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

 i 
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 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
KHÁNH HÒA – 2015 
 ii 
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 
 Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực 
 Mã số : 62520116 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS. TS LÊ ANH TUẤN 
2. PGS. TS NGUYỄN VĂN NHẬN 
KHÁNH HÒA – 2015 
 i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số 
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất 
kỳ công trình nào khác. 
Nha Trang, ngày 10 tháng 08 năm 2015 
 Tác giả luận án 
 Cao Văn Tài 
 ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Khoa sau đại 
học, Khoa Kỹ thuật Giao thông , Trường Đại học Nha Trang , đã tạo điều 
kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Anh Tuấn, 
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận 
Trường Đại học Nha Trang đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo 
về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án . Tôi 
cũng xin cám ơn PGS. TS Trần Gia Thái , Trưởng khoa Kỹ thuật giao 
thông và các thầy cô trong khoa đã luôn giúp đỡ và dành cho tôi những 
điều kiện hết sức thuận lợi để thực hiện luận án này. 
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Hữu Tuyến, NCS. Nguyễn 
Duy Vinh, ThS. Nguyễn Thế Trực, KS. Nguyễn Duy Tiến và ThS. Nguyễn 
Đức Khánh đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và triển khai các 
thử nghiệm tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong - Viện Cơ Khí Động 
Lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng nghề 
Nha Trang cùng các bạn bè đồng nghiệp đã hậu thuẫn và động viên tôi 
trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các 
thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý 
kiến quý báu để tôi có thể hoàn thành luận án này và định hướng 
nghiên cứu trong tương lai. 
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn 
bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi 
tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. 
Nghiên cứu sinh 
Cao Văn Tài 
 iii 
MỤC LỤC 
 Trang 
Lời cam đoan i 
Lời cảm ơn ii 
Mục lục iii 
Danh mục các chữ và ký hiệu viết tắt vii 
Danh mục các bảng ix 
Danh mục các ảnh, hình vẽ và đồ thị xi 
Mở đầu 1 
Chƣơng 1 TỔNG QUAN 3 
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3 
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 
KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP XĂNG VÀ KHÍ HHO CHO ĐỘNG CƠ 
ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 
5 
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5 
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 17 
1.2.3. Môṭ số vấn đề tồn tại đối với các nghiên cƣ́u sử dụng khí HHO cho 
động cơ đốt trong 
17 
1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu 18 
1.3.2. Đối tƣợng nghiên cứu 19 
1.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 19 
1.4 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 20 
1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 20 
1.5.1. Ý nghĩa khoa học 20 
1.5.2. Tính thực tiễn của đề tài 21 
1.6 KẾT LUÂṆ CHƢƠNG 1 21 
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 23 
 iv 
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG HỖN 
HỢP NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO 
2.1 NHIỆN LIỆU DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 23 
2.1.1 Nhiên liệu xăng 23 
2.1.2 Khí BROWN 26 
2.1.3 Tỷ lệ hỗn hợp khí HHO bổ sung và đề xuất phƣơng án 31 
2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC 32 
 2.2.1 Tốc độ của động cơ 32 
2.2.2 Tải của động cơ 33 
2.2.3 Hiệu suất của động cơ 35 
2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP XĂNG +KHÔNG KHÍ VÀ XĂNG +KHÍ 
HHO+KHÔNG KHÍ TRONG ĐÔṆG CƠ 
36 
2.3.1 Hình thành hỗn hợp xăng - khí HHO - không khí 36 
2.3.2 Lý thuyết cháy ở động cơ xăng 41 
2.4 KẾT LUÂṆ CHƢƠNG 2 49 
Chƣơng 3 TÍNH TOÁN SỰ THAY ĐỔI TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA 
ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE KHI SỬ DUṆG HỖN HỢP XĂNG 
+ KHÍ HHO 
50 
3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XE HONDA WAVE 51 
3.1.1 Động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống 51 
3.1.2 Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO 66 
3.1.3 Nhận xét 68 
