NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG –KHÍ BROWN

Header Page of 148 i 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT KHÁNH HÒA – 2015 Footer Page of 148 Header Page of 148 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 Footer Page of 148 Header Page of 148 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 08 năm 2015 Tác giả luận án Cao Văn Tài Footer Page of 148 Header Page of 148 ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Khoa sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông , Trường Đại học Nha Trang , tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận á n Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS.TS Nguyễn Văn Nhận Trường Đại học Nha Trang hướng dẫn tận tình chu đáo mặt chuyên môn để thực hoàn thành luận án Tôi cũng xin cám ơn PGS TS Trần Gia Thái , Trưởng khoa Kỹ thuật giao thông và các thầy cô khoa đã giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Phạm Hữu Tuyến, NCS Nguyễn Duy Vinh, ThS Nguyễn Thế Trực, KS Nguyễn Duy Tiến ThS Nguyễn Đức Khánh giúp đỡ trình nghiên cứu và triển khai các thử nghiệm phòng thí nghiệm động đốt - Viện Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng nghề Nha Trang bạn bè đồng nghiệp hậu thuẫn động viên suốt trình nghiên cứu học tập Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến quý báu để hoàn thành luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực công trình Nghiên cứu sinh Cao Văn Tài Footer Page of 148 Header Page of 148 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 Mô ̣t số vấ n đề tồn đố i với các nghiên cƣ́u sử dụng khí 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 Tính thực tiễn đề tài 21 1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 23 Footer Page of 148 Header Page of 148 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 Khí BROWN 26 2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp khí 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 +KHÔNG KHÍ VÀ XĂNG +KHÍ 36 HHO+KHÔNG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ 2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí 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 CỦA 50 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 truyề n thố ng 51 3.1.2 Động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO 66 3.1.3 Nhận xét 68 3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN MÔ 69 HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 3.2.1 Trình tự chạy mô 71 3.2.2 Đánh giá đô ̣ chính xác của mô hình 72 3.2.3 Đánh giá khả cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng 73 3.2.4 Đánh giá đặc tính động 77 Footer Page of 148 Header Page of 148 v 3.2.5 Đặc tính cháy động sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO 78 3.2.6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng Honda wave mô 80 3.2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến trình cháy xăng hỗn hợp 81 xăng+khí HHO có bổ sung không khí 3.2.8 Ảnh hƣởng việc cung cấp khí HHO cho động xăng đ ến công 86 suấ t, tiêu hao nhiên liê ̣u và phát thải 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 89 Chƣơng THƢ̣C NGHIỆM ỨNG DỤNG KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ 91 XE HONDA WAVE 4.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ TRANG THIẾT BỊ THƢ̉ NGHIỆM 91 4.1.1 Sơ đồ bố trí thƣ̉ nghiệm 91 4.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm 92 4.1.3 Giới thiệu kết sản xuấ t khí HHO 98 4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THƢ̉ NGHIỆM , QUY TRÌ NH THƢ̉ NGHIỆM VÀ 98 CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 4.2.1 Xác định vùng thử nghiệm 98 4.2.2 Quy trình thƣ̉ nghiê ̣m 99 4.2.3 Chọn lƣu lƣợng khí HHO không khí cung cấ p cho các chế đô ̣ làm 101 viê ̣c của đô ̣ng 4.