Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống nhiên liệu kép hydro xăng trên động cơ xăng với ứng dụng năng lượng mặt trời sản xuất hydro

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU KÉP HYDRO - XĂNG
TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG VỚI ỨNG DỤNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU
HYDRO.

SVTH: LÊ QUANG HUY
MSSV: 16345010
SVTH: LÊ MINH LUÂN
MSSV: 16345017
GVHD: ThS. VÕ XUÂN THÀNH


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU KÉP HYDRO - XĂNG
TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG VỚI ỨNG DỤNG NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU
HYDRO.

SVTH: LÊ QUANG HUY
MSSV: 16345010
SVTH: LÊ MINH LUÂN
MSSV: 16345017
GVHD: ThS. VÕ XUÂN THÀNH

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Lê Quang Huy

MSSV: 16345010

2. Lê Minh Luân

MSSV: 16345017

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô.

Mã ngành đào tạo:

52510205
Hệ đào tạo: Đại học chính quy.
Khóa: 2016-2018

Mã hệ đào tạo:
Lớp: 16345

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển
nhiên liệu kép hydro - xăng trên động cơ xăng với ứng dụng năng
lượng Mặt Trời sản xuất nhiên liệu Hydro.
1. Nhiệm vụ đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nhiên liệu HHO, động cơ xăng và hệ
thống điều khiển.
- Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhiên liệu kép cung cấp hydro
sau cánh bướm ga.
- Vận hành thử nghiệm hệ thống.
- Đánh giá kết quả.
2. Sản phẩm của đề tài
- Sơ đồ thiết kế.

- Mơ hình.
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/10/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2018


TRƯỞNG BỘ MƠN

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhiên
liệu kép hydro - xăng trên động cơ xăng với ứng dụng năng lượng
Mặt Trời sản xuất nhiên liệu Hydro.
Họ tên sinh viên: 1. Lê Quang Huy

MSSV: 16345010

2. Lê Minh Luân

MSSV: 16345017

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

.....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):
................................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm
10): .................................................................................


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018
Giảng viên hướng dẫn.
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhiên
liệu kép hydro - xăng trên động cơ xăng với ứng dụng năng lượng
Mặt Trời sản xuất nhiên liệu Hydro.
Họ tên sinh viên: 1. Lê Quang Huy

MSSV: 16345010

2. Lê Minh Luân

MSSV: 16345017

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ


1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): ............................... .............................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):… ............................... ............................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018
Giảng viên phản biện
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhiên
liệu kép hydro - xăng trên động cơ xăng với ứng dụng năng lượng
Mặt Trời sản xuất nhiên liệu Hydro.
Họ tên sinh viên: 1. Lê Quang Huy

MSSV: 16345010

2. Lê Minh Luân

MSSV: 16345017

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ôtô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện
và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo
yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:

_____________________________________________________

Giảng viên hướng dẫn: _____________________________________________________

Giảng viên phản biện: _____________________________________________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018



LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm em em đã nhận được nhiều
sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và
bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS.Võ
Xn Thành đã tạo điều kiện cho nhóm hồn thành đề tài, áp dụng được những kiến thức
đã học vào thực tiễn nghề nghiệp trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm tất cả quý thầy cơ khoa Cơ khí động lực Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã bổ sung cho em kiến thức về các
môn đại cương cũng như các mơn chun ngành, giúp em có được cơ sở
lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học
tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập
và hồn thành đồ án.

LÊ QUANG HUY
LÊ MINH LUÂN
TP HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018

TĨM TẮT
- Vấn đề nghiên cứu:
Đề tài của nhóm nghiên cứu về việc điều khiển kết hợp nhiên liệu kép hydro-xăng cũng
như có thể nắm bắt nguyên lý để chế tạo hệ thống điều khiển theo điều kiện làm việc của
động cơ và tính chất của nhiên liệu.

- Hướng tiếp cận đề tài:
Thơng qua một số tài liệu báo chí, các bài nghiên cứu trong nước và nước ngồi, thơng
qua môn học Năng lượng mới trên ô tô, các kiến thức đã học về động cơ đốt trong cũng
như về tính chất của nhiên liệu.

