Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown (TT)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG CAO VĂN TÀI NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG –KHÍ BROWN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT KHÁNH HÒA – 2015 Công trình hoàn thành Trường Đại học Nha Trang Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Anh Tuấn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận Phản biện 1: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Phản biện 2: PGS.TS Phan Văn Quân Phản biện 3: TS Nguyễn Trường Thành Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp trường họp Trường Đại học Nha Trang vào hồi ……… giờ, ngày …… tháng …… Năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Nha Trang MỞ ĐẦU Hiện nay, đô ̣ng đố t chiế m 80% tổng lượng đươ ̣c sản xuấ t và sử du ̣ng toàn giới nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu Tại Việt Nam , với sự phát triển nền kinh tế , nhu cầ u la ̣i tăng nhanh đó tố c đô ̣ tăng trưởng về số lươ ̣ng phương tiê ̣n giao thông ở mức rấ t cao Với số lươ ̣ng phương tiê ̣n lớn, đó có mô ̣t bô ̣ phâ ̣n lớ n phương tiê ̣n sử du ̣ng công nghê ̣ cũ , lạc hậu, có tính kinh tế nhiên liệu thấp phát thải ô nhiễm môi trường cao , đă ̣c biê ̣t là xe máy ; nữa , tố c đô ̣ phát triể n phương tiê ̣n nhanh nên nhu cầ u nhiên liê ̣u đố i với phương t iê ̣n vâ ̣n tải cũng ngày mô ̣t tăng ; vấ n đề đa da ̣ng hóa nhiên liệu, giảm tiêu hao nhiên liê ̣u và giảm phát thải ô nhiễm cho phương tiê ̣n vâ ̣n tải đó ngày trở nên cấp bách Trong số nhiên liệu thay sinh khố i , nhiên liệu sinh học, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (NG), khí đốt tổng hợp (syngas), khí sinh học (biogas), khí hyđrô , khí Brown (hỗn hơ ̣p giữa khí hyđrô và ôxy theo tỷ lê ̣ 2:1 về thể tić h , hay còn go ̣i là khí HHO ) khí hyđrô khí Brown chiếm ưu về tính sẵn có tái tạo nguồn nguyên liệu sản xuấ t, cũng cháy không phát thải ô nhiễm môi trường , nhâ ̣n đươ ̣c sự quan tâm lớn của các nhà khoa ho ̣c Ý tưởng đề luận án bổ sung khí Brown không khí vào động xe máy Honda wave nhằ m nâng cao tính kinh tế sử dụng nhiên liê ̣u xăng và giảm phát thải ô nhiễm CO HC môi trường Thừa hưởng kết nghiên cứu về bổ sung hỗn hợp hyđrô +ôxy, khí Brown khí HHO giới động điều khiển phun xăng điện tử với hỗn hợp nhiên liệu nghèo, luận án tập trung nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng khí Brown cho động xe máy dùng chế hòa khí – loại động phổ biế n nhấ t hiê ̣n ở Viê ̣t Nam công nghê ̣ khá la ̣c hâ ̣u nên viê ̣c điề u chin̉ h tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u hầ u không thể thực hiê ̣n đươ ̣c theo ý muố n Những nội dung luận án bao gồm: Xây dựng mô hình tính toán sự thay đổi tính kỹ thuật cho động xe máy Honda wave sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng + khí Brown Chế ta ̣o ̣ thố ng cung cấ p khí Brown cho đô ̣ng và nghiên cứu thực nghiê ̣m đánh giá ảnh hưởng đến tính kỹ thuật động Ngoài luâ ̣n án cũng chế tạo hệ thống sản xuất khí Brown nhằm chủ động cung cấp khí cho động suốt trình thực nghiệm Các kết thực nghiệm so sánh với mô hình tính toán, từ đó đánh giá mức độ xác mô hình lý thuyế t , sự đúng đắ n của phương pháp nghiên cứu và đô ̣ tin câ ̣y của kế t quả nghiên cứu Những kết lý thuyết thực nghiệm đạt bước đầu luận án cho thấy viê ̣c bổ sung khí Brown không khí vào động xe Honda wave là khả thi và có nhiều ưu điểm viê ̣c cải thiện tính kinh tế nhiên liệu góp phần giảm phát thải ô nhiễm CO HC động Hê ̣ thố ng cung cấ p khí Brown và không khí cho đô ̣ng xe máy sau đươ ̣c tiế p tu ̣c hoàn thiê ̣n theo hướng tố i ưu kić h thước , kế t cấ u , đánh giá tác đô ̣ng lâu dài đế n đô ̣ng và chú ý đế n các điề u kiê ̣n an toàn của xe thì có thể đưa vào ứng du ̣ng thực tiễn Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Các phương tiện vận tải không ngừng phát triển ở n ước ta sở hạ tầng giao thông không kip̣ đáp ứng đã dẫn đế n tiǹ h tra ̣ng tắ c đường nă ̣ng nề , nhấ t là ở các thành phố lớn Hà Nô ̣i và Thành phố Hồ Chí Minh Hâ ̣u quả ô nhiễm môi trường ngày báo động tác đô ̣ng xấ u của chúng đế n sức khỏe của người và ̣ sinh thái [11] Tỷ lệ phát thải phương tiện vận tải đường , xe máy là đố i tươ ̣ng chiế m tỷ lê ̣ CO VOC gầ n tuyê ̣t đố i (Hình 1.2), số lươ ̣ng Hình Tỷ lệ phát thải phương tiện giới đường Việt Nam [11] xe máy lớn, đó hàm lượng công nghệ đối với loa ̣i phương tiê ̣n này thấ p nên mức phát thải CO và VOC tính đầ u phương tiê ̣n cao Nâng cao tính kinh tế sử dụng nhiên liệu, giảm dần sử dụng nhiên liệu hóa thạch kiể m soát ph át thải ô nhiễm môi trường nhiệm vụ cấp bách nhằm tạo bầu không khí đô thị môi trường ô nhiễm Mô ̣t những giải pháp hướng tới mục đích bổ sung khí Brown (hay gọi khí HHO) vào đường nạp động truyề n thố ng Tuy nhiên, nghiên cứu bổ sung khí Brown giới chủ yếu thực các đô ̣ng phun xăng điê ̣n tử Trong đó , Việt Nam loại đô ̣ng xăng x e máy dùng chế hòa k hí phương tiê ̣n chiếm tỷ lệ lớn chấ t lươ ̣ng kỹ thuâ ̣ t thấ p mức tiêu hao nhiên liê ̣u cũng nồ ng đô ̣ các thành phầ n khí xả đô ̣c ̣i cao Xuất phát từ yêu cầu của thực tiễn nêu và khả tự sản xuấ t khí Brown ph ục vụ nghiên cứu, NCS tiến hành luận án “Nghiên cứu thay đổi tính kỹ thuật động đốt cháy cưỡng sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown” để ứng dụng việc dùng khí Brown vào động xe máy nhằm giải vấn đề giảm ô nhiễm môi trường Việt Nam tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới - Radu Chiriac, Trường ÐH Bách khoa Bucharest (năm 2006) cộng sự tiến hành nghiên cứu ứng dụng khí giàu hyđrô đươ ̣c ta ̣o từ quá triǹ h điê ̣n phân nước (hỗn hơ ̣p khí hyđrô + ôxy) động xylanh với dung tích 1,4 lít [43] - Changwei Ji, Trường ĐH Công nghệ Bắc Kinh (năm 2011) nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp hyđrô-ôxy (mô phỏng hỗn hợp khí HHO) cho động xylanh, đánh lửa đốt cháy cưỡng bức, dung tích 1,6 lít [25,26,28] Ngoài GS Changwei Ji cũng nghiên cứu ảnh hưởng sử dụng hỗn hợp xăng hyđrô đến tính năng, phát thải động ở chế độ khởi động, không tải, hỗn hợp nhạt [27,29] - T.D’Andrea (năm 2003) cộng sự trường đa ̣i ho ̣c Windsor , Canada nghiên cứu hỗn hợp khí nén bao gồm 98% không khí + 2% hyđrô và 97% khí nén + 2% hyđrô + 1% ôxy vào đường nạp cải tiến của mô ̣t động xylanh, kỳ, có dung tích 570 cm3 [44] cũng cho kế t quả khá tương đồ ng với nghiên cứu của Changwei Ji ở 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc Các nghiên cứu đa dạng hóa nguồn lượng nhận đư ợc sự quan tâm nhiều nghiên cứu sử du ̣ng nhiên liê ̣u thay thế và nhiên liê ̣u tái ta ̣o nhiên liê ̣u sinh ho ̣c (bioethanol, biodiesel và dầ u sinh ho ̣c ); nhiên liê ̣u khí LPG , khí CNG cho động xăng dạng thay hoàn toàn hoă ̣c cho đô ̣ng diesel dưới da ̣ng lưỡng nhiên liê ̣u [3],[7],[13] Viê ̣c cung cấ p khí hyđrô hay khí HHO vào đường nạp nhằ m giải quyế t các vấ n đề nêu hiê ̣n chưa được đề cập bấ t kỳ nghiên cứu nào 1.2.3 Mô ̣t số vấ n đề tồn đố i với các nghiên cƣ́u sử dụng khí HHO cho động đốt Hầ u hế t nghiên cứu thế giới liên quan đến việc bổ sung khí hyđrô +ôxy hay khí HHO đề u đươ ̣c thực hiê ̣n các đố i tươ ̣ng đô ̣ng có dung tích khá lớn (nhỏ là 570cm3) hoă ̣c động có nhiề u xylanh, có hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử Đối với loại động xăng cỡ nhỏ , dùng chế hòa khí thì tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u hầ u không thể điề u khiển được theo ý muố n , ̣ số dư lượng không khí () thường nằ m khoảng 0,80  0,95 đạt đến giá trị 1, tức là động làm viê ̣c ở hỗn hợp đậm Điề u dẫn đến tính kinh tế nhiên liệu thấp thiếu ôxy thành phần phát thải HC CO cao Viê ̣c nghiên cứu bổ sung khí HHO cho động đố t nói chung và động xăng cỡ nhỏ nói riêng ở Viê ̣t Nam hiê ̣n chưa có nghiên cứu nào đề cập Trong các nghiên cứu thế giới cũng chưa được thực đ ối tượng động xe máy dùng chế hòa khí mang tính đặc thù Việt Nam Đây chính là đố i tượng mà luận án tập trung tìm hiể u , nghiên cứu bổ sung khí HHO nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và các thành phần phát thải HC CO môi trường 1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án đưa nhâ ̣n đinh ̣ về sự thay đổi tính kỹ thuật động đốt cháy cưỡng sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown (khí HHO) so với đô ̣ng xăng nguyên bản về phương diện lý thuyết thực nghiê ̣m 1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu động xăng của xe máy , loại động sử du ̣ng ̣ thố ng cung cấ p nhiên liê ̣u kiể u chế hòa khí Đây là loại phương tiện có hàm lượng công nghệ thấp nên loa ̣i phương tiê ̣n này không có khả điề u chỉnh tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u mô ̣t cách tố i ưu theo chế đô ̣ vâ ̣n hành, dẫn tới tính kinh tế nhiên liệu thấ p và phát thải CO và HC môi trường lớn 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Lý thuyết: Xây dựng mô hình mô phỏng tính toán sự thay đổi tính kỹ thuật động xe máy Honda wave phầ n mề m mô phỏng AVL-Boost - Thực nghiệm: Xác định sự thay đổi tính kỹ thuật động xe máy Honda wave có bổ sung khí HHO vào động 1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU Nghiên cứu chỉ mới hoàn thiê ̣n đươ ̣c giải pháp cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng , đánh giá đươ ̣c các yế u tố liên quan đế n đă ̣c tính cháy , tính kỹ thuật phát thải động Các nghiên cứu liên quan đế n đô ̣ bề n , tuổ i tho ̣ của đô ̣ng cơ, góc đánh lửa sớm chưa đươ ̣c đề câ ̣p nghiên cứu này 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1 Ý nghĩa khoa học Luâ ̣n án góp phầ n làm sáng tỏ ảnh hưởng của viê ̣c cung cấ p khí HHO đế n tiń h kỹ thuâ ̣t của đô ̣ng xăng cỡ nhỏ Luâ ̣n án đã xây dựng sở lý thuyế t tính toán hiê ̣n đa ̣i dựa phầ n mề m mô phỏng chiều AVL-Boost cho động Honda wave Kế t quả của nghiên cứu mô phỏng này đã đươ ̣c luâ ̣n án kiể m chứng bằ ng thử nghiê ̣m thực tế 1.5.2 Tính thực tiễn đề tài - Luâ ̣n án góp phầ n giải quyế t mô ̣t vấ n đề cầ n thiế t của thực tiễn là sử du ̣ng nhiê n liệu truyền thống mô ̣t cách tiế t kiê ̣m, hiê ̣u quả và giảm mức phát thải ô nhiễm môi trường - Mở triển vọng việc tận dụng nguồn lượng tái tạo nhằm giảm sự phu ̣ thuô ̣c vào nhiên liệu truyền thống Đây cách thức tiếp cận , có hàm lượng khoa học tính thực tiễn lớn 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Nâng cao tiń h kinh tế nhiên liê ̣u và giảm phát thải đô ̣c ̣i cho đô ̣ng đố t nói chung và đô ̣ng đánh lửa cưỡng bứ c lưu hành nói riêng là mô ̣t những nhiê ̣m vu ̣ rấ t quan tro ̣ng và nhâ ̣n đươ ̣c sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu - Đây là mô ̣t hướng tiế p câ ̣n lầ n đầ u tiên đươ ̣c sử du ̣ng ở Viê ̣t Nam Các kết nghiên cứu có tác d ụng định hướng về mặt khoa học cũng về thực tiễn việc triển khai nghiên cứu ứng du ̣ng giải pháp này mô ̣t cách rô ̣ng raĩ thực tế Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO 2.1 NHIÊN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC Với đố i tươ ̣ng và m ục tiêu nghiên cứu thuộc luận án , nhiên liê ̣u xăng là loa ̣i nhiên liê ̣u đóng vai trò chính và khí HHO đươ ̣c dùng làm nhiên li ệu bổ sung Sau tính chấ t của hai loa ̣i nhiên liê ̣u này đươ ̣c giới thiê ̣u 2.1.1 Nhiên liệu xăng 2.1.2 Khí BROWN Khí Brown hay khí HHO hỗn hợp khí hyđrô (H2) khí ôxy (O2) theo tỷ lệ thể tích 2:1, đươ ̣c sản xuấ t từ nước bằ ng ph ương pháp điê ̣n phân Khí Brown Yull Brown nghiên cứu sản xuất sử dụng từ năm 1978 [23], [48], [50] Ngoài tên gọi khí HHO hay khí Brown, tồn tên gọi khác hỗn hợp khí giàu hyđrô (Hydrogen Rich Gas – HRG) hoă ̣c khí hydroxygen Khí HHO xem nhiên liệu, chất đốt cho ngành công nghiệp hàn xì, đốt sinh nhiệt Theo Chris Eckman, trường ĐH Idaho Hoa kỳ , cấ u trúc nguyên tử của nước và khí HHO có dạng khác Hình 2.1a thể cấ u trúc của phân tử nước , đó hai nguyên tử hyđrô tạo thành góc 1070 so với nguyên tử ôxy , điề u này thể hiê ̣n tín h phân cực của nước Hình 2.1b thể hiê ̣n cấ u trúc phân tử của khí HHO , đó hai nguyên tử hyđrô của khí HHO nằm đối diê ̣n và không có tiń h phân cực Khí HHO sản phẩm trình điện phân nước nên khí HHO có thành phầ n hyđrô, ôxy khí tham gia phản ứng cháy nên khí HHO có tiń h chấ t tương tự khí hyđrô , về quá trình cháy khí HHO tương tự khí hyđrô 2.1.2.1 Nhiệt trị Nhiệt trị (QH) lượng nhiệt giải phóng đốt cháy hoàn toàn đơn vị số lượng nhiên liệu Bảng 2.2 Nhiệt trị một số loại nhiên liê ̣u [1] Nhiên liệu QHC [kJ/kg] QHT [kJ/kg] Hyđrô 141,86 120,00 Xăng 47,50 44,50 2.1.2.2 Nhiệt độ tự cháy tốc độ cháy a) Nhiệt độ tự cháy Nhiê ̣t đô ̣ tự cháy của hyđrô và mô ̣t số loa ̣i nhiên liê ̣u thông du ̣ng đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 2.3[4], [22, tr.105] Bảng 2.3 Nhiệt độ tự đánh lửa hyđrô nhiên liệu thông dụng Nhiên liệu Nhiệt độ tự cháy Hyđrô 1085 0F (585 0C) Xăng 450  900 0F (232  482 0C) b) Tốc độ cháy Tốc độ cháy tốc độ mà màng lửa xuyên qua hỗn hợp cháy Tốc độ cháy khác với tốc độ lan tràn màng lửa Ở điều kiện thường tốc độ cháy hyđrô (237cm/s) xăng (41,5 cm/s) 44 2.1.2.3 Điểm chớp cháy giới hạn cháy a) Điểm chớp cháy Điểm chớp cháy nhiệt độ mà nhiên liệu sản sinh đủ để tạo thành hỗn hợ p dễ bắt lửa với không khí Bảng 2.5 Điểm chớp cháy hyđrô số nhiên liệu thông dụng Loại nhiên liệu Điểm cháy Hyđrô < - 423 0F (< - 217 0C; 490K) Xăng khoảng - 45 0F (- 0C; 280K) b) Giới hạn cháy Giới ̣n cháy khí khoảng giới hạn tỷ lê ̣ nhiên liệu /không khí nhỏ lớn mà hỗn hợp cháy Hyđrô cháy ở khoảng rộng không khí từ 4% ÷ 75%, xăng ÷ 7,6% điều kiện thường 2,4, [28, tr.22] 2.1.2.4 Xu hướng thay thế nhiên liệu hóa tha ̣ch Những nghiên cứu về lượng cho thấy nguồn tài nguyên xăng dầu trì mô ̣t số thập kỷ tới tố c đô ̣ khai thác và sử du ̣ng ngày càng tăng Xu thế thay đổ i dầ n nhiên liê ̣u hóa tha ̣ch đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 2.6 đó nhiên liê ̣u hyđrô sẽ chiế m mô ̣t phầ n quan tro ̣ng từ năm 2025 Bảng 2.6 Xu hướng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu tương lai, % [22,tr.248] Nguồn lượng 1998 2025 2050 Nhiên liệu hóa thạch 88 62 29 Năng lượng hạt nhân 10 2 Hyđrô từ lượng mặt trời 31 Điện từ lượng mặt trời 11 16 Nhiệt từ lượng mặt trời 18 22 Năng lượng từ lượng mặt trời 25 35 Hyđrô 11 34 2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp khí HHO bổ sung đề xuất phƣơng án Theo nghiên cứu giới, nhiên liệu khí ở điều kiện thông thường chiếm chỗ nhiều buồng cháy so với nhiên liệu lỏng Điều dẫn tới không gian buồng cháy dành cho không khí Ở điều kiện lý tưởng , hyđrô chiếm khoảng 30% thể tić h buồng cháy so với xăng giá trị  2% [22, tr.146], [37] Đối với động xăng xe máy dùng chế hòa khí , lươ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cầ n đươ ̣c giới ̣n nhằ m đa ̣t đươ ̣c hiê ̣u suấ t nhiê ̣t cao mà công sinh