Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown (TT)

1

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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

KHÁNH HÒA – 2015


2

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Nha Trang

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS Lê Anh Tuấn
2. PGS.TS Nguyễn Văn Nhận

Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng
Phản biện 2: PGS.TS. Phan Văn Quân
Phản biện 3: TS. Nguyễn Trường Thành

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp trường
họp tại Trường Đại học Nha Trang

vào hồi ……… giờ, ngày …… tháng ……. Năm 2015
Có thể tìm hiểu luận án tại:

Thư viện Quốc gia
Thư viện Trường Đại học Nha Trang


1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, đô ̣ng cơ đố t trong chiế m trên 80% tổng năng lượng đươ ̣c sản xuấ t và sử du ̣ng
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 trưởng về số
lươ ̣ng phương tiê ̣n giao thông luôn ở mức rấ t cao . Với số lươ ̣ng phương tiê ̣n lớn, trong đó có mô ̣t
bô ̣ phâ ̣n lớ n phương tiê ̣n sử du ̣ng công nghê ̣ cũ , lạc hậu, có tính kinh tế nhiên liệu thấp và phát
thải ô nhiễm ra môi trường cao , đă ̣c biê ̣t là xe máy ; hơn nữa , do tố c đô ̣ phát triể n phương tiê ̣n
nhanh nên nhu cầ u nhiên liê ̣u đố i với phương t iê ̣n vâ ̣n tải cũng ngày mô ̣t tăng ; vấ n đề đa da ̣ng
hóa nhiên liệu, giảm tiêu hao nhiên liê ̣u và giảm phát thải ô nhiễm cho phương tiê ̣n vâ ̣n tải do đó
ngày càng trở nên cấp bách.
Trong số các nhiên liệu thay thế như 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 giữa khí hyđrô và ôxy theo tỷ lê ̣ 2:1 về thể tić h , hay còn go ̣i là khí HHO )....thì
khí hyđrô và khí Brown chiếm ưu thế về tính sẵn có và tái tạo được của nguồn nguyên liệu sản
xuấ t, cũng như khi cháy không phát thải ô nhiễm ra môi trường , do vậy đang nhâ ̣n đươ ̣c sự quan
tâm lớn của các nhà khoa ho ̣c.
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 nhiên liê ̣u xăng và giảm phát thải ô nhiễm CO và
HC ra môi trường.
Thừa hưởng 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 nhưng do công
nghê ̣ khá la ̣c hâ ̣u nên viê ̣c điề u chin̉ h tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u hầ u như không thể thực hiê ̣n
đươ ̣c theo ý muố n.
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 cung cấ p khí Brown cho đô ̣ng cơ và nghiên cứu thực nghiê ̣m đánh
giá ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động 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 được so sánh với mô hình tính toán, từ đó đánh giá mức độ
chính xác của mô hình lý thuyế t , sự đúng đắ n của phương pháp nghiên cứu và đô ̣ tin
câ ̣y của kế t quả nghiên cứu.
Những kết quả lý thuyết và thực nghiệm đạt được bước 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 ưu điểm trong
viê ̣c cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và góp phần 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 đươ ̣c tiế p tu ̣c hoàn thiê ̣n
theo hướng tố i ưu kić h thước , 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 đưa vào ứng du ̣ng trong thực tiễn .


2
Chương 1- TỔNG QUAN
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Các phương tiện vận tải không ngừng phát triển ở n ước ta trong khi cơ sở hạ tầng giao
thông không kip̣ đáp ứng đã dẫn đế n tiǹ h tra ̣ng tắ c đường nă ̣ng nề , nhấ t là ở các thành phố lớn
như Hà Nô ̣i và Thành phố Hồ Chí Minh . Hâ ̣u quả

là ô nhiễm môi trường ngày càng báo động do tác
đô ̣ng xấ u của chúng đế n sức khỏe của con người và
hê ̣ sinh thái [11].
Tỷ lệ phát thải trong các phương tiện vận
tải đường bộ , xe máy là đố i tươ ̣ng chiế m tỷ lê ̣ CO
và VOC gầ n như tuyê ̣t đố i (Hình 1.2), do số lươ ̣ng Hình 1. 2 Tỷ lệ phát thải do các phương tiện
cơ giới đường bộ của Việt Nam [11]
xe máy lớn, trong khi đó hàm lượng công nghệ đối
với loa ̣i phương tiê ̣n này thấ p nên mức phát thải
CO và VOC tính trên đầ u phương tiê ̣n cao.
Nâng cao tính kinh tế trong sử dụng nhiên liệu, giảm dần sử dụng nhiên liệu hóa thạch và
kiể m soát ph át thải ô nhiễm ra môi trường là nhiệm vụ hết sức cấp bách nhằm tạo ra một bầu
không khí đô thị sạch hơn và một môi trường ít ô nhiễm. Mô ̣t trong những giải pháp hướng tới
các mục đích trên đó là bổ sung khí Brown (hay còn gọi là khí HHO) vào đường nạp của động cơ
truyề n thố ng. Tuy nhiên, các nghiên cứu bổ sung khí Brown trên thế giới chủ yếu được thực hiện
trên các đô ̣ng cơ phun xăng điê ̣n tử . Trong khi đó , tại Việt Nam loại đô ̣ng cơ xăng x e máy dùng
bộ chế hòa k hí là phương tiê ̣n chiếm tỷ lệ lớn nhưng chấ t lươ ̣ng kỹ thuâ ̣ t thấ p và mức tiêu hao
nhiên liê ̣u cũng như nồ ng đô ̣ các thành phầ n khí xả đô ̣c ha ̣i cao.
Xuất phát từ các yêu cầu của thực tiễn nêu trên và khả năng tự sản xuấ t khí Brown ph ục
vụ nghiên cứu, NCS đã tiến hành luận án “Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động
cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown” để ứng dụng việc dùng khí
Brown vào động cơ xe máy nhằm giải quyết vấn đề giảm ô nhiễm môi trường ở Việt Nam và tiết
kiệm nhiên liệu hóa thạch.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG
CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
- Radu Chiriac, Trường ÐH Bách khoa Bucharest (năm 2006) cùng cộng sự đã tiến hành
nghiên cứu ứng dụng khí giàu hyđrô đươ ̣c ta ̣o ra từ quá triǹ h điê ̣n phân nước (hỗn hơ ̣p khí hyđrô
+ ôxy) trên động cơ 4 xylanh với dung tích 1,4 lít [43].
- Changwei Ji, Trường ĐH Công nghệ Bắc Kinh (năm 2011) đã nghiên cứu ảnh hưởng

của hỗn hợp hyđrô-ôxy (mô phỏng hỗn hợp khí HHO) cho động cơ 4 xylanh, đánh lửa đốt cháy
cưỡng bức, dung tích 1,6 lít [25,26,28].
Ngoài ra GS. Changwei Ji cũng nghiên cứu ảnh hưởng khi sử dụng hỗn hợp xăng và
hyđrô đến tính năng, phát thải của động cơ ở chế độ khởi động, không tải, hỗn hợp nhạt [27,29].
- T.D’Andrea (năm 2003) cùng cộng sự tại trường đa ̣i ho ̣c Windsor , Canada nghiên cứu
hỗn hợp khí nén bao gồm 98% không khí + 2% hyđrô và 97% khí nén + 2% hyđrô + 1% ôxy vào
đường nạp đã được cải tiến của mô ̣t động cơ 2 xylanh, 4 kỳ, có dung tích là 570 cm3 [44] cũng
cho kế t quả khá tương đồ ng với nghiên cứu của Changwei Ji ở trên.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Các nghiên cứu đa dạng hóa nguồn năng lượng nhận đư
ợc sự quan tâm nhiều nhất là
nghiên cứu sử du ̣ng nhiên liê ̣u thay thế và nhiên liê ̣u tái ta ̣o như nhiên liê ̣u sinh ho ̣c (bioethanol,


3
biodiesel và dầ u sinh ho ̣c ); nhiên liê ̣u khí LPG , khí CNG cho động cơ xăng dưới dạng thay thế
hoàn toàn hoă ̣c cho đô ̣ng cơ diesel dưới da ̣ng lưỡng nhiên liê ̣u [3],[7],[13]. Viê ̣c cung cấ p khí
hyđrô hay khí HHO vào đường nạp nhằ m giải quyế t các vấ n đề nêu trên hiê ̣n chưa được đề cập
trong bấ t kỳ nghiên cứu nào.
1.2.3 Mô ̣t số vấ n đề tồn tại đố i với các nghiên cƣ́u sử dụng khí HHO cho động cơ đốt trong
Hầ u hế t các nghiên cứu trên thế giới liên quan đến việc bổ sung khí hyđrô +ôxy hay khí
HHO đề u đươ ̣c thực hiê ̣n trên các đố i tươ ̣ng đô ̣ng cơ có dung tích khá lớn (nhỏ nhất là 570cm3)
hoă ̣c động cơ có nhiề u xylanh, có hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử.
Đối với loại động cơ xăng cỡ nhỏ , dùng bộ chế hòa khí thì tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u hầ u
như không thể điề u khiển được theo ý muố n , hê ̣ số dư lượng không khí () thường nằ m trong
khoảng 0,80  0,95 và ít khi đạt đến giá trị 1, tức là động cơ luôn làm viê ̣c ở hỗn hợp đậm . Điề u
này dẫn đến tính kinh tế nhiên liệu thấp do thiếu ôxy và các thành phần phát thải HC và CO cao.
Viê ̣c nghiên cứu bổ sung khí HHO cho động cơ đố t trong nói chung và động cơ xăng cỡ nhỏ nói
riêng ở Viê ̣t Nam hiê ̣n chưa có nghiên cứu nào đề cập . Trong khi các nghiên cứu trên thế giới
cũng chưa được thực hiện trên đ ối tượng động cơ xe máy dùng bộ chế hòa khí mang tính đặc thù

của Việt Nam . Đây chính là đố i tượng mà luận án tập trung tìm hiể u , nghiên cứu bổ sung khí
HHO nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và các thành phần phát thải HC và CO ra môi trường.
1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là đưa ra được nhâ ̣n đinh
̣ về sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động
cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng- khí Brown (khí HHO) so với đô ̣ng cơ xăng
nguyên bản cả về phương diện lý thuyết và thực nghiê ̣m.
1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là động cơ xăng của xe máy , loại động cơ sử du ̣ng hê ̣ thố ng cung
cấ p nhiên liê ̣u kiể u bộ chế hòa khí. Đây là loại phương tiện có hàm lượng công nghệ thấp nên loa ̣i
phương tiê ̣n này không có khả năng điề u chỉnh tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u mô ̣t cách tố i ưu theo
chế đô ̣ vâ ̣n hành, dẫn tới tính kinh tế nhiên liệu thấ p và phát thải CO và HC ra môi trường lớn.
1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Lý thuyết: Xây dựng mô hình mô phỏng tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật của
động cơ xe máy Honda wave trên phầ n mề m mô phỏng AVL-Boost.
- Thực nghiệm: Xác định sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ xe máy Honda wave
khi có bổ sung khí HHO vào động cơ.
1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu chỉ mới hoàn thiê ̣n đươ ̣c giải pháp cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ , đánh giá
đươ ̣c các yế u tố liên quan đế n đă ̣c tính cháy , tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ . Các
nghiên cứu liên quan đế n đô ̣ bề n , tuổ i tho ̣ của đô ̣ng cơ, góc đánh lửa sớm chưa đươ ̣c đề câ ̣p trong
nghiên cứu này.
1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Luâ ̣n án góp phầ n làm sáng tỏ ảnh hưởng của viê ̣c cung cấ p khí HHO đế n tiń h năng kỹ
thuâ ̣t của đô ̣ng cơ xăng cỡ nhỏ .
Luâ ̣n án đã xây dựng được cơ sở lý thuyế t tính toán hiê ̣n đa ̣i dựa trên phầ n mề m mô
phỏng một chiều AVL-Boost cho động cơ Honda wave. Kế t quả của nghiên cứu mô phỏng này đã
đươ ̣c luâ ̣n án kiể m chứng bằ ng thử nghiê ̣m thực tế .

4
1.5.2 Tính thực tiễn của đề tài
- Luâ ̣n án góp phầ n giải quyế t mô ̣t vấ n đề cầ n thiế t của thực tiễn là sử du ̣ng nhiê
n liệu
truyền thống mô ̣t cách tiế t kiê ̣m, hiê ̣u quả và giảm mức phát thải ô nhiễm ra môi trường.
- Mở ra một triển vọng mới trong việc tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo nhằm giảm
sự phu ̣ thuô ̣c vào nhiên liệu truyền thống . Đây là một cách thức tiếp cận mới , có hàm lượng khoa
học và tính thực tiễn lớn.
1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
- Nâng cao tiń h kinh tế nhiên liê ̣u và giảm phát thải đô ̣c ha ̣i cho đô ̣ng cơ đố t trong nói
chung và đô ̣ng cơ đánh lửa cưỡng bứ c đang lưu hành nói riêng là mô ̣t trong những nhiê ̣m vu ̣ rấ t
quan tro ̣ng và nhâ ̣n đươ ̣c sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu.
- Đây là mô ̣t hướng tiế p câ ̣n lầ n đầ u tiên đươ ̣c sử du ̣ng ở Viê ̣t Nam . Các kết quả nghiên
cứu có tác d ụng định hướng về mặt khoa học cũng như về thực tiễn trong việc triển khai các
nghiên cứu ứng du ̣ng giải pháp này mô ̣t cách rô ̣ng raĩ trên thực tế .
Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ
ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO
2.1 NHIÊN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC
Với đố i tươ ̣ng và m ục tiêu nghiên cứu thuộc luận án , nhiên liê ̣u xăng là loa ̣i nhiên liê ̣u
đóng vai trò chính và khí HHO đươ ̣c dùng làm nhiên li ệu bổ sung. Sau đây tính chấ t của hai loa ̣i
nhiên liê ̣u này đươ ̣c giới thiê ̣u.
2.1.1 Nhiên liệu xăng
2.1.2 Khí BROWN
Khí Brown hay khí HHO là hỗn hợp của khí hyđrô (H2) và khí ôxy (O2) theo tỷ lệ thể tích
2:1, đươ ̣c sản xuấ t từ nước bằ ng ph ương pháp điê ̣n phân . Khí Brown được Yull Brown nghiên
cứu sản xuất và sử dụng đầu tiên từ năm 1978 [23], [48], [50]. Ngoài tên gọi là khí HHO hay khí
Brown, nó còn tồn tại dưới các tên gọi khác như hỗn hợp khí giàu hyđrô (Hydrogen Rich Gas –
HRG) hoă ̣c khí hydroxygen . Khí HHO được xem là nhiên liệu, chất đốt cho ngành công nghiệp

như hàn xì, đốt sinh nhiệt....
Theo Chris Eckman, trường ĐH Idaho Hoa kỳ , cấ u trúc nguyên tử của nước và khí HHO
có dạng khác nhau . Hình 2.1a thể hiện cấ u trúc của phân tử nước , trong đó hai nguyên tử hyđrô
tạo thành một góc 1070 so với nguyên tử ôxy , điề u này thể hiê ̣n tín h phân cực của nước . Hình
2.1b thể hiê ̣n cấ u trúc phân tử của khí HHO , trong đó hai nguyên tử hyđrô của khí HHO nằm đối
diê ̣n nhau và không có tiń h phân cực
.

Khí HHO là sản phẩm của quá trình điện phân nước nên khí HHO có thành phầ n chính là
hyđrô, còn ôxy là khí tham gia phản ứng cháy nên khí HHO có tiń h chấ t tương tự như khí hyđrô ,
về cơ bản quá trình cháy của khí HHO tương tự như khí hyđrô .
2.1.2.1 Nhiệt trị
Nhiệt trị (QH) là lượng nhiệt năng được giải phóng khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số
lượng nhiên liệu.


5
Bảng 2.2 Nhiệt trị của một số loại nhiên liê ̣u [1]
Nhiên liệu
QHC [kJ/kg]
QHT [kJ/kg]
Hyđrô
141,86
120,00
Xăng
47,50
44,50
2.1.2.2 Nhiệt độ tự cháy và tốc độ cháy
a) Nhiệt độ tự cháy
Nhiê ̣t đô ̣ tự cháy của hyđrô và mô ̣t số loa ̣i nhiên liê ̣u thông du ̣ng đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng

2.3[4], [22, tr.105].
Bảng 2.3 Nhiệt độ tự đánh lửa của hyđrô và nhiên liệu thông dụng
Nhiên liệu
Nhiệt độ tự cháy
Hyđrô
1085 0F (585 0C)
Xăng
450  900 0F (232  482 0C)
b) Tốc độ cháy
Tốc độ cháy là tốc độ mà tại đó màng lửa có thể xuyên qua hỗn hợp cháy. Tốc độ cháy
khác với tốc độ lan tràn màng lửa . Ở điều kiện thường tốc độ cháy của hyđrô là (237cm/s) và
xăng (41,5 cm/s) 44.
2.1.2.3 Điểm chớp cháy và giới hạn cháy
a) Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó nhiên liệu sản sinh đủ hơi để tạo thành hỗn hợ p dễ
bắt lửa với không khí
Bảng 2.5 Điểm chớp cháy của hyđrô và một số nhiên liệu thông dụng
Loại nhiên liệu
Điểm cháy
Hyđrô
< - 423 0F (< - 217 0C; 490K)
Xăng
khoảng - 45 0F (- 7 0C; 280K)
b) Giới hạn cháy
Giới ha ̣n cháy của một khí là khoảng giới hạn tỷ lê ̣ nhiên liệu /không khí nhỏ nhất và lớn
nhất mà hỗn hợp cháy được . Hyđrô có thể cháy ở một khoảng rất rộng trong không khí từ 4% ÷
75%, xăng 1 ÷ 7,6% tại điều kiện thường 2,4, [28, tr.22].
2.1.2.4 Xu hướng thay thế nhiên liệu hóa tha ̣ch
Những nghiên cứu về năng lượng hiện nay cho thấy nguồn tài nguyên xăng dầu chỉ có thể
duy trì trong mô ̣t số thập kỷ tới do tố c đô ̣ khai thác và sử du ̣ng ngày càng tăng . Xu thế thay đổ i

dầ n nhiên liê ̣u hóa tha ̣ch đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 2.6 trong đó nhiên liê ̣u hyđrô sẽ chiế m mô ̣t phầ n
quan tro ̣ng từ năm 2025.
Bảng 2.6 Xu hướng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu trong tương lai, % [22,tr.248]
Nguồn năng lượng
1998
2025
2050
Nhiên liệu hóa thạch
88
62
29
Năng lượng hạt nhân
10
2
2
Hyđrô từ năng lượng mặt trời
7
31
Điện từ năng lượng mặt trời
11
16
Nhiệt từ năng lượng mặt trời
18
22
Năng lượng từ năng lượng mặt trời
2
25
35
Hyđrô
11

34


6
2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp khí HHO bổ sung và đề xuất phƣơng án
Theo các nghiên cứu trên thế giới, nhiên liệu khí ở điều kiện thông thường chiếm chỗ
nhiều hơn trong buồng cháy so với nhiên liệu lỏng. Điều này dẫn tới không gian buồng cháy dành
cho không khí sẽ ít hơn . Ở điều kiện lý tưởng , hyđrô chiếm khoảng 30% thể tić h buồng cháy so
với xăng giá trị này là 1  2% [22, tr.146], [37].
Đối với động cơ xăng xe máy dùng bộ chế hòa khí , lươ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ
cầ n đươ ̣c giới ha ̣n nhằ m đa ̣t đươ ̣c hiê ̣u suấ t nhiê ̣t cao mà công sinh ra trong mỗi chu trình công
tác được giữ nguyên . Lưu lươ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ ở các chế đô ̣ vâ ̣n hành và tỷ lê ̣
khố i lươ ̣ng của khí HHO trên tổ ng khố i lươ ̣ng của hỗn hơ ̣p cung cấ p cho chu triǹ h đươ ̣c lựa cho ̣n
dựa trên kế t quả nghiên cứu lý thuyế t thông qua mô hình mô phỏ ng đươ ̣c trình bày ở chương 3.
2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC
Tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong được đánh giá bằng 3 nhóm thông số sau đây
5,9: tốc độ, tải và hiệu suất.
2.2.1 Tốc độ của động cơ
2.2.2 Tải của động cơ
2.2.3 Hiệu suất của động cơ
2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG + KHÔNG KHÍ VÀ XĂNG + KHÍ HHO +
KHÔNG KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ
2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí
2.3.1.1 Hệ số dư lượng không khí
Một trong những thông số đặc trưng của hỗn hợp c háy có ảnh hưởng quyết định đến tính
năng kỹ thuật cũng như thành phần khí thải là hệ số dư lượng không khí 5:



Gkk

L

L0 L0  Gnl

(2.18)

Trong đó: L0 - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu;
L - lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu; Gkk - lưu lượng không khí đi
qua bộ chế hòa khí; Gnl - lưu lượng xăng đi qua bộ chế hòa khí.
 là đại lượng đặc trưng cho thành phần của hỗn hợp cháy. Hỗn hợp cháy có  < 1 được
gọi là hỗn hợp đậm;  > 1 hỗn hợp nghèo;  = 1 hỗn hợp lý thuyết (hoặc hỗn hợp hoá định
lượng).
 có ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến quá trình cháy và qua đó ảnh hưởng đến tính năng
kỹ thuật và hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ.
2.3.1.2 Ảnh hưởng của lượng khí HHO bổ sung đến đặc tính của bộ chế hòa khí
Hình 2.8 giới thiệu đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí (BCHK) ở động cơ xăng, trên
đó biểu diễn sự ảnh hưởng của lưu lượng không khí đi qua BCHK (Gkk) đến thành phần của hỗn
hợp xăng - không khí ().
BCHK của động cơ xăng trang bị cho xe cơ giới phải đảm bảo cung cấp hỗn hợp cháy
với hệ số dư lượng không khí như sau [5, Tr 332]:
 = 0,4  0,8 ở chế độ không tải;  = 1,07 
1,15 ở các chế độ mở bướm ga tương đối lớn và  =
0,75  0,9 khi mở hết bướm ga.
Yêu cầu trên được thỏa mãn bằng cách trang bị
cho BCHK đơn giản các bộ phận và cơ cấu phụ trợ.
Hình 2.8 Đặc tính của bộ chế hòa khí
Các bộ phận và cơ cấu phụ trợ này sẽ được kích hoạt


7

tùy thuộc độ chân không trong họng (ph) của BCHK và vị trí của bướm ga.
Khí HHO có thể được đưa vào xylanh của động cơ theo các phương án sau đây:
(1) Phun vào đường ống nạp phía sau BCHK, trước xupap nạp.
(2) Phun vào đường ống nạp phía trước BCHK.
(3) Phun trực tiếp vào không gian công tác của xylanh.
Phương án (3) không hợp lý về nhiều phương diện vì cần phải trang bị bổ sung máy nén
khí HHO đến áp suất nhất định, việc đảm bảo chống lọt khí HHO ra môi trường xung quanh sẽ
khó khăn và với chi phí cao hơn, v.v.
Trong trường hợp khí HHO được phun vào ở vị trí trước BCHK
(phương án 2), Gkk sẽ
giảm do khí HHO "chiếm chỗ" của không khí tuy nhiên Gnl lại phụ thuộc vào tổng lượng không
khí và khí HHO đi qua họng, điề u này dẫn tới lươ ̣ng G nl lớn hơn so với yêu cầ u , tức là hỗn hơ ̣p sẽ
đâ ̣m lên ( giảm) và càng đậm khi lượng HHO cung cấ p càng lớn . Trong phương án 1, do khí
HHO có áp suấ t lớn hơn áp suấ t môi trường nên sẽ làm giảm đô ̣ chân không ở ho ̣ng của BCHK
(ph giảm), dẫn tới lươ ̣ng nhiên liê ̣u đươ ̣c phun vào ho ̣ng sẽ giảm xuố ng . Nế u coi tổ ng lươ ̣ng môi
chấ t cung cấ p cho đô ̣ng cơ là không đổ i ta ̣i mô ̣t chế đô ̣ làm viê ̣c ổ n đinh
̣ nào đó của đô ̣ng cơ thì
khi bổ sung khí HHO sẽ làm G kk giảm xuống. Viê ̣c giảm đồ ng thời cả G nl và G kk là cơ sở để có
thể khẳ ng đinh
̣ rằ ng phương án 1 có lợi điểm hơn so với phương án 2 về hê ̣ số dư lươ ̣ng không
khí. Tức là hướng tới hỗn hơ ̣p nha ̣t hơn khi có bổ sung khí HHO.
Từ phân tích ở trên phương án cung cấ p khí HHO vào đường ống nạp phía sau BCHK
đươ ̣c lựa cho ̣n . Trong trườ ng hơ ̣p  giảm khi bổ sung khí HHO thì cần thiết phải bố trí một vòi
phun không khí vào sau BCHK nhằ m cải thiê ̣n  của hỗn hợp . Nếu bổ sung không khí nhiều 
càng lớn (hòa khí càng nhạt) nhiệt tỏa ra ít, cháy rớt càng kéo dài, hiệu quả sinh công giảm làm
giảm tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ. Ngược lại, nếu  quá nhỏ hòa khí rất đậm, nhiên
liệu cháy không hết làm giảm tính kinh tế của động cơ và tăng thành phần ô nhiễm ra môi trường.
Do đó, để nhiên liệu được cháy hoàn toàn, hiệu suất đạt cao nhất  =1,05  1,1 5, tr 154.
2.3.2 Lý thuyết cháy ở động cơ xăng
Thành phần nhiên liệu Hydrocarbon mang công thức dưới dạng CxHyOz (các chỉ số x, y

và z là số lượng các nguyên tử Cacbon, Hyđrô và ôxy của một phân tử nhiên liệu).
Quá trình cháy là phản ứng hóa học diễn ra rất nhanh trong đó các chất phản ứng (nhiên
liệu CxH y + không khí (O2 + 3,78N2) + khí sót) biến đổi thành " sản phẩm cháy" Phương trình
cháy tổng quát được viết dưới dạng phương trình hóa học có tính đến công thức hóa học ban đầu
của chất cháy.
Đối với hỗn hợp lý thuyết giữa không khí khô và Hydrocacbon CxHy, ta có thể viết như
sau:



y
y 
 y
C x H y   x  O2  3,78 N 2   xCO2    H 2 O  3,78 x   N 2  H c
4
4 
2




(2.20)

Trong đó:  Hc - là nhiệt lượng Q, xác định độ biến đổi enthalpy. Độ biến đổi enthalpy này tính từ
công thức:
Ti

H c  Q   Cp.dT

(2.21)

Ti

Cách giải đơn giản phương trình (2.20) được thực hiện theo các phương trình cân bằng
nhiệt động học có trong các phản ứng.


8
- Phương trình cháy hỗn hợp xăng (octane -C8H18) / không khí.
C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) yCO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q
(2.22)
Cân bằng theo C:
C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q
(2.22a)
Cân bằng theo H:
C8H18 +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + a(3,78N2) + Q
(2.22b)
Cân bằng theo O2:
C8H18 +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + a(3,78N2) + Q
(2.22c)
Cân bằng theo N2:
C8H18 +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 9H2O + 12,5(3,78N2) + Q
(2.22d)
=>Ta có hệ số tương đương  = 12,5; y = 8 ; z = 9; a = 12,5
Tỷ lệ hỗn hợp A/F.
Tỷ lệ hỗn hợp A/F là tỉ số của khối lượng không khí cần thiết dùng để đốt cháy hoàn toàn
1 kg nhiên liệu. Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng A/F =khối lượng không khí/khối lượng nhiên liệu.
A/F octane (C8H18).
A/F = [12,5.(16.2 + 3,78.14.2)]/(12.8 + 1.18) =15,11
- Quá trình cháy hỗn hợp xăng+khí HHO/không khí trong động cơ xăng.

Quá trình cháy của hỗn hợp xăng+khí HHO/ không khí trong buồng đốt động cơ xăng gần
giống như quá trình cháy của hỗn hợp xăng/không khí.
C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) yCO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q
(2.23)
Cân bằng theo C:
C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + zH2O + a(3,78N2) + Q
(2.23a)
Cân bằng theo H:
C8H18 + HHO +  (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + a(3,78N2) + Q
(2.23b)
Cân bằng theo O2:
C8H18 + HHO +12,5 (O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + a(3,78N2) + Q
(2.23c)
Cân bằng theo N2:
C8H18 + HHO + 12,5(O2 + 3,78N2 ) 8CO2 + 10H2O + 12,5(3,78N2) + Q
(2.23d)
=>Ta có hệ số tương đương  = 12,5; y = 8 ; z = 10; a = 12,5
Tương tự như trên A/F octane (C8H18) + HHO:
A/F = [12,5.(16.2 + 3,78.14.2) +16] / [(12.8 + 1.18) + (1+1)] =14,99
Việc bổ sung khí HHO vào hỗn hợp làm cho khối lượng không khí nạp vào động cơ (A/F
=14,99) ít hơn khối lượng không khí lý thuyết (A/F =15,11). Về mă ̣t thực tiễn trên đô ̣ng cơ dùng
chế hòa khí, lươ ̣ng nhiên liê ̣u cung cấ p cho đô ̣ng cơ trong trường hơ ̣p có bổ sung khí HHO có thể
giảm, tuy nhiên mức giảm là không đáng kể so với mức giảm lươ ̣ng không khí sa ̣ch cung cấ p cho
đô ̣ng cơ do khí HHO chiế m chỗ nên nhiên liệu sẽ cháy không hoàn toàn. Viê ̣c bổ sung không khí
khi cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo cho quá triǹ h cháy diễn ra mô ̣t
cách hoàn toàn, đây là cơ sở để đảm bảo giảm tiêu hao nhiên liê ̣u và cắ t giảm đô ̣ng thời các thành
phầ n phát thải CO và HC từ đô ̣ng cơ.
2.3.2.1 Lý thuyết cháy do nhiệt
Lý thuyết cháy do nhiệt lý giải sự hình thành những trung tâm cháy đầu tiên là nhờ gia tốc
dương của phản ứng toả nhiệt, tức là sự phát triển các phản ứng chỉ dựa vào nhiệt năng do bản

thân của các phản ứng tạo ra để tự sấy nóng và làm tăng tốc phản ứng.
Cháy của một hỗn hợp cháy được chứa trong không gian công tác của xylanh với những
dữ liệu sau đây: V - thể tích của không gian công tác, A - diện tích vách xylanh, T0 - nhiệt độ của


9
vách xylanh, T - nhiệt độ của hỗn hợp cháy, p - áp suất trong xylanh, w - tốc độ phản ứng hoá
học, QH - nhiệt trị của hỗn hợp cháy, k - hệ số trao đổi nhiệt giữa hỗn hợp cháy và vách xylanh.
Tốc độ toả nhiệt của các phản ứng cháy (q1) và tốc độ truyền nhiệt cho vách xylanh (q2)
có thể được biểu diễn như sau :
q1 = wh . QH
(2.24)
q2 = k . A . ( T - T0 )
(2.25)
Tốc độ cháy nhiên liệu ở động cơ phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hoá học của nhiên liệu
và vận tốc độ lan truyền ngọn lửa.
Mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng hoá học (wh) của nhiên liệu với ôxy và các đại lượng
liên quan có thể biểu diễn bằng công thức dưới đây [44]:

wh  F  p  e
N



Ea
RT

(2.26)

Trong đó : F - hằng số, phụ thuộc vào tính chất lý hoá của hỗn hợp cháy; p - áp suất; T nhiệt độ; N - đại lượng đặc trưng cho thứ tự các giai đoạn của phản ứng; E a - năng lượng kích

hoạt; R - hằng số của chất khí.
2.3.2.2 Lý thuyết cháy do phản ứng dây chuyền
Phản ứng dây chuyền giữa hyđrô (H2) và ôxy (O2) với sự tham gia của nhân tố thứ ba (M)
có thể diễn ra như sau :
- Phát sinh phần tử hoạt tính và phản ứng dây chuyền:
H2 + M  2H + M
H2 + O2 + M  2OH + M
- Phân nhánh dây chuyền :
H + O2  OH + O
OH + H2  H2O + H
O + H2  OH + H

- Đứt nhánh dây chuyền :
H M 

1
H2  M
2

O  H 2  M  H 2O  M

Tốc độ phát triển của phản ứng dây chuyền và quá trình cháy do phản ứng dây chuyền có
thể được biểu diễn như sau [5]:
w  w0 .e wh .
(2.27)
Trong đó: w - tốc độ phản ứng dây chuyền; w0 - tốc độ ban đầu của phản ứng phụ thuộc
vào nồng độ ban đầu của các phần tử hoạt tính; wh - tốc độ phản ứng hoá học hai phần tử;  thời gian.
2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Với một động cơ cho trước (Vs, i,  = const), hoạt động ở cùng chế độ tốc độ (n, m =
const) thì áp suất có ích trung bình (pe), công suất có ích (Ne), mômen quay (Me) và suất tiêu hao

nhiên liệu (ge) sẽ được quyết định bởi: lượng nhiên liệu chu trình (gct), nhiệt trị của nhiên liệu
(QH) và hiệu suất chỉ thị (i). Việc bổ sung khí HHO vào thành phần hỗn hợp cháy sẽ làm thay
đổi cả 3 thông số kể trên (gct, QH và i), qua đó sẽ ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ
xăng chạy bằng hỗn hợp xăng - khí HHO.
Việc bổ sung khí HHO vào hỗn hợp cháy làm cho khối lượng không khí nạp vào động cơ
(A/F =14,99) sẽ ít hơn khối lượng không khí lý thuyết (A/F =15,11) nên nhiên liệu sẽ cháy không
hoàn toàn, do đó trong khí thải sẽ có thêm các sản phẩm khác, như: CO, HC, C... Cầ n phải bổ


10
sung không khi cho đô ̣ng cơ nhằ m bù trừ cho lươ ̣ng không khí bi ̣chiế m chỗ bởi khí HHO cung
cấ p cho đô ̣ng cơ dùng chế hòa khí . Đây là yêu cầ u cầ n thiế t để đảm bảo cho quá trình cháy đươ ̣ c
diễn ra hoàn toàn.
Chương 3 -TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ XE
HONDA WAVE KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG + KHÍ HHO
Tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong trước đây dựa vào các
phương trình toán 5, 9 để thực hiện, tuy nhiên kết quả đạt được có nhiều hạn chế. Ngày nay có
nhiều phương pháp tính toán nhờ sự trợ giúp của máy tính, để quá trình tính sát với thực tế hơn.
Theo thống kê từ cơ sở dữ liệu các bài báo đăng trên tạp chí SAE, trong vài thập kỷ qua,
các phần mềm được sử dụng trong mô phỏng phổ biến nhất theo thứ tự:
(1). KIVA; (2). AVL BOOST; (3). STAR-CD và (4). FLUENT
Trong đó, AVL Boost là phần mềm thương mại hóa, có độ chính xác cao, được kiểm tra,
nâng cấp hàng năm. Ngoài ra AVL Boost được trang bị cho các trường trọng điểm như: trường
ĐHBK tp HCM, trường ĐHBK Hà Nội.... Với lý do đó, NCS chọn phần mềm AVL Boost xây
dựng tính toán sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ xe máy Honda Wave sử dụng hỗn
hợp xăng- khí Brown (khí HHO).
3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE
3.1.1 Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyền thố ng
3.1.1.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất
Trong trường hợp cụ thể thì việc tính toán quá trình cháy trong động cơ đốt trong được

dựa trên phương trình nhiệt động học thứ nhất [15]:
d mc .u 
dQ
dm
dV dQF
  pc .

  w  hBB . BB
d
d d
d
d

(3.1)

3.1.1.2 Tính toán quá trình cháy
Quá trình cháy đươ ̣c tính toán d ựa trên phương trình nhiệt động học thứ nhất của mô hình
cháy vibe 2 vùng. Nhiệt động học của mô hình vùng cháy và vùng không cháy đươ ̣c thể hiê ̣n lầ n
lươ ̣t theo các phương triǹ h 3.3 và 3.4

dQ¦Wb
dm
d (mb ub )
dV dQ
dm
  pc . b  F  
 hu . b  hBB ,b . BB ,b
d
d
d

d
d
d

(3.3)

dQ
dm
d (mu uu )
dV
dQF
dm
  pc . u 
  ¦Wu  hu . B  hBB ,u . BB ,u
d
d
d
d
d
d

(3.4)

Chỉ số: b vùng cháy; u vùng không cháy
3.1.1.3 Tính toán truyền nhiệt
3.1.1.4 Tính toán phát thải
3.1.2 Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO
Khi dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng +khí HHO cho xe máy Honda wave , hầ u hế t các biểu
thức dùng trong động cơ xăng đươ ̣c giữ nguyên . Tuy nhiên trong đó , các đại lượng liên quan đến
lươ ̣ng nhiên liê ̣u cấ p , nhiê ̣t tri ̣thấ p của nhiên liê ̣u , tố c đô ̣ cháy… có thêm thành phầ n liên quan

đến nhiên liệu khí HHO (hyđrô và ôxy)
Sau đây triǹ h bày biể u thức tiń h toán hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí , tố c đô ̣ tỏa nhiê ̣t trong
xilanh của đô ̣ng cơ và mô hình sử du ̣ng hai loại nhiên liệu là xăng và khí HHO.
- Hệ số dư lượng không khí () của hỗn hợp nhiên liệu xăng +khí HHO được tính theo


11
công thức sau 44:



dm / dt kk
(dm / dt ) xăng .( A / F ) xăng  (dm / dt ) HHO .( A / F ) HHO

(2.35)

Trong đó (dm/dt)kk, (dm/dt)xăng và (dm/dt)HHO lầ n lươ ̣t là lưu lươ ̣ng không khí , nhiên liê ̣u
xăng và khí HHO ; (A/F)xăng và (A/F)HHO là tỷ lệ không khí /nhiên liê ̣u lý tưởng của xăng và khí
HHO.
- Qui luật cháy và tốc độ tỏa nhiệt
Thông số rất quan trọng của quá trình cháy là qui luật cháy . Trong số các qui luật cháy
tìm ra qua thực nghiệm thì qui luật cháy của Vibe được công nhận rộng rãi và cũng từ đó tìm
được tốc độ cháy dx/dφ và tốc độ tỏa nhiệt dQ/dφ 9:
 dx 
 dx 
dQ
(3.36)
 ( g ct ) xăng .(QH ) xăng .
 ( g ct ) HHO .(QH ).



d
 d  xăng
 d  HHO
Trong đó: gct-lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình; QH-nhiệt trị thấp của nhiên liệu;
dx/dφ -tốc độ cháy . Các chỉ số “xăng” hay “HHO” lần lượt thể hiện đại lượng liên quan đến
nhiên liê ̣u xăng và khí HHO.
- Mô hình hỗn hợp nhiên liệu
Đối với mô hình hỗn hợp 2 loại nhiên liệu , hình thành hỗn hợp bên ngoài xylanh như
đô ̣ng cơ xăng có cung cấ p khí HHO vào đường na ̣p , nhiên liê ̣u đươ ̣c cung cấ p vào 2 phầ n tử vòi
phun, trong đó vòi phun số 1 thể hiê ̣n vòi phun nhiên liê ̣u xăng (chế hòa khí), vòi phun số 2 thể
hiện vòi phun khí HHO . Do khí HHO là hỗn hơ ̣p khí gồm hai thành phần hyđrô và ôxy nên cầ n
khai báo 2 thành phần này theo tỷ lệ lần lươ ̣t là 0,1111 và 0,8889 theo khố i lươ ̣ng
3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN MÔ HÌNH MÔ
PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động cơ xe máy Honda wave
Stt
Thông số kỹ thuật
1 Kiểu động cơ
Đánh lửa cưỡng bức
2 Số xylanh
1
3 Đường kính xylanh
50mm
4 Hành trình piston
49,5mm
5 Dung tích xylanh
97 cm3
6 Tỉ số nén
9:1

7 Góc mở sớm xupáp nạp
20
8 Góc đóng muộn xupáp nạp
250
9 Góc mở sớm xupáp xả
330
10 Góc đóng muộn xupáp xả
00
11 Góc đánh lửa sớm
150 + điề u chỉnh DC-CDI
12 Bộ chế hòa khí (đường kính ống Venturi)
16mm
13 Công suất cực đại
5,1 kW/8000rpm
14 Mômen cực đại
7 N.m/5500rpm
Mô hiǹ h đô ̣ng cơ xe máy Honda wave có bổ sung khí HHO và không khí xây dựng trên
chương trình phầ n mề m mô phỏng AVL-Boost đươ ̣c thể hiê ̣n trên (Hình 3.7)


12

Hình 3.7 Mô hình mô phỏng
động cơ Honda wave
1. Lọc khí;
2. Phần tử cản dòng;
3. Bộ chế hoà khí;
4. Vòi phun khí HHO;
5. Xylanh động cơ;
6. Bình ổn áp (bình tiêu âm).

Trong mô hình này không khí đi qua điều kiện biên thứ nhất (SB1) trước khi được lọc thông
qua bầu lọc khí (CL1). Nhiên liệu chính (xăng) được cung cấp thông qua bộ chế hoà khí, được ký
hiệu là I1, khí HHO được phun vào đường nạp thông qua vòi phun khí, ký hiệu là I2. Hỗn hợp
xăng+khí HHO+không khí được hút vào trong xylanh (C1) và thực hiện quá trình cháy. Sản
phẩm của quá trình cháy được thải ra ngoài môi trường (SB2) sau khi đi qua bình ổn áp (bộ tiêu
âm – PL1).
3.2.1 Trình tự chạy mô phỏng
Dựa trên các nghiên cứu của thế giới đối với các động cơ xăng có dải tốc độ vòng quay tương
tự đối tượng thử nghiệm thì lượng khí HHO được cung cấp thường nằm trong khoảng từ 2 đến 14
lít/phút, trong đó chỉ ra rằng với lượng cung cấp từ 2 đến 6 lít/phút cho hiệu suất nhiệt cao nhất
khi hệ số dư lượng không khí được giữ nguyên. Đây là cơ sở để lựa chọn lượng HHO cung cấp
cho đối tượng nghiên cứu là 2lít/phút, 4lít/phút và 6lít/phút. Ngoài ra, do đặc thù vận hành của xe
máy Honda Wave, các chế độ mô phỏng được lựa chọn hướng tới bao trùm vùng làm việc phổ
biến của động cơ và định hướng cho các chế độ chạy thực nghiệm trên băng thử sau này.
- Bước1: Bướm ga mở hoàn toàn, điều chỉnh giữ tốc độ động cơ không đổi tại 3000
vòng/phút, góc đánh lửa sớm ban đầu 150gqtk. Lưu lượng khí HHO cung cấp lần lượt:
2 lít/phút (tương ứng với 0,000347 g/ct, ký hiệu: Xăng + 2 HHO);
4 lít/phút (tương ứng với 0,000694 g/ct, ký hiệu: Xăng + 4 HHO);
6 lít/phút (tương ứng với 0,001041 g/ct, ký hiệu: Xăng + 6 HHO).
Thay đổ i tỷ lê ̣ không khí /nhiên liê ̣u nhằ m đánh giá tác đô ̣ng của viê ̣c cung cấ p khí HHO ở
các tỷ lệ khác nhau đến một số thông số tính năng của động cơ như hiệu suất nhiệt , công suấ t và
suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u. Ngoài ra, bước nghiên cứu này còn giúp đinh
̣ hướng vùng làm viê ̣c hiê ̣u
quả nhất của động cơ khi có cung cấp khí HHO và tỷ lệ khí HHO cung cấp cho chu trình .
- Bước2: Tương tự như bước 1 nhưng tố c đô ̣ quay của đô ̣ng cơ đươ ̣c thay đổ i trong pha ̣m
vi từ 800 vg/ph đế n 9500 vg/ph. Xác định đường đă ̣c tính ngoài của đô ̣ng cơ.
- Bước3: Đánh giá đă ̣c tiń h cháy của đô ̣ng cơ thử nghiê ̣m khi vâ ̣n hành ở điề u kiê ̣n thực tế
với đô ̣ mở bướm ga 30%, tố c đô ̣ vòng quay 4000v/ph. Các đường đặc tính được khảo sát gồm
diễn biế n áp suấ t , nhiê ̣t đô ,̣ tỷ lệ nhiên liệu cháy và tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu .

Đường đặc tính công chỉ thị có thể dễ dàng xây dựn g dựa trên đă ̣c tính áp suấ t theo góc quay tru ̣c
khuỷu nên không được thể hiện trong nội dung này . Ba trường hơ ̣p đươ ̣c khảo sát gồ m trường


13
hơ ̣p đô ̣ng cơ nguyên bản (sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng ), đô ̣ng cơ có bổ sung thêm khí HHO , và
trường hợp động cơ có bổ sung thêm khí HHO và không khí.
- Bước 4: Động cơ được vận hành ở các chế độ tải tương đương với vị trí bướm ga giữ
nguyên ở 30%, 50% và 70%. Tại mỗi chế độ tải , tố c đô ̣ quay của đô ̣ng cơ đươ ̣c thay đổ i tr ong
phạm vi từ 3200 v/ph đế n 7600 v/ph. Góc đánh lửa sớm ban đầu 150 gqtk. Ở các chế độ vận hành
của động cơ, các thông số và đặc tính sau đây được xác định : Công suất, suất tiêu hao nhiên liệu
và phát thải . Nhiên liê ̣u sử du ̣ng cho đô ̣ ng cơ đươ ̣c khảo sát ở 2 trường hơ ̣p: Nhiên liê ̣u xăng và
nhiên liê ̣u xăng có bổ sung thêm khí HHO và không khí . Trong đó , khố i lươ ̣ng khí HHO cung
cấ p cho đô ̣ng cơ đươ ̣c lựa cho ̣n theo tỷ lê ̣ khí HHO cung cấ p cho chu tr
ình được tính toá n ở
bước1.
3.2.2 Đánh giá đô ̣ chính xác của mô hin
̀ h
Độ chính xác của mô hình được đánh giá thông qua việc so sánh đường đặc tính của động
cơ giữa kế t quả thực nghiê ̣m và mô phỏng. Động cơ vận hành ở chế độ 30% tải, tố c đô ̣ vòng quay
thay đổ i từ 3200v/ph đế n 5600v/ph. Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng (Hình 3.8a) và động cơ sử
dụng nhiên liệu xăng có bổ sung khí HHO và không khí (Hình 3.8b).

Hình 3.8a So sánh đường đặc tính công suấ t
và suất tiêu hao nhiên liê ̣u giữa mô phỏng và
thực nghiê ̣m tại chế độ 30% tải, động cơ sử
dụng nhiên liệu xăng

Hình 3.8b So sánh đường đặc tính công suấ t và
suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u giữa mô phỏng và thực

nghiê ̣m tại chế độ 30% tải, động cơ sử dụng
xăng+ khí HHO có bổ sung không khí
(xăng+HHO+k.khí)
Sai lệch lớn nhấ t giữa số liê ̣u mô phỏng và thực nghiê ̣m là
3,14% ở động cơ sử dụng
nhiên liê ̣u xăng ta ị tố c độ 3200v/ph, và 3,51% ở động cơ sử dụng xăng có bổ sung khí HHO và
không khí . Sai khác này là chấ p nhâ ̣n đươ ̣c do trong mô hình mô phỏng không thể tính toán mô ̣t
cách chi tiết và chính xác các yếu tố như chuyển động rối và hòa trộn của hỗn hợp trong xylanh ,
truyề n nhiê ̣t giữa môi chấ t và thành cũng như các tổ n thấ t do lo ̣t khí xuố ng cácte , do bóp dòng ta ̣i
cửa na ̣p và cửa thải ...
3.2.3 Đánh giá khả năng cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ
Kết quả mô phỏng cho thấy, hiệu suất của động cơ được cải thiện rõ rệt khi bổ sung khí
HHO vào đường nạp. Hiê ̣u suấ t 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 (Hình 3.9).
Khi hê ̣ số dư lươ ̣ng không k hí càng tăng (hỗn hợp nhạt ), hiệu quả của viê ̣c bổ sung khí
HHO càng đươ ̣c thể hiê ̣n rõ nét hơn so với trường hơ ̣p 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.


14

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 được thể
hiện trên (Hình 3.10 và Hình 3.11). Do hiệu suất động cơ được 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 lượt 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 lượt 2, 4 và 6 lít
khí HHO/phút.
340

Suất tiêu hao nhiên liệu [g/kW.h]

2.1

Công suất động cơ [kW]

2
1.9
1.8

1.7
1.6

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

1.5
1.4

Xăng
Xăng + 2 HHO
Xăng + 4 HHO

Xăng + 6 HHO

320
300
280
260
240
220
200

1.3

0.8

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

Hệ số dư lượng không khí λ [-]

Hệ số dư lượng không khí λ [-]

Hình 3.11 Sự biến thiến suất tiêu hao nhiên
Hình 3.10 Sự biến thiên công suất động cơ theo
liệu theo λ và lưu lượng khí HHO, động cơ vận
λ và lưu lượng khí HHO, động cơ vận hành ở
hành ở chế độ toàn tải, 3000v/ph
chế độ toàn tải, 3000v/ph
Trong trường hơ ̣p giữ nguyên c ông 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 cầ n điều chỉnh giảm xuố ng tương ứng . Kết quả mô phỏng cho thấy , hiê ̣u suấ t chỉ thi ̣
tăng lầ n lươ ̣t là 14%, 18% và 20%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm lần lượt 13%, 16% và 19%. Sự
thay đổi của các thành phần phát thải và các thông số tiń h năng của đô ̣ng cơ được thể hiện trong
bảng 3.5.
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 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%
Bảng 3.5 cho thấ y khi càng tăng lươ ̣ng HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ các thông số về tính
năng của đô ̣ng cơ và các thành phầ n phát thải CO và HC càng đươ ̣c cải thiê ̣n , tuy nhiên phát thải
NOx tăng lên càng lớn . 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


15
cấp cho động cơ được đề xuất là 4 lít/phút cho chế độ làm việc này của động cơ. Đây cũng là lưu
lượng tham khảo để đưa ra lượng HHO cung cấp cho động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.

Từ các kế t quả ở trên và nhâ ̣n đinh
̣ về tỷ lê ̣ khí HHO bổ sung đươ ̣c thể hiê ̣n ở mu ̣c 3.2.3,
lươ ̣ng HHO đươ ̣c lựa cho ̣n để cung cấ p cho đô ̣ng cơ ở chế đô ̣ vâ ̣n hành toàn tải , tố c đô ̣ vòng quay
đô ̣ng cơ 3000v/ph là 4 lít/phút. Tại chế đô ̣ này khố i lươ ̣ng tổ ng 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 ̣ khố i lươ ̣ng khí HHO cung
cấ p cho mỗi chu trình công tác của đô ̣ng cơ chiế m 0,65% tổ ng khố i lươ ̣ng của hỗn hợp. Tỷ lệ này
tương ứng với 3% tổ ng năng lươ ̣ng khi đố t 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 đươ ̣c sử du ̣ng trong các tiń h toán tiế p
theo cũng như sử dụng cho quá trình thực nghiệm bổ sung khí HHO trên thực tế.
Khảo sát ở trường hơ ̣p đô ̣ng cơ làm viê ̣c ở hỗn hơ ̣p rấ t nghèo λ = 1,4 và tốc độ vòng quay
3000 v/ph ứng với ba giá trị lưu lượng khí HHO cung cấp lầ n lươ ̣t là 2 , 4 và 6 lít/phút cho thấy
diễn biến áp suất trong xilanh tăng lần lượt 7,78%, 12,09, 14,07% và tốc độ tăng áp suất trong
xylanh động cơ tăng lần lượt 2,39%, 5,13%, 6,01% so với sử dụng xăng , đươ ̣c 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 , lầ n lươ ̣t với 18,31%,
29,17% và 29,29% so với động cơ chỉ sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng . Vì vậy, tố c đô ̣ tăng áp suấ t lớn
hơn và thời điểm đạt giá trị áp suất cực đa ̣i (PZmax) sớm hơn so với giá trị PZmax của động cơ sử
dụng xăng.
0.4

2.5

0.3

2

0.2

1.5

0.1

1

0

0.5

-0.1

0

-0.2
-30

-20

-10

0

10

20

30

Góc quay trục khuỷu [0TK]

40

50

24

2400
Xăng
Xăng + 2 HHO
Xăng + 4 HHO
Xăng + 6 HHO

21

Tốc độ toả nhiệt [J/0TK]

3

0.5

18

2100

1800

15

1500

12

1200

9

900

6

600

3

300

0

Nhiệt độ trong xylanh [K]

0.6
Xăng
Xăng + 2 HHO
Xăng + 4 HHO
Xăng + 6 HHO

Tốc độ tăng áp suất [MPa/0TK]

Áp suất trong xylanh [MPa]

4

3.5

0
-30

-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu

30

40

50

[0TK]

Hình 3.13 Diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp
Hình 3.14 Diễn biến nhiệt độ và tốc độ toả
suất tại λ = 1,4
nhiệt 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 . Điề u này có thể dự đoán rằ ng
thành phần phát thải NOx có thể sẽ tăng lên khi có bổ sung khí HHO.
3.2.4 Đánh giá đặc tính ngoài của động cơ
Kết quả mô phỏng đường đặc tính ngoài về công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu
của động cơ xe Honda wave khi sử dụng nhiên liệu xăng và hỗn hợp nhiên liệu xăng +HHO ở vị
trí bướm ga mở 100% (Hình 3.15). Cho thấ y mức tăng trung bình công suất động cơ là 1,41%,
3,92% và 5,12%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,25%, 4,46% và 6,04% khi bổ sung lần lượt 2, 4
và 6 lít khí HHO/phút.


16

Hình 3.15 Diễn biến đường đặc tính ngoài của động cơ xe Honda wave
Khi bổ sung khí HHO , đường đă ̣c tính ngoài công suấ t của đô ̣ng cơ tăng cao hơn so với
công suấ t đinh
̣ mức. Để đảm bảo an toàn cho động cơ và các thiết bị trong quá trình thực nghiệm ,
bên cạnh đó theo thực tế vâ ̣n hành , động cơ xe máy ít khi làm việc ở chế độ tải cực đại . Vì vậy,
khi bổ sung khí HHO vào động cơ không nên thực hiê ̣n ở chế đô ̣ toàn tải.
3.2.5 Đặc tính cháy của động cơ sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO
Hình 3.16 thể hiê ̣n kế t quả mô phỏng đă ̣c tiń h tỷ lê ̣ nhiên liê ̣u cháy , áp suất và nhiệt độ
trong xylanh của đô ̣ng cơ vâ ̣n hành ở chế đô ̣ đô ̣ mở bướm ga 30% và tốc độ vòng quay 4000
v/ph. Các trường hợp được khảo sát và so sánh được bám sát với các chế độ vận hành thực tế của
đô ̣ng cơ thử nghiê ̣m, bao gồ m :
Trường hợp 1: Động cơ nguyên bản, sử du ̣ng nhiên liê ̣u xăng
Trường hợp 2: Động cơ sử dụng nhiên liê ̣u xăng có bổ sung khí HHO
Trường hợp 3: Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, có bổ sung khí HHO và không khí.
Hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí tương ứng với 3 trường hơ ̣p mô phỏng này lầ n lư ợt là 1,00;

0,98 và 1,03. Kế t quả này khẳ ng đinh
̣ mô ̣t cách đinh
̣ lươ ̣ng rằ ng viê ̣c cung cấ p khí HHO đã làm 
giảm và việc bổ sung thêm không khí là cần thiết . Tỷ lệ khí HHO cung cấp cho động cơ chiếm
0,65% khố i lươ ̣ng của hỗn hơ ̣p cung cấ p cho chu trình . Tương ứng với lươ ̣ng khí HHO cung cấ p
cho đô ̣ng cơ là 4 lít/phút

Hình 3.16 Diễn biế n tỷ lê ̣ nhiên liê ̣u
cháy, áp suất và nhiệt độ trong
xylanh theo góc quay trục khuỷu
theo các trường hợp 1, trường hợp 2
và trường hợp 3


17
Khả năng bắt cháy nhanh của HHO (thể hiê ̣n ở tố c đô ̣ cháy của hyđrô gấp khoảng 7 lần so
với tốc độ cháy của xăng ) nên thời điểm cháy bắt đầu sớm hơn , thời gian cháy trễ rút ngắn . Đặc
tính tỷ lệ nhiên liệu cháy so với góc quay tru ̣c khuỷu dố c hơn , tố c đô ̣ tỏa nhiê ̣t tăng , đỉnh áp suấ t
đươ ̣c kéo về gầ n hơn so với điể m chế t trên.
Hình 3.16 còn cho thấy, ở trường hợp 2, khi không bổ sung thêm không khí , tố c đô ̣ cháy
là lớn nhất, đô ̣ tăng áp suấ t và nhiê ̣t đô ̣ trong xylanh là cao nhấ t so với 2 trường hơ ̣p còn la ̣i. Điề u
này được giải thích bởi vai trò của khí HHO trong việc thúc đẩy quá trình cháy , đồ ng thời cũng
khẳ ng đinh
̣ tác đô ̣ng của hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí λ đến quá trình cháy của nhiên liệu xăng . Ở
trường hợp 3, do có bổ sung không khí nên hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí tăng lên từ giá tri ̣  = 0,98
(ở trường hợp 2) lên  = 1,03. Hỗn hơ ̣p nha ̣t hơn đã làm cho tố c đô ̣ cháy giảm và kế t qu ả là độ
tăng nhiê ̣t đô ̣ và áp suấ t trong xylanh của đô ̣ng cơ giảm hơn so với trường hơ ̣p chỉ cung cấ p khí
HHO. Trong trường hơ ̣p điề u chin̉ h để giữ nguyên hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí khi bổ sung khí
HHO thì các đường đă ̣c tiń h diễn biế n áp suấ t , nhiê ̣t đô ̣ và tỷ lê ̣ nhiên liê ̣u cháy ở (Hình 3.16) sẽ
nằ m giữa 2 đường của trường hợp 2 và trường hợp 3.

Tương tự như trên , ở chế độ độ mở bướm ga 30%, tố c đô ̣ quay 4000v/ph, thực nghiệm
cho thấy khi bổ sung khí HHO vào động cơ , hệ số dư lươ ̣ng không khí từ =0,99 giảm xuố ng
=0,98. Cũng theo phân tích, dự đoán ở mục 2.3.1 và mục 2.3.2 để có tốc độ lan tràn màng lửa
lớn, động cơ đạt công suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu giảm và giảm phát thải thì =1,051,1.
Đây chính là lý do cần bổ sung không khí cho động cơ . Khi bổ sung không khí , hê ̣ số dư lươ ̣ng
không khí λ đươ ̣c cải thiê ̣n rõ rê ̣t
3.2.6 Lƣơ ̣ng khí HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ Honda wave mô phỏng
Trên cơ sở tỷ lê ̣ HHO cung cấ p đươ ̣c đề xuấ t l à 0,65% tổ ng khố i lươ ̣ng hỗn hơ ̣p cung cấ p
cho chu trình và lươ ̣ng hỗn hơ ̣p không khí /nhiên liê ̣u cung cấ p cho đô ̣ng cơ tính theo các chế đô ̣
đô ̣ mở bướm ga 30%, 50% và 70%, lươ ̣ng HHO cung cấ p cho đô ̣ng cơ ở các chế đô ̣ làm viê ̣c
khác nhau đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 3.6.
Bảng 3.6 Lượng khí HHO cung cấ p (g/s)
Tốc độ động cơ (vg/ph)
Bướm ga mở 30%
Bướm ga mở 50%
Bướm ga mở 70%
3200
0,013344
3600
0,015012
0,019348
4000
0,016681
0,021498
4400
0,018349
0,023648
4800
0,020017
0,025798

5200
0,021685
0,027948
0,029710
5600
0,023353
0,030097
0,031996
6000
0,025021
0,032247
0,034281
6400
0,034397
0,036567
6800
0,036547
0,038852
7200
0,041137
7600
0,043423
Thông số tính toán ở bảng 3.6 vừa là số liệu đầu vào của mô hình mô phỏng đánh giá ảnh
hưởng của viê ̣c cung cấ p khí HHO đế n tiń h năng kinh tế , kỹ thuật và phát thải của động cơ vừa là
cơ sở để tiń h toán khả năng cung cấ p khí HHO trên thực tế cho đô ̣ng cơ.
3.2.7 Ảnh hƣởng góc đánh lửa đến quá trình cháy của xăng và hỗn hợp xăng+khí HHO có
bổ sung không khí


18

3.2.7.1 Tốc độ cháy của xăng và hỗn hợp xăng+HHO
Khi bổ sung khí HHO vào đường nạp động cơ, do khả năng bắt cháy nhanh của hyđrô
(thành phần chính của HHO) nên thời điểm cháy bắt đầu sớm hơn, thời gian cháy trễ rút ngắn,
quá trình cháy kết thúc sớm hơn.
Hình 3.18 thể hiện tỷ lệ cháy ở ba góc đánh lửa khác nhau khi có và không có khí HHO
bổ sung. Ta có thể thấy, ở tốc độ thấp, góc đánh lửa 180 trước ĐCT, quá trình cháy trong xylanh
có bổ sung khí HHO kết thúc trước so với khi sử dụng xăng khoảng 70 khi bướm ga mở 30% và
khoảng 50 khi bướm ga mở 50%.
1

1

3200 vòng/phút - 30% bướm ga

5600 vòng/phút - 30% bướm ga
0.8
Xăng (12)

Tỷ lệ cháy (-)

Tỷ lệ cháy (-)

0.8
0.6
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

0.4

Xăng (15)

Xăng+HHO+K.khí (12)

0.6

Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

0.4

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

Xăng+HHO+K.khí (15)

0.2

0.2

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0

0
-20

-10

0

10

20

30

40

-20

-10

Góc quay trục khuỷu (độ)

1

0

10

20

30

40

30

40

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

1

3600 vòng/phút - 50% bướm ga

6800 vòng/phút - 50% bướm ga

0.8

0.8
Tỷ lệ cháy (-)

Tỷ lệ cháy (-)

Xăng (12)

0.6
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

0.4

Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

0.2

Xăng+HHO+K.khí (12)

0.6

Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

0.4

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0.2

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0
-20

-10

0

10

20

30

0

40

-20

-10

Góc quay trục khuỷu (độ)

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

1

1
5200 vòng/phút - 70% bướm ga

7600 vòng/phút - 70% bướm ga

0.8

0.8

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

0.6

Tỷ lệ cháy (-)

Tỷ lệ cháy (-)

0

Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)

0.4

Xăng+HHO+K.khí (18)

0.2

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

0.6

Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

0.4

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0.2

0

0
-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40

-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

Hình 3.18 Diễn biến tỷ lệ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường
nạp ở các góc đánh lửa khác nhau


19
3.2.7.2 Áp suất trong xylanh
Hình 3.19 thể hiện diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi sử dụng xăng và hỗn hợp
xăng + khí HHO có bổ sung không khí khi góc đánh lửa thay đổi 120, 150 và 180 trước ĐCT;
bướm ga mở 30%, 50% và 70%. Do tốc độ cháy của hyđrô rất lớn, nên giai đoạn cháy trễ và thời
gian cháy giảm. Vì vậy, quá trình cháy diễn ra sớm, nên áp suất trong xylanh tăng lên và đạt giá
trị Pmax . Do đó tốc độ tăng áp suất trong xylanh tăng nhanh, động cơ làm việc rung giật, có độ ồn
lớn. Qua đây cũng cho thấy áp suất trong xylanh giảm khi tăng tốc độ động cơ, thời gian (tính
theo s) dành cho toàn bộ quá trình cháy giảm.
2.5

6
3200 vòng/phút - 30% bướm ga

5600 vòng/phút - 30% bướm ga

5

2

Áp suất (MPa)

Áp suất (MPa)

4
3
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khì (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

2
1

1.5
Xăng (12)

1

Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

0.5

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0
-20

-10

0

10

20

30

0

40

-20

Góc quay trục khuỷu (độ)

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

7

4

3600 vòng/phút - 50% bướm ga

6800 vòng/phút - 50% bướm ga

6

3
Áp suất (MPa)

Áp suất (MPa)

5
4
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

3

2
1

2

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

1

0
-20

-10

0

10

20

30

0

40

-20

Góc quay trục khuỷu (độ)

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

5

3.5
7600 vòng/phút - 70% bướm ga

5200 vòng/phút - 70% bướm ga

3
Áp suất (MPa)

Áp suất (MPa)

4
3
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

2
1

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

2
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

1.5
1
0.5
0

0
-20

2.5

40

-20

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

Hình 3.19 Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào đường
nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.3 Tốc độ tăng áp suất trong xylanh
Hình 3.20 thể hiện sự thay đổi áp suất trong xylanh động cơ, có thể thấy tốc độ tăng áp
suất tăng lên khi sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO có bổ sung không khí ở các góc đánh lửa
khác nhau .


