SCIENCE TECHNOLOGY
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ PHÁTTHẢI
CỦA ĐỘNG CƠ XE MÁY PHUNXĂNG ĐIỆN TỬ
KHI SỬ DỤNG BỘ XÚC TÁC GIÀU HYĐRO Cu-Ni/Al2O3
SAU KHI CHẠYBỀN 5.000KM
STUDY PERFORMANCE AND EMISSION OF AN EFI MOTORCYCLE SUPPLEMENTED
WITH HYDROGEN-RICH GAS DIRIVED FROM ON-BOARD Cu-Ni/Al2O3 CATALYST AFTER RUNNING 5.000KM
Trần Văn Hoàng1,*, Nguyễn Thế Lương1, Nguyễn Văn Thắng1,
Lê Anh Tuấn1, Phạm Minh Tuấn1, Bùi Văn Chinh2
TÓMTẮT
Bộxúc tác tạo hỗn hợp khí giàu hydroCu-Ni/Al2O3 từmột phần nhiên liệu nhờxúc tác và tận dụngnhiệt khí thải đã được sử dụngtrên động cơ đốt trong để cải
thiện tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ. Tuy nhiên, nghiên cứu đánh giá độ bền của bộ xúc tác sau khi lắp trên động cơ vẫn chưa được thực hiện. Bài
báo này sẽ nghiên cứu đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ xe máy phun xăng điện tử khi sử dụng bộ xúc tác tạo hỗn hợp khí giàu hydro Cu-Ni/
Al2O3 sau khi chạy bền 5000km. Phương pháp đối chứng được sử dụng trong nghiên cứu này, thí nghiệm được thực hiện trên băng thử CD 20”, thiết bị phân tích thành
phần khíthảiCEBIIvà đo tiêu hao nhiên liệu 733S. Kếtquảnghiêncứu tại 100% tay ga chothấy, động cơsau khi chạy 5000kmthì công suấtgiảmtrong khi suất tiêu
hao nhiên liệu tăng, trung bình giảm 1,82% đối vớicông suất và tăng 2,02% đối vớisuất tiêu hao nhiên liệu. Kết quả thínghiệm cũng cho thấy, phát thải CO và HC
trung bình tăng lầnlượt1,89%, 1,84%, phát thải NOx và CO2 trung bìnhgiảm xuống lần lượt 1,98%, 1,90%.Kết quả thử nghiệmcũng chỉ rarằng saukhichạy bền
5000km, độ kín khít của buồng cháy giảm xuống, trung bình giảm 0,84 %, các hạt kim loại xúc tác có xu hướng kết tụ lại với nhau tạo thành những hạt lớn hơn, đồng
thời xuất hiện các hạt carbon kết tủa đọng bám trên bề mặt bộ xúctác.
Từ khóa: Ni-Cu/Al2O3, suất tiêu hao nhiênliệu, CO, HC, NOX, chạy bền.
ABSTRACT
Steam reforming of gasoline (SRG) Cu-Ni/ Al2O3 catalyst was used in a SI engine to convert aproportion of gasoline torich-hydrogen gas with the aidof heat
generated from exhaust gas, the rich-hydrogen gas is then supplied to the engine in order to improve performance and emission quality. However, studying durability
of catalyst still not be executed. This article will study the economic specifications and emission of an EFI motorcycle usingCu-Ni/ Al2O3 catalyst after runningdurability
5000km. The comparing experiment wasusedinthisstudy. Theexperiment was performed onChassisDynamometer 20”, analyzing - exhaust equipmentCEBII and
Fuel balance 733S. The study has shown that after running durability, at load characteristics with different load levels, power decreased while fuel consumption
increased, at full load, avarage power decreased 1.82% and fuel consumption increased 2.02%. It also has shown that average CO and HC content increased by 1.89%
and 1.84%, while average NOx and CO2 decreased by 1.98% and1.90%. The experiment pointedout, after running durability, hermetic chamber reduced, average
decreased 0.84%, catalytic metal particles tended to combine together, and appearing particles carbon was deposited on the surface of the Ni catalyst.
Keywords: Cu-Ni/ Al2O3, fuel consumption, CO, HC, NOx, running durability.
1Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Email: tranbachoang@gmail.com
Ngày nhận bài: 01/11/2017
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 10/12/2017
Ngày chấp nhận đăng: 26/02/2018
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, nhiên liệu hóa thạch là nguyên liệu cho hầu
hết các ngành sản suất năng lượng nói chung và động cơ
đốt trong nói riêng. Do vậy, nguồn nguyên liệu này đang
ngày dần bị cạn kiệt. Vì thế các nhà nghiên cứu về động cơ
đã đưa ra các giải pháp để đa dạng hóa nguồn nhiên liệu
cũng như nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng nhằm
giảm thiểu tối đa sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Đa dạng
hóa bằng cách sử dụng các nguồn nhiên liệu thay thế như:
Ethanol, Biodiesel, CNG, LPG,… đặc biệt là khí Hydro. Việc
Số 44.2018Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
83
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng được thực hiện
Đối tượng thử nghiệm là động cơ xe máy Piagio-Leberty
bằng cách thay đổi kết cấu và điều khiển động cơ, thêm
códungtích xylanh150ccdo Piagio sản xuất, được lắp bộ xúc
phụ gia vào nhiên liệu giúp tăng độ kín khít buồng cháy.
