Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh ngành giao thông vận tải toàn cầu đang chịu áp lực chuyển dịch năng lượng nhằm giảm thiểu hơn 24% lượng khí thải nhà kính (theo số liệu từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế - IEA), động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine - ICE) vẫn giữ vai trò chủ lực với hơn 90% phương tiện đang lưu hành. Mặc dù các công nghệ xe thuần điện (BEV) và xe lai (HEV) đang phát triển, những rào cản về hạ tầng trạm sạc, giá thành khối pin lithium-ion và tác động môi trường từ quá trình khai thác khoáng sản khiến động cơ đốt trong vẫn sẽ tiếp tục vận hành trong nhiều thập kỷ tới.

Vấn đề cốt lõi của động cơ xăng truyền thống nằm ở hiệu suất nhiệt có ích (Brake Thermal Efficiency - BTE) tương đối thấp ở chế độ tải nhỏ và không tải (chỉ đạt 20 - 28%), đi kèm với sự phát thải lớn của các khí độc hại như Hydrocarbon chưa cháy (HC), Carbon Monoxide (CO) và muội than do quá trình hòa trộn nhiên liệu - không khí không đồng đều và giới hạn cháy hẹp ($\lambda = 0.85 - 1.1$). Việc tích trữ hydro áp suất cao (200 - 700 bar) hoặc hydro hóa lỏng ($-253^\circ\text{C}$) trên phương tiện cơ giới đòi hỏi bình chứa vật liệu composite sợi carbon đắt đỏ, tiềm ẩn rủi ro rò rỉ và cháy nổ cao.

Đồ án khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô (Mã ngành: 7510205) tại Trường Đại học Bình Dương đã tập trung giải quyết bài toán này thông qua đề tài: "Nghiên cứu thiết kế thiết bị tạo Hydrogen sử dụng trên động cơ xăng". Dự án áp dụng phương pháp sản xuất hỗn hợp khí giàu hydro (Hydroxyl - HHO) trực tiếp trên xe (on-demand on-board generation) thông qua quá trình điện phân dung dịch kiềm, sau đó nạp bổ sung vào đường ống hút của động cơ xăng để tối ưu hóa quá trình cháy.

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                             MỤC TIÊU DỰ ÁN                                  |
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 1. Tổng hợp cơ sở lý thuyết nhiệt động học và động học cháy của Hydro / HHO |
| 2. Thiết kế mô hình 3D máy điện phân nước kiềm bằng Autodesk Inventor 2023 |
| 3. Gia công, lắp ráp hoàn thiện thiết bị điện phân dạng Dry-Cell (SS316L)   |
| 4. Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của điện áp (12-24V) & nồng độ NaOH (%)    |
| 5. Tích hợp bộ cấp khí vào cổ hút động cơ xe máy Honda Wave 110cc           |
| 6. Đánh giá mức độ tiết kiệm nhiên liệu xăng ở chế độ không tải (1200 rpm)  |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Giải pháp tạo khí HHO tức thời loại bỏ hoàn toàn bình chứa áp suất cao, tận dụng nguồn điện 12V từ máy phát hoặc ắc quy sẵn có trên xe. Khí HHO sinh ra gồm hỗn hợp $H_2$ và $O_2$ theo tỷ lệ mol $2:1$, mang đặc tính cháy vượt trội: tốc độ lan tràn màng lửa cực nhanh ($u_n \approx 2.37 \text{ m/s}$, gấp ~10 lần hơi xăng), khoảng cách dập tắt màng lửa cực nhỏ ($0.6 \text{ mm}$ so với $2.0 \text{ mm}$ của xăng), và nhiệt trị riêng khối lượng cao ($119.7 \text{ MJ/kg}$ so với $44.7 \text{ MJ/kg}$). Khi đưa vào buồng đốt, HHO đóng vai trò như một chất xúc tác tăng cường khả năng phát hỏa, kích thích hòa khí xăng - không khí cháy nhanh, cháy kiệt ngay cả trong điều kiện hỗn hợp nghèo ($\lambda > 1.2$).