mỗi chu trình công tác giữ nguyên Lưu lươ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng ở các chế đô ̣ vâ ̣n hành và tỷ lê ̣ khố i lươ ̣ng của khí HHO tổ ng khố i lươ ̣ng của hỗn hơ ̣p cung cấ p cho chu triǹ h đươ ̣c lựa cho ̣n dựa kế t quả nghiên cứu lý thuyế t thông qua mô hình mô phỏ ng đươ ̣c trình bày ở chương 2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC Tính kỹ thuật động đốt đánh giá nhóm thông số sau 5,9: tốc độ, tải hiệu suất 2.2.1 Tốc độ động 2.2.2 Tải động 2.2.3 Hiệu suất động 2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG + KHÔNG KHÍ VÀ XĂNG + KHÍ HHO + KHÔNG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ 2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí 2.3.1.1 Hệ số dư lượng không khí Một những thông số đặc trưng hỗn hợp c háy có ảnh hưởng định đến tính kỹ thuật cũng thành phần khí thải hệ số dư lượng không khí 5:  Gkk L  L0 L0  Gnl (2.18) Trong đó: L0 - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn kg nhiên liệu; L - lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu; Gkk - lưu lượng không khí qua chế hòa khí; Gnl - lưu lượng xăng qua chế hòa khí  đại lượng đặc trưng cho thành phần hỗn hợp cháy Hỗn hợp cháy có  < gọi hỗn hợp đậm;  > hỗn hợp nghèo;  = hỗn hợp lý thuyết (hoặc hỗn hợp hoá định lượng)  có ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến trình cháy qua ảnh hưởng đến tính kỹ thuật hàm lượng chất độc hại khí thải động 2.3.1.2 Ảnh hưởng lượng khí HHO bổ sung đến đặc tính chế hòa khí Hình 2.8 giới thiệu đặc tính lý tưởng chế hòa khí (BCHK) ở động xăng, biểu diễn sự ảnh hưởng lưu lượng không khí qua BCHK (Gkk) đến thành phần hỗn hợp xăng - không khí () BCHK động xăng trang bị cho xe giới phải đảm bảo cung cấp hỗn hợp cháy với hệ số dư lượng không khí sau [5, Tr 332]:  = 0,4  0,8 ở chế độ không tải;  = 1,07  1,15 ở chế độ mở bướm ga tương đối lớn  = 0,75  0,9 mở hết bướm ga Yêu cầu thỏa mãn cách trang bị cho BCHK đơn giản phận cấu phụ trợ Hình 2.8 Đặc tính chế hòa khí Các phận cấu phụ trợ kích hoạt tùy thuộc độ chân không họng (ph) BCHK vị trí bướm ga Khí HHO đưa vào xylanh động theo phương án sau đây: (1) Phun vào đường ống nạp phía sau BCHK, trước xupap nạp (2) Phun vào đường ống nạp phía trước BCHK (3) Phun trực tiếp vào không gian công tác xylanh Phương án (3) không hợp lý về nhiều phương diện cần phải trang bị bổ sung máy nén khí HHO đến áp suất định, việc đảm bảo chống lọt khí HHO môi trường xung quanh khó khăn với chi phí cao hơn, v.v Trong trường hợp khí HHO phun vào ở vị trí trước BCHK (phương án 2), Gkk giảm khí HHO "chiếm chỗ" không khí nhiên Gnl lại phụ thuộc vào tổng lượng không khí khí HHO qua họng, điề u này dẫn tới lươ ̣ng G nl lớn so với yêu cầ u , tức là hỗn hơ ̣p sẽ đâ ̣m lên ( giảm) đậm lượng HHO cung cấ p càng lớn Trong phương án 1, khí HHO có áp suấ t lớn áp suấ t môi trường nên làm giảm đô ̣ chân không ở ho ̣ng của BCHK (ph giảm), dẫn tới lươ ̣ng nhiên liê ̣u đươ ̣c phun vào ho ̣ng sẽ giảm xuố ng Nế u coi tổ ng lươ ̣ng môi chấ t cung cấ p cho đô ̣ng là không đổ i ta ̣i mô ̣t chế đô ̣ làm viê ̣c ổ n đinh ̣ nào đó của đô ̣ng thì bổ sung khí HHO sẽ làm G kk giảm xuống Viê ̣c giảm đồ ng thời cả G nl G kk sở để có thể khẳ ng đinh ̣ rằ ng phương án có lợi điểm so với phương án về ̣ số dư lươ ̣ng không khí Tức là hướng tới hỗn hơ ̣p nha ̣t có bổ sung khí HHO Từ phân tích ở phương án cung cấ p khí HHO vào đường ống nạp phía sau BCHK đươ ̣c lựa cho ̣n Trong trườ ng hơ ̣p  giảm bổ sung khí HHO cần thiết phải bố trí vòi phun không khí vào sau BCHK nhằ m cải thiê ̣n  hỗn hợp Nếu bổ sung không khí nhiều  lớn (hòa khí nhạt) nhiệt tỏa ít, cháy rớt kéo dài, hiệu sinh công giảm làm giảm tính hiệu tính kinh tế động Ngược lại,  nhỏ hòa khí đậm, nhiên liệu cháy không hết làm giảm tính kinh tế động tăng thành phần ô nhiễm môi trường Do đó, để nhiên liệu cháy hoàn toàn, hiệu suất đạt cao  =1,05  1,1 5, tr 154 2.3.2 Lý thuyết cháy động xăng Thành phần nhiên liệu Hydrocarbon mang công thức dạng CxHyOz (các số x, y z số lượng nguyên tử Cacbon, Hyđrô ôxy phân tử nhiên liệu) Quá trình cháy phản ứng hóa học diễn nhanh chất phản ứng (nhiên liệu CxH y + không khí (O2 + 3,78N2) + khí sót) biến đổi thành " sản phẩm cháy" Phương trình cháy tổng quát viết dạng phương trình hóa học có tính đến công thức hóa học ban đầu chất cháy Đối với hỗn hợp lý thuyết không khí khô Hydrocacbon CxHy, ta viết sau:    y y   y C x H y   x  O2  3,78 N   xCO2    H O  3,78 x   N  H c 4  2    (2.20) Trong đó:  Hc - nhiệt lượng Q, xác định độ biến đổi enthalpy Độ biến đổi enthalpy tính từ công thức: Ti H c  Q   Cp.dT (2.21) Ti Cách giải đơn giản phương trình (2.20) thực theo phương trình cân nhiệt động học có phản ứng - Phương trình cháy hỗn hợp xăng (octane -C8H18) / không khí C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) yCO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q (2.22) Cân theo C: C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q (2.22a) Cân theo H: C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + a(3,78N2) + Q (2.22b) Cân theo O2: C8H18 +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + a(3,78N2) + Q (2.22c) Cân theo N2: C8H18 +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + 12,5(3,78N2) + Q (2.22d) =>Ta có hệ số tương đương  = 12,5; y = ; z = 9; a = 12,5 Tỷ lệ hỗn hợp A/F Tỷ lệ hỗn hợp A/F tỉ số khối lượng không khí cần thiết dùng để đốt cháy hoàn toàn kg nhiên liệu Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng A/F =khối lượng không khí/khối lượng nhiên liệu A/F octane (C8H18) A/F = [12,5.(16.2 + 3,78.14.2)]/(12.8 + 1.18) =15,11 - Quá trình cháy hỗn hợp xăng+khí HHO/không khí động xăng Quá trình cháy hỗn hợp xăng+khí HHO/ không khí buồng đốt động xăng gần giống trình cháy hỗn hợp xăng/không khí C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) yCO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q (2.23) Cân theo C: C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q (2.23a) Cân theo H: C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + a(3,78N2) + Q (2.23b) Cân theo O2: C8H18 + HHO +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + a(3,78N2) + Q (2.23c) Cân theo N2: C8H18 + HHO + 12,5(O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + 12,5(3,78N2) + Q (2.23d) =>Ta có hệ số tương đương  = 12,5; y = ; z = 10; a = 12,5 Tương tự A/F octane (C8H18) + HHO: A/F = [12,5.