Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng khí brown

Trong số các nhiên liệu thay thế như sinh khối, nhiên liệu sinh học, kh dầu mỏ hóa lỏng LPG, kh thiên nhiên NG, kh đốt tổng hợp syngas, kh sinh học biogas, kh hyđrô, kh Brown hỗn hợp giữ

]]]]]]]]]]]ưTRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CAO VĂN TÀI

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CAO VĂN TÀI

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Khoa sau đại học, Khoa K thu t Giao thông, Trường ại học ha Trang, đ tạo đi u kiện thu n lợi cho tôi học t p, nghiên cứu và hoàn thành lu n án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, Trường ại học Bách Khoa Hà ội và PGS.TS Nguyễn Văn Nhận

Trường ại học ha Trang đ hướng dẫn tôi hết sức t n tình và chu đáo

v mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành lu n án Tôi

c ng xin cám ơn S TS T n i Th i, Trư ng khoa K thu t giao

thông và các th y cô trong khoa đ luôn giúp đỡ và dành cho tôi những

đi u kiện hết sức thu n lợi để thực hiện lu n án này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Phạm Hữu Tuyến, NCS guy n Duy inh, ThS guy n Thế Trực, KS guy n Duy Tiến và ThS guy n

ức Khánh đ giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và triển khai các thử nghiệm tại phòng th nghiệm động cơ đ t trong - iện Cơ Kh ộng Lực Trường ại học Bách Khoa Hà ội

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng ngh Nha Trang cùng các bạn bè đồng nghiệp đ h u thuẫn và động viên tôi trong su t quá trình nghiên cứu học t p

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các th y phản biện, các

th y trong hội đồng chấm lu n án đ đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn thành lu n án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cu i cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn

bè, những người đ động viên khuyến kh ch tôi trong su t thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này

Nghiên cứu sinh

C o Văn 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

5

1.2.3 Một số vấn đề tồn t i đối với các nghiên cứu sử dụng kh HHO cho

động cơ đốt trong

17

CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN

HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO

2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC 32

2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG KH NG KHÍ VÀ XĂNG KHÍ

HHO KH NG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ

36

Chương 3 TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP

XĂNG KHÍ HHO

50

3.2.5 Đặc t nh cháy của động cơ sử dụng hỗn hợp xăng kh HHO 79

3.2.7 Ảnh hưởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp

xăng kh HHO có bổ sung không kh

82

3.2.8 Ảnh hưởng của việc cung cấp kh HHO cho động cơ xăng đến công

suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải

4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM VÀ

CHỌN LƯỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG

99

4.2.3 Chọn lưu lượng kh HHO và không kh cung cấp cho các chế độ làm

việc của động cơ

102

4.3.3 Quan hệ của các thông số kinh tế, kỹ thuật và môi trường của động cơ

với lượng kh HHO cung cấp

117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ne kW Công suất động cơ

DANH MỤC CÁC B NG

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn TCCS 01:2009/PETROLIMEX quy định giới h n cho phép

đối với 15 chỉ tiêu dành cho xăng RON 92 và xăng RON 95 25

Bảng 2.2 Nhiệt trị của một số lo i nhiên liệu 27

Bảng 2.3 Nhiệt độ tự đánh lửa của hyđrô và nhiên liệu thông dụng 28

Bảng 2.4 Đặc t nh của nhiên liệu 29

Bảng 2.5 Điểm chớp cháy của hyđrô và một số nhiên liệu thông dụng 29

Bảng 2.6 Xu hướng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu trong tương lai 31

Bảng 3.1 Hệ số của phương trình trao đổi nhiệt t i cửa n p và thải 60

Bảng 3.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx 65

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động cơ xe máy Honda wave 69

Bảng 3.4 Danh mục các phần tử sử dụng trong mô hình 70

Bảng 3.5 Sự thay đổi của các thành phần phát thải, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất chỉ thị khi giữ công suất động cơ không đổi, tốc độ động cơ 3000v/ph 75

Bảng 3.6 Lượng kh HHO cung cấp 80

Bảng 4.1 Chế độ thử nghiệm 100

Bảng 4.2 Lưu lượng kh HHO cung cấp theo vị tr bướm ga và tốc độ động cơ (l t/phút) 103

Bảng 4.3 Mức độ cải thiện công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 106

Bảng 4.4 Mức độ cải thiện Mômen của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 108

Bảng 4.5 Nồng độ phát thải NOx tăng trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 109

Bảng 4.6 Nồng độ phát thải HC giảm trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 110

Bảng 4.7 Nồng độ phát thải CO trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và

xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 113

Bảng 4.8 Nồng độ phát thải CO2 trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng HHO và

xăng HHO k.kh so với khi sử dụng xăng (%) 114

Bảng 4.9 So sánh sử dụng hỗn hợp xăng HHO k.kh và xăng HHO với nhiên liệu

truyền thống xăng (%) 115

Bảng 4.10 So sánh độ tăng công suất và độ giảm suất tiêu hao nhiên liệu khi bổ

sung kh HHO và không kh (so với động cơ nguyên bản) giữa mô phỏng

và thực nghiệm 119

Bảng 4.11 So sánh độ sai lệch các thành phần phát thải NOx, CO và HC khi bổ

sung không kh và không kh (so với động cơ nguyên bản) giữa mô phỏng và thực nghiệm 121

DANH MỤC CÁC NH HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

H nh 1.1 Tỷ lệ phát thải các kh ô nhiễm theo các nguồn phát thải ch nh của Việt Nam

năm 2008 3

H nh 1.2 Tỷ lệ phát thải do các phương tiện cơ giới đường bộ của Việt Nam 4

H nh 1.3 Ảnh hưởng của kh HHO bổ sung đến hiệu suất có ch của động cơ ở các

góc đánh lửa, lưu lượng HHO khác nhau, hỗn hợp đậm 6

H nh 1.4 Ảnh hưởng của kh HHO bổ sung đến hiệu suất có ch của động cơ ở các

góc đánh lửa, lưu lượng HHO khác nhau, hỗn hợp nh t 6

H nh 1.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp hỗn hợp kh hyđrô-ôxy cho động cơ 7

