Nghiên cứu động cơ HCCI tính toán cải tạo động cơ diesel hoạt động theo nguyên lý HCCI

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HCCI TÍNH TOÁN CẢI TẠO ĐỘNG CƠ DIESEL HOẠT ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ HCCI Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC HIỀN Đà Nẵng – Năm 2019 i LỜI NÓI ĐẦU Sự đời động đốt bước tiến vĩ đại khoa học giới Động đốt sử dụng nguồn động lực phổ biến lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, quân sự, giao thông vận tải… Tuy nhiên thập kỷ gần lo ngại nghiêm trọng đặt liên quan đến tác động mơi trường khí thải phát sinh từ hoạt động động Ngoài ra, trữ lượng dầu mỏ hữu hạn giới dần cạn kiệt Vì xu hướng phát triển động đốt nâng cao hiệu suất, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, giảm thành phần phát thải độc hại Để giải vấn đề cơng nghệ đốt cháy cơng nghệ HCCI (nén cháy hỗn hợp đồng nhất) đưa với ưu điểm hiệu suất nhiệt cao, tiết kiệm nhiên liệu lượng phát thải NOx PM thấp Cơng nghệ HCCI có khả đáp ứng u cầu khắt khe khí thải giảm áp lực đến nguồn nhiên liệu dầu mỏ Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu động HCCI” làm rõ vấn đề động HCCI: Giới thiệu, phân tích hoạt động, kết cấu số hệ thống, ưu nhược điểm, khả ứng dụng cho động HCCI Được giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Trần Văn Nam, toàn thể thầy Khoa Cơ Khí Giao Thơng tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án Nhưng chưa có kinh nghiệm trình độ thân cịn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót Rất mong bảo, đóng góp thầy, bạn để đồ án ngày hoàn thiện Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Lê Đức Hiền Tô Bá Hiếu ii LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu động HCCI” cơng trình nghiên cứu thân Đề tài sản phẩm mà chúng em nỗ lực nghiên cứu thời gian làm đồ án tốt nghiệp Trong q trình viết có tham khảo số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, nêu rõ phần tài liệu tham khảo, số liệu trình bày đồ án hoàn toàn trung thực Sinh viên thực iii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU .12 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI 1.1 Sự phát triển động HCCI 1.2 HCCI gì? 1.3 Cơ sở lý thuyết 1.3.1 Đặc điểm trình cháy động HCCI .7 1.3.2 Hình thành hỗn hợp đồng động HCCI 10 1.4 Ưu điểm nhược điểm động HCCI .15 1.4.1 Ưu điểm động HCCI 15 1.4.2 Nhược điểm động HCCI 16 Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ HCCI 19 2.1 Nguyên lý hoạt đông động HCCI 19 2.1.1 Chu trình làm việc động HCCI .19 2.1.2 Vùng hoạt động động HCCI phương pháp điều khiển trình cháy .21 2.2 Kết cấu động HCCI .25 iv 2.2.1 Khái quát hệ thống 25 2.2.2 Hệ thống nhiên liệu động HCCI .26 2.2.2.1 Hệ thống nhiên liệu diesel HCCI 26 2.2.2.2 Hệ thống nhiên liệu GDI - HCCI 35 2.2.3 Hệ thống đánh lửa HCCI .37 2.2.4 Hệ thống phân phối khí thơng minh 41 2.2.5 Hệ thống tuần hoàn khí xả EGR 50 2.2.6 Hệ thống điều khiển 53 2.2.6.1 Bộ điều khiển trung tâm ECU 54 2.2.6.2 Các cảm biến dùng hệ thống .55 Chương 3: ĐỘNG CƠ HCCI LÀM NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO Ô TÔ .63 3.1 Nghiên cứu, tính tốn, cải tạo động diesel làm việc theo nguyên lý HCCI 63 3.1.1 Phương án cải tạo động 65 3.1.1.1 Cung cấp nhiên liệu vào động 65 3.1.1.2 Bộ giảm áp suất CNG 66 3.1.1.3 Điều chỉnh tải cho động 68 3.1.1.4 Giảm tỷ số nén điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel 70 3.1.2 Tính tốn cải tạo động 72 3.1.2.1 Tính toán giảm tỷ số nén động 72 3.1.2.2 Tính tốn nhiệt động 73 3.1.2.3 Tính tốn hịa trộn venturi .77 3.1.2.4 Tính tốn thiết kế van tiết lưu .82 3.2 Tính kinh tế kỹ thuật động HCCI 85 3.3 Đánh giá phát thải động HCCI 91 3.3.1 NOx .91 3.3.2 PM .92 v 3.3.3 HC CO 92 3.4 Nghiên cứu tính tốn động SKYACTIVcủa Mazda 93 3.4.1 Giới thiệu công nghệ SKYACTIV Mazda .93 3.4.2 Ưu điểm động SKYACTIV-X 93 3.4.3 Công nghệ SPCCI Mazda .94 3.4.4 Những giải pháp công nghệ nâng cao hiệu suất động SKYACTIV-X 97 3.4.5 Cấu tạo động SKYACTIV-X 103 3.3.6 Chu trình làm việc động SKYACTIV-X 104 3.3.7 Đánh giá hiệu động 105 Chương 4: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ĐỀ XUẤT 109 4.1 Kết luận 109 4.2 Kiến nghị đề xuất 110 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cải tạo Bảng 3.2: Thành phần khí CNG Bảng 3.3: Các thơng số chọn dùng tính tốn nhiệt cho diesel Bảng 3.4: Các thơng số chọn sử dụng tính tốn nhiệt cho CNG Bảng 3.5: Kết tính tốn nhiệt động trước cải tạo sau cải tạo Bảng 3.6: Bảng giá trị hệ số an Bảng 3.7: Xác định tiết diện lưu thông van ứng với hành trình L Bảng 3.8: Bốn kỳ hoạt động cuả bốn xy lanh Hình 1.1: Mơ hình phát triển động HCCI (động diesel bầu nhiệt kỳ) Hình 1.2: Minh họa đặc tính cháy động đánh lửa (SI), động nén cháy (CI) động nén cháy hỗn hợp đồng (HCCI) Hình 1.3: Đặc điểm tỏa nhiệt động xăng đánh lửa cưỡng Hình 1.4: Đặc điểm tỏa nhiệt động HCCI Hình 1.5: Đặc điểm tỏa nhiệt động diesel nén cháy Hình 1.6: Các phương pháp hình thành hỗn hợp động động HCCI Hình 1.7: Quy luật phun xung nhiên liệu Hình 1.8: So sánh tia phun nhiên liệu động diesel thông thường (a) động HCCI (b) Hình 1.9: So sánh bố trí kim phun buồng đốt diesel thơng thường động HCCI Hình 2.1: Chu trình làm việc động HCCI hình thành hỗn hợp bên ngồi Hình 2.2: Chu trình làm việc động HCCI hình thành hỗn hợp bên Hình 2.3: Vùng hoạt động động HCCI với nhiên liệu xăng Hình 2.4: Các giá trị áp suất trung bình (bar) vùng hoạt động HCCI vii Hình 2.5: Hệ thống nhiên liệu Common Rail - HCCI Hình 2.6: Cấu tạo lọc nhiên liệu Hình 2.7: Bơm bánh ăn khớp Hình 2.8: Cấu tạo bơm cao áp loại ba piston Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động bơm cao áp Hình 2.10: Cấu tạo hoạt động ống phân phối Hình 2.11: Bộ hạn chế áp suất Hình 2.12: Van xả áp Hình 2.13: Cấu tạo vịi phun Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điều khiển Hình 2.15: Động trang bị hệ thống phun xăng trực tiếp Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu GDI – HCCI Hình 2.17: Hoạt động mạch điều khiển hệ thống nhiên liệu GDI - HCCI Hình 2.18: Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS Hình 2.21: Các thành phần hệ thống đánh lửa trực tiếp