoảng 30-40%, cá biệt đối với một vài
động cơ cao tốc có thể tới 100%.
Giai đoạn cháy nhanh (II): Trong giai đoạn này xảy ra quá trình cháy
của nhiên liệu đã được hòa trộn với không khí trong giai đoạn cháy trễ, quá

47. 29
trình cháy này diễn ra rất nhanh, chỉ trong vài độ góc quay trục khuỷu. Đặc
điểm của giai đoạn này là:
+ Hình thành nguồn lửa, tốc độ cháy tăng nhanh, tốc độ tỏa nhiệt
thường lớn nhất, cuối giai đoạn này lượng nhiên liệu được đốt cháy chiếm
khoảng 1/3 lượng nhiên liệu cấp cho chu trình.
+ Áp suất và nhiệt độ môi chất tăng nhanh.
+ Nhiên liệu tiếp tục được phun vào làm tăng nồng độ nhiên liệu trong
hỗn hợp.
Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn các giai đoạn
trong quá trình cháy động cơ diesel
Trong giai đoạn cháy nhanh, tốc độ tăng áp suất p/ rất lớn, nếu giá
trị này quá lớn sẽ tạo ra các xung áp suất va đập vào bề mặt các chi tiết tạo
thành buồng cháy gây tiếng gõ, làm giảm tuổi thọ động cơ. Tình hình cháy
trong giai đoạn này phụ thuộc chính vào lượng nhiên liệu cung cấp và sự
T
P
3'
4'
5'
T3
2'
1'
4
1
5
P
2
60 40 20 0 20 40 60 80
ĐCT
I II III IV
φ0

48. 30
chuẩn bị về vật lý và hóa học của hỗn hợp trong giai đoạn cháy trễ. Nếu giai
đoạn cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu phun vào nhiều và được chuẩn bị đầy
đủ để cháy thì sau khi có một điểm bắt đầu cháy, màng lửa sẽ lan nhanh đến
mọi nơi trong buồng cháy làm tốc độ cháy và tốc độ tăng áp suất rất lớn.
Giai đoạn cháy chính (III): Khi phần hỗn hợp nhiên liệu/không khí hòa
trộn trong giai đoạn cháy trễ được đốt cháy hết, tốc độ cháy (hay tốc độ tỏa
nhiệt) trong giai đoạn tiếp theo phụ thuộc vào tốc độ hình thành hỗn hợp đủ
điều kiện có thể cháy. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hình thành hỗn
hợp và cháy trong giai đoạn này như: Mức độ phun sương, khả năng bay hơi
nhiên liệu, tốc độ hòa trộn hơi nhiên liệu với không khí, các phản ứng hóa học
chuẩn bị cho sự cháy. Trong đó tốc độ cháy bị chi phối lớn nhất bởi quá trình
hòa trộn hơi nhiên liệu với không khí. Tốc độ tỏa nhiệt có thể đạt giá trị đỉnh
thứ hai (thường thấp hơn đỉnh thứ nhất) và sau đó dần dần giảm xuống. Một
số đặc điểm cơ bản của giai đoạn này là:
+ Quá trình cháy tiếp diễn với tốc độ cháy khá lớn, cuối giai đoạn này
khoảng 70-80% nhiệt lượng được tỏa ra.
+ Nhiên liệu đã kết thúc phun, do lượng sản vật cháy tăng nhanh nên
nồng độ nhiên liệu và ôxy giảm.
+ Nhiệt độ tăng đến giá trị lớn nhất, tuy nhiên do piston bắt đầu đi
xuống nên áp suất hơi giảm xuống.
+ Nồng độ sản phẩm của quá trình cháy trung gian giảm, nồng độ sản
phẩm cháy cuối cùng tăng.
Giai đoạn cháy rớt (IV): Quá trình tỏa nhiệt vẫn tiếp diễn với tốc độ thấp
ngay trong hành trình giãn nở. Một phần nhỏ nhiên liệu chưa được cháy, một phần
năng lượng của nhiên liệu ở dưới dạng bồ hóng và các sản phẩm của quá trình
cháy giàu nhiên liệu vẫn tiếp tục tỏa nhiệt. Đặc điểm của giai đoạn này là:
+ Tốc độ cháy giảm dần đến kết thúc cháy, tốc độ tỏa nhiệt giảm dần
tới không.

