Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel

Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

CAO ĐÀO NAM

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ CHÁY DO NÉN VỚI HỖN HỢP

HAI GIAI ĐOẠN TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn: 1- PGS TS Hoàng Anh Tuấn

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án

Vào hồi ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng, nhu cầu tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo ngày càng trở nên quan trọng trên toàn thế giới Biodiesel được sản xuất từ dầu thực vật có đặc tính tương tự như dầu diesel có nguồn gốc từ dầu

mỏ đã được quan tâm, sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel PCCI là viết tắt của "Premixed Charge Compression Ignition", là một phương pháp đốt cháy được sử dụng trong động cơ diesel để cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm lượng khí thải Động cơ PCCI dựa trên sự kết hợp của phun nhiên liệu

áp suất cao, nén không khí và hòa trộn trước nhiên liệu và không khí để đạt được quá trình đốt cháy có kiểm soát Bằng cách hòa trộn trước nhiên liệu và không khí, động cơ có thể hoạt động với tỷ lệ không khí-nhiên liệu ít hơn, giúp giảm lượng khí thải và cải thiện hiệu suất nhiên liệu WCO là viết tắt của "Waste cooking oil ", là một loại dầu tái chế có nguồn gốc từ dầu ăn đã được sử dụng để chiên thức ăn WCO

có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất dầu diesel sinh học và việc sử dụng

nó làm nguồn nhiên liệu có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm tác động đến môi trường Đối với động cơ diesel, công nghệ PCCI có thể được

sử dụng kết hợp với WCO làm nguồn nhiên liệu để tiếp tục giảm lượng khí thải và cải thiện hiệu suất nhiên liệu Chỉ số cetane cao của WCO có thể tạo thuận lợi cho quá trình đốt cháy trong động cơ PCCI và việc sử dụng WCO làm nguồn nhiên liệu

có thể giúp giảm lượng khí thải carbon của động cơ diesel Trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp đốt cháy kết hợp một loại nhiên liệu thay thế mới, có hiệu quả tốt hơn là điều hết sức cần thiết và cấp bách

Xuất phát từ lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập chế độ

cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel” nhằm mục đích phân

tích, đánh giá công nghệ PCCI kết hợp với WCO làm nhiên liệu cho động cơ diesel, giúp hạn chế sự phụ thuộc vào các loại nhiên liệu truyền thống và giảm ô nhiễm môi trường

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu để tìm ra phương pháp đốt cháy kết hợp một loại nhiên liệu thay

thế mới, có hiệu quả tốt hơn Phương pháp đốt cháy PCCI kết hợp với nhiên liệu WCO trên động cơ diesel mang lại rất nhiều lợi ích về kỹ thuật, kinh tế và môi trường Sử dụng hỗn hợp nhiên liệu WCO giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống và giảm phát thải NOx và PM gây ô nhiễm môi trường

- So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm để đánh giá tính khả thi của

mô hình mô phỏng

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a) Đối tượng nghiên cứu

- Động cơ thí nghiệm là Kirloskar TVI

- Nhiên liệu: diesel, hỗn hợp nhiên liệu diesel - WCO;

- Quá trình cháy của nhiên liệu diesel, của hỗn hợp nhiên liệu diesel-WCO được

tổ chức theo phương thức hòa trộn trước một phần ở bên ngoài xy lanh động cơ

b) Phạm vi nghiên cứu

- Ứng dụng phần mềm Ansys Fluent; xây dựng mô hình phần tử hữu hạn buồng cháy động cơ dạng hình trụ có 2 đáy bằng, cửa nạp và cửa thải bố trí trên bề mặt trụ, đối nhau, vòi phun nhiên liệu bố trí ở giữa của nạp, nhiên liệu là hỗn hợp diesel-WCO có tỷ lệ WCO thay đổi từ 0% đến 40%

- Xác định diễn biến thay đổi của C10H22, nhiệt độ, muội than, NOx trong không gian buồng cháy ở các mức tải khác nhau

