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

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ]]]]]]]]]]]ƣ 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT KHÁNH HÒA – 2015 ii 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 Chuyên ngành : Kỹ thuật khí động lực Mã số : 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ ANH TUẤN PGS TS NGUYỄN VĂN NHẬN KHÁNH HÒA – 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Nha Trang, ngày 10 tháng 12 năm 2015 Tác giả luận án Cao Văn Tài ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Khoa sau đại học, Khoa K thu t Giao thông, Trường ại học Trang, đ tạo u kiện thu n lợi cho học t p, nghiên cứu hoàn thành lu n án Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, Trường ại học Bách Khoa Hà Trường ại học v ội PGS.TS Nguyễn Văn Nhận Trang đ hướng dẫn t n tình chu đáo mặt chuyên môn để thực hoàn thành lu n án Tôi c ng xin cám ơn S TS T n thông th y cô khoa đ i Th i, Trư ng khoa K thu t giao giúp đỡ dành cho u kiện thu n lợi để thực lu n án Duy Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Phạm Hữu Tuyến, NCS guy n inh, ThS guy n ức Khánh đ guy n Thế Trực, KS guy n Duy Tiến ThS giúp đỡ trình nghiên cứu triển khai thử nghiệm phòng th nghiệm động đ t Lực Trường ại học Bách Khoa Hà iện Cơ Kh ộng ội Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng ngh Nha Trang bạn bè đồng nghiệp đ h u thuẫn động viên su t trình nghiên cứu học t p Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến th y phản biện, th y hội đồng chấm lu n án đ đồng ý đọc duyệt góp ý kiến quý báu để hoàn thành lu n án định hướng nghiên cứu tương lai Cu i cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người đ động viên khuyến kh ch su t thời gian tham gia nghiên cứu thực công trình Nghiên cứu sinh C o Văn Tài iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ ký hiệu viết tắt vii Danh mục bảng ix Danh mục ảnh, hình vẽ đồ thị xi Mở đầu Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 17 1.2.3 Một số vấn đề tồn t i nghiên cứu sử dụng kh HHO cho 17 động đốt 1.3 MỤC TIÊU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu 19 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 19 1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 20 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 20 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 20 1.5.2 T nh thực tiễn đề tài 21 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 23 iv CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO 2.1 NHIỆN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 23 2.1.1 Nhiên liệu xăng 23 2.1.2 Kh BROWN 26 2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp kh HHO bổ sung đề xuất phƣơng án 31 2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 32 2.2.1 Tốc độ động 32 2.2.2 Tải động 33 2.2.3 Hiệu suất động 35 2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG KH NG KHÍ VÀ XĂNG KHÍ 36 HHO KH NG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ 2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - kh HHO - không kh 36 2.3.2 Lý thuyết cháy động xăng 41 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 49 Chƣơng TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 50 CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG KHÍ HHO 3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 51 3.1.1 