Hình 2.20: Bản đồ ESA Hình 2.22: Cấu tạo bơ bin bugi đánh lửa Hình 2.23: Cấu tạo điều khiển trục cam Hình 2.24: Van điều khiển dầu phối khí trục cam Hình 2.25 : Làm sớm thời điểm phối khí Hình 2.26 : Làm muộn thời điểm phối khí Hình 2.27: Giữ ngun thời điểm phối khí Hình 2.28: Trục cam cị mổ Hình 2.29: Cấu tạo van điều khiển dầu vấu cam Hình 2.30: Mạch thủy lực hệ thống VVTL-i Hình 2.31: Động hoạt động tốc độ thấp trung bình viii Hình 2.32: Động hoạt động tốc độ cao Hình 2.33: Sơ đồ hệ thống điều khiển thay đổi góc phối khí VVT-i Hình 2.34: Hệ thống tuần hồn khí xả EGR Hình 3.35: Cấu tạo van EGR chân khơng Hình 2.36: Cấu tạo van EGR điện từ Hình 2.37: Sơ đồ ngun lí điều khiển Hình 2.38: Sơ đồ cấu tạo ECU Hình 2.39: Cấu tạo hoạt động cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 2.40: Cấu tạo cảm biến trục cam Hình 2.41: Cấu tạo hoạt động cảm biến kích nổ Hình 2.42: Cảm biến áp suất ống phân phối Hình 2.43: Cấu tạo hoạt động cảm biến oxy Hình 2.44: Sơ đồ mạch điện cảm biến Hình 2.45: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát Hình 2.46: Sơ đồ mạch điện cảm biến nước làm mát Hình 2.47: Cảm biến bàn đạp ga loại phần tử Hall Hình 2.48: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp Hình 2.49: Ngun lí hoạt động cảm biến Hình 3.1: Đơng diesel YANMAR TS 230R Hình 3.2: Bộ hịa trộn loại chiều Hình 3.3: Bộ hịa trộn loại trực giao Hình 3.4: Kết cấu giảm áp Hình 3.5: Kết cấu van Hình 3.6: Kết cấu van cánh Hình 3.7: Kết cấu van cầu Hình 3.8: Cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu bơm cao áp ix Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cải tạo Hình 3.10: Kết cấu hịa trộn thiết kế Hình 3.11: Sơ đồ tính tốn van tiết lưu Hình 3.12: Cấu tạo van tiết lưu thiết kế Hình 3.13: Thơng số có ích động thiết lập q trình cháy HCCI Hình 3.14: Các thơng số thị động thiết lập trình cháy HCCI Hình 3.15: Quan hệ ηe pe Hình 3.16: Quan hệ ge pe Hình 3.17: Quan hệ NOx pe Hình 3.18: Quan hệ HC pe Hình 3.19: Quan hệ CO2 pe Hình 3.20: Quan hệ SMOKE pe Hình 3.21: So sánh phát thải NOx loại động Hình 3.22: Động SKYACTIV-X Mazda Hình 3.23: Cơng nghệ SPCCI Hình 3.24: Phân phối hỗn hợp nhiên liệu khơng khí SPCCI Hình 3.25: Các yếu tố ảnh hưởng lộ trình kỹ thuật cho việc đốt cháy lý tưởng Hình 3.26: Hệ thống khí xả 4-2-1 Hình 3.27: Tác động áp lực khí thải xylanh trước lên xylanh sau Hình 3.28: Piston động SKYACTIV-X Hình 3.29: Ảnh hưởng tỷ số nén đoạn nhiệt đến hiệu suất nhiệt Hình 3.30: Mối quan hệ nhiệt độ đốt cháy tỷ số nén đoạn nhiệt Hình 3.31: Hệ số tỷ số nén đoạn nhiệt tỷ lệ hỗn hợp khác Hình 3.32: Cấu tạo động SKYACTIV-X Hình 3.33: Chu trình làm việc động SKYACTIV-X Hình 3.34: Biểu đồ so sánh mô-men xoắn x Nghiên cứu động HCCI cho nhiệt độ buồng đốt tăng cao cuối dẫn đến tượng cháy kích nổ động Nguyên nhân khiến lượng khí xả lưu lại buồng đốt nhiều áp suất khí xả pít tơng trước tác động lên đường ống pít tơng làm nhiệm vụ xả khí khiến phần khí xả ngồi buộc phải quay trở lại buồng đốt Nhận biết điều này, Mazda phát triển hệ thống ống xả dài 4-2-1 để giảm lượng khí dư hạ nhiệt độ buồng đốt từ chống lại tượng kích nổ Hình 3.26: Hệ thống khí xả 4-2-1 Hệ thống khí xả 4-2-1 có tên đầy đủ hệ thống khí xả 4-2-1-3 Đây xy lanh đánh số theo thứ tự kỳ xả Hệ thống gồm có ống xả lớn dài so với hệ thống khí xả cũ, ống bố trí cho đoạn kết nối ống xả 4-2, 2-1, 1-3, 3-4 dài Đoạn ống xả nối xy lanh số ngắn khơng phải xy lanh xả khí hai kỳ liên tiếp nên khơng có ảnh hưởng lớn Bảng 3.8 cho thấy kỳ hoạt động xy lanh Ngồi tác động áp suất khí xả xy lanh trước đến xy lanh sau tùy thuộc vào tốc độ động Điển hình tác động áp suất khí xả xy lanh số đến xy lanh số Ở hệ thống ống xả kiểu cũ áp lực tối đa tốc độ động từ 2.000 đến 8.000 vòng/phút (rpm) Đối với hệ thống ống xả 4-2-1, áp lực tối đa khí xả xy lanh xả trước tác động lên xy lanh xả sau nằm khoảng từ đến 2.000vịng/phút, vùng mà động vận hành Ở tốc độ cao 2.000 vòng/ phút, vùng thường xuyên hoạt động động cơ, áp lực giảm đến mức tối thiểu SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 99 Nghiên cứu động HCCI Bảng 3.8: Bốn kỳ hoạt động cuả bốn xy lanh Xy lanh số Xy lanh số Xy lanh số Xy lanh số Kỳ Nén Nổ Nạp Xả Kỳ Nổ Xả Nén Nạp Kỳ Xả Nạp Nổ Nén Kỳ Nạp Nén Xả Nổ Hình 3.27: Tác động áp lực khí thải xylanh trước lên xylanh sau [25] Vùng màu xám : áp suất khí xả tồn dư Các đường chéo: tốc độ động Như việc sử dụng hệ thống khí xả 4-2-1 giúp cho khí xả tối đa giảm nhiệt độ hịa khí buồng đốt kỳ nạp qua ngăn tượng kích nổ Việc kéo dài ống xả giúp cho khí xả giảm nhiệt độ trước tiếp xúc với chất xúc tác bình lọc khí thải, giúp cho tuổi thọ chất xúc tác kéo dài nâng cao hiệu việc loại bỏ chất khí độc hại ➢ Cải thiện q trình cháy: Tăng gấp đơi tỉ lệ khơng khí, nhiên liệu bên buồng đốt với so với tỷ lệ lý tưởng 14,7:1 Khi khơng khí nhiều đồng nghĩa với nhiệt độ hỗn hợp khí đốt thấp, nhiệt độ buồng đốt giảm xuống, chống kích nổ mát nhiệt qua thành xylanh tốn thất ma sát giảm tổn thất nước làm mát giảm xuống từ làm giảm tiêu tốn nhiên liệu giảm lượng khí thải NOx độc hại SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 100 Nghiên cứu động HCCI nhờ trình đốt cháy nhiên liệu hiệu Bằng cách sử dụng hệ thống phun nhiên liệu siêu cao áp việc sử dụng kim phun nhiều lỗ phun thành tia góp phần giảm nhiệt độ buồng đốt, cải thiện hóa hình thành hỗn hợp đồng tối ưu giúp cho cháy tốt Cùng với công nghệ SPCCI đánh lửa điều khiển tia lửa điện điều khiển bugi đánh lửa xác làm cho q trình đốt cháy diễn nhanh chóng, thời gian lửa tiếp xúc với thành xilanh ngắn nên nhiệt độ buồng đốt khơng tăng q cao Từ ngăn tượng kích nổ xảy Việc sử dụng piston với kết cấu hình vịm có vai trị làm tăng tỷ số nén làm giảm thể tích buồng đốt Kết cấu khoang đỉnh piston làm ổn định trình cháy Hình 3.28: Piston động SKYACTIV-X Trong hình 3.25, yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng lớn đến hiệu suất nhiệt động đề cập tỷ số nén đoạn nhiệt Tỷ số nén đoạn nhiệt tỷ lệ nhiệt dung riêng đẳng áp nhiệt dung riêng đẳng tích k = Cp/ Cv Như hiển thị hình 3.29, cơng thức hiệu suất nhiệt lý thuyết chu trình Otto hiển thị bên trái đồ thị ảnh hưởng hiển thị bên phải Với việc tăng tỷ số nén đoạn nhiệt tăng tỷ số nén, hiệu suất nhiệt cải thiện đáng kể Do để tăng tỷ lệ nhiệt mặt cần phải tăng tỷ lệ khơng khí nhiên liệu, mặt khác việc giảm nhiệt đốt cháy giảm làm tăng tỷ số nén đoạn nhiệt Mối quan hệ ảnh hưởng tỷ số nén đoạn nhiệt với nhiệt độ đốt cháy tỷ lệ hỗn hợp thể hình 3.30 hình 2.31 SVTH: Lê Đức Hiền, Tơ Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 101 Nghiên cứu động HCCI Hình 3.29: Ảnh hưởng tỷ số nén đoạn nhiệt đến hiệu suất nhiệt [26] Hình 3.30: Mối quan hệ nhiệt độ đốt cháy tỷ số nén đoạn nhiệt [26] Hình 3.31: Hệ số tỷ số nén đoạn nhiệt tỷ lệ hỗn hợp khác [26] SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 102 Nghiên cứu động HCCI 3.4.5 Cấu tạo động SKYACTIV-X Hình 3.32: Cấu tạo động SKYACTIV-X [23] Như hiển thị hình 3.32, phiên SKYACTIV-X thành phần động tương tự phiên động xăng SKYACTIV-G, có thay đổi cải tiến, thay đổi lớn là: + Sử dụng hệ thống phun nhiên liệu cao áp tương tự động diesel áp suất nhiên liệu 100 MPa, + Cảm biến áp suất xi lanh sử dụng để theo dõi trạng thái đánh lửa nén Thông qua liệu truyền trình đốt cháy điều chỉnh trì trạng thái lý tưởng + Bộ siêu nạp sử dụng để nạp lượng khơng khí vào xy lanh nhiều SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 103 Nghiên cứu động HCCI 3.3.6 Chu trình làm việc động SKYACTIV-X Hình 3.33: Chu trình làm việc động SKYACTIV-X Kỳ nạp: piston từ ĐCT xuống ĐCD, xupáp nạp mở xupáp xả đóng Vòi phun phun lượng nhiên liệu trưc tiếp vào xi lanh, nhiên liệu khơng khí hịa trộn tạo thành hỗn hợp đồng Cuối trình nạp hỗn hợp điền đầy xi lanh đông Kỳ nén: piston từ ĐCD lên ĐCT lúc hai xupáp đóng, thực nén hỗn hợp lúc nhiệt độ áp suất xi lanh tăng dần, trước piston lên đến ĐCT vòi phun tiếp tục phun nhiên liệu giàu vào xilanh đốt cháy bugi tạo thành cầu lửa, lúc nhiệt độ áp suất bên xinh lanh tăng cao thúc đẩy trình nén cháy hỗn hợp đồng Kỳ cháy giãn nở: cuối trình nén toàn hỗn hợp xi lanh cháy đồng thời lúc nhiệt lượng lớn sinh khiến áp suất nhiệt độ môi chất xi lanh tăng nhanh Dưới tác dụng đẩy lực áp suất sinh piston đẩy xuống thực q trình giãn nở mơi chất Trong q trình giãn nở, mơi chất đẩy piston xuống sinh cơng Kỳ thải: xu páp nạp đóng, xu páp thải mở, piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí thải từ xi lanh qua xu páp thải vào ống xả ngồi SVTH: Lê Đức Hiền, Tơ Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 104 Nghiên cứu động HCCI 3.3.7 Đánh giá hiệu động + Hiệu suất động cơ: Hình 3.34: Biểu đồ so sánh mơ-men xoắn [23] Hình 3.34 cho thấy biểu đồ so sánh mômen xoắn theo tốc độ động SKYACTIV-X với động MZR2.0L động SKYACTIV-G Đường liền mảnh mô men động MZR2.0L Đường chấm mô men động xăng SKYACTIV-G 2.0L Hai đường đường cong mô men SKYACTIV-X sử dụng xăng 91 95 Ở tốc độ thấp, momen xoắn SKYACTIV-X tăng đáng kể so với SKYACTIV-G Khi sử dụng nhiên liệu có số octan khác động cho thấy ưu việt tất nhiên hiệu suất sử dụng chúng khác Khi sử dụng nhiên liệu xăng 91 có số octan thấp động cho momen xoắn lớn điều kiện SPCCI tốc độ trung bình, đơng hoạt động tốc độ cao với tỷ số nén cao momen bị giảm xuống tượng kích nổ xuất làm giảm cơng suất động nên việc SKYACTIV-X sử dụng xăng 95 tối ưu SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 105 Nghiên cứu động HCCI + Tính kinh tế nhiên liệu: Hình 3.35: Biểu đồ so sánh tính kinh tế nhiên liệu [23] Hình 2.35 cho thấy mức độ tiêu thụ nhiên liệu SKYACTIV-X so với SKYACTIV-G MZR dung tích tốc độ quay 2000 vòng/phút SKYACTIVX cho thấy mức tiêu thụ nhiên liệu giảm đáng kể, tiết kiệm 20% so với SKYACTIV-G So với động diesel MZR đạt cải thiện vượt bậc chí đạt mức tiết kiệm nhiên liệu tương tự động diesel Mazda SKYACTIV-D Mức tiêu thụ nhiên liệu cải thiện đáng kể hoạt động với tải cao + Mức độ phát thải: SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 106 Nghiên cứu động HCCI Hình 3.36: Xu hướng nhiệt độ đốt cháy phát thải NOx theo hệ số dư lượng khí [23] Như hiển thị Hình 2.24, ta dễ nhận thấy NOx sản sinh cao nhiệt độ đốt cháy cao hệ số dư lượng khí λ = hệ số dư lượng khí λ > nhiệt độ đốt cháy lượng khí thải Nox có xu hướng giảm Khi tỷ lệ khơng khí dư thừa tăng thêm lượng khí thải NOx mức thấp Hình 3.37: Mối quan hệ tỷ lệ nhiên liệu khơng khí lượng khí thải NOx [26] SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 107 Nghiên cứu động HCCI Với việc sử dụng tỷ lệ khơng khí nhiên liệu đốt cháy gần 29,4:1 ( hệ số dư lượng khí λ = 2), Mazda cho thấy lượng khí thải Nox phát sinh mức thấp Với khả tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu nồng độ chất độc hại có khí thải cải thiện nhờ q trình đốt cháy hiệu đồng thời cải thiện cơng suất đặc biệt tốc độ thấp, không sai nói Skyactiv-X góp phần vào việc níu kéo sống động đốt giới ngày khắt khe tiêu chuẩn phát thải động tương lai động đốt truyền thống bị thay hoàn toàn xe điện phải khẳng định thành công Skyactiv-X bước chuẩn bị lâu dài cho tương lai, góp phần to lớn đưa động đốt tiến gần đến trình đốt cháy lý tưởng HCCI SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 108 Nghiên cứu động HCCI Chương 4: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận Nội dung đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu động HCCI” trình bày 107 trang thuyết minh, với kết chủ yếu đạt sau: Đã phân tích kết cấu, nguyên lý hoạt động ưu điểm động HCCI Ngồi cịn làm rõ hạn chế q trình cháy HCCI đưa giải pháp phát triển động HCCI tương lai Từ giúp hiểu chất trình cháy HCCI tạo tiền đề cho nghiên cứu nhằm phát triển loại động Đã nghiên cứu tính tốn cải tạo động diesel thơng thường làm việc theo nguyên lý HCCI với điều khiển trình cháy phương pháp sử dụng nhiên liệu kép (diesel CNG) với nội dung tính tốn như: tính tốn nhiệt, tính tốn giảm tỷ số nén động cơ, thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cải tạo (tính tốn hịa trộn, van tiết lưu) Do điều kiện tính tốn nằm mức độ lý thuyết mà không kiểm định thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót, nội dung có giá trị định để làm tiền đề cho đề tài sau hoàn thiện áp dụng vào thực tế Đề tài cịn tìm hiểu nghiên cứu công nghệ SKYACTIV, công nghệ trội