Nghiên cứu chế độ cháy hỗn hợp đồng nhất HCCI sử dụng nhiên liệu n-heptan trên động cơ CI một xi lanh trực tiếp
MỤC LỤC
4 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Quy trình và phạm vi thử nghiệm
Bước 3: Tiến hành thử nghiệm xác lập chế độ cháy HCCI với nhiên liệu n- heptan, n-heptan/ethanol và n-heptan/ethanol/diesel và đánh giá tính năng kỹ thuật của động cơ. Bước 4: Tiến hành điều khiển quá trình phun nhiên liệu trực tiếp, tỷ lệ luân hồi khí thải, nhiệt độ khí nạp mới để kiểm soát quá trình cháy HCCI. Lực phanh được điều chỉnh từ không tải đến toàn tải (xác định theo điều kiện hệ số dư lượng không khí lambda đạt 1,2).
- Kết quả thu được trong bước thử nghiệm này là đường đặc tính nguyên bản của động cơ CI làm cơ sở xác định các chế độ thử nghiệm khi chuyển sang chế độ HCCI. - Thiết lập quá trình cháy HCCI cho động cơ với lượng n-heptan phun vào đường nạp và đánh giá tính năng kỹ thuật của động cơ. Chế độ thử nghiệm sẽ dừng lại khi động cơ rung giật (có dấu hiệu kích nổ) quá giới hạn cho phép khi hệ số dao động áp suất có ích chỉ thị trung bình COVimep vượt quá 10%.
- Ở chế độ hoạt động với đơn nhiên liệu n-heptan, các thông số khác như nhiệt độ khí nạp mới và luân hồi khí thải không điều chỉnh. Trong trường hợp, nhiệt độ môi trường thấp hơn mức 300C thì sẽ sử dụng hệ thống sấy để duy trì nhiệt độ khí nạp mới theo điều kiện trên. Trên cơ sở đó, xác định chế độ thử nghiệm với các trường hợp sử dụng nhiên liệu khác bao gồm n-heptan/ethanol và diesel.
- Kết quả thử nghiệm ở bước 3 đánh giá được khả năng mở rộng vùng làm việc của động cơ HCCI với hỗn hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol. + Lượng nhiên liệu diesel phun trực tiếp được xác định bằng thực nghiệm ở các chế độ thử nghiệm điểu chỉnh thời gian phun 4às (tương ứng với lượng nhiờn liệu diesel 0,03 mg để duy trì chế độ không tải). Lượng hỗn hợp nhiên liệu n- heptan/ethanol được giảm đi để đảm bảo duy trì mô men có ích như trường hợp sử dụng đơn n-heptan hoặc n-heptan/ethanol.
+ Tiến hành thay đổi thời điểm phun nhiên liệu diesel để đánh giá ảnh hưởng của thông số này tới quá trình cháy của động cơ. - Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ luân hồi và nhiệt độ khí nạp mới tới quá trình cháy của động cơ ở một chế độ tải, tốc độ, tỷ lệ n-heptan/ethanol cố định. Tại các chế độ thử nghiệm, xác định áp suất trong buồng cháy, mức độ rung động của động cơ, các thông số tính năng kinh tế kỹ thuật và các thành phần phát thải độc hại.
Kết quả thử nghiệm và thảo luận .1 Xây dựng đặc tính của động cơ CI
Để kiểm soát quá trình cháy và mở rộng vùng làm việc của động cơ HCCI, NCS thực hiện thay đổi tỷ lệ nhiên liệu n-heptan trong hỗn hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol cấp vào đường nạp của động cơ. Khi tăng lượng nhiên liệu phun trên đường nạp và tăng sức cản băng thử lên 30%, tốc độ tăng áp suất có xu hướng tăng lên với nhiên liệu n-heptan/E10 đặc biệt với mẫu nhiên liệu n-heptan/E30 ở tốc độ 2800 v/ph, nhưng vẫn dưới mức 5,0 bar/độ. Như vậy, qua kết quả này có thể thấy, việc hòa trộn nhiên liệu ethanol vào n-heptan có tác dụng kiểm soát quá trình hình thành ngọn lửa vì nhiên liệu ethanol có nhiệt độ tự cháy cao hơn cũng như nhiệt ẩn hơi cao hơn.
Xu hướng chung dễ dàng nhận thấy, khi tăng tỷ lệ nhiên liệu ethanol trong hỗn hợp có ảnh hưởng đến quá trình hình hành ngọn lửa làm giảm tốc độ cháy, thời điểm đạt áp suất cực đại cũng dịch dần về ĐCT. Với mẫu nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao, quá trình cháy HCCI không được ổn định nên diễn biến áp suất xi lanh có sự rung động lớn cũng như kết quả phân tích tính toán tốc độ tỏa nhiệt có nhiều dao động. Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm vào quá trình nạp hoặc rất sớm đầu quá trình nén sẽ gây ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành ngọn lửa và động cơ không duy trì được chế độ làm việc (tụt tốc ở tải nhỏ hoặc chết máy ở vùng tải 20% và 30%).
Kết quả cho thấy, khi tăng dần tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu (mẫu E10 và E20), BSEC có xu hướng giảm trong khi đó, với mẫu n-heptan/E30 thì BSEC tăng lên ở cùng điều kiện tốc độ và mô men có ích của động cơ. Quá trình thực nghiệm cho thấy, khi thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới, quá trình cháy của động cơ HCCI với mẫu nhiên liệu n- heptan/E30 có sự thay đổi đặc biệt là ở vùng tải vừa 30%, khi hàm lượng nhiên liệu ethanol lớn, có ảnh hưởng tới quá trình bay hơi hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu đồng nhất. Kết quả phân tích diễn biến áp suất bên trong xi lanh theo góc quay trục khuỷu cho thấy, khi tăng nhiệt độ môi chất nạp mới, quá trình cháy có xu hướng dịch chuyển sang phía bên trái của đồ thị.
Kết quả thử nghiệm cho thấy, khi tăng nhiệt độ khí nạp cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp đồng nhất ở động cơ HCCI, dẫn tới tốc độ phản ứng tăng lên, quá trình cháy sẽ diễn ra sớm hơn. Kết quả đánh giá mức tiêu hao năng lượng của động cơ khi thay đổi nhiệt độ sấy cho thấy xu hướng chung khi tăng dần nhiệt độ môi chất nạp mới, tính năng kinh tế của động cơ có xu hướng cải thiện khi BSEC giảm ở cùng một tốc độ và mô men có ích. Khí luân hồi được đưa qua giàn làm mát để kiểm soát nhiệt độ đảm bảo sao cho nhiệt độ của môi chất nạp mới ở các chế độ thử nghiệm khi có và không có luân hồi duy trì ổn định ở mức 30oC (với sai lệch cho phép +/- 2oC).
Tuy nhiên, khi tăng dần tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu, phát thải NOx của động cơ HCCI lại càng giảm bởi trong buồng cháy của động cơ có các vùng nhiệt độ cục bộ tương đối thấp do ảnh hưởng của nhiên liệu ethanol. Kết quả thử nghiệm trên Hình 4.26-c cũng cho thấy, phát thải HC của động cơ HCCI lớn hơn so với động cơ CI và có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ ethanol trong nhiên liệu ở các chế độ tải và tốc độ khảo sát. Do đó, khi có sự gia nhiệt môi chất nạp mới, quá trình bay hơi hòa trộn của phần ethanol được cải thiện đáng kể nhờ đó quá trình hình thành ngọn lửa diễn ra sớm hơn điều này làm tăng phát thải NOx.
