.5 Lắp đặt vịi phun

Hình 4.7 Cụm đánh lửa tổ hợp gắn trên động cơ

4.2. Bố trí lắp đặt bộ sinh khí trên máy phát đã được cải tạo

4.2.1. Nguyên lý hoạt động của bộ sinh khí HHO

Khi đóng mạch điện (máy biến thế 1 hoặc bình ắc quY) cung cấp cho bình điện phân, nước trong bình điện phân nóng lên, bay hơi theo đường ống đến bình chứa 3.Khí HHO tiếp tục vào bình chứa và khí được nén lại với 1 áp suất nhỏ. Lúc này khoảng khơng trên mặt nước bình chứa có áp suất nên đẩy nước ngược lại xuống bộ điện.

1 - Máy biến áp hoặc bình ắc quy, 2 - Bộ đện phân, 3 - Bình chứa, 4 - Van bi, 5 - Đồng hồ lưu lượng khí, 6 - Van chống cháy ngược OXYGEN, 7 - Van chống cháy

ngược ACETYLENE, 8-Lưu lượng kế, 9 - Tay hàn gió đá

4.2.2.Các phương pháp phun lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO vào động cơ đã cải tạo

a. Phun lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO đã được hòa trộn bằng điều khiển điện tử: * Nguyên lý hoạt động:

Ắc qui (30) phóng điện đi qua 2 điện cực của bộ điện phân (29), để quá trình này được diễn ra ổn định hơn, có thể sử máy biến áp. Nước từ bình chứa (28) sẽ cấp liên tục vào bộ điện phân (29) lúc này, dịng điện đi qua nước (có lẫn tạp chất chất tạo thành dung dịch điện phân) xảy ra quá trình điện phân nước tạo ra hỗn hợp khí H2 và O2. Quá trình gồm hai phản ứng xảy ra ở hai điện cực, hydro sinh ra ở điện cực âm và oxy được sinh ra ở cực dương. Khí sinh ra với áp suất cao được đẩy ngược vào bình chứa (28) dựa vào áp suất đó giúp q trình di chuyển của nước vào bộ điện phân ổn định hơn. Thông qua van giảm áp (27) lượng khí được cấp vào động cơ (9). Trên đường cấp vào buồng đốt động cơ được lắp 2 van chống cháy ngược (24) (25) là thiết bị giúp ngăn ngừa nguy cơ nổ bình khí khi xuất hiện quá trình cháy ngược từ đuốc hàn lan tỏa về van giảm áp hoặc bình khí. Để thuận lời trong việc điều chỉnh lưu lượng khí HHO cấp vào buồng đốt thì chúng sẽ thơng q việc điều chỉnh dịng điện hàn của máy biến áp dựa vào 2 lưu lượng kế (26), (5) được đặt 1 tại sau bình chưa để đo được lượng khí sinh ra của bộ điện phân, 2 tại đầu cổ nạp để đo lưu lượng khí thực tế được cấp vào buồng đốt. Khí được sinh ra từ bộ điện phân thông qua máy hút chân khơng được nén vào bình chứa HHO.

Khí từ 3 bình chứa HHO, CH4, CO2 được hịa trộn theo một tỷ lệ vào bình CNG trước khi cấp vào động cơ.

Hình 4.9 Sơ đồ bố trí

1 – Bình nhiên liệu khí, 2 – Van giảm áp, 3 – Van điện tử, 4 – Lưu lượng kế tổng, 5 – Lưu lượng kế không tải, 6 – Van chỉnh khơng tải, 7 – Vịi phun, 8 – Servo motor, 9 – Động cơ Honda GX200, 10 – Máy phát điện, 11 – Mạch công suất chống nhiễu, 12 – Vi điều khiển Adruno 2560, 13 – Máy tính, 14 – Điều chỉnh độ mở bướm ga, 15 – Điều chỉnh lượng phun bổ sung, 16 – Điều chỉnh góc đánh lửa sớm, 17 – Vi điều khiển bộ tạo tải, 18 – Điều chỉnh tải, 19 – Thiết bị gây tải, 20 – Dimmer, 21 – Servo motor, 22 – Thiết bị đo công suất P, I, V, 23 – Aptomat, 24 – Van chống cháy nổ ngược OXYGEN, 25 – Van chống cháy nổ ngược ACETYLENE, 26 – Lưu lượng kế thu từ máy điện phân, 27 – Van giảm áp, 28 – Bình chứa khí và nước, 29 – Bộ điện phân, 30 – Ắc quy, 31 – Máy hút chân khơng.

