- Nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrô trên động cơ xăng. - Giới thiệu đặc điểm động cơ xăng. - PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT KHÍ GIÀU HYĐRÔ ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ. - NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CUNG CẤP HỖN HỢP KHÍ GIÀU HYĐRÔ CHO ĐỘNG CƠ XĂNG. - Cảm biến tốc độ động cơ. - Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm. - Sự thay đổi của các thành phần phát thải, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nhiệt chỉ thị khi giữ công suất động cơ không đổi. - Hiệu suất nhiệt động cơ khi hỗn hợp đậm. - Hiệu suất nhiệt động cơ khi hỗn hợp nhạt. - Hiệu suất có ích và hiệu suất nhiệt của động cơ theo tốc độ động cơ. - Hiệu suất nhiệt và áp suất có ích trung bình của động cơ theo λ. - Hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ theo λ. - Mô hình tính toán quá trình cháy trong động cơ đốt trong. - Mô hình động cơ thử nghiệm trên AVL Boost. - Giao diện chọn nhiên liệu chính cho động cơ. - Nguyên lý làm việc và hình ảnh cảm biến tốc độ động cơ. - Hiệu suất nhiệt chỉ thỉ của động cơ tại các giá trị λ và lưu lượng khí HHO. - Công suất động cơ tại các giá trị λ và lưu lượng khí HHO. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 30% bướm ga. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 50% bướm ga. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 70% bướm ga. - Hyđrô có thể được sử dụng trên động cơ đốt trong hoặc trên pin nhiên liệu để sản sinh điện năng. - Động cơ đốt trong có thể sử dụng hyđrô như nhiên liệu chính thay cho xăng hoặc có thể sử dụng như một phụ gia nhiên liệu cùng với xăng. - Ngoài ra giới hạn cháy của nhiên liệu này cũng rộng hơn, vì vậy có thể giúp động cơ làm việc ở hỗn hợp nhạt, giúp nâng cao tính kinh tế động cơ. - Với trị số ốc tan lớn, khi sử dụng hyđrô thay thế cho một phần nhiên liệu xăng, động cơ có thể nâng cao tỷ số nén để cải thiện hiệu suất nhiệt. - Do trị số ốc tan của hyđrô lớn nên thường được sử dụng trên động cơ cháy cưỡng bức. - Từ những phân tích trên, em đã chọn đề tài “Sử dụng mô hình hóa nghiên cứu đặc tính làm việc và phát thải của động cơ chạy bằng nhiên liệu khí giàu hyđrô”. - Đề tài nghiên cứu và sử dụng mô hình hóa nhằm giảm bớt sự không ổn định của quá trình cháy nhiên liệu khí giàu hyđrô trên động cơ thực, đồng thời là cơ sở để thiết lập kế hoạch thực nghiệm. - Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đặc tính công suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ chạy với nhiên liệu khí giàu hyđrô bằng phương pháp mô phỏng. - Các nội dung thực hiện của đề tài Tổng quan về nghiên cứu sử dụng khí hyđrô và hỗn hợp khí giàu hyđrô trên động cơ xăng. - Phương pháp sản xuất khí giàu hyđrô để cấp cho động cơ - Phương pháp chuyển đổi nước thành hỗn hợp khí giàu hyđrô để cung cấp cho động cơ. - Nghiên cứu mô phỏng cung cấp hỗn hợp khí giàu hyđrô vào đường nạp cho động cơ xăng. - Hyđrô có thể cháy trực tiếp trong động cơ đốt trong hoặc có thể sử dụng trong pin nhiên liệu (fuel cell) để sản xuất điện năng nhờ quá trình phản ứng giữa H2 và O2 (ngược lại với quá trình điện phân nước). - Giới hạn thành phần hỗn hợp rất loãng nên làm tăng tính kinh tế sử dụng động cơ. - Hơn nữa, khí thải của động cơ chạy bằng nhiên liệu hyđrô rất sạch. - Nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrô trên động cơ xăng 1.3.1. - Giới thiệu đặc điểm động cơ xăng Động cơ xăng còn gọi là động cơ có cacburator, sử dụng nhiên liệu là xăng. - Hệ thống khởi động dùng để khởi động động cơ. - Nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrô trên động cơ xăng Khí giàu hyđrô là hỗn hợp khí gồm tối thiểu hai khí, trong