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 104 4.3.1 Đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật 104 4.3.2 Đánh giá tiêu môi trƣờng 108 4.3.3 Quan ̣ của các thông số kinh tế , kỹ thuâ ̣t và môi trƣờng của đô ̣ng 116 với lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p 4.4 SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 118 4.4.1 Đặc tính công suất suất tiêu hao nhiên liệu 118 4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC NOx mô thực nghiệm 119 4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO 121 4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 121 Footer Page of 148 Header Page of 148 vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 5.1 KẾT LUẬN 123 5.2 KIẾN NGHỊ 124 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC 132 Footer Page of 148 Header Page of 148 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 tính dạng nối tiếp CP - Chính phủ CEBII - Tủ phân tích khí xả (Combustion Emission Bench) BCHK - Bộ chế hòa khí ĐCĐT - Động đốt ĐCT - Điểm chết ECU - Bộ điều khiển trung tâm EHC - Bộ điều khiển cung cấ p 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 hơ ̣p khí Hyđrô ôxy, đƣợc gọi khí Brown H2 - Hyđrô H2 O lít Nƣớc LPG - Khí dầ u mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroium Gas) LNG - Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefild Natural Gas) MP - Mô MCCT - Môi chất công tác n Footer Page of 148 vg/ph Tốc độ quay động Header Page 10 of 148 viii Ne kW Công suất động NOx ppm Oxit nitơ N2 - Nitơ O2 - Ôxy Pb - Chì PC - Máy tính ppm - Phần triệu SO2 - Lƣu huỳnh điôxit TN - Thực nghiệm VOC - Hỗn hợp chất hữu bay (Volatile Organic Compounds)  - Hệ số dƣ lƣợng không khí (Lambda)  - Khối lƣợng riêng f Độ TK Góc đánh lửa sớm Footer Page 10 of 148 Header Page 150 of 148 133 PHỤ LỤC BÁO CÁO KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM CUNG CẤP KHÍ HHO CHO ĐỘNG CƠ XE MÁY Footer Page 150 of 148 Header Page 151 of 148 134 PHỤ LỤC HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN XUẤT KHÍ HHO Hiện nay, khí HHO cũng nhƣ thiết bị sản khí HHO chƣa xuấ t hiê ̣n thị trƣờng Viê ̣t Nam Vì vậy, để thực nghiệm khí HHO động xe máy, bƣớc đầu NCS phải tính toán, chế tạo thiết bị sản xuất khí HHO để cung cấp cho động trình thử nghiệm 2.1 Cơ sở lý thuyết sản xuấ t khí HHO bằ ng phƣơng pháp điêṇ phân nƣớc - Phương trình phản ứng: 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 kiện tiêu chuẩn Ở điều kiện tiêu chuẩn , thể tić h khí thoát tƣ̀ quá trì nh điê ̣n phân kg nƣớc đƣơ ̣c tiń h toán nhƣ sau: VH2  n.22,  1000 22,  1244 lít; 18 VO2  n.22,  1000 22,  622 lít 18.2 Nhƣ vâ ̣y, điều kiện này, lít nƣớc sản xuất đƣợc tối đa 1.866 lít HHO - Khối lượng riêng trung bình của 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 tích khí H2 O2 hỗn hợp: Footer Page 151 of 148 Header Page 152 of 148 135 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 khí H2 O2  66, 67.2  33,33.32  0,54(kg / m3 ) 100 22, 2.2 Thiế t kế và chế tạo số thiết bị 2.2.1 Hệ thống sản xuất khí HHO quy mô nhỏ Hệ thống sản xuất khí HHO đƣơ ̣c phát triể n khuôn khổ luâ ̣n 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 Hình Sơ đồ hệ thống sản xuất khí HHO 1- Máy biến bình ắc qui 8-Bình chứa khí HHO áp suất thấp 2- Bình điện phân 9- Rơle áp suất 3,4,5 -Bình ngưng tụ 10- Van điện từ 6- Bộ lọc tách nước 11-Máy hút chân không 7- Solenoi thường mở 12-Bình chứa khí HHO áp suất cao 2.2.2 Chế tạo số thiết bị sản xuất khí HHO a) Bình điện phân Bình điện phân phận quan trọng nhất, lƣợng khí HHO nhiều hay phụ thuộc vào bình điện phân điện áp Nếu bình có lƣợng nƣớc lớn, viê ̣c sản xuất khí HHO sẽ chậm ngƣợc lại Nhằ m tăng tố c quá trin ̀ h sản xuấ t Footer Page 152 of 148 Header Page 153 of 148 136 khí HHO, bình điện