Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ biogas hydrogen

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đề tài: TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ GĨC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGAS-HYDROGEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đề tài: TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGAS-HYDROGEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã ngành : 9520116 Đà Nẵng, 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác! Đà Nẵng, tháng năm Nghiên cứu sinh i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii DANH MỤC BẢNG xv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT xvi MỞ ĐẦU xviii ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU xviii MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU xxii ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU xxiii PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU xxiii Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI xxiv CẤU TRÚC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU xxiv ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .xxv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ cấu lượng toàn cầu chiến lược “Net Zero” .1 1.2 Hệ thống lượng tái tạo hybrid 1.3 Hệ thống lượng tái tạo hybrid điện mặt trời-sinh khối 1.4 Ảnh hưởng hydrogen đến tính động 12 1.5 Kết luận 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC 25 2.1 Hệ phương trình 25 2.2 Mơ hình rối .28 2.3 Mô hình cháy 31 2.3.1 Tính tốn đại lượng trình cháy .31 ii 2.3.2 Xác định vị trí màng lửa 36 2.3.3 Tốc độ màng lửa chảy tầng 37 2.3.4 Tốc độ cháy rối 40 2.4 Kết luận 42 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ Q TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ PHUN NHIÊN LIỆU BIOGAS-HYDROGEN 43 3.1 Thiết lập mơ hình 43 3.1.1 Xây dựng khơng gian tính tốn chia lưới 43 3.1.2 Trình tự thực mô 46 3.2 Mơ q trình tạo hỗn hợp động 51 3.2.1 Diễn biến trình nạp 51 3.2.2 Ảnh hưởng đường kính lỗ phun áp suất phun 53 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng hydrogen 57 3.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng CH4 biogas 59 3.2.5 Ảnh hưởng độ mở bướm ga 60 3.2.6 Giản đồ phun nhiên liệu biogas-hydrogen .63 3.3 Mơ q trình cháy phát thải ô nhiễm động 65 3.3.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm 65 3.3.2 Ảnh hưởng hệ số tương đương 71 3.3.3 Ảnh hưởng thành phần biogas 74 3.3.4 Ảnh hưởng hàm lượng hydrogen 79 3.3.5 Ảnh hưởng tốc độ động 83 3.3.6 Ảnh hưởng chế độ tải 87 3.3.7 So sánh tính động sử dụng biogas biogas pha hydrogen 89 3.4 Kết luận 91 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ iii PHỎNG 93 4.1 Điều khiển điện tử vòi phun nhiên liệu biogas-hydrogen 93 4.2 Điều chỉnh góc đánh lửa sớm động chạy hỗn hợp biogas-hydrogen97 4.2.1 Tốc độ cháy chảy tầng .97 4.2.2 Mơ hình vật lý điều chỉnh góc đánh lửa sớm 99 4.3 Thiết lập ECU điều khiển động biogas-hydrogen 103 4.4 Cải tạo động .108 4.4.1 Sơ đồ hệ thống cải tạo động 108 4.4.2 Lắp đặt phận lên động cải tạo 110 4.5 Nghiên cứu thực nghiệm 114 4.5.1 Chuẩn bị nhiên liệu 114 4.5.2 Bố trí hệ thống thí nghiệm .115 4.5.3 Trình tự thí nghiệm 117 4.6 Kết thí nghiệm .118 4.6.1 Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu 118 4.6.2 Điều chỉnh góc đánh lửa sớm 124 4.6.3 Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh hệ số tương đương góc đánh lửa sớm động tĩnh chạy biogas-hydrogen có thành phần thay đổi .128 4.7 Kết luận 131 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 132 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 138 PHỤ LỤC I iv TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGASHYDROGEN Tóm tắt: Do tác động biến đổi khí hậu diễn ngày trầm trọng, việc chuyển đổi lượng mối quan tâm hàng đầu hầu hết quốc gia giới Trong bối cảnh hệ thống lượng tái tạo hybrid (HRES) gồm lượng mặt trời sinh khối lĩnh vực nghiên cứu quan tâm Động đốt thường thiết kế để làm việc với loại nhiên liệu cho trước điều kiện vận hành xác định Trong HRES thành phần nhiên liệu thay đổi thường xuyên theo nguyên liệu đầu vào nguồn hydrogen điện mặt trời cung cấp Mặt khác, chế độ tải động thay đổi thường xuyên để cung cấp tải bù cho hệ thống Do đó, động phải điều chỉnh cách linh hoạt thông số vận hành, đặc biệt góc đánh lửa sớm hệ số tương đương hỗn hợp Động tĩnh truyền thống khó đáp ứng yêu cầu Luận án tập trung xử lý hai vấn đề động HRES, điều khiển q trình cung cấp nhiên liệu để điều chỉnh hệ số tương đương điều chỉnh góc đánh lửa sớm tối ưu để đảm bảo cho động hoạt động hiệu với nhiên liệu biogas-hydrogen với thành phần thay đổi phạm vi rộng Từ khóa: Năng lượng tái tạo, biogas, hydrogen, nhiễm khơng khí, động đánh lửa cưỡng AUTOMATIC CONTROL OF EQUIVALENCE RATIO AND ADVANCE IGNITION ANGLE TO IMPROVE THE PERFORMANCE OF BIOGASHYDROGEN ENGINE Summary: Due to the increasing impact of climate change, the energy transition is a top concern for most countries in the world In that context, the hybrid renewable energy system including solar energy and biomass is an area of research interest Internal combustion engines are typically designed to work with a given fuel type and under defined operating conditions In a hybrid renewable energy system, the fuel v composition changes frequently according to the input material and the source of hydrogen provided by solar power On the other hand, the load mode of the motor also changes frequently to provide a compensating load for the system Therefore, the engine must be flexibly adjusted to the operating parameters, especially the ignition advance angle and the equivalence factor of the mixture Traditional stationary motors can hardly meet this requirement The thesis focuses on dealing with two main problems of the engine in the hybrid renewable energy system, that is controlling the fuel supply process to adjust the equivalence ratio and adjusting the optimal advance ignition angle to ensure efficient engine operation with biogashydrogen fuel with variable composition over a wide range Keywords: Renewable energy, biogas, hydrogen, air pollution, SI engine vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cơ cấu nguồn lượng đến năm 2050 [41] .1 Hình 1.2: Cấu phần lượng tái tạo giới (a) đặc tính hệ thống lượng tái tạo (b) [43] Hình 1.3: Các dạng hệ thống lượng tái tạo [49] Hình 1.4: Sơ đồ HRES lượng mặt trời-năng lượng sinh khối Hình 2.1: Quan hệ nồng độ, nhiệt độ khối lượng riêng theo tỉ hệ hỗn hợp 35 Hình 3.1: Xi lanh đường nạp động sau cải tạo 43 Hình 3.2: Chia lưới khơng gian tính tốn 44 Hình 3.3: Chia lưới khơng gian tính toán piston ĐCT: 71.321 phần tử 44 Hình 3.4: Chia lưới khơng gian tính tốn piston ĐCD: 107.395 phần tử 45 Hình 3.5: Chia lưới đường nạp: 48.866 phần tử tứ diện (a); Chia lưới buồng cháy: 20.333 phần tử tứ diện (b); Chia lưới xi lanh: 38.196 phần tử hình chêm (c) 45 Hình 3.6: Giao diện khởi động phần mềm ANSYS FLUENT 2021R1 47 Hình 3.7: Cài đặt thơng số mơ hình .47 Hình 3.8: Giải hệ phương trình lưu kết mô 49 Hình 3.9: Đường đồng mức nồng độ CH4 trình phun biogas M7C3 làm giàu 20% hydrogen vị trí 38TK .50 Hình 3.10: Trường tốc độ phun biogas M7C3 làm giàu 20% hydrogen vị trí 38TK 50 Hình 3.11: Đường đồng mức nhiệt độ trình cháy biogas M7C3 làm giàu 20% hydrogen vị trí 360TK 51 Hình 3.12: Bố trí vịi phun mơ 52 Hình 3.13: Phân bố nồng độ CH4 theo góc quay trục khuỷu (n=3600 v/ph, M7C320H, φp=74TK, pp=0,5 bar, dp=5,5mm) 53 Hình 3.14: Diễn biến trình tạo hỗn hợp phun nhiên liệu M6C4-30H qua vòi vii phun có dp=4mm, pp=2,5bar, φp=140TK, n=3600v/ph 54 Hình 3.15: Diễn biến trình tạo hỗn hợp phun nhiên liệu M6C4-30H qua vịi phun có dp=5mm, pp=0,5bar, n=3600v/ph 55 Hình 3.16: Diễn biến trình tạo hỗn hợp phun nhiên liệu M6C4-30H qua vịi phun có dp=5mm, pp=1bar, n=3600v/ph 55 Hình 3.17: Diễn biến trình tạo hỗn hợp phun nhiên liệu M6C4-30H qua vịi phun có dp=5mm, pp=1,5bar, n=3600v/ph 56 Hình 3.18: Diễn biến trình tạo hỗn hợp phun nhiên liệu M6C4-30H qua vịi phun có dp=5,5mm, pp=0,5bar, φp=81°TK, n=3600v/ph 56 Hình 3.19: Đường đồng mức hệ số tương đương (a), nồng độ CH4 (b) mặt cắt ngang buồng cháy thời điểm 340°TK, Biến thiên lưu lượng khơng khí, lưu lượng nhiên liệu hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu (n=3600 v/ph, M7C3, φp=70°TK, pp=0,5 bar, dp=5,5mm) 57 Hình 3.20: Phân bố hệ số tương đương (a), nồng độ CH4 (b) nồng độ H2 (c) buồng cháy Biến thiên lưu lượng khơng khí, lưu lượng nhiên liệu hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu (d) (n=3600 v/ph, M7C3-30H, φp=77°TK, pp=0,5 bar, dp=5,5mm) 58 Hình 3.21: So