Nghiên cứu mô phỏng đặc tính làm việc và phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu xăng – khí HHO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀO VĂN TỚI NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU XĂNG – KHÍ HHO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THỊ THU HƯƠNG HÀ NỘI THÁNG 5/ 2014 Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu nêu luận văn hoàn toàn trung thực.! Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Học viên ĐÀO VĂN TỚI HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Thu Hương, người tạo điều kiện có góp ý hữu ích mặt chuyên môn để hoàn thành luận văn Đồng thời xin trân trọng cảm ơn thầy cô môn Động đốt Phòng thí nghiệm Động đốt – Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ sở vật chất suốt thời gian học tập làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè, người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian học tập làm luận văn Học viên ĐÀO VĂN TỚI HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU .5 DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HHO 12 1.1 Tổng quan 12 1.1.1 Nhiên liệu thay 12 1.1.2 Khái quát nhiên liệu HHO 13 1.1.3 Tính chất nhiên liệu HHO .13 1.2 Nghiên cứu sử dụng khí HHO động xăng .15 CHƯƠNG II PHẦN MỀM AVL - BOOST 25 2.1 Giới thiệu chung 25 2.2 Tính 26 2.3 Tính áp dụng 26 2.4 Giao diện phần mềm AVL-Boost 27 2.5 Cơ sở lý thuyết AVL BOOST .28 2.5.1 Mô hình hỗn hợp nhiên liệu 28 2.5.2 Mô hình cháy .29 2.5.3 Mô hình truyền nhiệt .34 2.6 Quá trình hình thành phát thải 39 2.6.1 Hình thành phát thải CO 39 2.6.2 Hình thành HC .40 2.6.3 Hình thành phát thải NOx 44 CHƯƠNG MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG – HHO 47 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 3.1 Quy trình mô 47 3.1.1 Xây dựng mô hình 47 3.1.2 Quy trình mô .49 3.2 Kết thử nghiệm kiểm chứng mô hình 49 3.2.1 Công suất động 49 3.2.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 51 3.2.3 Các thành phần độc hại khí xả động 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG CÓ BỔ SUNG HHO 60 4.1 Tốc độ cháy xăng hỗn hợp xăng+HHO 60 4.2 Tốc độ tỏa nhiệt xylanh 63 4.3 Áp suất xylanh 67 4.4 Tốc độ tăng áp suất xylanh 70 4.5 Nhiệt độ cháy xylanh .73 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Số lượng phần tử để hoàn thiện mô hình 48 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động 48 Bảng 3.3 Sự thay đổi công suất động dải tốc độ làm việc mô thực nghiệm bổ sung HHO so với sử dụng xăng 51 Bảng 3.4 Sự thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu dải tốc độ làm việc mô thực nghiệm bổ sung HHO so với sử dụng xăng 52 Bảng 3.5 Sự thay đổi nồng độ phát thải NOx dải tốc độ làm việc mô thực nghiệm bổ sung HHO so với sử dụng xăng 54 Bảng 3.6 Sự thay đổi nồng độ phát thải CO dải tốc độ làm việc mô thực nghiệm bổ sung HHO so với sử dụng xăng .56 Bảng 3.7 Sự thay đổi nồng độ phát thải HC dải tốc độ làm việc mô thực nghiệm bổ sung HHO so với sử dụng xăng .58 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ảnh hưởng khí HHO bổ sung đến hiệu suất nhiệt có ích động góc đánh lửa, lưu lượng HHO khác nhau, hỗn hợp đậm [26] 15 Hình 1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ hyđrô HHO đến phát thải động cơ, hỗn hợp đậm [26] 16 Hình 1.3 Ảnh hưởng khí HHO bổ sung đến hiệu suất nhiệt có ích động góc đánh lửa, lưu lượng HHO khác nhau, hỗn hợp nhạt [26] 16 Hình 1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ hyđrô HHO đến phát thải động cơ, hỗn hợp nhạt [26] 17 Hình1.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp 2H2+O2 cho động thí nghiệm [27] 17 Hình 1.6 Sự thay đổi mô men phát thải NO bổ sung 2%H2 2%H2+1%O2 vào đường nạp động [27] .18 Hình 1.7 Sơ đồ dòng diện từ máy phát đến bình điện phân [28] .18 Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo hình ảnh bình B (trái) bình C (phải) [28] 19 19 Hình 1.9 Ảnh hưởng việc sử dụng bình B bình C đến hiệu suất có ích hiệu suất nhiệt động theo tốc độ trục khuỷu [28] 19 Hình 1.10 Ảnh hưởng việc sử dụng bình B bình C đến lượng nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu động theo tốc độ trục khuỷu [28] 20 Hình 1.11 Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp hỗn hợp khí hyđrô-ôxy cho động 20 Hình 1.12 Diễn biến hiệu suất nhiệt có ích áp suất có ích trung bình theo hệ số dư lượng không khí tỷ lệ H2/hỗn hợp 2H2+O2 [29] .21 Hình 1.13 Diễn biến phát thải động theo hệ số dư lượng không khí tỷ lệ H2/hỗn hợp 2H2+O2 [29] 23 Hình 2.1 Giao diện phần mềm AVL-Boost 27 Hình 2.2 Giao diện thông số điều khiển ban đầu .28 Hình 2.3 Giao diện mô tả thiết lập mô hình hỗn hợp nhiên liệu 28 Hình 2.4 Màng lửa tới thành xylanh; Sự bắt đầu tượng cháy