  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế bộ điện phân kiềm Dry-Cell quy mô nhỏ; thử nghiệm tối ưu thông số hóa lý (nồng độ dung môi, điện áp, nhiệt độ); đánh giá thực nghiệm trên động cơ xăng 4 kỳ đơn xi-lanh (Honda Wave 110cc) tại dải vận hành không tải 1200 vòng/phút trong thời gian 25 phút.
  • Giới hạn nghiên cứu: Chưa tích hợp mạch điều khiển tự động ECU để thay đổi góc đánh lửa sớm và thời gian phun xăng điện tử theo thời gian thực; kiểm thử dừng lại ở chế độ tĩnh trên bệ thử nghiệm cơ sở.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi đi vào phương án thiết kế máy điện phân kiềm on-board, nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh, đánh giá các công nghệ sản xuất và lưu trữ hydro phổ biến hiện nay:

Phương pháp Nguyên lý hoạt động Ưu điểm Nhược điểm Khả năng ứng dụng trên ô tô / xe máy
Bình chứa Hydro nén (200-700 bar) Nén khí hydro nguyên chất ở áp suất siêu cao Mật độ năng lượng theo thể tích tốt, cấp nhiên liệu liên tục Rủi ro nổ cao, chi phí bình composite đắt, thiếu trạm nạp Khó khả thi cho xe phổ thông hiện nay
Biến đổi nhiệt hóa Hydrocarbon (Steam Reforming / POX) Tận dụng nhiệt khí xả ($450-900^\circ\text{C}$) phản ứng xăng/nước Tận dụng nhiên liệu sẵn có, hiệu suất biến đổi cao ($>70%$) Hệ thống xúc tác Nickel cồng kềnh, sinh muội than, nhiệt độ khởi động lớn Phù hợp trạm tĩnh tại hơn là xe nhỏ
Điện phân màng PEM (Proton Exchange Membrane) Tách ion $H^+$ qua màng polymer bán thấm Khí hydro tinh khiết, dòng điện phân cao, thiết kế gọn Xúc tác Platin/Iridium cực đắt, nhạy cảm với tạp chất nước Chi phí chế tạo quá cao đối với đề tài ứng dụng
Điện phân dung dịch kiềm (Alkaline Dry-Cell) [Giải pháp chọn] Điện phân dung dịch $H_2O + NaOH/KOH$ qua các bản cực kim loại Kết cấu đơn giản, vật liệu rẻ tiền (Inox 304/316L), an toàn, tạo khí on-demand Sinh nhiệt dung môi khi làm việc lâu, sinh hỗn hợp $H_2 + O_2$ Tối ưu nhất cho phương tiện cơ giới cá nhân

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc): Bản cực Inox chống ăn mòn điện hóa; gioăng cao su chịu nhiệt EPDM làm kín tuyệt đối; bình sục rửa bọt khí kiềm (Bubbler / Flashback Arrestor) ngăn ngừa cháy ngược; van 1 chiều bảo vệ cổ hút.
  • Should have (Nên có): Đồng hồ đo áp suất, cảm biến nhiệt độ dung môi, mạch điều khiển độ rộng xung (PWM) để khống chế cường độ dòng điện.
  • Could have (Có thể mở rộng): Cảm biến mực nước tự động cảnh báo cạn dung dịch, màn hình LCD hiển thị lưu lượng khí.
  • Won't have (Không triển khai trong giai đoạn này): Máy nén khí tăng áp hydro, bình tích áp trên 2 bar.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc tổng thể của hệ thống cấp khí giàu hydro bổ sung cho động cơ xăng bao gồm các cụm phân hệ chính:

+----------------+      12V DC      +------------------+     Current (A)     +-------------------+
| Ắc quy / Nguồn | ---------------> | Bộ điều khiển PWM| ------------------> | Bộ điện phân kiềm |
|    12V - 30A   |                  |  (Khống chế dòng)|                     |  (Dry-Cell SS316) |
+----------------+                  +------------------+                     +-------------------+
                                                                                       |
                                                                              Khí HHO + Hơi nước
                                                                                       v
+----------------+    Khí sạch      +------------------+     HHO + KOH ẩm    +-------------------+
| Cổ hút Động cơ | <--------------- | Van 1 chiều &    | <------------------ | Bình lọc bọt kiềm |
|  (Honda Wave)  | (Áp suất âm nạp) | Flashback Arrest |                     |   & ngưng tụ nước |
+----------------+                  +------------------+                     +-------------------+

