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

  • Số trang: 164 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 396 |
  • Lượt tải: 0
dangvantuan

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG CAO VĂN TÀI NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG –KHÍ BROWN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT KHÁNH HÒA – 2015 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG CAO VĂN TÀI NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG –KHÍ BROWN Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số : 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS LÊ ANH TUẤN 2. PGS. TS NGUYỄN VĂN NHẬN KHÁNH HÒA – 2015 i 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 kỳ công trình nào khác. Nha Trang, ngày 10 tháng 08 năm 2015 Tác giả luận án Cao Văn Tài ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Khoa sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông , Trường Đại học Nha Trang , đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận á n. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận Trường Đại học Nha Trang đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án . Tôi cũng xin cám ơn PGS. TS Trần Gia Thái , Trưởng khoa Kỹ thuật giao thông và các thầy cô trong khoa đã luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để thực hiện luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Hữu Tuyến, NCS. Nguyễn Duy Vinh, ThS. Nguyễn Thế Trực, KS. Nguyễn Duy Tiến và ThS. Nguyễn Đức Khánh đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và triển khai các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong - Viện Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng nghề Nha Trang cùng các bạn bè đồng nghiệp đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn thành luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Cao Văn Tài iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ và ký hiệu viết tắt vii Danh mục các bảng ix Danh mục các ảnh, hình vẽ và đồ thị xi Mở đầu 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 3 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 5 KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ HHO CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 17 1.2.3. Mô ̣t số vấ n đề tồn tại đố i với các nghiên cƣ́u sử dụng khí HHO cho 17 động cơ đốt trong 1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu 18 1.3.2. Đối tƣợng nghiên cứu 19 1.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 19 1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 20 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 20 1.5.1. Ý nghĩa khoa học 20 1.5.2. Tính thực tiễn của đề tài 21 ́ 1.6 KÊT LUẬN CHƢƠNG 1 21 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 23 iv CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO 2.1 NHIỆN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 23 2.1.1 Nhiên liệu xăng 23 2.1.2 Khí BROWN 26 2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp khí HHO bổ sung và đề xuất phƣơng án 31 2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 32 2.2.1 Tốc độ của động cơ 32 2.2.2 Tải của động cơ 33 2.2.3 Hiệu suất của động cơ 35 2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG +KHÔNG KHÍ VÀ XĂNG +KHÍ 36 HHO+KHÔNG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ 2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí 36 2.3.2 Lý thuyết cháy ở động cơ xăng 41 ́ 2.4 KÊT LUẬN CHƢƠNG 2 49 Chƣơng 3 TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA 50 ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG + KHÍ HHO 3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 51 3.1.1 Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyề n thố ng 51 3.1.2 Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO 66 3.1.3 Nhận xét 68 3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN MÔ 69 HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 3.2.1 Trình tự chạy mô phỏng 71 3.2.2 Đánh giá đô ̣ chính xác của mô hình 72 3.2.3 Đánh giá khả năng cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ 73 3.2.4 Đánh giá đặc tính ngoài của động cơ 77 v 3.2.5 Đặc tính cháy của động cơ sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO 78 3.2.6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ Honda wave mô phỏng 80 3.2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp 81 xăng+khí HHO có bổ sung không khí 3.2.8 Ảnh hƣởng của việc cung cấp khí HHO cho động cơ xăng đ ến công 86 suấ t, tiêu hao nhiên liê ̣u và phát thải ́ 3.3 KÊT LUẬN CHƢƠNG 3 89 Chƣơng 4 THƢ̣C NGHIỆM ỨNG DỤNG KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ 91 XE HONDA WAVE ̉ 4.