Cải hoán vòi phun LIG động cơ ô tô theo hướng giảm thiểu hiện tượng đóng băng trên đỉnh vòi phun

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 73
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC
CẢI HOÁN VÒI PHUN LPG ĐỘNG CƠ Ô TÔ THEO HƯỚNG GIẢM THIỂU 
HIỆN TƯỢNG ĐÓNG BĂNG TRÊN ĐỈNH VÒI PHUN 
LPG INJECTORS REFORM OF AUTOMOTIVE ENGINES TOWARDS REDUCING 
ICING ON THE TOP OF INJECTOR 
Nguyễn Thanh Tuấn1
Ngày nhận bài: 24/4/2014; Ngày phản biện thông qua: 26/5/2014; Ngày duyệt đăng: 10/2/2015
TÓM TẮ T
Bài báo trình bày khả năng sử dụng LPG như một nhiên liệu thay thế cho xăng ô tô. Vấn đề xảy ra là khi phun LPG 
dưới dạng lỏng do tính bay hơi của LPG với nhiệt độ rất thấp (khoảng -40 độ C) dẫn tới hiện tượng LPG sẽ đóng băng 
tại đỉnh và thân vòi phun. Giải pháp vấn đề này được đưa ra và đã thực hiện trong suốt thời gian qua trong chương trình 
nghiên cứu của Bộ môn Kĩ thuật giao thông - Khoa Máy trường Đại học Kĩ thuật Liberec - Cộng hòa Séc.
Từ khóa: LPG injector, vòi phun, vòi phun ngắn, vòi phun dạng thân
ABSTRACT
This paper presents the possibility of using LPG as an alternative fuel for spark ignition engines of automobiles. The 
problem occurs when injection of LPG in liquid phase, LPG evaporates at low temperatures (about -40 degrees C) led 
to the phenomenon of LPG will freeze on the top and injector body. The solution of this problem is given, and have made 
during the past in the research program of the Department of Transport - Faculty of Mechanical Engineering - Technical 
University of Liberec - Czech Republic.
Keywords: LPG, injector body, alternative fuel, freeze 
1 TS. Nguyễn Thanh Tuấn: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao 
thông gây ra đang là vấn đề lớn cần quan tâm giải 
quyết. Nguyên liệu sạch LPG với thành phần chủ 
yếu là propane và butane được chiết xuất từ dầu khí 
có khả năng đốt cháy cao. Do vậy khi sử dụng nhiên 
liệu LPG sẽ giảm khí thải, góp phần tích cực bảo vệ 
môi trường. So với dòng xe cùng chủng loại, khi sử 
dụng nhiên liệu LPG sẽ tiết kiệm nhiên liệu gần 20% 
so với nhiên liệu xăng dầu [1], giá LPG cũng rẻ hơn 
so với xăng và dầu, và một thuận lợi nữa là khi chạy 
bằng LPG chúng ta không cần cải hoán, cải tạo hay 
điều chỉnh động cơ và các bộ phận liên quan.
Sự vận hành của động cơ lưỡng nhiên liệu LPG 
hoặc xăng phụ thuộc vào tính chất hòa trộn nhiên 
liệu giữa LPG và không khí, những phát sinh xảy ra 
thường là do sự thay đổi về chất lượng của LPG (do 
sự xuất hiện của các chất khó bay hơi hay các tạp 
chất khác không mong muốn. Những trở ngại này 
gần như được khắc phục khi sử dụng hệ thống 
phun LPG dưới dạng lỏng [2]. Trong quá trình tạo 
hồn hợp giữa LPG lỏng và không khí trên đường 
ống nạp sự bay hơi mạnh mẽ của LPG trong ống vòi 
phun làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu và 
làm tăng khả năng nạp đầy trong buồng đốt động cơ 
dẫn tới khả năng công suất động cơ tăng lên. Tuy 
nhiên sự đóng băng trên đỉnh vòi phun là nguyên 
nhân khiến động cơ hoạt đông không đều và làm 
gia tăng nồng độ hydrocarbon ở đầu ra khí xả động 
cơ. Bài toán đặt ra là tì m giả i phá p ngăn chặn hoặc 
giảm thiểu sự đóng băng ở đầu và thân vòi phun 
góp phần làm động cơ hoạt động êm dịu hơn và làm 
giảm ô nhiễm môi trường từ khí xả. 
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu
Vòi phun LPG lỏ ng được nghiên cứu và đã sản 
xuất thương mại. Một trong những nhà sản xuất lớn 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015
74 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
và có uy tín trong lĩnh vực này phải kể tới Công ty AVL 
của Hà Lan. Thiết bị này đã được phổ biến ở Châu Âu 
với tính ưu việt về tính năng của động cơ và tính kinh 
tế nếu so sánh với các sản phẩm cùng loại khác [3]. 
