i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu
trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài nghiên
cứu nào khác.
Hà Nội, tháng 02 năm 2022
Nghiên cứu sinh
Trịnh Xuân Phong
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo,
Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận
án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong
suốt quá trình tôi làm luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Đình Long đã hướng dẫn tôi hết sức
tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Động cơ đốt trong và Trung tâm
nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn
giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã
hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy phản biện, các Thầy trong hội
đồng chấm luận án đã đồng ý đọc, duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn
chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người
đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực
hiện công trình này.
Nghiên cứu sinh
Trịnh Xuân Phong
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
MỤC LỤC ............................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................ xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................................ 4
Phát thải của động cơ diesel và phương pháp kiểm soát ............................. 4
1.1.1. Đặc điểm phát thải động cơ diesel ........................................................ 4
1.1.2. Các công nghệ giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel ................... 4
Luân hồi khí thải trong động cơ diesel ........................................................ 6
1.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 6
1.2.2. Các phương pháp luân hồi ..................................................................... 7
1.2.2.1. Luân hồi nội tại ............................................................................... 7
1.2.2.2. Hệ thống luân hồi áp suất cao ......................................................... 8
1.2.2.3. Hệ thống luân hồi áp suất thấp ........................................................ 9
1.2.2.4. Hệ thống luân hồi kết hợp ............................................................. 10
1.2.2.5. Luân hồi tức thời ........................................................................... 11
1.2.3. Đặc điểm làm việc của động cơ khi luân hồi khí thải ......................... 11
1.2.3.1. Các nghiên cứu trong nước ........................................................... 11
1.2.3.2. Các nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 11
1.2.3.3. Tóm tắt đặc điểm làm việc của động cơ diesel khi luân hồi khí thải
........................................................................................................................ 14
Bổ sung hydro trong động cơ đốt trong ..................................................... 14
1.3.1. Tính chất của hydro ............................................................................. 14
1.3.2. Sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro ................................................ 15
1.3.2.1. Sản xuất ......................................................................................... 15
1.3.2.2. Lưu trữ và vận chuyển .................................................................. 17
1.3.3. Sử dụng hydro làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong ...................... 18
iv
1.3.4. Bổ sung hydro trong động cơ diesel .................................................... 20
1.3.4.1. Các nghiên cứu trong nước ........................................................... 20
1.3.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước. .......................................................... 21
1.3.4.3. Tóm tắt đặc điểm động cơ diesel bổ sung hydro .......................... 24
Kết hợp bổ sung hydro và luân hồi khí thải trong động cơ ....................... 25
Nội dung nghiên cứu của luận án .............................................................. 26
Kết luận chương 1 ...................................................................................... 27
Chương 2 . NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL HIỆN HÀNH SỬ
DỤNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI VÀ BỔ SUNG HYDRO ....................................... 28
Giới thiệu chung ........................................................................................ 28
2.1.1. Mục đích nghiên cứu mô phỏng .......................................................... 28
2.1.2. Lựa chọn phần mềm mô phỏng ........................................................... 28
Cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL Boost ............................................... 28
Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ R180 có EHSy ............................. 29
2.3.1. Thiết lập mô hình ................................................................................ 29
2.3.1.1. Các thông số cơ bản của động cơ R180 ........................................ 30
2.3.1.2. Các phần tử trong mô hình ............................................................ 30
2.3.2. Nhập dữ liệu cho mô hình ................................................................... 30
2.3.2.1. Khai báo các thông số cơ bản cho mô hình .................................. 30
2.3.2.2. Xây dựng mô hình lưỡng nhiên liệu ............................................. 31
2.3.2.3. Vòi phun hydro ............................................................................. 31
2.3.2.4. Van EGR ....................................................................................... 32
2.3.2.5. Bộ làm mát khí luân hồi ................................................................ 32
2.3.2.6. Thiết lập phần tử động cơ và xi-lanh (Cylinder) .......................... 33
2.3.3. Khai báo biến và thực hiện mô phỏng ................................................. 39
2.3.3.1. Khai báo biến ................................................................................ 39
2.3.3.2. Các nội dung mô phỏng ................................................................ 41
Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy ............................................... 41
Kết quả tính toán mô phỏng và thảo luận .................................................. 43
2.5.1. Đặc tính tải ở 1500 v/p ........................................................................ 43
2.5.1.1. Hệ số Lambda ............................................................................... 43
2.5.1.2. Suất tiêu hao nhiên liệu ................................................................. 45
2.5.1.3. Phát thải NOx ................................................................................ 46
v
2.5.1.4. Phát thải soot ................................................................................. 48
2.5.1.5. Phát thải CO .................................................................................. 50
2.5.1.6. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý .............................................. 51
2.5.2. Đặc tính tải ở 2600 v/p ........................................................................ 52
2.5.2.1. Hệ số lambda ................................................................................. 52
2.5.2.2. Suất tiêu hao nhiên liệu ................................................................. 53
2.5.2.3. Phát thải NOx ................................................................................ 55
2.5.2.4. Phát thải soot ................................................................................. 56
2.5.2.5. Phát thải CO .................................................................................. 58
2.5.2.6. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý .............................................. 59
2.5.3. Đặc tính ngoài ..................................................................................... 60
2.5.3.1. Các thông số làm việc và phát thải ............................................... 60
2.5.3.2. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý .............................................. 61
2.5.4. Thảo luận ............................................................................................. 61
Kết luận chương 2 ...................................................................................... 63
Chương 3 . NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG
EHSy CHO ĐỘNG CƠ DIESEL R180.................................................................... 64
Giới thiệu chung ........................................................................................ 64
Thiết kế bố trí chung hệ thống EGR và cung cấp nhiên liệu trên động cơ
R180 ...................................................................................................................... 64
Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp hydro cho động cơ R180 ............. 66
3.3.1. Cơ sở tính toán và thiết kế ................................................................... 66
3.3.1.1. Bình nhiên liệu hydro .................................................................... 67
3.3.1.2. Van chống cháy ngược ................................................................. 68
3.3.1.3. Bộ giảm áp .................................................................................... 68
3.3.1.4. Vòi phun hydro ............................................................................. 68
3.3.1.5. Cảm biến đo lượng tiêu thụ hydro ................................................ 70
3.3.2. Lắp đặt hệ thống cung cấp hydro ........................................................ 71
Nghiên cứu thiết kế hệ thống EGR cho động cơ R180 ............................. 71
3.4.1. Cơ sở tính toán và thiết kế ................................................................... 71
3.4.1.1. Đường ống thải ............................................................................. 71
3.4.1.2. Van EGR ....................................................................................... 72
3.4.1.3. Mạch điện điều khiển .................................................................... 74
3.4.1.4. Bộ làm mát khí luân hồi ................................................................ 74