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ TRANG THIẾT BỊ THƢ NGHIỆM 91 4.1.1 Sơ đồ bố trí thƣ̉ nghiệm 91 4.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm 92 4.1.3 Giới thiệu kết quả sản xuấ t khí HHO 98 ̉ ̉ 4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THƢ NGHIỆM , QUY TRÌ NH THƢ NGHIỆM VÀ 98 CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 4.2.1 Xác định vùng thử nghiệm 98 4.2.2 Quy trình thƣ̉ nghiê ̣m 99 4.2.3 Chọn lƣu lƣợng khí HHO và không khí cung cấ p cho các chế đô ̣ làm 101 viê ̣c của đô ̣ng cơ ́ ́ 4.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐANH GIA 104 4.3.1 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 104 4.3.2 Đánh giá chỉ tiêu môi trƣờng 108 4.3.3 Quan hê ̣ của các thông số kinh tế , kỹ thuâ ̣t và môi trƣờng của đô ̣ng cơ 116 với lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p 4.4 SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 118 4.4.1 Đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 118 4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC và NOx của mô phỏng và thực nghiệm 119 4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO 121 4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 121 vi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 5.1 KẾT LUẬN 123 5.2 KIẾN NGHỊ 124 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC 132 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Diễn giải A/F - Tỷ lệ hỗn hợp AVL-Boost - Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) C ppm Cacbon CO ppm Mônôxit cacbon CO2 ppm Cacbonic COM - Cổng giao tiếp máy tính dạng nối tiếp CP - Chính phủ CEBII - Tủ phân tích khí xả (Combustion Emission Bench) BCHK - Bộ chế hòa khí ĐCĐT - Động cơ đốt trong ĐCT - Điểm chết trên ECU - Bộ điều khiển trung tâm EHC - Bộ điều khiển cung cấ p HHO(Electronic HHO control) EURO - Tiêu chuẩn châu Âu GTVT - Giao thông vận tải ge g/kW.h gqtk - HC ppm Suất tiêu hao nhiên liệu Góc quay trục khuỷu Hyđrôcacbon HHO - Hỗn hơ ̣p khí Hyđrô và ôxy, còn đƣợc gọi là khí Brown H2 - Hyđrô H2 O lít Nƣớc LPG - Khí dầ u mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroium Gas) LNG - Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefild Natural Gas) MP - Mô phỏng MCCT - Môi chất công tác n vg/ph Tốc độ quay động cơ viii Ne kW Công suất động cơ NOx ppm Oxit nitơ N2 - Nitơ O2 - Ôxy Pb - Chì PC - Máy tính ppm - Phần triệu SO2 - Lƣu huỳnh điôxit TN - Thực nghiệm VOC - Hỗn hợp các chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compounds)  - Hệ số dƣ lƣợng không khí (Lambda)  - Khối lƣợng riêng f Độ TK Góc đánh lửa sớm ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tiêu chuẩn TCCS 01:2009/PETROLIMEX quy định giới hạn cho phép đối với 15 chỉ tiêu dành cho xăng RON 92 và xăng RON 95 ................... 25 Bảng 2.2 Nhiệt trị của mô ̣t số loa ̣i nhiên liê ̣u ........................................................... 27 Bảng 2.3 Nhiệt độ tự đánh lửa của hyđrô và nhiên liệu thông dụng ........................ 28 Bảng 2.4 Đặc tính của nhiên liệu .............................................................................. 29 Bảng 2.5 Điểm chớp cháy của hyđrô và một số nhiên liệu thông dụng ................... 29 Bảng 2.6 Xu hƣớng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu trong tƣơng lai ................................... 31 Bảng 3.1 Hệ số của phƣơng trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp 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 mu ̣c các phần tử sƣ̉ du ̣ng 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 , tố c đô ̣ đô ̣ng cơ 3000v/ph .................................................................................................. 75 Bảng 3.6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p ......................................................................... 80 Bảng 4.1 Chế đô ̣ thƣ̉ nghiê ̣m .................................................................................. 100 Bảng 4.2 Lƣu lƣợng khí HHO cung cấp theo vi ̣trí bƣớm ga và tốc độ động cơ (lít/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.khí 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.khí 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.khí 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.khí so với khi sử dụng xăng (%) ............................... 110 x Bảng 4.7 Nồng độ phát thải CO trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO và xăng+HHO+k.khí 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.khí so với khi sử dụng xăng (%) .................................... 114 Bảng 4.9 So sánh sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+k.khí và xăng+HHO với nhiên liệu truyền thống xăng (%) ........................................................................... 115 Bảng 4.10 So sánh đô ̣ tăng công suất và đô ̣ giảm suất tiêu hao nhiên liệu khi bổ sung khí HHO và không khí (so với đô ̣ng cơ nguyên bản ) giữa mô phỏng và thực nghiệm....................................................................................... 119 Bảng 4.11 So sánh đô ̣ sai lê ̣ch các thành phầ n phát thải sung không khí và không khí NOx, CO và HC khi bổ (so với đô ̣ng cơ nguyên bản ) giƣ̃a mô phỏng và thực nghiệm .......................................................................... 121 xi DANH MỤC CÁC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm theo các nguồn phát thải c hính của Việt Nam năm 2008 ..................................................................................................... 3 Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải do các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ của Việt Nam................... 4 Hình 1.3 Ảnh hƣởng của khí HHO bổ sung đến hiệu suất có ích của động cơ ở các góc đánh lửa, lƣu lƣợng HHO khác nhau, hỗn hợp đậm ............................. 6 Hình 1.4 Ảnh hƣởng của khí HHO bổ sung đến hiệu suất có ích của động cơ ở các góc đánh lửa, lƣu lƣợng HHO khác nhau, hỗn hợp nhạt ............................. 6 Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp hỗn hợp khí hyđrô-ôxy cho động cơ ..... 7 Hình 1.6 Diễn biến hiệu suất có ích và áp suất có ích trung bình theo hệ số dƣ lƣợng không khí và tỷ lệ H2 hay hỗn hợp 2H2+O2 so với tổ ng lƣơ ̣ng khí nạp .............................................................................................................. 8 Hình 1.7 Diễn biến các phát thải chính của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí và tỷ lệ H2 hay hỗn hợp 2H2+O2 so với tổ ng lƣơ ̣ng khí na ̣p ................... 9 Hình 1.8 Sơ đồ của hệ thống cung cấp khí hyđrô cho động cơ ............................... 10 Hình 1.9 Diễn biến hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải cơ ................. 11 Hình 1.10 Diễn biến nồng độ phát thải của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải ............................ 11 Hình1.11 Diễn biến hiệu suất nhiệt có ích theo hệ số dƣ lƣợng không khí ứng với các lƣu lƣợng khí hyđrô bổ sung ............................................................. 12 Hình1.12 Diễn biến nồng độ phát thải chính của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí ứng với các lƣu lƣợng khí hyđrô bổ sung ............................... 12 Hình 1.13 Ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến imep và hiệu suất nhiệt có ích khi có và không có hyđrô bổ sung ở λ=1,2 và 1,4 ......................................... 13 Hình 1.14 Áp suất có ích trung bình và hiệu suất nhiệt có ích của động cơ tại giới hạn cháy nghèo ứng với các tỷ lệ hyđrô khác nhau ................................. 13 Hình 1.15 Sự thay đổi nồng độ các phát thải của động cơ theo tỷ lệ hyđrô trong hỗn hợp khi hoạt động ở chế độ nghèo tới hạn........................................ 14 xii Hình 1.16 Sự thay đổi mômen và phát thải NO khi bổ sung 2%H2 và 2%H2+1%O2 vào đƣờng nạp động cơ .............................................................................. 15 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sản xuất khí HHO ...................................... 16 Hình 1.18a Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - khí HHO ................................ 17 Hình 1.18b Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Diesel-khí HHO ................................ 17 Hình 2.1a Cấu trúc của phân tƣ̉ nƣớc ....................................................................... 27 Hình 2.1b Cấu trúc của phân tƣ̉ khí HHO ................................................................ 28 Hình 2.2 Giới hạn cháy của hyđrô theo nhiệt độ ...................................................... 30 Hình 2.3 Giới ha ̣n cháy của một số nhiên liệu ở điều kiện thƣờng .......................... 30 Hình 2.4 Các điểm đặc trƣng trên đặc tính tốc độ của ĐCĐT ................................. 32 Hình 2.5 Ảnh hƣởng của  đến t và i ................................................................... 38 Hình 2.6 Ảnh hƣởng của  đến Ne và ge ở động cơ xăng ........................................ 39 Hình 2.7 Ảnh hƣởng của  đến hàm lƣợng các chất HC, CO và NOx trong khí thải của động cơ xăng ..................................................................................... 39 Hình 2.8 Đặc tính của bộ chế hòa khí ...................................................................... 40 Hình 2.9 Giới hạn cháy của hỗn hợp cháy ............................................................... 46 Hình 2.10 Tốc độ phản ứng dây chuyền................................................................... 48 Hình 3.1 Cân bằ ng năng lƣơ ̣ng trong xylanh đô ̣ng cơ ............................................. 52 Hình 3.2 Ngọn lửa tiến gần đến thành xylanh và bắt đầu quá trình cháy sát vách .. 58 Hình 3.3 Tỷ lệ mol CO tinh toán theo góc quay tru ̣c khuỷu .................................... 61 ́ Hình 3.4 Tỷ lệ mol CO tính toán theo giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dƣ lƣợng không khí ................................................................................................. 62 Hình 3.5 Nồ ng đô ̣ HC theo góc quay tru ̣c khuỷu và đô ̣ dày màng dầ u .................... 64 Hình 3.6 Giao diện bổ sung khí HHO (H2 và O2) .................................................... 68 Hình 3.7 Mô hình mô phỏng đô ̣ng cơ Honda wave ................................................. 70 Hình 3.8a So sánh đƣờng đă ̣c tính công suấ t và suấ t tiêu phỏng và thực nghiệm tại chế độ hao nhiên liê ̣u giƣ̃a mô 30% tải, đô ̣ng cơ sƣ̉ du ̣ng nhiên liê ̣u xăng.......................................................................................................... 72 xiii Hình 3.8b So sánh đƣờng đă ̣c tinh công suấ t và suấ t tiêu ́ phỏng và thực nghiệm tại chế độ hao nhiên liê ̣u giƣ̃a mô 30% tải, đô ̣ng cơ sƣ̉ du ̣ng xăng + khí HHO có bổ sung không khí (xăng+HHO+k.khí) .................................... 73 Hình 3.9 Sự biến thiên hiệu suất chỉ thị của động cơ theo λ và lƣu lƣợng khí HHO , đô ̣ng cơ vâ ̣n hành ở chế đô ̣ toàn tải , 3000v/ph ........................................ 74 Hình 3.10 Sự biến thiên công suất động cơ theo λ và lƣu lƣợng khí HHO , đô ̣ng cơ vâ ̣n hành ở chế đô ̣ toàn tải , 3000v/ph ...................................................... 74 Hình 3.11 Sự biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo λ và lƣu lƣợng khí HHO, đô ̣ng cơ vâ ̣n hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph ................................................. 75 Hình 3.12 Mƣ́c đô ̣ cải thiê ̣n về hiê ̣u suấ t chỉ thi ̣và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u của đô ̣ng cơ theo lƣơ ̣ng HHO cung cấ p ở chế đô ̣ công suấ t 1,97kW, tố c đô ̣ vòng quay 3000v/ph ......................................................................................... 75 Hình 3.13 Diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp suất tại λ = 1,4 ................................ 77 Hình 3.14 Diễn biến nhiệt độ và tốc độ toả nhiệt tại λ = 1,4.................................... 77 Hình 3.15 Diễn biến đƣờng đặc tính ngoài của động cơ xe Honda wave ................ 78 Hình 3.16 Diễn biế n tỷ lê ̣ nhiên liê ̣u cháy , áp suất và nhiệt độ trong xylanh theo góc quay tru ̣c khuỷu theo các trƣờng hơ ̣p 1, trƣờng hơ ̣p 2 và trƣờng hơ ̣p 3. .79 Hình 3.17 So sánh hệ số dƣ lƣợng không khí tƣơng ƣ́ng với các loại nhiên liệu khác nhau.......................................................................................................... 80 Hình 3.18 Diễn biến tỷ lệ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đƣờng nạp ở các góc đánh lửa khác nhau .................................. 82 Hình 3.19 Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đƣờng nạp ở các góc đánh lửa khác nhau ......................................... 83 Hình 3.20 Diễn biến tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đƣờng nạp ở các góc đánh lửa khác nhau nhau ... 84 Hình 3.21 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đƣờng nạp ở các góc đánh lửa khác nhau ............. 85 Hình 3.22 Diễn biến nhiệt độ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đƣờng nạp ở các góc đánh lửa khác nhau ............ 86 xiv Hình 3.23 Biến thiên công suất và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u của động cơ khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng+HHO+không khí ................................................ 87 Hình 3.24 Biến thiên nồng độ các thành phầ n phát thải CO , HC và NO x trong buồng cháy khi sử dụng xăng và hỗn hợp xăng+HHO+không khí ......... 88 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong phòng thử nghiệm ...................................... 91 Hình 4.2 Sơ đồ cung cấp khí HHO cho động cơ ...................................................... 92 Hình 4.3 Đƣờng nạp đã cải tạo thêm lỗ bổ sung không khí và lỗ phun khí HHO ... 93 Hình 4.4 Trục cam có lắp thêm trục cảm biến tốc độ quay động cơ ........................ 93 Hình 4.5 Lắp cảm biến tốc độ .................................................................................. 93 Hình 4.6 Vòi phun khí HHO .................................................................................... 94 Hình 4.7 Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu phun khí HHO ........................... 95 Hình 4.8 Giao diện chƣơng trình điều khiển quá trình phun khí HHO .................... 95 Hình 4.9 Bộ điều khiển EC kết nối với máy tính ..................................................... 96 Hình 4.10 Giao diện hệ thống đo suất tiêu hao nhiên liệu AVL-733S ................... 97 Hình 4.11 Tủ phân tích khí xả CEBII ...................................................................... 98 Hình 4.12 Diễn biến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ................................... 106 Hình 4.13 Diễn biến Mômen động cơ .................................................................... 107 Hình 4.14 Biến thiên nồng độ NOx khi sử dụng xăng, xăng+HHO và xăng+HHO+ k.khí ....................................................................................................... 109 Hình 4.15 Biến thiên nồng độ HC của động cơ khi sử dụng xăng, xăng+HHO và xăng+HHO+k.khí .................................................................................. 111 Hình 4.16 Biến thiên nồng độ CO của động cơ khi sử dụng xăng, xăng+HHO và xăng+HHO+k.khí .................................................................................. 112 Hình 4.17 Biến thiên nồng độ CO2 của động cơ khi sử dụng xăng, xăng+HHO và xăng+HHO+k.khí .................................................................................. 114 Hình 4.18 Độ chênh lệch khi sử dụng hỗn hợp( xăng +HHO+ không khí) so với khi sử dụng (xăng+HHO) ............................................................................ 115 Hình 4.19 Biến thiên công suất và suất tiêu hao nhiên liệu theo lƣơng cung cấp khí HHO ....................................................................................................... 116 xv Hình 4.20 Biến thiên nồng độ phát thải CO và CO2 theo lƣơ ̣ng HHO cung cấp .. 117 Hình 4.21 Biến thiên nồng độ phát thải HC và NOx theo lƣơ ̣ng khí HHO cung cấp .......................................................................................................... 117 Hình 4.22 Biến thiên công suất và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u của mô phỏng và thực nghiệm ................................................................................................... 118 Hình 4.23 Biến thiên nồng độ CO và HC của mô phỏng và thực nghiệm ............. 120 Hình 4.24 Biến thiên nồng độ NOx của mô phỏng và thực nghiệm ....................... 