Tuy nhiên sự đóng băng trên đỉnh vòi phun vẫn 
hiện hữu và là bài toán chung cần giải quyết. Trong 
chương trình nghiên cứu nà y, tác giả đã sử dụng vòi 
phun của hãng AVL và đưa ra hai phương án kết cấu 
mới hướng tới việc làm giảm sự truyền nhiệt từ ống 
dẫn ra bề mặt của phần cuối vòi phun và giảm đường 
kính và chiều dài phần ố ng dẫ n vòi phun với mục 
đích là m tăng áp suất LPG. Việc tăng áp suất trong 
ống dẫn sẽ làm chậm quá trình bay hơi LPG và giữ 
cho nề n nhiệ t độ LPG không xuố ng quá thấ p. 
Với mục đích nghiên cứu nhằm giảm thiểu đóng 
băng trên đỉnh vòi phun nên trong thực nghiệm này 
tác giả lắp đặt vòi phun trên một ống nhựa cứng 
hình trụ trong suốt (để thuận tiện quan sát hiện 
tượng ngay bằng mắt thường), ống trụ này được 
nối với ống nạp động cơ qua thiết bị gá đỡ cố định. 
Động cơ sử dụng trong nghiên cứu là động cơ 
Dawoo - Avia, động cơ này hoạt động giống như 
một động cơ lưỡng nhiên liệu và trong nghiên cứu 
này nó chỉ đóng vai trò đốt cháy phần LPG được 
phun ra từ vòi phun. 
Kết cấu các bộ phận của vòi phun LPG được 
thể hiện trong hình 1.
Hình 1. Kết cấu các bộ phận của vòi phun LPG
Mụ c đí ch hướ ng tớ i khi thay đổi hình dạng phầ n 
cuố i vòi phun là là m tăng áp suất trong ống dẫn luôn 
cao hơn áp suất mà tạ i đó LPG ở mức nhiệt độ trên 
00C. Giá trị áp suất phụ thuộc vào thành phần hỗn 
hợp có trong LPG (propane và butane). Nếu áp suất 
LPG cao hơn áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ 00C 
thì hiện tượng đóng băng sẽ không thể hình thành. 
Hai phương á n mớ i cả i tạ o phầ n cuố i vò i phun đượ c 
đưa ra vớ i hì nh dạ ng và kí ch thướ c đượ c miêu tả 
tạ i hì nh 2.
Vò i phun dạ ng ố ng nguyên thủ y
- Vậ t liệ u: Thé p
- Đườ ng kí nh ngoà i Ø 3mm. đườ ng kí nh 
trong Ø 1mm.
- Chiề u dà i 41,5mm. 
Vò i phun dạ ng ố ng ngắ n cả i tạ o
- Vậ t liệ u: Thé p
- Đườ ng kí nh ngoà i Ø 0.6mm. 
đườ ng kí nh trong Ø 0.4mm.
- Chiề u dà i ố ng 25.5mm 
Vò i phun dạ ng trụ cả i tạ o
- Vậ t liệ u: Nhôm hợ p kim
- Đườ ng kí nh ngoà i Ø 20 mm. 
đườ ng kí nh trong Ø 0.6 mm.
- Chiề u dà i ố ng 22 mm 
Hì nh 2. Phầ n cuố i vò i phun LPG nguyên thủ y và hai phương á n cả i tạ o
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 75
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứ u bằ ng thự c nghiệ m vớ i cá ch thứ c đo 
trực tiếp nhiệt độ tại hai vị trí đỉnh và thân của phần 
cuối vòi phun. Hai vị trí này sẽ cho giá trị nhiệt độ ở 
từng chế độ phun và tốc độ động cơ, từ đó có thể so 
sánh được với phần cuối vòi phun đã được chế tạo 
và sử dụng trên thị trường. 
Cảm biến nhiệt độ phục vụ trong thí nghiệm là 
loại cảm biến kiểu K với dải đo nhiệt độ phù hợp 
trong nghiên cứu. Cảm biến này được nối với thiết 
bị đo HBM có kết nối máy tính với phần mềm chuyên 
dụng để lưu và xuất dữ liệu trong khi tiến hành 
thí nghiệm. 
Chế độ thực nghiệm được tiến hành bằng cách 
thay đổi giá trị của thời gian mở van vòi phun LPG 
(1,2,4,6,8,10,12,14,15 ms) và tốc độ động cơ (1000, 
2000, 3000, 4000, 5000 vòng/phút).
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Vòi phun LPG dạ ng ố ng nguyên thủy
Vòi phun LPG được làm bằng ống thép với 
đường kính trong là 1mm và đường kính ngoài là 
3mm. Cảm biến nhiệt độ đặt tại ví trí cách đỉnh phía 
trên 5mm và cảm biến nhiệt độ thứ 2 gần đỉnh đầu 
ra vòi phun. Giá trị đo được thể hiện tại đồ thị hình 4.