* Tính tốn q trình trộn lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO vào bình chứa:

- Dụng cụ gồm có:

+ Đồng hồ áp suất + Ống mềm chịu áp lực

+ Đầu nối tiêu chuẩn vào các bình * Quy trình phối khí:

+ Xã hết khí trong bình CNG (4)

+ Nạp khí CH4 từ bình (1) vào bình (4) để đạt áp suất p1

CH4

+ Nạp CO2 từ bình (2) vào bình (4) để đạt áp suất p3 + Nạp khí HHO từ bình (3) vào bình (4) để đạt áp suất p2

Hình 4.10 Các bình hịa trộn

* Tính tốn thành phần nhiêu liệu Phương trình trạng thái khí lý tưởng

𝑝𝑟𝑖. 𝑉 = 𝑛𝑖𝑅𝑇

Trong đó:

pri: áp suất riêng của khí i

V: thể tích bình hồ trộn (CNG) (4) (m3) n: số mol của khí i (mol)

R: hằng số khí lý tưởng 8.314(J/mol.K) T: nhiệt độ tuyệt đối (k)

Số mol CH4 nạp vào bình:

𝑛𝐶𝐻4 = 𝑝1. 𝑉 𝑅𝑇

Số mol HHO nạp vào bình:

(1) (2) (3) (4)

(4.1)

𝑛𝐻𝐻𝑂 = (𝑝2− 𝑝1)𝑉 𝑅𝑇

Số mol CO2 nạp vào bình:

𝑛𝐶𝑂2 = (𝑝3− 𝑝2)𝑉 𝑅𝑇 Thành phần mol: 𝐶𝐻4 =𝑝1. 100 𝑃3 (%) 𝐻𝐻𝑂 = (𝑝2− 𝑝1).100 𝑝3 (%) 𝐶𝑂2 =𝑝1. 100 𝑝3 (%) Thành phần Biogas: { 𝐶𝐻4 = 𝑝1. 100 𝑝1+ 𝑝3− 𝑝2 (%) 𝐶𝑂2 = 100 − 𝐶𝐻4

Thành phần H2 trong hổn hợp với Biogas:

(𝑝2− 𝑝1).100

𝑝3 (%)

Bảng 4.1 Tỉ lệ hoà trộn các thành phần Biogas và HHO

p1 p2 p3 CH4 HHO CO2 %CH4 BIOGAS

1 2 3 33 33 34 50 M50C50 2 3 4 50 0,25 0,25 70 M70C30 3 4 5 60 20 20 75 M75C25 2 2,5 3 67 17 16 80 M80C20 2 2,5 3,5 60 13 27 73 M73C23 (4.3) (4.4) (4.5) (4.6) (4.7) (4.8) (4.9)

Cân chỉnh các giá p1, p2, p3 để đạt:

+ Thành phần Biogas M6C4, M7C3, và M8C2 + Thành phần HHO: 5%, 10%, 15%, 20%, 30% + Áp suất bình (4) nhỏ hơn 5 Bar

Chúng ta khơng chọn phương pháp hịa trộn này, việc sử dụng và bảo quản HHO với quy mô nhỏ không thuận tiện lắm nên tốt nhất là sử dụng ngay khi điều chế hoặc khi cần mới điều chế. Vì khi điện phân nước, khí HHO sinh ra có thành phần H2 và O2 khi có tỉ lệ 2H:O=2:1 sẽ dẫn đến cháy nổ.

b. Phun nhiên liệu Biogas điều khiển điện tử kết hợp phun trực tiếp nhiên liệu HHO để làm sạch:

* Nguyên lý hoạt động:

Ắc quy (30) phóng điện đi qua 2 điện cực của bộ điện phân (29), để quá trình này được diễn ra ổn định hơn, có thể sử máy biến áp tạo ra dịng 12V. Nước từ bình chứa (28) sẽ cấp liên tục vào bộ điện phân (29) lúc này, dịng điện đi qua nước (có lẫn tạp chất chất tạo thành dung dịch điện phân) xảy ra q trình điện phân nước tạo ra hỗn hợp khí H2 và O2. Quá trình gồm hai phản ứng xảy ra ở hai điện cực, Hydro sinh ra ở điện cực âm và Oxy được sinh ra ở cực dương. Khí sinh ra với áp suất cao được đẩy ngược vào bình chứa (28) dựa vào áp suất đó giúp q trình di chuyển của nước vào bộ điện phân ổn định hơn.

- Phản ứng trên catot: 2 H2O + 2e- → H2 + 2OH- - Phản ứng trên anot: 2 OH- → H2O + 1/2 O2 + 2e- - Tổng quát: 2 H2O + điện năng →2 H2 + O2

Thông qua van giảm áp (27) lượng khí được cấp vào động cơ (9). Trên đường cấp vào buồng đốt động cơ được lắp 2 van chống cháy ngược (24) (25) là thiết bị giúp ngăn ngừa nguy cơ nổ bình khí khi xuất hiện quá trình cháy ngược từ đuốc hàn lan tỏa về van giảm áp hoặc bình khí. Để thuận lời trong việc điều chỉnh lưu lượng khí HHO cấp vào

vào 2 lưu lượng kế (26), (5) được đặt 1 tại sau bình chưa để đo được lượng khí sinh ra của bộ điện phân, 2 tại đầu cổ nạp để đo lưu lượng khí thực tế được cấp vào buồng đốt. Lượng khơng khí thốt ra phụ thuộc vào cường độ dịng điện đi vào bình điện phân, thời gian điện phân, khối lượng nước ban đầu và cả chất xúc tác để tạo ra dung dịch điện phân (NaOH).

Hình 4.11 Sơ đồ bố trí

* Tính tốn lưu lượng không khí đi nạp đi vào động cơ trong kỳ nạp:

𝑄𝑘. 𝑘ℎí =𝜌𝑘. 𝑘ℎí. 𝜋. 𝐷

2𝑘. 𝑘ℎí. 𝑉𝑘. 𝑘ℎí 4

Trong đó: Qk.khí – khối lượng riêng của khơng khí trước ống nạp, 𝜌𝑘. 𝑘ℎí =1.1 - 1.29, kg/m3, chọn 𝜌𝑘. 𝑘ℎí= 1.2 kg/m3.

Dk.khí – Đường kính của đường nạp khơng khí, Dk.khí= 2 mm

Vk.khí – Tốc độ khơng khí đi vào đường nạp, m/s

𝑉𝑘.𝑘ℎí = 𝜑𝑘.𝑘ℎí.. √2. ∆𝑃𝑘.𝑘ℎí 𝜌𝑘.𝑘ℎí

Trong đó : 𝜑𝑘.𝑘ℎí.= Hệ số tốc độ của họng , 𝜑𝑘.𝑘ℎí.= 0.8-0.9. chọn 𝜑𝑘.𝑘ℎí.= 0.8.

∆𝑃𝑘.𝑘ℎí- Độ chân khơng của họng, ∆𝑃𝑘.𝑘ℎí=2-1.5kPa. Chọn ∆𝑃𝑘.𝑘ℎí= 3kPa.