49. 31
+ Thể tích môi chất trong xi lanh tăng dần nên áp suất và nhiệt độ môi
chất giảm xuống.
Điều kiện cháy trong giai đoạn này kém do áp suất, nhiệt độ thấp,
chuyển động của dòng khí yếu và sản phẩm cháy tăng dẫn đến tăng khả năng
hình thành muội than. Phần nhiệt lượng tỏa ra trong giai đoạn này không những
chuyển thành công ít hiệu quả hơn so với các giai đoạn trước mà còn tăng phụ
tải nhiệt cho các chi tiết, tăng tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát và làm
giảm tính năng của động cơ.
2.2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ sử dụng lưỡng
nhiên liệu diesel - LPG
Trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG, LPG được hóa hơi
và phun vào đường ống nạp, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đi vào xi
lanh động cơ. Cuối kỳ nén, hỗn hợp khí bị nén lại, áp suất và nhiệt độ tăng lên,
khi piston gần tới điểm chết trên, nhiên liệu diesel được phun vào trong xi lanh.
Tương tự như trong động cơ diesel-CNG, môi chất trong xy lanh sẽ hòa
trộn với hơi nhiên liệu ở phần vỏ hình nón của tia nhiên liệu [62]. Đường bao
của tia nhiên liệu chia không gian buồng cháy thành 2 vùng: Vùng chưa cháy
và vùng cháy (Hình 2.6).
Hình 2.6. Phân chia vùng cháy trong động cơ diesel - LPG
Vòi phun
nhiên liệu
diesel
Vùng chưa
cháy
Vùng cháy

50. 32
Vùng chưa cháy là vùng hỗn hợp đồng nhất của LPG và không khí, nằm bên
ngoài hình nón của tia nhiên liệu. Vùng cháy nằm bên trong hình nón của tia nhiên
liệu là nơi diễn ra quá trình cháy, thành phần môi chất trong vùng này gồm sản
phẩm cháy, nhiên liệu diesel chưa cháy, hỗn hợp LPG và không khí chưa cháy.
Quá trình cháy của hỗn hợp môi chất nạp diễn ra sau khi hơi nhiên liệu
diesel tự cháy. Trong quãng thời gian cháy trễ, nhiệt độ và áp suất của môi
chất trong cả 2 vùng đều tăng nhanh khi piston vẫn tiếp tục chuyển động tới
gần điểm chết trên, đồng thời lượng diesel bay hơi tiếp tục tăng lên và hòa
trộn với môi chất nạp tạo hỗn hợp cháy và thâm nhập vào vùng cháy. Khi quá
trình cháy xảy ra, 2 vùng trên bị phân cách bởi màng lửa bao phủ bề mặt của
tia nhiên liệu diesel với chiều dày màng lửa khoảng 0,2mm [62]. Màng lửa
này sẽ lan truyền qua toàn bộ không gian buồng cháy theo phương vuông góc
với bề mặt ngoài của vùng cháy (Hình 2.7).
Hỗn hợp LPG và không khí sẽ cháy khi màng lửa lan tràn qua tạo ra
các sản phẩm cháy, do vậy lượng nhiệt tỏa ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ lan tràn
của màng lửa và lượng LPG trong hỗn hợp. Tổng lượng nhiệt tỏa ra bao gồm
cả phần nhiên liệu LPG và diesel.
Hình 2.7. Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy
Phía trước
màng lửa
Ranh giới của
vùng cháy
Hướng lan truyền
của màng lửa

51. 33
Quá trình cháy trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel -LPG
khá phức tạp vì kết hợp các hiện tượng cháy ở động cơ xăng và động cơ
diesel. Ngoài giai đoạn cháy trễ và cháy rớt giống như trường hợp đơn nhiên liệu
diesel, quá trình cháy này có thể chia thành 3 giai đoạn chính [30].
Hình 2.8. Quá trình tỏa nhiệt trong động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel- LPG
1. Điểm bắt đầu quá trình cháy
2. Điểm cực đại ở giai đoạn cháy thứ nhất
3. Điểm cực tiểu giữa hai giai đoạn cháy
4. Điểm cực đại ở giai đoạn cháy thứ hai
5. Điểm kết thúc quá trình cháy
Góc quay trục khuỷu (độ)
Tốcđộtỏanhiệt(J/CA)
100% diesel
75,9 % diesel + 24,1 % LPG
340 360 380 400 420
Tốcđộtỏanhiệt(J/CA)
-25
25
75
125
175
225
275
-25
25
75
125
175
225
275
340
1
2
4
3
5
1
2
5
360 380 400 420

52. 34
- Giai đoạn 1: Giai đoạn cháy nhanh với nhiên liệu diesel và một phần
nhỏ nhiên liệu khí. Quá trình cháy này chủ yếu do nhiên liệu diesel phun vào cùng
với một lượng nhỏ LPG bị cuốn vào vùng cháy, thể hiện bằng đỉnh thứ nhất trên
hình 2.8.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn cháy nhanh với phần lớn nhiên liệu LPG và
một phần nhiên liệu diesel. Quá trình cháy này chủ yếu do nhiên liệu LPG
cùng với một lượng nhỏ diesel, thể hiện bằng đỉnh thứ 2 trên hình 2.8.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn cháy khuếch tán của diesel và khí còn lại.
Trong giai đoạn này lượng nhiên liệu diesel và LPG còn lại tiếp tục cháy nốt.
Giá trị cực đại trên đồ thị biểu diễn giai đoạn cháy nhanh của nhiên liệu
diesel và LPG phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ diesel và LPG thay thế. Giới hạn này
được xác định dựa vào lượng LPG phun vào động cơ mà không gây ra hiện
tượng cháy kích nổ.
Theo A. Bilcan, O . Le Corre and M . Tazerout [30], nhiệt lượng tỏa
ra trong quá trình cháy của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG theo góc
quay của trục khuỷu động cơ được xác định từ phương trình mô tả quy luật
cháy Vibe (2.1).

























1
.exp1.)(ˆ
s
o
waQQ


 (2.1)
Trong đó:
 . Góc quay trục khuỷu hiện thời, độ;
 Q

. Nhiệt tỏa ra tính đến góc quay của trục khuỷu  , J;
Q. Tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy, J;
aw. Hằng số phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu LPG cung cấp vào xy lanh;
S. Hệ số hình dáng (thông số kích thước);
 o,  . Thời điểm và thời gian diễn ra quá trình cháy, độ;
Hệ số hình dáng S quyết định biên dạng của đồ thị tốc độ tỏa nhiệt

53. 35
(ROHR), giá trị S càng lớn, giá trị cực đại của ROHR càng cao. Thời điểm
bắt đầu và kết thúc của mỗi giai đoạn cháy phụ thuộc vào tỷ lệ diesel và LPG.
Quy luật tỏa nhiệt trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG được
trình bày trong hình 2.9 [30].
Hình 2.9. Các giai đoạn trong quá trình cháy của động cơ diesel-LPG
Đối với mỗi một giai đoạn cháy cần phải xác định được thời điểm bắt đầu
và kết thúc. Các thời điểm này được xác định theo tỷ lệ hòa trộn diesel-LPG
khác nhau. Phương trình tính toán và các hệ số được trình bày trong bảng 2.1.
Thời điểm bắt đầu giai đoạn cháy nhanh của nhiên liệu diesel được xem
là cùng với thời điểm bắt đầu của toàn bộ quá trình cháy. Giai đoạn cháy
nhanh của nhiên liệu LPG được xem là giai đoạn tiếp theo giai đoạn cháy của
nhiên liệu diesel, khi mà điều kiện bên trong xy lanh đủ để hình thành quá
trình cháy của nhiên liệu khí. Giá trị hằng số được lựa chọn cho 2 giai đoạn
cháy đối với mỗi tỷ lệ LPG khác nhau như thể hiện trong bảng 2. Giá trị 𝜃𝑜
được điều chỉnh tùy theo từng loại động cơ.
1
3
2
4
5
(spd,Qpd)
(sd,Qd)
(spg,Qpg)
Góc quay trục khuỷu (độ)
Bắt đầu cháy nhanh với LPG
Bắt đầu cháy khuyếch tán
Bắt đầu cháy nhanh với diesel
Tốcđộtỏanhiệt(J/CA)
275 -
225 -
175 -
125 -
75 -
25 -
360 370 380 390 400
! ! ! ! ! !
!