3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN MÔ 
HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 
69 
3.2.1 Trình tự chạy mô phỏng 71 
3.2.2 Đánh giá đô ̣chính xác của mô hình 72 
3.2.3 Đánh giá khả năng cung cấp khí HHO cho đôṇg cơ 73 
3.2.4 Đánh giá đặc tính ngoài của động cơ 77 
 v 
3.2.5 Đặc tính cháy của động cơ sử dụng hỗn hợp xăng + khí HHO 78 
3.2.6 Lƣơṇg khí HHO cung cấp cho đôṇg cơ Honda wave mô phỏng 80 
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 
81 
3.2.8 Ảnh hƣởng của việc cung cấp khí HHO cho động cơ xăng đ ến công 
suất, tiêu hao nhiên liêụ và phát thải 
86 
3.3 KẾT LUÂṆ CHƢƠNG 3 89 
Chƣơng 4 THƢC̣ NGHIỆM ỨNG DỤNG KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ 
XE HONDA WAVE 
91 
4.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ TRANG THIẾT BỊ THƢ̉ NGHIỆM 91 
4.1.1 Sơ đồ bố trí thƣ̉ nghiệm 91 
4.1.2 Trang thiết bị thực nghiệm 92 
4.1.3 Giới thiệu kết quả sản xuất khí HHO 98 
4.2 XÁC ĐỊNH VÙNG THƢ̉ NGHIÊṂ , QUY TRÌNH THƢ̉ NGHIÊṂ VÀ 
CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG 
98 
4.2.1 Xác định vùng thử nghiệm 98 
4.2.2 Quy trình thƣ̉ nghiêṃ 99 
4.2.3 Chọn lƣu lƣợng khí HHO và không khí cung cấp cho các chế đô ̣làm 
viêc̣ của đôṇg cơ 
101 
4.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 104 
4.3.1 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 104 
4.3.2 Đánh giá chỉ tiêu môi trƣờng 108 
4.3.3 Quan hê ̣của các thông số kinh tế , kỹ thuâṭ và môi trƣờng của đôṇg cơ 
với lƣơṇg khí HHO cung cấp 
116 
4.4 SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 118 
4.4.1 Đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 118 
4.4.2 Nồng độ phát thải CO, HC và NOx của mô phỏng và thực nghiệm 119 
4.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ KHI SỬ DỤNG KHÍ HHO 121 
4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 121 
 vi 
 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 
5.1 KẾT LUẬN 123 
5.2 KIẾN NGHỊ 124 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 126 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 
PHỤ LỤC 132 
 vii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
Ký hiệu Đơn vị Diễn giải 
A/F - Tỷ lệ hỗn hợp 
AVL-Boost - Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) 
C ppm Cacbon 
CO ppm Mônôxit cacbon 
CO2 ppm Cacbonic 
COM - Cổng giao tiếp máy tính dạng nối tiếp 
CP - Chính phủ 
CEBII - Tủ phân tích khí xả (Combustion Emission Bench) 
BCHK - Bộ chế hòa khí 
ĐCĐT - Động cơ đốt trong 
ĐCT - Điểm chết trên 
ECU - Bộ điều khiển trung tâm 
EHC - Bộ điều khiển cung cấp HHO(Electronic HHO control) 
EURO - Tiêu chuẩn châu Âu 
GTVT - Giao thông vận tải 
ge g/kW.h Suất tiêu hao nhiên liệu 
gqtk - Góc quay trục khuỷu 
HC ppm Hyđrôcacbon 
HHO - Hỗn hơp̣ khí Hyđrô và ôxy, còn đƣợc gọi là khí Brown 
H2 - Hyđrô 
H2O lít Nƣớc 
LPG - Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroium Gas) 
LNG - Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefild Natural Gas) 
MP - Mô phỏng 
MCCT - Môi chất công tác 
n vg/ph Tốc độ quay động cơ 
 viii 
Ne kW Công suất động cơ 
NOx ppm Oxit nitơ 
N2 - Nitơ 
O2 - Ôxy 
Pb - Chì 
PC - Máy tính 
ppm - Phần triệu 
SO2 - Lƣu huỳnh điôxit 
TN - Thực nghiệm 
VOC - Hỗn hợp các chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic 
Compounds) 
 - Hệ số dƣ lƣợng không khí (Lambda) 
 - Khối lƣợng riêng 
 f Độ TK Góc đánh lửa sớm 
 ix 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Bảng 2.1 Tiêu chuẩn TCCS 01:2009/PETROLIMEX quy định giới hạn cho phép 
đối với 15 chỉ tiêu dành cho xăng RON 92 và xăng RON 95 ................... 25 
Bảng 2.2 Nhiệt trị của môṭ số loaị nhiên liêụ ........................................................... 27 
Bảng 2.3 Nhiệt độ tự đánh lửa của hyđrô và nhiên liệu thông dụng ........................ 28 
Bảng 2.4 Đặc tính của nhiên liệu .............................................................................. 29 
Bảng 2.5 Điểm chớp cháy của hyđrô và một số nhiên liệu thông dụng ................... 29 
Bảng 2.6 Xu hƣớng thay đổi tỷ lệ nhiên liệu trong tƣơng lai ................................... 31 
Bảng 3.1 Hệ số của phƣơng trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải ........................ 60 
Bảng 3.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx ............................................................... 65 