Động sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống 51 3.1.2 Động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng kh HHO 66 3.1.3 Nhận xét 68 3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN M HÌNH M 69 PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 3.2.1 Trình tự ch y mô 71 3.2.2 Đánh giá độ ch nh xác mô hình 72 3.2.3 Đánh giá khả cung cấp kh HHO cho động 73 3.2.4 Đánh giá đặc t nh động 78 v 3.2.5 Đặc t nh cháy động sử dụng hỗn hợp xăng kh HHO 79 3.2.6 Lƣợng kh HHO cung cấp cho động Honda wave mô 81 3.2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến trình cháy xăng hỗn hợp 82 xăng kh HHO có bổ sung không kh 3.2.8 Ảnh hƣởng việc cung cấp kh HHO cho động xăng đến công 87 suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 90 Chƣơng THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ 92 XE HONDA WAVE 4.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM 92 4.1.1 Sơ đồ bố tr thử nghiệm 92 4.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm 93 4.1.3 Giới thiệu kết sản xuất kh HHO 99 4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM VÀ 99 CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 4.2.1 Xác định vùng thử nghiệm 99 4.2.2 Quy trình thử nghiệm 100 4.2.3 Chọn lƣu lƣợng kh HHO không kh cung cấp cho chế độ làm 102 việc động 4.3 KẾT QU THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 105 4.3.1 Đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật 105 4.3.2 Đánh giá tiêu môi trƣờng 109 4.3.3 Quan hệ thông số kinh tế, kỹ thuật môi trƣờng động 117 với lƣợng kh HHO cung cấp 4.4 SO SÁNH KẾT QU M PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 119 4.4.1 Đặc t nh công suất suất tiêu hao nhiên liệu 119 4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC NOx mô thực nghiệm 120 4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QU KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO 122 4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 122 vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 5.1 KẾT LUẬN 124 5.2 KIẾN NGHỊ 125 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC 132 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Diễn giải A/F - Tỷ lệ hỗn hợp AVL-Boost - Phần mềm mô chiều hãng AVL (Áo) C ppm Cacbon CO ppm Mônôxit cacbon CO2 ppm Cacbonic COM - Cổng giao tiếp máy t nh d ng nối tiếp CP - Ch nh phủ CEBII - Tủ phân t ch kh xả (Combustion Emission Bench) BCHK - Bộ chế hòa kh ĐCĐT - Động đốt ĐCT - Điểm chết ECU - Bộ điều khiển trung tâm EHC - Bộ điều khiển cung cấp HHO(Electronic HHO control) EURO - Tiêu chuẩn châu Âu GTVT - Giao thông vận tải ge g/kW.h gqtk - HC ppm Suất tiêu hao nhiên liệu Góc quay trục khuỷu Hyđrôcacbon HHO - Hỗn hợp kh Hyđrô ôxy, đƣợc gọi kh Brown H2 - Hyđrô H2 O lt Nƣớc LPG - Kh dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroium Gas) LNG - Kh thiên nhiên hóa lỏng (Liquefild Natural Gas) MP - Mô MCCT - Môi chất công tác n vg/ph Tốc độ quay động viii Ne kW Công suất động NOx ppm Oxit nitơ N2 - Nitơ O2 - Ôxy Pb - Chì PC - Máy t nh ppm - Phần triệu SO2 - Lƣu huỳnh điôxit TN - Thực nghiệm VOC - Hỗn hợp chất hữu bay (Volatile Organic Compounds)  - Hệ số dƣ lƣợng không kh (Lambda)  - Khối lƣợng riêng f Độ TK Góc đánh lửa sớm 133 PHỤ LỤC BÁO CÁO KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM CUNG CẤP KHÍ HHO CHO ĐỘNG CƠ XE MÁY 134 PHỤ LỤC HỆ THỐNG THIẾT BỊ S N XUẤT KHÍ HHO Hiện nay, kh HHO c ng nhƣ thiết bị sản kh HHO chƣa xuất thị trƣờng Việt Nam Vì vậy, để thực nghiệm kh HHO động xe máy, bƣớc đầu NCS phải t nh toán, chế t o thiết bị sản xuất kh HHO để cung cấp cho động trình thử nghiệm 2.1 Cơ sở lý thuyết sản xuất khí HHO b ng phƣơng ph p điện ph n nƣớc - Phư ng tr nh phản ng: Điện phân H2O H2 + 1/2 O2 Theo Định luật bảo toàn khối lƣợng, điện phân kg H2O thu đƣợc kg hỗn hợp H2 O2 H2 Điện phân kg H2O 1kg Mặt khác: O2 Cứ 18 kg H2O  kg H2 16 kg O2 Nếu kg H2O  x kg H2 y kg O2 Suy : x 1.2  0,111kg ; 18 y 1.16  0,889kg 18 Kết luận: điện phân 1kg H2O thu đƣợc 0,111 kg H2 0,889kg O2 - Thể tích khí thoát điều ki n ti u chuẩn Ở điều kiện tiêu chuẩn, thể t ch kh thoát từ trình điện phân kg nƣớc đƣợc t nh toán nhƣ sau: VH2  n.22,  1000 22,  1244 l t; 18 VO2  n.22,  1000 22,  622 l t 18.2 Nhƣ vậy, điều kiện này, l t nƣớc sản xuất đƣợc tối đa 1.866 l t HHO - h i lư ng ri ng trung b nh c a khí HHO hyđrô oxy): Khi điện phân mol H2O (tức 18 gam H2O) H2 O  H2 + 1/2O2 mol mol 0,5 mol 18 gam gam 16 gam Phần trăm thể t ch kh H2 O2 hỗn hợp: 135 0 H2  100 0  66,67 0 ; 1,5 O2  0,5 100 0  33,33 0 1,5 Khối lƣợng phân tử trung bình (gọi tắt khối lƣợng trung bình) điều kiện tiêu chuẩn hỗn hợp kh H2 O2  66, 67.2  33,33.32  0,54(kg / m3 ) 100 22, 2.2 Thiết kế chế t o số thiết bị 2.2.1 Hệ thống sản xuất khí HHO quy ô nhỏ Hệ thống sản xuất kh HHO đƣợc phát triển khuôn khổ luận án (Hình1) gồm có: máy biến 1, bình điện phân 2, bình ngƣng tụ 3,4 5, lọc tách nƣớc 6, solenoi thƣờng mở 7, bình chứa áp suất thấp 8, rơle áp suất 9, van điện từ 10, máy hút chân không 11 bình chứa áp suất cao 12 H nh S đ h th ng sản xu t khí HHO 1- Máy bi n th b nh ắc qui 8-B nh ch a khí HHO áp su t th p 2- B nh n ph n 9- R le áp su t 3,4,5 -B nh ngưng t 10- Van n t 6- B lọc tách nư c 11-Máy h t ch n không 7- Solenoi thư ng mở 2.2.2 Ch t o 12-B nh ch a khí HHO áp suất cao ột số thi t bị sản xuất khí HHO a) Bình điện phân Bình điện phân phận quan trọng nhất, lƣợng kh HHO nhiều hay t phụ thuộc vào bình điện phân điện áp Nếu bình có lƣợng nƣớc lớn, việc sản xuất kh HHO chậm ngƣợc l i Nh m tăng tốc trình sản xuất 136 kh HHO, bình điện phân có k ch thƣớc khác đƣợc sử dụng hệ thống Nguy n lý hoạt đ ng c a b nh n ph n: Nguồn điện chiều đƣợc nối với hai điện cực, hai (thƣờng đƣợc làm từ số kim lo i trơ nhƣ b ch kim thép không gỉ) đƣợc đặt nƣớc (Hình 2) Hyđrô xuất điện cực âm (catot) ôxy xuất điện cực dƣơng (anot) Vì vậy, dòng điện qua tách nƣớc thành kh hyđrô kh ôxy Quá trình gồm hai phản ứng xảy hai điện cực Kh hyđrô sinh điện cực âm kh ôxy điện cực dƣơng: - Phản ứng catot: H2O + 2e-  H2 + 2OH- Phản ứng anot: OH-  H2O + 1/2 O2 + 2e- Tổng quát: H2 O điện  H2 + O2 Công suất bình điện phân phụ thuộc vào chất điện phân, sử dụng chất điện phân nhiều công suất bình điện phân tăng ngƣợc l i H nh S đ nguy n lý b nh n ph n nư c Bình điện phân sau chế t o đƣợc kiểm tra công suất theo sơ đồ thể (Hình 3) t nh theo công thức: P = A/t = U.I Trong đó: U: hiệu điện (V) I: cƣờng độ dòng điện (A) H nh Đ ng h kiểm tra công su t b nh n ph n b) Bình ngưng tụ Do hệ thống luôn có nƣớc nóng đƣờng ống, nên để tránh tổn thất, cần phải sử dụng bình ngƣng tụ để tách nƣớc Hệ thống sử dụng b nh ngưng t đư c thể hi n ph l c 137 Ngoài thiết bị quan trọng trên, khung giá lắp đặt thiết bị