intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật ô tô: Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST
Báo xấu
5
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel" là thiết lập thành công trên mô hình mô phỏng và bằng thực nghiệm chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCI trên động cơ CI 1 xi lanh sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp; đánh giá 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 cháy HCCI. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật ô tô: Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel

  1. 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
  2. Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Anh Tuấn TS. Phạm Minh Hiếu Phản biện 1: PGS.TS. Đặng Tiến Hòa Phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Đình Long Phản biện 3: PGS.TS. Lương Đình Thi Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi 8h30 giờ, ngày 07 tháng 05 năm 2024 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
  3. MỞ ĐẦU i. Lý do chọn đề tài Là một nguồn động lực quan trọng đóng góp vào sự phát triển của nhân loại, động cơ đốt trong vẫn luôn khẳng định được vai trò của mình trong tương lai. Bên cạnh đó, động cơ đốt trong vẫn có những nhược điểm như phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, phát thải độc hại. Trong những năm gần đây, cùng với việc cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự khắt khe của các tiêu chuẩn khí thải đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu không ngừng phát triển động cơ. Xu hướng đang giành được nhiều sự quan tâm đó nâng cao tính năng kinh tế, kỹ thuật của động cơ, đồng thời giảm phát thải độc hại. Hiện nay, động cơ đốt trong đã sử dụng rất nhiều biện pháp mới như: Sử dụng nhiên liệu thay thế nhằm giảm áp lực cho nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch; nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình cháy và cháy mới, xử lý khí thải. Trong các xu hướng này thì xu hướng kết hợp quá trình cháy mới với các loại nhiên liệu khác nhau được quan tâm hơn cả, trong đó có mô hình cháy HCCI sử dụng hỗn hợp nhiên liệu. Mô hình cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) có nhiều ưu điểm. Mô hình cháy này có hiệu suất nhiệt cao tương tự động cơ CI và có lượng khí thải thấp như động cơ SI, trong đó hai thành phần phát thải NOx và PM giảm đi đáng kể. Mô hình cháy HCCI hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu của phát thải không cần trang bị thêm bộ xử lý khí thải đắt tiền và thu được hiệu suất nhiệt cao. Tuy nhiên thách thức lớn nhất 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 các nhược điểm này, trong đó có việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu như diesel 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/diesel chưa từng được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ HCCI. Tại Việt Nam, động cơ CI cỡ nhỏ một xi lanh đang được sử 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 đánh giá ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ khi cháy HCCI, 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 bước làm chủ các công nghệ hoán cải động cơ truyền thống sang động cơ sử 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 bản và thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu sinh học. ii. Mục đích nghiên cứu của đề tài Thiết lập thành công trên mô hình mô phỏng và bằng thực nghiệm chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCI trên động cơ CI 1 xi lanh sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp. Đánh giá 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 cháy HCCI. iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ CI 1 xi lanh sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, vận hành với tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel. 1
  4. Nghiên cứu mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Nguồn động lực và phương tiện tự hành, Đại học Bách khoa Hà Nội. - Phạm vi nghiên cứu: Chế độ vận hành của động cơ được giới hạn trong vùng làm việc tải thấp và tải trung bình theo các chế độ vận hành ổn định về tải trọng và tốc độ vòng quay của động cơ. Chế độ HCCI được thiết lập và điều khiển thông qua các tổ hợp và tỷ lệ nhiên liệu n- heptan/ethanol cung cấp vào đường nạp, nhiên liệu diesel phun trực tiếp vào buồng cháy kết hợp với điều chỉnh nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, thời điểm và lượng phun nhiên liệu diesel. 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 bản sang sử dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel và thiết lập quá trình cháy HCCI. - Thực nghiệm đánh giá các 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. Phương pháp nghiên cứu 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 sử dụng đơn nhiên liệu sang sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel và thiết lập chế độ vận hành HCCI cho động cơ. - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm định lượng hóa và đánh giá chế độ vận hành HCCI cho động cơ cũng như xây dựng bộ thông số điều khiển cho việc thiết lập và mở rộng chế độ HCCI. vi. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu góp phần đánh giá tính khả thi về phương án sử 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 nhất HCCI với các tổ hợp nhiên liệu khác nhau. Luận án có ý 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 cháy 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 sử 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 sử dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel, vận hành ở chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCI. vii. Các điểm đóng góp mới của luận án Xây dựng mô hình và mô phỏng thành công chế độ cháy HCCI sử dụng tổ hợp nhiên liệu n- heptan/ethanol/diesel. Xác định được các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, tỷ lệ nhiên 2
  5. 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 quá trình cháy 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. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường và nhiên liệu thay thế 1.1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường từ ĐCĐT 1.1.2 Sử dụng nhiên liệu thay thế 1.2 Tổng quan về động cơ HCCI 1.2.1 Nguyên lý của động cơ HCCI 1.2.2 Thuận lợi và thách thức của động cơ HCCI 1.2.3 Động cơ HCCI sử dụng nhiên liệu ethanol Trong động cơ HCCI, thời điểm cháy và tốc độ cháy chủ yếu được kiểm soát bởi quá trình nhiệt động hóa học của nhiên liệu, quá trình này rất nhạy cảm với sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ trong kỳ nén. Mục tiêu chính của quá trình đốt cháy HCCI là duy trì mức tiết kiệm nhiên liệu cao trong các trường hợp tải nhỏ đồng thời giảm lượng khí thải NOx và PM. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả hai quá trình tỏa nhiệt ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao đều xảy ra trong quá trình đốt cháy HCCI, và cả hai quá trình đều tỏa nhiệt trong phạm vi nhiệt độ nhất định. Một trong những vấn đề quan trọng nhất đối với hoạt động của động cơ HCCI là việc tỏa nhiệt ở nhiệt độ thấp, điều này phụ thuộc vào thành phần hóa học của từng loại nhiên liệu. Tuy nhiên, vẫn còn một vài thách thức và vấn đề xảy ra với việc ứng dụng của động cơ HCCI cần được giải quyết. Kiểm soát đánh lửa và đốt cháy, sự cố xảy ra khi vận hành ở chế độ tải cao, tỏa nhiệt nhanh hơn, thải ra nhiều CO và HC 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 nhất là những vấn đề của động cơ HCCI. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng phạm vi hoạt động chấp nhận được của HCCI chạy bằng nhiên liệu ethanol sinh học có thể được cải thiện một cách hiệu quả bằng cách sử dụng hệ thống cảm biến xác định trạng thái và hệ thống lưu trữ khí oxy dư, như Yap D và cộng sự đã chỉ ra [46]. Hệ thống lưu trữ và xử lý tín hiệu làm tăng khả năng điều chỉnh thời gian cháy. Có thể giảm mức phát thải NOx bằng cách sử dụng nhiều khí luân hồi hơn và tăng áp suất khí nạp. Mặt khác, lượng khí thải CO tăng do tổn thất bơm tăng. Zhang Y và cộng sự đã sử dụng động cơ SI Ricardo với chiến lược định thời gian mở xupap trong nghiên cứu [47]. Các động cơ HCCI chạy bằng ethanol đã được chạy ở nhiều tỉ lệ AFR, tốc độ và thời gian đóng mở xupap khác nhau để xem lượng PM được giữ lại thay đổi như thế nào. Thời gian đóng mở xupap và lambda ảnh hưởng đáng kể đến thời điểm đánh lửa và thời gian đốt cháy. Lambda được xác định bằng cách sử dụng cảm biến oxy tuyến tính ETAS và ảnh hưởng của thời gian đóng mở xupap được so sánh với IMEP. Đối với động cơ HCCI, họ nhận thấy rằng phạm vi hoạt động của động cơ bị hạn chế do kích nổ. 1.3 Tình hình nghiên cứu vè công nghệ HCCI trong nước 1.4 Thiết lập và điều khiển chế độ cháy HCCI 1.4.1 Chế độ phun và nhiệt độ khí nạp 3
  6. 1.4.2 Thay đổi tỷ số nén 1.4.3 Sử dụng lưỡng nhiên liệu và nhiên liệu thay thế 1.4.4 Luân hồi khí xả 1.5 Kết luận chương 1 Các nghiên cứu trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng động cơ HCCI hiệu quả hơn bởi chúng làm giảm đồng thời cả NOx và PM, trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu, đảm bảo hiệu suất nhiệt của động cơ, tuy nhiên vẫn có sự tăng lên của HC và CO. Ngoài việc sử dụng nhiều loại nhiên liệu như xăng, ethanol, n-heptan hoặc khí thiên nhiên nén kết hợp với nhiên liệu diesel để tạo chế độ cháy HCCI, việc kết hợp các nhiên liệu này với nhau cũng giành được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, bởi quá trình cháy HCCI sạch với lượng khí thải NOx và PM rất thấp. Tuy nhiên, việc HRR nhanh có thể gây ra hiện tượng kích nổ. Lượng khí thải HC và CO cao hơn do nhiệt độ cháy thấp hơn, tác động của tia phun và nhiệt độ thành lạnh trong xi lanh. Bên cạnh đó, động cơ HCCI có sử dụng ethanol làm nhiên liệu vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục như: Khả năng kiểm soát nhiệt độ tự cháy, khó khởi động lạnh và khả năng chịu tải hạn chế. Để khắc phục hiện tượng này, việc bổ sung thêm nhiên liệu n-heptan giúp kiểm soát các nhược điểm trên. Trên thế giới có rất ít động cơ HCCI được sản xuất, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc chuyển đổi động cơ truyền thống sang động cơ HCCI 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 HCCI sử dụng hỗn hợp n-heptan/ethanol/diesel làm nhiên liệu là hướng đi của luận án. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY HCCI 2.1 Hình thành hỗn hợp và cháy HCCI 2.1.1 Hình thành hỗn hợp bên ngoài (PFI) 2.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong xilanh 2.2 Các cơ chế phản ứng và các thông số đặc trưng của quá trình cháy HCCI 2.2.1 Cơ chế phản ứng cháy HCCI Quá 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 dưới dạng nhiệt. Các chuỗi phản ứng được khởi tạo bởi các gốc tự do bao gồm H và O nguyên tử, cũng như OH, HO2, CH3, CH, CH2, C2H, C2H5, C2H3, và nhiều gốc hydrocacbon khác. Đối với động cơ HCCI quá trình cháy gần như ngay lập tức và cùng thời gian do đó cần hiểu rõ cơ chế phản ứng cháy để kiểm soát thời điểm bắt đầu cháy, thời gian cháy của động cơ. Các phản ứng của n – heptan khi cháy theo nguyên lý HCCI gồm phản ứng: + Phản ứng khởi tạo quá trình cháy + Phản ứng dây chuyền + Phản ứng phân nhánh + Phản ứng kết thúc Cơ chế phản ứng cháy của n-heptan hoạt động theo nguyên lý động cơ HCCI có thời gian của phản ứng phân nhánh ngắn. Quá trình hình thành phản ứng khởi tạo là lúc hình thành SOC 1, nhiệt lượng chưa tỏa ra nhiều ở giai đoạn này, đầu quá trình phản ứng dây chuyền là lúc hình thành SOC 2, đây là lúc nhiệt độ trong xi lanh đủ lớn để H2O2 phân tách, sau thời điểm này nhiệt 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 HCCI. 2.2.2 Đặc điểm quá trình toả nhiệt của động cơ HCCI 2.2.3 Xác định thời điểm bắt đầu cháy 2.2.4 Điều khiển quá trình cháy trên động cơ HCCI 4
  7. 2.3 Phương án thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơ cháy HCCI 2.3.1 Phương án cung cấp n-heptan cho động cơ HCCI Phương pháp hình thành hỗn hợp đồng nhất bên ngoài xi lanh là phương pháp phù hợp nhất cho động cơ chuyển đổi nhằm thiết lập quá trình cháy HCCI. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: - Kết cấu của động cơ nguyên bản 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 nhất hơn, giúp quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn. - Giảm thiểu lượng phát thải độc hại, đặc biệt là NOx. Phương pháp hình thành hỗn hợp đồng nhất bên ngoài xi lanh chỉ phù hợp với nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng có khả năng bay 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 nhất bên ngoài xi lanh, cách đơn giản nhất để hỗn hợp trong xi lanh trở nên đồng nhất 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 nhất cho quá trình cháy. 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 lý thuyết thay đổi nhiệt độ khí nạp 2.3.3 Xác định hệ số dư lượng không khí và tỷ lệ n-heptan thay thế 2.3.4 Xác định lượng nhiên liệu cung cấp 2.4 Kết luận chương 2 Từ cơ sở lý thuyết về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của động cơ HCCI, các thông số đặc trưng về quá trình cháy, nghiên cứu đã lựa chọn phương án chuyển đổi quá trình cháy cho động cơ CI truyền thống sang động cơ HCCI 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 cấu của động cơ, chỉ thay đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu về tính chất và đặc tính hóa hơi của n-heptan để đánh giá khả năng phù hợp của nhiên liệu với giải pháp lựa chọn, đưa ra giải pháp hỗ trợ cho quá trình bay 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 bày các phương án thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơ cháy HCCI như: Đưa ra phương án cung cấp hỗn hợp n-heptan/ethanol, xác định tỷ lệ n-heptan thay thế, hệ số dư lượng không khí và thay đổi nhiệt độ khí nạp. Chương 3 CHUYỂN ĐỔI VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 XI LANH VẬN HÀNH THEO CHẾ ĐỘ HCCI 3.1 Chuyển đổi động cơ để vận hành theo chế độ HCCI 3.1.1 Đặc điểm của động cơ nghiên cứu 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 sử dụng phổ biến để dẫn động máy phát điện cỡ nhỏ một xylanh, không tăng áp, sử dụng trên máy nông nghiệp, máy bơm nước. Đây là loại động cơ một xylanh, làm mát bằng gió, buồng cháy thống nhất (Hình 3.1). Các thông số cơ bản của động cơ được thể hiện trong Bảng 3.1. 5 Hình 3.1 Động cơ Yanmar DB178F
  8. Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật đông cơ Yanmar DB178F Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính xylanh, (D) mm 78 Hành trình piston, (S) mm 62 3 Thể tích công tác, (Vh) cm 296 Công suất định mức, (Neđm) kW 4.4 Tốc độ định mức, (nđm) vg/ph 3.600 Mômen cực đại, (Memax) Nm 13 Tốc độ tại Memax,(nM) vg/ph 2000 Suất tiêu hao nhiên liệu, g/kW.h 378 (gemin) Tốc độ tại gemin, (nge) vg/ph 2.400 3.1.2 Thiết kế và chế tạo các chi tiết, hệ thống cho động cơ HCCI chuyển đổi từ động cơ diesel 1 xylanh 3.1.2.1 Thiết kế, cải tiến hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử 3.1.2.2 Điều chỉnh giảm tỷ số nén của động cơ 3.1.2.3 Thiết kế chế tạo hệ thống sấy nóng khí nạp mới 3.1.2.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống phun nhiên liệu n – heptan/ethanol gián tiếp 3.1.2.5 Thiết kế và điều chỉnh đường ống thải 3.1.2.6 Thiết kế và chế tạo hệ thống luân hồi khí thải 3.1.2.7 Thiết kế lắp đặt cảm biến trục khuỷu và trục cam 3.1.2.8 Hệ thống đo áp suất xi lanh và rung động cơ 3.1.2.9 Hệ thống ECU điều khiển động cơ 3.1.2.10 Bộ điều khiển EDU (Electronic Diesel Unit) 3.1.3 Xây dựng đặc tính vòi phun 3.1.3.1 Đặc tính vòi phun n-heptan/ethanol 3.1.3.2 Đặc tính vòi phun CR 3.2 Nghiên cứu mô phỏng động cơ HCCI trên phần mềm Ansys Forte 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 suất của nhiều loại động cơ đốt trong, chẳng hạn như động cơ SI, CI và đa nhiên liệu. - Mô hình hóa quá trình cháy và tối ưu hóa quá trình nạp thải - Mô phỏng tăng áp cơ khí và tăng áp sử dụng năng lượng phát thải - Phân tích dòng chảy trong xi lanh - Mô phỏng quá trình hình thành phát thải - Phân tích quá trình truyền nhiệt - Phân tích Hệ thống phun nhiên liệu - Phân tích động học và động lực học cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền - Mô phỏng quá trình cháy với đa dạng các loại nhiên liệu 3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phần mềm Ansys Forte 3.2.1.1 Các phương trình cơ bản 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 dựng mô hình mô phỏng 3.2.2.1 Mô phỏng trên phần mềm Ansys-ICE 3.2.2.2 Nhập thông số đầu vào của bài toán cho mô hình động cơ trên Ansys-ICE 6
  9. 3.2.2.3 Chia 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 phỏng và thảo luận 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 khác nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2200 v/ph. Kết quả cho thấy 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 HCCI khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph 7
  10. Hình 3.48 Diễn biến quá trình cháy trong động cơ HCCI a)n-heptan; b) n-heptan/Ethanol Trong Hình 3.48, thể hiện sự thay đổi diễn biến quá trình cháy trong xy lanh ĐCĐT với 2 trường hợp động cơ chạy bằng n-heptan (a) và n-heptan/ethanol (b). Nhìn chung ta thấy, quá trình cháy trong 2 trường hợp là gần như giống nhau, nhiệt độ trong xylanh tăng dần từ điểm chết dưới cho đến điểm chết trên, và tại gần điểm chết trên hỗn hợp nhiên liệu và không khí tự bốc cháy và sinh công cho động cơ. 3.2.3.1 Đánh giá độ chính xác của mô hinh mô phỏng (a) 80 (b) 80 10 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 Mô phỏng Thực nghiệm 20 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 Mô phỏng Thực nghiệm 60 60 Áp suất xylanh (bar) Áp suất xylanh (bar) 40 40 20 20 0 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) (c) 80 Mô phỏng Thực nghiệm 30 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 60 Áp suất xylanh (bar) 40 20 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.49 Diễn biến áp suất xi lanh theo góc quay trục khuỷu giữa mô phỏng và thực nghiệm 8
  11. (a) 10 (b)35 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph 9 30 8 7 25 RMSE (bar) MAPE (%) 6 20 5 4 15 3 10 2 5 1 0 0 n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30 n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30 (c) 14 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph 12 10 p (%) 8 6 4 2 0 n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30 Hình 3.50 Kết quả đánh giá độ chính xác của mô hình mô phỏng 3.2.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu đến quá trình làm việc của động cơ Nghiên cứu mô phỏng đánh giá quá trình làm việc của động cơ HCCI với 2 loại nhiên liệu n- heptan và n-heptan/ethanol với các tỷ lệ ethanol thay đổi 10%, 20% và 30% về thể tích, khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph. Hình 3.51 thể hiện kết quả diễn biến áp suất và tốc độ tăng áp suất trong xi lanh ở các điều kiện mô phỏng khác nhau. Áp suất_n-heptan 60 5.0 Áp suất_n-heptan 60 5.0 Áp suất (bar) Áp suất (bar) Áp suất_n-heptan/E10 10% tải-2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E10 20% tải-2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E20 Áp suất_n-heptan/E20 Áp suất_n-heptan/E30 Áp suất_n-heptan/E30 DP_n-heptan 50 DP_n-heptan 50 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 2.5 2.5 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) DP_n-heptan/E30 40 DP_n-heptan/E30 40 30 0.0 30 0.0 20 20 -2.5 -2.5 10 10 0 -5.0 0 -5.0 -50 -25 0 25 50 -50 -25 0 25 50 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 70 5.0 Áp suất_n-heptan Áp suất_n-heptan/E10 30% tải-2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E20 60 Áp suất_n-heptan/E30 DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 2.5 50 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 Áp suất (bar) 40 0.0 30 20 -2.5 10 0 -5.0 -50 -25 0 25 50 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 3.51 Đồ thị áp suất và tốc độ tăng áp suất khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph 9