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động cơ xe máy Honda wave ...................................... 69 
Bảng 3.4 Danh muc̣ các phần tử sƣ̉ duṇg trong mô hình ........................................ 70 
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 , tốc đô ̣đôṇg cơ 
3000v/ph .................................................................................................. 75 
Bảng 3.6 Lƣơṇg khí HHO cung cấp ......................................................................... 80 
Bảng 4.1 Chế đô ̣thƣ̉ nghiêṃ .................................................................................. 100 
Bảng 4.2 Lƣu lƣợng khí HHO cung cấp theo vi ̣ trí bƣớm ga và tốc độ động cơ 
(lít/phút) ................................................................................................. 103 
Bảng 4.3 Mức độ cải thiện công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử 
dụng hỗn hợp xăng+HHO và xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng 
(%) ......................................................................................................... 106 
Bảng 4.4 Mức độ cải thiện Mômen của động cơ khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO 
và xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng (%) ............................... 108 
Bảng 4.5 Nồng độ phát thải NOx tăng trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO 
và xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng (%) ............................... 109 
Bảng 4.6 Nồng độ phát thải HC giảm trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO 
và xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng (%) ............................... 110 
 x 
Bảng 4.7 Nồng độ phát thải CO trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO và 
xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng (%) .................................... 113 
Bảng 4.8 Nồng độ phát thải CO2 trung bình khi sử dụng hỗn hợp xăng+HHO và 
xăng+HHO+k.khí so với khi sử dụng xăng (%) .................................... 114 
Bảng 4.9 So sánh sử dụng hỗn hợp xăng+HHO+k.khí và xăng+HHO với nhiên liệu 
truyền thống xăng (%) ........................................................................... 115 
Bảng 4.10 So sánh đô ̣tăng công suất và đô ̣giảm suất tiêu hao nhiên liệu khi bổ 
sung khí HHO và không khí (so với đôṇg cơ nguyên bản ) giữa mô phỏng 
và thực nghiệm....................................................................................... 119 
Bảng 4.11 So sánh đô ̣sai lêc̣h các thành phần phát thải NOx, CO và HC khi bổ 
sung không khí và không khí (so với đôṇg cơ nguyên bản ) giƣ̃a mô 
phỏng và thực nghiệm .......................................................................... 121 
 xi 
DANH MỤC CÁC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 
Hình 1.1 Tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm theo các nguồn phát thải c hính của Việt Nam 
năm 2008 ..................................................................................................... 3 
Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải do các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ của Việt Nam................... 4 
Hình 1.3 Ảnh hƣởng của khí HHO bổ sung đến hiệu suất có ích của động cơ ở các 
góc đánh lửa, lƣu lƣợng HHO khác nhau, hỗn hợp đậm ............................. 6 
Hình 1.4 Ảnh hƣởng của khí HHO bổ sung đến hiệu suất có ích của động cơ ở các 
góc đánh lửa, lƣu lƣợng HHO khác nhau, hỗn hợp nhạt ............................. 6 
Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp hỗn hợp khí hyđrô-ôxy cho động cơ ..... 7 
Hình 1.6 Diễn biến hiệu suất có ích và áp suất có ích trung bình theo hệ số dƣ 
lƣợng không khí và tỷ lệ H2 hay hỗn hợp 2H2+O2 so với tổng lƣơṇg khí 
nạp .............................................................................................................. 8 
Hình 1.7 Diễn biến các phát thải chính của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí 
và tỷ lệ H2 hay hỗn hợp 2H2+O2 so với tổng lƣơṇg khí nap̣ ................... 9 
Hình 1.8 Sơ đồ của hệ thống cung cấp khí hyđrô cho động cơ ............................... 10 
Hình 1.9 Diễn biến hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không 
khí khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải cơ ................. 11 