phân có kích thƣớc khác đƣợc sử dụng hệ thống Nguyên lý hoạt động của bình điện phân: Nguồn điện chiều đƣợc nối với hai điện cực , hai (thƣờng đƣợc làm từ số kim loại trơ nhƣ bạch kim thép không gỉ ) đƣợc đặt nƣớc (Hình 2) Hyđrô xuất điê ̣n cực âm (catot) ôxy xuất điện cực dƣơng (anot) Vì vậy, dòng điện qua tách nƣớc thành khí hyđrô khí ôxy Quá trình gồm hai phản ứng xảy hai điện cực Khí hyđrô sinh điện cực âm khí ôxy điện cực dƣơng: - Phản ứng catot: H2O + 2e-  H2 + 2OH- Phản ứng anot: OH-  H2O + 1/2 O2 + 2e- Tổng quát: H2O + 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 lại Hình Sơ đồ nguyên lý bình điện phân nước Bình điện phân sau chế tạo đƣơ ̣c kiểm tra công suất theo sơ đồ thể hiê ̣n ở (Hình 3) tính theo công thức: P = A/t = U.I Trong đó: U: hiệu điện (V) I: cƣờng độ dòng điện (A) Hình Đồng hồ kiểm tra công suất bình điện phân b) Bình ngưng tụ Do hệ thống luôn có nƣớc nóng đƣờng ống, nên để tránh tổ n thấ t, cầ n phải sử dụng bình ngƣng tụ để tách nƣớc Hê ̣ thố ng này sƣ̉ du ̣ng bình ngưng tụ được thể hiê ̣n phụ lục Footer Page 153 of 148 Header Page 154 of 148 137 Ngoài thiết bị quan trọng , khung giá lắ p đă ̣t các thiế t bi ̣cũng đƣơ ̣c chế ta ̣o nhằ m lắ p đă ̣t các thiế t bi ̣trong mô ̣t ̣ thố ng go ̣n nhe ̣ và linh hoa ̣t 2.2.3 Hệ thống sản xuất khí HHO Hệ thống sản xuất khí HHO từ nƣớc (Hình 4) đƣơ ̣c phát triể n theo sơ đồ ở (Hình 1) Hệ thống sau thiết kế , đƣơ ̣c chế ta ̣o và bố trí khung để đảm bảo tính linh hoạt vận chuyển thử nghiệm Hình Hệ thống sản xuất khí HHO Hệ thống này sử dụng bình điện phân: bình dùng 0,2 lít nƣớc cất điện áp 8,6V, bình sử dụng 0,4 lít nƣớc cất điện áp 9,8V bình sử dụng 0,4 lít nƣớc cất điện áp 17V Nƣớc cất đƣợc điều chế cách chƣng cất Thành phần nƣớc cất hoàn toàn không chứa tạp chất hữu hay vô Đây là loa ̣i nƣớc đƣ ợc sử dụng để sản xuất khí HHO Để sản xuất khí 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 ̣ thố ng s ản xuất khí HHO chất điện phân NaOH đƣợc sử dụng Máy biến bình ắc qui nguồn cấp điện cho bình điện phân Điê ̣n áp sử dụng là loa ̣i 12V 24V 2.3 Kết sản xuất khí HHO từ nƣớc Hình cho thấy thời gian sản xuất khí HHO sử dụng gram chấ t điê ̣n phân NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất thời gian 20 phút đạt đƣợc áp suất bình loại 12 kg 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,62 lít/phút; sử dụng gram NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất thời gian đạt đƣợc áp suất bình 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,66 lít/phút sử dụng 12 gram NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất thời gian 40 phút đạt đƣợc áp suất bình 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,83 lít/phút Vì , tăng chất điện phân thời gian sản xuất khí HHO ngắ n Tuy Footer Page 154 of 148 Header Page 155 of 148 138 Thời gian (giờ) nhiên, sử dụng chất điện phân lớn dòng điện tăng lên và dễ dẫn đến hỏng biến Do đó, nên chọn chất điện phân phù hợp với biến 3.5 2.5 1.5 0.5 Hình Thời gian sản xuấ t HHO phụ thuộc vào lượng chất điện phân gram gram 12 gram Hàm lƣợng NaOH Sử dụng mỏ hàn khí Acetylen đuốc gas để đốt khí HHO cháy không khí (Hình 6) nhiệt độ môi trường (27 0C) nung nóng chảy kim loại nhôm có đường kính 5mm thời gian 10 giây, nhiệt độ ngọn lửa là 1050 0C Màu sắc đuốc sáng khó nhìn thấy ánh sáng Vì vậy, muốn nhìn thấy rõ nên cắt kim loại đƣa vào chỗ tối Khí HHO không màu, không mùi suốt, không nhìn thấy Hình Đốt cháy khí HHO nhiệt độ môi trường (27 0C) Tính sơ bộ giá thành sản xuất khí HHO Sử dụng bình LPG loại 12kg có dung tích 26,4 lít làm bình chứa khí HHO Khí HHO đƣợc nén với áp suất dƣ 3,5 bar (p2 = pdƣ+p0 = 4,5 bar) Gọi V1 thể tích bình chứa khí nén áp suất sau nén p2 thể tić h V thể tích khí nén nế u quy đổ i về áp suất ban đầu p1, ta có công thức tính thể tích khí 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 (lít) Nế u bỏ qua giá thành đầ u tƣ thiế t bi ̣ban đầ u thì để sản xuất đƣợc 1.866 lít HHO ở điề u kiê ̣n tiêu chuẩ n cầ n lít nƣớc cất Trong đó , giá thành lít nƣớc cất 5.000 đồng; điê ̣n tiêu thu ̣ là 61kW điện, lƣơ ̣ng dung dich ̣ điê ̣n phân cầ n thiế t là gram =124 đồng (15.500 đồ ng/1kg giá bán ngày 09/09/2012 Cty CP XNK Hóa chất thiết bị Kim Ngƣu) Footer Page 155 of 148 Header Page 156 of 148 139 Căn Quyết định số 21/2009/QĐ-TTg ngày 12 tháng 02 năm 2009 Thủ tƣớng Chính phủ giá bán điện năm 2009 năm 2010 - 2012 theo chế thị trƣờng, giá bán lẻ điện cho ngành sản xuất, cấp điện áp từ 110 kV trở lên Tính mức giá điện bình quân 1.184 đồng/kWh Tổng cộng chi phí cho việc sản xuất 1.866 lít HHO 77.348 đồng Vậy lít khí HHO có giá 41 đồng Nế u giá thành sản xuấ t đƣơ ̣c tính bình chƣ́a 3,5bar thì chi phí cầ n thiế t là 4.871 đồ ng 26,4 lít với áp s uấ t dƣ là 2.4 Hiệu kinh tế sử dụng khí HHO Bảng Giá thành nhiên liệu tiêu hao đơn vị công suất theo phương án (xăng +khí HHO) Tốc độ động Lƣu lƣợng khí HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: lít/phút Đ vị: lít/phút Đ vị: lít/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 Footer Page 156 of 148 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 Header Page 157 of 148 140 Tốc độ động Lƣu lƣợng khí HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: lít/phút Đ vị: lít/phút (1) 7600 (2) 4.811 (3) 0.0305 Giá = Qxăng Giáxăng + QHHO GiáHHO Xăng HHO Xăng có HHO Xăng HHO Xăng có HHO Đ vị: lít/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 Bảng Giá thành nhiên liệu tiêu hao đơn vị công suất theo phương án (xăng+khí HHO+không khí) Tốc độ động Lƣu lƣợng khí HHO Xăng HHO Xăng có HHO (vg/ph) Đ vị: lít/phút Đ vị: lít/phút Đ vị: lít/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 kế t quả tính giá thành sản xuấ t HHO 41 đồng/lít, giá xăng RON 92: 23.300 đồng/lít (giá niêm yết ngày 09 tháng năm 2012) Footer Page 157 of 148 Header Page 158 of 148 141 Kết tính toán giá thành nhiên liệu tiệu hao đơn vị công suất trung bình trung giá trị tốc độ, vị trí mở bƣớm ga nhƣ sau: - Sử dụng xăng+HHO giá thành nhiên liệu tăng 2.400 đồ ng/kW.h; - Sử dụng xăng+HHO+không khí giá thành nhiên liệu tăng 2.300 đồ ng/kW.h 2.5 Một số hình ảnh thực nghiệm khí HHO Thiết bị sản xuất khí HHO Đốt bong bóng mặt nước tạo tiếng nổ Khí HHO lưu trữ bên túi nilông Đốt khí HHO chứa túi nilông Khí HHO cháy nổ Footer Page 158 of 148 Header Page 159 of 148 142 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 khí HHO gồm khối mạch: khối nguồn, khối ghi nhận tín hiệu từ cảm biến, khối vi xử lý, khối điều khiển cấu chấp hành khối kết nối với máy tính Khối tín hiệu từ cảm biến cho phép tính toán đƣợc lƣợng khí HHO theo chế độ làm việc động Sau vi xử lý tính toán, lƣợng khí HHO đƣa tín hiệu xung để mở vòi phun khí HHO xupáp nạp mở Lƣợng khí 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 khí HHO để tìm tỷ lệ tối ƣu khí HHO xăng đƣợc thực thông qua khối kết nối máy tính điều khiển điện tử EHC (Electronic HHO Control) (Hình 1) Hình Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu phun khí HHO Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu khí HHO kết nối với máy tính hiển thị thông số cảm biến máy tính, cũng nhƣ để điều chỉnh đƣợc lƣợng khí HHO vào động Công việc truyền thông máy tính 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 ngoại vi RS-232 cổng truyền nối tiếp với liệu đƣợc truyền nhận theo bit nối tiếp Footer Page 159 of 148 Header Page 160 of 148 143 Máy tính PC cung cấp cổng nối tiếp COM1 COM2 Các cổng giao tiêu chuẩn RS-232 Cổng truyền liệu dƣới dạng nối tốc độ ngƣời lập trình quy định (thƣờng sử dụng 9600 19200 bps) Loại truyền