Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.Tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ BiogasHydrogen.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI VĂN HÙNG 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 Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số : 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2023 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Hướng dẫn khoa học : GS TSKH Bùi Văn Ga PGS TS Bùi Thị Minh Tú Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đơn vị chuyên môn Trường Đại học Bách Khoa, vào lúc: giờ……… Ngày…… tháng……năm …… Có thể tìm luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Học liệu Truyền thông, ĐHBKĐHĐN MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Biogas thô chứa chủ yếu methane (CH4) tạp chất carbon dioxide (CO2) nên nhiệt trị thấp khí thiên nhiên Mặc dù CO2 có khí biogas làm giảm phát thải ô nhiễm, tạp chất lại có xu hướng làm tăng thời gian cháy trễ giảm tốc độ lan truyền màng lửa nên làm giảm hiệu suất nhiệt động [18] Làm giàu biogas hydrogen (H2) giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề Tuy nhiên, H2 gây kết không mong muốn tăng lượng phát thải NOx nhiệt độ cháy cao giảm hiệu suất nhiệt tổn thất nhiệt Việc pha trộn tỉ lệ vừa phải H2 vào biogas, cải thiện tính động đồng thời khơng làm tăng phát thải chất ô nhiễm Trên thị trường có sẵn phần lớn phận để lắp ráp hệ thống lượng tái tạo hybrid, trừ động đốt kéo máy phát điện phù hợp với yêu cầu hệ thống Động đốt thiết kế để làm việc với loại nhiên liệu cho trước điều kiện vận hành xác định Trong hệ thống lượng tái tạo hybrid, 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 hệ thống lượng tái tạo hybrid, 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 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Cải tạo động tĩnh cung cấp xăng chế hịa khí thành động tĩnh phun nhiên liệu điều chỉnh góc đánh lửa sớm tự động theo thành phần nhiên liệu chế độ vận hành hệ thống lượng tái tạo hybrid sinh khối-năng lượng mặt trời ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Cải tạo động tĩnh truyền thống cung cấp xăng chế hịa khí thành động tĩnh điều khiển điện tử trình phun nhiên liệu góc đánh lửa sớm theo thành phần nhiên liệu chế độ vận hành hệ thống lượng tái tạo hybrid sinh khối-năng lượng mặt trời Phạm vi nghiên cứu: - Cải tạo động xăng dùng chế hịa khí truyền thống thành động tĩnh điều khiển điện tử có tốc độ thay đổi phạm vi hẹp tương ứng với điều kiện làm việc động tĩnh - Đánh giá thực nghiệm tính kỹ thuật mức độ phát thải ô nhiễm động số điểm xác định đường đặc tính điều tốc với thành phần nhiên liệu xác định - Mô thực nhiều chế độ công tác nhiều thành phần nhiên liệu để mở rộng kết nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mơ thực nghiệm • Phần lý thuyết: tập trung nghiên cứu sở trình cháy rối hỗn hợp nhiên liệu khí, sở hình thành chất nhiễm, tập trung phân tích ảnh hưởng thành phần hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen đến tính cơng tác mức độ phát thải nhiêm động • Phần mơ phỏng: Sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT để mô trình cung cấp nhiên liệu trình cháy động chạy hỗn hơp nhiên liệu biogas-hydrogen Về q trình cung cấp nhiên liệu tập trung phân tích ảnh hưởng kỹ thuật cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen hòa trộn trước (blend) cung cấp nhiên liệu biogas/hydrogen riêng rẽ (dual) Về q trình cháy, tập trung mơ ảnh hưởng thành phần hỗn hợp góc đánh lửa sớm đến tính kỹ thuật mức độ phát thải nhiễm động • Phần thực nghiệm: Thực việc cải tạo động tĩnh chạy xăng, cung cấp nhiên liệu chế hịa khí thành động phun nhiên liệu khí đánh lửa điều khiển điện tử, cụ thể xây dựng giản đồ cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen đường đặc tính điều tốc thiết kế mạch điều khiển điện tử để thực việc cung cấp nhiên liệu điều chỉnh góc đánh lửa sớm tối ưu theo chế độ công tác động Tiến hành đo đạc thực nghiệm công suất mức độ phát thải ô nhiễm động số chế độ công tác thành phần nhiên liệu xác định để đánh giá kết mô Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Động tĩnh truyền thống thường thiết kế để sử dụng loại nhiên liệu xác định, chúng khơng phù hợp vận hành điều kiện nhiên liệu thay đổi Việc nghiên cứu điều chỉnh linh hoạt trình cung cấp nhiên liệu góc đánh lửa sớm động tĩnh đánh lửa cưỡng theo thành phần nhiên liệu điều kiện vận hành mang ý nghĩa khoa học không cho hệ thống lượng tái tạo hybrid mà cho phát triển động sử dụng nhiên liệu khí linh hoạt Ý nghĩa thực tiễn: Nước ta vùng nhiệt đới, sản xuất nơng nghiệp nên có tiềm lớn sinh khối lượng mặt trời Việc kết hợp sử dụng hai nguồn lượng hệ thống lượng tái tạo hybrid khắc phục bất cập sử dụng nguồn lượng tái tạo Động tĩnh sử dụng biogas-hydrogen có vai trị quan trọng hệ thống lượng tái tạo hybrid Nó thay cho thiết bị lưu trữ lượng phức tạp đắt tiền Do việc nghiên cứu phát triển động tĩnh sử dụng nhiên liệu khí linh hoạt tạo điều kiện để phát triển rộng rãi việc ứng dụng lương tái tạo Đó giải pháp thiết thực góp phần thực mục tiêu chiến lược Net Zero mà nước ta cam kết với giới CẤU TRÚC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Bố cục luận án phần mở đầu, kết luận hướng phát triển đề tài, nội dung trình bày chương với cấu trúc sau: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình tạo hỗn hợp trình cháy động đánh lửa cưỡng Chương 3: Mô trình tạo hỗn hợp trình cháy động phun nhiên liệu biogas-hydrogen Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá kết mô ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Chuyển đổi động tĩnh sử dụng nhiên liệu xăng đánh lửa cưỡng thành động tĩnh phun nhiên liệu biogashydrogen, đánh lửa điều khiển điện tử - Xác định thành phần nhiên liệu hybrid biogas-hydrogen để đạt hài hịa tính kỹ thuật mức độ phát thải ô nhiễm động - Xây dựng giản đồ phun nhiên liệu giản đồ đánh lửa động sử dụng nhiên liệu biogas-hydrogen - Kiểm soát trình phun nhiên liệu góc đánh lửa sớm theo thành phần nhiên liệu chế độ công tác động để nâng cao hiệu công tác động sử dụng