Hình 1.10 Diễn biến nồng độ phát thải của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí 
khi có và không có hyđrô bổ sung ở chế độ không tải ............................ 11 
Hình1.11 Diễn biến hiệu suất nhiệt có ích theo hệ số dƣ lƣợng không khí ứng với 
các lƣu lƣợng khí hyđrô bổ sung ............................................................. 12 
Hình1.12 Diễn biến nồng độ phát thải chính của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng 
không khí ứng với các lƣu lƣợng khí hyđrô bổ sung ............................... 12 
Hình 1.13 Ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến imep và hiệu suất nhiệt có ích khi 
có và không có hyđrô bổ sung ở λ=1,2 và 1,4 ......................................... 13 
Hình 1.14 Áp suất có ích trung bình và hiệu suất nhiệt có ích của động cơ tại giới 
hạn cháy nghèo ứng với các tỷ lệ hyđrô khác nhau ................................. 13 
Hình 1.15 Sự thay đổi nồng độ các phát thải của động cơ theo tỷ lệ hyđrô trong 
hỗn hợp khi hoạt động ở chế độ nghèo tới hạn........................................ 14 
 xii 
Hình 1.16 Sự thay đổi mômen và phát thải NO khi bổ sung 2%H2 và 2%H2+1%O2 
vào đƣờng nạp động cơ .............................................................................. 15 
Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sản xuất khí HHO ...................................... 16 
Hình 1.18a Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng - khí HHO ................................ 17 
Hình 1.18b Ô tô sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Diesel-khí HHO ................................ 17 
Hình 2.1a Cấu trúc của phân tƣ̉ nƣớc ....................................................................... 27 
Hình 2.1b Cấu trúc của phân tƣ̉ khí HHO ................................................................ 28 
Hình 2.2 Giới hạn cháy của hyđrô theo nhiệt độ ...................................................... 30 
Hình 2.3 Giới haṇ cháy của một số nhiên liệu ở điều kiện thƣờng .......................... 30 
Hình 2.4 Các điểm đặc trƣng trên đặc tính tốc độ của ĐCĐT ................................. 32 
Hình 2.5 Ảnh hƣởng của  đến t và i ................................................................... 38 
Hình 2.6 Ảnh hƣởng của  đến Ne và ge ở động cơ xăng ........................................ 39 
Hình 2.7 Ảnh hƣởng của  đến hàm lƣợng các chất HC, CO và NOx trong khí thả ... n xuất khí HHO 
Hệ thống sản xuất khí HHO từ nƣớc (Hình 4) đƣơc̣ phát triển theo sơ đồ ở 
(Hình 1). Hệ thống sau khi thiết kế , đƣơc̣ chế taọ và bố trí trong khung để đảm bảo 
tính linh hoạt trong vận chuyển và thử nghiệm. 
Hình 4 Hệ thống sản xuất khí HHO 
Hệ thống này sử dụng 3 bình điện phân: bình 1 dùng 0,2 lít nƣớc cất điện áp 
8,6V, bình 2 sử dụng 0,4 lít nƣớc cất điện áp 9,8V và bình 3 sử dụng 0,4 lít nƣớc cất 
điện áp 17V. 
Nƣớc cất đƣợc điều chế bằng cách chƣng cất. Thành phần nƣớc cất hoàn 
toàn không chứa các tạp chất hữu cơ hay vô cơ . Đây là loaị nƣớc đƣ ợc sử dụng để 
sản xuất khí HHO. 
Để sản xuất khí HHO nhanh và hiệu quả cần sử dụng một số chất điện phân 
nhƣ: Kali hyđrôxit (KOH), Natri hyđrôxit (NaOH) vì các chất này phản ứng mãnh 
liệt với nƣớc và giải phóng một lƣợng nhiệt lớn . Trong hê ̣thống s ản xuất khí HHO 
này chất điện phân NaOH đƣợc sử dụng . 
Máy biến thế hoặc bình ắc qui là nguồn cấp điện cho bình điện phân . Điêṇ áp 
có thể sử dụng là loaị 12V hoặc 24V. 
2.3 Kết quả sản xuất khí HHO từ nƣớc 
Hình 5 cho thấy thời gian sản xuất khí HHO khi sử dụng 4 gram chất điêṇ 
phân NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất trong thời gian 3 giờ 20 phút thì đạt đƣợc áp 
suất trong bình loại 12 kg là 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,62 lít/phút; 
sử dụng 8 gram NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất trong thời gian 3 giờ thì đạt đƣợc 
áp suất trong bình là 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,66 lít/phút và sử 
dụng 12 gram NaOH hòa trộn với 1lít nƣớc cất trong thời gian 2 giờ 40 phút đạt 
đƣợc áp suất trong bình là 3,5 kG/cm2, công suất bình điện phân đạt 0,83 lít/phút. 
Vì vậy , càng tăng chất điện phân thì thời gian sản xuất khí HHO càng ngắn . Tuy 
 138 
nhiên, nếu sử dụng chất điện phân lớn thì dòng điện sẽ tăng lên và dễ dẫn đến hỏng 
biến thế. Do đó, nên chọn chất điện phân phù hợp với biến thế. 
