CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thống nhất ý kiến, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng ở Việt Nam hiện nay, có rất nhiều những chiếc xe máy đang hoạt động trên đường xá. Dự đoán 20 năm nữa thì lượng xe máy ở Việt Nam chỉ giảm tối đa được khoảng 50%, nên lượng xe máy lưu thông vẫn rất lớn. Khí thải của xe máy thải ra môi trường là một nguyên nhân không hề nhỏ dẫn đến sự ô nhiễm môi trường không khí trầm trọng.
Ô nhiễm không khí là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất ở các đô thị, đặc biệt là tại các nước đang phát triển như Việt Nam. Khí thải sinh ra bao gồm từ động cơ xe bao gồm: nhiên liệu không cháy hết HC, 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 thông lớn, khí thải có thể gây ra các ảnh hướng tới sinh hoạt, năng suất lao động cũng như sức khỏe của con người. Cho tới nay, quá trình khai thác và sử dụng nguồn nhiên liệu dầu mỏ luôn gắn liền với quá trình phát triển của xã hội dù nguồn tài nguyên này có giới hạn và đang cạn dần.
Việc nguồn tài nguyên này cạn kiệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều vấn đề trong cuộc sống của mọi người về các mặt như: sức khỏe, chất lượng cuộc sống, kinh tế, giáo dục,… Bên cạnh đó, việc sử dụng quá mức các nguồn nhien liệu hóa thạch gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nó được coi là một trong những vấn đề lớn mà cộng đồng khoa học phải đối mặt. Nhiều chuyên gia đã đề cập đến sự gia tăng nồng độ khí thải trong khí quyển là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Các nhà máy công nghiệp, ô tô và đặc biệt là xe máy là nguồn chính của khí thải ở nước ta vì lượng xe máy của nước ta rất lớn.
Mặc khác, xe gắn máy thì chưa có bộ xử lý khí thải tốt như ô tô, nên hàng ngày, xe máy vẫn thải ra môi trường một lượng lớn khí thải. ảnh hưởng cực kì lớn đến với môi trường. Đối với một đất nước có hơn sáu mươi triệu chiếc xe máy được đăng kí lưu thông như nước Việt Nam, và lượng xe lưu thông hàng ngày có thể lên đến ba mươi triệu chiếc, đó là 1 vấn đề lớn về ô nhiễm môi trường, một bài toán kinh tế về nhiên liệu cần được giải quyết nhanh chóng, tránh ảnh hưởng nặng nề của nó đến sức khỏe, kinh tế, đời sống cả người 10 dân. Đặc biệt, phải ưu tiên giải quyết ở những nơi có nhiều dân cư, lượng xe máy lưu thông lớn và hay xảy ra tình trạng ùn ứ, tắc nghẽn giao thông như các thành phố lớn ở Việt Nam là Thành phố Hồ Chí Minh, Thủ đô Hà nội,… Như vậy việc giảm lượng khí thải động cơ xe máy là một nhu cầu thực tế hết sức cấp thiết.
Bên cạnh đó, việc tăng hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu cũng có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. 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, phun dung dịch adblue vào đường ống xả …. Tuy nhiên đó là những giải pháp hết sức phức tạp, cần sự nghiên cứ của rất nhiều chuyên gia, gần như đòi hỏi thay đổi toàn bộ hệ thống. Không những thế, việc áp dụng các phương pháp trên làm cho xe máy cồng kềnh, phức tạp, tăng cao chi phí sản xuất, tăng chi phí mua xe gây tốn kém, không phù hợp với người dân các nước đang phát triển như Việt Nam.
Ngoài ra, lượng xe máy lớn cũng tiêu thụ một lượng lớn lượng nhiên liệu, và vấn đề tiết kiệm nhiên liệu trên xe máy là một vấn đề đáng lưu tâm. Qua quá trình học tập, tìm hiểu, đọc các bài báo nghiên cứu của Châu Á và Châu Âu về vấn đề giảm thiểu khí thải xe máy, tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu. Trong rất nhiều phương pháp, nhóm nghiên cứu đã quan tâm đến một phương pháp giải quyết vấn đề trên, đó là sử dụng bộ điện phân tạo HHO. Hiện nay phương pháp sử dụng khí điện phân hydrogen (HHO) để thêm vào hỗn hợp nhiên liệu đang là một hướng nghiên cứu mới phù hợp với xu thế nghiên cứu trên thế giới.
Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới Hiện nay có rất nhiều phướng pháp để tạo ra khí hydro khác nhau những có một cách để tạo ra hydro (H2) để giảm lượng khí thải động cơ CO2, HC, NOx. Vì thực tế đốt cháy nhiên liệu không cacbon chỉ tạo ra nước sạch theo nghiên cứu của Baltacioglu MK và cộng sự, nghiên cứu của Arat H và cộng sự. Hydro có thể sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau như khí thiên nhiên, dầu, than đá và phương pháp điện phân nước. Trong các phương pháp trên, phương pháp điện phân nước cho chi phí thấp nhất.
Phương pháp ứng dụng điện phân nước đang rất được chú ý do ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo và đó là một công nghệ sạch với chi phí thấp. Hydro và oxi được tạo ra từ quá trình điện phân nước theo tỉ lệ 2:1 11 và được gọi là hydrogen (HHO). Nhiều nghiên cứu khác nhau được thực hiện về điện phân để sản xuất hydro như phương pháp điện phân kiềm, điện phân sử dụng màng trao đổi proton PEM và điện phân nước nhiệt độ cao, tuy nhiên chủ yếu tập trung vào điện phân kiềm với mô hình HHO “dry cell” sử dụng trên các động cơ xe ô tô, xe máy theo nghiên cứu của Pierre Millet và cộng sự. Ngoài ra còn có, trong Tạp chí Châu Âu về Những tiến bộ trong Kỹ thuật và Công nghệ (2015) đã có bài báo “HHO Generator – An Approach to Increase Fuel Efficiency in Spark Ignition Engines” nghiên cứu ảnh hưởng của HHO khi đưa nó vào động cơ.
Về nguyên tắc, một giải pháp như vậy sẽ cải thiện hiệu suất và giảm phát thải động cơ nhưng phải trang bị thêm hệ thống nhiên liệu và bình chứa khí hydro (H2). Tuy nhiên, tích trữ loại nhiên liệu này gây ra nguy cơ cháy nổ rất cao trong những trường hợp va chạm và rò rỉ khi lắp đặt. Phương pháp điện phân nước cho chi phí thấp nhất và dễ tiến hành nhất đối với nhóm nghiên cứu. Ngoài ra, đây là phương pháp hạn chế các rủi ro nhất về cháy nổ.
Phương pháp này đang rất được chú ý do đó là một công nghệ sạch với chi phí thấp. Chính vì vậy, một hệ thống tạo khí HHO sử dụng nguồn điện do xe tạo ra để cung cấp khí HHO trực tiếp vào đường ống nạp của động cơ. Các công trình nghiên cứu ứng dụng về điện phân đã rất phổ biến trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phương Tây. Bên cạnh đó, có các nghiên cứu về ứng dụng điện phân tạo HHO vào động cơ đốt trong là giải pháp giảm phát thải khí thải, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ.
Tuy nhiên, các nghiên cứu chủ yếu là ở nước ngoài, trong nước hầu thì có rất ít bài báo nghiên cứu về hệ thống HHO cho xe máy. Đặc biệt, việc thực nghiệm hiệu quả của việc cho HHO vào động cơ vẫn chưa có bài báo nào cụ thể. Chính vì thế, đề tài này sẽ trình bày đầy đủ tổng quan các nghiên cứu của công nghệ điện phân nước và khả năng ứng dụng trên xe máy với mục đích là tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí phát thải, đặc biệt là khí HC, tăng công suất động cơ. Mục tiêu nghiên cứu Với mục tiêu xây dựng được một hệ thống nhiên liệu phụ trợ cho xe máy, tính toán và tối ưu hóa hoạt động đảm bảo hệ thống tối ưu nhất.
Đồng thời, từ việc xây dựng hệ thống tiến hành chế tạo ra một bộ điện phân tạo khí HHO cho hệ thống nạp xe máy, đưa luồng 12 khí HHO vào trong động cơ đốt cháy cùng với nhiên liệu để sản phẩm cháy sạch hơn và giảm thiểu được ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu. Góp phần giảm thiểu được sự ảnh hưởng của vấn đề cạn kiệt tài nguyên dầu mỏ và khí đốt. Góp phần vào công cuộc chống nóng lên toàn cầu, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đầu tư công sức hơn về đề tài này là tạo ra hệ thống phụ nhiên liệu HHO dễ sản xuất, dễ lắp đặt, linh hoạt, có khả năng lắp lẫn trên nhiều loại xe khác nhau, kể cả ô tô và các xe lớn hơn.
Đối tượng nghiên cứu Quá trình điện phân nước thu HHO, bộ điều khiển điện phân. Hệ thống cung cấp HHO trên động cơ xăng. Quá trình cháy của động cơ xăng khi cung cấp nguồn nhiên liệu bổ sung HHO. Sản phẩm cháy trước và sau khi nạp khí HHO vào buồng đốt.
Lượng tiêu hao nhiên liệu, khí thải, công suất động cơ khi cung cấp HHO cho động cơ trong thực tế 1. Giả thuyết nghiên cứu Nhiên liệu hydro là một loại nhiên liệu thay thế có đặc tính phù hợp có thể sử dụng như một nhiên liệu thứ hai trên hệ thống nhiên liệu kép của động cơ xăng nhằm cải thiện hiệu suất động cơ và các thành phần khí thải. Trên hệ thống nhiên liệu kép này, hydro được cung cấp dưới dạng hỗn hợp HHO trực tiếp từ bình điện phân bằng nguồn năng lượng từ ắc quy và máy phát khi xe đang vận hành. Lưu lượng khí HHO được điều khiển bằng bộ điều khiển điện phân và căn cứ vào công suất, điều kiện làm việc của động cơ để cung cấp lượng khí thích hợp, sau đó được đưa vào đường ống nạp trước cánh bướm ga.
Với các đặc tính cháy giúp triệt tiêu các sản phẩm cháy sót của động cơ xăng, ứng dụng phụ nhiên liệu HHO sẽ tăng hiệu suất động cơ, tiêt kiệm nhiên liệu giảm lượng khí thải độc hại đáng kể, đặc biệt là HC. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết và các tính toán: quá trình điện phân, đặc tính cháy của động cơ xăng, định lượng nhiên liệu của động cơ xăng. Nghiên cứu bộ điều khiển điện phân để kiểm soát lưu lượng khí HHO sinh ra và cung cấp cho động cơ. Thực nghiệm hệ thống HHO trên động cơ xe máy, sau đó so sánh và đánh giá kết quả.
Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, khảo sát về đặc tính cũng như hiệu suất của quá trình điện phân.