Đang tải... (xem toàn văn)
Số lượng xe nhỏ sử dụng động cơ đốt trong hydro (HICE) gây khó khăn cho việc giải thích cách sửa chữa chúng. Do đó, phần này không phục vụ như một hướng dẫn sửa chữa, mà là một phác thảo mô tả hoạt động của động cơ hydro và các thành phần chính của nó, lợi ích, nhược điểm của nó và cách các thành phần có thể được sửa đổi hoặc tái thiết kế để giảm nhược điểm. Nói chung, để có được một động cơ đốt trong chạy bằng hydro không khó. Tuy nhiên, để có được một động cơ đốt trong chạy tốt lại là một thách thức khó hơn. Phần này chỉ ra các thành phần và kỹ thuật chính cần thiết để tạo ra sự khác biệt giữa động cơ hydro chỉ chạy và động cơ chạy tốt.
1 Cảm ơn bạn ủng hộ Nếu cần thêm vẽ vui lòng liên hệ email: nguyendinhquan1108@gmail.com để trao đổi thêm DANH SÁCH HÌNH Hình 1 Mô lại xe cung cấp hydro 1965 Hình Tính chất dễ cháy hydro xe Hình Giới hạn cháy hydro số loại nhiên liêu 12 Hình Tốc độ lửa số hỗn hợp khí 14Y Hình Phương pháp sản xuất hydro bền vững từ điện phân nước dựa nguồn lượng tái tạo ứng dụng đa dạng hydro 26 Hình 2 Bình hydro lỏng phun khí hydro 35 Hình Quá trình cháy hydro động đánh lửa Hình 1.Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng EFI 49 Hình So sánh momen xoắn động xăng động Hydrogen-xăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% .50 Hình 3 So sánh momen xoắn động xăng động Hydrogen-xăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% .51 Hình So sánh tiêu thụ nhiên liệu động xăng động Hydrogenxăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 51 Hình So sánh hiệu suất nhiệt động xăng động Hydrogen-xăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% .52 Hình So sánh tốc độ sinh nhiệt động xăng động Hydrogenxăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 52 Hình So sánh áp suất nén điểm chết động xăng động Hydrogen-xăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 53 Hình So sánh nhiệt độ cháy hịa khí động xăng động Hydrogenxăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% 53 Hình So sánh nhiệt độ thời điểm supap thải mở động xăng động Hydrogen-xăng theo tỉ lệ Hydrogen 10%, 15%, 20% .54 Hình 3.10 Hệ thống phân phối nhiên liệu hydrogen phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp .55 DANH SÁCH BẢN Bảng Một số tính chất hydro, metan, xăng 11 LỜI MỞ ĐẦU Nước ta đường phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa Ngành cơng nghiệp tơ định hướng ngành then chốt đường phát triển mạnh mẽ, đặc biệt với việc ứng dụng khoa học kĩ thuật công nghệ cao vào ngành đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô hòa nhập với tốc độ phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Ngày với phát triển nhanh mạnh mẽ khoa học động chạy nhiên liệu thay hydro phát triển sử dụng rộng rãi Qua trình học tập làm đồ án tốt nghiệp, thấy động chạy nhiên liệu thay có nhiều ưu điểm vượt trội so với động chạy xăng dầu diesel tiết kiệm nhiên liệu , công suất nâng cao hơn…chính ưu điểm lựa chọn đề tài “Nghiên cứu nhiên liệu thay Hydro” Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS.B bảo em tận tình, giúp đỡ em vượt qua khó khăn vướng mắc hồn thành đồ án Bên cạnh em xin cảm ơn thầy khoa ô tô tạo điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp Nhưng chưa có nhiều kinh nghiệm trình độ thân hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Rất mong bảo tận tình thầy để đồ án ngày hoàn thiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DÙNG NHIÊN LIỆU HYDRO 1.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ NGUỒN NHIÊN LIỆU LỎNG TRUYỀN THỐNG Số lượng xe nhỏ sử dụng động đốt hydro (HICE) gây khó khăn cho việc giải thích cách sửa chữa chúng Do đó, phần khơng phục vụ hướng dẫn sửa chữa, mà phác thảo mô tả hoạt động động hydro thành phần nó, lợi ích, nhược điểm cách thành phần sửa đổi tái thiết kế để giảm nhược điểm Nói chung, để có động đốt chạy hydro không khó Tuy nhiên, để có động đốt chạy tốt lại thách thức khó Phần thành phần kỹ thuật cần thiết để tạo khác biệt động hydro chạy động chạy tốt Nỗ lực việc phát triển động hydro báo cáo Reverend W Cecil vào năm 1820 Cecil trình bày cơng việc trước Hiệp hội triết học Cambridge báo có tựa đề ứng dụng khí hydro để sản xuất lượng di chuyển máy móc Theo nguyên lý chân khơng, áp suất khí đẩy pít-tơng ngược lại chân khơng để tạo lượng Vac-uum tạo cách đốt cháy hỗn hợp hydro-khơng khí, cho phép mở rộng sau làm mát Mặc dù động chạy ổn định, động chân không trở nên thiết thực Hình 1 Mơ lại xe cung cấp hydro 1965 Sáu mươi năm sau, trình làm việc với động đốt cháy, vào năm 1860 1870, N A Otto (người phát minh Otto chu kỳ) sử dụng loại khí sản xuất tổng hợp cho nhiên liệu, có lẽ có hàm lượng hydro 50% Otto thử nghiệm với xăng, thấy nguy hiểm làm việc, khiến quay trở lại sử dụng nhiên liệu khí Sự phát triển chế hịa khí, khởi xướng thời đại mà xăng sử dụng thực tế cách an toàn, việc quan tâm đến nhiên liệu khác lắng xuống Hydrogen sử dụng rộng rãi không gian gram có tỷ lệ lượng trọng lượng tốt nhiên liệu Hydro lỏng nhiên liệu lựa chọn cho động tên lửa, sử dụng giai đoạn xe phóng nhiều nhiệm vụ khơng gian bao gồm nhiệm vụ Apollo đến mặt trăng, Skylab, nhiệm vụ Viking đến Hỏa tàu Voyager nhiệm vụ đến Thổ Trong năm gần đây, mối quan tâm khơng khí hơn, với quy định nhiễm khơng khí nghiêm ngặt mong muốn giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch khơi dậy mối quan tâm hy-drogen loại nhiên liệu mạnh Hình Tính chất dễ cháy hydro xe Các tính chất hydro trình bày chi tiết Phần Các tính chất góp phần vào việc sử dụng làm nhiên liệu dễ cháy là: • Phạm vi dễ cháy • Năng lượng đánh lửa thấp • Khoảng cách làm nguội nhỏ • Nhiệt độ tự bốc cao • Tốc độ lửa cao tỷ lệ cân hóa học • Độ khuếch tán cao • Mật độ thấp 1.2 ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT CỦA KHÍ HYDRO Hydro nguyên tố phổ biến vũ trụ tồn chủ yếu dạng hợp chất với cấc nguyên tố khác Hydro từ lâu xem loại nhien liệu mong muốn cho động đốt (ĐCĐT) Khác với nhiên liệu nguồn gốc hóa thạch, nguồn nhiên liệu khơng gây nhiễm khí thải, tái tạo sản suất từ nguồn nước vô tận Một số tính chất điển hình hydro so với khí mê tan xăng Bảng 1.1 Hydro sử dụng đơn nhiên liệu ĐCĐT đốt cháy cưỡng làm nhiên liệu bổ sung động xăng động diesel Hydro phản ứng với khơng khí tạo sản phẩm sạch, chủ yếu nước không khí có thành phần nhiễm CO HC nên không gây ô nhiễm môi trường không gây hiệu ứng nhà kính sử dụng loại nhiên liệu hóa thạch Thêm nữa, nhiên liệu cịn có ưu điểm cháy nhanh, trị số ốc tan cao (trên 130), chống kích nổ tốt, nên cho phép độn làm việc tốc độ cao, tỷ số nén lớn, nhờ có thẻ tăng cồng suất hiệu suất động Giới hạn thành phần hỗn hợp để đảm bảo khả cháy tốt rộng (=0,14÷ 10) nên động có thẻ làm việc với hỗn hợp lỗng, góp phần làm tăng tính kinh tế động Mặc dù vậy, nhiên liệu hydro có số nhược điểm so với nhiên liệu xăng diesel nhiệt trị mole thấp nên không thay đổi kết cấu động chuyển từ động chạy xăng diesel sang đọng chạy hoàn toàn hydro cấp vào đường ống nạp cơng suất động bị giảm nhiều Các tính chất vật lý tính chất cháy khí hydro ảnh hưởng trực tiếp đến khả sử dụng khí làm nhiên liệu động đốt trình bày cách chi tiết tài liệu 1.2.1 Tỷ trọng Số liệu bảng cho thấy hydro có tỷ trọng nhỏ khoảng 11% so với mê tan 1,6% so với xăng, tức nhẹ 6,7 lần so với mê tan 63,2 lần so với xăng điều kiện áp suất Trong bảng tn hồn hóa học: + Hydro có khối lượng phân tử 2,016 nguyên tố nhẹ + Tỷ trọng nhỏ 14 lần so với khơng khí điều kiện áp suất tiêu chuẩn + Hydro tồn dạng lỏng nhiệt độ 20,3K Tỷ trọng hydro nhỏ làm giảm mật độ lượng nhiên liệu 1.2.2 Hệ số khuếch tán Hydro có hệ số khuếch tán cao gấp lần mê tan 12 lần xăng lên khả tạo hỗn hợp đồng với khơng khí động tốt nhiều so với mê tan xăng Vì có hệ số khuếch tán cao cộng với tỷ trọng nhỏ nên hydro khí bị rị rỉ mơi trường dễ dàng phát tán bay lên khơng tập trung gần mặt khí mê tan xăng nên nguy xảy cháy nổ hỏa hoạn thấp nhiều so với nhiên liệu (xăng, diesel, gas,) 1.2.3 Nhiệt trị lượng cháy động + Hydro có nhiệt trị khối lượng cao so với tất loại nhiên liệu khác động + Nhiệt trị hydro 119,7 MJ/kg gấp gần ba lần so với xăng + Tuy nhiên, tỷ trọng hydro nhỏ lên mật độ lượng nhỏ so với mê tan xăng thành phần thể tích nhiên liệu hỗn hợp với khơng khí lại lớn so với trường hợp hai nhiên liệu sử dụng nên khơng suất động hydro thấp động chạy khí mê tan xăng động có dung tích xi lanh cấp nhiên liệu vào đường ống nạp Vấn đề cần lưu ý thiết kế động hydro để đảm bảo công suất yêu cầu động + Trong động phun nhiên liệu trực tiếp tốc độ dung tích xi lanh động hydro có cơng suất lớn Một số tính chất hydro, metan, xăng Tính chất Hydro Tỷ trọng điều kiện at 300K (kg/ 0,082 METAN 0,717 Hơi xăng 5,11 m3) Hệ số khuếch tán vào khơng khí (cm2/s) 0,61 Giá trị nhiệt trị thấp (MJ/kg) 119,7 Mật độ lượng (kJ/m ) 0,189 45,8 0,55 44,79 Ở áp suất atm, 15oC 32.560 228.495 - 10.050 10 - Ở áp suất 200 atm, 15oC 1.825.00 6.860.000 - - Ở trạng thái lỏng 20.920.40 31.150.00 8.491.00 0 9,48 1,65 tích) Tỷ lệ khối lượng khơng khí/nhiên liệu 34,5 17,2 14,8 hõn hợp stoichiometric Lượng khơng khí lý thuyết (kg/kg nhiên 34,5 14,5 14,7 liệu Nhiệt cháy hỗn hợp nhiên liệu với 3,37 2,9 2,83 0,6-2,5 4,3-15,0 0,25-1,4 1,4-7,6 Thành phần thể tích hỗn hợp 29,53 stoichiometric với khơng khí (1% thể kg khơng khí stoichiometric (MJ/kg khơng khí Giới hạn cháy (lambda) 0,14-10 Giới hạn cháy (% thể tích nhiên 4-75 liệu) Tốc độ màng lửa (m/s) 3,2-4,4 0,83 Trị số ốc tan >130 110-120 Nhiệt độ tự cháy (K) 858 813 Khoảng cách dập tắt màng lửa (mm) 0,64 2,03 Bảng Một số tính chất hydro, metan, xăng 0,41 90-100 500-700 2,0 1.2.4 Giới hạn cháy + Giới hạn cháy phạm vi đặc trưng cho khả cháy nhiên liệu với khơng khí tỷ lệ nhiên liệu/khơng khí định + Hydro có phạm vi cháy rộng, nằm 4% đến 75% thể tích hydro có hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí (tương đương =1,4÷ 10 ¿, khí thiên nhiên có phạm vi cháy từ 5,3%-15% (=0,6÷ 2,5 ¿ xăng 2% - 6% (=0,25 ÷ 1,4 ¿,tức hydro làm việc với hịa khí nghèo Giới hạn cháy hydro số nhiên liệu khác thể Hình 1.3