CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ LẮP BỘ XÚC TÁC MỚI NI-CU/AL 2 O 3
4.2.1. Kết quả thử nghiệm và so sánh theo đặc tính tốc độ
4.2.1.1. Tại 20% tay ga
Hình 4.2 và 4.3 chỉ ra đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ khi không sử dụng và khi sử dụng khí giàu hyđrô bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni- Cu/Al2O3 và xúc tác Ni/Al2O3 tại 20% tay ga. Kết quả cho thấy, khi động cơ được bổ sung khí giàu hyđrô nhờ bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, công suất động cơ có xu hướng tăng khi tốc độ xe tăng dần từ 30-60 km/h. Kết quả tương tự khi thử nghiệm với bộ xúc tác Ni/Al2O3 hoặc khi không cấp khí giàu hyđrô cho động cơ. Kết quả cũng cho thấy, khi bổ sung khí giàu hyđrô ở cả 2 trường hợp, công suất động cơ hầu như không đổi so với động cơ nguyên bản. Suất tiêu hao nhiên liệu có xu hướng tăng dần trong cả 3 trường hợp khi tăng tốc độ xe từ 30-60 km/h (Hình 4.2).
Với trường hợp bổ sung khí giàu hyđrô cho động cơ nhờ bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 so với động cơ nguyên bản, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đáng kể, do hyđrô có nhiệt trị lớn và dễ cháy sẽ giúp cải thiện quá trình cháy, điều này làm cho lượng tiêu hao nhiên liệu giảm. Suất tiêu hao nhiên liệu cũng giảm khi sử dụng với bộ xúc tác Ni/Al2O3, nhưng mức giảm suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn so với động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, do tại chế độ này bướm ga mở nhỏ, nhiệt độ khí xả thấp trong khi nhiệt độ yêu cầu để xảy ra phản ứng tách khí hyđrô trong bộ xúc tác Ni/Al2O3 lại lớn, dẫn đến lượng khí hyđrô cấp cho động cơ nhỏ. Trong khi bộ xúc tác mới, Cu thêm vào bộ xúc tác đã cải thiện hiệu quả tạo khí giàu hyđrô, điều này làm cho hiệu suất chuyển hóa nhiên liệu thành khí giàu hyđrô cao hơn.
93
Hình 4.2. Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại 20% tay ga
Hình 4.3. Khí thải động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại 20% tay ga
Hình 4.3 chỉ ra đặc tính khí thải của động cơ khi không cung cấp, cung cấp khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3. Kết quả cho thấy, động cơ khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, khí giàu hyđrô bổ sung cho động cơ, quá trình cháy được cải thiện, nhiên liệu cháy kiệt hơn, nên phát thải CO và HC giảm đi đáng kể. Do quá trình cháy diễn ra tốt hơn nên thành phần CO2 trong khí thải tăng lên. Cũng do quá trình cháy được cải thiện dẫn đến nhiệt độ quá trình cháy tăng lên, làm cho phát thải NOx tăng. Kết quả tương tự khi sử dụng
0 100 200 300 400 500 600
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
30 40 50 60
Suất tiêu thụ nhiên liệu ge(g/kW.h) Công suất xe Ne(kW)
Tốc độ xe (km/h)
Ne_Nguyên bản Ne_bxt_Ni/Al2O3
Ne_bxt_Ni-Cu/Al2O3 ge_Nguyên bản ge_bxt_Ni/Al2O3 ge_bxt_Ni-Cu/Al2O3
70 90 110 130 150 170
0 30 60 90 120 150
30 40 50 60
Phát thải CO2 (103ppm) Phát thải CO (103ppm)
Tốc độ xe (km/h)
CO_Nguyên bản CO_bxt_Ni/Al2O3 CO_bxt_Ni-Cu/Al2O3 CO2_Nguyên bản CO2_bxt_Ni/Al2O3 CO2_bxt_Ni-Cu/Al2O3
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400
30 40 50 60
Phát thải NOx(ppm)
Phát thải HC (ppm)
Tốc độ xe (km/h)
HC_Nguyên bản HC_bxt_Ni/Al2O3
HC_bxt_Ni-Cu/Al2O3 NOx_Nguyên bản NOx_bxt_Ni/Al2O3 NOx_bxt_Ni-Cu/Al2O3
94
bộ xúc tác Ni/Al2O3 cũng được quan sát, nhưng mức giảm CO và HC ít hơn so với khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3.