nhiên liệu biogashydrogen - Chế tạo ECU điều khiển động sử dụng nhiên liệu khí linh hoạt, góp phần phát triển hệ thống lượng tái tạo hybrid lượng sinh khối-năng lượng mặt trời Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ cấu lượng toàn cầu chiến lược “Net Zero” 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 1.5 Kết luận - Để hạn chế gia tăng nhiệt độ bầu khí phải giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, đặc biệt giảm phát thải CO2 Giảm dần việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch thay vào nhiên liệu tái tạo giúp giữ nồng độ CO2 bầu khí nay, trì mơi trường sống hành tinh - Năng lượng tái tạo nói chung khơng ổn định, phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, môi trường - Biogas sản xuất từ chất thải nông nghiệp hay chăn ni với thành phần CH4 CO2 Sự diện CO2, N2 loại nhiên liệu làm giảm nhiệt trị tốc độ cháy nhiên liệu làm ảnh hưởng đến hiệu suất mức độ phát thải chất ô nhiễm động Tuy nhiên chúng có số octane cao nên sử dụng chúng động đánh lửa lưỡng với tỷ số nén lớn - Hydrogen sản xuất từ nước thơng qua trình điện phân điện mặt trời Hydrogen có mặt syngas từ khí hóa sinh khối Hydrogen có tốc độ cháy gấp 10 lần methane nên chất phụ gia tốt để cải thiện tính cháy biogas - Trong hệ thống lượng tái tạo hybrid, thành phần nhiên liệu biogas/hydrogen thay đổi thường xuyên Chế độ tải động thay đổi để cung cấp lượng bù cho hệ thống Do góc đánh lửa sớm động tỉ lệ nhiên liệu/khơng khí thay đổi Do hệ thống điều khiển động phải mềm dẻo để đảo bảo động làm việc hiệu hệ thống lượng tái tạo Từ kết luận trên, luận án tập trung nghiên cứu giải pháp điều chỉnh góc đánh lửa sớm hệ số tương đương động tĩnh chạy nhiên liệu khí nghèo bổ sung hydrogen Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC 2.1 Hệ phương trình 2.2 Mơ hình rối 2.3 Mơ hình cháy 2.3.1 Tính tốn đại lượng trình cháy 2.3.1.1 Thành phần hỗn hợp 2.3.1.2 Hàm mật độ xác suất (fdp) 2.3.1.3 Hàm biến phụ thuộc ϕ(f) 2.3.2 Xác định vị trí màng lửa Quá trình cháy diễn màng lửa mỏng Sự lan tràn màng lửa mơ hình hóa thơng qua giải phương trình vận chuyển biến diễn tiến phản ứng trung bình, ký hiệu c: ( c) + .( vc) = t c + Sc t Sct (2.43) 2.3.3 Tốc độ màng lửa chảy tầng 2.3.3.1 Phân tích thành phần tốc độ lan tràn màng lửa Giả sử khí chưa cháy chịu nén đoạn nhiệt, p = C u u (p: áp suất buồng cháy), tốc độ cháy tính theo áp suất p: Sn = dVb Vo − Vb dp − A dt A u p dt (2.54) 2.3.3.2 Các công thức thực nghiệm tốc độ cháy chảy tầng Tốc độ cháy phụ thuộc nhiệt độ áp suất theo đề xuất Meghalchi Keck 𝑆𝑛 = 𝑆𝑛,𝑟𝑒𝑓 ( 𝑇𝑢 𝑇𝑢,𝑟𝑒𝑓 𝛾 ) ( 𝛽 𝑝𝑢 𝑝𝑢,𝑟𝑒𝑓 ) (2.58) Theo Rallis Garforth [202] mối quan hệ tốc độ cháy chảy tầng hỗn hợp methane/khơng khí điều kiện cháy hồn tồn biểu diễn biểu thức Sn= Sn,o T (2.62) Iijima Takedo [204] đề nghị biểu thức tổng quát sau 𝑆𝑛 = 𝑆𝑛,𝑜 𝑇 𝛼 (1 + 𝛽𝑙𝑜𝑔10 𝑝) (2.65) 2.3.4 Tốc độ cháy rối Trong FLUENT, tốc độ màng lửa rối tính tốn dựa vào mơ hình độ nhăn nheo bề dày màng lửa [196]: 𝑆𝑡 = 𝐴(𝑢′) 3/4 𝑆 1/2 𝛼 −1/4 𝑙 1/4 𝑛 𝑡 = 𝐴𝑢 𝜏 1/4 ′( 𝑡 ) 𝜏𝑐 (2.66) 2.4 Kết luận - Cháy rối q trình phức tạp Do mơi trường rối xảy phản ứng hóa học nên phần tử thay đổi từ nhiên liệu chất oxy hóa ban đầu thành sản phẩm cháy thông qua hàng loạt phản ứng hóa học - Để đơn giản hóa tốn phản ứng môi trường chảy rối, nhà khoa học đưa mơ hình cháy phù hợp với tương tác nhiên liệu chất oxy hóa Hai mơ hình bản, cháy hỗn hợp không đồng cháy hỗn hợp đồng Đối với động sử dụng nhiên liệu hybrid mơ hình cháy hỗn hợp đồng cục phù hợp với chất suất cực đại tăng theo hàm lượng CH4 biogas Hình 3.40: Ảnh hưởng thành phần biogas đến biến thiên áp suất theo góc quay trục khuỷu động chạy tốc độ 2100 v/ph (a) 3600 v/ph (b) 3.3.4 Ảnh hưởng hàm lượng Hydrogen Hình 3.47: Ảnh hưởng hàm lượng hydrogen pha vào biogas M7C3 đến q trình cháy phát thải nhiễm động chạy tốc độ 2100 v/ph (a) 3600 v/ph (b) với =1 13 Khi pha hydrogen vào biogas tốc độ cháy tăng, q trình cháy diễn với hỗn hợp nghèo hệ số tương đương tối ưu tiến gần đến =1 Mức độ phát thải CO, HC, NOx thấp nhiều so với trường hợp động chạy biogas mơ tả hình 3.47a hình 3.47b 3.3.5 Ảnh hưởng tốc độ động (b) (a) Hình 3.51: Ảnh hưởng tốc độ động đến biến thiên thông số đặc trưng trình cháy động chạy nhiên liệu M7C3-15H (a) M8C2-40H (b) với =1 φs=20°TK Khi tăng tốc độ động điều kiện cháy diễn không thuận lợi làm giảm công thị chu trình, tăng nhiệt độ khí thải nồng độ CO, HC Điểm lợi tăng tốc độ động giảm nồng độ NOx tăng công suất động Vì để cải thiện tính động tăng tốc độ cần điều chỉnh góc đánh lửa sớm 3.3.6 Ảnh hưởng chế độ tải Công thị chu trình tương ứng 195,64, 133,95 104,23 J/ct hình 3.53a Ở chế độ tải 50%, phát thải CO, HC tăng gấp đôi so với động chạy chế độ toàn tải nồng độ NOx khí thải động giảm 60% so với chế độ tồn tải (hình 3.53b) So với trường hợp động chạy biogas M7C3 chế độ tải cục tương ứng pha 20% hydrogen, mức độ cải thiện Wi giảm dần giảm tải Ở chế độ tải 65%, Wi tăng khoảng 4% chế độ tải 50%, Wi 14 tăng khoảng 2% pha 20% hydrogen vào biogas Cũng trường hợp động chạy đầy tải, pha hydrogen vào biogas phát thải CO, HC giảm phát thải NOx tăng (b) (a) Hình 3.53: Đồ thị cơng chế độ tải khác (a) ảnh hưởng chế độ tải đến thông số đặc trưng trình cháy (M7C3-20H, n=3600 v/ph, ϕ=1, φs=30°TK) 3.3.7 So sánh tính động chạy biogas biogas pha hydrogen Hình 3.55 cho thấy ứng với biogas nào, diện hydrogen hỗn hợp nhiên liệu giúp cải thiện hiệu trình cháy làm tăng cơng thị chu trình Phát thải CO HC giảm trung bình từ 5-10 lần pha 20% hydrogen vào biogas Nhược điểm pha hydrogen vào biogas phát thải NOx tăng Các kết cho thấy điều kiện tối ưu, phát thải NOx tăng khoảng 10-15% pha 20% hydrogen vào biogas (a) (b) (c) Hình 3.55: So sánh đặc trưng trình cháy điều kiện tối ưu góc đánh lửa sớm hệ số tương đương sử dụng biogas M6C4 (a), M7C3 (b) M8C2 (c) 15 3.8 Kết luận Kết nghiên cứu cho phép rút kết luận sau: - - - - - - Ứng với chế độ vận hành động cho trước, hàm lượng CH4 biogas tăng từ 60% lên 80% hệ số tương đương tối ưu giảm từ 1.06 xuống 1.04, công thị chu trình động tăng 6% mức độ phát thải CO, HC, NOx giảm trung bình khoảng 20% Hệ số tương đương tối ưu giảm tăng hàm lượng H2 pha vào biogas Khi pha 40% hydrogen vào biogas hệ số tương đương tối ưu đạt giá trị cháy hồn tồn lý thuyết, cơng thị chu trình tăng 13%, mức độ phát thải chất ô nhiễm CO, HC giảm 10 lần phát thải NOx giảm lần Hiệu công tác động biogas cải thiện tối đa pha 15% hydrogen vào biogas Quá ngưỡng này, tính động không thay đổi tăng hàm lượng hydrogen pha vào biogas Với chế độ tốc độ động cho trước, góc đánh lửa sớm tối ưu giảm 2°TK tăng 10% CH4 biogas giảm 3°TK tăng 10% hydrogen hỗn hợp với biogas hàm lượng hydrogen pha vào biogas nhỏ 20% Khi hàm lượng hydrogen vượt 20%, góc đánh lửa sớm tối ưu không thay đổi theo hàm lượng H2 Khi pha hydrogen vào biogas tính động cải thiện khơng phải lượng mang vào buồng cháy mà gia tăng tốc độ cháy mở rộng giới hạn cháy giúp cho trình cháy tối ưu diễn gần giá trị =1 động chạy biogas Trong điều kiện vận hành tối ưu, pha 20% hydrogen vào biogas cơng thị tăng trung bình 6%, phát thải CO HC giảm trung bình từ 5-10 lần, phát thải NOx tăng khoảng 10-15% 16 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Điều khiển điện tử vòi phun nhiên liệu biogas-hydrogen (a) (b) (c) Hình 4.3 Tín hiệu điều khiển vịi phun chưa xử lý nhiễu (a, b) tín hiệu cảm biến Hall, tín hiệu đánh lửa tín hiệu phun xử lý nhiễu (c) 4.2 Điều chỉnh góc đánh lửa sớm động chạy hỗn hợp biogas-hydrogen 4.2.1 Tốc độ cháy chảy tầng 4.2.2 Mơ hình vật lý điều chỉnh góc đánh lửa sớm Hình 4.9 Tín hiệu cảm biến Hall tín hiệu đánh lửa chưa xử lý nhiễu (a), tín hiệu xử lý nhiễu cổng kết nối tụ điện (b) tín hiệu sau xử lý nguồn cách ly quang học (c) 4.3 Thiết lập ECU điều khiển động biogas-hydrogen Chương trình bao gồm mơ đun kích hoạt dựa vào tín hiệu cảm biến tương đối ĐCT, đọc thông tin cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến CO cảm biến H2, xác định thời điểm đánh lửa, thời gian 17 phun phát tín hiệu điều khiển vịi phun hệ thống đánh lửa Chương trình kiểm tra mơ hình vật lý (hình 4.12) Hình 4.12 Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm thay đổi góc đánh lửa sớm, thời gian phun động tĩnh 4.4 Cải tạo động 4.4.1 Sơ đồ hệ thống cải tạo động Hình 4.17: Sơ đồ cải tạo động tĩnh đánh lửa cưỡng truyền thống thành động tĩnh phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử 18 4.4.2 Lắp đặt phận lên động cải tạo 4.5 Nghiên cứu thực nghiệm 4.5.1 Chuẩn bị nhiên liệu 4.5.2 Bố trí hệ thống thí nghiệm Hình 4.32 giới thiệu sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm Hình 4.25: Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm 4.5.3 Trình tự thí nghiệm 4.6 Kết thí nghiệm 4.6.1 Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu 5000 4500 4000 (s) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 00 10 20 30 40 50 60 65 70 75 80 0-500 500-1000 1000-1500 1500-2000 2000-2500 2500-3000 3000-3500 3500-4000 4000-4500 4500-5000 85 Hình 4.34: Giản đồ phun nhiên liệu M6C4-20H sau điều chỉnh (n=3600 v/ph, dp=5,5mm, pp=0,5bar) 19 4.6.2 Điều chỉnh góc đánh lửa sớm 4.6.2.1 Kỹ thuật điều chỉnh góc đánh lửa sớm 4.6.2.2 Ảnh hưởng thành phần hydrogen đến góc đánh lửa sớm 4.6.2.3 So sánh mô thực nghiệm biến thiên góc đánh lửa sớm tối ưu theo H2/CH4 34 31 js (CA) (TK) 28 25 22 19 16 13 10 10 10-13 20 13-16 1.05 40 1.1 1.15 30 16-19 19-22 22-25 0.75 0.7 0.85 0.8 0.95 0.9 25-28 28-31 31-34 Hình 4.38: Giản đồ góc đánh lửa sớm tối ưu 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 Hydrogen Bộ điều khiển Cảm biến CO2 Cảm biến CO2 Cảm biến vị trí bướm ga Biogas Túi chứa hỗn hợp khí biogashydrogen Động biogashydrogen Cảm biến Hall Hình 4.39: Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động hệ số tương đương góc đánh lửa sớm động biogas-hydrogen có thành phần nhiên liệu thay đổi 20 4.7 Kết luận Kết nghiên cứu cho phép rút kết luận sau: - Động đánh lửa cưỡng truyền thống chuyển thành động sử dụng nhiên liệu khí biogas-hydrogen phù hợp với hệ thống lượng tái hybrid điện mặt trời-sinh khối nhờ ECU thiết kế đặc thù ECU gồm vi điều khiển, cảm biến Hall, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nồng dộ CO2 biogas, cảm biến nồng độ CO2 hỗn hợp biogas-hydrogen, vòi phun nhiên liệu khí hệ thống đánh lửa tích hợp - Vòi phun nhiên liệu biogas-hydrogen cho động tĩnh GX200 cải tạo từ vịi phun LPG sử dụng ô tô cách mở rộng lỗ phun lên đường kính 5,5mm Áp suất phun nhiên liệu phù hợp 0,5 bar Thời gian phun cho thực nghiệm nhỏ thời gian phun mô trung bình 5% - Với thành phần biogas cho trước, hàm lượng hydrogen ảnh hưởng nhẹ đến tỉ lệ Vkk/Vnl hỗn hợp nhiên liệu Khi cố định hàm lượng hydrogen mà tăng hàm lượng biogas tỉ lệ khơng khí/nhiên liệu tăng Có thể xem gần tỉ lệ Vkk/Vnl tăng tuyến tính theo hàm lượng biogas hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen Biến thiên lưu lượng phun theo góc đóng bướm ga biểu diễn biểu thức tp=k.(1-sin)p1/2, k số phụ thuộc vào nhiên liệu - Hàm lượng hydrogen yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa sớm tối ưu động Đối với động tĩnh chạy hỗn 21 hợp biogas-hydrogen, góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào tỉ lệ H2/CH4 Ở tốc độ 3600rpm, góc đánh lửa sớm động chạy hỗn hợp biogas-hydrogen nằm khoảng từ 16-33°TK KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Luận án tập trung nghiên cứu công nghệ điều chỉnh hai thông số vận hành quan trọng động hệ thống lượng tái tạo hybrid, hệ số tương đương góc đánh lửa sớm Kết nghiên cứu cho phép rút kết luận sau: - Khi tăng hàm lượng hydrogen hỗn hợp với biogas cơng thị chu trình động tăng dù tổng lượng nhiên liệu mang vào động giảm Mức độ phát thải CO, HC động chạy hỗn hợp biogas-hydrogen thấp chạy biogas Tuy nhiên hydrogen làm tăng nhiệt độ cháy dẫn đến tăng phát thải NOx - Khi sử dụng biogas hệ số tương đương tối ưu =1,05 Khi pha 20% hydrogen vào biogas hệ số tương đương tối ưu xấp xỉ =1 Trong điều kiện vận hành tối ưu, pha 20% hydrogen vào biogas cơng thị tăng trung bình 6%, phát thải CO HC giảm trung bình từ 5-10 lần phát thải NOx tăng khoảng 1015% Pha 20% hydrogen vào biogas hàm lượng tối ưu để đạt hài