Vk.khí= 𝜑𝑘.𝑘ℎí.. √2.∆𝑃𝜌 𝑘.𝑘ℎí 𝑘.𝑘ℎí = 0.8. √2.3.103 30 = 11.3 (m/s) 𝑄𝑘. 𝑘ℎí =𝜌𝑘.𝑘ℎí.𝜋.𝐷2𝑘.𝑘ℎí.𝑉𝑘.𝑘ℎí 4 .=1,2.3,14.0,002.11,3 4 =0.0021(kg/s)

Lưu lượng khơng khí nạp vào động cơ trong kỳ nạp Qk.khí= 0.0021 (kg/s)

(4.10)

(4.11)

(4.12)

4.2.3 Kết quả thử nghiệm động cơ có bổ sung HHO:

Bảng 4.2 Công suất động cơ và công suất điện sinh ra khi sử dụng Biogas và hỗn hợp lưỡng nhiên liệu Biogas + HHO

Tốc độ động cơ (vg/ph)

Nhiên liệu Công suất điện sinh ra (KW) 2000 Biogas 1.4 Biogas + 10% HHO 1.425 Biogas + 20% HHO 1.45 2400 Biogas 1.55 Biogas + 10 % HHO 1.6 Biogas + 20% HHO 1.65 2800 Biogas 1.8 Biogas + 10% HHO 2 Biogas + 20% HHO 2.1 3600 Biogas 2 Biogas + 10% HHO 2.2 Biogas + 20% HHO 2.3 4000 Biogas 1.9 Biogas + 10% HHO 2.1 Biogas + 20% HHO 2.2

Từ bảng 4.2 Trình bày kết quả chạy thử nghiệm tại từng chế độ khi sử dụng nhiên liệu Biogas và lưỡng nhiên liệu Biogas + HHO với từng áp suất phun khác nhau tăng dần từ 0.3 Kg/cm2 – 0.5 Kg/cm2 và tỉ lệ phần trăm hịa trộn khác nhau. Kết quả cho thấy cơng suất động cơ tăng lên và bên cạnh đó kéo theo máy phát điện sản sinh ra công suất điện cũng theo khi ta cấp bổ sung khí HHO vào đường ống nạp.

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh cơng suất động cơ

Khi bổ sung khí HHO và đường ống nạp, do tốc độ cháy của HHO (265 - 325 cm/s) cao hơn tốc độ cháy sớm của Biogas, vì vậy quá trình cháy sẽ diễn ra sớm hơn, làm mồi cho quá trình cháy tiếp theo, nên hiệu quả của quá trình cháy sẽ được cải thiện, cơng suất động cơ tăng lên từ đó máy phát điện sản sinh ra cơng suất lớn hơn. Vì lượng nhiên liệu đi vào giảm do lượng không khí giảm, nên suất tiêu hao nhiên liệu giảm nhiều hơn độ giảm của công suất khi bổ sung HHO vào đường ống nạp.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 2000 2800 3200 3600 4000

BẢNG SO SÁNH CÔNG SUẤT ĐIỆN SINH RA KHI SỬ DỤNG BIOGAS VÀ BIOGAS + HHO

công suất điện sinh ra sử dụng Biogas

công suất điện sinh ra khi sử dụng lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO

công suất điện sinh ra khi sử dụng lưỡng nhiên liệu biogas + 20% HHO

n (Vg/ph)

Biogas + 10% HHO

Biogas + 20% HHO

KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ

A. Kết luận

Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế chế tạo hệ thống

cung cấp lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO cho động cơ tĩnh tại kéo máy phát điện”. Từ

công đoạn nghiên cứu, tham khảo từ các nguồn tài liệu khác nhau, nghiên cứu lí thuyết và thiết kế chế tạo cho đến khi hoàn thành bài báo cáo, cuối cùng đề tài đã hoàn thành đúng thời hạn. Việc hồn thành đề tài này đã cho chúng tơi nhiều đánh giá quan trọng. Trong quá trình thực hiện đề tài, vì đây là một đề tài khá mới, có sự kết hợp độc lập của việc điều khiển phun hỗn hợp khí và đánh lửa điều khiển bằng điện tử, nó địi hỏi sự hiểu biết rộng về kiến thức không chỉ là chuyên ngành ô tô mà liên quan đến điện - điện tử, nên những bước đầu nhóm thực hiện cịn gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng với sự hỗ trợ tận tình và những lời động viên từ các thầy ThS. Bùi Văn Hùng cùng sự nổ lực, cố gắng, học hỏi không ngừng của tất cả các thành viên trong nhóm, chúng tơi đã hồn thành đề tài đúng tiến độ và thời hạn đề ra.

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp khó khăn về cách tiếp cận cũng như phải học hỏi nhiều kiến thức mới, nhưng qua đó giúp chúng tôi củng cố những kiến thức đã học và lĩnh hội thêm được nhiều kiến thức mới như:

- Hiểu biết rõ hơn về tự động hóa trên ô tô mà cụ thể là hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử.

- Nắm được nguyên lý, chức năng, cấu trúc và các chế độ điều khiển của bộ điều khiển.

- Tăng khả năng tìm kiếm nguồn tài liệu, tin học được nâng cao rõ rệt.

- Trang bị thêm nhiều kỹ năng mềm: kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng giải quyết vấn đề,…

Bên cạnh những điều đã làm được, vẫn còn nhiều vấn đề chưa giải quyết xong. Đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quy định, tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên nội dung đề tài sẽ khơng tránh khỏi những sai sót, rất mong có được góp ý hướng dẫn của q Thầy/Cơ để đề tài được bổ sung và hoàn thiện hơn nữa.

B. Hướng phát triển đề tài

Do giới hạn của đề tài và thời gian thực hiện nên đề tài này chỉ nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống phun lưỡng nhiên liệu Biogas - HHO cho động cơ tĩnh tại,

chứ khơng nghiên cứu về q trình cháy của động cơ. Vì thế, đề tài này có thể được mở rộng nghiên cứu phát triển hơn một số nội dung cụ thể sau:

 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên liệu khí lên các chi tiết như: Piston, xylanh, ảnh hưởng đến tính bôi trơn của nhiên liệu, tính kích nổ trong quá trình cháy.

 Khảo sát quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu khí nhằm có những cải tiến về kết cấu buồng đốt, đường ống nạp, vị trí đặt kim phun, tăng tỷ số nén để nhiên liệu được cháy kiệt hơn, nâng cao công suất của động cơ.

 Lắp đặt hệ thống phun nhiên liệu khí lên các động cơ nhiều xylanh với các công suất vừa và lớn.

C. Kiến nghị

Kết quả thực nghiệm trên động cơ tĩnh tại cho thấy các đặc tính về công suất vẫn đảm bảo, tiết kiệm chi phí nhiên liệu hơn và ít ơ nhiễm hơn. Đó là những bằng chứng thực tế cho tính ưu việt của động cơ này. Hệ thống nhiên liệu mới sẽ góp một phần vào việc bảo vệ môi trường và giảm sức ép hiện tại lên nhiên liệu truyền thống khi các cơ quan chức năng có những quan tâm đúng mức. Điều này cần phải có những chính sách hỗ trợ nghiên cứu để hoàn thiện đề tài và áp dụng rộng rãi trên thực tế. Chắc chắn, những đầu tư này sẽ mang lại lợi nhuận lớn trước mắt cũng như lâu dài. Việc này có thực hiện được hay khơng là địi hỏi các nhà quản lý phải có chính sách hợp lý như áp dụng chuẩn nồng độ khí xả cho xe gắn máy, xe ô tô trên phạm vi cả nước, khuyến khích người dân sử dụng các năng lượng sạch, nghiên cứu thực hiện có hiệu quả những nhược điểm mà trong đề tài đã đề cập đến và nhất là có sự ủng hộ mạnh mẽ từ phía cộng đồng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Xuân Thạch, Lê Minh Tiến, Trương Lê Bích Trâm, Trần Thanh Hải Tùng, Nguyễn Thị Thanh Xuân, “Động cơ LPG”, NXB Giáo Dục Việt Nam, 2013.

[2] Nguyễn Tất Tiến, “Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB Giáo Dục Việt Nam. 2000.

Ứng dụng nhiên liệu Hydrogen

Các phương pháp cơ bản tạo ra HHO