(16.2 + 3,78.14.2) +16] / [(12.8 + 1.18) + (1+1)] =14,99 Việc bổ sung khí HHO vào hỗn hợp làm cho khối lượng không khí nạp vào động (A/F =14,99) khối lượng không khí lý thuyết (A/F =15,11) Về mă ̣t thực tiễn đô ̣ng dùng chế hòa khí, lươ ̣ng nhiên liê ̣u cung cấ p cho đô ̣ng trường hơ ̣p có bổ sung khí HHO có thể giảm, nhiên mức giảm là không đáng kể so với mức giảm lươ ̣ng không khí sa ̣ch cung cấ p cho đô ̣ng khí HHO chiế m chỗ nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn Viê ̣c bổ sung không khí cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo cho quá triǹ h cháy diễn mô ̣t cách hoàn toàn, là sở để đảm bảo giảm tiêu hao nhiên liê ̣u và cắ t giảm đô ̣ng thời các thành phầ n phát thải CO và HC từ đô ̣ng 2.3.2.1 Lý thuyết cháy nhiệt Lý thuyết cháy nhiệt lý giải sự hình thành trung tâm cháy nhờ gia tốc dương phản ứng toả nhiệt, tức sự phát triển phản ứng dựa vào nhiệt thân phản ứng tạo để tự sấy nóng làm tăng tốc phản ứng Cháy hỗn hợp cháy chứa không gian công tác xylanh với liệu sau đây: V - thể tích không gian công tác, A - diện tích vách xylanh, T0 - nhiệt độ 19 3.2.7.2 Áp suất xylanh Hình 3.19 thể diễn biến áp suất xylanh động sử dụng xăng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí góc đánh lửa thay đổi 120, 150 180 trước ĐCT; bướm ga mở 30%, 50% 70% Do tốc độ cháy hyđrô lớn, nên giai đoạn cháy trễ thời gian cháy giảm Vì vậy, trình cháy diễn sớm, nên áp suất xylanh tăng lên đạt giá trị Pmax Do tốc độ tăng áp suất xylanh tăng nhanh, động làm việc rung giật, có độ ồn lớn Qua cũng cho thấy áp suất xylanh giảm tăng tốc độ động cơ, thời gian (tính theo s) dành cho toàn trình cháy giảm 2.5 3200 vòng/phút - 30% bướm ga 5600 vòng/phút - 30% bướm ga Áp suất (MPa) Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khì (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 1.5 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) 0.5 Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) -20 -10 10 20 30 40 -20 Góc quay trục khuỷu (độ) -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga 6800 vòng/phút - 50% bướm ga Áp suất (MPa) Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 2 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) -20 -10 10 20 30 40 -20 Góc quay trục khuỷu (độ) -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) 3.5 7600 vòng/phút - 70% bướm ga 5200 vòng/phút - 70% bướm ga Áp suất (MPa) Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 1.5 0.5 0 -20 2.5 40 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.19 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp góc đánh lửa khác 3.2.7.3 Tốc độ tăng áp suất xylanh Hình 3.20 thể sự thay đổi áp suất xylanh động cơ, thấy tốc độ tăng áp suất tăng lên sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí ở góc đánh lửa khác 20 0.05 0.4 Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.3 0.2 Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga 0.1 -0.1 5600 vòng/phút - 30% bướm ga 0.04 0.03 0.02 0.01 Xăng (12) -0.01 Xăng+HHO+K.khí (12) -0.02 Xăng (15) -0.03 Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) -0.04 -0.2 -20 -10 10 20 30 Xăng+HHO+K.khí (18) -0.05 40 -20 -10 0.12 Xăng (12) 0.4 Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.5 3600 vòng/phút - 50% bướm ga Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) 0.3 Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) 0.2 Xăng+HHO+K.khí (18) 0.1 -0.1 -0.2 -20 -10 10 20 30 30 40 30 40 6800 vòng/phút - 50% bướm ga 0.03 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) -0.03 -0.06 -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 0.08 0.1 0.05 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 7600 vòng/phút - 70% bướm ga 0.06 Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 40 -0.09 40 5200 vòng/phút - 70% bướm ga -0.1 30 0.06 0.15 -0.05 20 0.09 Góc quay trục khuỷu (độ) 10 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 0.04 0.02 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.15 -20 -10 10 20 30 -20 40 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.20 Diễn biến tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp góc đánh lửa khác 3.2.7.4 Tốc độ tỏa nhiệt xylanh Hình 3.21 thể diễn biến tốc độ tỏa nhiệt xylanh có khí HHO bổ sung, ở góc đánh lửa 120, 150 180 trước ĐCT; bướm ga mở 30%, 50% 70% 20 Xăng (12) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga Tốc độ toả nhiệt (J/độ) Tốc độ toả nhiệt (J/độ) 16 Xăng (15) Xăng+HHO+k.khí (15) Xăng (18) 12 5600 vòng/phút - 30% bướm ga Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng+HHO+K.khí (18) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 0 -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 21 12 25 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) 20 10 Xăng (15) Tốc độ toả nhiệt (J/độ) Tốc độ toả nhiệt (J/độ) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga Xăng+HHO+K.khí (15) 15 Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 10 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 6800 vòng/phút - 50% bướm ga -10 10 0 -20 -10 10 20 30 -20 40 14 Tốc độ toả nhiệt (J/độ) Tốc độ toả nhiệt (J/độ) 10 10 5200 vòng/phút - 70% bướm ga Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 12 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 20 30 7600 vòng/phút - 70% bướm ga Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 40 -20 Góc quay trục khuỷu (độ) -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.21 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp góc đánh lửa khác 3.2.7.5 Nhiệt độ cháy xylanh Hình 3.22 thể diễn biến nhiệt độ xylanh động cho thấy, bổ sung thêm khí HHO vào đường nạp, nhiên liệu cháy sớm hơn, tốc độ cháy nhanh nên nhiệt độ trình cháy tăng Tuy nhiên, trình cháy rớt giảm, nên nhiệt độ cuối trình cháy thấp so với sử dụng xăng 3000 2500 3200 vòng/phút - 30% bướm ga 5600 vòng/phút - 30% bướm ga 2000 1500 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) 1000 Xăng (15) Nhiệt độ (K) 2000 Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 500 -20 -10 10 20 30 1500 1000 500 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 40 -20 -10 Góc quay trục khuỷu (độ) 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) 2500 3000 3600 vòng/phút - 50% bướm ga 6800 vòng/phút - 50% bướm ga 2500 2000 2000 Nhiệt độ (K) Nhiệt độ (K) Nhiệt độ (K) 2500 Xăng (12) 1500 Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) 1000 Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) 500 1500 1000 500 Xăng+HHO+K.khí (18) Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 Xăng+HHO+K.khí (18) -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 22 2500 2500 7600 vòng/phút - 70% bướm ga 5200 vòng/phút - 70% bướm ga 2000 1500 Xăng (12) Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng (15) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng (18) Xăng+HHO+K.khí (18) 1000 500 -20 -10 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 Nhiệt độ (K) Nhiệt độ (K) 2000 1500 1000 Xăng (12) Xăng (15) Xăng (18) 500 Xăng+HHO+K.khí (12) Xăng+HHO+K.khí (15) Xăng+HHO+K.khí (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.22 Diễn biến nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO+không khí vào đường nạp góc đánh lửa khác 3.2.8 Ảnh hƣởng v iêc̣ cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng xăng đế n công suấ t , tiêu hao nhiên liêụ và phát thải 3.2.8.2 Công suất và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u Nhờ sự có mă ̣t của khí HHO mà công suấ t của đô ̣ng tăng và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u động giảm (Hình 3.23) Tính trung bình theo chế độ tải công suất động đươ ̣c cải thiê ̣n 3,59%; 2,94% 2,30%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,51%, 5,55% 4,70% tương ứng với đô ̣ mở bướm ga lầ n lươ ̣t là 30%, 50% 70% Hình 3.23 Biến thiên công suất và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u động sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO+không khí 3.2.8.3 Các thành phần phát thải khí xả động Hình 3.24 thể sự biến thiên nồng độ CO , HC và NO x phát thải của động ở chế đô ̣ tải và tốc độ quay khác 23 Hình 3.24 Biến thiên nồng độ các thành phầ n phát thải CO , HC và NO x buồng cháy sử dụng xăng hỗn hợp xăng +HHO+không khí Khi bổ sung khí HHO và không khí ,   đươ ̣c cải thiê ̣n so với trường hơ ̣p chỉ cung cấ p khí HHO, nhờ đó phản ứng cháy diễn hoàn toàn và phát thải CO cũng HC giảm ở tấ t cả các chế đô ̣ khảo sát Tính trung bình theo chế độ tải phát thải CO giảm lần lư ợt 14,14%; 12,68% 14,95% tương ứng với các chế đô ̣ vâ ̣n hành ở 30%, 50% 70% đô ̣ mở bướm ga Trong đó phát thải HC giảm tương ứng là 12,58%; 7,72% 7,07% Trong trường hơ ̣p cung cấ p thêm không khí nhằ m đa ̣t đươ ̣c ̣ số dư lươ ̣ng không khí cao thì mức đô ̣ cải thiê ̣n nồ ng đô ̣ các thành phầ n phát thải CO và HC có thể đa ̣t đươ ̣c cao nhờ hỗn hơ ̣p nha ̣t và tác dụng mạnh khí HHO ở hỗn hợp nhạt 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Hiê ̣u suấ t chỉ thị động xe Honda Wave λ = tăng 2,79%, 5,68% 8,16% bổ sung 2, lít/phút khí HHO Nếu ̣ số dư lươ ̣ng không khí càng tăng (hỗn hợp nhạt) λ = 1,4 hiệu suất thị động tăng 7,78%, 13,86% 17,08% bổ sung 2, lít/phút khí HHO - Công suất suất tiêu hao nhiên liệu động theo λ = công suất động tăng 0,96%, 2,11% 2,94%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,74%, 6,94% 9,85% bổ sung 2, lít khí HHO/phút Nếu hỗn hợp nhạt, trường hợp λ = 1,4 công suất động tăng 5,88%, 10,29% 13,24%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,94%, 13,33% 16,89% bổ sung 2, lít khí HHO/phút - Ở chế độ động vận hành toàn tải , bướm ga mở 100% sử dụng nhiên liệu xăng hỗn hợp nhiên liệu xăng+HHO (khí HHO bổ sung 2, lít/phút) cho mức tăng trung bình công suất 1,41%, 3,92% 5,12%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,25%, 4,46% 6,04%, động làm việc cao công suất định mức - Dựa vào kế t quả mô phỏng, tỷ lệ khối lượng khí HHO trung bình cung cấp cho chu trình công tác động đề xuất chiếm khoảng 0,65% tổ ng khố i lươ ̣ng hỗn hơ ̣p không khí nhiên liệu xăng Tính theo tỷ lệ lượng cung cấp cho đô ̣ng cơ, lươ ̣ng HHO chiế m 3% ở chế độ vận hành Đây cũng là tỷ lê ̣ HHO đươ ̣c đề xuấ t để cung cấ p cho đô ̣ng thực tế 24 - Tương tự có kế t quả mô phỏng đô ̣ng xe Honda wave vâ ̣n hành ở các chế đô ̣ đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% 70%, tố c đô ̣ vòng quay thay đổ i từ 3200v/ph đế n 7600v/ph, cung cấ p khí HHO có bổ sung thêm không khí công suấ t , suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u và khí thải đươ ̣c cải thiê ̣n lầ n lươ ̣t sau: Công suấ t tăng: 3,59%; 2,94% 2,30%, Suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u giảm: 7,51%, 5,55% 4,70%, Phát thải CO giảm: 14,14%; 12,68% 14,95%, Phát thải HC giảm: 12,58%; 7,72% 7,07%, Tuy nhiên phát thải NOx tăng lên: 43,77%; 31,61% 47,88% Khi bổ sung khí HHO +không khí vào đường nạp động có thay đổi góc đánh lửa sớm ban đầu f =180, f =150 f =120 Kết mô phỏng về tốc độ cháy , áp suất xylanh, tốc độ tăng áp suất, tốc độ tỏa nhiệt nhiệt độ cháy xylanh cao so với sử dụng nhiên liệu xăng Đặc biệt f =120 ở tố c đô ̣ vòng quay lớn , bổ sung khí HHO cho giá trị tương dương với góc đánh lửa sớm ban đầu động nguyên (f =150) sử dụng nhiên liệu truyền thống Vì vậy, bổ sung HHO+không khí cần phải lưu ý góc đánh lửa sớm cho phù hợp tránh tượng áp suất xylanh tăng nhanh, động làm việc không tốt Chương - THƢ̣C NGHIỆM ỨNG DỤNG KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 4.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM Toàn thực nghiệm cho luận án thực phòng thí nghiệm Động đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.1.1 Sơ đồ bố trí thực nghiệm Sơ đồ bố trí chung hệ thống thực nghiệm gồm có: Băng thử DIDACTA- T101D Italia, thiết bị đo suất tiêu hao nhiên liệu (AVL Fuel Balance), thiết bị phân tích khí thải AVL CEBII (Combustion Emission Bench ), động xe Honda wave hệ thống cung cấ p khí HHO trình bày ở (Hình 4.1) Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thiết bị phòng thực nghiệm 4.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm 4.1.2.1 Động Honda wave (thông số kỹ thuật động được trình bày cụ thể bảng 3.3) 25 Nhằ m thực hiê ̣n các thử nghiê ̣m , đường na ̣p của đô ̣ng đươ ̣c cải tiế n và lắ p đă ̣t thêm vòi phun khí HHO cũng lỗ cấ p không khí Mô ̣t ̣ thố ng điề u ển điện tử cung cấp khí HHO cho đô ̣ng theo các chế đô ̣ vâ ̣n hành đươ ̣c thiế t kế và chế ta ̣o nhằ m đảm bảo viê ̣c cung cấ p đúng thời điể m và chiń h xác lươ ̣ng khí HHO cho đô ̣ng 4.1.2.2 Thiế t bi ̣ thực nghiê ̣m a) Phanh thủy lực b) Hệ thống đo lượng tiêu hao nhiên liệu AVL-733S c) Tủ phân tích khí xả CEBII 4.1.3 Giới thiệu kết sản xuấ t khí HHO Hiện nay, khí HHO cũng thiết bị sản khí HHO chưa xuấ t hiê ̣n ở thị trường Viê ̣t Nam Vì vậy, để thực nghiệm khí HHO động xe máy Honda wave, bước đầu khí HHO đươ ̣c sản xuấ t thông qua mô ̣t thiế t bi ̣do tác giả tự tính toán , thiết kế và chế tạo hệ thống sản xuất khí HHO bằ ng phương pháp điê ̣n phân có khả sản xuấ t khí HHO với lưu lươ ̣ng sản phẩ m là 0,66 lít/phút 4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THỰC NGHIỆM , QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 4.2.1 Xác định vùng thực nghiệm Các kết nghiên cứu từ mô hình mô phỏng ở mục 3.2.4 cho thấ y , nế u bổ sung khí HHO đô ̣ng làm viê ̣ c ở chế đô ̣ toàn tải sẽ dẫn tới công suấ t của đô ̣ng vươ ̣t quá giá tri ̣ công suấ t đinh ̣ mức Để đảm bảo an toàn cho động thiết bị trình thực nghiệm, bên cạnh theo thực tế vâ ̣n hành , động xe máy làm việc ở chế độ tải cực đại đă ̣c điể m của loa ̣i phương tiê ̣n chở người đơn giản này Ngoài theo Luâ ̣t giao thông đường bô ̣ , tố c đô ̣ tố i đa cho phép của xe máy thành phố thường là 40 km/h, mô ̣t số tuyế n đường thì giá trị có thể đa ̣t 50 km/h Trong trường hơ ̣p xe vâ ̣n hành các tuyế n đường cao tố c , liên tỉnh tốc độ tối đa cho phép đạt tới 80 km/h Dựa các dữ liê ̣u này , chế độ thực nghiệm động băng thử giới hạ n ở vị trí bướm ga (tương ứng với chế đô ̣ tải ) lầ n lươ ̣t là 30% tương ứng 36 km/h, 50% tương ứng 60 km/h và 70% tương ứng 84 km/h Ở vị trí bướm ga , tố c đô ̣ quay của đô ̣ng đươ ̣c thay đổ i mô ̣t dải rô ̣ng từ 3200 v/ph đế n 7600 v/ph nhằ m phản ánh tố c đô ̣ di chuyể n thay đổ i của xe đường 4.2.2 Quy trin ̣ ̀ h thực nghiêm Cố định vị trí tay ga ở các vi ̣trí tương ứng với 30%, 50% 70% vị trí tay ga cực đại , thay đổi tốc độ quay động cách thay đổi tải phanh, kiểm tra tiêu kinh tế-kỹ thuật công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải theo dải tốc độ quay động Bảng 4.1 Nhiên liệu sử dụng đơn nhiên liệu xăng RON 92 (đô ̣ng nguyên bản ), hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO có bổ sung không khí, áp suất đường ống khí HHO giảm áp luôn giữ ổn định Bảng 4.1 Chế độ thực nghiê ̣m Tốc độ động (vg/ph) 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 Bướm ga mở 30% Bướm ga mở 50% Bướm ga mở 70% 26 6000 6400 6800 7200 7600 Động có góc đánh lửa sớm ban đầu f = 150 (điều chỉnh DC-CDI) có khả tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ quay động Vì vậy, thực nghiệm không can thiệp vào góc đánh lửa sớm Ngoài trình thực nghiệm , động làm mát quạt công nghiệp, công suất 160W, nhiệt độ phòng thực nghiệm đươ ̣c trì khoảng 250C -290C Quy hoạch xử lý số liệu thực nghiệm Động vận hành ở chế độ hoạt động ổn định theo dải tốc độ bảng 4.1, thực trình đo ghi lại kết trung bình phép đo thời gian phép đo, người thực nghiệm đặt giao diện từ máy tính: Đối với thiết bị đo suất tiêu hao nhiên liệu AVL-733S có sai số thiết