Thông số kỹ thuật của Technology Stack và Phần cứng:

  1. Phần mềm thiết kế cơ khí: Autodesk Inventor Professional 2023 (Mô hình hóa 3D Solid Modeling, lắp ráp cụm Assembly và xuất bản vẽ kỹ thuật chi tiết).
  2. Bộ điện phân Dry-Cell:
    • Kích thước bản cực: $150 \times 150 \times 1.5 \text{ mm}$.
    • Vật liệu bản cực: Thép không gỉ AISI 316L (chống ăn mòn kiềm và clo hóa).
    • Cấu hình bố trí điện cực: Cấu trúc Sandwich dạng $+(nnnnn)-(nnnnn)+$ (với $n$ là các tấm trung tính - Neutral Plates), giúp chia đều điện áp cấp vào mỗi khe hở chỉ từ $1.8\text{V} - 2.2\text{V}$, tối ưu hóa hiệu suất Faraday và hạn chế tổn hao nhiệt điện trở Joule.
    • Tấm mặt bích đầu cuối (End Plates): Nhựa kỹ thuật Acrylic/POM dày $12 \text{ mm}$ gia công CNC chịu lực xiết bu-lông.
    • Đệm làm kín (Gaskets): Cao su EPDM chịu kiềm và nhiệt độ làm việc lên tới $120^\circ\text{C}$, độ dày $2.0 \text{ mm}$.
  3. Chất điện phân (Electrolyte Catalyst): Natri Hydroxit ($NaOH$) tinh khiết 99% pha với nước cất tinh khiết hai lần (nồng độ khảo sát $5% - 25%$).
  4. Hệ thống an toàn: Bình sục khí (Bubbler) chứa nước cất đóng vai trò kép: giữ lại hơi ẩm mang bazo và dập tắt hoàn toàn màng lửa nếu xảy ra hiện tượng cháy ngược (backfire) từ buồng đốt ra đường ống nạp.

Methodology

Quy trình nghiên cứu áp dụng phương pháp Kỹ thuật Thực nghiệm Kết hợp Tính toán Nhiệt động lực học (Empirical & Thermodynamic Engineering Design):

+-----------------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 1: Tính toán lý thuyết phản ứng cháy, tỷ lệ hòa khí và định luật Faraday|
| (Thời gian: Tháng 01/2023 - Tháng 02/2023)                                        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                         |
                                         v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 2: Thiết kế 3D Inventor, lựa chọn vật liệu và gia công cơ khí bộ tạo khí|
| (Thời gian: Tháng 03/2023 - Tháng 04/2023)                                        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                         |
                                         v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 3: Thử nghiệm tĩnh máy điện phân, tối ưu hóa nồng độ NaOH & Điện áp     |
| (Thời gian: Tháng 05/2023 - Tháng 06/2023)                                        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
                                         |
                                         v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| GIAI ĐOẠN 4: Lắp đặt bệ thử nghiệm trên động cơ Honda Wave 110cc, đo đạc tiêu hao |
| (Thời gian: Tháng 07/2023 - Tháng 08/2023)                                        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
  • Quản trị rủi ro & QA: Kiểm tra rò rỉ khí bằng áp suất khí nén $1.5 \text{ bar}$ ngâm chìm trong bể nước trong 30 phút trước khi châm dung môi; kiểm soát nhiệt độ dung môi luôn dưới $60^\circ\text{C}$ để chống hiện tượng đoản mạch nhiệt (Thermal Runaway).

Implementation và kết quả

Development process

1. Cơ sở lý thuyết hóa học và tính toán điện phân:

Quá trình điện phân nước kiềm xảy ra thông qua hai phản ứng nửa tế bào (Half-cell reactions):

  • Tại cực âm (Cathode): $$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^- \quad (E^\circ = -0.83\text{V})$$
  • Tại cực dương (Anode): $$2OH^- - 2e^- \rightarrow \frac{1}{2}O_2 \uparrow + H_2O \quad (E^\circ = +0.40\text{V})$$
  • Phản ứng tổng thể: $$H_2O \rightarrow H_2 \uparrow + \frac{1}{2}O_2 \uparrow \quad (\Delta E^\circ = 1.23\text{V})$$

Theo định luật điện phân Faraday, thể tích khí HHO sinh ra ở điều kiện tiêu chuẩn ($0^\circ\text{C}, 1 \text{ atm}$) được tính theo công thức: $$V_{HHO} = \left(\frac{I \cdot t}{z \cdot F}\right) \cdot \left(\frac{3}{2}\right) \cdot V_m$$ Trong đó:

  • $I$: Cường độ dòng điện chạy qua cell (A).
  • $t$: Thời gian điện phân (giây).
  • $F = 96485 \text{ C/mol}$: Hằng số Faraday.
  • $z = 2$: Số electron trao đổi để tạo ra 1 phân tử $H_2$.
  • $V_m = 22.4 \text{ lít/mol}$: Thể tích mol khí ở ĐKTC.
  • Hệ số $\frac{3}{2}$: Tỷ lệ tổng khí ($1 \text{ mol } H_2 + 0.5 \text{ mol } O_2$).

2. Thuật toán điều khiển PWM và giám sát dòng nạp:

Để ngăn chặn hiện tượng dung môi bị quá nhiệt làm tăng điện dẫn mất kiểm soát, đoạn mã điều khiển nhúng sau (viết trên nền tảng C++ cho vi điều khiển giám sát) được ứng dụng trong quá trình điều phối dòng điện cấp cho máy điện phân:

// Thuật toán giám sát dòng và điều khiển PWM bảo vệ cell điện phân
#include <Arduino.h>

const int PIN_PWM = 9;
const int PIN_CURRENT_SENSOR = A0;
const int PIN_TEMP_SENSOR = A1;

const float MAX_TEMPERATURE_C = 65.0;
const float TARGET_CURRENT_A = 15.0;
const float MAX_CURRENT_A = 22.0;

int pwmDutyCycle = 128; // Khởi tạo 50% duty cycle

void setup() {
    pinMode(PIN_PWM, OUTPUT);
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    float currentAdc = analogRead(PIN_CURRENT_SENSOR);
    float currentA = (currentAdc * (5.0 / 1023.0) - 2.5) / 0.066; // ACS712-30A
    
    float tempAdc = analogRead(PIN_TEMP_SENSOR);
    float temperatureC = (tempAdc * (5.0 / 1023.0)) * 100.0; // LM35

    // Thuật toán bù vòng lặp kín chống quá nhiệt (Thermal Runaway)
    if (temperatureC >= MAX_TEMPERATURE_C || currentA > MAX_CURRENT_A) {
        pwmDutyCycle = max(0, pwmDutyCycle - 10); // Hạ tải nhanh
    } else if (currentA < TARGET_CURRENT_A && pwmDutyCycle < 255) {
        pwmDutyCycle = min(255, pwmDutyCycle + 2); // Tăng dần dòng đạt mục tiêu
    }

    analogWrite(PIN_PWM, pwmDutyCycle);
    delay(500);
}

Testing và validation

1. Khảo sát ảnh hưởng của Điện áp cấp vào thiết bị điện phân:

Thực nghiệm tiến hành với dung dịch $NaOH$ cố định nồng độ $15%$, thay đổi điện áp cấp từ nguồn DC biến đổi:

Điện áp cấp (V) Cường độ dòng (A) Thời gian sinh 5 Lít HHO (phút) Lưu lượng HHO ($L/\text{phút}$) Nhiệt độ dung môi ($^\circ\text{C}$)
12.0 9.8 6.8 0.735 38.5
13.8 (Chuẩn ắc quy) 14.2 4.2 1.190 44.0
16.0 18.5 3.1 1.612 52.3
20.0 24.6 2.3 2.174 63.8
24.0 30.2 1.8 2.778 76.5

Nhận xét: Điện áp càng cao, tốc độ sinh khí càng lớn. Tuy nhiên ở mức $>16\text{V}$, nhiệt độ dung dịch tăng vọt lên trên $50^\circ\text{C}$ dẫn đến hiện tượng bốc hơi nước mạnh làm loãng chất xúc tác. Do đó mức điện áp danh định của xe $13.8\text{V} - 14.2\text{V}$ là dải làm việc tối ưu nhất.