54. 36
Bảng 2.1. Phương trình tính toán giá trị của các góc bắt đầu và kết
thúc giai đoạn cháy nhiên liệu cho các chế độ khác nhau
k
pd pg d
𝜃s ( ) 0
d Q
d



pcl pg
s i  pd d
x j 
𝜃e
3 2
2 3
3
3 2
. .
.
pd pd
e
pd pd
d Q d Q
d d
d Q d Q
d d
 
 


 



( ) 0
d Q
d


 ( ) f
b bx x 
Giá trị tối ưu của cặp hệ số (S, Q) được xác định bằng cách tối thiểu
hóa sai số mô hình cần xây dựng và giá trị thực nghiệm của đường ROHR tại
mỗi tỷ lệ diesel-LPG khác nhau.
Sai số cho mỗi giai đoạn cháy được xác định theo phương trình 2.2.
2
2
( ) ( )
( )
e
s
e
s
k k
p m
k
k
p
dQ dQ
d d
dQ
d
d




 
 

 

 
  
 
 
  
 


Trong đó:
k
 . Sai số (%);
𝜃𝑠 và 𝜃𝑒. Góc quay trục khuỷu ứng với thời điểm bắt đầu và kết thúc
của giai đoạn cháy hiện thời;
dQp/d𝜃 và dQm/d𝜃. Giá trị tính toán và giá trị thực nghiệm của ROHR.
Phương trình tính toán trong bảng 2.1 được sử dụng để xác định quy luật
cháy và tỏa nhiệt của động cơ lưỡng nhiên liệu ở các tỷ lệ diesel – LPG khác nhau.
. 100 (2.2)

55. 37
Tỷ lệ năng lượng do LPG sinh ra trong tổng năng lượng của lưỡng
nhiên liệu diesel-LPG được tính theo công thức 2.3.
 LPG uLPG
LPG uLPG diesel udiesel
m .H
CCR
m .H m .H
.100 %

 (2.3)
Trong đó:
CCR. Tỷ lệ phần trăm năng lượng do LPG sinh ra trong tổng năng
lượng của lưỡng nhiên liệu diesel-LPG;
LPGm . Khối lượng LPG tiêu thụ (kg);
HuLPG. Nhiệt trị thấp của LPG;
mdiesel. Khối lượng diesel tiêu thụ (kg);
Hudiesel. Nhiệt trị thấp của diesel.
Nhiệt trị thấp của LPG là 45,31 MJ/kg, của diesel là 42,50 MJ/kg, dựa
vào đó có thể xác định được tỷ lệ phần trăm năng lượng LPG trong tổng năng
lượng được đốt cháy trong quá trình hoạt động của động cơ.
2.2.3. Cơ sở mô hình hóa quá trình hình thành hỗn hợp và chá y trong độ ng
cơ lưỡng nhiên liệu Diesel - LPG
2.2.3.1. Phương trình nhiệt động học thứ nhất
Trạng thái nhiệt động diễn ra trong xy lanh động cơ được tính toán dựa
trên phương trình nhiệt động học thứ nhất [33]:
d mc .u
dα
= −pc.
dV
dα
+
dQF
dα
−
dQw
dα
− hBB .
dmBB
dα
+
dmi
dα
. hi −
dme
dα
. h − qev . f.
dmev
dt
. (2.4)
Trên cơ sở cân bằng năng lượng trong xy lanh động cơ, biến thiên về
khối lượng môi chất trong xy lanh được tính bằng tổng khối lượng môi chất đi
vào trừ khối lượng đi ra khỏi xy lanh:
c i e BB evdm dm dm dm dm
dα dα dα dα dt
    (2.5)

