CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Động cơ Diesel được sử dụng rất phổ biến, mặc dù tổng số lượng ít hơn động cơ xăng nhưng tổng công suất có thể lớn hơn nhiều vì động cơ Diesel thường được sử dụng trên các phương tiện vận tải công suất lớn và các trang bị động lực khác. Theo số liệu kiểm định, trong năm 2014 cả nước có 1.436 xe đang lưu hành. Trong đó ô tô con (từ 09 chỗ ngồi chở xuống) có 900.463 chiếc (chiếm 6,12 %), ô tô tải có 751.568 chiếc (chiếm 40,90 %), còn lại là xe chuyên dùng và các loại xe khác. Với tỷ lệ phương tiện trang bị động cơ Diesel ngày càng tăng.
Theo quyết định 356 QĐ-TTg ngày 25-2-2013 của Thủ tướng Chính phủ về điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 [19], đến năm 2020, định hướng phát triển phương tiện vận tải gồm ô tô các loại có khoảng 3,2 - 3,5 triệu xe, trong đó xe con 57%, xe khách 14% và xe tải 29% (2 loại xe khách và xe tải hầu hết là trang bị động cơ Diesel) và khoảng 36 triệu xe máy. Như vậy, số lượng động cơ Diesel đến năm 2020 có thể lên đến trên 1,5 triệu chiếc. Số lượng và tỷ lệ động cơ Diesel ngày càng tăng do động cơ Diesel có ưu điểm nổi trội là tính kinh tế nhiên liệu cao hơn động cơ xăng do hiệu suất cao hơn, suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn và giá nhiên liệu rẻ hơn [24], [25], [54]. Tuy nhiên, động cơ Diesel có mức phát thải khói bụi (phát thải rắn) khá cao [26].
Do đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế có mức phát thải thấp hơn như nhiên liệu LPG cho động cơ Diesel để thay thế một phần nguồn nhiên liệu Diesel đang cạn dần và đồng thời giảm phát thải cho động cơ trong khi vẫn tận dụng được tính ưu việt về hiệu suất cao và tiêu hao nhiên liệu thấp của loại động cơ này [27], [32]. Việt Nam có số lượng động cơ Diesel không nhỏ nên việc nghiên cứu sử dụng LPG trên các động cơ này sẽ có ý nghĩa kinh tế xã hội rất cao đối với việc giảm tiêu thụ nhiên liệu truyền thống và bảo vệ môi trường. Với các ưu điểm sạch, nhiệt lượng cao và sức ép toàn cầu về vấn đề môi trường, LPG hiện đang là loại khí đốt được khuyến khích tiêu dùng với mức tăng trưởng 5 hàng năm trên toàn thế giới đạt trên 3,5%. Tuy nhiên, LPG cũng bị cạnh tranh trực tiếp từ các loại khí đốt khác như CNG, LNG, đặc biệt là các khu vực có hệ thống cơ sở hạ tầng tốt với hệ thống dẫn khí đốt đồng bộ do giá các loại khí này rẻ hơn.
Tuy nhiên, các loại khí này không thể so sánh được với LPG về tính linh hoạt trong tồn trữ, vận chuyển và phân phối. Thực tế cho thấy ở đâu cần sự linh hoạt trong phân phối, ở đó LPG luôn chiếm ưu thế. Về xu hướng sử dụng, hiện nay tỷ trọng LPG sử dụng cho công nghiệp, hoá dầu, giao thông vận tải/động cơ đốt trong đang tăng dần. Theo các số liệu thống kê năm 2010 [16], [31], hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 13 triệu xe ô tô sử dụng LPG, trong đó trên 7 triệu xe tập trung tại 38 nước và chủ yếu tại các vùng kinh tế phát triển do tại đây có mức sống cao và vấn đề ô nhiễm môi trường đang là vấn đề bức xúc được chính phủ quan tâm.