4.2.1.2. Tại 50% tay ga
Hình 4.4. Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại 50% tay ga
Hình 4.4 và 4.5 chỉ ra đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ khi không cung cấp, cung cấp khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3 tại 50% tay ga. Tương tự như tại 20% tải, khi động cơ không được bổ sung khí giàu hyđrô hoặc được bổ sung nhờ bộ xúc tác Ni- Cu/Al2O3 hay bộ xúc tác Ni/Al2O3, công suất động cơ có xu hướng tăng khi tốc độ xe từ 40-70 km/h. Kết quả cũng cho thấy, khi bổ sung khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3, công suất động cơ tăng nhưng tăng không đáng kể. So với động cơ nguyên bản, khi bổ sung khí giàu hyđrô bằng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 và Ni/Al2O3, suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất tại tất cả các chế độ khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3. Với bộ xúc tác Ni/Al2O3, suất tiêu hao nhiên liệu cũng giảm nhưng mức giảm ít hơn (Hình 4.4).
Hình 4.5 cho ta đặc tính khí thải của động cơ khi không cung cấp và cung cấp khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/
Al2O3. Tương tự như 20% tải, khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 và Ni/Al2O3, quá trình cháy được cải thiện, nhiên liệu cháy kiệt hơn, nhiệt độ khí thải cao hơn, nên phát thải CO và HC giảm đi đáng kể, trong khi CO2 và NOx tăng. Mức giảm CO và HC của
95
động cơ khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 cũng cao hơn so với động cơ khi sử dụng bộ xúc tác Ni/Al2O3.
Hình 4.5. Khí thải động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại 50% tay ga
4.2.1.3. Tại 75% và 100% tay ga
Hình 4.6. Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại (a) 75% tay ga và (b) 100% tay ga
Hình 4.6 và 4.7 chỉ ra đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ khi không cung cấp và cung cấp khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3 tại 75% và 100% tay ga. Tương tự như tại 50%
tải, khi bổ sung khí giàu hyđrô công suất động cơ tăng nhưng tăng không đáng kể so với khi không sử dụng bộ xúc tác. Tuy nhiên suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi có sử dụng bộ xúc tác giảm đáng kể, tại chế độ tải cao, nhiệt độ khí thải lớn vì vậy hiệu
96
suất bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3 gần như như nhau, vì vậy suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3 khác nhau không nhiều (Hình 4.6).
Hình 4.7 chỉ ra đặc tính khí thải của động cơ khi không cung cấp và cung cấp khí giàu hyđrô cho động cơ bằng sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 và bộ xúc tác Ni/Al2O3. Tương tự như trên, khi sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô cho động cơ, quá trình cháy được cải thiện, nhiên liệu cháy kiệt hơn, nên phát thải CO và HC giảm trong khi CO2 và NOx tăng. Như đã đề cập ở trên, tại 75% và 100% tay ga, nhiệt độ khí thải tại tất cả các chế độ tốc độ khá lớn nên hiệu suất bộ xúc tác Ni/Al2O3 được cải thiện, vì vậy sự sai khác về hàm lượng CO và HC khi sử dụng bộ xúc tác Ni/Al2O3 và bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 là không nhiều (Hình 4.7).