– Động cơ thí nghiệm chạy ở số vòng quay định mức (1.500 v/ph), ở 5 mức tài (không tải đến toàn tài); EGR thay đổi 4 mức (từ 0% đến 20%) Hỗn hợp nhiên liệu diesel - WCO với tỷ lệ WCO thay đổi 4 mức từ 0% đến 40%;

– Đánh giá khả năng phát công suất, hiệu suất, phát thải ô nhiễm PM và NOxtrong khi xả

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a) Nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp này được sử dụng để làm rõ cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu: Nghiên cứu, tổng hợp các cơ sở lý thuyết về quá trình cháy trong động cơ diesel và phương pháp đốt cháy PCCI trên động cơ diesel Mô hình mô tả quá trình cháy, tỏa nhiệt, phát thải của động cơ diesel đốt cháy theo phương pháp PCCI

b) Nghiên cứu mô phỏng

Sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến quá trình cháy của động

cơ diesel: Mô phỏng quá trình cháy trong động cơ diesel theo phương pháp PCCI

sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu dầu ăn thải bằng phần mềm ANSYS Fluent, xây dựng các bài toán mô phỏng với các điều kiện khác nhau về tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu, các chế độ PCCI khác nhau

c) Nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp này được sử dụng nhằm đánh giá thực tế hoạt động của động cơ diesel đốt cháy theo phương pháp PCCI sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu dầu ăn thải: Điều khiển hệ thống phun nhiên liệu hai giai đoạn cho động cơ diesel thực nghiệm, tiến hành các thí nghiệm khảo sát các đặc tính của động cơ PCCI, đo đạc, phân tích các thông số của quá trình cháy và thành phần khí thải

cơ diesel truyền thống khi sử dụng các nguồn nhiên liệu tái tạo có tiềm năng ở nước

ta

- Nghiên cứu sẽ góp phần đưa ra đánh giá về mặt kỹ thuật khi sử dụng WCO - diesel làm nhiên liệu thay thế cho diesel, phương pháp đốt cháy PCCI hiện đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu và phát triển

b) Về thực tiễn

Đề tài góp phần mở rộng khả năng đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel Góp phần cải thiện một số chỉ tiêu kỹ thuật và phát thải của động cơ khi chuyển sang sử dụng nhiên liệu diesel pha trộn với WCO theo một tỷ lệ hòa trộn hợp lý

5 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Xây dựng thành công mô hình của quá trình cháy nhiệt độ thấp PCCI, sử dụng phun hai giai đoạn và luân hồi khí thải, từ động cơ diesel truyền thống;

- Thiết lập thành công phương pháp để mô phỏng quá trình cháy nhiệt độ thấp PCCI

sử dụng hỗn hợp diesel và nhiên liệu sinh học và so sánh đối chứng với quá trình cháy của động cơ diesel truyền thống

- Xây dựng thành công mô hình và phương pháp thực nghiệm để đánh giá các đặc tính công suất và đặc tính phát thải của động cơ diesel cháy ở chế độ PCCI, sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu diesel - nhiên liệu sinh học với tỷ lệ của nhiên liệu sinh học thay đổi từ 0% đến 40%

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

Mở đầu

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 2: Quá trình đốt cháy nhiệt độ thấp

Chương 3: Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel đốt cháy theo phương pháp PCCI

sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu WCO

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận chung và hướng phát triển

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về NO x và phát thải PM

Cả NOx và PM đều được coi là các chất gây ô nhiễm không khí quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng không khí và sức khỏe của con người và môi trường tự nhiên Việc giảm thiểu phát thải NOx và PM là một trong những mục tiêu chính được quan tâm trên toàn thế giới [1]

1.1.1 Cơ chế hình thành NO x và phát thải PM trong động cơ diesel

Cơ chế Zeldovich được cho là nguyên nhân chính góp phần hình thành NOxtrong hầu hết các điều kiện đốt cháy Phản ứng hóa học trong cơ chế Zeldovich có thể được tóm tắt như sau [32]:

O + N2 ⇆ NO + N (1.1)

N + O2 ⇆ NO + O (1.2)

N + OH ⇆ NO + H (1.3) Dựa trên phân tích động học, biểu thức tổng thể cho tốc độ hình thành NOx nhiệt (d [NOx] / dt, mol / ml.s) được biểu diễn trong phương trình sau:

𝑑[𝑁𝑂𝑥]

𝑑𝑡 =6.1016

𝑇 0.5 × exp (−69,090

𝑇 ) × [𝑁2] × [𝑂2 ]0.5 (1.4) Với: [N2] – Nồng độ N2, mol/ml

[O2] –Nồng độ O2, mol/ml

T – Nhiệt độ tuyết đối, Ko

1.1.2 Tác động và kiểm soát phát thải NO x và PM

PM được gọi là các hạt rắn hoặc lỏng, có thể là muội than hoặc khói do kích thước lớn hoặc màu tối của nó Trong khi đó, hầu hết chúng là PM mịn, được hình thành bởi các vật thể nhỏ tồn tại trong khí quyển, chẳng hạn như bột, bụi bẩn, muội than, khói và các giọt chất lỏng Các PM diesel mịn chiếm 90% thường được gọi là PM2.5 (đường kính <2,5 µm) [40] Nhiều phương pháp khác nhau đã được đề xuất

để giảm thiểu phát thải NOx và PM, việc áp dụng EGR đã được tìm thấy để cắt giảm phát thải NOx Mặt khác, việc sử dụng EGR làm tăng lượng khí thải PM cũng như

bổ sung các cặn bám có nguồn gốc từ muội than trên các bộ phận cơ khí của động

cơ

Liên quan đến cơ chế kiểm soát phương pháp giảm phát thải NOx và PM, LTC

đã và đang nổi lên trong đó nhiệt độ đốt cháy trong xylanh được giảm đáng kể thông qua việc quản lý giai đoạn đốt cháy, chế độ LTC của động cơ yêu cầu nhiệt độ cháy thấp hơn so với động cơ diesel thông thường

Trong số các phương pháp LTC, chế độ đốt cháy PCCI được coi là một biến thể của LTC được kiểm soát nhiều hơn trong quá trình đốt cháy Quá trình đốt cháy PCCI được vận hành với phương pháp phun nhiên liệu tiên tiến (con đường trung gian giữa HCCI (Đốt cháy do nén hỗn hợp đồng nhất) và đốt cháy động cơ diesel thông thường), cung cấp đủ thời gian để hòa trộn không khí với nhiên liệu trước giai đoạn SOC [53] Nói chung, quá trình cháy PCCI là một cách tiếp cận trung gian giữa HCCI và động cơ diesel thông thường cho phép phát thải NOx và PM thấp hơn cũng như giữ cho việc kiểm soát tốt hơn trong giai đoạn cháy

1.2 Tổng quan về quá trình cháy trong động cơ diesel

1.2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel thông thường

Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt chuyển đổi năng lượng hóa học liên kết trong nhiên liệu thành cơ năng Trong các động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt cháy và các sản phẩm của quá trình đốt cháy trực tiếp tác dụng lực lên piston động cơ Các loại động cơ đốt trong được sử dụng thường xuyên nhất trong xe ô tô là động cơ cháy do nén Phần lớn các động cơ diesel là động cơ bốn kỳ, tức là có bốn giai đoạn riêng biệt trong một chu trình hoàn chỉnh của động cơ CI, cụ thể là, kì nạp, kì nén,

kì nổ hoặc giãn nở và kì thải

Hình 1.6 Mô hình về quá trình phun nhiên liệu trong động cơ diesel [59]