56. 38
Trong các công thức trên:
cd(m .u)
dα
. Nội năng biến đổi bên trong xy lanh;
c
dV
p .
dα
. Công sinh ra trên đỉnh piston;
FdQ
dα
. Nhiệt lượng cấp vào;
wdQ
dα
 . Tổn thất nhiệt qua vách;
BB
BB
dm
h .
dα
. Tổn thất entanpy lọt khí;
BBdm
dα
. Lượng khí lọt các te;
idm . Lượng khí đi vào xy lanh;
edm . Lượng khí đi ra khỏi xy
lanh;
ih . Entanpy của môi chất khí đi
vào xy lanh;
eh . Entanpy của môi chất khí đi
ra khỏi xy lanh;
qev. Nhiệt hóa hơi của nhiên liệu;
f. Phần nhiệt hóa hơi của môi
chất trong xy lanh;
mew.Khối lượng nhiên liệu bayhơi.
mC. Khối lượng môi chất bên
trong xy lanh;
u. Nội năng;
cp . Áp suất bên trong xy lanh;
Hình 2.10. Cân bằng năng lượng trong
xylanh động cơ
hBB dmBB
pc dV
Giới hạn vùng
nhiệt động
dQw
pc Tc, mc
hi dmi
hi dmi

57. 39
V. Thể tích xy lanh;
FQ . Nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp;
WQ . Tổn thất nhiệt qua vách;
α. Góc quay trục khuỷu;
BBh . Trị số entanpy.
Định luật nhiệt động học I cho thấy sự thay đổi nội năng của môi chất trong
xy lanh bằng tổng công sinh ra trên đỉnh piston, nhiệt lượng của nhiên liệu
cung cấp, tổn thất nhiệt cho thành vách và tổn thất entanpy do lọt khí.
Nhiên liệu diesel phun vào trong xy lanh hình thành hỗn hợp với môi
chất nạp bên trong xy lanh nên có thể giả thiết:
+ Nhiên liệu phun vào trong buồng cháy được đốt cháy ngay.
+ Sản phẩm của quá trình cháy được hòa trộn tức thì với phần hỗn hợp
chưa cháy còn lại tạo thành hỗn hợp đồng nhất.
+ Hệ số dư lượng không khí giảm dần từ giá trị cao khi bắt đầu cháy
đến giá trị thấp khi kết thúc quá trình cháy.
2.2.3.2. Mô hình hỗn hợp môi chất
Hỗn hợp môi chất trong động cơ diesel-LPG được mô tả bởi các thành
phần hình thành lên hỗn hợp gồm nhiên liệu diesel, LPG (C3H8, C4H10), O2,
N2, CO2, H2O, CO, H2. Đặc tính của hỗn hợp được tính toán trên cơ sở đặc
tính của từng thành phần hợp thành trên cơ sở xét đến tỷ trọng khối lượng của
thành phần đó trong hỗn hợp. Đối với một thành phần thứ k, các đặc trưng cơ
bản gồm nhiệt dung riêng cpk , entanpy Hk và entropy Sk là các hàm đa thức
đối với nhiệt độ trong điều kiện áp suất không đổi:
kp 2 3 4
1k 2k 3k 4k 5k
C
a a T a T a T a T
R
     (2.6)
2 3 4k 2k 3k 4k 5k 6k
1k
H a a a a a
a T T T T
RT 2 3 4 5 T
     (2.7)