Dưới đây là các thông tin khái quát về thị trường Autogas tại một số quốc gia đang có mức tăng trưởng thị trường Autogas nhanh nhất trên thế giới hiện nay: • Italy: Là quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho Autogas lớn nhất với lượng tiêu dùng hàng năm đạt khoảng 1,3 triệu tấn. Hiện nay số lượng xe dùng LPG tại Italy là 1,234 triệu xe trong tổng số 32,969 triệu xe vận tải. Tuy chỉ chiếm 4% trong tổng số xe lưu hành nhưng trong thời gian tới tỷ lệ này sẽ tăng với tốc độ nhanh chóng do các chính sách hỗ trợ hiện tại của Chính phủ nhằm giảm mức độ ô nhiễm môi trường.000 xe sử dụng xăng dầu đã được lắp bộ phận chuyển đổi để sử dụng LPG. Nhằm thúc đẩy sự chuyển đổi này, hiện nay chính phủ Italia đang áp dụng các biện pháp khuyến khích như: thanh toán từ quỹ của chính phủ cho việc chuyển đổi, giảm lệ phí giao thông, hạn chế việc lưu hành các xe chạy bằng xăng dầu tại một số khu vực có mật độ ô nhiễm cao.
• Anh: Thị trường Autogas tại nước Anh được đánh giá là một trong những thị trường tiềm năng nhất với mức tăng trưởng đạt tới 500%. Năm 1999, tại Anh mới chỉ có 3500 xe thì đến tháng 05/2000 con số này đã lên tới 20.000 xe và đến cuối năm 2000 theo ước tính đạt 30.000 xe, tới năm 2007 con số này đã lên 6 tới là 150. Để đạt được tốc độ này, chính phủ Anh đã có các tác động đáng kể thông qua các chính sách như: hình thành quĩ hỗ trợ chuyển đổi từ xe chạy xăng, dầu sang chạy LPG, giảm thuế đối với LPG dùng cho ô tô, mở rộng hệ thống các trạm bơm LPG cho xe ô tô. • Thổ Nhĩ Kỳ: Năm 1999, có 500.000 xe taxi chạy bằng LPG (chiếm 92% trong tổng số).
Con số này năm 2000 là 800. Tuy nhiên, do chuyển đổi xảy ra khá tuỳ tiện mà Chính phủ không thể kiểm soát được nên họ đang áp dụng các biện pháp chặt chẽ hơn đối với các xe chạy bằng LPG nhằm đảm bảo sự an toàn đối với thị trường Autogas đang phát triển ở nước này. • Ba Lan: Hiện đang có 470.000 xe chạy LPG với hệ thống 1900 trạm nạp chính thức. Chi phí LPG sử dụng cho phương tiện vận tải thấp hơn so với các loại nhiên liệu khác là lý do cơ bản thúc đẩy sự phát triển của Autogas tại nước này phát triển.
LPG sử dụng cho Autogas năm 1999 là 395.000 tấn, tăng 32% so với năm 1998. Do được sự hỗ trợ về thuế, giá LPG dùng cho Autogas chỉ bằng 35% so với nhiên liệu khác (đây là một trong những quốc gia có mức chênh lệch thuế đối với Autogas và nhiên liệu khác lớn nhất). • Trung Quốc: Do sự phát triển mạnh về kinh tế trong thời gian gần đây nên vấn đề giao thông và ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề nóng cần được giải quyết, đặc biệt là tại các thành phố lớn. Kể từ năm 2000, Chính phủ dự kiến miễn thuế nhiên liệu 05 năm đối với xe chạy LPG.
Tại thời điểm đó ở Thượng Hải có khoảng hơn 20.000 xe trong tổng cộng hơn 61.000 xe taxi chạy bằng LPG. Theo LPG World, số 17 ngày 7/9/2000, mỗi ngày tại thành phố này có 40 xe chuyển sang sử dụng LPG và đến nay thành phố này đã có khoảng hơn 40.000 xe taxi chạy LPG. Đây cũng là nguyên nhân làm cho lượng sử dụng LPG của Thượng Hải tăng lên rất lớn trong những năm gần đây đạt hơn 300.000 tấn/năm, tốc độ tăng trưởng hàng năm trung bình khoảng 40-50%. Tiếp tục hỗ trợ thị trường này, chính quyền thành phố đã thông qua kế hoạch xây mới thêm nhiều trạm nạp mới cho đến nay tổng số trạm bơm LPG cung cấp cho xe ô tô đã lên tới hơn 100 trạm.
• Hàn Quốc: Do giá bán LPG chạy xe chỉ bằng 1/3 giá xăng, Autogas được sử dụng rất rộng rãi cho xe taxi, bus và xe tải nên tốc độ tăng trưởng rất nhanh. 7 Sản lượng butan cho chạy xe khoảng 1,5 triệu tấn/năm. • Ấn Độ: Tháng 08/2000, Chính phủ đã chính thức cho phép lưu hành xe chạy LPG. Hiện tại, hai thành phố Bombay và New Delhi được ưu tiên phát triển đội xe sử dụng LPG.
Tại Bombay, hiện có 1/5 trong tổng số 55.000 xe taxi được lắp đặt bộ phận chuyển đổi dùng LPG. Theo hiệp hội LPG thế giới, năm 2007 trên thế giới có khoảng 13 triệu phương tiện chạy LPG tiêu thụ 20,3 triệu tấn nhiên liệu với 51.730 trạm tiếp nhiên liệu. Số lượng tiêu thụ và sử dụng ngày càng tăng nhanh chủ yếu tập trung tại một số nước phát triển. Năm nước sử dụng LPG làm nhiên liệu động cơ nhiều nhất là Hàn Quốc, Nhật Bản, Ba Lan, Thổ Nhĩ Kỳ và Australia.
Lượng tiêu thụ LPG của năm nước này chiếm một nửa lượng tiêu thụ LPG trên toàn thế giới. Tuy nhiên, các con số thống kê trên chủ yếu là trên các loại động cơ đánh lửa cưỡng bức do chỉ số octan cao của LPG làm cho nó thích hợp với các loại động cơ này. Ngược lại, số cetan của LPG thấp nên sử dụng LPG trên động cơ Diesel khó khăn hơn.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong Mục tiêu chính của việc sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel trong động cơ Diesel là sử dụng nguồn nhiên liệu tiềm năng có giá thành rẻ và ít gây ô nhiễm để làm nhiên liệu thay thế một phần cho nhiên liệu Diesel đang cạn kiệt trên các động cơ Diesel hiện hành và giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường. Trong mọi trường hợp sử dụng nhiên liệu thay thế, yêu cầu đặt ra là động cơ phải làm việc ổn định và đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật mong muốn trong các điều kiện nhất định.
Chính vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình cháy của động cơ cũng như đánh giá tính năng làm việc và phát thải của động cơ khi chạy nhiên liệu kép LPG - Diesel trong các điều kiện vận hành khác nhau nhằm đánh giá đặc tính làm việc và đưa ra được phương pháp cấp nhiên liệu phù hợp, xác định được các thông số điều chỉnh tối ưu và điều kiện vận hành hợp lý của động cơ. Các vấn đề chính được các nhà nghiên cứu quan tâm là nghiên cứu quá trình cháy cũng như đặc tính làm việc và phát thải của động cơ để đánh giá xem: – Động cơ Diesel hiện hành có vận hành bình thường được với nhiên liệu 8 khí - Diesel không? Quá trình cháy của động cơ diễn ra như thế nào? – Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến công suất, hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ như thế nào? – Ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu LPG đến các tính năng làm việc và phát thải của động cơ như thế nào? – Các thông số kỹ thuật của động cơ (kết cấu, tốc độ, tải, góc phun sớm…) ảnh hưởng thế nào đến đặc tính làm việc của động cơ nhiên liệu kép LPG – Diesel?