2. Khảo sát ảnh hưởng của Nồng độ dung dịch xúc tác NaOH:

Thực nghiệm ở mức điện áp ổn định $13.8\text{V}$:

Nồng độ NaOH (% khối lượng) Cường độ dòng đo được (A) Thời gian sinh 5 Lít HHO (phút) Lưu lượng HHO ($L/\text{phút}$)
5% 5.4 11.5 0.435
10% 9.2 6.5 0.769
15% 14.1 4.3 1.163
20% 18.8 3.2 1.562
25% 22.4 2.8 1.785

Nhận xét: Nồng độ $NaOH$ từ $15% - 20%$ cho tốc độ sản sinh khí ổn định nhất ($1.16 - 1.56 \text{ L/min}$), dòng điện không bị tăng đột biến gây cháy cầu chì.

3. Thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu trên động cơ Honda Wave 110cc:

Động cơ thử nghiệm được gắn trên khung giá đỡ chuyên dụng, kết nối bình đo thể tích nhiên liệu chia vạch chính xác ($\pm 0.5\text{ ml}$). Thử nghiệm đo lượng xăng tiêu thụ tại chế độ cầm chừng không tải cố định $1200 \pm 50 \text{ vòng/phút}$ trong thời gian mỗi lần chạy là 25 phút.

Lần thử nghiệm Tiêu thụ Xăng nguyên bản (ml) Tiêu thụ Xăng + HHO (ml) Lượng xăng tiết kiệm (ml) Tỷ lệ tiết kiệm (%)
Lần 1 68.5 56.0 12.5 18.25%
Lần 2 69.0 57.5 11.5 16.67%
Lần 3 67.5 54.5 13.0 19.26%
Lần 4 70.0 58.0 12.0 17.14%
Lần 5 68.0 55.0 13.0 19.12%
TRUNG BÌNH 68.6 ml 56.2 ml 12.4 ml 18.08% 
BIỂU ĐỒ SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU (25 PHÚT Ở 1200 RPM)
+-------------------------------------------------------------+
| Xăng nguyên bản: | ================================== 68.6 ml|
| Có bổ sung HHO:  | ============================ 56.2 ml      |
| Chênh lệch:      | ===== 12.4 ml (Tiết kiệm 18.08%)          |
+-------------------------------------------------------------+

Kết quả đạt được

  1. Hiệu suất sinh khí: Thiết bị Dry-Cell 11 tấm tạo ra lưu lượng ổn định $1.2 \text{ L/phút}$ ở dòng $14\text{A}$ ($13.8\text{V}$), đáp ứng tốt nhu cầu làm giàu hòa khí cho động cơ dung tích $110\text{cc}$.
  2. Khả năng tiết kiệm nhiên liệu: Giảm trung bình 18.08% lượng xăng tiêu thụ ở chế độ không tải (1200 rpm).
  3. Cơ chế cải thiện: Nhờ trị số Octane cao ($>130$) và khoảng cách dập tắt màng lửa nhỏ ($0.6\text{ mm}$), hydro giúp đốt cháy phần màng xăng bám thành xi-lanh và hòa khí nghèo vùng biên, nâng cao hiệu suất nhiệt chu trình.

Đổi mới và đóng góp

  • Cải tiến kỹ thuật Dry-Cell: Khác với các bình điện phân ướt truyền thống (Wet-Cell) ngập toàn bộ điện cực trong chất lỏng gây rò rỉ dòng điện ven mép (stray current), thiết kế Dry-Cell dạng sandwich kín nước giúp dòng điện tập trung 100% qua bề mặt tiếp xúc trực tiếp, nâng hiệu suất điện phân lên thêm $22%$.
  • Cơ chế cấp khí On-demand an toàn: Không cần bình nén áp suất cao; hỗn hợp HHO được sinh ra lập tức được hút vào buồng đốt nhờ độ chân không đường ống nạp (áp suất âm $-0.2$ đến $-0.4 \text{ bar}$ ở chế độ bướm ga đóng).
  • Đóng góp học thuật và ngành kỹ thuật ô tô: Chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng hydro làm phụ gia nhiên liệu trên các dòng xe máy trang bị bộ chế hòa khí và phun xăng điện tử đời cũ, mở ra hướng đi chi phí thấp để cải thiện phát thải cho hàng triệu phương tiện giao thông cá nhân hiện hành.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản sử dụng (Real-World Use Cases)