sát vách .34 Hình 2.5 Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lượng CO cân CO động học 39 Hình 2.6 Tỷ lệ mol dự đoán CO theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng không khí 40 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ Hình 2.7 Tỷ lệ mol dự đoán HC theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng không khí 43 Hình 3.1 Mô hình mô 47 Hình 3.2 Công suất động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 30% độ mở bướm ga .49 Hình 3.3 Công suất động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 50% độ mở bướm ga .50 Hình 3.4 Công suất động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 70% độ mở bướm ga .50 Hình 3.5 Suất tiêu thụ nhiên liệu động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 30% độ mở bướm ga 51 Hình 3.6 Suất tiêu thụ nhiên liệu động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 50% độ mở bướm ga 52 Hình 3.7 Suất tiêu thụ nhiên liệu động mô (MP) thực nghiệm (TN) sử dụng xăng hỗn hợp xăng+HHO 70% độ mở bướm ga 52 Hình 3.8 Sự thay đổi nồng độ NOx bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 30% vị trí bướm ga 53 Hình 3.9 Sự thay đổi nồng độ NOx bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 50% vị trí bướm ga 53 Hình 3.10 Sự thay đổi nồng độ NOx bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 70% vị trí bướm ga 54 Hình 3.11 Sự thay đổi nồng độ CO bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 30% vị trí bướm ga 55 Hình 3.12 Sự thay đổi nồng độ CO bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 50% vị trí bướm ga 55 Hình 3.13 Sự thay đổi nồng độ CO bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 70% vị trí bướm ga 56 Hình 3.14 Sự thay đổi nồng độ HC bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 30% vị trí bướm ga 57 Hình 3.15 Sự thay đổi nồng độ HC bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 50% vị trí bướm ga 57 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ Hình 3.16 Sự thay đổi nồng độ HC bổ sung khí HHO không khí vào đường nạp so với sử dụng xăng 70% vị trí bướm ga 58 Hình 3.17 Sự thay đổi đặc tính động bổ sung khí HHO vào đường nạp giá trị độ mở bướm ga .58 Hình 4.1 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga 60 Hình 4.2 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 61 Hình 4.3 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga 61 Hình 4.4 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 62 HìnHình 4.5 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 62 Hình 4.6 Tỷ lệ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 63 Hình 4.7 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga 64 Hình 4.8 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 64 Hình 4.9 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga 65 Hình 4.10 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 65 Hình 4.11 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 66 Hình 4.12 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 66 Hình 4.13 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga 67 Hình 4.14 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 68 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ Hình 4.15 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga 68 Hình 4.16 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 69 Hình 4.17 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 69 Hình 4.18 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 70 Hình 4.19 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga 70 Hình 4.20 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 71 Hình 4.21 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga 71 Hình 4.22 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 72 Hình 4.23 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 72 Hình 4.24 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 73 Hình 4.25 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga 73 Hình 4.26 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 74 Hình 4.27 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga 74 Hình 4.28 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 75 Hình 4.29 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 75 Hình 4.30 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 75 HV: Đào Văn Tới MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 14 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) Tốc độ toả nhiệt (J/độ) 12 10 5600 vòng/phút - 70% bướm ga -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.11 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 10 Tốc độ toả nhiệt (J/độ) 7600 vòng/phút - 70% bướm ga Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.12 