Hình 3. Cấu tạo vòi phun LPG dạ ng ố ng nguyên thủy và trạ ng thá i là m việ c củ a nó 
Hình 4. Nhiệt độ thân và đỉnh vòi phun đo được khi thí nghiệm bằng cách thay đổi thời gian phun 
và tốc độ quay của động cơ
Sự bay hơi của LPG được thể hiện từ đồ thị hình 4. Đường kính của ống dẫn lớ n nên áp suất LPG 
trong ống rấ t thấ p và tỉ lệ bay hơi LPG tăng lên. Tại thời điểm lượng LPG được phun ít (chế độ không tải) 
nhiệt lượng truyền từ môi trường đủ để giúp LPG hóa hơi. Với sự tăng lên của cả lượng nhiên liệu phun 
vào ống nạp và tốc độ động cơ LPG bay hơi mạnh hơn khiến nhiệt độ giảm xuống nền nhiệt đủ để hình 
thành băng tại đỉnh vòi phun.
2. Vòi phun dạ ng ố ng ngắ n cả i tạ o
Một vòi phun ngắn hơn được làm bằng thé p với đường kính trong là 0.4 mm và đường kính ngoài là 
0.6 mm. Cảm biến nhiệt độ 1 được đo gần đỉnh trên của vòi phun, cảm biến nhiệt độ 2 được đặt gần đỉnh ra vòi 
phun. Nhiệt độ thu được thể hiện tại đồ thị thuộc hình 6.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015
76 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Hình 5. Cấu tạo vòi phun dạ ng ố ng ngắ n cả i tạ o và trạ ng thá i là m việ c 
(được thiết kế phục vụ nghiên cứu)
Giá trị nhiệt độ thu được có sự tăng lên đáng kể, áp suất giảm không đáng kể khiến cho sự bay hơi của 
LPG trong ống dẫn vòi phun diễn ra với một phần rất nhỏ, phần còn lại của sự bay hơi này diễn ra trong ống 
nạp của động cơ.
Hình 6. Kết quả thí nghiệm đo nhiệt độ thân và đỉnh vòi phun ngắn với sự thay đổi thời gian phun 
và tốc độ quay của động cơ
3. Vòi phun dạng trụ cả i tạ o
Một vòi phun dạng trụ được sản xuất bằng hợ p kim nhôm. Cảm biến nhiệt độ 1 được đo tại thân vòi phun 
(phần giữa), cảm biến nhiệt độ 2 được đặt gần đỉnh ra vòi phun. Nhiệt độ thu được thể hiện tại đồ thị thuộc hình 8.
Hình 7. Cấu tạo vòi phun dạng trụ cả i tạ o và trạ ng thá i là m việ c (được thiết kế phục vụ nghiên cứu)
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 77
Nhiệt độ vòi phun dưới nhiệt độ xảy ra đóng 
băng tại chế độ phun với lượng nhiên liệu nhỏ và tốc 
độ động cơ thấp. Với lượng nhiên liệu phun nhiều 
hơn, áp suất LPG lớ n, LPG bay hơi ít hơn khiến nền 
nhiệt độ trong ống dẫn vòi phun đủ cao hơn nhiệt độ 
sẽ hình thành băng. Đối với loại vòi phun này băng 
chỉ xảy ra rất ít tại đỉnh vòi phun.
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Mục đích của nghiên cứu này là đi tìm giải pháp 
cho việc ngăn chặn quá trình đóng băng tại đỉnh và 
thân vòi phun LPG trong suốt quá trình phun nhiên 
liệu LPG lỏng vào ống nạp động cơ đốt trong ô tô. 
Một vài loại vòi phun đã được thiết kế và lắp đặt trên 
ống nạp động cơ. Kết quả thí nghiệm đầu tiên được 
tiến hành với vòi phun LPG nguyên thủy, ở đó đã 
bộc lộ những nhược điểm trong kết cấu khiến cho 
băng hình thành một cách trầm trọng, nguyên nhân 
từ việc bay hơi rất mạnh của LPG trong ống dẫn vòi 
phun. Với sự thay đổi kết cấu vòi phun mà cụ thể 
ở đây là giảm diện tích tiết diện ống (giảm tiết lưu), 
áp suất LPG có sự tăng lên. Vì vậy nhiệt độ LPG 
cũng tăng lên, làm giảm nguy cơ đóng băng, điều 
đó cũng đồng nghĩa với việc giảm thiểu sự ô nhiễm 
môi trường như đã phân tích ở trên. 
Vòi phun mới đã sẵn sàng thay cho vòi phun 
nguyên thủy nhưng cũng cần thêm sự tính toán tối 
ưu và những nghiên cứu thay đổi về tính năng của 
động cơ đốt trong khi đưa vào sử dụng. 
Hình 8. Kết quả thí nghiệm đo nhiệt độ thân và đỉnh vòi phun dạng thân với sự thay đổi 
thời gian phun và tốc độ quay của động cơ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Tiế ng Việ t
1. LPG - nguyên liệu sạch.
2. 
 Tiế ng Anh
3. Ondřej Dráb, Stanislav Beroun, Martin Hošek: “Liquid LPG Injection - Modern Way Of Fuel Mixture Formation For Spark 
Ignition Engines”. Technical University of Liberec Czech Republic. 9th International Symposium Tatranské Matliare, June, 
14-17, 2010 Slovak Republic. 
4. Nguyen Thanh Tuan, 2013. Doctor dissertation. Technical University of Liberec, Czech Republic.