Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel

Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu nheptanethanoldiesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ CHÁY DO NÉN HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT (HCCI) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU N-HEPTAN/ETHANOL/DIESEL LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ Hà Nội – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ CHÁY DO NÉN HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT (HCCI) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU N.H EPTAN/ETHANOL/DIESEL Ngành: Kỹ thuật Ô tô Mã số: 9520130 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 GS TS Lê Anh Tuấn 2 TS Phạm Minh Hiếu Hà Nội - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài nghiên cứu nào khác TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, tháng 03 năm 2024 Nghiên cứu sinh Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 GS.TS Lê Anh Tuấn TS Phạm Minh Hiếu Nguyễn Minh Thắng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Đại học Bách khoa Hà Nội, Ban Đào tạo, Trường Cơ khí, Khoa Cơ khí Động lực đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Ban Đào tạo và Khoa Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Lê Anh Tuấn, TS Phạm Minh Hiếu 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 xin chân thành biết ơn Quý Thầy, Cô Nhóm chuyên môn hệ thống động lực ô tô và Trung tâm nghiên cứu các nguồn động lực và phương tiện tự hành - Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 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 chỉnh 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 Nguyễn Minh Thắng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG .ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU 1 i Lý do chọn đề tài 1 ii Mục đích nghiên cứu 2 iii Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 iv Nội dung nghiên cứu 2 v Phương pháp nghiên cứu .2 vi Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3 vii Các điểm đóng góp mới của luận án 3 viii Bố cục của luận án 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường và nhiên liệu thay thế .4 1.1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường từ ĐCĐT 4 1.1.2 Sử dụng nhiên liệu thay thế 5 1.2 Tổng quan về động cơ HCCI 7 1.2.1 Nguyên lý của động cơ HCCI .7 1.2.2 Thuận lợi và thách thức của động cơ HCCI 9 1.2.3 Động cơ HCCI sử dụng nhiên liệu ethanol .13 1.2.4 Động cơ HCCI sử dụng nhiên liệu n-heptan 16 1.3 Tình hình nghiên cứu về công nghệ HCCI trong nước .18 1.4 Thiết lập và điều khiển chế độ cháy HCCI .19 1.4.1 Chế độ phun và nhiệt độ khí nạp 19 1.4.2 Thay đổi tỉ số nén .20 1.4.3 Sử dụng đa nhiên liệu và nhiên liệu thay thế 20 1.4.4 Luân hồi khí xả 21 iii 1.5 Kết luận chương 1 21 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY HCCI 23 2.1 Hình thành hỗn hợp và cháy HCCI 23 2.1.1 Hình thành hỗn hợp bên ngoài (PFI) 24 2.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong xi lanh 26 2.2 Cơ chế phản ứng và các thông số đặc trưng của quá trình cháy HCCI .31 2.2.1 Cơ chế phản ứng cháy HCCI 31 2.2.2 Đặc điểm quá trình tỏa nhiệt của động cơ HCCI 31 2.2.3 Xác định thời điểm bắt đầu cháy 38 2.2.4 Điều khiển quá trình cháy trên động cơ HCCI 39 2.3 Phương án thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơ cháy HCCI 42 2.3.1 Phương án cung cấp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel cho động cơ HCCI 42 2.3.2 Cơ sở lý thuyết thay đổi nhiệt độ khí nạp 44 2.3.3 Xác định hệ số dư lượng không khí và tỷ lệ n-heptan thay thế 44 2.3.4 Xác định lượng nhiên liệu cung cấp 45 2.4 Kết luận chương 2 46 CHƯƠNG 3 CHUYỂN ĐỔI VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 XI LANH VẬN HÀNH THEO CHẾ ĐỘ HCCI 47 3.1 Chuyển đổi động cơ để vận hành theo chế độ HCCI 47 3.1.1 Đặc điểm của động cơ nghiên cứu 47 3.1.2 Thiết kế và chế tạo các chi tiết, hệ thống cho động cơ HCCI chuyển đổi 48 3.1.2.1 Thiết kế, cải tiến hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử 48 3.1.2.2 Điều chỉnh giảm tỷ số nén của động cơ 51 3.1.2.3 Thiết kế chế tạo hệ thống sấy nóng khí nạp mới .52 3.1.2.