5. Phương pháp nghiên cứu
4.3. Đánh giá phát thải của động cơ phun xăng xe máy sử dụng nhiên liệu giàu
liệu giàu hydro
Hình 4.8 cho thấy biến thiên hàm lượng HC theo lambda, nguồn tạo HC chủ yếu từ quá trình cháy không hoàn toàn và từ các khe kẽ trong buồng cháy, kết quả cho thấy hàm lượng HC của động cơ xăng tăng nhanh hơn so với động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro khi lambda tăng, kết quả này có thể cho thấy nhờ đặc tính cháy sạch và giới hạn cháy nghèo cao của hydro nên động cơ sử dụng hỗn hợp này có quá trình cháy hoàn thiện hơn nhờ đó HC thấp hơn.
75
Hình 4.8. So sánh hàm lượng phát thải HC theo lambda
Hình 4.9 biểu thị kết quả của hàm lượng NOX theo , kết quả cho thấy NOX đạt giá trị cao nhất ở vùng = 1,13 cho 3 trường hợp và lambda = 1,2 ở trường hợp còn lại sau đó giảm dần về hai phía. Kết quả này là do hàm lượng NOX phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxi dư trong buồng cháy, do đó ở vùng lambda = 1,0 – 1,13 sẽ có nhiệt độ cháy cao tuy nhiên lượng ô xi dư thấp do đó NOX thấp, khi tăng dần lambda nhiệt độ cháy giảm dần tuy nhiên lượng ô xi dư lại tăng kết quả là NOX tăng, điểm đạt lớn nhất là vùng gần với lambda =1,13 về phía hỗn hợp nghèo. Kết quả so sánh cho thấy hàm lượng NOX của động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro tăng cao hơn so với động cơ chỉ sử dụng xăng, kết quả này là do động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro có tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt lớn dẫn đến nhiệt độ cháy lớn và kết quả là NOX tăng, Tuy nhiên nếu như cho động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro làm việc ở vùng hỗn hợp nghèo 1.4 đến 1.7 thì NOX sẽ thấp hơn rất nhiều so với động cơ xăng nguyên bản.vì lúc này lượng ô xi thừa nhưng nhiệt độ làm việc của động cơ không cao do đó không đủ điều kiện tạo thành khí NOX.
76
Hình 4.9. So sánh hàm lượng phát thải NOX theo lambda
Qua kết quả thực nghiệm cho thấy về phát thải CO được thể hiện trên hình 4.10. Kết quả cho thấy khi lambda càng tăng thì CO trong khí thải càng giảm giá trị thấp nhất ở lambda bằng 1,25 đến 1,4. Kết quả này là do ở lambda thấp ôxy bị thiếu nên phản ứng giữa cacbon và ôxy không trở thành CO2. Khi lambda tăng, tức là lượng ôxy trong hỗn hợp tăng thì CO giảm xuống. Tại vùng lambda xấp xỉ bằng 1, về lý thuyết là thừa ôxy nhưng vẫn có một lượng nhỏ CO. Lý do là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có lambda nhỏ hơn 1. Tại đó quá trình cháy thiếu ôxy. Tại vùng lambda cao, lượng CO vẫn còn một lượng nhỏ. Điều này có thể do tại những vùng sát vách có nhiệt độ thấp nên khi màng lửa lan tràn tới đây sẽ bị dập tắt gọi là hiệu ứng sát vách. Do đó, CO không ôxy hóa tiếp thành CO2 được.
77
78
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN CHUNG
Từ kết quả thực nghiệm so sánh và đánh giá kết quả cháy nghèo của động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro và động cơ xăng được thí nghiệm tại vùng tải trung bình có tốc độ 4500 và 5300 vg/ph với áp suất có ích trung bình là 1,7 và 2,5 bar, kết quả có thể tóm tắt như sau:
- Do nhiên liệu hydro có đặc tính cháy nhanh và nhiệt trị cao hơn xăng, nên tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt của động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro đều cao hơn động cơ xăng, nhờ đó hiệu suất nhiệt của động cơ sử dụng nhiên liệu giàu hydro cũng cao hơn động cơ xăng.
- Nhờ đặc tính cháy kiệt và giới hạn cháy nghèo lớn nên động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro có suất tiêu hao năng lượng thấp hơn động cơ xăng và giới hạn cháy nghèo ở vào khoảng 1.5.
- Kết quả của khí thải cho thấy, HC thấp khi so sánh với động cơ xăng, tuy nhiên NOX tăng cao. Nếu như cho động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro làm việc ở vùng hỗn hợp nghèo thì NOX sẽ thấp hơn rất nhiều so với động cơ xăng nguyên bản.
HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đánh giá được hiệu quả sử dụng nhiên liệu giàu hydro cho động cơ xăng lắp trên xe máy ở hai chế độ tốc độ và tải khác nhau, tuy nhiên vẫn chưa có thể đánh giá được hiệu quả sử dụng ở các vùng tải và tốc độ khác
Do đó công việc tiếp theo là cần phải xây dựng bản đồ làm việc của động cơ (engine map) khi sử dụng nhiên liệu giàu hydro ở vùng tải thấp và trung bình để có thể đánh giá một cách toàn diện hơn trong vấn đề ứng dụng nhiên liệu giàu hydro cho động cơ xăng.
