Đa ́ nh giá khả năng cung cấp khí HHO cho đô ̣ng cơ

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST

3.2.3 Đa ́ nh giá khả năng cung cấp khí HHO cho đô ̣ng cơ

Hiê ̣u suất chỉ thi ̣ là thông số quan tro ̣ng phản ánh tính kinh tế và tính năng tổng thể của mô ̣t đô ̣ng cơ . (Hình 3.9) trình bày hiệu suất chỉ thị của động cơ theo λ.

Kết quả mô phỏng cho thấy , hiệu suất của động cơ đƣợc cải thiện rõ rệt khi bổ sung khí HHO vào đường nạp . Sự có mă ̣t của hyđrô trong HHO đã làm tăng tốc đô ̣ cháy hỗn hơ ̣p không khí -nhiên liê ̣u, mở rô ̣ng giới ha ̣n cháy và cháy kiê ̣t hơn đã làm cho hiê ̣u suất chỉ thi ̣ của đô ̣ng cơ tăng , tại λ = 1 tăng 2,79%, 5,68% và 8,16% khi bổ sung 2, 4 và 6 lít/phút khí HHO.

Khi hê ̣ số dư lượng không khí càng tăng (hỗn hợp nhạt), hiệu quả của viê ̣c bổ

sung khí HHO càng được thể hiê ̣n rõ nét hơn so với trường hợp đô ̣ng cơ nguyên bản. Cụ thể, tại λ = 1,4 hiệu suất chỉ thị của động cơ tăng 7,78%, 13,86% và 17,08%

khi bổ sung 2, 4 và 6 lít/phút khí HHO.

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

Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo λ và lưu lượng khí HHO đƣợc thể hiện trên (Hình 3.10 và Hình 3.11). Do hiệu suất động cơ đƣợc cải thiện nên công suất động cơ tăng, suất tiêu hao nhiên liệu giảm, tại λ = 1 công suất động cơ tăng 0,96%, 2,11% và 2,94%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,74%, 6,94%

và 9,85% khi bổ sung lần lƣợt 2, 4 và 6 lít khí HHO/phút.

Đặc biệt là hỗn hợp nhạt, tại trường hợp λ = 1,4 công suất động cơ tăng 5,88%, 10,29% và 13,24%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,94%, 13,33% và 16,89%

khi bổ sung lần lƣợt 2, 4 và 6 lít khí HHO/phút.

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Công suất động cơ [kW]

Hệ số dư lượng không khí λ [-]

Xăng

Xăng + 2 HHO Xăng + 4 HHO Xăng + 6 HHO

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

200 220 240 260 280 300 320 340

0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kW.h]

Hệ số dư lượng không khí λ [-]

Xăng

Xăng + 2 HHO Xăng + 4 HHO Xăng + 6 HHO

Hình 3.11 Sự biến thiến suất tiêu hao nhiên liệu theo λ và lưu lượng khí HHO, động cơ vận hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph

Trong trườ ng hơ ̣p giữ nguyên công suất động cơ tại 1,97 kW và tốc độ động cơ 3000 vòng/phút, khi bổ sung khí HHO với lưu lượng 2, 4 và 6 lít/phút, lượng xăng cung cấp trên mỗi chu trình cần điều chỉnh giảm xuống tương ứng . Kết quả mô phỏng cho thấy , hiê ̣u suất chỉ thi ̣ tăng lần lượt là 14%, 18% và 20%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm lần lƣợt 13%, 16% và 19% (Hình 3.12). Sự thay đổi của các thành phần phát thải và các thông số tính năng của đô ̣ng cơ đƣợc thể hiện trong bảng 3.5.

14 18 20

-13 -16 -19

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

1 2 3

Hiệu suất chỉ thị Suất tiêu hao nhiên liệu

HHO (lít/phút)

2 (lít/phút) 4 (lít/phút)

6 (lít/phút)

Mức độ cải thiện (%)

Hình 3.12 Mức độ cải thiê ̣n về hiê ̣u suất chỉ thi ̣ và suất tiêu hao nhiên liê ̣u của động cơ theo lượng HHO cung cấp ở chế độ công suất 1,97kW, tốc độ vòng quay

3000vg/ph

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 Lưu lượng HHO NOx (ppm) CO (ppm) HC (ppm) ge (g/kW.h) Hiệu suất

2 lít/phút + 247% - 95% - 43% - 13% + 14%

4 lít/phút + 322% - 99% - 49% - 16% + 18%

6 lít/phút + 372% - 99% - 57% - 19% + 20%

Hình 3.12 và bảng 3.5 cho thấy khi càng tăng lượng HHO cung cấp cho đô ̣ng cơ các thông số về tính năng của đô ̣ng cơ và các thành phần phát thải CO và HC càng đƣợc cải thiện , tuy nhiên phát thải NO x tăng lên càng lớ n. Với mục tiêu cải thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và các thành phần phát thải CO, HC của động cơ nhưng phát thải NOx không tăng lên quá lớn, lưu lượng HHO cung cấp cho động cơ được đề xuất là 4 lít/phút cho chế độ làm việc này của động cơ. Đây cũng là lưu lƣợng tham khảo để đƣa ra lƣợng HHO cung cấp cho động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.

Từ các kết quả ở trên và nhâ ̣n đi ̣nh về tỷ lê ̣ khí HHO bổ sung được thể hiê ̣n ở

mục 3.2.3, lươ ̣ng HHO được lựa cho ̣n để cung cấp cho đô ̣ng c ơ ở chế đô ̣ vâ ̣n hành toàn tải, tốc đô ̣ vòng quay đô ̣ng cơ 3000v/ph là 4 lít/phút. Tại chế độ này khối lƣợng tổng cô ̣ng của nhiên liê ̣u xăng , không khí và khí HHO cung cấp cho chu trình là

0,106174 g/ct. Do đó tỷ lê ̣ khối lươ ̣ng khí HHO cung cấp cho mỗi chu trình công tác của động cơ chiếm 0,65% tổng khối lươ ̣ng của hỗn hợp . Tỷ lệ này tương ứng với 3% tổng năng lượng khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liê ̣u xăng và khí HHO ở chế

đô ̣ vâ ̣n hành này của đô ̣ng cơ . Đây là tỷ lê ̣ khí HHO bổ sung được sử du ̣ng trong các tính toán tiếp theo cũng nhƣ sử dụng cho quá trình thực nghiệm bổ sung khí HHO trên thƣ̣c tế.

Khảo sát ở trường hợp đô ̣ng cơ làm viê ̣c ở hỗn hợp rất nghèo λ = 1,4 và tốc đô ̣ vòng quay 3000 v/ph ứng với ba giá trị lưu lượng khí HHO cung cấp lần lượt là

2 , 4 và 6 lít/phút cho thấy diễn biến áp suất trong xilanh tăng lần lƣợt 7,78%, 12,09, 14,07% và tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ tăng lần lƣợt 2,39%, 5,13%, 6,01% so với sử dụng xăng , được thể hiê ̣n trên (Hình 3.13). Do tốc độ cháy lớn của HHO nên quá trình cháy của hỗn hợp xăng +khí HHO diễn ra nhanh hơn . Thời gian cháy chính giảm khi tăng lượng khí HHO cung cấp , lần lươ ̣t với 18,31%, 29,17% và 29,29% so với động cơ chỉ sƣ̉ du ̣ng nhiên liê ̣u xăng . Vì vậy, tốc đô ̣ tăng áp suất lớn hơn và thời điểm đạt giá trị áp suất cƣ̣c đa ̣i (PZmax) sớm hơn so với giá trị PZmax của động cơ sử dụng xăng.

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Áp suất trong xylanh [MPa]

Góc quay trục khuỷu [0TK]

Xăng

Xăng + 2 HHO Xăng + 4 HHO Xăng + 6 HHO

Tốcđộ tăng áp suất [MPa/0TK]

Hình 3.13 Diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp suất tại λ = 1,4

Hình 3.14 trình bày diễn biến của nhiệt độ và tốc độ toả nhiệt trong xylanh tại hệ số dư lượng không khí λ = 1,4 và ba mức lưu lượng khí HHO bổ sung. Do tốc độ cháy lớn, quá trình cháy diễn ra sớm hơn, quá trình toả nhiệt trong xylanh diễn ra sớm và nhanh hơn, nên nhiệt độ trong buồng cháy càng tăng khi tăng lưu lượng khí HHO cung cấp . Điều này có thể dƣ̣ đoán rằng thành phần phát thải NO x có thể sẽ tăng lên khi có bổ sung khí HHO.

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400

0 3 6 9 12 15 18 21 24

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Tốc độ toả nhiệt [J/0 TK]

Góc quay trục khuỷu [0TK]

Xăng

Xăng + 2 HHO Xăng + 4 HHO Xăng + 6 HHO

Nhiệtđộ trong xylanh [K]