hòa tăng hiệu công tác giảm phát thải động - Ở chế độ tốc độ động cho trước, góc đánh lửa sớm tối ưu giảm 2TK tăng 10% CH4 biogas giảm 3TK 22 tăng 10% hydrogen hỗn hợp với biogas hàm lượng hydrogen pha vào biogas nhỏ 20% Khi hàm lượng hydrogen vượt 20%, góc đánh lửa sớm tối ưu không thay đổi theo hàm lượng H2 - Với thành phần biogas cho trước, hàm lượng hydrogen ảnh hưởng nhẹ đến tỉ lệ Vkk/Vnl Có thể xem gần tỉ lệ Vkk/Vnl tăng tuyến tính theo hàm lượng biogas hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen Biến thiên lưu lượng phun hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen theo góc đóng bướm ga biểu diễn biểu thức tp=k.(1-sin)p1/2, k số phụ thuộc vào nhiên liệu - Hàm lượng hydrogen yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa sớm tối ưu động Đối với động tĩnh chạy hỗn hợp biogas-hydrogen, góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào tỉ lệ H2/CH4 Ở tốc độ 3600 vịng/phút, góc đánh lửa sớm động chạy hỗn hợp biogas-hydrogen nằm khoảng từ 16TK đến 33TK - Có thể cải tạo động tĩnh đánh lửa cưỡng truyền thống thành động sử dụng linh hoạt biogas-hydrogen hệ thống lượng tái tạo hybrid nhờ điều khiển điện tử ECU đặc thù gồm vi điều khiển cài đặt chương trình kiểm sốt hoạt động vịi phun hệ thống đánh lửa; cảm biến từ Hall để kích hoạt chương trình trình tính tốn thơng số chu trình; hai cảm biến CO2 để xác định thành phần nhiên liệu; 23 cảm biến xác định vị trí bướm ga; vịi phun nhiên liệu biogashydrogen cải tạo từ vòi phun LPG; cụm đánh lửa tổ hợp Các cấu phần hệ thống kết nối vào vi điều khiển thông qua mạch công suất-chống nhiễu HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài nghiên cứu tiếp tục phát triển theo hướng sau đây: - Bổ sung thêm thành phần nhiên liệu syngas vào hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen tương ứng với động làm việc hệ thống lượng tái tạo hybrid biomass-năng lượng mặt trời Biomass chia thành hai dòng vật chất: dòng vật chất hữu dễ phân hủy sử dụng để sản xuất biogas; dòng vật chất hữu khó phân hủy khí hóa để sinh syngas Vì động hệ thống lượng tái tạo hybrid biomass-năng lượng mặt trời cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen-syngas có thành phần thay đổi linh hoạt - Thiết kế, chế tạo để sản xuất hàng loạt ECU đặc thù theo nguyên lý mà luận án phát triển dùng để cải tạo động tĩnh truyền thống thành động tĩnh điều khiển điện tử chạy nhiên liệu biogas-hydrogen-syngas có thành phần thay đổi linh hoạt - Phát triển kết nghiên cứu động dual fuel chạy hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen-syngas 24 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Van Ga Bui, Thi Minh Tu Bui, Hwai ChyuanOng, Sandro Nižetić, Van Hung Bui, Thi Thanh Xuan Nguyen, A.E.Atabani, Libor Štěpanec, Le Hoang Phu Pham, Anh Tuan Hoang "Optimizing operation parameters of a spark-ignition engine fueled with biogas-hydrogen blend integrated into biomass-solar hybrid renewable energy system." Energy (2022): 124052 (SCIE Q1) Van Ga Bui, Thi Minh Tu Bui, Anh Tuan Hoang, Sandro Nižetić, R Sakthivel, Van Nam Tran, Van Hung Bui, Dirk Engel, Hadiyanto Hadiyanto "Energy storage onboard zeroemission two-wheelers: Challenges and technical solutions." Sustainable Energy Technologies and Assessments, 47 (2021), 101435 (SCIE Q1, Corresponding author) 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, 19.5 (2020): 317-327 (SCIE Q3) Bui Van Ga, Cao Xuan Tuan, Bui Van Hung, Nguyen Thi Thanh Xuan, and Bui Van Tan, "Performance and Emissions of Motorcycle Engine Fueled with LPG-Ethanol by Port Injection" CIGOS 2021, Emerging Technologies and Applications for Green Infrastructure Springer, Singapore, 2022 1673-1682 (SCOPUS) Bui Van Ga, Bui Thi Minh Tu, Pham Xuan Mai, Bui Van Hung, and Le Hoang Phu Pham: "Zero-Emission Vehicles Penetration into the ASEAN Market: Challenges and Perspective." CIGOS 2021, Emerging Technologies and Applications for Green Infrastructure Springer, Singapore, 2022 1733-1742 (SCOPUS) Bui Van Ga, Bui Thi Minh Tu, Truong Le Bich Tram, Bui Van Hung, "Technique of Biogas-HHO Gas Supply for SI Engine." International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) 8.05 (2019): 669-674 Bùi Thị Minh Tú, Bùi Văn Ga, Cao Xuân Tuấn, Trương Lê Bích Trâm, Võ Anh Vũ, Bùi Văn Hùng “Tự động điều chỉnh hệ số tương đương góc đánh lửa sớm động tĩnh đánh lửa cưỡng phun nhiên liệu khí tái tạo.” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ-Đại học Đà Nẵng (2022): 79-86 Bùi Văn Ga, Bùi Thị Minh Tú, Bùi Văn Hùng, Phùng Minh Tùng “Điều chỉnh hệ số tương đương động chạy hỗn hợp biogas-syngas-hydrogen hệ thống lượng tái tạo hybrid.” Tạp chí Khoa học Công nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol 20, No 4, 2022, pp 50-57 Bùi Văn Ga, Bùi Thị Minh Tú, Bùi Văn Hùng, Nguyễn Lê Châu Thành “Điều chỉnh góc đánh lửa sớm động chạy hỗn hợp biogas-syngas-hydrogen hệ thống lượng tái tạo hybrid.” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ-Đại học Đà Nẵng, Vol 20, No 3, 2022, pp 1-6 10 Bùi Thị Minh Tú, Bùi Văn Hùng, Trương Lê Bích Trâm, “Nghiên cứu công nghệ phun Biogas-HHO đường nạp động tĩnh đánh lửa cưỡng bức”, Hội nghị Cơ học Thủy Khí tồn quốc, Đà Nẵng, 2020, pp 636-647 11 Bùi Văn Hùng, Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Hồ Trần Ngọc Anh, “Cải tạo động xăng truyền thống thành động phun nhiên liệu khí”, Hội nghị khoa học Cơ học Thủy Khí tồn quốc lần thứ 24, Đà Nẵng, 2021, pp 227-238 12 Bùi Văn Hùng, Hồ Trần Ngọc Anh, Phạm Văn Quang, Bùi Thị Minh Tú, Trương Lê Bích Trâm, “Mơ thực nghiệm động xe gắn máy chạy xăng - HHO”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, Vol 18, No 7, 2020, pp 29-35 13 Bùi Văn Hùng, Bùi Văn Ga, Cao Xuân Tuấn, “Nghiên cứu mô thực nghiệm xe gắn máy đa nhiên liệu xăng-ethanolLPG”, Hội nghị Cơ học Thủy Khí tồn quốc, Đà Nẵng, 2020, pp 202-216 14 Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Bùi Văn Hùng, Lê Minh Triết, “Chuyển đổi động tĩnh truyền thống thành động phun xăng đường nạp”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, Vol 17, No.11, 2019 pp 1-5