có khả dùng cho khoảng cách lớn Cổng nối tiếp chuẩn RS232 hệ thống bus, cho phép dễ dàng tạo 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 tạo thành khung truyền (frame) Do việc truyền liệu nối tiếp nên tốc độ truyền bị hạn 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 tín hiệu đƣờng truyền RS-232 tín hiệu hai cực có biên độ nằm khoảng +12V đến -12V, vi điều khiển ATMega32 xử lý tín hiệu có mức tín hiệu tƣơng thích đến 5V Thông thƣờng tín hiệu đƣờng truyền RS-232 đƣợc lấy đảo Tức máy tính PC muốn mức logic “0” điện áp đƣờng truyền RS-232 +12V, muốn mức logic “1” điện áp đƣờng truyền -12V Nhƣ vậy, để tƣơng thích 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 loại MAX232 công ty Maxim Vi mạch MAX232 nhận mức RS-232 đƣợc gửi tới từ máy tính biến đổi tín hiệu thành tín hiệu cho tƣơng thích với vi điều khiển ATMega32 cũng thực ngƣợc lại biến đổi tín hiệu vi điều khiển thành mức +12V, -12V phù hợp với hoạt động máy tính Giao cách này, khoảng cách từ máy tính đến thiết bị ngoại vi đạt tới 20m Ƣu điểm giao tiếp có khả thiết lập tốc độ truyền thông Khi có liệu từ máy tính 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 Delphi với nhiệm vụ sau: + Nhận liệu từ vi điều khiển để hiển thị thông số làm việc động nhƣ tốc độ, lƣu lƣợng, nhiệt độ, vị trí chân ga + Truyền liệu từ máy tính xuống vi xử lý để đóng mở van điện từ, thay đổi lƣợng nhiên liệu phun 3.2 Giao diện điề u khiể n ̣ thố ng cung cấ p khí HHO Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu khí 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 tính Trong đề tài, việc kết nối điều khiển với máy tính đƣợc thực phần mềm kết nối Delphi Với giao diện xây dựng phần mềm cho phép ngƣời thực thay đổi đƣợc thông số theo mục đích đặt (Hình 2) Footer Page 160 of 148 Header Page 161 of 148 144 Hình Giao diện chương trình điều khiển trình phun khí HHO Các chức giao diện gồm: - Điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun khí HHO chu trình cách điều khiển thời gian phun - Điều chỉnh thời điểm phun khí HHO - Thu nhận tín hiệu từ cảm biến nhƣ tốc độ động cơ, lƣu lƣợng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, áp suất phun khí HHO, lƣợng nhiên liệu HHO cung cấp - Các chức đóng mở van điện từ đóng mở vòi phun - Thực trình đo ghi lại kết trung bình phép đo thời gian phép đo ngƣời thử nghiệm đặt giao diện 3.3 Cách thức điều khiển lƣợng khí HHO Lƣợng nhiên liệu phun trình thực nghiệm đƣợc thay đổi cách thay đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình, nghĩa xác định giá trị số lƣợng nhiên liệu phun có xung điều khiển phun mạch đếm xung nhịp đếm đạt đủ giá trị số giá trị điều khiển Khi bắt đầu đếm cũng nâng xung điều khiển phun giá trị đếm giá trị điều khiển cũng lúc hạ mức xung điều khiển phun xuống (hình 3a,b) Hình 3a Nguyên lý điều khiển phun khí HHO Footer Page 161 of 148 Header Page 162 of 148 145 Hình 3b Giao diện xung phun khí HHO Giả thiết giá trị số điều khiển phun vi xử lý tính toán 2000s xuất xung điều khiển phun, mạch 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 mạch đếm hạ mức xung phun xuống mức thấp tƣơng ứng ngừng phun đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun Footer Page 162 of 148 Header Page 163 of 148 146 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ XE MÁY Thực nghiệm công suất suất tiêu hao nhiên liệu Chuẩn bị trước giờ thực nghiệm Footer Page 163 of 148 Kiểm tra nồng độ phát thải Header Page 164 of 148 147 Hội thảo kiểm tra thực nghiệm sử dụng khí HHO động xe Honda wave Footer Page 164 of 148 ... 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... 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... TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA 50 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