vượt bậc Mazda với phiên động SKYACTIV-X phát triển dựa sở nguyên lý nén cháy hỗn hợp đồng HCCI, điều khiển q trình cháy cơng nghệ SPCCI đạt thành công định nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu đặc biệt giảm nồng độ chất độc hại có khí thải động Sự thành cơng động cịn góp phần to lớn đưa động đốt tiến gần đến trình đốt cháy lý tưởng HCCI Qua đề tài bổ sung cho chúng em thêm nhiều kiến thức chuyên ngành động đốt đặc biệt động HCCI Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp chúng em nâng cao kiến thức công nghệ thông tin: Word, Excel, CAD phục vụ cho công tác sau SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 109 Nghiên cứu động HCCI 4.2 Kiến nghị đề xuất Sau thực đề tài có số kiến nghị đề xuất để nâng cao hiểu biết nghiên cứu động HCCI: + Hoàn thiện lý thuyết động HCCI bao gồm khái niệm, kết cấu, hoạt động, phương pháp nâng cao tính điều khiển q trình cháy cách thống + Thêm nội dung lý thuyết động HCCI vào chương trình giảng dạy để sinh viên có hiểu biết xác chất động HCCI, từ tạo tiền đề cho nghiên cứu phát triển động HCCI + Đề tài mang tính chất lý thuyết, cần xây dụng mơ hình phục vụ cho q trình học tập nghiên cứu cho sinh viên + Thực chương trình nghiên cứu khoa học động HCCI bao gồm cải tiến, mô phỏng, điều khiển động HCCI từ động đốt truyền thống SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 110 Nghiên cứu động HCCI DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục [2] Trần Thanh Hải Tùng (2007), Bài giảng tính tốn thiết kế động đốt trong, Khoa Cơ Khí Giao Thơng – Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3] Đỗ Văn Dũng, Hệ thống điện - điện tử ôtô đại, ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM [4] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1999), Ơ tơ nhiễm môi trường, NXB Giáo dục [5] Khương Thị Hà (2017), Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy nén hỗn hợp đồng (HCCI) động diesel, Luận án tiến sĩ - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] Hua Zhao (2007), HCCI and CAI engines for the automotive industry, Woodead publishing limited, Cambridge England [7] U.S Depaterment of Energy, Homogenenous Charge Compression Ignition (HCCI) Technology, A Report to the U.S Congress, Apirl 2001 [8] Erlandsson, O (2002), Early Swedish hot-bulb engines – efficiency and performance compared to contemporary gasoline and diesel engines, SAE Paper 2002-01-0115 [9] Onishi, S., Hong Jo, S., Shoda, K., Do Jo, P., and Kato, S (1979), Active thermo-atmosphere combustion (ATAC) – A new combustion process for internal combustion engines, SAE paper 790507 [10] Noguchi, M., Tanaka, Y., Tanaka, T., and Takeuchi, Y.(1979), A study on gasoline engine combustion by observation of intermediate reactive products during combustion, SAE paper 790840 [11] Honda readies activated radical combustion two-stroke engine for production motor- cycle, Automotive Engineer, pp 90–92, SAE publications, January 1997 [12] Najt, P M., and Foster, D E.(1983), Compression-ignited homogeneous charge combustion, SAE paper 830264, 1983 [13] Thring, R H.