Hình 4.7. Khí thải động cơ khi sử dụng hệ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, Ni/Al2O3 và không sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô tại (a) CO và CO2 tại 75% tay ga, (b) HC và NOx tại 75% tay ga,
(c) CO và CO2 tại 100% tay ga và (d) HC và NOx tại 100% tay ga
97
4.2.1.4. Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và khí thải trung bình tại các vị trí tay ga Hình 4.8 cho kết quả biến thiên đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải trung bình tại các chế độ tải khi không bổ sung khí giàu hyđrô và khi bổ sung sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3. Kết quả thử nghiệm cho thấy, khi bổ sung khí giàu hyđrô thì công suất thay đổi không nhiều, một số thời điểm tải nhỏ công suất trung bình thấp hơn so với động cơ không sử dụng bộ xúc tác, tuy nhiên mức giảm không đáng kể (giảm 0,46%) so với động cơ nguyên bản. Suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình khi thử nghiệm động cơ có bổ sung khí giàu hyđrô giảm từ 7,89% đến 10,50%. Điều này cho thấy khi bổ sung khí giàu hyđrô, do hyđrô có nhiệt trị lớn và quá trình cháy được cải thiện, vì vậy, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đáng kể.
Hình 4.8. So sánh công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải trung bình của động cơ khi sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô Ni-Cu/Al2O3 với khi không cung cấp khí giàu hyđrô
Thành phần CO và HC trung bình giảm khá mạnh, từ 24,14% đến 51,65% đối với CO và 12,51% đến 19,15% đối với HC. Phát thải NOx và CO2 của động cơ xe máy phun xăng điện tử khi sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô Ni-Cu/Al2O3 cao hơn của động cơ nguyên bản. Trung bình CO2 tăng từ 12,83% đến 20,31%. Trung bình NOx tăng từ 44,8% đến 163,8%. Phát thải NOx tăng mạnh như vậy là do quá trình cháy tốt, dẫn đến nhiệt độ quá trình cháy lớn tạo điều kiện hình thành NOx.
Biến thiên đặc tính và phát thải của động cơ khi sử dụng bxt Ni-Cu/Al2O3 và không bổ sung khí hyđrô (%)
98
Hình 4.9 chỉ ra kết quả biến thiên đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải trung bình tại các chế độ tải khi bổ sung khí giàu hyđrô sử dụng bộ xúc tác mới Ni-Cu/Al2O3 so với Ni/Al2O3. Kết quả thử nghiệm cho thấy, công suất động cơ khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 cao hơn so với Ni/Al2O3, do lượng khí giàu hyđrô cung cấp lớn hơn nên quá trình cháy được cải thiện, tuy nhiên tăng không nhiều (luôn nhỏ hơn 1,05%). Suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3 so với Ni/Al2O3 giảm từ 1,50% đến 5,63%. Do khi sử dụng bộ xúc tác Ni-Cu/Al2O3, lượng khí giàu hyđrô cung cấp cho động cơ nhiều hơn, quá trình cháy tốt hơn, dẫn đến suất tiêu hao nhiên liệu giảm.
Thành phần CO và HC trung bình giảm khá mạnh, từ 6,03% đến 20,80% đối với CO và 2,72% đến 10,11% đối với HC. Phát thải NOx và CO2 khi sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô Ni-Cu/Al2O3 cao hơn khi sử dụng Ni/Al2O3. Trung bình CO2 tăng từ 2,87% đến 8,32%. Trung bình NOx tăng từ 7,9% đến 39,8%. Phát thải NOx cao hơn so với khi sử dụng bộ xúc tác Ni/Al2O3 nguyên nhân như đã được giải thích ở trên (Hình 4.9).
Hình 4.9. So sánh công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải trung bình của động cơ khi sử dụng bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô Ni-Cu/Al2O3 với bộ xúc tác truyền thống Ni/ Al2O3
Biến thiên đặc tính và phát thải của động cơ khi sử dụng bxt Ni-Cu/Al2O3 so với Ni/Al2O3 (%)
99