H nh 1.6 Diễn biến hiệu suất có ch và áp suất có ch trung bình theo hệ số dư

n p 8

H nh 1.7 Diễn biến các phát thải ch nh của động cơ theo hệ số dư lượng không kh

và tỷ lệ H2 hay hỗn hợp 2H2 O2 so với tổng lượng kh n p 9

H nh 1.8 Sơ đồ của hệ thống cung cấp kh hyđrô cho động cơ 10

H nh 1.9 Diễn biến hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ theo hệ số dư lượng không

kh khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải cơ 11

H nh 1.10 Diễn biến nồng độ phát thải của động cơ theo hệ số dư lượng không kh

khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải 11

H nh1.11 Diễn biến hiệu suất nhiệt có ch theo hệ số dư lượng không kh ứng với

các lưu lượng kh hyđrô bổ sung 12

H nh1.12 Diễn biến nồng độ phát thải ch nh của động cơ theo hệ số dư lượng

không kh ứng với các lưu lượng kh hyđrô bổ sung 12

H nh 1.13 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến imep và hiệu suất nhiệt có ch khi

có và không có hyđrô bổ sung ở λ=1,2 và 1,4 13

H nh 1.14 Áp suất có ch trung bình và hiệu suất nhiệt có ch của động cơ t i giới

h n cháy nghèo ứng với các tỷ lệ hyđrô khác nhau 13

H nh 1.15 Sự thay đổi nồng độ các phát thải của động cơ theo tỷ lệ hyđrô trong

hỗn hợp khi ho t động ở chế độ nghèo tới h n 14

H nh 1.16 Sự thay đổi mômen và phát thải NO khi bổ sung 2%H2 và 2%H2+1%O2

vào đường n p động cơ 15

H nh 1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sản xuất kh HHO 16

H nh 1.18a Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - kh HHO 17

H nh 1.18b Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Diesel-kh HHO 17

H nh 2.1a Cấu trúc của phân tử nước 27

H nh 2.1b Cấu trúc của phân tử kh HHO 28

H nh 2.2 Giới h n cháy của hyđrô theo nhiệt độ 30

H nh 2.3 Giới h n cháy của một số nhiên liệu ở điều kiện thường 30

H nh 2.4 Các điểm đặc trưng trên đặc t nh tốc độ của ĐCĐT 32

H nh 2.5 Ảnh hưởng của  đến t và i 38

H nh 2.6 Ảnh hưởng của  đến Ne và ge ở động cơ xăng 39

H nh 2.7 Ảnh hưởng của  đến hàm lượng các chất HC, CO và NOx trong kh thải của động cơ xăng 39

H nh 2.8 Đặc t nh của bộ chế hòa kh 40

H nh 2.9 Giới h n cháy của hỗn hợp cháy 46

H nh 2.10 Tốc độ phản ứng dây chuyền 48

H nh 3.1 Cân b ng năng lượng trong xylanh động cơ 52

H nh 3.2 Ngọn lửa tiến gần đến thành xylanh và bắt đầu quá trình cháy sát vách 58

H nh 3.3 Tỷ lệ mol CO t nh toán theo góc quay trục khuỷu 61

H nh 3.4 Tỷ lệ mol CO t nh toán theo giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dư lượng không kh 62

H nh 3.5 Nồng độ HC theo góc quay trục khuỷu và độ dày màng dầu 64

H nh 3.6 Giao diện bổ sung kh HHO (H2 và O2) 68

H nh 3.7 Mô hình mô phỏng động cơ Honda wave 70

H nh 3.8a So sánh đường đặc t nh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu giữa mô phỏng và thực nghiệm t i chế độ 30% tải, động cơ sử dụng nhiên liệu xăng 72

H nh 3.8b So sánh đường đặc t nh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu giữa mô

phỏng và thực nghiệm t i chế độ 30% tải, động cơ sử dụng xăng kh

HHO có bổ sung không kh (xăng HHO k.kh ) 73

H nh 3.9 Sự biến thiên hiệu suất chỉ thị của động cơ theo λ và lưu lượng kh HHO, động cơ vận hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph 74

H nh 3.10 Sự biến thiên công suất động cơ theo λ và lưu lượng kh HHO, động cơ vận hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph 74

H nh 3.11 Sự biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo λ và lưu lượng kh HHO, động cơ vận hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph 75

H nh 3.12 Mức độ cải thiện về hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo lượng HHO cung cấp ở chế độ công suất 1,97kW, tốc độ vòng quay 3000v/ph 75

H nh 3.13 Diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp suất t i λ = 1,4 77

H nh 3.14 Diễn biến nhiệt độ và tốc độ toả nhiệt t i λ = 1,4 77

H nh 3.15 Diễn biến đường đặc t nh ngoài của động cơ xe Honda wave 78

H nh 3.16 Diễn biến tỷ lệ nhiên liệu cháy, áp suất và nhiệt độ trong xylanh theo góc quay trục khuỷu theo các trường hợp 1, trường hợp 2 và trường hợp 3 79 H nh 3.17 So sánh hệ số dư lượng không kh tương ứng với các lo i nhiên liệu khác nhau 80

H nh 3.18 Diễn biến tỷ lệ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung kh HHO không kh vào đường n p ở các góc đánh lửa khác nhau 82

H nh 3.19 Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung kh HHO không kh vào đường n p ở các góc đánh lửa khác nhau 83

H nh 3.20 Diễn biến tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung kh HHO không kh vào đường n p ở các góc đánh lửa khác nhau nhau 84

H nh 3.21 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh động cơ khi bổ sung kh HHO không kh vào đường n p ở các góc đánh lửa khác nhau 85

H nh 3.22 Diễn biến nhiệt độ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung kh HHO không kh vào đường n p ở các góc đánh lửa khác nhau 86

H nh 3.23 Biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng

xăng và hỗn hợp xăng HHO không kh 87

H nh 3.24 Biến thiên nồng độ các thành phần phát thải CO, HC và NOx trong buồng cháy khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng HHO không kh 88

H nh 4.1 Sơ đồ bố tr các thiết bị trong phòng thử nghiệm 91

H nh 4.2 Sơ đồ cung cấp kh HHO cho động cơ 92

H nh 4.3 Đường n p đã cải t o thêm lỗ bổ sung không kh và lỗ phun kh HHO 93

H nh 4.4 Trục cam có lắp thêm trục cảm biến tốc độ quay động cơ 93

H nh 4.5 Lắp cảm biến tốc độ 93

H nh 4.6 Vòi phun kh HHO 94

H nh 4.7 Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu phun kh HHO 95

H nh 4.8 Giao diện chương trình điều khiển quá trình phun kh HHO 95

H nh 4.9 Bộ điều khiển EC kết nối với máy t nh 96

H nh 4.10 Giao diện hệ thống đo suất tiêu hao nhiên liệu AVL-733S 97

H nh 4.11 Tủ phân t ch kh xả CEBII 98

H nh 4.12 Diễn biến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 106

H nh 4.13 Diễn biến Mômen động cơ 107

H nh 4.14 Biến thiên nồng độ NOx khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 109

