Nghiên cứu độ độc khí thải của động cơ xăng chạy bằng khí hóa lỏng

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008 36 NGHIÊN CỨU ĐỘ ĐỘC KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG CHẠY BẰNG KHÍ HÓA LỎNG RESEARCH ON IMPUSE AIR OF EXHAUST FUMES FROM ENGINE WHEN USING LIQUEFIED PETROLEUM GAS Cao Văn Tài Trường Cao đẳng nghề Nha Trang Tóm tắt Kết quả thử nghiệm sử dụng khí hoá lỏng (LPG) chạy động cơ xăng trên ô tô NISSAN và xác định nồng độ các chất CO, HC và CO2 trong khí thải của động cơ khi chạy bằng LPG giảm nhiều so với chạy bằng xăng A92. Từ khóa: Khí hoá lỏng (LPG), động cơ xăng, khí thải. Abstract Piloted results of using the liquefied petroleum gases (LPG) in NISSAN car and defining the concentration of CO, HC and CO2 in exhaust fume from engine when using LPG reducing much in comparison with using the A92 petrol. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Khí thải động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng, dầu diêzel là nguồn gây ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển đặc biệt là phương tiện giao thông vận tải. Người ta ước tính khoảng 70÷80% CO, HC 50÷60% và NOx 30% trong bầu khí quyển hiện nay là do khí thải của chúng gây ra. Chính vì vậy từ những năm 1950, các quốc gia trên thế giới đã quan tâm đến vấn đề này. Nhiều luật lệ về môi trường đã đặt ra với mức độ nghiêm ngặt ngày một gia tăng để buộc các nhà chế tạo ô tô phải nghiên cứu, cải thiện ô tô nhằm hạn chế nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải. Các nhà chế tạo ô tô đã nghiên cứu như sau: Sử dụng năng lượng điện mặt trời để chạy ô tô: là giải pháp lí tưởng nhất. Tuy nhiên hiện nay giải pháp này ngoài trở ngại về accu và còn hạn chế bởi hiệu suất thu năng lượng của pin mặt trời. Hiện đại hoá các hệ thống mới trên động cơ ô tô như: hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử đơn điểm, đa điểm đã cho phép tối ưu hoá quá trình công suất của động cơ dẫn đến làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm thấp nhất. Sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng (Liquefied Pertolium Gas, viết tắt là LPG) được coi là một loại nhiên liệu "sạch" và cao cấp cho động cơ ô tô do có cả những ưu điểm của nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí. LPG có số octane cao hơn xăng cho nên không cần sử dụng các phụ gia tăng tính chống kích nổ, nhiệt trị thể tích của LPG cao hơn của nhiên liệu khí nên cự ly hoạt động giữa hai lần bổ sung nhiên liệu dài hơn. Hiện nay, việc sử dụng LPG cho ô tô có thể thực hiện theo một trong 2 phương án : phương án lưỡng nhiên liệu và phương án đơn nhiên liệu. Khi sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ĐCĐT thay thế xăng, khí thải có hàm lượng CO giảm 3 ÷ 4 lần, NOx giảm 15 ÷ 20 % , khí thải không chứa chì và hợp chất của chì do không cần phụ gia tăng tính chống kích nổ. Sự phát triển ô tô chạy bằng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008 37 Một số nước như Italy, Hà Lan, Hàn Quốc, Nhật Bản, từ lâu đã có chính sách thuế khuyến khích sử dụng nhiên liệu LPG. Riêng tại Hàn quốc, 100 % taxi hiện nay được trang bị hệ thống nhiên liệu LPG. Chính vì vậy, việc sử dụng ô tô hoạt động trong thành phố chạy bằng nhiên liệu LPG được xem là một giải pháp hữu hiệu nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam, khả năng khai thác và cung cấp LPG là rất sáng sủa. Bởi vậy, ngoài mục tiêu bảo vệ môi trường, việc phát triển ô tô chạy bằng LPG còn góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp dầu khí phát triển. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp nghiên cứu - Chọn phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu: ô tô du lịch hiện đang hoạt động ở TP Nha Trang phần lớn sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu bộ chế hòa khí. Hệ thống này có kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, dễ bảo quản và sửa chữa. Do đó nó được sử dụng khá phổ biến trên các ô tô du lịch đời cũ. Động cơ ô tô NISSAN của Bộ môn Động lực Khoa Cơ khí, Trường ĐH Nha Trang được chọn để tiến hành khâu thực nghiệm. - Bằng thực nghiệm xác định nồng độ các chất CO, HC và CO2 trong khí thải của động cơ khi chạy bằng xăng A92, LPG và giảm giá thành vận chuyển. 2.2. Thiết bị nghiên cứu Hệ thống sử dụng LPG và xăng lắp song song rất tiện lợi trong vấn đề lưu thông của ô tô. Ô tô có thể chạy ở mọi nơi mà người lái không phải sợ thiếu nhiên liệu hoặc giá thành nhiên liệu cao. Nếu chạy trong TP ta có thể sử dụng LPG để đảm bảo vấn đề ô nhiễm. Còn nếu ô tô chạy ở ngoại thành ta có thể sử dụng xăng để đảm bảo các tính năng tốt nhất của ô tô. Tóm lại hệ thống sử dụng LPG song song là phương pháp tốt nhất để giải quyết tình hình hiện nay. Trên hình1 trình bày sơ đồ bố trí song song 2 hệ thống cung cấp xăng A92 và LPG công nghiệp cho máy xăng CA18 trên ô tô NISSAN model 83 biển số 79C 0332. 1. Bộ chế hòa khí 9. Bộ giảm áp hoá hơi 2. Bộ trộn LPG 10. Van điện từ LPG 3. Công tắc xăng – LPG 11. Van điện từ xăng 4. Đồng hồ báo LPG 12. Ống dẫn nhiên liệu xăng 5. Thùng xăng 13. Ống dẫn nhiên liệu LPG 6. Van an toàn LPG 14. Miệng nạp xăng 7. Bình chứa LPG 15. Miệng nạp LPG 8. Đường nước tuần hoàn trong bộ giảm áp hoá hơi Hình 1. Sơ đồ bố trí hệ thống sử dụng LPG và xăng III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LPG CHẠY ĐỘNG CƠ Ô TÔ NISSAN Khởi động, chạy ấm động cơ bằng xăng A92, sau đó tăng tốc độ lên từng bậc. Khí thải được đưa vào máy phân tích MHC 222-HERMANN xác định nồng độ các chất CO, HC và CO2 Công việc thử nghiệm với LPG cũng tiến hành tương tự như chạy bằng xăng A92. 7 6 5 3 2 15 14 13 12 11 1 0 9 8 1 4 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008 38 Hình 2. So sánh nồng độ CO theo tốc độ quay trục khuỷu Kết quả đo nồng độ CO xe NISSAN (Hình 2) ở chế độ không tải khi sử dụng xăng A92. Khi tăng tốc độ 1577 V/ph nồng độ CO giảm thấp nhất 4,17 [%vol] so với tiêu thấp hơn 7,3%, còn lại đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép (theo QĐ1397/1999/QĐ– BGTVT của Bộ Trưởng Bộ GTVT) đặc biệt ở tốc độ 4505 V/ph nồng độ CO tăng khá cao 10 [%vol]. Tương tự ở chế độ không tải sử dụng LPG. Khi tăng tốc độ 1577 V/ph nồng độ CO cao nhất 0,59 [%vol] so với tiêu chuẩn thấp hơn 86%. Còn ở tốc độ 2518 V/ph nồng độ CO thấp nhất 0,15 [%vol]. Hình 3. So sánh nồng độ HC theo tốc độ quay trục khuỷu Hình 3 trình bày nồng độ HC khi sử dụng xăng A92. Khi tăng tốc độ 4505 V/ph nồng độ khí thải giảm thấp nhất 722 [ppmvol] so với tiêu chuẩn cho phép thấp hơn 39,8%. Ở những tốc độ còn lại đều cao hơn tiêu chuẩn. Tương tự khi sử dụng LPG ở tốc độ 720 V/ph thì nồng độ khí thải tăng cao nhất 1029 [ppmvol] so với tiêu chuẩn cho phép thấp hơn 14,3%. Ở những tốc độ còn lại đều thấp hơn tiêu chuẩn. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008 39 Hình 4. So sánh nồng độ CO2 theo tốc độ quay trục khuỷu Kết quả hình 4 nhận thấy nồng độ CO2 khi sử dụng xăng A92 ở tốc độ 4505 V/ph thì cho nồng độ cao nhất. Còn khi sử dụng LPG ở tốc độ càng cao thì nồng độ CO2 càng giảm. Qua 3 hình so sánh trên nhận thấy khi sử dụng LPG ở tốc độ càng cao thì nồng độ khí thải càng giảm. Đặc biệt là không có nồng độ khí thải nào vượt tiêu chuẩn ngành. Tính kinh tế của ô tô hình 5 được đánh giá bằng lượng tiêu hao nhiên liệu lít cho mét hoặc 100km quãng đường chạy. Tuyến đường thử nghiệm lượng tiêu hao nhiên liệu được chọn các tuyến khác nhau: + Quốc lộ 1A thuộc xã Vĩnh Phương (đường ngoại ô) → đường 2/4 → đường 23/10 (đường nội thành) → Khu công nghiệp Suối Dầu (đường ngoại ô) → về lại Trạm xăng số 4 Đường 23/10 (đường nội thành). + Quốc lộ 1A thuộc xã Vĩnh Phương (đường ngoại ô) → Ninh Hòa (đường dốc) → Đường 2/4 → Trường ĐH Nha Trang (đường nội thành). Tải trọng trên ô tô gồm 4 người và sử dụng máy điều hoà không khí. Sử dụng LPG trên ô tô NISSAN cứ 100km sẽ tiết kiệm được 20.600đ. Hình 5. Chạy thử xe NISSAN model 83 biển số 79C 0332 trên đường QL1A xã Vĩnh Phương Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008 40 IV. KẾT LUẬN - Động cơ xăng của ô tô chạy bằng LPG có độ độc khí xả đạt tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu 2000 và tiêu chuẩn California ULEV, nổi bật nhất là mức độ giảm CO. - Thực tế khí thải động cơ xăng của ô tô NISSAN sử dụng LPG có độ độc khí thải so với sử dụng xăng A92 như sau: CO giảm 96%; HC giảm 68,32%; CO2 tăng 70,05%. - Giảm độ độc khí thải ra môi trường không khí và giảm sự phụ thuộc vào nguồn xăng nhập khẩu. - Sử dụng động cơ xăng trên ô tô NISSAN bằng khí LPG có tính khả thi về việc trang bị, lắp đặt. - Sử dụng LPG trên ô tô NISSAN model 83 biển số 79C 0332 cứ 100km sẽ tiết kiệm được 45% chi phí nhiên liệu trên cùng quãng đường. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Văn Ga, 1995 “Khí xả động cơ: sự tác hại đến môi trường và sức khỏe” Thông tin môi trường số 2,3. Sở KHCNMT Quảng Nam, Đà Nẵng. 2. PGS.TS. Nguyễn Văn Ninh, 1999 “ Vấn đề ô nhiễm môi trường do xe cơ giới gây ra”.TP.HCM 3. Cao Văn Tài, 2004 “Khảo sát tính năng kỹ thuật và độ độc hại khí xả của động cơ ô tô khi chuyển đổi sang chạy bằng nhiên liệu khí hoá lỏng (LPG)”. Luận văn thạc sĩ, khoa cơ khí, Trường Đại học Thủy sản. 4. Sở khoa học công nghệ và môi trường, 2002 “ Hiện trạng môi trường không khí”. Nha Trang 5. LOVATO AUTOGAS, 2000“Micelattori-Mixers-Meslangeure-Mezcladores-Mieszadla. 6. Natural Gas World Trade Center 1996 “ Driving to cleaner Cities” NVG’ Kualalumpur, Malaysia.