  12. 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 cháy động cơ HCCI với các mẫu nhiên liệu khác nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000v/ph được thể hiện trên Hình 3.41. Xu hướng chung dễ dàng nhận thấy, 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 suất xylanh có sự rung động lớn cũng như kết quả phân tích tính toán tốc độ tỏa nhiệt có nhiều dao động. 3.2.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của động cơ Hình 3.54. 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 cháy động cơ HCCI với khi nhiệt độ môi chất nạp mới thay đổi được thể hiện trên Hình 3.54. Nhìn chung ta dễ dàng nhận thấy rằng, khi nhiệt độ môi chất nạp mới tăng lên thì tốc độ tỏa nhiệt có xu hướng tăng lên. 10
  13. 3.3 Kết luận chương 3 Các nội dung 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 dựa vào các thông số cơ bản của động cơ kết hợp với đặc điểm của nhiên liệu n-heptan và ethanol, NCS đã cải thiết hệ thống nhiên liệu, điều chỉnh tỷ số nén, thiết kế hệ thống sấy nóng và luân hồi khí thải, lắp đặt cảm biến trục khuỷu và trục cam. Đặc biệt NCS đã tính toán và chế tạo riêng ECU để điều khiển chế độ phun nhiên liệu cũng như hệ thống đo áp suất diễn biến quá trình cháy trong xi lanh. Ngoài ra, mô hình của động cơ nguyên bản 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 NCS đã chỉ ra quá trình xoáy lốc của hỗn hợp không khí-nhiên liệu cũng như diễn biến quá trình cháy, áp suất trong xi lanh và tốc độ tỏa nhiệt. Kết quả này góp phần đưa ra các định hướng quan trọng cho quá trình thực nghiệm đánh giá đặc tính công suất và phát thải động cơ khi chuyển đổi sang chế độ cháy HCCI. Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích thử nghiệm Quá trình thử nghiệm trên băng thử công suất để xác định các thông số làm việc của động cơ như công suất, mô men, tốc độ, áp suất quá trình cháy bên 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 thử nghiệm được thực hiện ở các 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 khác nhau; động cơ HCCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol kết hợp phun diesel trực tiếp để kiểm soát quá trình cháy. 4.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm 4.2.1 Đối tượng thử nghiệm Trên cơ sở mẫu động cơ nguyên bản, NCS tiến hành cải tiến động cơ bằng cách trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử thay cho hệ thống cung cấp nhiên liệu cơ khí nguyên bản. Với hệ thống này, nhiên liệu phun mồi có thể dễ dàng điều khiển cả về lượng phun và thời điểm phun trong quá trình nghiên cứu điều khiển chế độ cháy của động cơ HCCI. Thông tin chi tiết về động cơ thử nghiệm đã được trình bày trong Chương 3. 4.2.2 Nhiên liệu thử nghiệm Nhiên liệu được sử dụng trong quá trình thử nghiệm bao gồm diesel thương mại thông thường, nhiên liệu ethanol tinh khiết và n-heptan. Trong đó, nhiên liệu n-heptan là nhiên liệu được sử dụng là nhiên liệu chính cung cấp cho động cơ còn diesel và ethanol được hòa trộn với tỷ lệ nhất định và cung cấp như nhiên liệu mồi. 4.3 Quy trình và phạm vi thử nghiệm 4.4 Sơ đồ và trang thiết bị thử nghiệm 4.4.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 4.4.2 Trang thiết bị thử nghiệm 4.5 Kết quả thử nghiệm và thảo luận 4.5.1 Xây dựng đặc tính của động cơ thuần diesel 11