Hàm lƣợng NaOH
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4 gram 8 gram 12 gram
T
h
ờ
i 
g
ia
n
 (
g
iờ
)
Sử dụng mỏ hàn khí Acetylen và đuốc gas để đốt khí HHO cháy trong không 
khí (Hình 6) ở nhiệt độ môi trường (27 0C) và nung nóng chảy kim loại nhôm có 
đường kính 5mm trong thời gian 10 giây, nhiệt đô ̣ngoṇ lửa là 1050 0C. Màu sắc 
ngọn đuốc hơi sáng khó nhìn thấy trong ánh sáng. Vì vậy, muốn nhìn thấy rõ nên 
cắt kim loại hoặc đƣa vào chỗ tối. Khí HHO không màu, không mùi và trong suốt, 
không nhìn thấy. 
Hình 6 Đốt cháy khí HHO ở nhiệt độ môi trường (27 0C) 
 Tính sơ bô ̣giá thành sản xuất khí HHO 
Sử dụng bình LPG loại 12kg có dung tích 26,4 lít làm bình chứa khí HHO. 
Khí HHO đƣợc nén với áp suất dƣ là 3,5 bar (p2 = pdƣ+p0 = 4,5 bar). Gọi V1 là thể 
tích bình chứa khí nén ở áp suất sau khi nén p2 và thể tích V2 là thể tích khí nén nếu 
quy đổi về áp suất ban đầu p1, ta có công thức tính thể tích khí HHO quy đổi tƣơng 
đƣơng nhƣ sau: 2112 .. VpVp => 
1
2
12
p
p
VV 
Thay các giá trị vào ta có: 8,118
1
5,4
4,262 V (lít) 
Nếu bỏ qua giá thành đầu tƣ thiết bi ̣ ban đầu thì để sản xuất đƣợc 1.866 lít 
HHO ở điều kiêṇ tiêu chuẩn cần 1 lít nƣớc cất . Trong đó, giá thành 1 lít nƣớc cất là 
5.000 đồng; điêṇ năng tiêu thu ̣là 61kW điện, lƣơṇg dung dic̣h điêṇ phân cần thiết là 
8 gram =124 đồng (15.500 đồng/1kg giá bán ngày 09/09/2012 của Cty CP XNK 
Hóa chất và thiết bị Kim Ngƣu). 
Hình 5 Thời gian sản xuất 
HHO phu ̣thuôc̣ vào lươṇg 
chất điện phân 
 139 
Căn cứ Quyết định số 21/2009/QĐ-TTg ngày 12 tháng 02 năm 2009 của Thủ 
tƣớng Chính phủ về giá bán điện năm 2009 và các năm 2010 - 2012 theo cơ chế thị 
trƣờng, giá bán lẻ điện cho các ngành sản xuất, cấp điện áp từ 110 kV trở lên. Tính 
mức giá điện bình quân 1.184 đồng/kWh 
Tổng cộng chi phí cho việc sản xuất 1.866 lít HHO là 77.348 đồng. Vậy cứ 
mỗi lít khí HHO có giá 41 đồng. 
Nếu giá thành sản xuất đƣơc̣ tính trên bình chƣ́a 26,4 lít với áp s uất dƣ là 
3,5bar thì chi phí cần thiết là 4.871 đồng. 