sánh biến thiên lưu lượng khơng khí, lưu lượng nhiên liệu hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu phun biogas M6C4 (a) M8C2 (b) (n=3600 v/ph, pp=0,5 bar, dp=5,5mm) 59 Hình 3.22: Diễn biến trường nồng độ H2 trường tốc độ trường hợp α=40°, dp=5,5mm, pp=0,5bar, M7C3-30H, n=3600 v/ph, φp=61°TK 60 Hình 3.23: Diễn biến trường nồng độ H2 trường tốc độ trường hợp α=0°, dp=5,5mm, pp=0,5bar, M7C3-30H, n=3600 v/ph, φp=77°TK 61 Hình 3.24: Phân bố hệ số tương đương buồng cháy trường hợp α=40° (a) α=0° (b) (dp=5,5mm, pp=0,5bar, M7C3-30H, n=3600 v/ph) .61 Hình 3.25: So sánh biến thiên lưu lượng khơng khí (a), lưu lượng nhiên liệu (b) hệ số tương đương (c) theo góc quay trục khuỷu trường hợp α=0° α=40° viii [98] [99] Nẵng, Vol.18, No1, 2020, pp 43-48 Van Ga Bui , Van Nam Tran , Anh Tuan Hoang , Thi Minh Tu Bui & Anh Vu Vo (2020): A simulation study on a port-injection SI engine fueled with hydroxyenriched biogas Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1804487 Bùi Văn Ga, Bùi Thị Minh Tú, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Đức Hoàng, Phạm Văn Quang: Thiết lập giản đồ cung cấp nhiên liệu cho động biogas-xăng Tạp chí Khoa học Công nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol 17, No 9, 2019, pp 33-39 [100] James, L.W Jr., Charles, C.R., Mirhd, S.S., Stephen R H., Allen., W.W.: Handbook on Biogas Utilization The Environment, Health, and Safety Division Georgia Tech Research Institute Atlanta, Georgia, 1988 [101] Ryckebosch E., Drouillon M., Vervaeren H.: Techniques for transformation of biogas to biomethane Biomass and Bioenergy, Volume 35, Issue 5, May 2011, Pages 1633-1645 [102] Bond T., and Templeton M.R.: History and future of domestic biogas plants in the developing world International Journal Energy for Sustainable Development Volume 15, Issue 4, pp 347–354 2011 [103] Hamidi N, Ilminnafik N, ING Wardana, Sabaruddin A.: An Experimental Study of the Flammability Limits of LPG-CO2-Air Mixtures The 2011 International Symposium on Advanced Engineering, Pukyong-Korea Proc, 2011 [104] V Munteanu, D Oancea, Dan Domnina Razus: Carbon Dioxide As Inhibitor For Ignition And Flame Propagation Of Propane-Air Mixtures Analele Universitatii Bucuresti: Romania, 2002 [105] Anggono W., Wardana I.N.G., Lawes M., Hughes K.J., Wahyudi S., Hamidi N.: Laminar Burning Characteristics of Biogas-Air Mixtures in Spark Ignited Premix Combustion Journal of Applied Sciences Research, 2012 [106] Nurkholis Hamidi: Carbon Dioxide Effects on The Flammability Characteristics of Biogas Applied Mechanics and Materials Vol 493 (2014) pp 129-133 [107] Ilbas M, Crayford AP, Yilmaz I, Bowen PJ, Syred N.: Laminar-burning velocities of hydrogen–air and hydrogen–methane– air mixture: an experimental study International Journal of Hydrogen Energy 31 (2006), pp 1768-1779 [108] Chung K, Chun KMC.: Combustion Characteristics and Generating Efficiency Using Biogas with Added Hydrogen (No 2013-01-2506) SAE Technical Paper; 2013 [109] Porpatham E, Ramesh A, Nagalingam B.: Effect of hydrogen addition on the performance of a biogas fuelled spark ignition engine International Journal of Hydrogen Energy 2007;32(12), pp 2057-2065 146 [110] Silvana Di Iorio, Paolo Sementa, Bianca Maria Vaglieco: Analysis of combustion of methane and hydrogen-methane blends in small DI SI (direct injection spark ignition) engine using advanced diagnostics Energy 108 (2016), pp 99-107 [111] Ga Van BUI, Tu Thi Minh BUI: Soot Emission Analysis in Combustion of Biogas Diesel Dual Fuel Engine Environmental Science and Sustainable Development, Vol 1, No (2017), pp.1-9, [112] P.R Chitragar, Shivaprasad K.V, Vighnesh Nayak, P.Bedar, Kumar G.N: An experimental study on combustion and emission analysis of four cylinder 4-stroke [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] gasoline engine using pure hydrogen and LPG at idle condition Energy Procedia 90 (2016), pp 525 -534 Chulyoung Jeong, Taesoo Kim, Kyungtaek Lee, Soonho Song, Kwang Min Chun: Generating efficiency and emissions of a spark-ignition gas engine generator fuelled with biogas-hydrogen blends International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009), pp 9620-9627 Demuynck J, Raes N, Zuliani M, De Paepe M, Sierens R, Verhelst S.: Local heat flux measurement in a hydrogen and methane spark ignition engine with a thermopile sensor International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009), pp 9857-9868 Darko Kozarac, Ivan Taritas, David Vuilleumier, Samveg Saxena, Robert W Dibble: Experimental and numerical analysis of the performance and exhaust gas emissions of a biogas/n-heptane fueled HCCI engine Energy 115 (2016), pp 180-193 Park C, Park S, Lee Y, Kim C, Lee S, Moriyoshi Y.: Performance and emission characteristics of a SI engine fueled by low calorific biogas blended with hydrogen International Journal of Hydrogen Energy 2011;36(16): pp 10080-10088 Cheolwoong Park, Seunghyun Park, Changgi Kim, Sunyoup Lee: Effects of EGR on performance of engines with spark gap projection and fueled by biogas-hydrogen blends International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012): pp 14640-14648 Nagalingam B, Duebel F, Schmillen K.: Performance study using natural gas, hydrogen-supplemented natural gas and hydrogen in AVL research engine International Journal of Hydrogen Energy 1983;8(9): pp 715-720 Ma F, Wang Y, Liu H, Li Y, Wang J, Zhao S Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine International Journal of Hydrogen Energy 2007;32(18):5067-5075 Bùi Văn Ga, Nguyễn Văn Đông, Bùi Văn Tấn, Nguyễn Quang Trung: Ảnh hưởng thành phần H2 làm giàu biogas đến tính cơng tác mức độ phát thải ô nhiễm động dual fuel biogas-diesel Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học 147 Thủy khí Tồn quốc lần thứ 20, Cần Thơ, 27-29 tháng năm 2017, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp HCM, 2018, pp 238-245 [121] Bui Van Ga, Tran Van Nam, Bui Thi Minh Tu, Nguyen Quang Trung: Numerical simulation studies on performance, soot and NOx emissions of dual-fuel engine fuelled with hydrogen enriched biogas mixtures IET Renewable Power Generation: Volume 12, Issue 10, (2018), pp 1111-1118, DOI: 10.1049/iet-rpg.2017.0559 [122] Wang J, Huang Z, Fang Y, Liu B, Zeng K, Miao H, et al.: Combustion behaviors of a direct injection engine operating on various fractions of natural gas-hydrogen [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] blends International Journal of Hydrogen Energy 2007;32(15): pp 3555-3564 Kyungtaek Lee, Taesoo Kim, Hyoseok Cha, Soonho Song, Kwang Min Chun: Generating efficiency and NOx emissions of a gas engine generator fueled with a biogas-hydrogen blend and using an exhaust gas recirculation system International Journal of Hydrogen Energy 35(2010), pp 5723-5730 Akansu SO, Dulger Z, Kahraman N, Veziroglu TN.: Internal combustion engines fuelled by natural gas-hydrogen mixtures International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004), pp 1527-1539 C.M White, R.R Steeper, A.E Lutz: The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review Int J Hydrogen Energy 31 (2006) 1292-1305 F Ma, Y Wang, H Liu, Y Li, J Wang, S Zhao: Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine Int J Hydrogen Energy 32 (2007) 5067-5075 F Ma, Y Wang: Study on the extension of lean operation limit through hydrogen enrichment in a natural gas spark-ignition engine Int J Hydrogen Energy 33 (2008) 1416-1424 Rajasekaran T.1, Duraiswamy K.2, Bharathiraja M.1 and Poovaragavan S.: Characteristics of engine at various speed condistions by mixing of HHO with gasoline and LPG ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Vol 10, No 1, January 2015 Changwei Ji and Wang, S.: Combustion and emissions performance of a hybrid hydrogen-gasoline engine at idle and lean conditions International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 346-355 A.A Al-Rousan: Reduction of fuel consumption in gasoline engines by introducing HHO gas into intake manifold Int J Hydrogen Energy 35 (2010) 12930-12935 S.e.A Musmar, A.A Al-Rousan: Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines Fuel 90 (10) (2011) 3066-3070 148 [132] C Ji, S Wang: Effect of hydrogen addition on combustion and emissions performance of a spark ignition gasoline engine at lean conditions Int J Hydrogen Energy 34 (2009) 7823-7834 [133] S Wang, C Ji, B Zhang, X Liu: Realizing the part load control of a hydrogenblended gasoline engine at the wide open throttle condition Int J Hydrogen Energy 39 (2014) 