1.2.2 Quá trình cháy nhiệt độ thấp trong động cơ diesel

Các yếu tố như sự nóng lên toàn cầu, cải thiện chất lượng không khí ở khu vực thành thị, hiệu quả năng lượng và an ninh năng lượng chi phối sự phát triển của động

cơ diesel mới hơn và nhiên liệu thay thế Thách thức này có thể được giải quyết bằng cách phát triển các hệ truyền động thay thế (pin nhiên liệu, hybrid, xe điện) hoặc bằng cách cải thiện hiệu suất của động cơ diesel thông thường bằng cách phát triển các chế độ đốt cháy động cơ

Hình 1.8 Các phương pháp đốt cháy dựa trên phản ứng nhiên liệu [43]

Hình 1.9 Xu hướng hợp nhất công nghệ động cơ diesel và động cơ xăng thông

thường vào động cơ LTC [43]

1.3 Tình hình nghiên cứu và động cơ PCCI trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng động cơ PCCI trên thế giới

1.3.1.1 Đặc tính cháy, phát thải, hiệu suất, tiếng ồn của động cơ

1.3.1.2 PCCI cho các loại nhiên liệu khác nhau

1.3.1.3 Chế độ làm việc và thay đổi kết cấu động cơ

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng động cơ PCCI ở Việt Nam

Hiện tại, nghiên cứu về động cơ PCCI cũng như ứng dụng ở Việt Nam đang được quan tâm và phát triển Tuy nhiên, cần lưu ý rằng động cơ PCCI là một công nghệ mới và vẫn còn đang được nghiên cứu và phát triển, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô

Một số viện nghiên cứu và trường đại học tại Việt Nam đã có những nghiên cứu

lý thuyết về động cơ PCCI Hiện nay chưa có một nghiên cứu cụ thể về mô phỏng

và thực nghiệm trên động cơ Các công trình nghiên cứu vể quá trình cháy trong

động cơ diesel thông thường trong nước rất nhiều Hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào về đốt cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel (PCCI)

Kết luận chương 1

Nội dung chương này đã trình bày nghiên cứu tổng quan phát thải NOx và PM,

cơ chế hình NOx và phát thải PM trong động cơ diesel Đồng thời nghiên cứu các tác động và kiểm soát phát thải NOx và PM Ngoài ra, nghiên cứu quá trình cháy thông thường và quá trình cháy nhiệt độ thấp trong động cơ diesel Việc tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và việc sử dụng phương pháp đốt cháy PCCI trên động cơ diesel làm cơ sở để nghiên cứu sinh tìm ra các khoảng trống cần nghiên cứu cho luận án này

Chính vì thế, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu việc sử dụng phương pháp PCCI cho động cơ diesel tương ứng với các góc phun nhiên liệu khác nhằm đánh giá các thông số quá trình cháy và phát thải khi sử dụng phương pháp đốt cháy này trên động cơ diesel, làm cơ sở ban đầu cho việc ứng dụng phương pháp đốt cháy này trong tương lai tại Việt Nam

CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY NHIỆT ĐỘ THẤP

2.1 Nguyên lý đốt cháy ở nhiệt độ thấp

Đặc tính phóng của ngọn lửa phụ thuộc vào nhiệt độ và mật độ xung quanh (khí trong xi lanh), đường kính lỗ phun, áp suất phun và nồng độ oxy [83, 84] Pickett et

al [83] đã đưa ra một mối quan hệ thực nghiệm để ước tính chiều dài phóng (H) cho bởi công thức:

H = 𝐶𝑇𝑎−3.74𝑝𝑎−0.85𝑑0.34𝑈1𝑍𝑠𝑡−1 (2.1)

Trong đó C là hằng số tỷ lệ, Ta [K] là nhiệt độ môi trường xung quanh, ρa [kg/m3]

là mật độ môi trường xung quanh, d [μm] là đường kính đầu kim phun, U [m/s] là tốc độ phun và Zst là phần hỗn hợp nhiên liệu cân bằng hóa học, ảnh hưởng của nồng độ oxy trong môi trường xung quanh Chiều ngang trung bình φ của một mô hình kim phun như là một hàm của khoảng cách từ lỗ kim phun có thể được ước lượng bằng phương trình 2.2:

Trong đó ρf và ρa là mật độ nhiên liệu và môi trường xung quanh Ca là hệ số

co lại của vòi phun, d là đường kính lỗ phun và α là góc phát tán của tia phun

Hình 2.1 (a) Minh họa về quá trình hình thành NOx và muội than trong quá trình đốt cháy trong động cơ diesel [58][85] (b) Vùng vận hành LTC trên bản đồ

φ-T [79] [86] [87] [88]

2.2 Nạp hỗn hợp đồng nhất và đốt cháy do nén

2.2.1 Nguyên tắc cơ bản HCCI

HCCI là cháy do nén với hỗn hợp đồng nhất Đây là một loại công nghệ kết hợp các tính năng của cả động cơ xăng và động cơ diesel để đạt được hiệu suất nhiên liệu được cải thiện và lượng khí thải thấp hơn Động cơ HCCI sử dụng sự kết hợp giữa áp suất và nhiệt độ để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí đồng nhất Điều này dẫn đến quá trình đốt cháy sạch hơn và hiệu suất cao hơn so với động cơ cháy truyền thống, đồng thời thải ra các chất gây ô nhiễm ở mức độ thấp hơn như oxit nitơ (NOx)

Hình 2.3 (a) Quá trình đốt cháy HCCI (b) So sánh quá trình đốt cháy của động cơ

xăng, động cơ diesel và HCCI trong chu kỳ bốn kỳ

2.2.2 Quá trình tự cháy và giải phóng nhiệt HCCI

Quá trình tự cháy và giải phóng nhiệt trong HCCI được thực hiện bằng cách kết hợp áp suất và nhiệt độ cao để kích hoạt quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu và không khí

Hình 2.4 Minh họa giải phóng nhiệt một và hai giai đoạn trong quá trình đốt cháy

HCCI cho hai loại nhiên liệu khác nhau [102]

2.2.3 Đặc điểm quá trình cháy HCCI

Một điểm mạnh khác của động cơ HCCI là đồng thời giảm phát thải NOx và PM xuống mức rất thấp do nhiệt độ đốt cháy thấp hơn (các phản ứng tạo NOx thấp hơn)

và hoạt động nạp hỗn hợp hòa trộn trước (sự hình thành muội than thấp hơn do không có vùng giàu trong quá trình nạp) tại khu vực LTC

Hình 2.5 Ưu điểm của động cơ HCCI, những khó khăn lớn và các giải pháp

Mặc dù quá trình đốt cháy HCCI có ưu điểm so với động cơ thông thường nhưng

nó cũng có một số thách thức về kỹ thuật cần được giải quyết trước khi áp dụng nó cho sản xuất động cơ Một trong những thách thức chính trong quá trình đốt cháy HCCI là kiểm soát quá trình đốt cháy, nó điều chỉnh tốc độ đốt cháy và áp suất cực đại trong xi lanh Thách thức lớn khác là mở rộng phạm vi giới hạn hoạt động HCCI, đồng thời duy trì được toàn bộ ưu điểm của quá trình đốt cháy HCCI Để đạt được vận hành động cơ với tải cao hơn, lượng nhiên liệu tương đối cần phải được đốt cháy ở thời gian đốt cháy thích hợp