- Cách giải quyết về các vấn đề u cầu của đề tài:
Mơ hình hóa đề tài để có thể hiểu rõ hơn cũng như có thể nắm rõ được nguyên lý làm
việc của hệ thống, đi kèm với thuyết minh bằng lý thuyết để giải thích rõ hơn về mơ hình

- Các kết quả đạt được:
Một mơ hình thực tế làm ví dụ để mơ tả cũng như chỉ ra được nguyên lý làm việc của hệ
thống điều khiển mà đề tài đặt ra. Đồng thời tiếp nhận và hiểu rõ được một khối lượng kiến
thức về khí HHO cũng như biết được cách điều chế và áp dụng khí HHO vào thực tiễn.


MỤC LỤC
TRANG BÌA................................................................................................ii
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.................................................iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN....................................................iv
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN...............................................................v
LỜI CẢM ƠN............................................................................................vi
TĨM TẮT.................................................................................................vii

MỤC LỤC................................................................................................viii
BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................xii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH............................................................................xii
DANH SÁCH BẢNG.................................................................................xiv
PHẦN 1. TỔNG QUAN................................................................................1
1.1.Lý do chọn đề tài..............................................................................1
1.2.Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................2
1.3.Giới hạn đề tài..................................................................................3
1.4.Phương pháp nghiên cứu..................................................................3
1.5.Phương tiện nghiên cứu và thiết kế.................................................3
1.6. Ý nghĩa việc sử dụng nhiên liệu mới ô tô.........................................3
PHẦN 2: NỘI DUNG...................................................................................4
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG QUAN...........................................4
1.1.Khái niệm về ĐCĐT..........................................................................4
1.1.1.Phân loại ĐCĐT.............................................................................4
1.2.Nguyên lý làm việc và một số đặc điểm của ĐCĐT..........................6
1.2.1. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản.......................................6


1.2.2.1.1.Tên gọi một số bộ phận cơ bản.............................................6
1.2.2.1.2. Điểm chết, Điểm chết trên, Điểm chết dưới.........................6
1.2.2.1.3. Hành trình của piston (S).....................................................7
1.2.2.1.4. Không gian công tác của xy lanh.........................................7
1.2.2.1.5. Buồng đốt (VC)......................................................................7
1.2.2.1.6. Dung tích cơng tác của xylanh (VS)......................................7
1.2.2.1.7. Tỷ số nén (ε).........................................................................7
1.2.2.1.8. Mơi chất cơng tác (MCCT).....................................................8
1.2.2.1.9. Q trình cơng tác................................................................8
1.2.2.1.10. Chu trình cơng tác (CCCT)..................................................8
1.2.2.1.11. Đồ thị cơng.....................................................................8

1.3.Ngun lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp......................10
1.3.1.1. Hành trình nạp.......................................................................12
1.3.1.2. Hành trình nén.......................................................................12
1.3.1.3. Hành trình sinh cơng..............................................................12
1.3.1.4. Hành trình xả..........................................................................12
1.3.2. Chu trình cơng tác của ĐCĐT......................................................12
1.3.2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của chu trình cơng tác......................13
1.3.2.2. Hiệu suất nhiệt của chu trình.................................................13
1.3.2.3. Áp suất trung bình của chu trình............................................13
1.4. Nhiên liệu hydro.............................................................................14
1.4.1. Ứng dụng hydro trên động cơ...................................................15
1.4.2. Điều chế hydro bằng phương pháp sử dụng NLMT điện phân nước
...............................................................................................................22
1.5. Nhiên liệu xăng..............................................................................23
1.5.1. Định nghĩa.................................................................................23
1.5.2. Tính chất...................................................................................23


1.5.3. Định lượng nhiên liệu trên động cơ xăng..................................25
1.6. Mô hình quá trình cháy trong động cơ............................................26
1.7.Khái niệm và cơ chế của quá trình điện phân.................................27
1.7.1. Khái niệm..................................................................................28
1.7.2. Cơ chế của quá trình điện phân................................................28
1.7.3. Sự điện phân của các chất điện li..............................................29
1.7.3.1. Điện phân chất điện li nóng chảy..........................................29
1.7.3.2. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước........................31
1.7.3.3. Một số ví dụ...........................................................................32
1.7.3.4. Định luật Faraday..................................................................35
1.7.3.5. Ứng dụng của điện phân.......................................................36
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU KÉP

HYDRO- XĂNG........................................................................................36
2.1. Mơ hình hệ thống cung cấp nhiên liệu hydro sau cánh bướm ga...36
2.2. Mơ hình hệ thống phun nhiên liệu hydro........................................37
2.3 Mơ hình hóa hệ thống nhiên liệu kép hydro-xăng với nguồn nhiên liệu
hydro từ sử dụng NLMT điện phân nước.................................................38
2.3.1.Tính tốn lưu lượng nhiên liệu hydro..........................................39
2.3.1.1.Lưu lượng nhiên lệu................................................................40
2.3.1.2.Lưu lượng nhiên liệu trên mỗi xy lanh....................................41
2.3.1.3. Điều khiển công suất động cơ...............................................42
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU
KÉP HIDRO – XĂNG.................................................................................45
3.1.1. Cấu tạo tổng quát và nguyên lý hoạt động.................................45
3.1.1.1. Cấu tạo tổng quát..................................................................45
3.1.1.2. Nguyên lý hoạt động..............................................................46
3.2. Chế tạo hệ thống điều khiển..........................................................48
3.2.1. Cấu tạo từng bộ phận................................................................48


3.2.1.1. Hệ thống điều chế khí Hydro.................................................48
3.2.2. Hệ thống điều khiển lưu lượng khí.............................................52
3.3. Q trình cháy của HHO.................................................................54
3.4. Q trình cháy của hỗn hợp HHO và xăng.....................................54
3.4.1. Phương trình phản ứng..............................................................54
3.4.2. Cơng suất động cơ....................................................................55
3.4.3. Khí thải......................................................................................56
3.5. Phương pháp điều khiển nhiên liệu trên động cơ nhiên liệu kép xăng
– Hydro...................................................................................................56
3.5.1. Lý thuyết điều khiển động cơ theo sự thay đổi của lưu lượng HHO
...............................................................................................................56
3.5.1.1. Khối lượng nhiên liệu sử dụng trong 1 giây ( )......................56

3.5.1.2. Suất tiêu hao nhiên liệu (ge)..................................................58
3.5.1.3. Khối lượng nhiên liệu tiêu hao của xăng (mcon.g ) và Hydro
(mcon.H2)...................................................................................................58
3.5.1.4. Cơng thức tính khối lượng xăng phun vào xy lanh động cơ. .59
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH THỰC TIỄN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO
HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ HYDRO SAU CÁNH BƯỚM GA.......................60
4.1. Các thành phần của bộ điều khiển điện tử.....................................60
4.1.1. ARDUINO...................................................................................60
4.1.1.1 . Giới thiệu về Arduino............................................................60
4.1.1.2. Giới thiệu về board Arduino Uno...........................................62
4.1.1.3. Các cổng vào/ra....................................................................65
4.1.1.4. Giới thiệu Arduino Nano CH340.............................................66
4.1.1.5. Phần mềm điều khiển, nạp lệnh cho Arduino và bộ mã lệnh
điều khiển mơ hình.................................................................................67
4.1.1.5.1. Phần mềm điều khiển Arduino IDE....................................67
4.2. Mơ hình thực tiễn của đề tài...........................................................70
4.3. Nguyên lý làm việc của mơ hình....................................................72


4.4. Thực nghiệm mơ hình.....................................................................72
4.4.1.Lý do và mục đích.......................................................................72
4.4.2.Sơ đồ quá trình thực nghiệm và các thiết bị dùng để đo lường thực
nghiệm...................................................................................................72
4.4.2.1.Trường hợp khơng có cơ cấu điều khiển bướm ga (TH1)........80
4.4.2.2.Trường hợp có cơ cấu điều khiển bướm ga (TH2)...................84
4.4.3.Nhận xét kết quả........................................................................88
4.5. Nhược điểm....................................................................................89
PHẦN 3. TỔNG KẾT...................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................91
PHỤ LỤC..................................................................................................93

BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Động cơ đốt trong
Điểm chết trên
Điểm chết dưới
Hỗn hợp nhiên liệu khí hydro và oxy
Hành trình của piston
Buồng đốt
Dung tích cơng tác của xylanh
Tỷ số nén
Mơi chất cơng tác
Chu trình cơng tác
Hiệu suất nhiệt của chu trình
Hỗn hợp cháy
Cơng chu trình
Nhiệt lượng trong một chu trình
Áp suất trung bình
Thiết bị giảm áp lực
Thiết bị giảm nhiệt độ

ĐCĐT
ĐCT
ĐCD
HHO
S
VC
VS

ε
MCCT

CTCT
η
HHC
Wct
Q1
Pct
PRD
TRD


Năng lượng mặt trời

NLMT

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 4 kỳ.............................................6
Hình 1.2 ĐCT,ĐCD và thể tích cơng tác của xy lanh................................7
Hình 1.3 Đồ thị cơng của động cơ 4 kỳ...................................................30
Hình 1.4 Chu trình cơng tác của động cơ diesel 4 kỳ.............................31
Hình 1.5 Các đồ thị biểu diễn chu trình cơng tác của động cơ 4 kỳ.......35
Hình 1.6 Hệ thống lưu trữ khí hydro......................................................37
Hình 1.7 Hệ thống lưu trữ khí hydro lỏng...............................................38
Hình 1.8 Hệ thống hở dùng để khảo sát động cơ đốt trong..................39
Hình 1. 9 Sơ đồ điện phân Nacl..............................................................40
Hình 1.10 Sơ đồ điện phân 2Al2O3.................................................................................................... 41
Hình 1.11 Điện phân dung dịch Cuso4 với Anot bằng Cu........................45
Hình 1.12 Phương pháp mạ điện............................................................47
Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm hệ thống nhiên liệu cung cấp hydro sau bướm
ga.............49
Hình 2.2 Hệ thống nhiên liệu kép kim phun...........................................50

Hình 2.3 Mơ hình hệ thống nhiên liệu kép hydro – xăng đề xuất...........52
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống........................................................46
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu kép hydro – xăng sử dụng bộ chế hịa
khí...........................................................................................................48
Hình 3.3 Hệ thống điều khiển khí hydro.................................................49
Hình 3.4 Các chi tiết của một bộ Cell tách nước thành hho...................50
Hình 3.5 Hình dáng bộ Cell.....................................................................51
Hình 3.6 Giao diện phần mềm HHOCALCULATOR..................................52
Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển lưu lượng khí HHO..........................53


Hình 3.8 Cơng suất của động cơ hydro – xăng so với động cơ xăng......57
Hình 4.1 Arduino Uno.............................................................................63
Hình 4.2 Các cổng vào/ra của Arduino Uno............................................65
Hình 4.3 Arduino Nano CH340................................................................66
Hình 4.4 Giao diện phần mềm IDE.........................................................67
Hình 4.5 Các nút lệnh của phần mềm Arduino IDE................................68
Hình 4.6 Vùng viết chương trình của phần mềm IDE..............................68
Hình 4.7 Vùng thơng báo........................................................................69
Hình 4.8 Lưu ý chọn cổng đầu vào cho Arduino.....................................69
Hình 4.9 Mơ hình tổng thể......................................................................70
Hình 4.10 Cảm biến lưu lượng khí hydro................................................70
Hình 4.11 Cơ cấu điều khiển bướm ga...................................................70
Hình 4.12 Bình nhiên liệu.......................................................................71
Hình 4.13 Bình lọc khí HHO thứ cấp.......................................................72
Hình 4.14 Bình chứa dung dịch KOH.......................................................72
Hình 4.15 Sơ đồ lắp đặt pin NLMT..........................................................74
Hình 4.16 Diode xung 20SQ045.............................................................75
Hình 4.17 Sơ đồ chân tín hiệu của cảm biến..........................................75
Hình 4.18 Sơ đồ chân Encoder...............................................................76

Hình 4.19 Thơng số kỹ thuật Step Motor................................................77
Hình 4.20 Cơ cấu điều khiển bướm ga...................................................78
Hình 4.21 Cảm biến lưu lượng Hydro và Encoder đo tốc độ động cơ.....78
Hình 4.22 Arduino Nano CH340 xử lý tín hiệu đầu vào và xuất kết quả 79
Hình 4.23 Sơ đồ vị trí và sơ đồ mạch điện các thiết bị đo đạc...............80
Hình 4.24 Sơ đồ khối quy trình thực nghiệm trong TH1.........................81
Hình 4.25 Sơ đồ tham gia hoạt động của các thiết bị trong TH1............81
Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn số liệu theo bảng trong TH1........................82
Hình 4.27 Sơ đồ khối quá trình thực hiện trong TH2..............................85