7428-7436 [134] S Wang, C Ji, J Zhang, B Zhang: Comparison of the performance of a spark-ignited gasoline engine blended with hydrogen and hydrogen-oxygen mixtures Energy 36 [135] [136] [137] [138] (2011) 5832-5837 S Wang, C Ji, J Zhang, B Zhang: Improving the performance of a gasoline engine with the addition of hydrogen-oxygen mixtures Int J Hydrogen Energy 36 (2011) 11164-11173 S Wang, C Ji, B Zhang, X Liu: Performance of a hydroxygenblended gasoline engine at different hydrogen volume fractions in the hydroxygen Int J Hydrogen Energy 37 (2012) 13209-13218 Bhardwaj, S., Verma, A.S., and Sharma, S.K.: Effect of Brown gas on the performance of a four stroke gasoline engine International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering (Online), Volume 4, Special Issue 1, February 2014 Mohamed M EL-Kassaby, Yehia A Eldrainy, Mohamed E Khidr, Kareem I Khidr: Effect of hydroxy (HHO) gas addition on gasoline engine performance and emissions Alexandria Engineering Journal (2016) 55, 243-251 [139] E Leelakrishnan and H Suriyan: Performance and emmision chracteristics of Brown's gas enriched air in spark ignition engine International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol 2, No 2, pp 393-404, February 2013 [140] Kosar M, Ozdalyan B, Celik MB (2011): The usage of hydrogen for improving emissions and fuel consumption in a small gasoline engine J Thermal Sci Technol 2011; 31:10;1-8 [141] Muradov NZ, Veziro1glu TN (2008): ‘‘Green’’ path from fossil-based to hydrogen economy: an overview of carbon-neutral technologies Int J Hydrogen Energy 2008; 33:6, 804-39 [142] Ringler J, Gerbig F, Eichlseder H, Wallner T (2004): Insights into the development of a hydrogen combustion process with internal mixture formation Proceedings 6th International Symposium on Internal Combustion Diagnostics (Baden Baden, Germany, 2004) 149 [143] Mohammadi A, Shioji M, Nakai Y, Ishikura W, Tabo E (2007): Performance and combustion characteristics of a direct injection SI hydrogen engine Int J Hydrogen Energy 2007;32: 296-304 [144] Bika AS, Franklin LM, Kittelson DB (2008): Emissions effects of hydrogen as a supplemental fuel with diesel and biodiesel SAE Paper No 2008-01-0648 [145] Leung T, Wierzba I (2008): The effect of hydrogen addition on biogas non-premixed jet flame stability in a co-flowing air stream Int J Hydrogen Energy 2008; 33:3; 85662 [146] Xin Z, Jian X, Shizhuo Z, Xiaosen H, Jianhua L (2013): The experimental study on cyclic variation in a spark ignited engine fueled with biogas and hydrogen blends Int J Hydrogen Energy 2013; 38:1,1164-8 [147] Sunyoup Leea, Cheolwoong Parka, Seunghyun Parkb, Changgi Kim (2014): Comparison of the effects of EGR and lean burn on an SI engine fueled by hydrogenenriched low calorific gas Int J Hydrogen Energy 2014; 39:2, p1086-p1095 [148] Porpatham E, Ramesh A, Nagalingam B (2007): Effect of hydrogen addition on the performance of a biogas fuelled spark ignition engine Int J Hydrogen Energy 2007; 32(12): 2057-65 [149] Park C, Park S, Lee Y, Kim C, Lee S, Moriyoshi Y (2011): Performance and emission characteristics of a SI engine fueled by low calorific biogas blended with hydrogen Int J Hydrogen Energy 2011; 36(16):10080-8 [150] Park S, Park C, Kim C (2011): Effect of exhaust gas recirculation on a spark ignition engine fueled with biogas-hydrogen blends SAE paper no 2011-24-0115 [151] Ibrahim A, Bari S (2009): A comparison between EGR and lean-burn strategies employed in a natural gas SI engine using a twozone combustion model Energy Convers Manag 2009; 50: 3129-39 [152] Jeong C, Kim T, Lee K, Song S, Chun K (2009): Generating efficiency and emissions of a spark-ignition gas engine generator fuelled with biogas-hydrogen blends Int J Hydrogen Energy 2009; 34(23): 9620-7 [153] Bui Van Ga, Tran Van Nam, Bui Thi Minh Tu, Nguyen Quang Trung (2018): Numerical simulation studies on performance, soot and NOx emissions of dual-fuel engine fuelled with hydrogen enriched biogas mixtures IET Renewable Power Generation 2018, doi: 10.1049/iet-rpg.2017.0559 www.ietdl.org [154] A Boretti: Comparison of fuel economies of high efficiency diesel and hydrogen engines powering a compact car with a flywheel based kinetic energy recovery systems Int J Hydrogen Energy 