c ng đƣợc chế t o nh m lắp đặt thiết bị hệ thống gọn nh linh ho t 2.2.3 Hệ thống sản xuất khí HHO Hệ thống sản xuất kh HHO từ nƣớc (Hình 4) đƣợc phát triển theo sơ đồ (Hình 1) Hệ thống sau thiết kế, đƣợc chế t o bố tr khung để đảm bảo t nh linh ho t vận chuyển thử nghiệm H nh H th ng sản xu t khí HHO Hệ thống sử dụng bình điện phân: bình dùng 0,2 l t nƣớc cất điện áp 8,6V, bình sử dụng 0,4 l t nƣớc cất điện áp 9,8V bình sử dụng 0,4 l t nƣớc cất điện áp 17V Nƣớc cất đƣợc điều chế b ng cách chƣng cất Thành phần nƣớc cất hoàn toàn không chứa t p chất hữu hay vô Đây lo i nƣớc đƣợc sử dụng để sản xuất kh HHO Để sản xuất kh HHO nhanh hiệu cần sử dụng số chất điện phân nhƣ: Kali hyđrôxit (KOH), Natri hyđrôxit (NaOH) chất phản ứng mãnh liệt với nƣớc giải phóng lƣợng nhiệt lớn Trong hệ thống sản xuất kh HHO chất điện phân NaOH đƣợc sử dụng Máy biến bình ắc qui nguồn cấp điện cho bình điện phân Điện áp sử dụng lo i 12V 24V 2.3 Kết sản xuất khí HHO từ nƣớc Hình cho thấy thời gian sản xuất kh HHO sử dụng gram chất điện phân NaOH hòa trộn với 1l t nƣớc cất thời gian 20 phút đ t đƣợc áp suất bình lo i 12 kg 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đ t 0,62 l t/phút; sử dụng gram NaOH hòa trộn với 1l t nƣớc cất thời gian đ t đƣợc áp suất bình 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đ t 0,66 l t/phút sử dụng 12 gram NaOH hòa trộn với 1l t nƣớc cất thời gian 40 phút đ t đƣợc áp suất bình 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đ t 0,83 l t/phút Vì vậy, tăng chất điện phân thời gian sản xuất kh HHO ngắn Tuy 138 Thời gian (giờ) nhiên, sử dụng chất điện phân lớn dòng điện tăng lên dễ dẫn đến hỏng biến Do đó, nên chọn chất điện phân phù hợp với biến 3.5 2.5 1.5 0.5 H nh Th i gian sản xu t HHO ph thu c vào lư ng ch t n ph n gram gram 12 gram Hàm lượng NaOH S d ng m hàn khí Acetylen đu c gas để đ t khí HHO cháy không khí H nh 6) nhi t đ môi trư ng 0C) nung nóng chảy kim loại nhôm có đư ng kính 5mm th i gian gi y, nhi t đ l a 0C Màu sắc đuốc sáng khó nhìn thấy ánh sáng Vì vậy, muốn nhìn thấy r nên cắt kim lo i đƣa vào chỗ tối Kh HHO không màu, không mùi suốt, không nhìn thấy H nh Đ t cháy khí HHO nhi t đ môi trư ng 0C) Tính sơ giá thành sản xuất khí HHO Sử dụng bình LPG lo i 12kg có dung t ch 26,4 l t làm bình chứa kh HHO Kh HHO đƣợc nén với áp suất dƣ 3,5 bar (p2 = pdƣ+p0 = 4,5 bar) Gọi V1 thể t ch bình chứa kh nén áp suất sau nén p2 thể t ch V2 thể t ch kh nén quy đổi áp suất ban đầu p1, ta có công thức t nh thể t ch kh HHO quy đổi tƣơng đƣơng nhƣ sau: p2 V1  p1.V2 => V2  V1 Thay giá trị vào ta có: V2  26,4  p2 p1 4,5  118,8 (l t) Nếu bỏ qua giá thành đầu tƣ thiết bị ban đầu để sản xuất đƣợc 1.866 l t HHO điều kiện tiêu chuẩn cần l t nƣớc cất Trong đó, giá thành l t nƣớc cất 5.000 đồng; điện tiêu thụ 61kW điện, lƣợng dung dịch điện phân cần thiết gram =124 đồng (15.500 đồng/1kg giá bán ngày 09/09/2012 Cty CP XNK Hóa chất thiết bị Kim Ngƣu) 139 Căn Quyết định số 21/2009/QĐ-TTg ngày 12 tháng 02 năm 2009 Thủ tƣớng Ch nh phủ giá bán điện năm 2009 năm 2010 - 2012 theo chế thị trƣờng, giá bán l điện cho ngành sản xuất, cấp điện áp từ 110 kV trở lên T nh mức giá điện bình quân 1.184 đồng/kWh Tổng c ng chi phí cho vi c sản xu t m i lít khí HHO có giá đ ng 866 lít HHO 77 348 đ ng Vậy c Nếu giá thành sản xuất đƣợc t nh bình chứa 26,4 l t với áp suất dƣ 3,5bar chi ph cần thiết 4.871 đồng 2.4 Hiệu kinh tế sử dụng khí HHO Bảng Giá thành nhi n li u ti u hao tr n đ n vị công su t theo phư ng án x ng +khí HHO) Tốc độ động Lƣu lƣợng kh HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: l t/phút Đ vị: l t/phút Đ vị: l t/phút (1) (2) (3) (4) 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 1.667 1.876 2.084 2.292 2.501 2.709 2.918 0.0133 0.0135 0.0139 0.0147 0.0153 0.0158 0.0161 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800 2.279 2.532 2.785 3.038 3.292 3.545 3.798 4.051 4.304 0.0190 0.0199 0.0205 0.0218 0.0232 0.0243 0.0254 0.0256 0.0263 5200 5600 6000 6400 6800 7200 3.292 3.545 3.798 4.051 4.304 4.558 0.0248 0.0259 0.0272 0.0291 0.0301 0.0308 Giá = Qxăng Giáxăng + QHHO GiáHHO Xăng HHO Xăng có HHO Xăng HHO Xăng có HHO Đ vị: đồng/phút Đ vị: đồng/phút Đ vị: đồng/kWh Đ vị: đồng/kWh (6) (7) (8) 379.60 381.63 407.52 430.55 466.49 489.16 374.43 11820 11623 11557 11774 11805 11754 12609 14377 13890 13930 14272 14516 14764 11650 536.82 562.31 589.49 621.72 659.84 706.12 738.53 761.57 793.03 12010 11677 11437 11487 11605 11798 12117 12142 12808 14315 13884 13757 13714 13823 14123 14410 14740 15704 711.26 733.02 780.63 837.31 889.93 925.64 11721 11478 11508 11849 12194 12226 14453 13838 13898 14248 14832 15051 (5) Bƣớm ga mở 30% 0.0130 309.11 0.0127 315.33 0.0135 324.78 0.0141 341.45 0.0153 356.60 0.0159 368.66 0.0161 375.39 Bƣớm ga mở 50% 0.0190 442.18 0.0197 464.45 0.0204 478.43 0.0213 506.90 0.0225 541.08 0.0241 566.45 0.0250 591.30 0.0256 596.48 0.0265 613.05 Bƣớm ga mở 70% 0.0247 576.80 0.0252 603.52 0.0268 634.80 0.0288 678.29 0.0306 702.16 0.0317 717.12 140 Tốc độ động Lƣu lƣợng kh HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: l t/phút Đ vị: l t/phút (1) 7600 (2) 4.811 (3) 0.0305 Bảng Giá = Qxăng Giáxăng + QHHO GiáHHO Xăng HHO Xăng có HHO Xăng HHO Xăng có HHO Đ vị: l t/phút Đ vị: đồng/phút Đ vị: đồng/phút Đ vị: đồng/kWh Đ vị: đồng/kWh (4) 0.0313 (5) 710.20 (6) 927.42 (7) 12831 (8) 15899 Giá thành nhi n li u ti u hao tr n đ n vị công su t theo phư ng án x ng+khí HHO+không khí) Tốc độ động Lƣu lƣợng kh HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: l t/phút Đ vị: l t/phút Đ vị: l t/phút (1) (2) (3) (4) 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 1.667 1.876 2.084 2.292 2.501 2.709 2.918 0.0133 0.0135 0.0139 0.0147 0.0153 0.0158 0.0161 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800 2.279 2.532 2.785 3.038 3.292 3.545 3.798 4.051 4.304 0.0190 0.0199 0.0205 0.0218 0.0232 0.0243 0.0254 0.0256 0.0263 5200 5600 6000 6400 6800 7200 7600 3.292 3.545 3.798 4.051 4.304 4.558 4.811 0.0248 0.0259 0.0272 0.0291 0.0301 0.0308 0.0305 Xăng HHO Xăng có HHO Đ vị: đồng/phút Đ vị: đồng/kWh Đ vị: đồng/kWh (6) (7) (8) 373.42 373.31 391.13 413.44 458.19 473.87 476.88 11820 11623 11557 11774 11805 11754 12609 13991 13412 13515 13851 14409 14491 15220 530.44 561.13 594.06 615.42 642.79 694.76 728.85 750.71 772.65 12010 11677 11437 11487 11605 11798 12117 12142 12808 14076 13814 13750 13582 13647 14064 14318 14721 15453 699.05 731.72 778.12 818.22 853.54 889.04 895.32 11721 11478 11508 11849 12194 12226 12831 14016 13788 13896 13993 14558 14739 15561 Giá = Qxăng Giáxăng + QHHO GiáHHO Xăng HHO Đ vị: đồng/phút (5) Bƣớm ga mở 30% 0.0131 309.11 0.0127 315.33 0.0131 324.78 0.0137 341.45 0.0153 356.60 