Hình 4.28 Sơ đồ tham gia hoạt động của các thiết bị trong TH2............86
Hình 4.29 Đồ thị theo bảng số liệu trong TH2........................................87

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Phân loại ĐCĐT.........................................................................5
Bảng 1.2. Tóm tắt chu trình cơng tác của động cơ 4 kỳ...................................................12
Bảng 1.3. Tính chất của các nhiên liệu...................................................14
Bảng 1.4. Bảng phân cực....................................................................................................29
Bảng 4.1. Thông số Arduino Uno............................................................66
Bảng 4.2. Tốc độ đo thực nghiệm ứng với lượng HHO sinh ra trong TH181
Bảng 4.3. Tốc độ đo thực nghiệm ứng với lượng HHO sinh ra trong TH286


PHẦN 1. TỔNG QUAN
1.1.

Lý do chọn đề tài:

Hầu hết các động cơ của tàu thuyền và các phương tiện vận tải đường bộ đều là động cơ đốt trong

sử dụng nhiên liệu diesel hoặc xăng. Nhược điểm của loại động cơ này là hiệu suất chuyển hóa năng
lượng rất thấp, sinh ra khí thải là nhiên liệu khơng cháy hết, khí CO và khí NOx. Các khí này có ảnh
hưởng rất xấu tới môi trường, đặc biệt là những nơi có lượng xe lưu thơng lớn, khí CO có thể gây ra
các triệu chứng thiếu ô xi, ảnh hướng tới sinh hoạt, năng suất lao động cũng như sức khỏe của người
dân nơi đây. Như vậy việc giảm lượng khí thải động cơ là một nhu cầu thực tế hết sức có ý nghĩa.
Bên cạnh đó, việc tăng hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu cũng có ý
nghĩa kinh tế vô cùng lớn, đăc biệt là ứng dụng cho các tàu thuyền đánh bắt hải
sản. Mỗi lít dầu, mỗi giờ đánh bắt đối với họ là miếng thịt, miếng cá để cải thiện
bát cơm vốn đã mặn mòi gió biển. Có nhiều giải pháp để xử lý khí thải cũng như
tiết kiệm nhiên liệu như thiết kế lại buồng đốt, thiết kế hệ thống phun nhiên
liệu, lắp thêm các bộ lọc, thêm xúc tác vào nhiên liệu,…. Tuy nhiên đó là những
giải pháp hết sức phức tạp, gần như địi hỏi thay thế tồn bộ hệ thống, khơng
phù hợp với người dân nghèo. Hiện nay phương pháp được ưa chuộng nhất trên
thế giới là sử dụng khí điện phân HHO để thêm vào hỗn hợp nhiên liệu. Khi kết
hợp với HHO trong buồng đốt, nhiên liệu được đốt cháy gần như hồn tồn do
đó giảm được phần lớn nhiên liệu không cháy hết và CO, NOx. Với đặc tính cháy
của H2 khi thêm vào hỗn hợp nhiên liệu sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ
(20-30%) và tiết kiệm phần lớn nhiên liệu (tùy theo thiết kế, thường là 30%).
Một số nghiên cứu của các nhà khoa học Ấn độ và Nga cho thấy sử dụng HHO
cho động cơ sẽ giảm đến 90% khí thải CO, từ 10-90% nhiên liệu không cháy
hết, tăng từ 3-10% công suất động cơ cùng nhiều ưu điểm vượt trội khác.
Hiện nay mơ hình này chưa được nghiên cứu ở phạm vi cả trong và ngoài
nước. Để thực hiện việc nghiên cứu chun sâu về mơ hình này, cần có một cơ
sở lý thuyết đầu đủ và chính xác. Bài viết này trình bày một cơ sở lý thuyết có
thể làm cơ sở cho mọi tính tốn về trạng thái cân bằng năng lượng trên hệ
1


thống nhiên liệu kép sử dụng trực tiếp NLMT. Cơ sở lý thuyết này là các phương
trình tính tốn định lượng nhiên liệu sẽ cần thiết trong quá trình điều khiển

động cơ. Đây là một cơ sở cho quá trình mô phỏng và thực nghiệm cho các
nghiên cứu chuyên sâu về hiệu suất động cơ và ơ nhiễm khí thải của động cơ
trong quá trình hoạt động của hệ thống.

2


1.2.