2.3 Đốt cháy hỗn hợp đồng nhất hòa trộn trước do nén

Trong chế độ PCCI, có hai phương án phun nhiên liệu trực tiếp khác nhau được

sử dụng gọi là phun trực tiếp sớm và phun trực tiếp trễ đối với thời gian phun của động cơ diesel thông thường Ở phương án phun trực tiếp sớm, nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong lòng xilanh trong kì nén Trước điểm chết trên để cho phép đủ thời gian hòa trộn nhiên liệu và không khí Quá trình đốt cháy chung với phun nhiên liệu trực tiếp sớm được gọi là nạp hỗn hợp hòa trộn trước và đốt cháy do nén (PCCI) Khi kết hợp PCCI diesel và WCO, người ta có thể sử dụng WCO như một nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel thông thường trong công nghệ PCCI diesel Việc sử dụng WCO trong PCCI diesel có thể giảm thiểu lượng khí thải và tiêu hao nhiên liệu so với việc sử dụng nhiên liệu diesel thông thường

Do đó, việc sử dụng PCCI diesel kết hợp với WCO đòi hỏi sự chú ý đến việc chuẩn bị và xử lý WCO để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc sử dụng nó như một nguồn nhiên liệu tái chế cho động cơ PCCI diesel

Hình 2.6 Sự thay đổi của HHR cho PCCI phun trực tiếp sớm - muộn và động cơ diesel thông thường [58][119][120]

Ngoài ra, việc kết hợp PCCI diesel và WCO cũng đòi hỏi việc điều chỉnh các thông số của động cơ, bao gồm áp suất và thời điểm phun nhiên liệu để đảm bảo sự hòa trộn tối ưu giữa nhiên liệu và không khí và đạt được hiệu suất động cơ tốt nhất

2.6 Kết luận chương 2

Nội dung chương 2 đã trình bày về cơ sở lý thuyết quá trình cháy nhiệt độ thấp của động cơ Một số phương án LTC khác nhau để giảm thiểu khí thải và tăng hiệu suất đốt cháy Một số phương án phổ biến bao gồm: HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition); PCCI (Premixed Charge Compression Ignition)

PCCI kết hợp với nhiều loại nhiên liệu và EGR (Exhaust Gas Recirculation), có thể đạt được một số lợi ích như sau:

-Giảm khí thải độc hại: Khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu và EGR, PCCI giúp giảm mức độ oxy trong động cơ, từ đó giảm lượng NOx được tạo ra trong quá trình đốt cháy

-Tăng hiệu suất động cơ: Khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu và EGR, PCCI cung cấp thêm nhiên liệu vào hỗn hợp cháy, từ đó giúp tăng áp suất và hiệu suất của động

cơ

-Tối ưu hóa hiệu quả nhiên liệu: Khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu và EGR, PCCI cho phép cung cấp thêm nhiên liệu vào hỗn hợp cháy, từ đó giúp tối ưu hóa hiệu quả nhiên liệu của động cơ

-Giảm tiếng ồn: Khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu và EGR, PCCI giảm khả năng phát sinh tiếng ồn trong quá trình đốt cháy

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL ĐỐT CHÁY THEO PHƯƠNG PHÁP PCCI SỬ DỤNG CÁC HỖN HỢP NHIÊN LIỆU

WCO 3.1 Đặt vấn đề

Để đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học WCO sử dụng trên động cơ diesel đốt cháy theo phương pháp PCCI đến các chỉ tiêu kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel, ta tiến hành tính toán mô phỏng động cơ động cơ Kirloskar TV1 khi sử dụng hỗn hợp WCO với các tỉ lệ B10, B20, B30 và B40 theo thể tích trong hỗn hợp với diesel ở các chế độ mômen xoắn 4,875 Nm, 9,75 Nm, 14,625 Nm và 19,5 Nm, tốc

độ vòng quay 1500 vg/ph, EGR từ 5%, 10%, 15% và 20%; góc phun hai giai đoạn gồm : 40o - 10o, 45o - 15o, 50o - 20o và 55o - 25o

3.2 Đối tượng nghiên cứu và nhiên liệu thử nghiệm

3.2.1 Động cơ nghiên cứu

Động cơ được sử dụng để xây dựng mô hình nghiên cứu trong luận án này là động cơ Kirloskar TV1 Đây là loại động cơ diesel, gồm 1 xi lanh