0.0156 368.66 0.0153 375.39 Bƣớm ga mở 50% 0.0188 442.18 0.0196 464.45 0.0206 478.43 0.0211 506.90 0.0218 541.08 0.0236 566.45 0.0246 591.30 0.0251 596.48 0.0256 613.05 Bƣớm ga mở 70% 0.0242 576.80 0.0252 603.52 0.0267 634.80 0.0280 678.29 0.0291 702.16 0.0301 717.12 0.0300 710.20 Xăng có HHO Theo kết t nh giá thành sản xuất HHO 41 đồng/l t, giá xăng RON 92: 23.300 đồng/l t (giá niêm yết ngày 09 tháng năm 2012) 141 Kết t nh toán giá thành nhiên liệu tiệu hao đơn vị công suất trung bình chung giá trị tốc độ, vị tr mở bƣớm ga nhƣ sau: - S d ng x ng+HHO giá thành nhi n li u t ng đ ng/kW h; - S d ng x ng+HHO+không khí giá thành nhi n li u t ng đ ng/kW h 2.5 Một số h nh ảnh thực nghiệm khí HHO Thi t bị sản xu t khí HHO Đ t bong bóng tr n mặt nư c tạo ti ng nổ Đ t khí HHO ch a t i nilông hí HHO đư c lưu trữ b n t i nilông hí HHO cháy nổ 142 PHỤC LỤC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ HHO 3.1 Bộ điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO (EHC) Bộ điều khiển hệ thống cung cấp kh HHO gồm khối m ch: khối nguồn, khối ghi nhận t n hiệu từ cảm biến, khối vi xử lý, khối điều khiển cấu chấp hành khối kết nối với máy t nh Khối t n hiệu từ cảm biến cho phép t nh toán đƣợc lƣợng kh HHO theo chế độ làm việc động Sau vi xử lý t nh toán, lƣợng kh HHO đƣa t n hiệu xung để mở vòi phun kh HHO xupáp n p mở Lƣợng kh HHO vào động đƣợc xác định thông qua thời gian mở vòi phun, áp suất phun tiết diện lƣu thông vòi phun Trong trình nghiên cứu, việc thay đổi lƣợng kh HHO để tìm tỷ lệ tối ƣu kh HHO xăng đƣợc thực thông qua khối kết nối máy t nh điều khiển điện tử EHC (Electronic HHO Control) (Hình 1) H nh B EHC điều khiển h th ng nhi n li u phun khí HHO Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu kh HHO kết nối với máy t nh hiển thị thông số cảm biến máy t nh, c ng nhƣ để điều chỉnh đƣợc lƣợng kh HHO vào động Công việc truyền thông máy t nh vi xử lý đƣợc thực thông qua truyền nhận nối tiếp UART RS-232 Truyền thông qua cổng RS-232 kiểu truyền thông phổ biến sử dụng vi điều khiển giao tiếp với thiết bị ngo i vi RS-232 cổng truyền nối tiếp với liệu đƣợc truyền nhận theo bit nối tiếp 143 Máy t nh PC cung cấp cổng nối tiếp COM1 COM2 Các cổng giao tiêu chuẩn RS-232 Cổng truyền liệu dƣới d ng nối tốc độ ngƣời lập trình quy định (thƣờng sử dụng 9600 19200 bps) Lo i truyền có khả dùng cho khoảng cách lớn Cổng nối tiếp chuẩn RS232 hệ thống bus, cho phép dễ dàng t o liên kết dƣới hình thức điểm hai máy cần trao đổi thông tin với Chiều dài liệu truyền bit kèm theo bit start, stop, parity để t o thành khung truyền (frame) Do việc truyền liệu nối tiếp nên tốc độ truyền bị h n chế, thƣờng không đƣợc sử dụng ứng dụng cần tốc độ truyền cao Cổng nối tiếp vi điều khiển ghép nối trực tiếp với cổng nối tiếp PC Lý t n hiệu đƣờng truyền RS-232 t n hiệu hai cực có biên độ n m khoảng 12V đến -12V, vi điều khiển ATMega32 xử lý t n hiệu có mức t n hiệu tƣơng th ch đến 5V Thông thƣờng t n hiệu đƣờng truyền RS-232 đƣợc lấy đảo Tức máy t nh PC muốn mức logic điện áp đƣờng truyền RS-232 12V, muốn mức logic điện áp đƣờng truyền -12V Nhƣ vậy, để tƣơng th ch mức logic điện áp PC vi điều khiển cần trang bị nhận đệm đƣờng truyền RS-232 Bộ nhận đệm đƣờng truyền RS-232 đƣợc dùng phổ biến lo i MAX232 công ty Maxim Vi m ch MAX232 nhận mức RS-232 đƣợc gửi tới từ máy t nh biến đổi t n hiệu thành t