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống phun nhiên liệu hỗn hợp n-heptan/ethanol gián tiếp 53 3.1.2.5 Thiết kế và điều chỉnh đường ống thải 53 3.1.2.6 Thiết kế và chế tạo hệ thống luân hồi khí thải 54 3.1.2.7 Thiết kế lắp đặt cảm biến trục khuỷu và trục cam .59 3.1.2.8 Hệ thống đo áp suất xi lanh và rung động cơ 59 iv 3.1.2.9 Hệ thống ECU điều khiển động cơ 62 3.1.2.10Bộ điều khiển EDU (Electronic Diesel Unit) 64 3.1.3 Xây dựng đặc tính vòi phun 65 3.1.3.1 Đặc tính vòi phun n-heptan/ethanol 65 3.1.3.2 Đặc tính vòi phun CR .66 3.2 Nghiên cứu mô phỏng động cơ HCCI trên phần mềm Ansys Forte 67 3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phần mềm Ansys Forte .68 3.2.1.1 Các phương trình cơ bản 68 3.2.1.2 Mô hình cháy trong Ansys Forte 70 3.2.1.3 Giải thuật trong phần mềm Ansys Forte 73 3.2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng 74 3.2.2.1 Mô phỏng trên phần mềm Ansys-ICE 74 3.2.2.2 Nhập thông số đầu vào của bài toán cho mô hình động cơ trên Ansys-ICE75 3.2.2.3 Chia lưới mô hình .77 3.2.2.4 Cài đặt các thông số, điều kiện biên cho mô phỏng 79 3.2.2.5 Cài đặt chạy và chế độ mô phỏng .81 3.2.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận 82 3.2.3.1 Đánh giá độ chính xác của mô hinh mô phỏng 85 3.2.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu đến quá trình làm việc của động cơ 87 3.2.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của động cơ 89 3.3 Kết luận chương 3 90 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 91 4.1 Mục đích thử nghiệm 91 4.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm 91 4.2.1 Đối tượng thử nghiệm .91 4.2.2 Nhiên liệu thử nghiệm 91 4.3 Quy trình và phạm vi thử nghiệm .92 4.4 Sơ đồ và trang thiết bị thử nghiệm 94 4.4.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 94 4.4.2 Trang thiết bị thử nghiệm 96 v 4.5 Kết quả thử nghiệm và thảo luận 98 4.5.1 Xây dựng đặc tính của động cơ CI 98 4.5.2 Kết quả thử nghiệm hoạt động ở chế độ HCCI .100 4.5.3 Đặc tính cháy của động cơ HCCI khi có phun mồi diesel .116 4.5.4 Đánh giá tính năng kinh tế của động cơ 118 4.5.5 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của động cơ 118 4.5.6 Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ luân hồi khí thải tới quá trình làm việc của động cơ 122 4.5.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới các thành phần phát thải độc hại 126 4.5.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất nạp mới tới các thành phần phát thải độc hại 128 4.5.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ luân hồi tới các thành phần phát thải độc hại 130 4.6 Kết luận chương 4 132 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 136 CỦA LUẬN ÁN 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC PL-1 PHỤ LỤC 1 PL-2 PHỤ LỤC 2 PL-7 PHỤ LỤC 3 PL-9 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Diễn giải Đơn vị chữ viết tắt Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu - A/F ABE Acetone-Butanol-Ethanol - ARC Hoạt động cháy triệt để - ATAC Hoạt động gia nhiệt cho buồng cháy - BSEC Năng lượng tiêu hao có ích CA Góc quay trục khuỷu Độ CAI Tự cháy có điều khiển - CI Động cơ diesel - CIHC Nén đốt cháy hỗn hợp nạp đồng nhất - CFR Động cơ nguyên cứu nhiên liệu - CR Đường ống chung COV Coefficient of variation: Đại lượng đo độ phân tán tương đối của một biến số, là tỷ số giữa độ lệch chuẩn và giá trị trung bình của biến số đó COVimep Hệ số dao động áp suất có ích chỉ thị trung bình ĐCD Điểm chết dưới - ĐCĐT Động cơ đốt trong - ĐCT Điểm chết trên - EDU Electronic Diesel Unit EVC Đóng van xả - EVO Mở van xả - EGR Luân hồi khí xả - FAME Este metyl axit béo - FTM Kiểm soát nhanh nhiệt độ khí nạp - HCCI PFI Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất, hình thành hỗn hợp bên - ngoài HCCI Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất - HCCI-DI Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất, phun trực tiếp - HCLI Phun muộn hình thành hỗn hợp nạp đồng nhất - HiMICS Hệ thống phun thông minh nhiều giai đoạn hỗn hợp đồng - nhất HPLI Phun muộn hỗn hợp được hòa trộn cao - vii HRR Tốc độ giải phóng nhiệt KW HTHR Tỏa nhiệt ở nhiệt độ cao - IMEP Áp suất chỉ thị trung bình bar IVC Đóng van nạp - IVO Mở van nạp IVO LTC Nhiệt độ thấp - LRF Nhiên liệu có độ phản ứng thấp - LTHR Tỏa nhiệt độ ở nhiệt độ thấp - MAPE Mean absolute percentage error) MK Điều biến động lực học - Me Mô men có ích MULDIC Cháy nén hỗn hợp được hình thành nhiều giai đoạn - NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu - NCS Nghiên cứu sinh NG Khí tự nhiên - Ne Công suất có ích NTC Vùng hệ số nhiệt độ âm - PCCI Cháy do nén hỗn hợp hình thành từ trước - PCI Cháy do nén hỗn hợp đã hòa trộn - PHCCI Nạp nén đồng nhất một phần - PFI Hình thành hỗn hợp bên ngoài - PM Phát thải hạt - PREDIC Cháy do nén hỗn hợp nghèo hình thành từ trước - PRR Tốc độ tăng áp suất Pa/s RCCI Nén cháy kiểm soát hoạt tính nhiên liệu - RMSE Root-mean-square error SI Động cơ xăng - SOI Thời điểm cháy - SOC1 Thời điểm bắt đầu cháy đối với ngọn lửa lạnh SOC2 Thời điểm bắt đầu cháy đối với ngọn lửa nóng tsn Tỷ số nén - UNIBUS Hệ thống cháy đồng nhất vùng lớn - VCR Thay đổi tỷ số nén VVT Thay đổi pha phối khí - λ Hệ số dư lượng không khí - viii