Mục tiêu nghiên cứu:

Vì mơi trường hiện nay đang ơ nhiễm, hiệu ứng nhà kính, đang xảy ra
nghiêm trọng khơng có dấu hiệu giảm. Qua q trình tìm hiểu và nghiên
cứu cho ta thấy khí thải thải ra mơi trường từ động cơ chiếm đa số. Để
biết được tại sao động cơ ôtô, xe máy lại gây ô nhiễm, phải xét đến quá
trình cháy diễn ra trong buồng cháy của động cơ. Theo nguyên lý, quá
trình cháy lý tưởng chỉ sinh ra CO2, H2O và N2. Nhưng trong thực tế, thì
quá trình cháy xảy ra trong buồng cháy của động cơ khơng lý tưởng như
vậy. Q trình cháy thực tế sinh ra các chất độc nguy hiểm như: NO x, CO,
CnHm, SO2, và bụi hữu cơ,…Chính những chất này là ngun nhân gây ra
ơ nhiễm mơi trường.
Ơ nhiễm được hiểu như sau: “Khơng khí được coi là ơ nhiễm khi thành
phần của nó bị thay đổi do có sự hiện diện của các chất lạ gây ra những
tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con
người khi hít phải”.
Đa phần những chất do động cơ thải ra là những chất gây ô nhiễm. Tại
TP Hồ Chí Minh, các nhà khoa học đã báo động về tình trạng ơ nhiễm
khơng khí, đặc biệt là sự gia tăng nồng độ các chất độc hại trong khơng
khí như: benzene, nitơ oxit,…Nồng độ bụi đặc trưng PM10 có nơi đạt tới
80 microgam /m3 trong khi nồng độ cho phép nhỏ hơn con số này nhiều

lần. Nồng độ SO2 lên đến 30 microgam/m3, nồng độ benzene có nơi đạt
35-40 microgam/m3. Và hàng năm, Việt Nam các phương tiện giao thông
đã thải ra sáu triệu tấn CO2, sáu mươi mốt nghìn tấn CO, ba mươi lăm
nghìn tấn NO2, mười hai nghìn tấn SO2 và hơn hai mươi hai nghìn tấn
CmHn. nồng độ các chất có hại trong khơng khí ở các đơ thị lớn vượt q
mức cho phép nhiều lần, riêng SO2 cao gấp 2-3 lần.
Từ thực tế đó chúng em thực hiện đề tài này nhằm tìm hiểu về q
trình tạo ra khí HHO và đưa vào ứng dụng thực tế, tiến hành tạo mơ hình
3


thử nghiệm trên động cơ để xem tính năng vượt trội của khí HHO khi kết
hợp với xăng, từ đó có cái nhìn và hướng đi chính xác nhất cho việc đưa
khí HHO vào sử dụng cho động cơ. Đây cũng là một công nghệ nhắm đến
cho tương lai sau này.
1.3.

Giới hạn đề tài

Do đây là một đề tài mới mẻ và độ khó trong q trình tìm hiểu là khá
cao, đồng thời các nguồn tài liệu cũng có nhiều điểm khơng chính xác
nên q trình thực hiện cũng gặp nhiều khó khăn. Nhóm chỉ xây dựng từ
những lý thuyết cơ bản cộng với việc thời gian thực hiện cũng khá ngắn
nên nhóm chỉ thực hiện được đề tài ở một giới hạn cho phép chứ không
thể đi xa hơn được.
1.4.






1.5.

Phương pháp nghiên cứu
Tìm kiếm tài liệu, lý thuyết cơ bản về điện phân, phối hợp HHO+xăng.
Các hướng nghiên cứu và các cơng trình nghiên cứu trước về điện phân nước.
Tính tốn nguồn năng lượng mặt trời để tạo ra HHO.
Thí nghiệm kiểm tra kết quả thu được.
Thử sử dụng nguồn 12v điện phân điều chế khí hydro.
Phương tiện nghiên cứu và thiết kế

 Sử dụng 2 tấm pin mặt trời cơng suất 20W dịng 1A.
 Dùng đồng hồ đo điện áp bộ cell.
 Thí nghiệm trên động cơ xe máy, xây dựng mơ hình ở tại nhà.
 Bình ắc qui 12v 5Ah.
1.6 . Ý nghĩa việc sử dụng nhiên liệu mới ô tô
a. Ý nghĩa thực tiễn:
- Tạo nguồn nhiên liệu phong phú.
- Tạo nhiều hệ thống nhiên liệu trong động cơ đốt trong.
b. Ý nghĩa khoa học:
 Nghiên cứu, phát triển nhiên liệu mới trong tương lai.
 Cải thiện môi trường trái đất.
 Giải tỏa áp lực việc cạn kiệt nhiên liệu.
 Là bước nhảy lớn trong nghành ô tô nói riêng và kỹ thuật nói riêng.
4


5

PHẦN 2. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.1.

