Nghiên cứu thay đổi tính năng kỹ thuật động cơ đốt cháy cưỡng bức khi dùng hỗn hợp xăng khí HHO

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. TS LÊ ANH TUẤN 2. 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. 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 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 17 1. 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.

Mục tiêu nghiên cứu 18 1. Đối tƣợng nghiên cứu 19 1. 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. Ý nghĩa khoa học 20 1.

Tính thực tiễn của đề tài 21 1.6 KẾT 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 Nhiên liệu xăng 23 2.3 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 2.1 Tốc độ của động cơ 32 2.2 Tải của động cơ 33 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 2.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí 36 2.2 Lý thuyết cháy ở động cơ xăng 41 2.4 KẾT 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 Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyề n thố ng 51 3.2 Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO 66 3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN MÔ 69 HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 3.1 Trình tự chạy mô phỏng 71 3.2 Đánh giá đô ̣ chính xác của mô hình 72 3.3 Đánh giá khả năng cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ 73 3.4 Đánh giá đặc tính ngoài của động cơ 77 v 3.5 Đặc tính cháy của động cơ sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO 78 3.6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ Honda wave mô phỏng 80 3.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp 81 xăng+khí HHO có bổ sung không khí 3.8 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 KẾT 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 THƢ̉ NGHIỆM 91 4.1 Sơ đồ bố trí thƣ̉ nghiệm 91 4.2 Trang thiết bị thực nghiệm 92 4.3 Giới thiệu kết quả sản xuấ t khí HHO 98 4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THƢ̉ NGHIỆM , QUY TRÌ NH THƢ̉ NGHIỆM VÀ 98 CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 4.1 Xác định vùng thử nghiệm 98 4.2 Quy trình thƣ̉ nghiê ̣m 99 4.3 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 ĐÁNH GIÁ 104 4.1 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 104 4.2 Đánh giá chỉ tiêu môi trƣờng 108 4.3 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 4.1 Đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 118 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 5.2 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 Suất tiêu hao nhiên liệu gqtk - Góc quay trục khuỷu HC ppm 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 .2 Nhiệt trị của mô ̣t số loa ̣i nhiên liê ̣u .3 Nhiệt độ tự đánh lửa của hyđrô và nhiên liệu thông dụng .4 Đặc tính của nhiên liệu .5 Điểm chớp cháy của hyđrô và một số nhiên liệu thông dụng .6 Xu hƣớng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu trong tƣơng lai .1 Hệ số của phƣơng trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải .2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx .3 Thông số kỹ thuật động cơ xe máy Honda wave .4 Danh mu ̣c các phần tử sƣ̉ du ̣ng trong mô hình .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 .6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p .1 Chế đô ̣ thƣ̉ nghiê ̣m .2 Lƣu lƣợng khí HHO cung cấp theo vi ̣trí bƣớm ga và tốc độ động cơ (lít/phút) .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 (%) .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 (%) .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 (%) .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 (%) .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 (%) .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 (%) .9 So sánh sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+k.khí và xăng+HHO với nhiên liệu truyền thống xăng (%) .