2.4 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng khí HHO 
Bảng 1 Giá thành nhiên liệu tiêu hao trên 1 đơn vị công suất theo phương án 1 
 (xăng +khí HHO) 
Tốc độ 
động 
cơ 
Lƣu 
lƣợng 
khí 
HHO 
Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Giá = Qxăng. Giáxăng + QHHO. GiáHHO Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Xăng không có 
HHO 
Xăng có HHO 
(vg/ph) 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/kWh 
Đ vị: 
đồng/kWh 
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 
Bƣớm ga mở 30% 
3200 1.667 0.0133 0.0130 309.11 379.60 11820 14377 
3600 1.876 0.0135 0.0127 315.33 381.63 11623 13890 
4000 2.084 0.0139 0.0135 324.78 407.52 11557 13930 
4400 2.292 0.0147 0.0141 341.45 430.55 11774 14272 
4800 2.501 0.0153 0.0153 356.60 466.49 11805 14516 
5200 2.709 0.0158 0.0159 368.66 489.16 11754 14764 
5600 2.918 0.0161 0.0161 375.39 374.43 12609 11650 
Bƣớm ga mở 50% 
3600 2.279 0.0190 0.0190 442.18 536.82 12010 14315 
4000 2.532 0.0199 0.0197 464.45 562.31 11677 13884 
4400 2.785 0.0205 0.0204 478.43 589.49 11437 13757 
4800 3.038 0.0218 0.0213 506.90 621.72 11487 13714 
5200 3.292 0.0232 0.0225 541.08 659.84 11605 13823 
5600 3.545 0.0243 0.0241 566.45 706.12 11798 14123 
6000 3.798 0.0254 0.0250 591.30 738.53 12117 14410 
6400 4.051 0.0256 0.0256 596.48 761.57 12142 14740 
6800 4.304 0.0263 0.0265 613.05 793.03 12808 15704 
Bƣớm ga mở 70% 
5200 3.292 0.0248 0.0247 576.80 711.26 11721 14453 
5600 3.545 0.0259 0.0252 603.52 733.02 11478 13838 
6000 3.798 0.0272 0.0268 634.80 780.63 11508 13898 
6400 4.051 0.0291 0.0288 678.29 837.31 11849 14248 
6800 4.304 0.0301 0.0306 702.16 889.93 12194 14832 
7200 4.558 0.0308 0.0317 717.12 925.64 12226 15051 
 140 
Tốc độ 
động 
cơ 
Lƣu 
lƣợng 
khí 
HHO 
Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Giá = Qxăng. Giáxăng + QHHO. GiáHHO Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Xăng không có 
HHO 
Xăng có HHO 
(vg/ph) 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/kWh 
Đ vị: 
đồng/kWh 
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 
7600 4.811 0.0305 0.0313 710.20 927.42 12831 15899 
Bảng 2 Giá thành nhiên liệu tiêu hao trên 1 đơn vị công suất theo phương án 2 
(xăng+khí HHO+không khí) 
Tốc độ 
động 
cơ 
Lƣu 
lƣợng 
khí 
HHO 
Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Giá = Qxăng. Giáxăng + QHHO. GiáHHO Xăng 
không có 
HHO 
Xăng có 
HHO 
Xăng không 
có HHO 
Xăng có HHO 
(vg/ph) 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
lít/phút 
Đ vị: 
đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/phút 
Đ vị: 
đồng/kWh 
Đ vị: 
đồng/kWh 
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 
Bƣớm ga mở 30% 
3200 1.667 0.0133 0.0131 309.11 373.42 11820 13991 
3600 1.876 0.0135 0.0127 315.33 373.31 11623 13412 
4000 2.084 0.0139 0.0131 324.78 391.13 11557 13515 
4400 2.292 0.0147 0.0137 341.45 413.44 11774 13851 
4800 2.501 0.0153 0.0153 356.60 458.19 11805 14409 
5200 2.709 0.0158 0.0156 368.66 473.87 11754 14491 
5600 2.918 0.0161 0.0153 375.39 476.88 12609 15220 
Bƣớm ga mở 50% 
3600 2.279 0.0190 0.0188 442.18 530.44 12010 14076 
4000 2.532 0.0199 0.0196 464.45 561.13 11677 13814 
4400 2.785 0.0205 0.0206 478.43 594.06 11437 13750 
4800 3.038 0.0218 0.0211 506.90 615.42 11487 13582 
5200 3.292 0.0232 0.0218 541.08 642.79 11605 13647 
5600 3.545 0.0243 0.0236 566.45 694.76 11798 14064 
6000 3.798 0.0254 0.0246 591.30 728.85 12117 14318 
6400 4.051 0.0256 0.0251 596.48 750.71 12142 14721 
6800 4.304 0.0263 0.0256 613.05 772.65 12808 15453 
Bƣớm ga mở 70% 
5200 3.292 0.0248 0.0242 576.80 699.05 11721 14016 
5600 3.545 0.0259 0.0252 603.52 731.72 11478 13788 
6000 3.798 0.0272 0.0267 634.80 778.12 11508 13896 
6400 4.051 0.0291 0.0280 678.29 818.22 11849 13993 
6800 4.304 0.0301 0.0291 702.16 853.54 12194 14558 
7200 4.558 0.0308 0.0301 717.12 889.04 12226 14739 
7600 4.811 0.0305 0.0300 710.20 895.32 12831 15561 
Theo kết quả tính giá thành sản xuất HHO 41 đồng/lít, giá xăng RON 92: 
23.300 đồng/lít (giá niêm yết ngày 09 tháng 5 năm 2012). 
 141 
Kết quả tính toán giá thành nhiên liệu tiệu hao trên 1 đơn vị công suất trung 
bình trung ở mọi giá trị tốc độ, mọi vị trí mở bƣớm ga nhƣ sau: 
- Sử dụng xăng+HHO giá thành nhiên liệu tăng 2.400 đồng/kW.h; 
- Sử dụng xăng+HHO+không khí giá thành nhiên liệu tăng 2.300 đồng/kW.h 
2.5 Một số hình ảnh thực nghiệm khí HHO 
Thiết bị sản xuất khí HHO 
Đốt các bong bóng nổi trên mặt nước 
tạo ra tiếng nổ 
 Khí HHO được lưu trữ bên trong túi 
nilông 
Đốt khí HHO chứa trong túi nilông 
Khí HHO cháy nổ 
 142 
PHỤC LỤC 3 
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TAỌ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CUNG CẤP 
KHÍ HHO 
3.1 Bộ điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO (EHC) 
Bộ điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO gồm các khối mạch: khối nguồn, 
khối ghi nhận tín hiệu từ cảm biến, khối vi xử lý, khối điều khiển cơ cấu chấp hành 
và khối kết nối với máy tính. Khối tín hiệu từ cảm biến cho phép tính toán đƣợc 
lƣợng khí HHO theo các chế độ làm việc của động cơ. Sau khi vi xử lý tính toán, 
lƣợng khí HHO sẽ đƣa ra tín hiệu xung để mở vòi phun khí HHO khi xupáp nạp 
mở. Lƣợng khí HHO đi vào động cơ đƣợc xác định thông qua thời gian mở vòi 
phun, áp suất phun và tiết diện lƣu thông của vòi phun. Trong quá trình nghiên cứu, 
việc thay đổi lƣợng khí HHO để tìm ra tỷ lệ tối ƣu giữa khí HHO và xăng đƣợc thực 
hiện thông qua khối kết nối giữa máy tính và bộ điều khiển điện tử EHC (Electronic 
HHO Control) (Hình 1). 
Hình 1 Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu phun khí HHO 
Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu khí HHO kết nối với máy tính hiển 
thị các thông số của các cảm biến trên máy tính, cũng nhƣ để điều chỉnh đƣợc lƣợng 
khí HHO vào trong động cơ... Công việc truyền thông giữa máy tính và vi xử lý này 
đƣợc thực hiện thông qua bộ truyền nhận nối tiếp UART RS-232. 
Truyền thông qua cổng RS-232 là kiểu truyền thông phổ biến nhất khi sử 
dụng vi điều khiển giao tiếp với thiết bị ngoại vi. RS-232 cổng truyền nối tiếp với 
dữ liệu đƣợc truyền nhận theo từng bit nối tiếp nhau. 
 143 
Máy tính PC cung cấp 2 cổng nối tiếp COM1 và COM2. Các cổng này giao 
tiếp theo tiêu chuẩn RS-232. Cổng này truyền dữ liệu dƣới dạng nối tiếp theo một 
tốc độ do ngƣời lập trình quy định (thƣờng sử dụng 9600 hoặc 19200 bps). Loại 
truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn. Cổng nối tiếp chuẩn RS-
232 không phải là một hệ thống bus, do đó nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dƣới 
hình thức điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau. Chiều dài dữ liệu 
truyền đi có thể là 7 hoặc 8 bit và kèm theo các bit start, stop, parity để tạo thành 
một khung truyền (frame). Do việc truyền dữ liệu là nối tiếp nên tốc độ truyền bị 
hạn chế, do đó nó thƣờng không đƣợc sử dụng trong những ứng dụng cần tốc độ 
truyền cao. 
Cổng nối tiếp của vi điều khiển không thể ghép nối trực tiếp với cổng nối 
tiếp của PC. Lý do là các tín hiệu trên đƣờng truyền RS-232 là tín hiệu hai cực có 
biên độ nằm trong khoảng +12V đến -12V, trong khi vi điều khiển ATMega32 chỉ 
có thể xử lý các tín hiệu có mức tín hiệu tƣơng thích 0 đến 5V. Thông thƣờng thì tín 
hiệu trên đƣờng truyền RS-232 đƣợc lấy đảo. Tức là khi máy tính PC muốn một 
mức logic “0” thì điện áp trên đƣờng truyền RS-232 sẽ là +12V, còn khi muốn mức 
logic “1” thì điện áp trên đƣờng truyền là -12V. Nhƣ vậy, để tƣơng thích mức logic 
và điện áp giữa PC và vi điều khiển thì cần trang bị một bộ nhận và đệm đƣờng 
truyền RS-232. Bộ nhận và đệm đƣờng truyền RS-232 đƣợc dùng phổ biến nhất là 
loại MAX232 của công ty Maxim. Vi mạch MAX232 này nhận mức RS-232 đã 
đƣợc gửi tới từ máy tính và biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu sao cho tƣơng thích 
với vi điều khiển ATMega32 và nó cũng thực hiện ngƣợc lại là biến đổi tín hiệu của 
vi điều khiển thành mức +12V, -12V để cho phù hợp với hoạt động của máy tính. 