Một hướngnghiên cứukháclà thêmphụ gia vàonhiên liệu
táctạokhí giàu hyđroCu-Ni/Al2O3. Cácthông sốkỹthuật của
động cơ vàbộxúctácđượctrìnhbàytrongbảng 1và 2.
giúp cải thiện quá trình cháy đã cho kết quả khá khả quan.
Hydro là nguồn nguyên liệu sạch, có thể tái tạo và có
thể được sản xuất từ nguồn nướcvô tận. Do Hydro có trị số
Octan lớn nên được xem như một nguồn nhiên liệu dồidào
mong muốn cho động cơ đốt trong. Trong các nghiên cứu
gần đây, Hydro đã được nghiên cứu đưa vào cùng nhiên
liệu như một phụ gia giúp cải thiện quá trình cháy. Radu
Chiriac cùng cộng sự [1]đã nghiên cứu phun khí Hydrovào
đường nạp, kết quả cho thấy hiệu suất nhiệt có ích của
động cơ tăng lên, phát thải CO, CO2 và HC giảm, tuy nhiên
NOx lại tăng lên do quá trình cháy được cải thiện. Changwei
Ji và các cộng sự [2-5] cũng đã nghiên cứu và cho thấy giảm
được tiêu hao nhiênliệu vàkhí thải ở chế độkhôngtải, quá
trình cháy với hỗn hợp nghèo cũng được cải thiện.
Tuy nhiên, vấn đề tích trữ, bảo quản và an toàn khi sử
dụng khí Hydro đang làm hạn chế sự phát triển của nguồn
2.2. Thiết bị thử nghiệm
Thử nghiệm được tiến hành tại PTN Động cơ đốt trong,
Trường ĐHBK Hà Nội với các trang thiết bị thử nghiệm
gồm: băng thử xe máy CD 20”, thiết bị phân tích thành
phần khí thải CEBII và đo tiêu hao nhiên liệu 733S. Băng thử
động lực học 20“ với động cơ chính công suất 23,9 kW, tốc
độ lớn nhất 160 km/h. Hệ thống phân tích khí thải CEBII
gồm các bộ phân tích các thành phần CO, CO2, HC, NOx, O2
trong khí thải. Thiết bị đo tiêu thụ nhiên liệu Fuel Balance
733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung
cấp cho động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình
chứa (đo theo kiểu khối lượng).
Tiến hành đo ba lần đối với xylanh và piston của động
cơ trước và sau khi thử nghiệm. Dùng panme đo ngoài và
đo trong với độ chính xác 0,001mm.
nhiên liệu này trên các phươngtiện giao thông. Do đó, vấn
2.3. Phương pháp thử nghiệm
đề đang được quan tâm hiện nay là sản xuất và cung cấp
trực tiếp khí Hydro ngay trên động cơ. Ở đó, bộ xúc tác
được lắp trên đường thải sẽ tận dụng nhiệt khí thải động
cơ, kết hợp với tác dụng của chất xúc tác, khí giàu Hydro
được sản xuất và đưa đến đường nạp của động cơ. Trần
Văn Hoàng và các cộng sự [6] đã nghiên cứu và báo cáo
hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ phun
xăng điện tử khi sử dụng bộ xúc tác giàu Hydro Cu-Ni/
Al2O3, kết quả nghiên cứu cho thấy đã cải thiện được công
suất động cơsuấttiêuhao nhiênliệu, phátthải CO, HC. Tuy
nhiên, vấn đề đánh giá độ bền cũng như hiệu quả bộ xúc
tác theo thời gian vẫn chưa được nghiên cứu. Vì vậy, bài
báo này sẽ nghiên cứu đánh giá thông số kĩ thuật, kinh tế
và phát thải của động cơ sau khi chạy bền với bộ xúc tác.
Quá trình thử nghiệm được tiến hành theo phương pháp
đối chứng khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng
RON92 với khí giàu hyđrotrước chạy bền và sau khi chạy bền.
ĐộngcơđượcđưalênbăngthửCD20”chạyràtrongvòng1
giờvớivận tốc 50 km/h. Lượngnhiên liệu cung cấp cho động
cơ ở các chế độ được điều khiển bằng ECU. Tiến hành đo
công suất, lượng tiêu hao nhiên liệu, phát thải CO, HC, NOx,
CO2 tại vị trí 100% tay ga tốc độ từ 30 đến 70 km/h (hình 2).
Sau khi đo đạc, xe được thửnghiệmhiệntrường 5000km trên
tuyếnđườngLáng -HòaLạc, chạy25 ngàyliêntục, mỗingày
chạy 4 giờ với tốc độ 50 km/h (hình 2). Sau khi chạy bền, xe
được đo kiểm nghiệm tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải
trênbăngthử giống nhưtrướckhichạybền.
2. PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM