Tóm tắt: 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ DỘ CHÁY DO NÉN HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT (HCCI) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU N-HEPTAN/ETHANOL/DIESEL Ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số: 9520130 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ Hà Nội – 2024 Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Anh Tuấn TS Phạm Minh Hiếu Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU i đề tài Là một nguồn động lực quan trọng đóng góp vào sự phát triển của nhân loại, động cơ đốt trong vẫn luôn khẳng định được vai trò của mình trong tương lai Bên cạnh đó, động cơ đốt trong vẫn có những nhược điểm như phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, phát thải độc hại Trong những năm gần đây, cùng với việc cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự khắt khe của các tiêu chuẩn khí thải đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu không ngừng phát triển động cơ Xu hướng đang giành được nhiều sự quan tâm đó nâng cao tính năng kinh tế, kỹ thuật của động cơ, đồng thời giảm phát thải độc hại iện nay, động cơ đốt trong đã s ụng r t nhiều iện ph p mới như: ụng nhiên liệu thay thế nhằm giảm p lực cho nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch; nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình cháy và cháy mới, x lý khí thải Trong c c xu hướng này thì xu hướng kết hợp quá trình cháy mới với các loại nhiên liệu kh c nhau được quan tâm hơn cả, trong đó có mô hình ch y CCI s dụng hỗn hợp nhiên liệu Mô hình cháy do nén hỗn hợp đồng nh t (HCCI) có nhiều ưu điểm Mô hình cháy này có hiệu su t nhiệt cao tương tự động cơ CI và có lượng khí thải th p như động cơ SI, trong đó hai thành phần phát thải NOx và PM giảm đi đ ng kể ô hình ch y CCI hoàn toàn có thể đ p ứng được yêu cầu của ph t thải không cần trang ị thêm ộ x l khí thải đắt tiền và thu được hiệu su t nhiệt cao Tuy nhiên th ch thức lớn nh t với mô hình cháy mới này là: Điều khiển quá trình cháy, phát thải HC và CO cao, khả năng mở rộng dải tải trọng làm việc của động cơ Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về việc khắc phục c c nhược điểm này, trong đó có việc s dụng hỗn hợp nhiên liệu như iesel với ethanol, diesel với methanol, diesel với butanol hay diesel với n-heptan, cũng có những nghiên cứu kết hợp ba loại nhiên liệu với nhau như: ethanol/n-butanol/n-heptan hay acetone-butanol-ethanol Tuy nhiên, n-heptan/ethanol/ iesel chưa từng được s dụng làm nhiên liệu cho động cơ CCI Tại Việt Nam, động cơ CI cỡ nhỏ một xi lanh đang được s dụng phổ biến với số lượng lớn trong ngành nông nghiệp Trong quá trình làm việc, động cơ này sinh ra nhiều khí thải độc hại Cùng với việc khuyến khích phát triển và khai thác các nguồn nhiên liệu mới thay thế dần nhiên liệu hóa thạch, việc nghiên cứu chuyển đổi chế độ cháy của động cơ CI truyền thống sang chế độ cháy HCCI là một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng Với mục tiêu đ nh gi ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ khi ch y CCI, đưa ra một giải pháp hiệu quả giảm phát thải và sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel” nhằm từng ước làm chủ các công nghệ hoán cải động cơ truyền thống sang động cơ s dụng đa nhiên liệu, thiết lập chế độ làm việc HCCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel nhằm nâng cao tính kinh tế, giảm phát thải độc hại của động cơ nguyên ản và thúc đẩy việc s dụng nhiên liệu sinh học ii Mụ đí g iê ứu của đề tài Thiết lập thành công trên mô hình mô phỏng và bằng thực nghiệm chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nh t CCI trên động cơ CI 1 xi lanh s dụng trong lĩnh vực nông nghiệp Đ nh gi được ảnh hưởng của các tổ hợp nhiên liệu và một số thông số vận hành đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi ch y CCI iii Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ CI 1 xi lanh s dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, vận hành với tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel 1 Nghiên cứu mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Nguồn động lực và phương tiện tự hành, Đại học Bách khoa Hà Nội - Phạm vi nghiên cứu: Chế độ vận hành của động cơ được giới hạn trong vùng làm việc tải th p và tải trung bình theo các chế độ vận hành ổn định về tải trọng và tốc độ vòng quay của động cơ Chế độ CCI được thiết lập và điều khiển thông qua các tổ hợp và tỷ lệ nhiên liệu n- heptan/ethanol cung c p vào đường nạp, nhiên liệu diesel phun trực tiếp vào buồng cháy kết hợp với điều chỉnh nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, thời điểm và lượng phun nhiên liệu diesel iv Nội dung nghiên cứu Nội dung chính của luận án: - Tổng quan và cơ sở lý thuyết về quá trình cháy HCCI với các loại nhiên liệu khác nhau - Mô phỏng quá trình cháy HCCI - Chuyển đổi động cơ CI nguyên ản sang s dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel và thiết lập quá trình cháy HCCI - Thực nghiệm đ nh gi c c tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi làm việc ở chế độ HCCI với các tổ hợp nhiên liệu và tỉ lệ nhiên liệu trong tổ hợp v P ươ g p áp g iê ứu Kết hợp lý thuyết mô hình hóa với thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết làm cơ sở để thiết kế hệ thống chuyển đổi động cơ s dụng đơn nhiên liệu sang s dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel và thiết lập chế độ vận hành CCI cho động cơ - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm định lượng hóa và đ nh gi chế độ vận hành HCCI cho động cơ cũng như xây ựng bộ thông số điều khiển cho việc thiết lập và mở rộng chế độ HCCI vi Ý g ĩa k a c và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu góp phần đ nh gi tính khả thi về phương n s dụng nhiên liệu thay thế và đa dạng hóa nguồn nhiên liệu trên động cơ CI nguyên bản Kết quả nghiên cứu góp phần bổ sung vào cơ sở khoa học về thiết lập, mở rộng chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nh t HCCI với các tổ hợp nhiên liệu khác nhau Luận n có nghĩa trong việc trong việc nâng cao khả năng làm chủ và phát triển các công nghệ chuyển đổi động cơ truyền thống sang động cơ ch y kiểu mới có hiệu quả cao và phát thải sạch hơn Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu mô phỏng, thực nghiệm và động cơ CI 1 xi lanh chuyển đổi sang s dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel là cơ sở thực tiễn để chuyển đổi động cơ CI nguyên bản thành động cơ s dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel, vận hành ở chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nh t HCCI vii Cá điểm đó g góp mới của luận án Xây dựng mô hình và mô phỏng thành công chế độ cháy HCCI s dụng tổ hợp nhiên liệu n- heptan/ethanol/diesel X c định được các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, tỷ lệ nhiên 2 liệu trong tổ hợp tại các chế độ tải tới đặc điểm quá trình HCCI Đưa ra định hướng bộ tham số điều khiển nhằm thiết lập và mở rộng chế độ cháy HCCI trên một động cơ nghiên cứu viii Bố cục của luận án Luận án gồm các phần: Mở đầu Chương 1 Tổng quan Chương 2 Cơ sở lý thuyết qu trình ch y HCCI Chương 3 Chuyển đổi và mô phỏng động cơ 1 xi lanh vận hành theo chế độ HCCI Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài C ươ g 1 TỔNG QUAN 1.1 Vấ đề ô iễm môi trườ g và iê liệu t ay t ế 1.1.1 Vấ đề ô iễm môi trườ g từ ĐCĐT 1.1.2 Sử ụ g iê liệu t ay t ế 1.2 Tổ g qua về độ g ơ HCCI 1.2.1 Nguyê l ủa độ g ơ HCCI 1.2.2 T uậ lợi và t á t ứ ủa độ g ơ HCCI 1.2.3 Độ g ơ HCCI sử ụ g iê liệu ethanol Trong động cơ CCI, thời điểm ch y và tốc độ cháy chủ yếu được kiểm soát bởi quá trình nhiệt động hóa học của nhiên liệu, quá trình này r t nhạy cảm với sự thay đổi của áp su t và nhiệt độ trong kỳ nén Mục tiêu chính của qu trình đốt cháy HCCI là duy trì mức tiết kiệm nhiên liệu cao trong c c trường hợp tải nhỏ đồng thời giảm lượng khí thải NOx và C c nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả hai quá trình tỏa nhiệt ở nhiệt độ th p và nhiệt độ cao đều xảy ra trong quá trình đốt cháy HCCI, và cả hai qu trình đều tỏa nhiệt trong phạm vi nhiệt độ nh t định Một trong những v n đề quan trọng nh t đối với hoạt động của động cơ CCI là việc tỏa nhiệt ở nhiệt độ th p, điều này phụ thuộc vào thành phần hóa học của từng loại nhiên liệu Tuy nhiên, vẫn còn một vài thách thức và v n đề xảy ra với việc ứng dụng của động cơ CCI cần được giải quyết Kiểm so t đ nh l a và đốt cháy, sự cố xảy ra khi vận hành ở chế độ tải cao, tỏa nhiệt nhanh hơn, thải ra nhiều CO và C hơn, đặc biệt là khi hoạt động ở chế độ tải nhỏ dễ gặp sự cố khi khởi động lạnh, thải ra nhiều NOx hơn ở chế độ tải cao và tạo thành được hỗn hợp hoàn toàn đồng nh t là những v n đề của động cơ CCI Các nhà khoa học đã chứng minh rằng phạm vi hoạt động ch p nhận được của HCCI chạy bằng nhiên liệu ethanol sinh học có thể được cải thiện một cách hiệu quả bằng cách s dụng hệ thống cảm biến x c định trạng thái và hệ thống lưu trữ khí oxy ư, như Yap D và cộng sự đã chỉ ra [46] Hệ thống lưu trữ và x lý tín hiệu làm tăng khả năng điều chỉnh thời gian cháy Có thể giảm mức phát thải NOx bằng cách s dụng nhiều khí luân hồi hơn và tăng p su t khí nạp Mặt kh c, lượng khí thải CO tăng o tổn th t ơm tăng Zhang Y và cộng sự đã s dụng động cơ I Ricardo với chiến lược định thời gian mở xupap trong nghiên cứu [47] C c động cơ CCI chạy bằng ethanol đã được chạy ở nhiều tỉ lệ AFR, tốc độ và thời gian đóng mở xupap kh c nhau để xem lượng được giữ lại thay đổi như thế nào Thời gian đóng mở xupap và lambda ảnh hưởng đ ng kể đến thời điểm đ nh l a và thời gian đốt ch y Lam a được x c định bằng cách s dụng cảm biến oxy tuyến tính ETAS và ảnh hưởng của thời gian đóng mở xupap được so sánh với I E Đối với động cơ CCI, họ nhận th y rằng phạm vi hoạt động của động cơ ị hạn chế do kích nổ 1.3 Tì ì g iê ứu vè ô g g ệ HCCI tr g ướ 1.4 T iết lập và điều k iể ế độ áy HCCI 1.4.1 C ế độ p u và iệt độ k í ạp 3 1.4.2 T ay đổi tỷ số é liệu và iê liệu t ay t ế 1.4.3 Sử ụ g lưỡ g iê 1.4.4 uâ ồi k í xả 1.5 Kết luậ ươ g 1 Các nghiên cứu trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng động cơ CCI hiệu quả hơn ởi chúng làm giảm đồng thời cả NOx và PM, trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu, đảm bảo hiệu su t nhiệt của động cơ, tuy nhiên vẫn có sự tăng lên của HC và CO Ngoài việc s dụng nhiều loại nhiên liệu như xăng, ethanol, n-heptan hoặc khí thiên nhiên nén kết hợp với nhiên liệu iesel để tạo chế độ cháy HCCI, việc kết hợp các nhiên liệu này với nhau cũng giành được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, bởi quá trình cháy HCCI sạch với lượng khí thải NOx và PM r t th p Tuy nhiên, việc HRR nhanh có thể gây ra hiện tượng kích nổ Lượng khí thải C và CO cao hơn o nhiệt độ cháy th p hơn, t c động của tia phun và nhiệt độ thành lạnh trong xi lanh Bên cạnh đó, động cơ CCI có s dụng ethanol làm nhiên liệu vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục như: Khả năng kiểm soát nhiệt độ tự cháy, khó khởi động lạnh và khả năng chịu tải hạn chế Để khắc phục hiện tượng này, việc bổ sung thêm nhiên liệu n-heptan giúp kiểm so t c c nhược điểm trên Trên thế giới có r t ít động cơ CCI được sản xu t, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc chuyển đổi động cơ truyền thống sang động cơ CCI cùng với việc hoán cải động cơ thì việc mở rộng phạm vi làm việc và phù hợp với các loại nhiên liệu khác nhau là việc làm phù hợp và cần thiết Động cơ CCI s dụng hỗn hợp n-heptan/ethanol/diesel làm nhiên liệu là hướng đi của luận án C ươ g 2 CƠ SỞ Ý THUYẾT QU T NH CH Y HCCI 2.1 Hì t à ỗ ợp và áy HCCI 2.1.1 Hì t à ỗ ợp bê g ài (PFI) 2.1.2 Hì t à ỗ ợp bê tr g xila 2.2 Các ơ ế p ả ứ g và á t ô g số đặ trư g ủa quá trì áy HCCI 2.2.1 Cơ ế p ả ứ g áy HCCI Qu trình đốt nhiên liệu được thực hiện thông qua một cơ chế phản ứng dây chuyền, chuyển đổi nhiên liệu cho các sản phẩm là nước và CO2 là chủ yếu kèm theo tỏa năng lượng ưới dạng nhiệt Các chuỗi phản ứng được khởi tạo bởi các gốc tự do bao gồm H và O nguyên t , cũng như O , O2, CH3, CH, CH2, C2H, C2H5, C2H3, và nhiều gốc hy rocac on kh c Đối với động cơ CCI qu trình ch y gần như ngay lập tức và cùng thời gian o đó cần hiểu rõ cơ chế phản ứng ch y để kiểm soát thời điểm bắt đầu cháy, thời gian cháy của động cơ C c phản ứng của n – heptan khi cháy theo nguyên lý HCCI gồm phản ứng:  Phản ứng khởi tạo quá trình cháy  Phản ứng dây chuyền  Phản ứng phân nhánh  Phản ứng kết thúc Cơ chế phản ứng cháy của n-heptan hoạt động theo nguyên l động cơ CCI có thời gian của phản ứng phân nhánh ngắn Quá trình hình thành phản ứng khởi tạo là lúc hình thành SOC 1, nhiệt lượng chưa tỏa ra nhiều ở giai đoạn này, đầu quá trình phản ứng dây chuyền là lúc hình thành OC 2, đây là lúc nhiệt độ trong xi lanh đủ lớn để H2O2 phân tách, sau thời điểm này nhiệt độ trong xi lanh tăng nhanh đến nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra chủ yếu ở giai đoạn này trong động cơ CCI 2.2.2 Đặ điểm quá trì t ả iệt ủa độ g ơ HCCI 2.2.3 Xá đị t ời điểm bắt đầu áy 2.2.4 Điều k iể quá trì áy trê độ g ơ HCCI 4 2.3 P ươ g á t iết kế uyể đổi độ g ơ CI sa g độ g ơ áy HCCI 2.3.1 P ươ g á u g ấp - epta độ g ơ HCCI hương ph p hình thành hỗn hợp đồng nh t ên ngoài xi lanh là phương ph p phù hợp nh t cho động cơ chuyển đổi nhằm thiết lập qu trình ch y CCI hương ph p này có nhiều ưu điểm như: - Kết c u của động cơ nguyên ản gần như vẫn giữ nguyên, chỉ cần thiết kế lại hệ thống nhiên liệu và lựa chọn nhiên liệu phù hợp - Hỗn hợp nhiên liệu và không khí đồng nh t hơn, giúp qu trình ch y iễn ra hiệu quả hơn - Giảm thiểu lượng ph t thải độc hại, đặc biệt là NOx hương ph p hình thành hỗn hợp đồng nh t bên ngoài xi lanh chỉ phù hợp với nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng có khả năng ay hơi tốt như n-heptan Vì vậy, trong nghiên cứu này sẽ nghiên cứu phun n-heptan trên đường nạp cho động cơ Đối với động cơ hình thành hỗn hợp đồng nh t bên ngoài xi lanh, cách đơn giản nh t để hỗn hợp trong xi lanh trở nên đồng nh t là phun nhiên liệu trực tiếp vào đường nạp Vì thời gian chuyển động của nhiên liệu và không khí nạp trong quá trình nạp và quá trình nén sẽ tạo ra hỗn hợp đồng nh t cho qu trình ch y Đồng thời, hỗn hợp không khí-nhiên liệu được hình thành từ bên ngoài, nên thời điểm phun nhiên liệu không ảnh hưởng đến thời điểm bắt đầu cháy 2.3.2 Cơ sở l t uyết t ay đổi iệt độ k í ạp 2.3.3 Xá đị ệ số ư lượ g k ô g k í và tỷ lệ - epta t ay t ế 2.3.4 Xá đị lượ g iê liệu u g ấp 2.4 Kết luậ ươ g 2 Từ cơ sở lý thuyết về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của động cơ CCI, c c thông số đặc trưng về quá trình cháy, nghiên cứu đã lựa chọn phương n chuyển đổi quá trình cháy cho động cơ CI truyền thống sang động cơ CCI với giải pháp phun hỗn hợp n-heptan/ethanol đã hòa trộn trên đường nạp Đây là một giải pháp có thể thiết lập quá trình cháy HCCI mà không cần thay đổi gì kết c u của động cơ, chỉ thay đổi hệ thống cung c p nhiên liệu Bên cạnh đó, việc nghiên cứu về tính ch t và đặc tính hóa hơi của n-heptan để đ nh gi khả năng phù hợp của nhiên liệu với giải pháp lựa chọn, đưa ra giải pháp hỗ trợ cho qu trình ay hơi của nhiên liệu được tốt hơn Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trước khi tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng nhằm củng cố thêm về lý thuyết trước khi tiến hành thực nghiệm Ngoài ra, chương 2 cũng trình ày c c phương n thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơ ch y CCI như: Đưa ra phương n cung c p hỗn hợp n-heptan/ethanol, x c định tỷ lệ n-heptan thay thế, hệ số ư lượng không khí và thay đổi nhiệt độ khí nạp C ươ g 3 CHUY N ĐỔI V MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 XI ANH VẬN H NH THEO CHẾ ĐỘ HCCI 3.1 C uyể đổi độ g ơ để vậ à t e ế độ HCCI 3.1.1 Đặ điểm ủa độ g ơ g iê ứu Trong nghiên cứu này, động cơ Yanmar DB178F được lựa chọn để thực hiện hoán cải và trang bị các hệ thống để hoạt động ở chế độ HCCI với n-heptan Động cơ được s dụng phổ biến để dẫn động m y ph t điện cỡ nhỏ một xylanh, không tăng p, s dụng trên máy nông nghiệp, máy ơm nước Đây là loại động cơ một xylanh, làm mát bằng gió, buồng cháy thống nh t (Hình 3.1) Các thông số cơ ản của động cơ được thể hiện trong Bảng 3.1 5 Hình 3.1 Động cơ Yanmar DB178F Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật đông cơ Yanmar DB178F Giá trị Thông số Đơ vị 78 62 Đường kính xylanh, (D) mm 296 4.4 Hành trình piston, (S) mm 3.600 13 Thể tích công tác, (Vh) cm3 2000 Công su t định mức, (Neđm) kW 378 Tốc độ định mức, (nđm) vg/ph 2.400 Mômen cực đại, (Memax) Nm Tốc độ tại Memax,(nM) vg/ph Su t tiêu hao nhiên liệu, g/kW.h (gemin) Tốc độ tại gemin, (nge) vg/ph 3.1.2 T iết kế và ế tạ á i tiết, ệ t ố g độ g ơ HCCI uyể đổi từ độ g ơ diesel 1 xylanh 3.1.2.1 T iết kế, ải tiế ệ t ố g p u iê liệu điều k iể điệ tử 3.1.2.2 Điều ỉ giảm tỷ số é ủa độ g ơ 3.1.2.3 T iết kế ế tạ ệ t ố g sấy ó g k í ạp mới 3.1.2.4 T iết kế, ế tạ ệ t ố g p u iê liệu – heptan/ethanol giá tiếp 3.1.2.5 T iết kế và điều ỉ đườ g ố g t ải 3.1.2.6 T iết kế và ế tạ ệ t ố g luâ ồi k í t ải 3.1.2.7 T iết kế lắp đặt ảm biế trụ k uỷu và trụ am 3.1.2.8 Hệ t ố g đ áp suất xi lanh và ru g độ g ơ 3.1.2.9 Hệ t ố g ECU điều k iể độ g ơ 3.1.2.10 Bộ điều k iể EDU (Ele tr i Diesel U it) 3.1.3 Xây ự g đặ tí vòi p u 3.1.3.1 Đặ tí vòi p u -heptan/ethanol 3.1.3.2 Đặ tí vòi phun CR 3.2 Ng iê ứu mô p ỏ g độ g ơ HCCI trê p ầ mềm A sys F rte Ansys Forte là một phần mềm chuyên dụng được thiết kế chuyên biệt để mô phỏng hoạt động của động cơ đốt trong Đây là gói phần mềm mô phỏng động lực học dòng chảy (CFD) cho phép kỹ sư phân tích và tối ưu hóa hiệu su t của nhiều loại động cơ đốt trong, chẳng hạn như động cơ I, CI và đa nhiên liệu - Mô hình hóa quá trình cháy và tối ưu hóa qu trình nạp thải - Mô phỏng tăng p cơ khí và tăng p s dụng năng lượng ph t thải - Phân tích dòng chảy trong xi lanh - Mô phỏng qu trình hình thành ph t thải - Phân tích quá trình truyền nhiệt - Phân tích Hệ thống phun nhiên liệu - hân tích động học và động lực học cơ c u khuỷu trục-thanh truyền - Mô phỏng quá trình cháy với đa ạng các loại nhiên liệu 3.2.1 Cơ sở l t uyết ủa p ầ mềm A sys F rte 3.2.1.1 Cá p ươ g trì ơ bả 3.2.1.2 Mô hình cháy trong Ansys Forte 3.2.1.3 Giải thuật trong phần mềm Ansys Forte 3.2.2 Xây ự g mô ì mô p ỏ g 3.2.2.1 Mô p ỏ g trê p ầ mềm A sys-ICE 3.2.2.2 N ập t ô g số đầu và ủa bài t á mô ì độ g ơ trê A sys-ICE 6 3.2.2.3 C ia lưới mô hình 3.2.2.4 Cài đặt các thông số, điều kiện biên cho mô phỏng 3.2.2.5 Cài đặt chạy và chế độ mô phỏng 3.2.3 Kết quả mô p ỏ g và t ả luậ Hình 3.46 Diễn biến quá trình chuyển động của hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong động cơ HCCI a)n-heptan; b) n-heptan/Ethanol Trong Hình 3.46, thể hiện sự lưu động của dòng không khí trong buồng cháy của động cơ HCCI ứng với 2 loại nhiên liệu kh c nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2200 v/ph Kết quả cho th y sự chuyển động của dòng không khí trong 2 trường hợp là gần tương tự nhau Kết quả này cũng được thể hiện rõ ràng thông qua Hình 3.38 (hệ số xoáy lốc – swirl ratio), các giá trị trên biểu đồ có giá trị gần tương đương nhau Hình 3.47 Tốc độ xoáy lốc trong động cơ CCI khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph 7 Hình 3.48 Diễn biến quá trình cháy trong động cơ HCCI a)n-heptan; b) n-heptan/Ethanol Trong Hình 3.48, thể hiện sự thay đổi diễn biến qu trình ch y trong xy lanh ĐCĐT với 2 trường hợp động cơ chạy bằng n-heptan (a) và n-heptan/ethanol (b) Nhìn chung ta th y, quá trình ch y trong 2 trường hợp là gần như giống nhau, nhiệt độ trong xylanh tăng ần từ điểm chết ưới cho đến điểm chết trên, và tại gần điểm chết trên hỗn hợp nhiên liệu và không khí tự bốc cháy và sinh công cho động cơ 3.2.3.1 Đá giá độ í xá ủa mô i mô p ỏ g (a) 80 (b) 80 ô phỏng Thực nghiệm 10 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 ô phỏng Thực nghiệm 20 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 60 60 p suất xyla (bar) p suất xyla (bar)40 40 p suất xyla (bar)2020 0 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 ô phỏng Thực nghiệm Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) (c) 80 30 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 60 40 20 Hình 3 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Gó quay trụ k uỷu (độ) ễn biến áp suất xi lanh theo góc quay trục khuỷu giữa mô phỏng và thực nghiệm 8 3.3 Kết luậ ươ g 3 Các nội ung trong chương 3 đã đưa ra thực nghiệm chuyển đổi động cơ CI chạy với nhiên liệu truyền thống để chạy với hỗn hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol Theo đó ựa vào các thông số cơ ản của động cơ kết hợp với đặc điểm của nhiên liệu n-heptan và ethanol, NC đã cải thiết hệ thống nhiên liệu, điều chỉnh tỷ số nén, thiết kế hệ thống s y nóng và luân hồi khí thải, lắp đặt cảm biến trục khuỷu và trục cam Đặc biệt NC đã tính to n và chế tạo riêng ECU để điều khiển chế độ phun nhiên liệu cũng như hệ thống đo p su t diễn biến quá trình cháy trong xi lanh Ngoài ra, mô hình của động cơ nguyên ản và động cơ chuyển đổi đã được NCS xây dựng thành công trên phần mềm chuyên dụng mô phỏng Ansys Forte Dựa vào mô hình này NC đã chỉ ra quá trình xoáy lốc của hỗn hợp không khí-nhiên liệu cũng như iễn biến quá trình cháy, áp su t trong xi lanh và tốc độ tỏa nhiệt Kết quả này góp phần đưa ra c c định hướng quan trọng cho quá trình thực nghiệm đ nh gi đặc tính công su t và phát thải động cơ khi chuyển đổi sang chế độ cháy HCCI C ươ g 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mụ đí t ử g iệm Quá trình th nghiệm trên ăng th công su t để x c định các thông số làm việc của động cơ như công su t, mô men, tốc độ, áp su t qu trình ch y ên trong xylanh, độ rung động của động cơ, tiêu hao nhiên liệu, lưu lượng khí nạp và các thành phần phát thải độc hại Quá trình th nghiệm được thực hiện ở c c trường hợp: động cơ CI nguyên bản; động cơ HCCI với nhiên liệu n-heptan; động HCCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol với các tỷ lệ ethanol kh c nhau; động cơ CCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol kết hợp phun diesel trực tiếp để kiểm soát quá trình cháy 4.2 Đối tượ g và iê liệu t ử g iệm 4.2.1 Đối tượ g t ử g iệm Trên cơ sở mẫu động cơ nguyên ản, NCS tiến hành cải tiến động cơ ằng cách trang bị hệ thống cung c p nhiên liệu điều khiển điện t thay cho hệ thống cung c p nhiên liệu cơ khí nguyên bản Với hệ thống này, nhiên liệu phun mồi có thể dễ àng điều khiển cả về lượng phun và thời điểm phun trong quá trình nghiên cứu điều khiển chế độ cháy của động cơ CCI Thông tin chi tiết về động cơ th nghiệm đã được trình ày trong Chương 3 4.2.2 N iê liệu t ử g iệm Nhiên liệu được s dụng trong quá trình th nghiệm bao gồm iesel thương mại thông thường, nhiên liệu ethanol tinh khiết và n-heptan Trong đó, nhiên liệu n-heptan là nhiên liệu được s dụng là nhiên liệu chính cung c p cho động cơ còn iesel và ethanol được hòa trộn với tỷ lệ nh t định và cung c p như nhiên liệu mồi 4.3 Quy trì và p ạm vi t ử g iệm 4.4 Sơ đồ và tra g t iết bị t ử g iệm 4.4.1 Sơ đồ bố trí t ử g iệm 4.4.2 Tra g t iết bị t ử g iệm 4.5 Kết quả t ử g iệm và t ả luậ 4.5.1 Xây ự g đặ tí ủa độ g ơ t uầ iesel 11 Ne Me ge 14 600 12 550 Ne (kW), Me (Nm) ge (g/kWh) 10 500 8 450 6 400 4 2 350 0 2000 2400 2800 300 1600 3200 Tốc độ (v/ph) Hình 4.7 Đặc tính ngoài của động cơ CI Đặc tính ngoài của động cơ CI được x c định qua giới hạn hệ số ư lượng không khí lambda Ở mỗi chế độ tốc độ, lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh đạt giới hạn lambda quanh ngưỡng 1,2 Khi đó, x c định được giá trị mô men cực và công su t của động cơ Kết quả th nghiệm xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ CI được thể hiện trên Hình 4.6 Kết quả th nghiệm công su t, mô men, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ CI ở các chế độ tải 10, 20 và 30% được thể hiện trong Bảng 4.3 đến 4.5 ảng 4.4 Kết quả đo tại 30% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) 1822 3.43 0.6 68 0.03 98 1.1 0.31 16.4 3.6 2051 3.72 0.7 77 0.03 78 1.5 0.33 18 3.7 2376 3.56 0.9 61 0.01 77 1.2 0.42 20.9 3.4 2811 3.74 1.1 55 0.02 50 1.13 0.46 24.9 3.6 3117 3.42 1.2 50 0.02 47 1.01 0.51 27.8 3.7 ảng 4.5 Kết quả đo tại 20% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) 1790 2.5 0.5 80 0.05 56 1.23 0.22 16.5 5.1 2070 2.6 0.5 79 0.06 63 1.3 0.23 18.1 5.3 2315 2.5 0.6 73 0.03 33 0.8 0.23 21 6.4 2791 2.4 0.7 61 0.03 25 0.95 0.29 25.2 5.8 3267 2.3 0.8 67 0.02 12 0.77 0.4 28.9 5.1 ảng 4.6 Kết quả đo tại 10% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) 1833 1.1 0.2 77 0.05 38 0.53 0.11 16.4 10 2012 1.2 0.3 82 0.07 47 0.93 0.13 18.7 9.3 2393 1.1 0.3 79 0.04 19 0.93 0.13 21.8 11 2756 1.2 0.4 68 0.04 26 0.82 0.15 25.5 11.2 3219 1.2 0.4 67 0.05 18 0.64 0.17 28.3 11.1 4.5.2 Kết quả t ử g iệm ạt độ g ở ế độ HCCI a) Đặc tính cháy của độ g ơ HCCI với đơ iê liệu n-heptan 12 1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, diesel 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, die 0.8 0.8 0.8 IMEP (bar) 0.5 0.5 0.5 0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0.98% 0.3 IMEP tb = 0.56 bar; COVIMEP = 3.59% 0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0 0.0 0.0 0.0 0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) 2.0 2.0 2.0 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, diesel 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, die IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 1.0 1.0 1.0 IMEP tb = 1.15 bar; COVIMEP = 2.42% IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1 IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1.22% 0.5 0.5 0.5 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình(-) 2.5 2.5 2.5 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, diesel 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, die IMEP (bar) 2.0 IMEP (bar) 2.0 IMEP (bar) 2.0 1.5 1.5 1.5 IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1.68% IMEP tb = 1.71 bar; COVIMEP = 3.50% IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1 1.0 1.0 1.0 0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) a) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 1600 v/ph, tải 10%-20%-30% 1.5 1.5 1.5 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, diesel 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, die IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 0.5 0.5 0.5 IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP = 1.36% IMEP tb = 0.635 bar; COVIMEP = 2.87% IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP = 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40 0 0 0 Chu trình (-) Chu trình (-) 2.0 2.0 2.0 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, diesel 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, die IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5IMEP (bar) 1.5 1.0 1.0 0.5 1.0 0.5 IMEP tb = 1.31 bar; COVIMEP = 4.05% IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1 IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1.08% 0.0 0.5 0.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình(-) IMEP (bar) 3.0 IMEP (bar) 3.0 IMEP (bar) 3.0 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, diesel 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, die 2.5 2.5 2.5 2.0 2.0 2.0 1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1.32% 1.5 IMEP tb = 2.04 bar; COVIMEP = 4.22% 1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1 1.0 1.0 1.0 0 0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) b) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2000 v/ph, tải 10%-20%-30% 1.5 1.5 1.5 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, iesel 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,2 Nm), 240 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 0.5 0.5 0.5 IMEP tb = 0.62 bar; COVIMEP = 2.91% IMEP tb = 0.61 bar; COVIMEP = 3.21% IMEP tb = 0.62 bar; CO 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 0 0 0 Chu trình ( ) Chu trình ( ) 2.0 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, iesel 2.0 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 2.0 20% tải (2,5 Nm), 240 IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 1.0 1.0 1.0 IMEP tb = 1.28 bar; COVIMEP = 6,41% 0.5 IMEP tb = 1.24 bar; CO 0.5 IMEP tb = 1.24 bar; COVIMEP = 1.54% 0.5 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 3 Chu trình ( ) Chu trình( ) IMEP (bar) 3.0 30% tải (3,6 Nm), 2400 v/ph, diesel Động cơ làm việc không ổn định IMEP (bar) 3.0 30% tải (3,6 Nm), 240 2.5 COVIMEP> 10% 2.5 2.0 2.0 1.5 IMEP tb = 1.84 bar; COVIMEP = 1.13% 1.5 IMEP tb = 1.84 bar; CO 1.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1.0 10 20 3 0 0 Chu trình ( ) c) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2400 v/ph, tải 10%-20%-30% Hình 4.1 So sánh COVIMEP của động cơ d esel và HCCI- n-heptan 13 200 200 1 tải 1 tải 2 tải 2 tải 3 tải 3 tải 150 150 100 100 1 50 50 0 0 -100 -50 0 50 100 -100 -50 0 50 100 -50 -50 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu Hình 10 ễn b ến tốc độ tỏa nh ệt của động cơ ở chế độ nguyên bản và HCCI b) Đặ tí áy ủa độ g ơ HCCI với ỗ ợp iê liệu - epta /et a l 80 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph 80 7.5 Áp su t_n heptan 5 Áp su t_n heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph 2.5 Áp su t_n heptan/E10 0 Áp su t_n heptan/E10 5 2.5 Áp su t_n heptan/E20 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 0 p suất xyla (bar) 60 Áp su t_n heptan/E30 60 Áp su t_n heptan/E30 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) p suất xyla (bar) DP_n-heptan DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E20 40 40 DP_n-heptan/E30 20 -2.5 -2.5 20 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 -100 Gó quay trụ k uỷu (độ) 100 -100 Gó quay trụ k uỷu (độ) 100 80 80 Áp su t_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph 7.5 Áp su t_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2800 v/ph 7.5 60 Áp su t_n heptan/E10 60 Áp su t_n heptan/E10 p suất xyla (bar) Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) 40 Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E30 DP_n-heptan 2.5 DP_n-heptan 2.5 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 0 DP_n-heptan/E20 0 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 80 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) 7.5 60 5 40 a Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 10% 2.5 0 Áp su t_n heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph 80 Áp su t_n heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph -2.5 Áp su t_n heptan/E10 5 Áp su t_n heptan/E20 Áp su t_n heptan/E10 Áp su t_n heptan/E30 2.5 DP_n-heptan Tô độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 Tô độ tă g áp suất (bar/độ) DP_n-heptan/E10 0 p suát xyla (bar) p suát xyla (bar) DP_n-heptan/E20 60 Áp su t_n heptan/E30 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 40 DP_n-heptan/E30 20 -2.5 20 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 -100 100 -100 100 80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 7.5 7.5 60 Áp su t_n heptan 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph 5 60 Áp su t_n heptan 20% tải (2,4 Nm), 2800 v/ph Áp su t_n heptan/E10 2.5 Áp su t_n heptan/E10 5 p suát xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E20 0 Tô độ tă g áp suất (bar/độ) 40 Áp su t_n heptan/E20 Tô độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E30 -2.5 p suát xyla (bar) Áp su t_n heptan/E30 2.5 DP_n-heptan DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 0 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 -2.5 20 20 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 20% 14 80 7.5 80 7.5 Áp su t_n heptan 30% tải (3, ) Áp su t_n heptan 30 % tải (4,0 ) Áp su t_n-heptan/E10 Áp su t_n-heptan/E10 Áp su t_n heptan/E20 5 Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E30 Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) 60 60 DP_n-heptan p suất xyla (bar) DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E20 2.5 40 DP_n-heptan/E30 40 DP_n-heptan/E30 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 -5 -100 80 100 -100 80 100 80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 5 7.5 60 Áp su t_n heptan 30 % tải (3, 4 ) 2.5 60 Áp su t_n heptan 30% tải (3, 4 ) 5 Áp su t_n-heptan/E10 0 Áp su t_n-heptan/E10 2.5 p suất xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E20 -2.5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) 40 Áp su t_n heptan/E20 0 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) Áp su t_n heptan/E30 -2.5 DP_n-heptan DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 20 20 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) c Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 30% Hình 11 Đồ thị d ễn b ến áp suất xylanh và tốc độ tăng áp suất trong buồng cháy Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan 10% ả 1 18 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 