Khái niệm về ĐCĐT:

Là một loại động cơ nhiệt, tức là loại máy có chức năng biến đổi nhiệt năng thành
cơ năng. Các loại động cơ nhiệt phổ biến hiện nay khơng được cung cấp nhiệt năng từ bên
ngồi một cách trực tiếp mà được cung cấp nhiên liệu, sau đó nhiên liệu được đốt cháy để
tạo ra nhiệt năng. Căn cứ vào vị trí đốt nhiên liệu, người ta chia các loại động cơ nhiệt
thành hai nhóm: động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu
được đốt cháy trực tiếp trong không gian cơng tác của động cơ và cũng tại đó diễn ra
q trình chuyển hố nhiệt năng thành cơ năng. Ở động cơ đốt ngoài, nhiên liệu được đốt
cháy trong lị đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho mơi chất cơng tác (MCCT), sau đó MCCT
được dẫn vào khơng gian cơng tác của động cơ để thực hiện q trình chuyển hoá nhiệt
năng thành cơ năng.
1.1.1. Phân loại ĐCĐT:
Theo cách phân loại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như: động cơ xăng,
động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ phản lực, turbine
khí đều có thể được xếp vào nhóm Động cơ đốt trong; còn động cơ hơi nước kiểu
piston, turbine hơi nước, động cơ Stirling thuộc nhóm Động cơ đốt ngoài. Tuy nhiên,
trong các tài liệu chuyên ngành, thuật ngữ "Động cơ đốt trong" (Internal Combustion
Engine) thường được dùng để chỉ riêng loại động cơ đốt trong cổ điển có cơ cấu truyền lực
kiểu piston-thanh truyền-trục khuỷu, trong đó piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong
xylanh của động cơ. Các loại động cơ đốt trong khác thường được gọi bằng các tên riêng,
ví dụ: động cơ piston quay (Rotary Engine), động cơ piston tự do (Free - Piston Engine),
động cơ phản lực (Jet Engine), turbine khí (Gas Turbine). Trong giáo trình này, thuật
ngữ động cơ đốt trong (viết tắt: ĐCĐT) cũng được hiểu theo quy ước nói trên. Có thể được
phân loại theo các tiêu chí khác nhau (Bảng 1.1-1). Căn cứ vào nguyên lý hoạt động, có thể
6

chia ĐCĐT thành các loại: động cơ phát hoả bằng tia lửa, động cơ diesel, động cơ 4 kỳ và
động cơ 2 kỳ.
Bảng 1.1. Phân loại ĐCĐT
Tiêu chí phân loại

Loại nhiên liệu

Phân loại
-

Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ bay
hơi như: xăng, alcohol, benzol, v.v.

-

Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng khó bay
hơi, như: gas oil, mazout, v.v.

- Động cơ chạy bằng khí đốt.
- Động cơ phát hoả bằng tia lửa.
Phương pháp phát hoả

- Động cơ diesel.

nhiên liệu

- Động cơ semidiesel.

Cách thức thực hiện
chu trình cơng tác

- Động cơ 4 kỳ.

Phương pháp nạp khí
mới vào khơng gian
cơng tác

- Động cơ không tăng áp.

- Động cơ 2 kỳ.
- Động cơ tăng áp.
- Động cơ một hàng xylanh ; động cơ hình sao
; hình chữ V, W, H, ...

Đặc điểm kết cấu

- Động cơ có xylanh thẳng đứng, ngang, nghiêng.
- Động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc.

Theo tính năng

- Động cơ cơng suất nhỏ, trung bình và lớn.
- Động cơ xe cơ giới đường bộ.
- Động cơ thuỷ.

Theo công dụng

- Động cơ máy bay.

- Động cơ tĩnh tại.
7