bị 0,1%, sau 10 giây thiết bị tự đo lần; băng thử phanh thủy lực (Didacta T101D) có sai số thiết bị băng thử 1%, sau 20 giây thiết bị tự đo lần; tủ phân tích khí xả CEBII có sai số thiết bị 0,3% giá trị cực đại dải đo, sau 10 giây thiết bị tự đo lần Tất thiết bị đo trình bày ở đều thực thời gian bắt đầu đo kết thức đo phút, số lần thực nghiệm đo điểm (tốc độ quay động cơ) lần, kết đánh giá kết trung bình lần thực với độ tin cậy > 95% [10] Nếu có điểm kỳ dị tiến hành thực nghiệm lại lần đo sau 4.2.3 Chọn lƣu lƣợng khí HHO không khí cung cấ p cho chế độ làm việc động 4.2.3.1 Lưu lượng khí HHO cung cấ p cho các chế độ làm viê ̣c của động Bảng 4.2 Lưu lượng khí HHO cung cấp theo vi ̣ trí bướm ga và tốc độ động (lít/phút) Tốc độ động Bướm ga mở 30%, áp suất Bướm ga mở 50%, áp suất Bướm ga mở 70%, áp suất (vg/ph) phun khí HHO 0,3 bar phun khí HHO 0,5 bar phun khí HHO 0,5 bar 3200 1,667 3600 1,876 2,279 4000 2,084 2,532 4400 2,292 2,785 4800 2,501 3,038 5200 2,709 3,292 3,292 5600 2,918 3,545 3,545 6000 3,798 3,798 6400 4,051 4,051 6800 4,304 4,304 7200 4,558 7600 4,811 4.2.3.2 Không khí cung cấ p cho các chế độ làm viê ̣c của động Theo phân tích tính toán ở mục 2.3 mục 3.2.5 không khí bổ sung vào động nhờ sự chênh lệch áp suất áp suấ t khí quyể n và áp suấ t đường ố ng na ̣p ta ̣i vi ̣trí lắ p van bổ sung không khí Lưu lươ ̣ng không khí bổ sung đươ ̣c kiể m soát bởi tiế t diê ̣n của van điều chỉnh lưu lượng và đô ̣ chênh áp Trong pha ̣m vi nghiên cứu này , tiế t diê ̣n của van đươ ̣c giữ cố đinh ̣ nên lưu lươ ̣ng của không khí bổ sung hoàn toàn phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ chênh áp và đươ ̣c đánh giá bằ ng thiết bị đo vận tốc gió (Extech HP 350) Hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí tiń h toá n đươ ̣c hiể n thi ̣bởi ̣ thố ng thiế t bi ̣phân tích khí xả AVL CEBII 27 4.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.3.1 Đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật 4.3.1.1 Đặc tính công suất suất tiêu hao nhiên liệu động Kết thực nghiệm công suất suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng xăng, xăng+HHO xăng+HHO+k.khí ở vị trí bướm ga mở 30%, 50% 70% với áp suất phun 0,3bar; 0,5 bar 0,5 bar, Bảng 4.3 cho thấy công suất tăng , suất tiêu hao nhiên liệu giảm bổ sung khí HHO vào đường nạp Bảng 4.3 Mức độ cải thiện công suất suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí Độ tăng Ne (kW) 4,45% 3,68% 3,56% 3,04% 2,89% 2,10% Độ giảm ge (g/kW.h) 6,32% 7,14% 4,26% 5,36% 2,43% 4,60% 4.3.1.2 Đặc tính mômen động Kết thực nghiệm mômen động sử dụng xăng, xăng+HHO xăng+HHO+k.khí ở vị trí bướm ga mở 30%, 50% 70% với áp suất phun 0,3 bar; 0,5 bar 0,5 bar Bảng 4.4 cho thấy mômen tăng lên tương tự kết công suất Bảng 4.4 Mức độ cải thiện mômen động sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí Độ tăng Me (N.m) 4,03% 3,48% 3,30% 2,91% 2,72% 2,07% 4.3.2 Đánh giá tiêu môi trƣờng 4.3.2.1 Phát thải NOx NOx đươ ̣c hình thành chủ yếu quá trình ôxy hóa N không khí nạp ở nhiê ̣t đô ̣ 1100 C Trong họ NOx NO chiếm tỉ lệ tới 90% Nồng độ NO phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ nồng độ ôxy Vì vậy, điều kiện nhiệt độ cao nồng độ O2 lớn nồng độ NO sản phẩm cháy cũng lớn Bảng 4.5 cho thấy NOx tăng mạnh bổ sung khí HHO Bảng 4.5 Nồng độ phát thải NOx tăng trung bình sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí Nồng độ NOx tăng (ppm) 33,1% 40,6% 26,9% 29,45% 15,5% 44,77% 4.3.2.2 Phát thải HC HC giảm bổ sung khí HHO vào đường nạp Do nhiệt độ cháy tăng , với giới ̣n cháy khí HHO rộng nên vùng sát vách và những vùng khe kẽ cháy , làm giảm nồng độ HC Bảng 4.6 Tuy nhiên , trường h ợp sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+k.khí, ̣ số dư lươ ̣ng không khí tăng , trình cháy diễn tốt so với trường hơ ̣p sử dụng hỗn hợp xăng+HHO nên mức giảm HC nhiều Bảng 4.6 Nồng độ phát thải HC giảm trung bình sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga Nồng độ HC giảm (ppm) HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí 7,93% 11,68% 5,57% 7,19% 4,98% 6,65% 28 4.3.2.3 Phát thải CO CO tăng lên bổ sung khí HHO Vì bổ sung khí HHO vào đường nạp, lượng không khí vào giảm xuống, hỗn hợp đậm Vì vậy, sau cháy HC ở vùng sát vách, lượng ôxy giảm, nên khả phản ứng tiếp với ôxy thành CO2 đi, nên CO tăng lên Tuy nhiên trường hợp sử dụng xăng+HHO+k.khí, trình đố t cháy nhiên liê ̣u xylanh đươ ̣c diễn ở điều kiện đầ y đủ không khí , với nhiệt độ cháy cao hỗn hợp xăng+HHO+k.khí CO phản ứng tiếp với ôxy tạo thành CO2 Đây là sở để phát thải CO giảm thể Bảng 4.7 Bảng 4.7 Nồng độ phát thải CO trung bình sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí HHO HHO+k.khí Nồng độ CO (ppm) +1,67% - 13,21% +1,93% - 11,88% +5,44% -14,24% (+) tăng; (-) giảm 4.3.2.4 Phát thải CO2 Bảng 4.8 cho thấy CO2 giảm xuống sử dụng xăng+HHO CO2 tăng lên sử dụng xăng+HHO+k.khí Như trình bày ở , hỗn hợp đậm lên bổ sung khí HHO , khả ôxy hóa CO thành CO giảm kết phát t hải CO giảm Tuy nhiên , bổ sung thêm không khi,́ mức đô ̣ phản ứng ôxy hóa CO thành CO tăng, phát thải CO2 đó cũng lớn Bảng 4.8 Nồng độ phát thải CO2 trung bình sử dụng hỗn hợp xăng+HHO xăng+HHO+k.khí so với sử dụng xăng (%) Độ mở bướm ga 30% HHO HHO+k.khí 50% HHO HHO+k.khí 70% HHO HHO+k.khí Nồng độ CO2 (ppm) -0,59% +6,53% -0,48% +5,80% -2,26% +3,04% (+)tăng; (-)giảm 4.3.3 Quan ̣ của các thông số kinh tế , kỹ thuật môi trƣờng động với lƣợng HHO cung cấ p 4.3.3.1 Ảnh hưởng lượng cung cấp khí HHO cho động đến tiêu kinh tế -kỹ thuật Diễn biến công suấ t và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u của đô ̣ng (Hình 4.19) theo lươ ̣ng khí HHO cung cấp ở vị trí bướm ga mở 30%, 50% 70% đều cho th công suất có khuynh hướng tăng đều theo lươ ̣ng khí HHO cung cấ p đố i với các trường hơ ̣p sử dụng xăng+HHO hay xăng+HHO+k.khí Hình 4.19 Biến thiên công suất suất tiêu hao nhiên liệu theo lượng cung cấp HHO 29 4.3.3.2 Ảnh hưởng lượng cung cấp khí HHO cho động đến tiêu môi trường a) Phát thải CO CO2 Hình 4.20 thể hiê ̣n diễn biế n các thành phầ n phát thải CO và CO theo lươ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng ta ̣i các chế đô ̣ đô ̣ mở bướm ga khác Đồ thị khẳng định nồng độ phát thải CO tăng và CO2 giảm đố i với trường hơ ̣p xăng+HHO viê ̣c bổ sung khí HHO làm giảm hệ số dư lượng không khí , tức là giảm ôxy và dẫn tới các phản ứng chuyể n đổ i CO thành CO không diễn r a mô ̣t cách hoàn toàn Tuy nhiên, ở trường hợp xăng +4HHO+k.khí thì nồng độ CO giảm và nồ ng đô ̣ CO2 tăng Hình 4.20 Biến thiên nồng độ phát thải CO CO2 theo lượng HHO cung cấp b) Phát thải HC NOx Các thành phần phát thả i HC và NO x theo lươ ̣ng khí HHO cung cấ p đươ ̣c thể hiê ̣n Hình 4.21 Trong đó , thấy có bổ sung không khí nồng độ phát thải HC cải thiê ̣n phát thải NO x tăng so với không có bổ sung không khí Quá trình cháy cải thiện bổ sung thêm không khí làm cho phát thải HC giảm , nhiên phát thải NO x tăng lên nhiệt độ cháy tăng Hình 4.21 Biến thiên nồng độ phát thải HC NOx theo lượng HHO cung cấp 30 4.4 SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 4.4.1 Đặc tính công suất suất tiêu hao nhiên liệu Kết tính toán mô phỏng (MP) thực nghiệm (TN) về công suất, mômen suất tiêu hao nhiên liệu động Honda wave sử dụng nhiên liệu xăng RON92 hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 + khí