10% ả 1 3 Nm), 2000 rpm n-heptan/E10 n-heptan/E20 n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -160 -120 -50 -80 -40 0 40 80 120 160 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó qu y rụ k uỷu 250 n-heptan 250 n-heptan 10% ả 1 Nm), 2400 v/ph n-heptan/E10 10% ả 1 Nm), 2800 v/ph n-heptan/E10 n-heptan/E20 n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -50 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -200 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu a Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 10% Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan 20% ả 36 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 20% ả 6 Nm), 2000 rpm n-heptan/E10 n-heptan/E20 n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 -80 -40 0 40 80 120 160 200 0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -160 -120 Gó quay trụ k uỷu (độ) -200 -50 -50 Gó qu y rụ k uỷu 250 n-heptan 250 n-heptan 20% ả 5 Nm), 2400 v/ph n-heptan/E10 20% ả 5 Nm), 2800 v/ph n-heptan/E10 n-heptan/E20 n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -50 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -50 Gó qu y rụ k uỷu -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Gó qu y rụ k uỷu Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 20% 15 Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan 30% ả 3 54 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 30% ả 4 Nm), 2000 rpm n-heptan/E10 n-heptan/E20 n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -50 Gó qu y rụ k uỷu n-heptan Gó quay trụ k uỷu (độ) n-heptan/E10 n-heptan/E20 250 n-heptan 250 n-heptan/E30 30% ả 3.6 Nm), 2400 rpm n-heptan/E10 30% ả 3.6 Nm), 2800 v/ph n-heptan/E20 200 n-heptan/E30 200 150 150 100 100 50 50 0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -200 -50 Gó qu y rụ k uỷu -50 Gó qu y rụ k uỷu c Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 30% Hình 12 Đồ thị d ễn b ến tốc độ tỏa nh ệt trong buồng cháy Me (Nm) 14 Me_100% Toàn tải 12 Me_50% 50% tải 10 Me_30% Me_20% 8 Me_10% 6 4 Vùng khảo s t 30% tải 2 2 20% tải 0 1 10% tải 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Tốc độ (v/ph) Hình .13 Xác định chế độ thử ngh ệm k ểm soát quá trình cháy động cơ HCCI Đặ tí 4.5.3 áy ủa độ g ơ HCCI k i ó p u mồi iesel 80 Áp su t_n-heptan/E30 7.5 80 Áp su t_n-heptan/E30 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph 7.5 Áp su t_n-heptan/E30/D2/70 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph Áp su t_n-heptan/E30/D2/70 Áp su t_n-heptan/E30/D2/90 Áp su t_n-heptan/E30/D2/90 p suất xyla (bar) 5 5 p suất xyla (bar)Áp su t_n-heptan/E30/D2/110 Áp su t_n-heptan/E30/D2/110 60 60 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)DP_n-heptan/E30DP_n-heptan/E30 p suất xyla (bar) DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/70 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Tố độ tă g áp suất (bar/độ)DP_n-heptan/E30/D2/902.5DP_n-heptan/E30/D2/902.5 DP_n-heptan/E30/D2/110 DP_n-heptan/E30/D2/110 40 40 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) 80 7.5 Áp su t_n-heptan/E30 30% tải (4,0 Nm), 2000 v/ph Áp su t_n-heptan/E30/D2/70 Áp su t_n-heptan/E30/D2/90 5 60 Áp su t_n-heptan/E30/D2/110 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/90 2.5 DP_n-heptan/E30/D2/110 40 0 20 -2.5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Gó quay trụ k uỷu (độ) Hình 4.15 Đồ thị diễn biến áp suất xi lanh ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol 16 epta /E30/110 10% tải, 2000 v/ph SOC 1 epta /E30/110 20% tải, 2000 v/ph SOC 2 SOC 2 SOC 1 epta /E30/ 0 epta /E30/ 0 epta /E30/ 0 epta /E30/ 0 epta /E30 epta /E30 ĐCT ĐCT -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) 30% tải, 2000 v/ph epta /E30/110 SOC 1 epta /E30/ 0 epta /E30/ 0 SOC 2 epta /E30 ĐCT -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Gó quay trụ k uỷu (độ) 4.5.4 Hình 4.16 Thờ đ ểm cháy ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol 4.5.5 Đá giá tí ă g ki tế ủa độ g ơ Đá giá ả ưở g ủa iệt độ k í ạp tới quá trì làm việ ủa độ g ơ Hình 4.2 So sánh diễn biến áp suất trong xylanh kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới ở tốc độ 2000 v/ph, tả thay đổi 10%, 20% và 30% với n-heptan/E30 Hình 4.19 Kết quả đánh g á hệ số dao động COVIMEP kh thay đổi nhiệt độ khí nạp 17 Hình 4.20 Sự thay đổi thờ đ ểm hình thành ngọn lửa kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới Hình 4.21 So sánh mức t êu hao năng lượng kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới 4.5.6 Đá giá ả ưở g ủa tỉ lệ luâ ồi k í t ải tới quá trì làm việ ủa độ g ơ Hình 4.22 Diễn biến áp suất bên trong xylanh ở các tỷ lệ luân hồi khác nhau 18