n hiệu cho tƣơng th ch với vi điều khiển ATMega32 c ng thực ngƣợc l i biến đổi t n hiệu vi điều khiển thành mức 12V, -12V phù hợp với ho t động máy t nh Giao cách này, khoảng cách từ máy t nh đến thiết bị ngo i vi đ t tới 20m Ƣu điểm giao tiếp có khả thiết lập tốc độ truyền thông Khi có liệu từ máy t nh đƣợc gửi đến vi xử lý ATMega32 qua cổng COM liệu đƣợc đƣa vào bit (nối tiếp) ghi UART Chƣơng trình truyền thông giao tiếp PC vi xử lý đƣợc viết b ng Delphi với nhiệm vụ ch nh sau: Nhận liệu từ vi điều khiển để hiển thị thông số làm việc động nhƣ tốc độ, lƣu lƣợng, nhiệt độ, vị tr chân ga Truyền liệu từ máy t nh xuống vi xử lý để đóng mở van điện từ, thay đổi lƣợng nhiên liệu phun 3.2 Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu kh HHO để hiển thị thông số cảm biến điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun, thay đổi thời điểm phun, bật tắt công tắc , trình thử nghiệm điều khiển EHC phải đƣợc điều khiển từ máy t nh Trong đề tài, việc kết nối điều khiển với máy t nh đƣợc thực b ng phần mềm kết nối Delphi Với giao diện xây dựng phần mềm cho phép ngƣời thực thay đổi đƣợc thông số theo mục đ ch đặt (Hình 2) 144 H nh Giao di n chư ng tr nh điều khiển tr nh phun khí HHO Các chức ch nh giao diện gồm: - Điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun kh HHO chu trình b ng cách điều khiển thời gian phun - Điều chỉnh thời điểm phun kh HHO - Thu nhận t n hiệu từ cảm biến nhƣ tốc độ động cơ, lƣu lƣợng kh n p, nhiệt độ kh n p, áp suất phun kh HHO, lƣợng nhiên liệu HHO cung cấp - Các chức đóng mở van điện từ đóng mở vòi phun - Thực trình đo ghi l i kết trung bình phép đo thời gian phép đo ngƣời thử nghiệm đặt giao diện 3.3 C ch thức điều khiển lƣợng khí HHO Lƣợng nhiên liệu phun trình thực nghiệm đƣợc thay đổi b ng cách thay đổi độ rộng xung phun thông qua m ch đếm lập trình, nghĩa xác định giá trị số lƣợng nhiên liệu phun có xung điều khiển phun m ch đếm xung nhịp đếm đ t đủ giá trị số b ng giá trị điều khiển Khi bắt đầu đếm c ng nâng xung điều khiển phun giá trị đếm b ng giá trị điều khiển c ng lúc h mức xung điều khiển phun xuống (hình 3a,b) H nh 3a Nguy n lý điều khiển phun khí HHO 145 H nh 3b Giao di n xung phun khí HHO Giả thiết giá trị số điều khiển phun vi xử lý t nh toán 2000s xuất xung điều khiển phun, m ch đếm bắt đầu đếm xung nhịp, đồng thời nâng mức xung phun lên mức cao, vòi phun bắt đầu mở Khi giá trị đếm xung đủ 2000s m ch đếm h mức xung phun xuống mức thấp tƣơng ứng ngừng phun đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun 146 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ XE MÁY Th c nghi m công su t su t ti u hao nhi n li u Chuẩn bị trư c gi th c nghi m iểm tra n ng đ phát thải 147 H i thảo kiểm tra th c nghi m s d ng khí HHO tr n đ ng c xe Honda wave [...]... t khí Brown ph c v nghi n c u, NCS đ ti n hành luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăngkhí Brown để ng d ng vi c dùng khí Brown vào đ ng c xe máy nh m giải quy t v n đề giảm ô nhi m môi trư ng ở Vi t Nam và ti t ki m nhi n li u 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... độ động cơ (l t/phút) 103 Bảng 4.3 Mức độ cải thiện công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 106 Bảng 4.4 Mức độ cải thiện Mômen của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 108 Bảng 4.5 Nồng độ phát thải NOx tăng trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng. .. Mômen động cơ 107 H nh 4.14 Biến thiên nồng độ NOx khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 109 H nh 4.15 Biến thiên nồng độ HC của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 111 H nh 4.16 Biến thiên nồng độ CO của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 112 H nh 4.17 Biến thiên nồng độ CO2 của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng. .. và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 109 Bảng 4.6 Nồng độ phát thải HC giảm trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 110 x Bảng 4.7 Nồng độ phát thải CO trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 113 Bảng 4.8 Nồng độ phát thải CO2 trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi. .. TIÊU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của luận án là đƣa ra đƣợc nhận định về sự thay đổi t nh năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cƣỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng- kh Brown (kh HHO) so với động cơ xăng nguyên bản cả về phƣơng diện lý thuyết và thực 19 nghiệm, góp phần định hƣớng sử dụng giải pháp cung cấp kh HHO nh m nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm các... nh năng kỹ thuật của động cơ nghiên cứu khi sử dụng hỗn hợp xăng- kh HHO và định hƣớng cho quá trình thực nghiệm Các dữ liệu ban đầu và thông số cơ bản của mô hình đƣợc lấy từ kết quả đo đ c động cơ trên thực tế Phƣơng pháp thực nghiệm trong phòng th nghiệm đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng cung cấp kh HHO cho động cơ và đánh giá ảnh hƣởng của việc cung cấp kh HHO đến t nh năng kỹ thuật của động cơ. .. nh 6 S thay đổi mômen và phát thải NO khi bổ sung %H2 và %H2+1%O2 vào đư ng nạp đ ng c Ngoài các nghiên cứu sử dụng kh HHO trên động cơ xăng, kh HHO còn đƣợc nghiên cứu sử dụng trên động cơ Diesel Ali Can Yilmaz và các cộng sự t i trƣờng ĐH Cukurova, Adana Thổ Nhĩ Kỳ (năm 2011) thực hiện nghiên cứu ảnh hƣởng của hỗn hợp HHO đến đặc t nh động cơ Diesel [19], [21] Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi bổ... nghèo, do có thêm ôxy trong hỗn hợp nên giúp cho quá trình cháy hoàn toàn hơn ở chế độ này, vì vậy, hiệu suất có ch của động cơ khi phun hỗn hợp hyđrô-ôxy cao hơn khi chỉ phun hyđrô trong vùng hỗn hợp nghèo Áp suất có ch trung bình của động cơ khi chỉ phun hyđrô ở giá trị  lớn (hỗn hợp nghèo) cao hơn so với xăng, tuy nhiên khi  nhỏ, giá trị này l i thấp hơn giá trị của động cơ nguyên bản Ở chế độ này,... nồng độ các phát thải của động cơ theo tỷ lệ hyđrô trong hỗn hợp khi ho t động ở chế độ nghèo tới h n 14 xii H nh 1.16 Sự thay đổi mômen và phát thải NO khi bổ sung 2%H2 và 2%H2+1%O2 vào đƣờng n p động cơ 15 H nh 1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sản xuất kh HHO 16 H nh 1.18a Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - kh HHO 17 H nh 1.18b Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Diesel-kh... gian cháy và giảm sự dao động trong chu kỳ làm việc khi ho t động ở hỗn hợp nghèo Khi hỗn hợp tiến gần đến nồng độ lý tƣởng thì sự thay đổi này là không đáng kể [44] 15 Khi có ôxy đi cùng với hyđrô, mômen động cơ tăng nh so với trƣờng hợp chỉ cung cấp hyđrô, khoảng 12 N.m, phát thải NO tăng 500 ppm so với khi ho t động ở chế độ lý tƣởng do tốc độ cháy lớn, hàm lƣợng ôxy trong kh n p lớn (hỗn hợp nh