Giao tiếp theo cách này, khoảng cách từ máy tính đến thiết bị ngoại vi có thể đạt tới 
trên 20m. Ƣu điểm của giao tiếp này là có khả năng thiết lập tốc độ truyền thông. 
Khi có dữ liệu từ máy tính đƣợc gửi đến vi xử lý ATMega32 qua cổng COM thì dữ 
liệu này sẽ đƣợc đƣa vào từng bit (nối tiếp) của thanh ghi UART. 
 Chƣơng trình truyền thông giao tiếp giữa PC và vi xử lý đƣợc viết bằng 
Delphi với những nhiệm vụ chính sau: 
+ Nhận dữ liệu từ vi điều khiển để hiển thị các thông số làm việc của động 
cơ nhƣ tốc độ, lƣu lƣợng, nhiệt độ, vị trí chân ga... 
+ Truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi xử lý để đóng mở các van điện từ, 
thay đổi lƣợng nhiên liệu phun... 
3.2 Giao diện điều khiển hê ̣thống cung cấp khí HHO 
Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu khí HHO để hiển thị các 
thông số của các cảm biến và điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun, thay đổi thời điểm 
phun, bật tắt các công tắc..., trong quá trình thử nghiệm thì bộ điều khiển EHC phải 
đƣợc điều khiển từ máy tính. Trong đề tài, việc kết nối bộ điều khiển với máy tính 
đƣợc thực hiện bằng phần mềm kết nối Delphi. Với giao diện xây dựng trên phần 
mềm cho phép ngƣời thực hiện thay đổi đƣợc các thông số theo mục đích đặt ra 
(Hình 2). 
 144 
Hình 2 Giao diện chương trình điều khiển quá trình phun khí HHO 
Các chức năng chính của giao diện gồm: 
- Điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun khí HHO trong 1 chu trình bằng cách 
điều khiển thời gian phun. 
- Điều chỉnh thời điểm phun khí HHO. 
- Thu nhận tín hiệu từ các cảm biến nhƣ tốc độ động cơ, lƣu lƣợng khí nạp, 
nhiệt độ khí nạp, áp suất phun khí HHO, lƣợng nhiên liệu HHO cung cấp... 
- Các chức năng đóng mở van điện từ và đóng mở vòi phun 
- Thực hiện quá trình đo và ghi lại kết quả trung bình của phép đo trong thời 
gian của phép đo do ngƣời thử nghiệm đặt trên giao diện. 
3.3 Cách thức điều khiển lƣợng khí HHO 
Lƣợng nhiên liệu phun trong quá trình thực nghiệm đƣợc thay đổi bằng cách 
thay đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình, nghĩa là khi đã xác định 
giá trị số của lƣợng nhiên liệu phun và khi có xung điều khiển phun thì mạch đếm 
xung nhịp sẽ đếm cho tới khi đạt đủ giá trị số bằng giá trị điều khiển ra. Khi bắt đầu 
đếm cũng là khi nâng xung điều khiển phun và khi giá trị đếm bằng giá trị điều 
khiển ra cũng là lúc hạ mức xung điều khiển phun xuống (hình 3a,b). 
Hình 3a Nguyên lý điều khiển phun khí HHO 
 145 
Hình 3b Giao diện xung phun khí HHO 
Giả thiết giá trị số điều khiển phun do vi xử lý tính toán là 2000s thì khi 
xuất hiện xung điều khiển phun, mạch đếm sẽ bắt đầu đếm xung nhịp, đồng thời 
nâng mức xung phun lên mức cao, vòi phun bắt đầu mở. Khi giá trị đếm xung đủ 
2000s thì mạch đếm sẽ hạ mức xung phun xuống mức thấp tƣơng ứng ngừng phun 
và đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun tiếp theo. 
 146 
PHỤ LỤC 4 
HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM KHÍ HHO TRÊN ĐỘNG CƠ XE MÁY 
Thực nghiệm công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 
Chuẩn bị trước giờ thực nghiệm 
Kiểm tra nồng độ phát thải 
 147 
Hội thảo và kiểm tra thực nghiệm sử dụng khí HHO trên động cơ xe Honda wave