120 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, đô ̣ng cơ đố t trong chiế m trên 80% tổng năng lƣợng đƣơ ̣c sản xuấ t và sử dụng trên toàn thế giới và là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu. Tại Việt Nam , cùng với sự phát triển của nền kinh tế , nhu cầ u đi la ̣i tăng nhanh do đó tố c đô ̣ tăng trƣởng về số lƣơ ̣ng phƣơng tiê ̣n giao thông luôn ở mƣ́c rấ t cao. Với số lƣơ ̣ng phƣơng tiê ̣n lớn , trong đó có mô ̣t bô ̣ phâ ̣n lớn phƣơng tiê ̣n sƣ̉ dụng công nghệ cũ , lạc hậu, có tính kinh tế nhiên liệu thấp và phát thải ô nhi ễm ra môi trƣờng cao, đă ̣c biê ̣t là xe máy ; hơn nƣ̃a, do tố c đô ̣ phát triể n phƣơng tiê ̣n nhanh nên nhu cầ u nhiên liê ̣u đố i với phƣơng tiê ̣n vâ ̣n tải cũng ngày mô ̣t tăng ; vấ n đề đa dạng hóa nhiên liệu, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm cho phƣơng tiê ̣n vâ ̣n tải do đó ngày càng trở nên cấ p bách . Trong số các nhiên liệu thay thế nhƣ sinh khố i , nhiên liệu sinh học , khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (NG), khí đốt tổng hợp (syngas), khí sinh học (biogas), khí hyđrô, khí Brown (hỗn hơ ̣p giƣ̃a khí hyđrô và ôxy theo tỷ lệ 2:1 về thể tích, hay còn go ̣i là khí HHO )....thì khí hyđrô và khí Brown chiếm ƣu thế về tính sẵn có và tái ta ̣o đƣơ ̣c của nguồ n nguyên liê ̣u sản xuấ t , cũng nh ƣ khi cháy không phát thải ô nhiễm ra môi trƣờng , do vậy đang nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ quan tâm lớn của các nhà khoa học. Ý tưởng đề ra luận án này là bổ sung khí Brown và không khí vào động cơ xe máy Honda wave nhằ m nâng cao tính kinh tế khi sử dụng nh iên liê ̣u xăng và giảm phát thải ô nhiễm CO và HC ra môi trường. Thừa hƣởng những kết quả nghiên cứu về bổ sung hỗn hợp hyđrô+ôxy, khí Brown hoặc khí 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 khí Brown cho động cơ xe máy dùng bộ chế hòa khí – loại động cơ phổ biế n nhấ t hiê ̣n nay ở Viê ̣t Nam nhƣng do công nghê ̣ khá la ̣c hâ ̣u nên viê ̣c điề u chỉnh tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u hầ u nhƣ không thể thƣ̣c hiê ̣n đƣơ ̣c theo ý muố n. 2 Những nội dung chính trong luận án bao gồm: 1. Xây dựng mô hình tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật cho động cơ xe máy Honda wave sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng + khí Brown. 2. Chế ta ̣o hê ̣ thố ng cun g cấ p khí Brown cho đô ̣ng cơ và nghiên cƣ́u thƣ̣c nghiê ̣m đánh giá ảnh hƣởng đế n tinh năng kỹ thuâ ̣t của đô ̣ng ́ cơ. Ngoài ra luâ ̣n án cũng chế tạo hệ thống sản xuất khí Brown nhằm chủ động cung cấp khí cho động cơ trong suốt quá trình thực nghiệm. 3. Các kết quả thực nghiệm đƣơ ̣c so sánh với mô hình tính toán, tƣ̀ đó đánh giá mức độ chính xác của mô hình lý thuyết, sƣ̣ đúng đắ n của phƣơng pháp nghiên cƣ́u và đô ̣ tin câ ̣y của kế t quả nghiên cƣ́u . Những kết quả lý thuyết và thực nghiệm đạt đƣợc bƣớc đầu trong luận án cho thấy viê ̣c bổ sung khí Brown và không khí vào động cơ xe Honda wave là khả thi và có nhiều ƣu điểm trong viê ̣c cải thiê ̣n tính kinh tế nhiên liê ̣u và góp phầ n giảm phát thải ô nhiễm CO và HC của động cơ . Hê ̣ thố ng cung cấ p khí Brown và không khí cho đô ̣ng cơ xe máy sau khi đƣơ ̣c tiế p tu ̣c hoàn thiê ̣n theo hƣớng tố i ƣu kích thƣớc, kế t cấ u , đánh giá tác đô ̣ng lâu dài đế n đô ̣ng cơ và chú ý đế n các điề u kiê ̣n an toàn của xe thì có thể đƣa vào ƣ́ng du ̣ng trong thƣ̣c tiễn . 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Các phƣơng tiện vận tải không ngừng phát triển ở nƣớc ta trong khi cơ sở hạ tầ ng giao thông không kip đáp ƣ́ng đã dẫn đế n tình tra ̣ng tắ c đƣờn g nă ̣ng nề , nhấ t là ̣ ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh . Hâ ̣u quả là ô nhiễm môi trƣờng ngày càng báo đô ̣ng do tác đô ̣ng xấ u của chúng đế n sƣ́c khỏe của con ngƣời và hê ̣ sinh thái . Nồ ng đô ̣ các chất độc hại tại một số nút giao thông gần khu dân cƣ ta ̣i Hà Nô ̣i và Thành phố Hồ Chí Minh vào giờ cao điểm đề u vƣợt quá giới hạn cho phép , đòi hỏi chúng ta phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do các phƣơng tiện giao thông gây ra [11]. Hình 1.1 thể hiê ̣n tỷ lê ̣ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồ n thải chính của Việt Nam năm 2010, trong đó , phát thải mônôxít cácbon (CO) và hợp chấ t hƣ̃u cơ bay hơi (VOC) chủ yếu do phƣơng tiện giao thông vận tải gây ra , chiế m lầ n lƣơ ̣t 85% và 95% tổ ng phát thải CO và VOC tƣ̀ tấ t cả các nguồ n [11]. Hình 1.1 Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Viê ̣t Nam năm 2008 Về tỷ lê ̣ phát thải trong các phương tiê ̣n vận tả i đường bộ , xe máy là đố i tượng chiế m tỷ lê ̣ CO và VOC gầ n như tuyê ̣t đố i (Hình 1.2). Nguyên nhân dẫn tới điề u này chủ yế u do xe máy là phƣơng tiê ̣n sƣ̉ du ̣ng đô ̣ng cơ xăng , số lƣơ ̣ng phƣơng
- Xem thêm -