Tốc độ toả nhiệt xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga HV: Đào Văn Tới 66 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 4.3 Áp suất xylanh Hình 4.13 – 4.18 thể diễn biến áp suất xylanh động sử dụng xăng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí bugi đánh lửa 12 o, 15o 18o trước điểm chết trên, bướm ga mở 30%, 50% 70% Do tốc độ cháy hydro lớn, nên thời gian cháy trễ thời gian cháy giảm Đồng thời trình cháy diễn sớm, nên áp suất tăng lên sớm giá trị Pmax tăng Thời gian cháy giảm, áp suất tăng, tốc độ tăng áp suất tăng nhanh, động làm việc rung giật, có độ ồn lớn 3200 vòng/phút - 30% bướm ga Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.13 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga HV: Đào Văn Tới 67 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 2.5 5600 vòng/phút - 30% bướm ga Áp suất (MPa) 1.5 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 0.5 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.14 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 3600 vòng/phút - 50% bướm ga Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.15 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga HV: Đào Văn Tới 68 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 6800 vòng/phút - 50% bướm ga Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.16 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 5600 vòng/phút - 70% bướm ga Áp suất (MPa) Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.17 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga HV: Đào Văn Tới 69 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 3.5 7600 vòng/phút - 70% bướm ga Áp suất (MPa) 2.5 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 1.5 0.5 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.18 Diễn biến áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 4.4 Tốc độ tăng áp suất xylanh Hình 4.19 – 4.24 thể đồ thị biểu diễn thay đổi áp suất xylanh động cơ, thấy, tốc độ tăng áp suất tăng sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO Đồng thời tăng góc đánh lửa sớm, tốc độ tăng áp suất xy lanh tăng lên Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.4 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 3200 vòng/phút - 30% bướm ga 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.19 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga HV: Đào Văn Tới 70 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.05 5600 vòng/phút - 30% bướm ga 0.04 0.03 0.02 0.01 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.20 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.5 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 3600 vòng/phút - 50% bướm ga 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.21 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga HV: Đào Văn Tới 71 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 0.12 Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 6800 vòng/phút - 50% bướm ga 0.09 0.06 0.03 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -0.03 -0.06 -0.09 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.22 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.15 5600 vòng/phút - 70% bướm ga 0.1 0.05 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -0.05 -0.1 -0.15 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.23 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga HV: Đào Văn Tới 72 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ) 0.08 7600 vòng/phút - 70% bướm ga 0.06 0.04 0.02 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.24 Tốc độ tăng áp suất xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga 4.5 Nhiệt độ cháy xylanh Các hình từ Hình 4.25 đến Hình 4.30 thể diễn biến nhiệt độ xylanh động cơ, 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 3200 vòng/phút - 30% bướm ga Nhiệt độ (K) 2500 2000 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 1500 1000 500 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.25 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3200 vg/ph, 30% bướm ga HV: Đào Văn Tới 73 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 2500 5600 vòng/phút - 30% bướm ga Nhiệt độ (K) 2000 1500 1000 500 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.26 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 30% bướm ga 3000 3600 vòng/phút - 50% bướm ga Nhiệt độ (K) 2500 2000 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 1500 1000 500 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.27 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 3600 vg/ph, 50% bướm ga HV: Đào Văn Tới 74 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ 2500 6800 vòng/phút - 50% bướm ga Nhiệt độ (K) 2000 1500 1000 Xăng (12) Xăng (15) Xăng (18) 500 Xăng + HHO (12) Xăng + HHO (15) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.28 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 6800 vg/ph, 50% bướm ga 2500 5600 vòng/phút - 70% bướm ga Nhiệt độ (K) 2000 1500 Xăng (12) Xăng + HHO (12) Xăng (15) Xăng + HHO (15) Xăng (18) Xăng + HHO (18) 1000 500 -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.29 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 5600 vg/ph, 70% bướm ga 2500 7600 vòng/phút - 70% bướm ga Nhiệt độ (K) 2000 1500 1000 Xăng (12) Xăng (15) Xăng (18) 500 Xăng + HHO (12) Xăng + HHO (15) Xăng + HHO (18) -20 -10 10 20 30 40 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.30 Nhiệt độ cháy xylanh động bổ sung khí HHO vào đường nạp góc đánh lửa khác 7600 vg/ph, 70% bướm ga HV: Đào Văn Tới 75 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ KẾT LUẬN CHƯƠNG Khi bổ sung khí HHO vào đường nạp động cơ, khả bắt cháy nhanh hydro (thành phần HHO) nên thời điểm cháy bắt đầu sớm hơn, thời gian cháy trễ rút ngắn Vì tốc độ cháy hydro lớn (gấp khoảng lần so với xăng) bổ sung khí HHO vào đường nạp, thời gian cháy giảm, trình cháy kết thúc sớm Hình 4.1 - 4.6.thể tỷ lệ cháy, ta thấy, tốc độ thấp, góc đánh lửa 180 trước điểm chết trên, trình cháy xylanh bổ sung khí HHO kết thúc trước so với sử dụng xăng khoảng 70 bướm ga mở 30%; khoảng 50 bướm ga mở 50% Ta dễ dàng nhận thấy với việc bổ sung khí HHO tốc độ toả nhiệt động tăng lên tốc độ cháy nhiệt trị hydro lớn Hình 4.7 – 3.12 thể diễn biến tốc độ toả nhiệt xylanh có khí HHO bổ sung, góc đánh lửa 120, 150 180 trước điểm chết bướm ga mở 30%, 50% 70% Hình 4.13 – 4.18 thể diễn biến áp suất xylanh động sử dụng xăng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí bugi đánh lửa 12 o, 15o 18o trước điểm chết trên, bướm ga mở 30%, 50% 70% Do tốc độ cháy hydro lớn, nên thời gian cháy trễ thời gian cháy giảm Đồng thời trình cháy diễn sớm, nên áp suất tăng lên sớm giá trị Pmax tăng Thời gian cháy giảm, áp suất tăng, tốc độ tăng áp suất tăng nhanh, động làm việc rung giật, có độ ồn lớn Hình 4.19 – 4.24 thể đồ thị biểu diễn thay đổi áp suất xylanh động cơ, thấy, tốc độ tăng áp suất tăng sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO Đồng thời tăng góc đánh lửa sớm, tốc độ tăng áp suất xy lanh tăng lên Các hình từ Hình 4.25 đến Hình 4.30 thể diễn biến nhiệt 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 HV: Đào Văn Tới 76 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết trình mô động xe máy sử dụng xăng hỗn hợp xăng + khí HHO phần mềm AVL Boost cho thấy nhiều điểm tương đồng so với kết thực nghiệm băng thử Công suất động cải thiện, suất tiêu hao nhiên liệu giảm Các thành phần phát thải độc hại động xăng CO HC có xu hướng giảm, nồng độ NOx lại tăng lên, nhiên so với động diesel, NOx động xăng không đáng kể Kết mô cho thấy đặc tính cháy xylanh động áp suất, nhiệt độ trình cháy, tỷ lệ cháy, tốc độ toả nhiệt tốc độ tăng áp suất Thông qua đặc tính cháy, ta giải thích thay đổi công suất phát thải động Trên sở mô hình mô kiểm chứng, tiến hành nghiên cứu sâu ảnh hưởng tỷ lệ HHO bổ sung cho động nhằm đảm bảo điều kiện làm việc ổn định, bình thường tăng tỷ lệ nhiên liệu thay tiềm HV: Đào Văn Tới 77 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Kowalewicz, M Wojtyniak; Alternative fuels and their application to combustion engines; Proceedings of the Institution of Mechanical Engineering, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol 219, pp 103125, 2005 [2] Shelley Minteer; Alcoholic fuels; CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006 [3] OECD/FAO Agriculture Outlook 2011-2020; Chapter 3: Biofuels; 2011 [4] G Dragone, et al; Third generation biofuels from microalgae; Applied Microbiology, pp 1355-1366, 2010 [5] BMW Hydrogen 7: http://en.wikipedia.org/wiki/BMW_Hydrogen_7 [6] Ali Can Yilmaz, et al; Effect of hydroxy (HHO) gas addition on performance and exhaust emissions in compression ignition engines; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 11366-11372, 2010 [7] Tim Lieuwen, et al; Synthesis gas combustion: fundamentals and applications; CRC Press, Taylor & Francis Group, 2010 [8] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Combustion and emissions performance of a hybrid hydrogen–gasoline engine at idle and lean conditions; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 346-355, 2010 [9] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Effect of hydrogen addition on combustion and emissions performance of a spark ignition gasoline engine at lean conditions; Int J of Hydrogen Energy, Vol 