  1. Xe máy công nghệ (Grab/Gojek/Shipper): Di chuyển liên tục trong đô thị với tần suất dừng chờ đèn đỏ và chạy chậm (chế độ cầm chừng chiếm tới $30-40%$ thời gian vận hành). Bộ thiết bị giúp cắt giảm đáng kể chi phí nhiên liệu.
  2. Động cơ tĩnh tại (Máy phát điện, máy bơm nông nghiệp): Chạy tải ổn định trong thời gian dài, dễ dàng bổ sung nước cất định kỳ.

Phân tích Chi phí - Lợi ích (Cost-Benefit Analysis & ROI)

BẢNG TÍNH THỜI GIAN HOÀN VỐN (ROI) CHO XE MÁY DỊCH VỤ
+-------------------------------------------------------------------------+
| Chi phí đầu tư bộ kit HHO Dry-Cell tự chế tạo:           1,500,000 VNĐ  |
| Quãng đường di chuyển trung bình:                        100 km/ngày    |
| Tiêu hao xăng cơ sở (2.2 L/100km):                       2.2 Lít/ngày   |
| Tiêu hao xăng sau khi lắp HHO (Tiết kiệm 15% thực tế):   1.87 Lít/ngày  |
| Lượng xăng tiết kiệm mỗi ngày:                           0.33 Lít/ngày  |
| Tiền xăng tiết kiệm (Giá xăng 24,000 VNĐ/L):             7,920 VNĐ/ngày |
| Chi phí nước cất & NaOH tiêu hao:                        ~500 VNĐ/ngày  |
| Lợi nhuận ròng tiết kiệm:                                7,420 VNĐ/ngày |
+-------------------------------------------------------------------------+
| THỜI GIAN HOÀN VỐN ĐẦU TƯ: 1,500,000 / 7,420 ≈ 202 NGÀY (~6.7 THÁNG)    |
+-------------------------------------------------------------------------+

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  1. Gia nhiệt dung dịch: Sau hơn 45 phút chạy liên tục, dung dịch kiềm tăng nhiệt độ lên $>60^\circ\text{C}$, làm tăng hơi nước cuốn theo khí HHO.
  2. Hiện tượng ăn mòn nhẹ: Mặc dù sử dụng Inox 316L, bề mặt bản cực Anot vẫn xuất hiện lớp màng oxit mỏng sau 50 giờ hoạt động, làm tăng điện trở trong từ $0.15 - 0.18\text{V}$.
  3. Phát thải $NO_x$: Do hydro có nhiệt độ cháy cục bộ cao, ở chế độ toàn tải có thể làm nồng độ phát thải oxide nitơ ($NO_x$) tăng nhẹ nếu không điều chỉnh giảm góc đánh lửa sớm.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Thiết kế mạch ECU độc lập (hoặc Piggyback) tự động remap giảm góc đánh lửa sớm từ $2^\circ - 4^\circ$ trục khuỷu khi kích hoạt phun HHO.
  • Tích hợp tháp làm mát cưỡng bức (radiator mini) cho bình trữ dung môi tuần hoàn.
  • Ứng dụng nguồn pin năng lượng mặt trời mini gắn trên nóc thùng xe/mui xe để cấp điện phụ trợ cho quá trình điện phân, giảm tải cho máy phát điện động cơ.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Giảng viên ngành Ô tô / Cơ khí: Nguồn tài liệu thực chứng chi tiết về nhiệt động lực học quá trình cháy hỗn hợp Hydro-Xăng, công thức tính toán lượng khí nạp và bản vẽ gia công Dry-Cell thực tế.
  • Kỹ sư phát triển & Gara sửa chữa: Tham khảo mô hình module hóa hệ thống cấp khí HHO an toàn, sơ đồ mạch bảo vệ chống cháy ngược và giải pháp can thiệp đường ống nạp.
  • Doanh nghiệp vận tải & Người tiêu dùng: Giải pháp kỹ thuật tiết kiệm $15-18%$ chi phí nhiên liệu với thời gian thu hồi vốn dưới 7 tháng.
  • Nhà nghiên cứu môi trường: Dữ liệu thực nghiệm về tiềm năng giảm thiểu phát thải khí nhà kính và muội than từ việc ứng dụng nhiên liệu xanh chuyển tiếp.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để lắp đặt bộ tạo khí HHO trên xe máy hoặc ô tô là gì?

Phương tiện cần có hệ thống điện 12V ổn định (ắc quy dung lượng tối thiểu 5Ah cho xe máy, 45Ah cho ô tô); máy phát điện còn dư tải công suất từ 150W - 250W; đường ống nạp sau bướm ga có vị trí ren/khoan lỗ gắn đầu nối khí chân không; và khoang máy có vị trí thông thoáng để cố định bình điện phân thẳng đứng.

2. Khí HHO có nguy cơ gây kích nổ hoặc làm cháy nổ động cơ không?

Hỗn hợp HHO rất nhạy lửa nhưng do thiết bị hoạt động theo nguyên lý sản xuất đến đâu tiêu thụ ngay đến đó (On-demand), thể tích khí tích tụ trong đường ống tại mọi thời điểm là cực nhỏ ($<0.05 \text{ Lít}$). Đồng thời, hệ thống được bảo vệ hai lớp bằng bình sục nước (Bubbler dập lửa) và van một chiều, triệt tiêu hoàn toàn khả năng ngọn lửa cháy ngược vào bình điện phân.

3. Có cần phải thay đổi kết cấu cơ khí bên trong động cơ (Piston, Xupap) không?

Hoàn toàn không. Khí HHO chỉ được cấp phụ trợ qua đường ống nạp vào buồng đốt cùng với không khí tươi. Tỷ lệ HHO chỉ chiếm $1-3%$ tổng thể tích khí nạp, đóng vai trò chất xúc tác cải thiện quá trình cháy của xăng chứ không thay thế hoàn toàn xăng, do đó không gây quá nhiệt hay phá hủy kết cấu buồng đốt nguyên bản.

4. Định kỳ bảo dưỡng và tiếp dung dịch cho thiết bị như thế nào?

Cứ sau mỗi $500 - 800 \text{ km}$ vận hành, người dùng chỉ cần châm thêm khoảng $200 - 300\text{ ml}$ nước cất tinh khiết vào bình chứa (do chất xúc tác $NaOH$ không bị mất đi trong quá trình điện phân mà chỉ có nước bị phân tách thành khí). Vệ sinh súc rửa bình điện phân và thay mới dung dịch sau mỗi $10,000 \text{ km}$.

5. Chi phí chế tạo trọn bộ và thời gian hoàn vốn thực tế là bao lâu?

Chi phí tự chế tạo một bộ kit Dry-Cell 11 plates hoàn chỉnh (bao gồm tấm Inox 316L, vỏ mica/POM, bình bubbler, ống dẫn PU chịu áp và mạch điều khiển PWM) dao động từ 1.5 đến 2.2 triệu VNĐ. Với người chạy xe dịch vụ từ 80-100 km/ngày, thời gian hoàn vốn từ tiền xăng tiết kiệm được là khoảng 6 đến 7 tháng.

Kết luận

Đề tài khóa luận "Nghiên cứu thiết kế thiết bị tạo Hydrogen sử dụng trên động cơ xăng" của sinh viên Trần Nguyễn Minh Châu và Lư Chi Bằng (Khoa CNKT Ô tô - Trường Đại học Bình Dương) đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra cả về mặt lý thuyết tính toán lẫn chế tạo thực nghiệm. Dự án chứng minh tính khả thi vượt trội của phương pháp điện phân nước kiềm Dry-Cell on-board trong việc tạo ra hỗn hợp khí HHO làm phụ gia cháy sạch cho động cơ đốt trong.

Kết quả thực nghiệm trên động cơ Honda Wave 110cc ghi nhận mức tiết kiệm nhiên liệu xăng trung bình 18.08% ở chế độ không tải 1200 rpm, mở ra giải pháp thiết thực, chi phí thấp nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và cải thiện phát thải cho các phương tiện giao thông hiện hành trong giai đoạn quá độ tiến tới giao thông không phát thải.