20
0.05

0.4

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

0.3

0.2

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

3200 vòng/phút - 30% bướm ga

0.1

0

-0.1

5600 vòng/phút - 30% bướm ga

0.04
0.03
0.02
0.01
0
Xăng (12)

-0.01

Xăng+HHO+K.khí (12)

-0.02

Xăng (15)

-0.03

Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)

-0.04

-0.2
-20

-10

0

10

20

30

Xăng+HHO+K.khí (18)

-0.05

40

-20

-10

0

0.12
Xăng (12)

0.4

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

0.5
3600 vòng/phút - 50% bướm ga

Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)

0.3

Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)

0.2

Xăng+HHO+K.khí (18)

0.1
0
-0.1
-0.2
-20

-10

0

10

20

30

30

40

30

40

6800 vòng/phút - 50% bướm ga

0.03
0

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

-0.03
-0.06

-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

0.08

0.1
0.05
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

7600 vòng/phút - 70% bướm ga

0.06

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

Tốc độ tăng áp suất (MPa/độ)

40

-0.09

40

5200 vòng/phút - 70% bướm ga

-0.1

30

0.06

0.15

-0.05

20

0.09

Góc quay trục khuỷu (độ)

0

10

Góc quay trục khuỷu (độ)

Góc quay trục khuỷu (độ)

0.04
0.02
0

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

-0.02
-0.04
-0.06
-0.08

-0.15
-20

-10

0

10

20

30

-20

40

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

Góc quay trục khuỷu (độ)

Hình 3.20 Diễn biến tốc độ tăng áp suất trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào
đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.4 Tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh
Hình 3.21 thể hiện diễn biến của tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh khi có và không có khí
HHO bổ sung, ở các góc đánh lửa 120, 150 và 180 trước ĐCT; bướm ga mở 30%, 50% và 70%.
7

20
Xăng (12)

3200 vòng/phút - 30% bướm ga

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

16

Xăng (15)
Xăng+HHO+k.khí (15)
Xăng (18)

12

5600 vòng/phút - 30% bướm ga

Xăng (12)

Xăng+HHO+K.khí (12)

Xăng+HHO+K.khí (18)

8

4

6

Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)

5

Xăng+HHO+K.khí (15)

4

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

3
2
1
0

0
-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40

-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40


21
12

25
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

20

10

Xăng (15)

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

3600 vòng/phút - 50% bướm ga

Xăng+HHO+K.khí (15)

15

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

10
5

8
6

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

6800 vòng/phút - 50% bướm ga

-10

10

4
2
0

0
-20

-10

0

10

20

30

-20

40

0

14

8

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

Tốc độ toả nhiệt (J/độ)

10

10

5200 vòng/phút - 70% bướm ga

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

12

6
4
2
0
-20

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

Góc quay trục khuỷu (độ)

20

30

7600 vòng/phút - 70% bướm ga

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

8
6
4
2
0

40

-20

Góc quay trục khuỷu (độ)

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

Hình 3.21 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào
đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.7.5 Nhiệt độ cháy trong xylanh
Hình 3.22 thể hiện diễn biến nhiệt độ trong xylanh động cơ cho thấy, khi bổ sung thêm
khí HHO vào đường nạp, do nhiên liệu cháy sớm hơn, tốc độ cháy nhanh hơn nên nhiệt độ quá
trình cháy tăng. Tuy nhiên, do quá trình cháy rớt giảm, nên nhiệt độ cuối quá trình cháy thấp hơn
so với khi sử dụng xăng.
3000

2500

3200 vòng/phút - 30% bướm ga

5600 vòng/phút - 30% bướm ga
2000

1500

Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)

1000

Xăng (15)

Nhiệt độ (K)

2000

Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

500

-20

-10

0

10

20

30

1500

1000

500

0

Xăng (12)

Xăng+HHO+K.khí (12)

Xăng (15)

Xăng+HHO+K.khí (15)

Xăng (18)

Xăng+HHO+K.khí (18)

0

40

-20

-10

Góc quay trục khuỷu (độ)

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

2500

3000
3600 vòng/phút - 50% bướm ga

6800 vòng/phút - 50% bướm ga

2500

2000

2000

Nhiệt độ (K)

Nhiệt độ (K)

Nhiệt độ (K)

2500

Xăng (12)

1500

Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)

1000

Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng (18)

500

1500
1000
500

Xăng+HHO+K.khí (18)

Xăng (12)

Xăng+HHO+K.khí (12)

Xăng (15)

Xăng+HHO+K.khí (15)

Xăng (18)

0
-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40

Xăng+HHO+K.khí (18)

0
-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40


22
2500

2500

7600 vòng/phút - 70% bướm ga

5200 vòng/phút - 70% bướm ga

2000

1500
Xăng (12)
Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng (15)
Xăng+HHO+K.khí (15)

Xăng (18)
Xăng+HHO+K.khí (18)

1000

500

0
-20

-10

0

10

20

Góc quay trục khuỷu (độ)

30

40

Nhiệt độ (K)

Nhiệt độ (K)

2000

1500
1000
Xăng (12)
Xăng (15)
Xăng (18)

500

Xăng+HHO+K.khí (12)
Xăng+HHO+K.khí (15)
Xăng+HHO+K.khí (18)

0
-20

-10

0

10

20

30

40

Góc quay trục khuỷu (độ)

Hình 3.22 Diễn biến nhiệt độ cháy trong xylanh động cơ khi bổ sung khí HHO+không khí vào

đường nạp ở các góc đánh lửa khác nhau
3.2.8 Ảnh hƣởng của v iêc̣ cung cấ p khí HHO cho đô ̣ng cơ xăng đế n công suấ t
, tiêu hao
nhiên liêụ và phát thải
3.2.8.2. Công suất và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u
Nhờ sự có mă ̣t của khí HHO mà công suấ t của đô ̣ng cơ tăng và suấ t tiêu hao nhiên liê ̣u
của động cơ giảm (Hình 3.23). Tính trung bình theo các chế độ tải thì công suất của động cơ
đươ ̣c cải thiê ̣n 3,59%; 2,94% và 2,30%, và suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,51%, 5,55% và 4,70%
tương ứng với đô ̣ mở bướm ga lầ n lươ ̣t là 30%, 50% và 70%.

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

3.2.8.3 Các thành phần phát thải trong khí xả động cơ
Hình 3.24 thể hiện sự biến thiên nồng độ CO , HC và NO x trong phát thải của động cơ ở
các chế đô ̣ tải và tốc độ quay khác nhau.


23

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

Khi bổ sung khí HHO và không khí ,   1 đươ ̣c cải thiê ̣n hơn so với trường hơ ̣p chỉ cung
cấ p khí HHO, nhờ đó phản ứng cháy diễn ra hoàn toàn hơn và phát thải CO cũng như HC giảm ở
tấ t cả các chế đô ̣ khảo sát . Tính trung bình theo từng chế độ tải thì phát thải CO giảm lần lư ợt là
14,14%; 12,68% và 14,95% tương ứng với các chế đô ̣ vâ ̣n hành ở

30%, 50% và 70% đô ̣ mở
bướm ga. Trong khi đó phát thải HC giảm tương ứng là 12,58%; 7,72% và 7,07%. Trong trường
hơ ̣p cung cấ p thêm không khí nhằ m đa ̣t đươ ̣c hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí cao hơn thì mức đô ̣ cải
thiê ̣n nồ ng đô ̣ các thành phầ n phát thải CO và HC có thể đa ̣t đươ ̣c cao hơn nhờ hỗn hơ ̣p nha ̣t và
tác dụng mạnh hơn của khí HHO ở hỗn hợp nhạt.
3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
- Hiê ̣u suấ t chỉ thị của động cơ xe Honda Wave tại λ = 1 tăng 2,79%, 5,68% và 8,16% khi
bổ sung 2, 4 và 6 lít/phút khí HHO. Nếu hê ̣ số dư lươ ̣ng không khí càng tăng (hỗn hợp nhạt) 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.
- Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo 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
lượt 2, 4 và 6 lít khí HHO/phút. Nếu 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 lượt 2, 4 và 6 lít khí HHO/phút.
- Ở chế độ động cơ vận hành toàn tải , bướm ga mở 100% sử dụng nhiên liệu xăng và hỗn
hợp nhiên liệu xăng+HHO (khí HHO lần lượt bổ sung 2, 4 và 6 lít/phút) cho mức tăng trung bình
của công suất 1,41%, 3,92% và 5,12%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 2,25%, 4,46% và 6,04%,
động cơ làm việc cao hơn công suất định mức.
- Dựa vào kế t quả mô phỏng, tỷ lệ khối lượng khí HHO trung bình cung cấp cho mỗi chu
trình công tác của động cơ được đề xuất chiếm khoảng 0,65% tổ ng khố i lươ ̣ng hỗn hơ ̣p không
khí và nhiên liệu xăng . Tính theo tỷ lệ năng lượng cung cấp cho đô ̣ng cơ, lươ ̣ng HHO chiế m 3%
ở chế độ vận hành này . Đây cũng là tỷ lê ̣ HHO đươ ̣c đề xuấ t để cung cấ p cho đô ̣ng cơ trên thực
tế .