đó có hyđrô. - Vì thế, khí HHO cũng có thể được sử dụng trên động cơ đốt trong bằng cách bổ sung một lượng nhỏ vào đường nạp. - Chiriac cùng cộng sự [1] đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng khí giàu hyđrô (Hydrogen Rich Gas-HRG) trên động cơ 4 xylanh có dung tích 1,4 lít. - Hiệu suất nhiệt động cơ khi hỗn hợp đậm [1] Kết quả nghiên cứu của nhóm này trên hình 1.1 cho thấy, hiệu suất nhiệt có ích của động cơ tăng khi bổ sung khí HHO với lưu lượng không quá lớn (dưới 850 lít/giờ). - Hiệu suất nhiệt động cơ khi hỗn hợp nhạt [1] Trong một nghiên cứu khác, T. - Kết quả là mô men động cơ tăng nhẹ, khoảng 1÷2 Nm. - Sơ đồ dòng điện từ máy phát đến bình điện phân [3] Hình 1.4 thể hiện hiệu suất có ích (ηb) và hiệu suất nhiệt (ηth) của động cơ khi sử dụng bình điện phân B và C so với khi sử dụng xăng. - Khi bổ sung khí HHO vào đường nạp động cơ, ηb và ηth của động cơ tăng lên. - Cụ thể, hiệu suất có ích của động cơ tăng 3% khi sử dụng bình B và 8% khi sử dụng bình C. - Lượng tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ giảm khi có khí HHO bổ sung. - Đường thải của động cơ được lắp thêm bộ xúc tác với hai thành phần chính là đồng và niken. - Hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ theo λ [5]. - Khi bổ sung syngas vào đường nạp, hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ tăng, đặc biệt là ở hỗn hợp nhạt do quá trình cháy diễn ra triệt để hơn. - PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT KHÍ GIÀU HYĐRÔ ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ 2.1. - Khi làm việc ở chế độ toàn tải, nhiệt độ khí thải động cơ xăng ở gần cửa thải có thể đạt 600-700oC. - Sản phẩm của lò phản ứng là hỗn hợp nhiên liệu giàu hyđrô sẽ được đưa qua ống dẫn 6 đi vào đường nạp động cơ. - NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CUNG CẤP HỖN HỢP KHÍ GIÀU HYĐRÔ CHO ĐỘNG CƠ XĂNG 3.1. - Những động cơ kết cấu rất phức tạp cũng có thể được mô hình hóa một cách đơn giản. - Mô phỏng động cơ 2 kỳ, 4 kỳ, động cơ không tăng áp, động cơ tăng áp. - Mô phỏng các chế độ làm việc, ổn định chế độ chuyển tiếp của động cơ. - Tuabin tăng áp (Turbocharge) Dùng cho mô hình động cơ có tuabin tăng áp. - Máy nén khí (Turbo Compressor) 29 Dùng cho mô hình động cơ tăng áp cơ khí. - Phương trình nhiệt động học thứ nhất xét cho mô hình tính toán quá trình cháy trong động cơ đốt trong theo hình 3.1 được viết như sau. - Mô hình tính toán quá trình cháy trong động cơ đốt trong 3.2.2. - C với động cơ phun trực tiếp. - 0,00622 với động cơ phun gián tiếp D – Đường kính xylanh. - [HC] và [O2] là mật độ của HC và O2 (mol/m3), cHC là hằng số điều chỉnh tốc độ phản ứng tùy thuộc từng chế độ, từng loại động cơ. - Mô hình động cơ thử nghiệm trên AVL Boost 1.Lọc khí. - Xylanh động cơ. - Nội dung nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm AVL Boost sẽ chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của khí HHO đến tính năng cũng như phát thải của động cơ tại các chế độ. - Giao diện chọn nhiên liệu chính cho động cơ Hình 3.4. - Chế độ mô phỏng Giữ tốc độ động cơ không đổi tại 3000 vòng/phút, bướm ga mở hoàn toàn. - Giá trị hệ số dư lượng không khí λ, tốc độ động cơ được lấy từ kết quả thực nghiệm (bảng 3.4). - Lượng khí HHO phun ra hoàn toàn được quyết định bởi thời gian phun (độ rộng xung phun) để đảm bảo được chế độ làm việc của động cơ. - Khối tín hiệu từ cảm biến cho phép tính toán được lượng hỗn hợp khí theo các chế độ làm việc của động cơ. - Cảm biến tốc độ động cơ Tốc độ động cơ dùng để tính toán lượng nhiên liệu phun khí HHO vào đường ống nạp và xác định thời điểm phun. - Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ động cơ kiểu cảm ứng cho trên hình 3.12. - Nguyên lý làm việc và hình ảnh cảm biến tốc độ động cơ 3.4.2.8. - Đồng thời với quá trình đó, bộ phận đếm thời gian hoạt động, từ đó tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ. - Hiệu suất nhiệt chỉ thị Hình 3.15 trình bày diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ tại trường hợp λ = 1,4 ứng với ba giá trị lưu lượng khí HHO cung cấp. - Thời gian cháy chính giảm khi tăng lượng khí HHO cung cấp, với và 29,29% so với động cơ nguyên bản. - Diễn biến nhiệt độ và tốc độ tỏa nhiệt tại λ =1,4 Hình 3.17 trình bày hiệu suất nhiệt chỉ thỉ của động cơ xe máy trên phần mềm AVL Boost. - Kết quả mô phỏng đã cho thấy, hiệu suất của động cơ cải thiện rõ rệt khi bổ sung khí HHO vào đường nạp do quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn. - Có thể thấy, tại hỗn hợp nhạt, hiệu suất nhiệt tăng đáng kể so với động cơ nguyên bản. - Cụ thể, tại λ =1,4, hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ tăng và 18,38% khi bổ sung 2, 4 và 6 lít/ phút khí HHO. - Hiệu suất nhiệt chỉ thỉ của động cơ tại các giá trị λ và lưu lượng khí HHO Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo λ và lưu lượng khí HHO được thể hiện trên hình 3.18 và hình 3.19. - Do hiệu suất động cơ được cải thiện, vì vậy công suất động cơ tăng, suất tiêu hao nhiên liệu giảm, đặc biệt là tại hỗn hợp nhạt. - Cụ thể, tại trường hợp λ = 1,4, công suất động cơ tăng và 13,24%. - Công suất động cơ tại các giá trị λ và lưu lượng khí HHO Hình 3.19. - Công suất giữ tại 1,97 kW, tốc độ động cơ 3000 vòng/phút. - Kiểm chứng tính chính xác của mô hình bằng thực nghiệm Các hình 3.23÷3.28 thể hiện giá trị công suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ động cơ theo kết quả mô phỏng và thực nghiệm tại 3 vị trí bướm ga: 20%, 50% và 70%. - Kết quả cho thấy công suất động cơ theo mô phỏng cao hơn so với thực nghiệm, trong khi suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn. - Theo mô phỏng, quá 53 trình cháy diễn ra hoàn toàn, vì vậy hiệu suất cháy cao hơn, dẫn đến công suất động cơ lớn hơn, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ hơn. - Công suất động cơ [kW]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng30% bướm ga Hình 3.23. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 30% bướm ga Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kW.h]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng30% bướm ga Hình 3.24. - Suất tiêu hao nhiên liệu theo mô phỏng và thực nghiệm tại 30% bướm ga Công suất động cơ [kW]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng50% bướm ga Hình 3.25. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 50% bướm ga Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kW.h]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng50% bướm ga Hình 3.26. - Suất tiêu hao nhiên liệu theo mô phỏng và thực nghiệm tại 50% bướm ga Công suất động cơ [kW]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng70% bướm ga Hình 3.27. - Công suất động cơ theo mô phỏng và thực nghiệm tại 70% bướm ga Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kW.h]Tốc độ động cơ [vòng/phút]Thực nghiệmMô phỏng70% bướm ga Hình 3.28. - Kết luận chương 3 AVL-Boost là một công cụ mô phỏng chu trình công tác và quá trình trao đổi khí của động cơ. - Xây dựng thành công mô hình động cơ xe máy sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng-HHO trên phần mềm AVL Boost để đánh giá khả năng nâng cao hiệu suất nhiệt cũng như giảm các thành phần phát thải độc hại. - Nghiên cứu đặc điểm phát thải của động cơ đốt trong dùng nhiên liệu khí thiên nhiên biến đổi phần tử bằng mô hình toán
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt