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

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

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

n-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 heptan/ethanol/diesel

n-X c định được các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, tỷ lệ nhiên

3

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

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

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

5

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

Hình 3.1 Động cơ Yanmar DB178F

6

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật đông cơ Yanmar DB178F

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

7

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

3.2.3.1 Đá giá độ í xá ủa mô i mô p ỏ g

Hình 3 ễn biến áp suất xi lanh theo góc quay trục khuỷu giữa mô phỏng và thực nghiệm

9

Hình 3.50 Kết quả đánh g á độ chính xác của mô hình mô phỏng

3.2.3.2 Đá giá ả ưở g ủa iê liệu đế quá trì làm việ ủa độ g ơ

Nghiên cứu mô phỏng đ nh gi qu trình làm việc của động cơ CCI với 2 loại nhiên liệu heptan và n-heptan/ethanol với các tỷ lệ ethanol thay đổi 10%, 20% và 30% về thể tích, khi động

n-cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph Hình 3.51 thể hiện kết quả diễn biến áp su t và tốc độ tăng p

su t trong xi lanh ở c c điều kiện mô phỏng khác nhau

Hình 3.51 Đồ thị áp suất và tốc độ tăng áp suất khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph

0 10 20 30 40 50 60

-5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0

0 10 20 30 40 50 60

-5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0

0 10 20 30 40 50 60 70

10

Hình 3.52 Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph

Kết quả phân tích diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong buồng ch y động cơ CCI với các mẫu nhiên liệu kh c nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000v/ph được thể hiện trên Hình 3.41 Xu hướng chung dễ dàng nhận th y, khi tăng tỷ lệ nhiên liệu ethanol trong hỗn hợp thì tốc độ tỏa nhiệt có xu hướng tăng lên Với mẫu nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao, quá trình cháy HCCI không được ổn định nên diễn biến áp su t xylanh có sự rung động lớn cũng như kết quả phân tích tính toán tốc độ tỏa nhiệt có nhiều ao động

3.2.3.3 Đá giá ả ưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của độ g ơ

Hình 3.5 Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph và 20% tải với nhiệt độ

môi chất nạp thay đổi

Kết quả phân tích diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong buồng ch y động cơ CCI với khi nhiệt

độ môi ch t nạp mới thay đổi được thể hiện trên Hình 3.54 Nhìn chung ta dễ dàng nhận th y rằng, khi nhiệt độ môi ch t nạp mới tăng lên thì tốc độ tỏa nhiệt có xu hướng tăng lên

11

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