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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀNỘI 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 AnhTuấn 2 TS Phạm MinhHiếu 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 THỂHƯỚNGDẪN Hà Nội, tháng 03 năm2024 Nghiên cứu sinh Ngườihướngdẫn1 Ngườihướngdẫn2 GS.TS LêAnhTuấn 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 QuýThầy,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 ánnày 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 LỜICAMĐOAN i LỜICẢMƠN ii MỤCLỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮVIẾTTẮT vii DANH MỤCCÁCBẢNG .ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ,ĐỒTHỊ x MỞĐẦU 1 i Lý do chọnđềtài 1 ii Mục đíchnghiêncứu .2 iii Đối tượng và phạm vinghiêncứu 2 iv Nội dungnghiêncứu .2 v Phương phápnghiêncứu 2 vi Ý nghĩa khoa học và thực tiễn củal u ậ n án 3 vii Các điểm đóng góp mới củaluậnán 3 viii Bố cục củaluậnán 3 CHƯƠNG 1.TỔNGQUAN 4 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường và nhiên liệuthaythế 4 1.1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trườngtừ ĐCĐT 4 1.1.2 Sử dụng nhiên liệuthaythế 5 1.2 Tổng quan về động cơHCCI .7 1.2.1 Nguyên lý của độngcơHCCI .7 1.2.2 Thuận lợi và thách thức của độngcơHCCI 9 1.2.3 Động cơ HCCI sử dụng nhiênliệuethanol 13 1.2.4 Động cơ HCCI sử dụng nhiênliệun-heptan 16 1.3 Tình hình nghiên cứu về công nghệ HCCItrongnước .18 1.4 Thiết lập và điều khiển chế độcháyHCCI 19 1.4.1 Chế độ phun và nhiệt độkhínạp 19 1.4.2 Thay đổi tỉsốnén .20 1.4.3 Sử dụng đa nhiên liệu và nhiên liệuthaythế .20 1.4.4 Luân hồikhíxả 21 iii 1.5 Kết luậnchương1 .21 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNHCHÁYHCCI .23 2.1 Hình thành hỗn hợp vàcháyHCCI .23 2.1.1 Hình thành hỗn hợp bênngoài(PFI) 24 2.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trongxilanh 26 2.2 Cơ chế phản ứng và các thông số đặc trưng của quá trìnhcháyHCCI 31 2.2.1 Cơ chế phản ứngcháy HCCI 31 2.2.2 Đặc điểm quá trình tỏa nhiệt của độngcơ HCCI 31 2.2.3 Xác định thời điểm bắtđầucháy 38 2.2.4 Điều khiển quá trình cháy trên độngcơHCCI 39 2.3 Phương án thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơcháyHCCI 42 2.3.1 Phương án cung cấp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel cho động cơHCCI .42 2.3.2 Cơ sở lý thuyết thay đổi nhiệt độkhínạp 44 2.3.3 Xác định hệ số dư lượng không khí vàtỷlệ n-heptanthaythế 44 2.3.4 Xác định lượng nhiên liệucungcấp 45 2.4 Kết luậnchương2 .46 CHƯƠNG 3 CHUYỂN ĐỔI VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 XI LANH VẬNHÀNH THEO CHẾĐỘHCCI 47 3.1 Chuyển đổi động cơ để vận hành theo chếđộ HCCI 47 3.1.1 Đặc điểm của động cơnghiêncứu 47 3.1.2 Thiết kế và chế tạo các chi tiết, hệ thống cho động cơ HCCIchuyểnđổi 48 3.1.2.1 Thiết kế, cải tiến hệ thống phun nhiên liệu điều khiểnđiện tử 48 3.1.2.2 Điều chỉnh giảm tỷ số nén củađộngcơ .51 3.1.2.3 Thiết kế chế tạo hệ thống sấy nóng khínạpmới 52 3.1.2.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống phun nhiên liệu hỗn hợp n-heptan/ethanol giántiếp 53 3.1.2.5 Thiết kế và điều chỉnh đườngốngthải 53 3.1.2.6 Thiết kế và chế tạo hệ thống luân hồikhí thải .54 3.1.2.7 Thiết kế lắp đặt cảm biến trục khuỷu vàtrụccam .59 3.1.2.8 Hệ thống đo áp suất xi lanh và rungđộngcơ 59 iii 3.1.2.9 Hệ thống ECU điều khiểnđộngcơ .62 3.1.2.10Bộ điều khiển EDU (ElectronicDieselUnit) .64 3.1.3 Xây dựng đặc tínhvòi phun 65 3.1.3.1 Đặc tính vòiphunn-heptan/ethanol 65 3.1.3.2 Đặc tính vòiphun CR 66 3.2 Nghiên cứu mô phỏng động cơ HCCI trên phần mềmAnsysForte 67 3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phần mềmAnsysForte 68 3.2.1.1 Các phương trìnhcơbản .68 3.2.1.2 Mô hình cháy trongAnsysForte 70 3.2.1.3 Giải thuật trong phần mềmAnsysForte .73 3.2.2 Xây dựng mô hìnhmô phỏng .74 3.2.2.1 Mô phỏng trên phầnmềmAnsys-ICE 74 3.2.2.2 Nhập thông số đầu vào của bài toán cho mô hình động cơ trên Ansys- ICE753.2.2.3 Chia lướimôhình .77 3.2.2.4 Cài đặt các thông số, điều kiện biên chomôphỏng 79 3.2.2.5 Cài đặt chạy và chế độmô phỏng .81 3.2.3 Kết quả mô phỏng vàthảoluận 82 3.2.3.1 Đánh giá độ chính xác của mô hinhmôphỏng 85 3.2.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu đến quá trình làm việc củađộngcơ .87 3.2.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của độngcơ 89 3.3 Kết luậnchương3 .90 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨUTHỰCNGHIỆM 91 4.1 Mục đíchthửnghiệm 91 4.2 Đối tượng và nhiên liệuthửnghiệm 91 4.2.1 Đối tượngthử nghiệm 91 4.2.2 Nhiên liệuthửnghiệm 91 4.3 Quy trình và phạm vithử nghiệm .92 4.4 Sơ đồ và trang thiết bịthử nghiệm 94 4.4.1 Sơ đồ bố tríthử nghiệm 94 4.4.2 Trang thiết bịthửnghiệm 96 iii 4.5 Kết quả thử nghiệm vàthảoluận 98 4.5.1 Xây dựng đặc tính của độngcơCI 98 4.5.2 Kết quả thử nghiệm hoạt động ở chếđộHCCI 100 4.5.3 Đặc tính cháy của động cơ HCCI khi có phunmồidiesel 116 4.5.4 Đánh giá tính năng kinh tế củađộngcơ 118 4.5.5 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của độngcơ 118 4.5.6 Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ luân hồi khí thải tới quá trình làm việc củađộngcơ 122 4.5.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới các thành phần phát thảiđộchại 126 4.5.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi chất nạp mới tới các thành phần phát thải độchại 128 4.5.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ luân hồi tới các thành phần phát thảiđộc hại 130 4.6 Kết luậnchương4 .132 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂNĐỀTÀI .134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃCÔNGBỐ 136 CỦALUẬNÁN 136 TÀI LIỆUTHAM KHẢO .137 DANHMỤCCÁCPHỤLỤC PL-1 PHỤLỤC1 PL-2 PHỤLỤC2 PL-7 PHỤLỤC3 PL-9 iii 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 hợpb ê n - 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 - HRR Tốc độ giải phóng nhiệt KW vii 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 - vii