79
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Jan Kašpar, Paolo Fornasiero, Neal Hickey. Automotive catalytic converters: current status and some perspectives, Catalysis Today 77 (2003) 419–449.
[2] B.P.Pundir. Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering IIT Kanpur.
[3] Pham Minh Tuan. Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2006.
[4] Robert Bosc. Emission Control, Technical instruction, Postfach 30 02 20,D- 70442 Stuttgart.
[5] Pham Minh Tuan. Asessment of impacts of gasohol E5 and E10 on performance and exhaust emissions of in-usedmotorcycle and car in VietNam, Hanoi University of Technology, 15th Asia Pacific Automotive Engineering Conference
[6] PGS.TS Nguyễn Lê Ninh. Bài giảng ôtô và môi trường, 2010
[7] Maher A.R. Sadiq Al-Baghdadi , Haroun A.K. Shahad Al-Janabi. A prediction study of a spark ignition supercharged hydrogen engine. Energy Conversion and Management 44 (2003) 3143–3150.
[8] Ghazi A. Karim. Hydrogen as a spark ignition engine fuel. International Journal of Hydrogen Energy 28 (2003) 569 – 577.
[9] J. D. Naber and d. L. Siebers. Hydrogen combustion under diesel engine conditions. Int. J. Hydrogen energy, vol. 23, no. 5, pp. 363-371, 1998.
[10] Hailin Li, Ghazi A. Karim. Knock in spark ignition hydrogen engines. International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004) 859 – 865.
[11] Pham Ngoc Anh. Nghiên cứu tận dụng nhiệt khí thải tạo nhiên liệu giàu hydro làm giảm độc hại cho động cơ Diesel. Luận văn thạc sỹ, 2009.
80
[12] Erol Kahraman. Analysis of a hydrogen fueled internal combustion engine.
Thesis (Master)-İzmir Institute of Technology, Energy Engineering, İzmir, 2005.
[13] Chetan Pate. Hydrogen Fueled I.C. Engine, Roll No:-10105143
[14] College of the Desert. Hydrogen Fuel Cell Engines and Related Technologies, Module 1: Hydrogen used internal cobustion engines.".
Energy Technology Training Center, Palm Desert, CA, USA 2001.
[15] International Energy Agency (IEA). Hydrogen production and storage. 9. Rue de la Fédération, 75739 Paris Cedex 15.
[16] D.L. Trimm. Coke formation and minimisation during steam reforming reactions. Catalysis Today 37 (1997) p233-238
[17] Angeliki A. Lemonidou, Iacovos A. Vasalos. Carbon dioxide reforming of methane over 5 wt.% Ni/CaO-Al2O3 catalyst. Applied Catalysis A: General 228 (2002) p227–235.
[18] Niculae Negurescu. Performance comparison between hydrogen and gasoline fuelled spark ignition engine. Thermal science, Year 2011, Vol. 15, No. 4, pp. 1155-1164.
[19] 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.
[20] 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.
[21] 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.
[22] 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.
81
[23] 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.
[24] 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.
[25] 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. [26] Changwei Ji, Shuofeng Wang. Experimental Study on Combustion and
Emissions Characteristics of a Spark Ignition Engine Fueled with Gasoline- Hydrogen Blends. Energy & Fuels, Vol. 23, pp. 2930-2936, 2009.
[27] 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.
[28] Changwei Ji, et al. Performance of a hybrid hydrogen - gasoline engine under various operating conditions. Applied Energy, 2011 (in press).
[29] 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.
[30] M.Sc. Karagoz Y. Effect of hydrogen and oxygen gas mixture addtion emissions and performance of an SI engine. International journal of hydrogen energy.
[31] F. Yüksel, M.A. Ceviz. Thermal balance of a four stroke SI engine operating onhydrogen as a supplementary fuel. Energy 28 (2003)1069–1080
[32] 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.
82
[33] Nguyen The Lương, Hoang Dinh Long. Nghiên cứu biến đổi nhiệt hoá nhiên liệu với khí thải tạo nhiên liệu hydro để giảm phát thải trên động cơ xăng. Tạp chí khoa học công nghệ 2008
[34] Steven W.J. Sylvestre (2007). A numerical study of an autothermal reformer for the production of hydrogen from iso-octane. Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada
[35] S. A. Zhdanok, G. M. Vasil’ev,V. A. Vasetskii, and A. V. Khavets. Used of plasma reforming of fuel for reduction of the toxicity of diesel engine.
Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 78, No. 1, 2005 [36] AVL 733S manual. AVL List, Graz, Austria.
[37] AVL CEB II manual. AVL List, Graz, Austria.
[38] PIAGGIO LIBERTY 150cc 3V.ie Engine. Piaggio Viet Nam, 2014. [39] AVL 620 Indiset Measuring Configuration. AVL List, Graz, Austria.
[40] MotoHawk Control Solutions ECM-0565-128-0704 engine control module. Datasheet 36371, Woodward, PO Box 1519, Fort Collins CO, USA.
[41]Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong. NXB Giáo dục, Hà Nội 2003.