H nh 4.15 Biến thiên nồng độ HC của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 111

H nh 4.16 Biến thiên nồng độ CO của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 112

H nh 4.17 Biến thiên nồng độ CO2 của động cơ khi sử dụng xăng, xăng HHO và xăng HHO k.kh 114

H nh 4.18 Độ chênh lệch khi sử dụng hỗn hợp( xăng HHO không kh ) so với khi sử dụng (xăng HHO) 115

H nh 4.19 Biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liệu theo lương cung cấp kh HHO 116

H nh 4.20 Biến thiên nồng độ phát thải CO và CO2 theo lƣợng HHO cung cấp 117

H nh 4.21 Biến thiên nồng độ phát thải HC và NOx theo lƣợng kh HHO cung

cấp 117

H nh 4.22 Biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của mô phỏng và thực

nghiệm 118 107

H nh 4.23 Biến thiên nồng độ CO và HC của mô phỏng và thực nghiệm 120

H nh 4.24 Biến thiên nồng độ NOx của mô phỏng và thực nghiệm 120

MỞ ĐẦU

Hiện nay, động cơ đốt trong chiếm trên 80% tổng năng lượng được sản xuất

và sử dụng trên toàn thế giới và là một trong những nguồn gây ô nhiễm không kh chủ yếu T i Việt Nam, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu đi l i tăng nhanh do đó tốc độ tăng trưởng về số lượng phương tiện giao thông luôn ở mức rất cao Với số lượng phương tiện lớn, trong đó có một bộ phận lớn phương tiện sử dụng công nghệ c , l c hậu, có t nh kinh tế nhiên liệu thấp và phát thải ô nhiễm ra môi trường cao, đặc biệt là xe máy; hơn nữa, do tốc độ phát triển phương tiện nhanh nên nhu cầu nhiên liệu đối với phương tiện vận tải c ng ngày một tăng; vấn đề đa

d ng hóa nhiên liệu, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm cho phương tiện vận tải do đó ngày càng trở nên cấp bách

Trong số các nhiên liệu thay thế như sinh khối, nhiên liệu sinh học, kh dầu

mỏ hóa lỏng (LPG), kh thiên nhiên (NG), kh đốt tổng hợp (syngas), kh sinh học (biogas), kh hyđrô, kh Brown (hỗn hợp giữa kh hyđrô và ôxy theo tỷ lệ 2:1 về thể

t ch, hay còn gọi là kh HHO) thì kh hyđrô và kh Brown chiếm ưu thế về t nh

s n có và tái t o được của nguồn nguyên liệu sản xuất, c ng như khi cháy không phát thải ô nhiễm ra môi trường, do vậy đang nhận được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học

Ý tưởng đề ra luận án này là bổ sung khí Brown và không khí vào đ ng c xe máy Honda wave nh m n ng cao tính kinh t khi s d ng nhi n li u x ng và giảm phát thải ô nhi m CO và HC ra môi trư ng

Thừa hưởng những kết quả nghiên cứu về bổ sung hỗn hợp hyđrô ôxy, kh Brown hoặc kh HHO của thế giới trên các động cơ điều khiển phun xăng điện tử với hỗn hợp nhiên liệu nghèo, luận án này tập trung nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng và kh Brown cho động cơ xe máy dùng bộ chế hòa kh – lo i động

cơ phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam nhưng do công nghệ khá l c hậu nên việc điều chỉnh tỷ lệ không kh /nhiên liệu hầu như không thể thực hiện được theo ý muốn

Những nội dung ch nh trong luận án bao gồm:

động cơ xe máy Honda wave sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng

kh Brown

thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng đến t nh năng kỹ thuật của động

cơ Ngoài ra luận án c ng chế t o hệ thống sản xuất kh Brown

nh m chủ động cung cấp kh cho động cơ trong suốt quá trình thực nghiệm

đánh giá mức độ ch nh xác của mô hình lý thuyết, sự đúng đắn của phương pháp nghiên cứu và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu Những kết quả lý thuyết và thực nghiệm đ t được bước đầu trong luận án cho thấy việc bổ sung kh Brown và không kh vào động cơ xe Honda wave là khả thi và có nhiều ưu điểm trong việc cải thiện t nh kinh tế nhiên liệu và góp phần giảm phát thải ô nhiễm CO và HC của động cơ Hệ thống cung cấp kh Brown và không kh cho động cơ xe máy sau khi được tiếp tục hoàn thiện theo hướng tối ưu

k ch thước, kết cấu, đánh giá tác động lâu dài đến động cơ và chú ý đến các điều kiện an toàn của xe thì có thể đưa vào ứng dụng trong thực tiễn

h n cho phép, đòi hỏi chúng ta phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông gây ra [11]

Hình 1.1 thể hiện tỷ lệ phát thải các kh gây ô nhiễm theo các nguồn thải

ch nh của Việt Nam năm 2010, trong đó, phát thải mônôx t cácbon (CO) và hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC) chủ yếu do phương tiện giao thông vận tải gây ra, chiếm lần lượt 85% và 95% tổng phát thải CO và VOC từ tất cả các nguồn [11]

H nh T l phát thải các khí ô nhi m theo các ngu n phát thải chính c a

Vi t Nam n m 8

Về t l phát thải trong các phư ng ti n vận tải đư ng b , xe máy là đ i

tư ng chi m t l CO và VOC g n như tuy t đ i (Hình 1.2) Nguyên nhân dẫn tới

điều này chủ yếu do xe máy là phương tiện sử dụng động cơ xăng, số lượng phương

tiện lớn, trong khi đó hàm lượng công nghệ đối với lo i phương tiện giá r này thấp nên mức phát thải CO và VOC t nh trên đầu phương tiện cao

H nh T l phát thải do các phư ng ti n c gi i đư ng b c a Vi t Nam [11]

Theo số liệu thống kê t nh đến tháng 06/2012, cả nước có 1.475.955 ô tô đang lưu hành, 68.746 ô tô nhập khẩu và lắp ráp trong nước; trong khi có tới khoảng 34 triệu xe máy đang lưu hành và 1.627.183 xe máy sản xuất lắp ráp mới; ngoài ra số lượng các lo i tàu biển khoảng 1.603 chiếc và tàu sông khoảng 255.243

Nh m kiểm soát phát thải của phương tiện cơ giới đường bộ, Việt Nam đã

ch nh thức áp dụng tiêu chuẩn kh thải EURO2 của Châu Âu để h n chế lượng độc

h i phát ra từ ô tô, xe máy từ ngày 01/07/2007 (theo Quyết định số TTg ngày 10/10/2005 của Thủ tướng Ch nh phủ) Quyết định 49/2011-QĐ-TTg ngày 01/09/2011 đã phê duyệt lộ trình kiểm soát phát thải của phương tiện cơ giới đường bộ Theo đó, Việt Nam sẽ áp dụng tiêu chuẩn kh thải EURO 4 năm 2017 và EURO 5 năm 2022 Điều này thể hiện sự quyết tâm của toàn xã hội trong việc bảo

249/2005-QĐ-vệ môi trường

Như vậy, việc nâng cao t nh kinh tế trong sử dụng nhiên liệu, giảm dần sử dụng nhiên liệu hóa th ch và kiểm soát phát thải ô nhiễm ra môi trường là nhiệm vụ hết sức cấp bách nh m t o ra một bầu không kh đô thị s ch hơn và một môi trường

t ô nhiễm Một trong những giải pháp hướng tới các mục đ ch trên đó là bổ sung

kh Brown (hay còn gọi là khí HHO) vào đường n p của động cơ truyền thống Tuy

nhiên, các nghiên cứu bổ sung kh HHO trên thế giới chủ yếu được thực hiện trên các động cơ phun xăng điện tử Trong khi đó, t i Việt Nam lo i động cơ xăng xe máy dùng bộ chế hòa kh là phương tiện chiếm tỷ lệ lớn nhưng chất lượng kỹ thuật thấp và mức tiêu hao nhiên liệu c ng như nồng độ các thành phần kh xả độc h i cao

Xu t phát t các y u c u c a th c ti n n u tr n và khả n ng t sản xu t khí

Brown ph c v nghi n c u, NCS đ ti n hành luận án “Nghiên cứu sự thay đổi

tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown” để ng d ng vi c dùng khí Brown vào đ ng c xe máy nh m giải quy t

v n đề giảm ô nhi m môi trư ng ở Vi t Nam và ti t ki m nhi n li u hóa thạch

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ HHO

1.2.1 T nh h nh nghiên cứu trên thế giới

Radu Chiriac, Trường H Bách khoa Bucharest (năm 2006) cùng cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng kh giàu hyđrô được t o ra từ quá trình điện phân nước (hỗn hợp kh hyđrô-ôxy, kh Brown hay kh HHO; sau đây được gọi thống nhất là kh HHO) trên động cơ 4 xylanh với dung t ch 1,4 l t Kh HHO được phun vào đường n p với các giá trị lưu lượng khác nhau (300, 500, 700 và 850 l t/giờ)

hi hoạt đ ng ở h n h p đậm (Hình 1.3), hiệu suất có ch của động cơ tăng

khi bổ sung kh HHO với lưu lượng không quá lớn (nhỏ hơn 850 l t/giờ) Hiệu suất

có ch của động cơ đ t cực đ i khi lưu lượng của kh HHO là 300 l t/giờ, cao hơn khoảng 7,4% so với động cơ nguyên bản

H nh 3 Ảnh hưởng c a khí HHO bổ sung đ n hi u su t có ích c a đ ng c ở các

góc đánh l a, lưu lư ng HHO khác nhau, h n h p đậm [43]

Hình 1.3 c ng cho thấy r xu hướng giảm góc đánh lửa sớm khi bổ sung kh HHO do tốc độ cháy của hỗn hợp không kh , nhiên liệu kết hợp với kh HHO ở chế

độ hỗn hợp đậm này rất cao

hi hoạt đ ng ở ch đ h n h p nhạt, ở tất cả các giá trị lưu lượng kh HHO

khác nhau, hiệu suất có ch của động cơ đều tăng lên, đ t cực đ i khi lưu lượng kh HHO đ t giá trị 300 l t/giờ, tăng khoảng 50% so với trường hợp sử dụng nhiên liệu xăng (Hình 1.4)

H nh 4 Ảnh hưởng c a khí HHO bổ sung đ n hi u su t có ích c a đ ng c ở các

góc đánh l a, lưu lư ng HHO khác nhau, h n h p nhạt [43]

Ngoài ra, ở chế độ hỗn hợp nh t hơn này, góc đánh lửa sớm có t ảnh hưởng hơn đến hiệu suất có ch của động cơ Tuy nhiên, khi lượng HHO bổ sung càng cao thì cần thiết phải điều chỉnh giảm góc đánh lửa sớm

Changwei Ji, Trường ĐH Công nghệ Bắc Kinh (năm 2011) đã nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp hyđrô-ôxy cho động cơ 4 xylanh, đánh lửa đốt cháy cưỡng bức, dung t ch 1,6 l t Trong nghiên cứu của Changwei Ji, hỗn hợp hyđrô-ôxy không được hòa trộn với nhau từ trước mà chỉ được hòa trộn với nhau trên đường n p thông qua hai hệ thống cung cấp kh riêng biệt [25,26,28] theo sơ đồ bố tr thử nghiệm được thể hiện trên Hình 1.5

H nh 5 S đ tổng thể h th ng cung c p h n h p khí hyđrô-ôxy cho đ ng c

B nh ôxy; Van điều chỉnh áp su t ôxy; 3 Thi t bị đo áp su t ôxy; 4 Thi t bị đo lưu lư ng ôxy;

5 B nh hyđrô; 6 Van điều chỉnh áp su t hyđrô; 7 Thi t bị đo áp su t hyđrô; 8 Thi t bị đo lưu

lư ng hyđrô; 9 Thi t bị đo lưu lư ng khí nạp; Bư m ga; Van không tải; Vòi phun ôxy;

3 B ECU nguy n bản; 4 B ECU m i; 5 Máy tính điều khiển; 6 B nh nhi n li u; 7 Thi t

bị đo lưu lư ng x ng; 8 B m nhi n li u; 9 IC đánh l a; Vòi phun x ng; Van ch ng cháy ngư c; Vòi phun hyđrô; 3 Bugi có gắn cảm bi n áp su t; 4 Cảm bi n ôxy; 5 Ph n tích h

s A/F; 6 ng l y mẫu; 7 Thi t bị ph n tích khí thải; 8 Thi t bị ph n tích quá tr nh cháy; 9

B chuyển đổi A/D; 3 B khu ch đại tín hi u; 3 Cảm bi n t c đ ; 3 Tr c khu u; a Tín hi u t ECU cũ đ n ECU m i; b Tín hi u t máy tính đ n b ECU m i; b Tín hi u t b ECU m i đ n máy tính điều khiển

Thử nghiệm t i tốc độ 1400 vòng/phút, áp suất tuyệt đối đường n p (MAP) được giữ ở giá trị 61,5 kPa, tỷ lệ kh phun vào chiếm 0%, 2% và 4% thể t ch tổng lượng kh n p Nh m mô phỏng việc phun kh HHO vào đường n p, lượng kh hyđrô-ôxy phun vào được điều chỉnh nh m đ t tỷ lệ 2:1 theo thể t ch thông qua điều chỉnh thời gian mở của hai vòi phun Hệ số dư lượng không kh giữ ở giá trị lý

tưởng ( = 1) b ng cách giảm lượng xăng phun vào đường n p Tỷ lệ thể t ch của

HHO = [(Q Hyđrô + Q Ôxy ) / (Q Hyđrô + Q Ôxy + Q Air )] x 100%

Hyđrô = [Q Hyđrô / (Q Hyđrô + Q Air )] x 100%

Kết quả thử nghiệm cho thấy, ở mọi giá trị của hệ số dư lượng không kh , hiệu suất có ch và áp suất có ch trung bình (Bmep) của động cơ tăng khi bổ sung

kh hyđrô và hỗn hợp hyđrô ôxy vào đường n p (Hình 1.6)

H nh 6 Di n bi n hi u su t có ích và áp su t có ích trung b nh theo h s dư

Khi phun kh hyđrô và hỗn hợp hyđrô-ôxy vào đường n p động cơ với tỷ lệ

cùng một tỷ lệ, hiệu suất có ch của động cơ khi phun hỗn hợp hyđrô-ôxy thấp hơn

hợp (xăng không kh hyđrô-ôxy) cao hơn so với (xăng không kh hyđrô) nên làm tăng nhiệt độ cháy trong xylanh, gia tăng tổn thất nhiệt Khi tăng hệ số dư lượng

cho quá trình cháy hoàn toàn hơn ở chế độ này, vì vậy, hiệu suất có ch của động cơ khi phun hỗn hợp hyđrô-ôxy cao hơn khi chỉ phun hyđrô trong vùng hỗn hợp

giá trị của động cơ nguyên bản Ở chế độ này, lượng không kh không đủ để đốt

cháy hết nhiên liệu, vì vậy khi tỷ lệ hyđrô trong kh n p càng lớn, áp suất có ch trung bình của động cơ càng giảm Tuy nhiên, khi phun hỗn hợp hyđrô-ôxy ở mọi

phần ôxy, nhiên liệu có đủ không kh để cháy hoàn toàn giúp nâng cao áp suất có

ch trung bình Qua đó, ta thấy được t nh kinh tế của động cơ khi phun hỗn hợp hyđrô-ôxy vào đường n p cao hơn so với trường hợp chỉ sử dụng nhiên liệu xăng hay chỉ bổ sung thêm kh hyđrô

hyđrô thấp hơn so với trường hợp động cơ nguyên bản Xét ở cùng một hệ số dư lượng không kh , hàm lượng ôxy trong kh n p trong trường hợp có bổ sung hỗn

H nh 7 Di n bi n các phát thải chính c a đ ng c theo h s dư lư ng không khí

Ngoài ra GS Changwei Ji c ng nghiên cứu ảnh hưởng khi sử dụng hỗn hợp xăng và hyđrô đến t nh năng, phát thải của động cơ ở chế độ khởi động, không tải,

việc sử dụng hỗn hợp HHO cho động cơ

Thực nghiệm được tiến hành trên động cơ xăng 4 xylanh, dung t ch 1.6L

do công ty Hyundai sản xuất Hyđrô được điều chế từ quá trình điện phân nước, được chứa trong bình với áp suất 16 MPa, hyđrô phun với áp suất 0,3 MPa, thời điểm đóng và mở vòi phun hyđrô được điều khiển bởi bộ ECU mới (được phát triển

để phục vụ đề tài nghiên cứu) Sơ đồ của hệ thống cung cấp kh hyđrô cho động cơ được thể hiện trong (Hình 1.8)

H nh 8 S đ c a h th ng cung c p khí hyđrô cho đ ng c

B nh ch a hyđrô; Van điều chỉnh áp su t; 3 Thi t bị đo áp su t; 4 Thi t bị đo lưu lư ng hyđrô; 5 Van ch ng cháy ngư c; 6 Vòi phun hyđrô; 7 Bư m ga; 8 Thi t bị đo lưu lư ng khí nạp; 9 Van không tải; ECU nguy n bản; ECU m i; Máy tính;

3 B nh nhi n li u; 4 Đ ng h đo lưu lư ng nhi n li u; 5 B m nhi n li u; 6 Vòi phun nhi n li u; 7 IC đánh l a; 8 Bugi có gắn cảm bi n áp su t; 9 Cảm bi n t c đ quay tr c khu u; B khu ch đại; B chuyển đổi A/D; Máy tính ph n tích đặc tính cháy; 3 Cảm bi n ôxy; 4 Thi t bị tính toán A/F; 5 Đ u lẫy mẫu khí thải; 6 T

ph n tích khí thải Horiba MEXA-7 ; a Tín hi u t b ECU nguy n bản đ n b ECU

m i; b Tín hi u điều chỉnh/điều khiển t máy tính; b Dữ li u t b ECU m i đ n máy tính

Ch đ không tải: khi phun hyđrô vào đường n p và chiếm 3% thể t ch, giá

nhất khi ho t động ở chế độ hỗn hợp nh t, cụ thể t i λ = 1,37, hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ có bổ sung hyđrô cao hơn 46,38% so với động cơ nguyên bản

(Hình1.9)

H nh 9 Di n bi n hi u su t nhi t chỉ thị c a đ ng c theo h s dư lư ng không

khí khi có và không có hyđrô bổ sung ở ch đ không tải

H nh Di n bi n n ng đ phát thải c a đ ng c theo h s dư lư ng không khí

khi có và không có hyđrô bổ sung ở ch đ không tải

Ở chế độ không tải, quá trình cháy sẽ kém hơn, dẫn đến HC và CO tăng, đặc biệt trong điều kiện hỗn hợp nghèo Hyđrô có đặc t nh cháy tốt hơn xăng, vì vậy khi bổ sung hyđrô, sẽ giúp cải thiện quá trình cháy, nên HC và CO đều giảm so với động cơ nguyên bản, những vùng có hỗn hợp nh t nồng độ HC giảm khi bổ sung

kh hyđrô, cụ thể HC giảm 76,44% t i λ = 1,37 Vì ho t động ở chế độ không tải,

nên sau khi bổ sung hyđrô, độ mở của van không tải sẽ giảm, làm giảm lượng không kh đi vào, hỗn hợp thiếu ôxy Thêm vào đó, do lượng kh hyđrô bổ sung trong trường hợp này rất nhỏ, nên những ảnh hưởng của hyđrô đến nhiệt độ quá

Ch đ h n h p nghèo: Kh hyđrô chiếm 3% và 6% thể t ch, hiệu suất nhiệt

có ch của động cơ tăng

H nh Di n bi n hi u su t nhi t có ích theo h s dư lư ng không khí ng v i

các lưu lư ng khí hyđrô bổ sung

H nh Di n bi n n ng đ phát thải chính c a đ ng c theo h s dư lư ng

không khí ng v i các lưu lư ng khí hyđrô bổ sung

Ảnh hưởng c a góc đánh l a s m : khi góc đánh lửa sớm quá lớn (240

trước ĐCT khi λ=1,4) thì công suất động cơ sẽ giảm khi có kh hyđrô bổ sung do thời điểm bắt đầu cháy sớm, dẫn đến hiện tượng vừa cháy vừa nén, nên công dành cho quá trình nén sẽ lớn hơn

H nh 3 Ảnh hưởng c a góc đánh l a s m đ n imep và hi u su t nhi t có ích khi

có và không có hyđrô bổ sung ở λ= , và ,4 Hoạt đ ng ở ch đ h n h p nghèo t i hạn: Động cơ ho t động ở hỗn hợp

nghèo là một giải pháp giúp nâng cao hiệu suất của động cơ Vì vậy hiện nay, phát triển động cơ ho t động ở chế độ nghèo là một trong những hướng phát triển được các nhà khoa học quan tâm Khi có hyđrô bổ sung, giới h n cháy nghèo của động cơ

sẽ được cải thiện, cụ thể giới h n cháy của xăng là λ=1,45 Tuy nhiên khi kh hyđrô chiếm 1%, 3% và 4,5% thể t ch, giới h n cháy nghèo tăng lên lần lượt là λ=1,55; λ=1,97 và λ=2,55 Khi hyđrô chiếm 1% thể t ch, áp suất có ch trung bình và hiệu suất có ch của động cơ lớn nhất, tuy nhiên khi tăng tỷ lệ hyđrô lên 3% và 4,5%, cả hai giá trị này đều giảm do hỗn hợp quá nh t

H nh 4 Áp su t có ích trung b nh và hi u su t nhi t có ích c a đ ng c tại gi i

hạn cháy nghèo ng v i các t l hyđrô khác nhau

Sự thay đổi nồng độ phát thải theo tỷ lệ của hyđrô trong hỗn hợp ở chế độ nghèo tới h n được thể hiện trong hình 1.15

H nh 5 S thay đổi n ng đ các phát thải c a đ ng c theo t l hyđrô trong

h n h p khi hoạt đ ng ở ch đ nghèo t i hạn

0–4,5% thể t ch Do ho t động t i chế độ nghèo tới h n, nên hỗn hợp thừa ôxy, giúp cho quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn

Nghiên cứu của T.D Andrea (năm 2003) cùng cộng sự t i trường đ i học Windsor Canada c ng cho kết quả khá tương đồng với nghiên cứu của Changwei Ji

ở trên

T.D Andrea cùng cộng sự đã bổ sung hỗn hợp kh nén bao gồm 98% không

kh 2% hyđrô và 97% kh nén 2% hyđrô 1% ôxy vào đường n p đã được cải

cho thấy công có ch của động cơ tăng, rút ngắn thời gian cháy và giảm sự dao động trong chu kỳ làm việc khi ho t động ở hỗn hợp nghèo Khi hỗn hợp tiến gần đến nồng độ lý tưởng thì sự thay đổi này là không đáng kể [44]

Khi có ôxy đi cùng với hyđrô, mômen động cơ tăng nh so với trường hợp

động ở chế độ lý tưởng do tốc độ cháy lớn, hàm lượng ôxy trong kh n p lớn (hỗn hợp nh t hơn), được thể hiện trong Hình 1.16

vào đư ng nạp đ ng c

Ngoài các nghiên cứu sử dụng kh HHO trên động cơ xăng, kh HHO còn được nghiên cứu sử dụng trên động cơ Diesel Ali Can Yilmaz và các cộng sự t i trường ĐH Cukurova, Adana Thổ Nhĩ Kỳ (năm 2011) thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp HHO đến đặc t nh động cơ Diesel [19], [21] Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung kh HHO, mômen của động cơ tăng trung bình 19,1%; phát thải CO, HC và suất tiêu hao nhiên liệu giảm trung bình lần lượt là 13,5%, 5%

Nh m đáp ứng được yêu cầu trên, quá trình điện phân nước thu kh HHO được thực hiện nhờ dòng điện một chiều Phương pháp này sử dụng công nghệ đơn

trình bày nguyên lý của thiết bị sản xuất kh HHO dùng trên ô tô

H nh 7S đ nguy n lý c a thi t bị sản xu t khí HHO 55

Nguyên lý ho t động của bình điện phân là sử dụng nguồn điện một chiều của ắc quy được nối với hai điện cực đặt trong nước (Hình 1.17) Hyđrô sẽ xuất hiện ở điện cực âm (catot) và ôxy sẽ xuất hiện ở điện cực dương (anot) Vì vậy, dòng điện đi qua tách nước thành kh hyđrô và kh ôxy Quá trình gồm hai phản ứng xảy ra ở hai điện cực Kh hyđrô sinh ra ở điện cực âm và kh ôxy ở điện cực dương:

Kh HHO sẽ tiếp tục đưa đến bình lọc tách hơi nước nóng, sau đó chuyển tiếp vào đường n p của động cơ

Kh HHO đang được ứng dụng trên phương tiện vận tải ở nhiều nước Năm

2008 Bồ Đào Nha có 300 xe sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng-kh HHO và dầu Diesel-kh HHO đầu tiên và c ng năm 2008 công nghệ phun nhiên liệu HHO được

về phương tiện sử dụng kh HHO

H nh 8a Ô tô s d ng h n h p nhi n li u x ng - khí HHO 52,55

1.2.2 T nh h nh nghiên cứu trong nước

T i Việt Nam, nguồn nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong hiện nay hầu hết là nhiên liệu truyền thống Các nghiên cứu đa d ng hóa nguồn năng lượng nhận được sự quan tâm nhiều nhất là nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế và nhiên liệu tái t o như nhiên liệu sinh học (bioethanol, biodiesel và dầu sinh học); nhiên liệu

kh như kh dầu mỏ hóa lỏng (LPG), kh thiên nhiên nén (CNG) cho động cơ xăng dưới d ng thay thế hoàn toàn hoặc cho động cơ diesel dưới d ng lưỡng nhiên liệu [3], [7], [13]

Các nghiên cứu hướng đến mục tiêu nâng cao t nh kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc h i chủ yếu tập trung vào cải tiến kết cấu, điều chỉnh chế độ vận hành

và xử lý kh thải Việc cung cấp kh hyđrô hay kh HHO vào đường n p nh m giải quyết các vấn đề nêu trên hiện chưa được đề cập trong bất kỳ nghiên cứu nào

1.2.3 Một số vấn đề tồn t i đối với c c nghiên cứu sử dụng khí HHO cho động cơ đốt trong

Hầu hết các nghiên cứu trên thế giới liên quan đến việc bổ sung kh HHO đều được thực hiện trên các đối tượng động cơ có dung t ch khá lớn (nhỏ nhất là

điện tử Kh HHO hoặc hỗn hợp kh hyđrô-ôxy theo tỷ lệ 2:1 về thể t ch (mô phỏng

kh HHO) được cung cấp vào đường n p của động cơ theo nguyên tắc điều chỉnh hệ

số dư lượng không kh lambda một cách tự động nhờ hệ thống điều khiển điện tử Đây ch nh là cơ sở quan trọng để điều chỉnh hỗn hợp làm việc ở các chế độ hỗn hợp nghèo

Trên các đối tượng động cơ phun xăng điện tử này, việc cung cấp kh HHO cho thấy t nh ưu việt về hiệu suất có ch, áp suất có ch và các thành phần phát thải

hợp nghèo, việc bổ sung thêm kh HHO cho động cơ có hiệu quả tốt hơn so với chế

độ hỗn hợp đậm

Đ i v i loại đ ng c x ng c nh , dùng b ch hòa khí th t l không khí/nhi n li u h u như không thể điều khiển đư c theo ý mu n, h s dư lư ng

là đ ng c luôn làm vi c ở h n h p đậm Điều này dẫn đ n tính kinh t nhi n li u

th p do thi u ôxy và các thành ph n phát thải HC và CO cao Vi c nghi n c u bổ sung khí HHO cho đ ng c đ t trong nói chung và đ ng c x ng c nh nói ri ng ở

Vi t Nam hi n chưa có nghi n c u nào đề cập Trong khi các nghi n c u tr n th

gi i cũng chưa đư c th c hi n tr n đ i tư ng đ ng c xe máy dùng b ch hòa khí mang tính đặc thù c a Vi t Nam Đ y chính là đ i tư ng mà luận án tập trung t m hiểu, nghi n c u bổ sung khí HHO nh m giảm ti u hao nhi n li u và các thành

ph n phát thải HC và CO ra môi trư ng

1.3 MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận án là đưa ra được nhận định về sự thay đổi t nh năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng-kh Brown (kh HHO) so với động cơ xăng nguyên bản cả về phương diện lý thuyết và thực

nghiệm, góp phần định hướng sử dụng giải pháp cung cấp kh HHO nh m nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm các thành phần phát thải gây ô nhiễm môi trường cho các động cơ xăng xe máy sử dụng chế hòa kh

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là động cơ xăng của xe máy, lo i động cơ sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bộ chế hòa kh Đây là lo i phương tiện có giá thành

r và phổ biến nhất ở Việt Nam hiện nay Tuy nhiên do có hàm lượng công nghệ thấp nên lo i phương tiện này không có khả năng điều chỉnh tỷ lệ không kh /nhiên liệu một cách tối ưu theo chế độ vận hành, dẫn tới t nh kinh tế nhiên liệu thấp và phát thải CO và HC ra môi trường lớn Đây ch nh là đối tượng cần được cải t o bổ sung kh HHO theo hướng nâng cao t nh kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải

1.3.3 Phương ph p nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được sử dụng để hướng tới mục tiêu và hoàn thiện các nội dung nghiên cứu

Các cơ sở lý thuyết về quá trình nhiệt động của động cơ, quá trình t o hỗn hợp, quá trình cháy và quá trình hình thành phát thải độc h i được phân t ch và tổng hợp Một mô hình mô phỏng nhiệt động học và chu trình công tác của động cơ được xây dựng trên phần mềm mô phỏng AVL-Boost nh m đánh giá t nh năng kỹ thuật của động cơ nghiên cứu khi sử dụng hỗn hợp xăng-kh HHO và định hướng cho quá trình thực nghiệm Các dữ liệu ban đầu và thông số cơ bản của mô hình được lấy từ kết quả đo đ c động cơ trên thực tế

Phương pháp thực nghiệm trong phòng th nghiệm được sử dụng để đánh giá khả năng cung cấp kh HHO cho động cơ và đánh giá ảnh hưởng của việc cung cấp

kh HHO đến t nh năng kỹ thuật của động cơ Các nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên cơ sở đối chứng với trường hợp động cơ nguyên bản sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống Cuối cùng, các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được so sánh với nhau nh m đánh giá độ tin cậy của số liệu sử dụng trong luận án

và t nh xác thực của phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết được các vấn đề đặt ra ở trên, luận án đề cập đến các nội dung

ch nh sau:

ch y cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng-khí HHO;

Honda wave khi sử dụng hỗn hợp xăng và khí HHO;

wave;

1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tập trung đánh giá về mặt lý thuyết và thực nghiệm sự thay đổi

t nh năng kỹ thuật của động cơ xe máy Honda wave khi có bổ sung thêm kh HHO

vào đường n p Do động cơ không có khả năng điều chỉnh tỷ lệ không kh /nhiên liệu nên giải pháp bổ sung thêm không kh đã được luận án áp dụng nh m nâng cao

hệ số dư lượng không kh và phát huy tốt nhất vai trò của kh HHO

Nghiên cứu chỉ mới hoàn thiện được giải pháp cung cấp kh HHO cho động

cơ, đánh giá được các yếu tố liên quan đến đặc t nh cháy, t nh năng kỹ thuật và phát thải của động cơ Các nghiên cứu liên quan đến độ bền, tuổi thọ của động cơ chưa được đề cập trong nghiên cứu này