34, pp 7823-7834, 2009 [10] Changwei Ji, et al; Effect of spark timing on the performance of a hybrid hydrogen–gasoline engine at lean conditions; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 2203-2212, 2010 [11] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Experimental study on combustion and emissions performance of a hybrid hydrogen–gasoline engine at lean burn limits; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 1453-1462, 2010 HV: Đào Văn Tới 78 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ [12] Shuofeng Wang, et al; Starting a spark-ignited engine with the gasoline– hydrogen mixture; Int J of Hydrogen Energy, Vol 36, pp 4461-4468, 2011 [13] Changwei Ji, et al; Combustion and emissions characteristics of a hybrid hydrogen-gasoline engine under various loads and lean conditions; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 5714-5722, 2010 [14] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Effect of hydrogen addition on lean burn performance of a spark-ignited gasoline engine at 800 rpm and low loads; Fuel, Vol 90, pp 1301-1304, 2011 [15] Shuofeng Wang, et al; Effects of hydrogen addition and cylinder cutoff on combustion and emissions performance of a spark-ignited gasoline engine under a low operating condition; Energy, Vol 35, pp 4754-4760, 2010 [16] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Experimental Study on Combustion and Emissions Characteristics of a Spark Ignition Engine Fueled with GasolineHydrogen Blends; Energy & Fuels, Vol 23, pp 2930-2936, 2009 [17] Changwei Ji, Shuofeng Wang; Effect of Hydrogen Addition on Idle Performance of a Spark-Ignited Gasoline Engine at Lean Conditions with a Fixed Spark Advance; Energy & Fuels, Vol 23, pp 4385-4394, 2009 [18] Changwei Ji, et al; Performance of a hybrid hydrogen–gasoline engine under various operating conditions; Applied Energy, 2011 (in press) [19] T D’Andrea, et al; The addition of hydrogen to a gasoline-fuelled SI engine; Int J of Hydrogen Energy, Vol 29, pp 1541 – 1552, 2004 [20] E Conte, K Boulouchos; Hydrogen-Enhanced Gasoline Stratified Combustion in SI-DI Engines; Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol 130, pp 022801-1, 2008 [21] F Yüksel, M.A Ceviz; Thermal balance of a four stroke SI engine operating on hydrogen as a supplementary fuel; Energy, Vol 28, pp 1069–1080, 2003 [22] Z Dulger, K.R Ozcelik; Fuel economy improvement by on board electrolytic hydrogen production; Int J of Hydrogen Energy, Vol 25, pp 895-897, 2000 HV: Đào Văn Tới 79 MHV: CA120162 Luận văn Thạc sĩ [23] Ajay Shah, et al; Performance and emissions of a spark-ignited engine driven generator on biomass based syngas; Bioresource Technology, Vol 101, pp 4656–4661, 2010 [24] R.G Papagiannakis, et al; Study of the performance and exhaust emissions of a spark-ignited engine operating on syngas fuel; Int J Alternative Propulsion, Vol 1, No 2/3, pp 190-215, 2007 [25] Changwei Ji, et al; Improving the performance of a spark-ignited gasoline engine with the addition of syngas produced by onboard ethanol steaming reforming; Int J of Hydrogen Energy, 2012 (in press) [26] Radu Chiriac, et al; Effects of Gasoline-Air Enrichment with HRG Gas on Efficiency and Emissions of a SI Engine; SAE Paper 2006- 01- 3431 [27] T D’Andrea, et al; Investigating Combustion Enhancement and Emissions Reduction with the Addition of 2H2 + O2 to a SI Engine; SAE Paper 2003-320011 [28] Ammar A Al-Rousan; Reduction of fuel consumption in gasoline engines by introducing HHO gas into intake manifold; Int J of Hydrogen Energy, Vol 35, pp 12930-12935, 2010 [29] Shuofeng Wang, et al; Improving the performance of a gasoline engine with the addition of hydrogeneoxygen mixtures; Int J of Hydrogen Energy, Vol 36, pp 11164-11173, 2011 [30] Shuofeng Wang, et al; Comparison of the performance of a spark-ignited gasoline engine blended with hydrogen and hydrogen-oxygen mixtures; Energy, Vol 36, pp 5832-5837, 2011 HV: Đào Văn Tới 80 MHV: CA120162 ... Nghiên cứu mô đặc tính làm việc phát thải động sử dụng lưỡng nhiên liệu xăng - khí HHO II Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu luận văn a) Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu mô đặc tính cháy động sử. .. xăng .Mô thành công đặc tính làm việc phát thải động sử dụng lưỡng nhiên liêu xăng - HHO phần mềm AVL-Boost V Các nội dung luận văn - Tổng quan nhiên liệu HHO - Phần mềm AVL – Boost - Mô động sử dụng. .. nên nhiên liệu lỏng nhiên liệu phù hợp so với nhiên liệu khí Tuy nhiên, gần số nhiên liệu khí sử dụng rộng rãi, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, khí hyđrô, khí giàu hyđrô Để nâng cao mật độ lượng sử