(1989), Homogeneous-charge compression – ignition engines, SAE paper 892068, 1989 SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 111 Nghiên cứu động HCCI [14] Stockinger, V., Schapertons, H., and Kuhlmann, U.(1992), Investigations on a gasoline engine working with self-ignition by compression, MTZ vol 53, pp 80–85 [15] Olsson, J., and Johansson, B.(1990), Closed loop control of an HCCI engine, SAE paper 2001-01-1031, 2001 [16] H Bendu and S Murugan (2014), Homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion : Mixture preparation and control strategies in diesel engines, Renew Sustain Energy Rev., vol 38, pp 732–746 [17] Kim MY and Lee CS, Effect of a narrow fuel spray angle and a dual injection configuration on the improvement of exhaust emissions in a HCCI diesel engine, Fuel 2007;86:2871–80 [18] Anku Kumar Singh and M K Paswan (2014), Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Jamshedpur [19] Abhinav Tomar, Abhinav Chandra, Jatin Madaan (2015), Potential Use of LPG in A Medium Capacity Stationary HCCI Engine, Department of Mechanical Engineering, Delhi Technological University, Delhi, 110042, India [20] Hyvonen, J et al (2005) ,The effect of displacement on air-diluted multicylinder HCCI engine performance SAE Paper No 2006-01-0205 Warrendale PA: Society of Automotive Engineers [21] Rudolf H Stanglmaier and Charles E Roberts (1999), Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits, Compromises, and Future Engine Application Southwest Research Institute [22] MAZDA Next-generation Technology PRESS INFORMATION (2017) [23] Christian Schultze, SKYACTIV-X AN INNOVATIVE GASOLINE ENGINE WITH COMPRESSION IGNITION, DIRECTOR RESEARCH & OPERATION EUROPEAN R&D CENTRE MAZDA MOTOR EUROPE [24] Mazda Skyactive lightweight [25] SKYACTIV TECHNOLOGY Press Kit [26] Website: https://carview.yahoo.co.jp/news/market/20150306-10219855carview/ [27] Website: https://response.jp/article/2017/10/11/300894.html SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 112 Nghiên cứu động HCCI [28] Website: https://xe.thanhnien.vn/kham-pha/dong-co-skyactivx-tren-mazda3- 2019-se-doi-dau-xe-dien-nhu-the-nao-15962.html [29] Website: http://www.w-erc.com/services/rcci/ [30] Website: https://www.yanmar.com/vn/agri/products/engine/ SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu GVHD: Trần Văn Nam 113 ... thống .55 Chương 3: ĐỘNG CƠ HCCI LÀM NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO Ô TÔ .63 3.1 Nghiên cứu, tính tốn, cải tạo động diesel làm việc theo nguyên lý HCCI 63 3.1.1 Phương án cải tạo động 65 3.1.1.1... học tập nghiên cứu sau II Đối tượng, phạm vi mục đích nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu: Động HCCI − Phạm vi nghiên cứu: Nguyên lý hoạt động, kết cấu khả ứng dụng động HCCI làm nguồn động lực... (trong động HCCI) dễ dàng nhiều so với q trình khử hóa học NOx oxy hóa PM Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ HCCI 2.1 Nguyên lý hoạt đông động HCCI 2.1.1 Chu trình làm việc động HCCI Động HCCI hoạt động