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Luận án làm sáng tỏ ảnh hưởng của việc cung cấp kh HHO đến t nh năng kỹ thuật của động cơ xăng cỡ nhỏ Trong đó, tác động của kh HHO đến diễn biến áp suất, nhiệt độ, hiệu suất nhiệt và tốc độ tỏa nhiệt trong xilanh được phân t ch kỹ lưỡng thông qua mô hình mô phỏng làm cơ sở cho việc đánh giá ảnh hưởng của kh HHO đến diễn biến công suất, tiêu thụ nhiên liệu và các thành phần phát thải

Luận án đã xây dựng được cơ sở lý thuyết t nh toán hiện đ i dựa trên phần mềm mô phỏng một chiều AVL-Boost cho động cơ xe Honda wave Mô hình mô phỏng được xây dựng đã cho phép đánh giá các giải pháp cung cấp kh HHO cho động cơ, từ đó lựa chọn ra giải pháp cung cấp kh HHO kết hợp với bổ sung không

kh đ t được mục tiêu về nâng cao t nh kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc h i cho động cơ Kết quả của nghiên cứu mô phỏng này đã được luận án kiểm chứng

b ng thử nghiệm thực tế

1.5.2 Tính thực tiễn của đề tài

Luận án góp phần giải quyết một vấn đề cần thiết của thực tiễn là sử dụng nhiên liệu truyền thống một cách tiết kiệm, hiệu quả và giảm mức phát thải ô nhiễm

ra môi trường Hệ thống cung cấp kh HHO vào đường n p của động cơ xe máy, một lo i động cơ xăng phổ biến ở Việt Nam nhưng có hàm lượng công nghệ thấp,

t nh kinh tế kém và phát thải ô nhiễm ra môi trường lớn, sẽ góp phần giải quyết tình

tr ng ô nhiễm nặng nề do lo i phương tiện xe máy đang gây ra ở các thành phố lớn, đặc biệt là ở Hà Nội và Thành phố Hồ Ch Minh Ngoài ra, nhờ sự có mặt của kh HHO, suất tiêu hao nhiên liệu truyền thống đã được cải thiện đáng kể, góp phần nâng cao t nh kinh tế cho xe máy

Việc sản xuất kh HHO từ nước b ng quá trình điện phân và cung cấp trực tiếp cho động cơ là một giải pháp đơn giản, an toàn Một mặt góp phần hiện thực hóa khả năng sản xuất và sử dụng kh HHO nói riêng và kh hyđrô nói chung, mặt khác mở ra một triển vọng mới trong việc tận dụng các nguồn năng lượng tái t o

nh m giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống và sử dụng nhiên liệu truyền thống một cách hiệu quả và t ô nhiễm môi trường Đây là một cách thức tiếp cận mới, có hàm lượng khoa học và t nh thực tiễn lớn

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Nâng cao t nh kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc h i cho động cơ đốt trong nói chung và động cơ đánh lửa cưỡng bức đang lưu hành nói riêng là một trong những nhiệm vụ rất quan trọng và nhận được sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu Ở Việt Nam, xe máy là đối tượng được quan tâm hàng đầu do t nh phổ

biến của nó và do động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa kh nên tiêu hao nhiên liệu cao trong khi đó các thành phần phát thải CO và HC lớn

Một trong những hướng nghiên cứu trên thế giới hướng tới mục tiêu ở trên là

bổ sung kh HHO cho động cơ Theo hướng này, các nghiên cứu đã chứng minh được hiệu quả của việc cải thiện quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa th ch khi có bổ sung kh HHO Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này được thực hiện cho động cơ nhiều xilanh hoặc động cơ 1 xilanh có dung t ch công tác lớn, động cơ sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử

Nghi n c u ảnh hưởng c a vi c cung c p khí HHO đ n tính n ng k thuật

c a đ ng c x ng xe máy dùng b ch hòa khí là c n thi t, có ý ngh a khoa học và

th c ti n l n Đ y là m t hư ng ti p cận l n đ u ti n đư c s d ng ở Vi t Nam Các k t quả nghi n c u có tác d ng định hư ng về mặt khoa học cũng như về th c

ti n trong vi c triển khai các nghi n c u ng d ng giải pháp này m t cách r ng r i

tr n th c t

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP

NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO

2.1 NHIÊN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC

Căn cứ tr ng thái tồn t i ở điều kiện nhiệt độ và áp suất kh quyển, nhiên liệu dùng cho động cơ đốt cháy cưỡng bức thông dụng hiện nay được phân lo i thành nhiên liệu lỏng (xăng, metanol, etanol, benzol, v.v.) và nhiên liệu kh (kh dầu mỏ hóa lỏng, kh thiên nhiên, kh hyđrô, v.v.) Theo tiêu ch nguyên liệu gốc để chế biến, nhiên liệu thường được phân lo i thành nhiên liệu gốc dầu mỏ và nhiên liệu tổng hợp Trong nhiều ấn phẩm chuyên ngành, thường gặp thuật ngữ "nhiên liệu thay thế" được dịch từ thuật ngữ "alternative fuels" hoặc "nonpetroleum fuels" trong tiếng Anh khi đề cập đến các lo i nhiên liệu có thể dùng để thay thế các lo i nhiên liệu gốc dầu mỏ thông dụng như xăng và dầu diesel Hiện nay đã có một danh sách dài các lo i nhiên liệu thay thế và danh sách đó vẫn tiếp tục được bổ sung cùng với

sự phát triển của khoa học-công nghệ Các lo i nhiên liệu thay thế dùng cho động

kh đốt nhân t o, xăng nhân t o, kh dầu mỏ hoá lỏng, kh hyđrô, kh HHO.v.v

V i đ i tư ng và m c ti u nghi n c u thu c luận án, nhi n li u x ng là loại nhi n li u đóng vai trò chính và khí HHO đư c dùng làm nhi n li u bổ sung Sau

đ y tính ch t c a hai loại nhi n li u này đư c gi i thi u

2.1.1 Nhiên liệu xăng

chất và các chất khác [1],[5]

Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của xăng bao gồm: t nh chống k ch nổ, t nh hóa hơi, nhiệt trị, hàm lượng t p chất nhựa, hàm lượng olefin, hàm lượng