35 (2010) 8417-8424 150 [155] Bui Van Ga, Tran Van Nam, Nguyen Thi Thanh Xuan: Utilization of biogas engines in rural area: A contribution to climate change mitigation Colloque International RUNSUD 2010, pp 19-31, Universite Nice-Sophia Antipolis, France, 23-25 Mars 2010 [156] K.S Reddy, S Aravindhan, Tapas K Mallick: Investigation of performance and emission characteristics of a biogas fuelled electric generator integrated with solar concentrated photovoltaic system Renewable Energy 92, July 2016, pp 233-243 https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.02.008 [157] Kadir Aydin, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319918311200 - !Raif Kenanoğlu: Effects of hydrogenation of fossil fuels with hydrogen and hydroxy gas on performance and emissions of internal combustion engines International Journal of Hydrogen Energy, Volume 43, Issue 30, 26 July 2018, Pages 14047-14058 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.026 [158] Bui Van Ga, Tran Van Nam, Truong Le Bich Tram, Le Minh Tien, LeXuan Thach: Determination of Optimal Operational Parameters of SI Biogas Engines Converted from Diesel Engines by Modelling and Experimental Studies The 14th Asian Congress of Fluid Mechanics-14ACFM, October l5-19,2013, Hanoi and Halong, Vietnam, pp 819-824 [159] Bui Van Ga, Tran Van Nam, Tran Thanh Hai Tung: A Simulation of Effects of Compression Ratios on the Combustion in Engines Fueled With Biogas with Variable CO2 Concentrations Journal of Engineering Research and Application, Vol 3, Issue 5, Sep-Oct 2013, pp.516-523 [160] Bui Van Ga, Tran Van Nam: Appropriate structural parameters of biogas SI engine converted from diesel engine IET Renewable Power Generation, Volume: 9, Issue: 3, (2015), pp 255-261, DOI: 10.1049/iet-rpg.2013.0329 [161] Saket Verma, L.M Das, S.C Kaushik: Effects of varying composition of biogas on performance and emission characteristics of compression ignition engine using exergy analysis Energy Conversion and Management 138, April 2017, pp 346-359 https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.01.066 [162] S C Chen, Y L Kao, G T Yeh et al.: An onboard hydrogen generator for hydrogen enhanced combustion with internal combustion engine International Journal of Hydrogen Energy, Volume 42, Issue 33, 17 August 2017, Pages 21334-21342 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.03.013 [163] Trần Văn Nam, Bùi Văn Ga, Phan Minh Đức, Bùi Thị Minh Tú, “Cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen cho động đánh lửa cưỡng kéo máy phát điện hệ 151 thống lượng tái tạo hybrid”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 21, Quynhon 19-21/7/2018, pp 448-458 [164] Bui Van Ga, Bui Thi Minh Tu, Nguyen Van Dong, Bui Van Hung, “Analysis of combustion and NOx formation in a SI engine fueled with HHO enriched biogas”, Environmental Engineering and Management Journal, May 2020, Vol 19, No 5, 317-327 [165] Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tiến, Bùi Thị Minh Tú, Đặng Văn Nghĩa, Tơn Nguyễn Thành Sang, “Tính kỹ thuật phát thải ô nhiễm động [166] [167] [168] [169] [170] [171] [172] phun biogas-HHO đường nạp”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol.18, No1, Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tiến, Bùi Thị Minh Tú, Đặng Văn Nghĩa, Tôn Nguyễn Thành Sang (2020): Tính kỹ thuật phát thải ô nhiễm động phun biogas-HHO đường nạp Tạp chí Khoa học Cơng nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol.18, No1, pp 43-48 Van Ga Bui , Van Nam Tran , Anh Tuan Hoang , Thi Minh Tu Bui & Anh Vu Vo (2020): A simulation study on a port-injection SI engine fueled with hydroxyenriched biogas Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1804487 Bùi Văn Ga, Bùi Thị Minh Tú, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Đức Hồng, Phạm Văn Quang (2019): Thiết lập giản đồ cung cấp nhiên liệu cho động biogas-xăng Tạp chí Khoa học Công nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol 17, No 9, pp 33-39 Trần Văn Nam, Bùi Văn Ga, Phan Minh Đức, Bùi Thị Minh Tú (2018): Cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen cho động đánh lửa cưỡng kéo máy phát điện hệ thống lượng tái tạo hybrid Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 21, Quynhon 19-21/7/2018, pp 448-458 Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng: Xây dựng đường đặc tính tạo hỗn hợp động đánh lửa cưỡng sử dụng biogas nén Tạp Chí Giao Thông Vận Tải, số 11/2010, pp 35-37 Bằng độc quyền sáng chế số 9562 “Hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động tĩnh chạy hai nhiên liệu biogas-xăng” Cục Sở hữu Trí tuệ, 16-08-2011 Bằng độc quyền sáng chế số 6643 “Hệ thống ba van chức cung cấp nhiên liệu khí cho xe gắn máy LPG/xăng" Cục Sở hữu Trí tuệ, 09-10-2007 [173] Parikh, P G., W C Reynold, and R Jayaraman "Behavior of an unsteady turbulent boundary layer." AIAA Journal 20.6 (1982): 769-775 152 [174] Mari, C., D Jeandel, and J Mathieu "Methode de calcul de couche limite turbulente compressible avec transfert de chaleur." International Journal of Heat and Mass Transfer 19.8 (1976): 893-899 [175] C G, “Turbulence,” Notes de cours, Ecole Centrale de Lyon [176] H SCHLICHTING, “Boundary layer theory,” McGraw-Hill, , 1960 [177] E E R G D R.M., “Analysis of heat and mass transfer,” Mc GrawHill Kogakusha Ltd, Tokyo 1972 [178] Pope, S B., and J H Whitelaw "The calculation of near-wake flows." Journal of fluid Mechanics 73.1 (1976): 9-32 [179] Launder, Brian Edward, G Jr Reece, and W Rodi "Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure." Journal of fluid mechanics 68.3 (1975): 537-566 [180] Janicka, J "A Reynolds-stress model for the prediction of diffusion flames." Symposium (International) on Combustion Vol 21 No Elsevier, 1988 [181] H S T T M M., “Prediction of the larninarization phenomena in an axially rotating pipe flow.,” J Fluids Eng Trans ASME, vol 110, pp 424-430 1988 [182] Jones, W P., and J H Whitelaw "Modelling and measurements in turbulent combustion." Symposium (International) on Combustion Vol 20 No Elsevier, 1985 [183] T SOMEYA, “Advanced Combustion Science,” Springer-Verlag 1993 [184] Hawthorne, W R., D S Weddell, and H C Hottel "Mixing and combustion in turbulent gas jets." Symposium on Combustion and Flame, and Explosion Phenomena Vol No Elsevier, 1948 [185] Cook, D K "A one-dimensional integral model of turbulent jet diffusion." Combustion and flame 85.1-2 (1991): 143-154 [186] Cook, D K "An integral model of turbulent non-premixed jet flames in a cross-flow." Symposium (International) on Combustion Vol 23 No Elsevier, 1991 [187] Fairweather, M., et al "Predictions of soot formation in turbulent, nonpremixed propane flames." Symposium (International) on Combustion Vol 24 No Elsevier, 1992 153 [188] Bradley, Derek, P H Gaskell, and X J Gu "Application of a Reynolds stress, stretched flamelet, mathematical model to computations of turbulent burning velocities and comparison with experiments." Combustion and flame 96.3 (1994): 221-248 [189] Correa, S M., and A Gulati "Non-premixed Turbulent CO/H2 flames at local extinction conditions." Symposium (International) on Combustion Vol 22 No Elsevier, 1989 [190] Tamanini, Francesco "An integral model of turbulent fire plumes." Symposium (International) on Combustion Vol 18 No Elsevier, 1981 [191] Tamanini, Francesco "Reaction rates, air entrainment and radiation in turbulent fire plumes." Combustion and Flame 30 (1977): 85-101 [192] Vachon, M., and M Champion "Integral model of a flame with large buoyancy effects." Combustion and flame 63.1-2 (1986): 269-278 [193] Liew, S K., K N C Bray, and J B Moss "A stretched laminar flamelet model of turbulent nonpremixed combustion." Combustion and Flame 56.2 (1984): 199-213 [194] Elghobashi, S E., and W M Pun "A theoretical and experimental study of turbulent diffusion flames in cylindrical furnaces." Symposium (International) on Combustion Vol 15 No Elsevier, 1975 [195] Crauford, N L., S K Liew, and J B Moss "Experimental and numerical simulation of a buoyant fire." Combustion and flame 61.1 (1985): 63-77 [196] R Stone, A Clarke, P Beckwith (1998), Correlations for the Laminar- Burning Velocity of Methane/Diluent/Air Mixtures Obtained in Free-Fall Experiments, Combustion and Flame, 114, pp 546-555 [197] Rallis, Costa John, and Ashton Martin Garforth "The determination of laminar burning velocity." Progress in Energy and Combustion Science 6.4 (1980): 303-329 [198] Hill, P G., and J Hung "Laminar burning velocities of stoichiometric mixtures of methane