Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu n heptane cho động cơ diesel chuyển đổi sang HCCI

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2015 Tác giả Nguyễn Thìn Quỳnh LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Thu Hương, người có tạo điều kiện có góp ý hữu ích mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Đồng thời, xin trân trọng cảm ơn thầy mơn Động đốt trong, Phịng thí nghiệm Động đốt – Viện Cơ khí Động lực Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ sở vật chất suốt thời gian học tập làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè anh em đồng nghiệp, người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian học tập làm luận văn Học viên Nguyễn Thìn Quỳnh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 16 1.1 Giới thiệu động HCCI 16 1.1.1 Lịch sử phát triển 16 1.1.2 Nguyên lý động HCCI 16 1.1.3 Ưu, nhược điểm động HCCI 17 1.2 Các phương pháp thiết lập chế độ cháy HCCI 19 1.2.1 Hình thành hỗn hợp bên (PFI) 20 1.2.2 Hình thành hỗn hợp bên xilanh 21 1.2.2.1 Phun sớm nhiên liệu vào đầu hành trình nén 21 1.2.2.2 Phun muộn 26 1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng HCCI 29 1.3.1 Tình hình nghiên cứu HCCI giới 29 1.3.1.1 Giải pháp hình thành hỗn hợp cháy 29 1.3.1.2 Các nghiên cứu điều khiển trình cháy động HCCI 32 1.3.1.3 Giải pháp sử dụng lưỡng nhiên liệu 33 1.3.1.4 Điều khiển lượng khí sót xylanh 34 1.3.1.5 Điều khiển hiệu suất nén 35 1.3.1.6 Điều khiển tỷ số nén 35 1.3.1.7 Điều khiển tỷ lệ luân hồi khí thải 36 1.3.1.8 Điều khiển nhiệt độ khí nạp 36 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 37 Kết luận chương 38 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CUNG CẤP N-HEPTANE CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CHUYỂN ĐỔI SANG HCCI 40 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 40 2.1.1 Đặc tính bay nhiên liệu n-heptane 40 2.1.2 Giải pháp cung cấp n-heptane đường nạp cho động đốt 41 2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cung cấp n-heptane cho động diesel xylanh 42 2.2 Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu n-heptane cho động chuyển đổi 43 2.2.1 Động thử nghiệm 43 2.2.2 Sơ đồ thí nghiệm 44 2.2.3 Thiết kế lại đường ống nạp 45 2.2.4 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống cung cấp n-heptane cho động 47 2.2.4.1 Sơ đồ mạch điều khiển vòi phun n-heptan 47 2.2.4.2 Chức chân mạch 48 2.2.5 Thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu 49 2.2.6 Vòi phun nhiên liệu 50 Kết luận chương 50 Chương 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHUYỂN ĐỔI 52 3.1 Mục đích thử nghiệm 52 3.2 Thiết bị nhiên liệu thử nghiệm 52 3.3 Điều kiện thử nghiệm 52 3.4 Sơ đồ bố trí thử nghiệm trang thiết bị 52 3.4.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 52 3.4.2 Trang thiết bị thử nghiệm 53 3.4.2.1 Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ băng AVL 577 53 3.4.2.2 Thiết bị Indicating 54 3.5 Bố trí chế độ thử nghiệm 55 3.6 Kết thử nghiệm đánh giá 56 3.6.1 Đặc tính phun nhiên liệu n-heptane 56 3.6.2 Biến thiên áp suất xylanh 57 3.6.3 Tốc độ tỏa nhiệt 61 3.6.4 Các tiêu kinh tế, kỹ thuật 63 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN CHUNG 66 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Ngun lý Seebeck .13 Hình 1.1 So sánh trình cháy thông thường HCCI động xăng 17 Hình 1.2 Vùng làm việc động HCCI [21] 18 Hình 1.3 Phương pháp hình thành hỗn hợp động diesel HCCI 20 Hình 1.4 So sánh chất lượng hỗn hợp PREDIC diesel truyền thống 22 Hình 1.5 So sánh hình dạng phun diesel truyền thống PREDIC 22 Hình 1.6 Quy luật cấp nhiên liệu hệ thống MULDIC .24 Hình 1.7 Bản đồ vùng làm việc động UNIBUS 25 Hình 1.8 Kết cấu buồng cháy hệ thống NADI 26 Hình 1.9 Ảnh hưởng phun muộn đến tốc độ tỏa nhiệt [9] 26 Hình 1.10 Vùng hoạt động động sử dụng hệ thống HCLI HPLI 28 Hình 1.11 Các phương pháp hình thành hỗn hợp động HCCI 29 Hình 1.12 Quy luật xung phun trình phun sớm 30 Hình 1.13 So sánh tia phun động HCCI động diesel truyền thống 31 Hình 1.14 Nghiên cứu mơ số hình thành hỗn hợp động HCCI 31 Hình 1.15 Sơ đồ điều khiển thời điểm cháy động HCCI .33 Hình 1.16 Tín hiệu CA50 thu từ trình điều chỉnh lưỡng nhiên liệu 33 Hình 1.17 Ảnh hưởng tỷ lệ n-pentane iso-pentane đến tốc độ toả nhiệt [5] 34 Hình 1.18 Thay đổi thời gian cháy thay đổi góc đóng muộn xupap nạp 35 Hình 1.19 Động thay đổi tỷ số nén hãng SAAB, Thuỵ Điển 35 Hình 1.20 Sơ đồ thí nghiệm động HONDA GX340K1 sử dụng EGR để điều khiển trình cháy HCCI .36 Hình 1.21 Diễn biến tốc độ toả nhiệt thay đổi nhiệt độ khí nạp .37 Hình 2.1 Đặc tính bay nhiên liệu n-heptane 40 Hình 2.2 Phương án cung cấp n-heptane động HCCI 41 Hình 2.3 Phương án thiết kế hệ thống cung cấp n-heptane động .42 Hình 2.4 Mặt cắt động AVL 5402 43 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp n-heptane động AVL 5402 44 Hình 2.6 Kết cấu đường ống nạp động AVL 5402 .45 Hình 2.7 Mặt bích đường nạp động AVL 5402 46 Hình 2.8 Đường nạp động AVL 5402 chế tạo .46 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý điều khiển vòi phun n-heptan 47 Hình 2.10 Sơ đồ mạch in 47 Hình 2.11 Bộ điều khiển vòi phun 49 Hình 2.12 Kết cấu thùng nhiên liệu có lắp bơm nhiên liệu bên 50 Hình 2.13 Vịi phun nhiên liệu n-heptane 50 Hình 3.1 Sơ đồ băng thử động xylanh .53 Hình 3.2 Tồn hệ thống Indicating 54 Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm động chạy n-heptane 55 Hình 3.4 Sơ đồ bố trí điều khiển tới vịi phun 55 Hình 3.5 Thiết bị cân nhiên liệu 56 Hình 3.6 Đặc tính phun n-heptane 56 Hình 3.7 Sự thay đổi áp suất xylanh 1050v/ph 57 Hình 3.8 Tốc độ tăng áp suất xylanh 1050 v/ph 57 Hình 3.9 Sự thay đổi áp suất xylanh 1200v/ph 57 Hình 3.10 Tốc độ tăng áp suất xylanh 1200 v/ph .58 Hình 3.11 Sự thay đổi áp suất xylanh 1300v/ph 58 Hình 3.12 Tốc độ tăng áp suất xylanh 1300 v/ph .58 Hình 3.13 Sự thay đổi áp suất xylanh 1400v/ph 59 Hình 3.14 Tốc độ tăng áp suất xylanh 1400 v/ph .59 Hình 3.15 Sự thay đổi áp suất xylanh 1500v/ph 59 Hình 3.16 Tốc độ tăng áp suất xylanh 1500 v/ph .60 Hình 3.17 Tốc độ tỏa nhiệt 1050v/ph 61 Hình 3.18 Tốc độ tỏa nhiệt 1200v/ph 61 Hình 3.19 Tốc độ tỏa nhiệt 1300v/ph 62 Hình 3.20 Tốc độ tỏa nhiệt 1400v/ph 62 Hình 3.21 Tốc độ tỏa nhiệt 1500v/ph 62 Hình 3.22 Sự thay đổi công suất mô men 1050v/ph .63 Hình 3.23 Sự thay đổi công suất mô men 1200v/ph .64 Hình 3.24 Sự thay đổi cơng suất mơ men 1300v/ph .64 Hình 3.25 Sự thay đổi công suất mô men 1400v/ph .64 Hình 3.26 Sự thay đổi công suất mô men 1500v/ph .65 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tiêu chuẩn phát thải theo tiêu chuẩn châu Âu 12 Bảng 2.1 Tính chấ t của nhiên liê ̣u n-heptane [23] 41 Bảng 2.2 Các thông số kết cấu động AVL 5402 44 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A/F Tỷ lệ khơng khí nhiên liệu ARC Hoạt động cháy triệt để ATAC Hoạt động gia nhiệt cho buồng cháy CA Góc quay trục khuỷu CAI Tự cháy có điều khiển CI Động diesel CIHC Nén đốt cháy hỗn hợp nạp đồng EGR Luân hồi khí xả FTM Kiểm sốt nhanh nhiệt độ khí nạp HCCI PFI Cháy nén hỗn hợp đồng nhất, hình thành hỗn hợp bên HCCI Cháy nén hỗn hợp đồng HCCI-DI Cháy nén hỗn hợp đồng nhất, phun trực tiếp HCLI Phun muộn hình thành hỗn hợp nạp đồng HiMICS Hệ thống phun thông minh nhiều giai đoạn hỗn hợp đồng HPLI Phun muộn hỗn hợp hịa trộn cao IVC Đóng van nạp MK Điều biến động lực học MULDIC Cháy nén hỗn hợp hình thành nhiều giai đoạn NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu NVO Độ trùng điệp van âm PCCI Cháy nén hỗn hợp hình thành từ trước PCI Cháy nén hỗn hợp hòa trộn PREDIC Cháy nén hỗn hợp nghèo hình thành từ trước SI Động xăng SOI Thời điểm cháy UNIBUS Hệ thống cháy đồng vùng lớn 10 ... cung cấp nhi? ?n liệu n- heptane cho động diesel xi lanh nguy? ?n thủy chuy? ?n sang hoạt động theo nguy? ?n lý HCCI Hệ thống cung cấp nhi? ?n liệu n- heptane thiết kế để lắp đặt cho động AVL 5402 chạy nhi? ?n. .. thiết để động diesel truy? ?n thống làm việc theo nguy? ?n lý HCCI Đề tài ? ?Nghi? ?n cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhi? ?n liệu n- heptane cho động diesel chuy? ?n đổi sang HCCI? ?? c? ?n thiết để thiết. .. n- heptane đường n? ??p cho động đốt 41 2.1.3 Lựa ch? ?n phương ? ?n thiết kế hệ thống cung cấp n- heptane cho động diesel xylanh 42 2.2 Thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp nhi? ?n liệu n- heptane cho