Nghiên cứu sử dụng biogas HHO cho động cơ đánh lửa cưỡng bức trong hệ thống năng lượng hybrid

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  ĐẶNG VĂN NGHĨA C C R L T NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOGAS-HHO CHO ĐỘNG CƠ DU ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  ĐẶNG VĂN NGHĨA NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOGAS-HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID C C R L T DU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 85.20.11.6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG TS LÊ MINH TIẾN Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đặng Văn Nghĩa C C DU R L T NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOGAS-HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID Học viên: Đặng Văn Nghĩa Mã số: 85.20.11.6 Khóa: 36 Chun ngành: Kỹ thuật khí động lực Trường Đại học Bách Khoa- ĐHĐN Tóm tắt: Trong nguồn nhiên liệu thay biogas lượng mặt trời hai nguồn lượng tái tạo dồi Nhiều nghiên cứu ứng dụng biogas động đốt để phát điện kéo máy công tác nông thôn chưa thành công mong đợi, hiệu việc sử dụng biogas làm giàu hydroxyl nhiều nhà nghiên cứu giới công bố Việc làm giàu biogas HHO làm tăng tốc độ cháy, nhờ làm tăng hiệu suất nhiệt động đồng thời giảm phát thải CO, HC Mơ tính kỹ thuật phát thải ô nhiễm động phun biogas-HHO đường nạp trình bày luận văn Tác giả thực sử dụng cảm biến xe mô tô phun xăng điện tử Honda để lắp đặt động cải tạo Đã cải tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng động GX 200 thành động phun biogas-HHO đường nạp điều khiển điện tử, tiến hành thực nghiệm so sánh tính kỹ thuật động sau cải tạo Tác giả tóm tắt kết đạt đưa hướng phát triển C C R L T Từ khóa: Năng lượng tái tạo, Biogas, Hydroxyl, Phun dual, Động đánh lửa cưỡng DU RESEARCH USING BIOGAS-HHO FOR VARIOUS FIRE ENGINE IN HYBRID ENERGY SYSTEM Abstract: In the current alternative fuel sources, biogas and solar are two abundant renewable energy sources Many studies on applying biogas on internal combustion engines to generate electricity and pulling tractors in rural areas have not been as successful as expected, the effectiveness of using biogas enriched by hydroxy has been studied by many researchers in the world publishers Enriching Biogas with HHO increases the combustion rate, thereby increasing the engine's thermal efficiency and reducing CO and HC emissions Simulation of technical features and pollution of the biogas-HHO injection engine on loading road are also presented in the thesis The author has used the sensor of Honda electronic fuel injection motorcycle to install on the modified engine Revamped the fuel supply system of GX200 engine into a biogas-HHO injection engine on the electronically controlled intake road, conducting experimental comparisons of technical features of the engine after renovation The author has summarized the achieved results and proposed the next development direction Keywords: Renewable energy, Biogas, Hydroxyl, Dual port injection, SI engine MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Xu sử dụng nhiên liệu thay thế, tái tạo phương tiện vận chuyển giới 1.2 Động đốt sử dụng nhiên liệu biogas, HHO 1.3 Kết luận chương Chương NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG 10 2.1 Đặc tính khí biogas khí HHO 10 C C R L T 2.2 Đặc điểm hệ thống cung cấp lượng hybrid biogas HHO 13 2.3 Đặc điểm cháy động sử dụng hỗn hợp biogas HHO 17 2.4 Mơ tính kỹ thuật mức phát thải ô nhiễm động Honda GX200 chạy biogas-HHO 19 2.5 Kết luận chương 26 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 