with propane and ethane additives." Combustion science and technology 60.1-3 (1988): 7-30 [199] Iijima, Toshio, and Tadao Takeno "Effects of temperature and pressure on burning velocity." Combustion and flame 65.1 (1986): 35-43 154 [200] Bradley, Derek, P H Gaskell, and X J Gu "Application of a Reynolds stress, stretched flamelet, mathematical model to computations of turbulent burning velocities and comparison with experiments." Combustion and flame 96.3 (1994): 221-248 [201] V.G Bui, V.N Tran, V.D Nguyen, Q.T Nguyen, T.T Huynh "Octane number stratified mixture preparation by gasoline–ethanol dual injection in SI engines." International journal of environmental science and technology 16 (2019): 3021-3034 155 PHỤ LỤC PL1- Chương trình điều khiển #include #include #include // #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); const int hall_pulse = 3; const int display_mode = 11; const int ledtest = 10; const int ledphun = 7; const int phun = 12; const int leddanhlua = 10; const int danhlua = 13; // Servo myservo; const int bientro_tai = A2; const int bientro_danhlua = A1; // const int servoPin = 4; //volatile unsigned int pulses; int n_namcham, servoPos; unsigned long rpm, pulse, k, j, tdc_ms, prev_tdc_ms, t_cyc, prev_t_cyc; unsigned long start_pulse, stop_pulse, inject_start_moment, inject_stop_moment; unsigned long ignition_start_moment, ignition_stop_moment, pulse_width, js, fs, pulse_wi dth_chuan, prev_ignition_start_moment; unsigned long inject_duration, ignition_duration; bool dct, hienthi, inject_check_start, inject_check_stop; void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("X:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("N:"); lcd.setCursor(9, 0); lcd.print("t:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print("j:"); I pinMode(hall_pulse, INPUT_PULLUP); pinMode(ledtest, OUTPUT); pinMode(ledphun, OUTPUT); pinMode(leddanhlua, OUTPUT); pinMode(danhlua, OUTPUT); pinMode(phun, OUTPUT); pinMode(display_mode, INPUT); // pinMode(servoPin, OUTPUT); n_namcham = 1; pulse = 0; k = 0; js=1000; ignition_duration = 2000; hienthi = true; // myservo.attach(servoPin); Timer1.initialize(); Timer1.attachInterrupt(ignition_start); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(hall_pulse), falling_handler, HIGH); } void falling_handler() { start_pulse = micros(); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(hall_pulse), rising_handler, LOW); } void rising_handler() { stop_pulse = micros(); pulse_width = stop_pulse - start_pulse; // if ((pulse_width > 1000) && (pulse_width < 5000)) if (pulse_width > 700) {tdc_ms = stop_pulse; t_cyc = tdc_ms - prev_tdc_ms; pulse++; Timer1.attachInterrupt(ignition_start, js); if (t_cyc = inject_start_moment)) { // digitalWrite(ledphun,HIGH); digitalWrite(phun, HIGH); inject_check_start = false; inject_check_stop = true; } else; // -INJ PULSE STOP if ((inject_check_stop) && (micros() >= inject_stop_moment)) { // digitalWrite(ledphun,LOW); digitalWrite(phun, LOW); inject_check_stop = false; } else; } III void display() { rpm = 60000000 / t_cyc; lcd.setCursor(2, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(2, 0); lcd.print(pulse_width_chuan); lcd.setCursor(2, 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(2, 1); //lcd.print(rpm); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(inject_duration); //lcd.print(t_cyc); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(js); unsigned long value_danhlua = analogRead(bientro_danhlua); js = map(value_danhlua,0,1023,1000, 2500); //js = fs * 60000000.0 / (rpm * 360.0); } void loop() { unsigned long value_phun = analogRead(bientro_tai); servoPos = map(value_phun, 0, 1023, 0, 65); inject_duration = 4000.0 * (servoPos * servoPos / 240.0 + 1); injection(); static uint32_t next_ms1 = 0; if (millis() >= next_ms1) { k++; next_ms1 += 60000; rpm = pulse / n_namcham; if (k % == 1) { lcd.setCursor(2, 1); lcd.print(rpm); } else; IV if (k % == 2) { lcd.setCursor(2, 0); lcd.print(pulse_width_chuan); } else; if (k % == 3) { lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(inject_duration); k = 0; } else; if (k % == 0) { lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(js); k = 0; } else; pulse = 0; } if (digitalRead(display_mode) == HIGH) display(); } V