HHO+k.khí, góc đánh lửa sớm ban đầu f = 150gqtk Giá trị trung bình sai lê ̣ch toàn dải tốc độ làm việc ở vị trí bướm ga đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 4.10 Trong đó, kết mô phỏng thực nghiệm sai lệch không đáng kể Bảng 4.10 So sánh độ tăng công suất độ giảm suất tiêu hao nhiên liệu bổ sung khí HHO không khí (so với động nguyên bản) mô thực nghiệm Độ tăng công suất Độ giảm suất tiêu hao nhiên liệu (%) (%) Vị trí mở bướm ga Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (MP) (TN) (%) (MP) (TN) (%) 30% 3,59 3,68 2.37 7,51 7,14 4,8 50% 2,94 3,04 3,30 5,55 5,36 3,60 70% 2,30 2,10 9,45 4,70 4,60 2,10 Trung bình 5,04 Trung bình 3,50 4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC NOx mô thực nghiệm Các thành phần phát thải CO, HC và NO x có sự sai khác về giá trị tuyệt đối gi ữa mô phỏng thực nghiệm , về mă ̣t diễn biế n thì các thành phầ n phát thải này là khá tươ ng đồ ng giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m Sự sai lê ̣ch này ngoài các lý đươ ̣c đưa ở phầ n thông số tiń h kinh tế – kỹ thuật việc lựa chọn thông số mô hình tính toán Sự sai khác về giá trị tuyệt đối có thể chấ p nhâ ̣n đươ ̣c Bảng 4.11 So sánh độ sai lê ̣ch các thành phầ n phát thải NOx , CO và HC bổ sung không khí không khí (so với động nguyên bản) giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m Vị trí Độ tăng NOx (%) Độ giảm CO (%) Độ giảm HC (%) mở Sai lệch Sai lệch Sai lệch bướm MP TN MP TN MP TN (%) (%) (%) ga 30% 43,77 40,60 7,81 14,14 13,21 7,05 12,58 11,68 7,64 50% 31,61 29,45 7,32 12,68 11,88 6,69 7,72 7,19 7,38 70% 47,88 44,77 6,97 14,95 14,24 4,99 7,07 6,65 6,29 Trung bình 7,37 Trung bình 6,24 Trung bình 7,11 Như vâ ̣y, sai lê ̣ch trung biǹ h giữa kế t quả nghiên cứu thực nghiê ̣m và mô phỏng đố i với thông số tính cũng phát thải động phù hợp phản ánh thực trạng mô hình tính toán cũng mô hình thực tế 4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO Theo kế t quả tiń h toán giá thành nhiên liệu tiêu hao đơn vị công suất trung biǹ h ở giá trị tốc độ, vị trí mở bướm ga sử dụng hỗn hợp xăng +HHO tăng thêm 2.400 đồ ng/kW.h so với trường hơ ̣p sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng truyề n thố ng , sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+không khí giá thành nhiên liệu tăng 2.300 đồ ng/kW.h so với trường hơ ̣p sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng truyề n thố ng Nế u đánh giá lơ ̣i ích của viê ̣c giảm các thành phầ n phát thải CO và HC của đô ̣ng bổ sung khí HHO và không khí mang la ̣i thì mức tăng về giá thành ở là có thể chấ p nhâ ̣n đươ ̣c 31 Ngoài , trường hơ ̣p tâ ̣n du ̣ng đươ ̣c n guồ n lươ ̣ng dư thừa máy phát điện đô ̣ng để sản xuấ t liên tu ̣c khí HHO thì mức tăng về giá thành ở có thể bù đắ p mô ̣t cách thỏa đáng Đây là mô ̣t những hướng nghiên cứu tiế p theo của luâ ̣n án 4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng+HHO, động vâ ̣n hành ở các vị trí đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% 70%, tố c đô ̣ vòng quay thay đổ i từ 3200v/ph đế n 7600v/ph công suấ t , suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u và khí thải đươ ̣c cải thiê ̣n lầ n lượt sau: Công suất tăng: 4,45%; 3,56% 2,89% Mômen tăng: 4,03%; 3,30% 2,72% Suất tiêu hao nhiên liệu giảm: 6,32%; 4,26% 2,43% Phát thải HC giảm: 7,93%; 5,57% 4,98% Phát thải CO2 giảm: 0,59%; 0,48% 2,26% Phát thải CO tăng: 1,67%; 1,93% 5,44% Phát thải NOx tăng: 33,10%; 26,90% 15,50% - Sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng+HHO+không khí, động vâ ̣n hành ở các vị trí đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% 70%, tố c đô ̣ vòng quay thay đổ i từ 3200v/ph đế n 7600v/ph, đã giúp ̣ số dư lươ ̣ng không khí tăng 2,30%; 3,56% 2,03%, qua đó cải thiê ̣n các tiń h kinh tế - kỹ thuật như: Công suất tăng: 3,68%; 3,04% 2,10% Mômen tăng: 3,48%; 2,91% 2,07% Suất tiêu hao nhiên liệu giảm: 7,14%; 5,36% 4,60% Phát thải HC giảm: 11,68%; 7,19% 6,65% Phát thải CO giảm: 13,21%; 11,88% 14,24% Phát thải CO2 tăng: 6,53%; 5,80% 3,04% Phát thải NOx tăng: 40,60%; 29,45% 44,77% Tóm lại, đố i với đố i tươ ̣ng đô ̣ng xe máy sử du ̣ng chế hòa khí , mục tiêu giảm suất tiêu hao nhiên liệu giảm các thành phầ n phát thải CO , HC môi trường đa ̣t đươ ̣c mô ̣t cách hiê ̣u quả nhấ t thông qua giải pháp cung cấ p khí HHO có bổ sung không khí (HHO+k.khí) cho đô ̣ng - Kết so sánh mô phỏng thực nghiệm sai lệch không đáng kể Mức sai lê ̣ch cực đa ̣i giữa mô phỏng và thực nghiê ̣m đố i với các thông số tính là 5,04%, giá trị 7,37% đố i với các thành phầ n phát thải Điều cho thấy sử dụng phần mềm AVL-Boost làm sở tính toán đặc tính kỹ thuật của động Honda wave sử dụng hỗn hợp xăng+khí HHO+k.khí hoàn toàn hợp lý Bên ca ̣nh đó , khẳng định tính xác thực mô hình tính và đô ̣ tin câ ̣y của kế t quả nghiên cứu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Luâ ̣n án đã xây dựng thành công mô ̣t mô hình tính toán sự thay đổi tính kỹ thuật cho động xe máy dùng chế hòa khí có bổ sung khí HHO và không khí sở các lý thuyế t về hỗn hơ ̣p nhiên liê ụ , hình thành hỗn hợp , cháy hình thành thành phần phát thải động đố t cháy cưỡng bức Mô ̣t mô hình mô phỏng nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c và chu trình công tác của đô ̣ng đã đươ ̣c thiế t lâ ̣p phần mềm chuyên dụng AVL -Boost nhằ m đánh giá ảnh hưởng của viê ̣c cung cấ p khí HHO và không khí đế n các thông số tố c đô ̣ tỏa nhiê ̣t , đă ̣c tiń h áp suấ t , nhiê ̣t đô ̣ xylanh, hiê ̣u suấ t nhiê ̣t, công suấ t, suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u và phát thải 32 Tỷ lệ kh ối lượng khí HHO trung bình cung cấp cho chu trình công tác động thử nghiệm đươ ̣c đề xuấ t chiế m 0,65% tổ ng khố i lươ ̣ng hỗn hơ ̣p không khí và nhiên liê ̣u xăng , hoă ̣c chiế m khoảng 3% tổ ng lươ ̣ng cung cấ p cho chu trình Tỷ lệ đảm bảo cải thiện tính kỹ thuật động tốt Đặc tính kỹ thuật động thử nghiệm cung cấp khí HHO cải thiện ở tất chế độ thử nghiệm so với sử dụng nhiên liệu xăn g truyề n thố ng Nếu cung cấ p khí HHO và bổ sung thêm không khí đố i với đô ̣ng xe máy Honda wave thành phần phát thải CO HC đồng thời cải thiện rõ rệt nhờ hỗn hợp nhạt Sự thay đổi rõ nét thể ở chế độ tải thấp (30% đô ̣ mở bướm ga tương ứng 36 km/h) với mức cải thiện lầ n lươ ̣t công suất tăng 3,68%, mômen tăng 3,48% suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,14% Thành phầ n phát thải HC, CO giảm trung bình 11,68%, 13,21% (ở chế độ 30% độ mở bướm ga) phát thải CO giảm trung bình 14,24% ( ở chế độ 70% độ mở bướm ga tương ứng 84 km/h) Tuy nhiên, thành phần phát thải NOx tăng trung bình 40,60% ở chế độ 30% độ mở bướm ga tăng tới 44,77% ở chế độ 70% độ mở bướm ga nhiê ̣t đô ̣ cháy tăng Các kết nghiên cứu thực nghiê ̣m và lý thuyế t về tính kỹ thuâ ̣t của đô ̣ng có sai lệch không đáng kể cho thấ y sự phù hơ ̣p của mô hiǹ h nghiên cứu và đô ̣ tin câ ̣y của các dữ liê ̣u luâ ̣n án Luận án góp phần mở mô ̣t triể n vo ̣ng mới viê ̣c sử du ̣ng nhiên liê ̣u hóa tha ̣ch mô ̣t cách hiê ̣u quả và giảm ô nhiễm môi trường thông qua việc bổ sung khí HHO vào đường nạp động vận hành động ở chế độ hỗn hợp nhạt Đây là mô ̣t giải pháp có tiń h thực tiễn có thể ứng du ̣ng nhiề u loa ̣i đô ̣ng xe máy dùng chế hòa khí khác Luận án chế tạo thành công ̣ thố ng sản xuấ t khí HHO bằ ng phương pháp điê ̣n phân nước nhằ m chủ đô ̣ng nguồ n khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng Hê ̣ thố ng này có khả sản xuất khí HHO với lưu lượng 0,66 lít/phút Ngoài ra, luận án cũng chế tạo mô ̣t số ma ̣ch điề u khiể n điê ̣n tử kế t nố i với máy tiń h nhằ m đảm bảo tiń h an toàn và chố ng cháy ngươ ̣c cung cấ p khí HHO từ bình chứa vào đường nạp động xe máy sử dụng chế hòa khí 5.2 KIẾN NGHỊ Trong thời gian tới, nghiên cứu cung cấp khí HHO cho động tiếp tục theo hướng sau: - Nghiên cứu chế tạo điều khiển thời điểm đánh lửa tối ưu ứng với lưu lượng khí HHO bổ sung, vị trí bướm ga và tốc độ động để đảm bảo khả tận dụng đươ ̣c tố i đa lượng sinh trình cháy cho trình sinh công - Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp khí HHO cho loại động khác động xe máy, động ô tô phun xăng điện tử - Nghiên cứu thiết kế và chế ta ̣o ̣ thố ng sản xuất khí HHO nhỏ gọn có công suất cao , an toàn lắp lên động phương tiện giao thông vận tải cung cấp liên tục khí HHO cho đô ̣ng - Nghiên cứu giải pháp giảm phát thải NOx cho đô ̣ng sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+ khí HHO - Nghiên cứu và đánh giá đầy đủ về tác đô ̣ng của viê ̣c sử du ̣ng khí HHO đế n dầ u bôi trơn , đô ̣ bề n cũng tuổ i tho ̣ của đô ̣ng và nghiên cứu sử dụng khí HHO cho loại động khác đô ̣ng diesel 33 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Cao Văn Tài, Lê Anh Tuấn, Triệu Tiến Chuẩn, Nguyễn Đức Khánh, “Nghiên cứu mô AVL Boost tính của động xe má y bổ sung khí HHO vào đường nạp” Tạp chí giao thông vận tải số 8/2012 Cao Văn Tài, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Văn Nhận, “ Nghiên cứu chế tạo thiết bị sản xuất khí HHO từ nước và thực nghiê ̣m cung cấ p khí HHO cho động Honda 97cc” Tạp chí Khoa học-công nghệ thủy sản số 3/2012 PGS TS Lê Anh Tuấn, TS Phạm Hữu Tuyến, ThS Cao Văn Tài, ThS Nguyễn Duy Vinh, KS Nguyễn Duy Tiến, “Nghiên cứu nâng cao tính kinh tế nhiên liệu giảm phát thải độc hại cho động xăng cách cung cấp hỗn hợp khí giàu hyđrô cho động cơ”, thuộc chương trình: Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ lượng, Mã sốKC.05/11-5 Le Anh Tuan, Nguyen Duc Khanh, Cao Van Tai, “Simulation Study on Potential Addition of HHO Gas In a Motorcycle Engine Using AVL-Boost”, kỷ yếu Hội nghị khu vực lần về lượng lượng tái tạo HCM - 10/2011 Tuan Le Anh, Khanh Nguyen Duc, Huong Tran Thi Thu and Tai Cao Van “ Improving Performance and Reducing Pollution Emissions of a Carburetor Gasoline Engine by Adding HHO Gas into the Intake Manifold” SAE Internationl, 3013-01-0104, TSAE-13AP-0104 [...]... sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ xe máy Honda Wave sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown (khí HHO) 3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 3.1.1 Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyền thố ng 3.1.1.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất Trong trường hợp cụ thể thì việc tính toán quá trình cháy trong động cơ đốt trong được dựa trên phương trình nhiệt động học thứ nhất [15]: d mc u... vào của mô hình mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của viê ̣c cung cấ p khi HHO đế n tiń h năng kinh tế , kỹ thuật và phát thải của động cơ vừa là cơ sở để tiń h toán khả năng cung cấ p khi HHO trên thực tế cho đô ̣ng cơ 3.2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp xăng+ khí HHO có bổ sung không khí 18 3.2.7.1 Tốc độ cháy của xăng và hỗn hợp xăng+ HHO Khi bổ sung khí. .. nhiên liệu của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng+ HHO và xăng+ HHO+k .khí so với khi sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k .khí HHO HHO+k .khí HHO HHO+k .khí Độ tăng Ne (kW) 4,45% 3,68% 3,56% 3,04% 2,89% 2,10% Độ giảm ge (g/kW.h) 6,32% 7,14% 4,26% 5,36% 2,43% 4,60% 4.3.1.2 Đặc tính mômen động cơ Kết quả thực nghiệm mômen của động cơ khi sử dụng xăng, xăng+ HHO và xăng+ HHO+k .khí ở vị trí... (gct), nhiệt trị của nhiên liệu (QH) và hiệu suất chỉ thị (i) Việc bổ sung khí HHO vào thành phần hỗn hợp cháy sẽ làm thay đổi cả 3 thông số kể trên (gct, QH và i), qua đó sẽ ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ xăng chạy bằng hỗn hợp xăng - khí HHO Việc bổ sung khí HHO vào hỗn hợp cháy làm cho khối lượng không khí nạp vào động cơ (A/F =14,99) sẽ ít hơn khối lượng không khí lý thuyết (A/F... đại , thay đổi tốc độ quay động cơ bằng cách thay đổi tải của phanh, kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật như công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải theo dải tốc độ quay của động cơ Bảng 4.1 Nhiên liệu sử dụng lần lượt là đơn nhiên liệu xăng RON 92 (đô ̣ng cơ nguyên bản ), hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO và hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO có bổ sung không khí, ... TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG + KHÍ HHO Tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong trước đây dựa vào các phương trình toán 5, 9 để thực hiện, tuy nhiên kết quả đạt được có nhiều hạn chế Ngày nay có nhiều phương pháp tính toán nhờ sự trợ giúp của máy tính, để quá trình tính sát với thực tế hơn Theo thống kê từ cơ sở dữ liệu các... trước so với khi sử dụng xăng khoảng 70 khi bướm ga mở 30% và khoảng 50 khi bướm ga mở 50% 1 1 3200 vòng/phút - 30% bướm ga 5600 vòng/phút - 30% bướm ga 0.8 Xăng (12) Tỷ lệ cháy (-) Tỷ lệ cháy (-) 0.8 0.6 Xăng (12) Xăng+ HHO+K .khí (12) 0.4 Xăng (15) Xăng+ HHO+K .khí (12) 0.6 Xăng (15) Xăng+ HHO+K .khí (15) 0.4 Xăng (18) Xăng+ HHO+K .khí (18) Xăng+ HHO+K .khí (15) 0.2 0.2 Xăng (18) Xăng+ HHO+K .khí (18) 0 0 -20... Xăng+ HHO+K .khí (12) 0.6 Tỷ lệ cháy (-) Tỷ lệ cháy (-) 0 Xăng (15) Xăng+ HHO+K .khí (15) Xăng (18) 0.4 Xăng+ HHO+K .khí (18) 0.2 Xăng (12) Xăng+ HHO+K .khí (12) 0.6 Xăng (15) Xăng+ HHO+K .khí (15) 0.4 Xăng (18) Xăng+ HHO+K .khí (18) 0.2 0 0 -20 -10 0 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) 30 40 -20 -10 0 10 20 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.18 Diễn biến tỷ lệ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào... bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+ HHO và xăng+ HHO+k .khí so với khi sử dụng xăng (%) 30% 50% 70% Độ mở bướm ga HHO HHO+k .khí HHO HHO+k .khí HHO HHO+k .khí Nồng độ CO (ppm) +1,67% - 13,21% +1,93% - 11,88% +5,44% -14,24% (+) tăng; (-) giảm 4.3.2.4 Phát thải CO2 Bảng 4.8 cho thấy CO2 giảm xuống khi sử dụng xăng+ HHO và CO2 tăng lên khi sử dụng xăng+ HHO+k .khí Như đã trình bày ở trên , do hỗn hợp đậm lên khi. .. thông số tính năng là 5,04%, trong khi giá trị này là 7,37% đố i với các thành phầ n phát thải Điều này cho thấy khi sử dụng phần mềm AVL-Boost làm cơ sở tính toán các đặc tính kỹ thuật của động cơ Honda wave khi sử dụng hỗn hợp xăng+ khí HHO+k .khí là hoàn toàn hợp lý Bên ca ̣nh đó , còn khẳng định tính xác thực của mô hình tính và đô ̣ tin câ ̣y của kế t quả nghiên cứu KẾT ... hoàn toàn Chương -TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG + KHÍ HHO Tính toán sự thay đổi tính kỹ thuật động đốt trước dựa vào phương trình... dựng tính toán sự thay đổi tính kỹ thuật động xe máy Honda Wave sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown (khí HHO) 3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 3.1.1 Động sử dụng nhiên liệu xăng. .. liệu hóa thạch 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới - Radu Chiriac, Trường ÐH