27 3.1 Giới thiệu động GX 200 27 3.2 Cơ sở nghiên cứu chuyển đổi hệ thống nhiên liệu xăng sang hệ thống phun nhiên DU liệu biogas - HHO đường nạp động GX 200 27 3.3 Cung cấp nhiên liệu HHO cho động GX 200 29 3.4 Thiết kế lắp đặt hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử phun biogas bổ sung HHO động GX 200 lắp máy phát điện Honda EP4000CX 32 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 38 4.1 Thí nghiệm 38 4.2 Kết luận chương 46 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 52 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1 Một số tính chất biogas 11 2.2 Nhiệt độ tự cháy nhiên liệu 12 3.1 Thông số kỹ thuật GX 200 28 4.1 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo dịng điện 40 4.2 Thơng số kỹ thuật đồng hồ đo điện áp CD 800A 40 4.3 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo công suất điện PZEM-021 (V2.0) 41 4.4 Số liệu đo công suất máy phát điện động GX 200 chạy biogas động chạy biogas bổ sung HHO vòng quay 3000 vòng/phút 46 C C DU R L T DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Biến thiên nhiệt độ trung bình khí gần mặt đất nồng độ CO2 tương ứng 1.2 Dự báo dâng cao mực nước biển kỷ 21 theo mơ hình tốn họa khác 1.3 Kịch cắt giảm phát thải CO2 theo COP21 1.4 Mô hình xe sử dụng hai nhiên liệu 2.1 Bình sinh khí HHO kiểu khơ 17 2.2 Sơ đồ khơng gian tính tốn 2.3 Ảnh hưởng hàm lượng HHO đến biến thiên áp suất xi lanh động chạy tốc độ 3600 vòng/phút điều kiện đầy tải (a) BG=50 21 2.4 Ảnh hưởng chế độ tải động đến biến thiên công thị chu trình theo hàm lượng HHO pha vào biogas động chạy tốc độ 3600 vòng/phút 22 2.5 Ảnh hưởng tốc độ động đến đồ thị công sử dụng nhiên liệu biogas M7C3 (a) biogas M7C3 pha 40% HHO (b) 22 2.6 Ảnh hưởng độ mở bướm ga đến biến thiên cơng thị chu trình theo tốc độ động sử dụng nhiên liệu biogas M7C3 pha 40% HHO s=20) 23 2.7 Phân bố nồng độ H2, CH4 hệ số tương đương mặt cắt dọc xy (a) mặt cắt xy, xz, yz buồng cháy (b) thời điểm 330TK 340TK 23 2.8 Ảnh hưởng hàm lượng HHO đến phát thải NOx: Ảnh hưởng hàm lượng HHO đến biến thiên nồng độ NOx buồng cháy BG=0 (a) BG=40 (b); Ảnh hưởng hàm lượng HHO đến biến thiên nhiệt độ cháy (c); Ảnh hưởng chế độ tải động đến biến thiên nồng độ NOx theo hàm lượng HHO (d) 25 2.9 Ảnh hưởng hệ số tương đương (a) hàm lượng NOx (b) đến biến thiên nồng độ CO buồng cháy động chạy tốc độ 3600 vòng/phút, biogas M7C3 26 2.10 Ảnh hưởng chế độ tải động đến biến thiên nồng độ CO theo 27 R L T U D C C 20 hàm lượng HHO pha vào nhiên liệu biogas M7C3 động chạy tốc độ 3600 vòng/phút 3.1 Khối xy lanh nắp máy động GX 200 tháo rời 28 3.2 Sơ đồ nguyên lý cải tạo hệ thống nhiên liệu xăng sang hệ thống phun biogas bổ sung HHO đường nạp điều khiển điện tử 29 3.3 Cấu tạo bình sinh khí HHO 31 3.4 Hệ thống cung cấp HHO cho động GX 200 33 3.5 Sơ đồ bố trí lắp đặt cảm biến hệ thống cung cấp nhiên liệu phun biogas bổ sung HHO động GX 200 34 3.6 Cấu tạo vị trí lắp đặt cảm biến CKP 35 3.7 Cấu tạo vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ ECT 35 3.8 Cấu tạo vị trí lắp đặt cảm biến O2 36 3.9 Bộ cảm biến hai thành phần (Tp, IAT) thân bướm ga C C R L 3.10 Cấu tạo vị trí lắp đặt vịi phun biogas T U 3.11 Vị trí lắp đặt venturi lỗ cấp HHO D 3.12 Lắp đặt ECU API tech 36 37 37 38 4.1 Các thiết bị đo dòng điện điện áp 40 4.2 Đồng hồ đo công suất tiêu thụ điện PZEM-021 (V2.0) 41 4.3 Thiết bị gây tải 42 4.4 Biogas nén vào bình chứa 42 4.5 Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm 43 4.6 Sơ đồ bố trí lắp đặt thí nghiệm 43 4.7 Đồ thị phun biogas điều chỉnh theo độ mở bướm ga tốc độ động 46 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU HHO Q Bioagas QCH4 n a R T F α ik Ne Pmp U I Ptb Cos   Khí hydroxyl Nhiệt trị khí biogas Nhiệt trị khí mê tan Tốc độ động Hằng số Hằng số khí Nhiệt độ, 0K Số Faraday Hệ số chuyển Mật độ dịng điện Cơng suất động Cơng suất máy phát điện Điện áp Dịng điện Cơng suất máy phát điện trung bình Hệ số cơng suất Hiệu suất máy phát R L T CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECU BG M7C3 CB CKP TP IAT ECT MAP PC C C DU Engine Control Unit Bướm ga Khí biogas có chứa 70% CH4 30% CO2 Cảm biến Crankshaft Position Throttle Position Intake Air Temperature Engine Coolant Temperature Manifold Absolute Pressure Personal Computer MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tiết kiệm lượng giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường mục tiêu nghiên cứu ngành động ô tô Cùng với việc hoàn thiện hệ thống động đốt để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu nhiễm mơi trường dự án, chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn lượng thay sử dụng hiệu nguồn lượng Trong nguồn nhiên liệu thay biogas lượng mặt trời hai nguồn lượng tái tạo dồi Nhiên liệu biogas đạt nhiều ứng dụng quan trọng chạy máy phát điện, phương tiện công cộng phương tiện cá nhân Tuy nhiên biogas có tốc độ cháy thấp C C nên làm giảm tính động Trong hydroxyl (HHO) sản xuất từ R L T điện phân nước, nhiều nhà khoa học nghiên cứu HHO có tốc độ cháy cao, làm nhiên liệu chạy động đốt tính động tăng lên DU Vì việc sử dụng phối hợp nhiên liệu biogas với HHO khu vực gần nguồn sản xuất nhiên liệu tái tạo giải pháp hữu hiệu mặt kỹ thuật trình cháy lẫn khả cung ứng Với lý đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng biogas - HHO cho động đánh lửa cưỡng hệ thống lượng hybrid” nhằm góp phần phát triển cơng nghệ ứng dụng nhiên liệu tái tạo phương tiện giao thông giới nhằm tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cải tạo hệ thống nhiên liệu động xăng truyền thống thành động phun biogas - HHO đường nạp Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Động xăng Honda GX 200 lắp máy phát điện EP 4000 CX 3.2 Phạm vi nghiên cứu Biogas nén vào bình chứa HHO sinh từ điện phân nước Về mơ phỏng: Mơ tính kỹ thuật mức phát thải ô nhiễm động xăng GX 200 chạy phun biogas – HHO đường nạp 51 [34] Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Trương Lê Bích Trâm, lê Minh Tiến (2007), “Động Cơ tĩnh sử dụng biogas”, Hội nghị đào tạo cán lĩnh vực môi trường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng C C DU R L T 52 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Tính kỹ thuật phát thải ô nhiễm động phun biogas-HHO đường nạp Performance and pollution emissions of a biogas-HHO port injection engine Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tiến, Bùi Thị Minh Tú, Đặng Văn Nghĩa, Tôn Nguyễn Thành Sang ISSN 1859-1531 - Tạp chí KHCN ĐHĐN, Vol 18, No 1, 2020 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOGAS- HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID C C R L T DU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 85.20.11.6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ... văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đặng Văn Nghĩa C C DU R L T NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIOGAS- HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID Học viên:... lẫn khả cung ứng Với lý đó, đề tài ? ?Nghiên cứu sử dụng biogas - HHO cho động đánh lửa cưỡng hệ thống lượng hybrid? ?? nhằm góp phần phát triển công nghệ ứng dụng nhiên liệu tái tạo phương tiện giao