  14. Ne Me ge 14 600 12 550 Ne (kW), Me (Nm) 10 500 ge (g/kWh) 8 450 6 400 4 2 350 0 300 1600 2000 2400 2800 3200 Tốc độ (v/ph) Hình 4.7 Đặc tính ngoài của động cơ CI Đặc tính ngoài của động cơ CI được xác định qua giới hạn hệ số dư lượng không khí lambda. Ở mỗi chế độ tốc độ, lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh đạt giới hạn lambda quanh ngưỡng 1,2. Khi đó, xác định được giá trị mô men cực và công suất của động cơ. Kết quả thử nghiệm xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ CI được thể hiện trên Hình 4.6. Kết quả thử nghiệm công suất, mô men, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ CI ở các chế độ tải 10, 20 và 30% được thể hiện trong Bảng 4.3 đến 4.5. Bảng 4.4 Kết quả đo tại 30% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) (v/ph) 1822 3.43 0.6 68 0.03 98 1.1 0.31 16.4 3.6 2051 3.72 0.7 77 0.03 78 1.5 0.33 18 3.7 2376 3.56 0.9 61 0.01 77 1.2 0.42 20.9 3.4 2811 3.74 1.1 55 0.02 50 1.13 0.46 24.9 3.6 3117 3.42 1.2 50 0.02 47 1.01 0.51 27.8 3.7 Bảng 4.5 Kết quả đo tại 20% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) (v/ph) 1790 2.5 0.5 80 0.05 56 1.23 0.22 16.5 5.1 2070 2.6 0.5 79 0.06 63 1.3 0.23 18.1 5.3 2315 2.5 0.6 73 0.03 33 0.8 0.23 21 6.4 2791 2.4 0.7 61 0.03 25 0.95 0.29 25.2 5.8 3267 2.3 0.8 67 0.02 12 0.77 0.4 28.9 5.1 Bảng 4.6 Kết quả đo tại 10% tải Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda độ (Nm) (kW) (ppm) (%) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-) (v/ph) 1833 1.1 0.2 77 0.05 38 0.53 0.11 16.4 10 2012 1.2 0.3 82 0.07 47 0.93 0.13 18.7 9.3 2393 1.1 0.3 79 0.04 19 0.93 0.13 21.8 11 2756 1.2 0.4 68 0.04 26 0.82 0.15 25.5 11.2 3219 1.2 0.4 67 0.05 18 0.64 0.17 28.3 11.1 4.5.2 Kết quả thử nghiệm hoạt động ở chế độ HCCI a) Đặc tính cháy của động cơ HCCI với đơn nhiên liệu n-heptan 12
  15. 1.0 1.0 1.0 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, diesel 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, die 0.8 0.8 0.8 IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 0.5 0.5 0.5 0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0.98% 0.3 IMEP tb = 0.56 bar; COVIMEP = 3.59% 0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0. 0.0 0.0 0.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) 2.0 2.0 2.0 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, diesel 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, die IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 1.5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 IMEP tb = 1.15 bar; COVIMEP = 2.42% IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1.22% IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1. 0.5 0.5 0.5 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình(-) 2.5 2.5 2.5 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, diesel 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, die IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 2.0 2.0 2.0 1.5 1.5 1.5 IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1.68% IMEP tb = 1.71 bar; COVIMEP = 3.50% IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1. 1.0 1.0 1.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) a) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 1600 v/ph, tải 10%-20%-30% 1.5 1.5 1.5 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, diesel 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, die IMEP (bar) IMEP (bar) 1.0 1.0 IMEP (bar) 1.0 0.5 0.5 0.5 IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP = 1.36% IMEP tb = 0.635 bar; COVIMEP = 2.87% IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP = 0.0 0.0 0.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) 2.0 2.0 2.0 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, diesel 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, die 1.5 1.5 IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 1.5 1.0 1.0 1.0 0.5 IMEP tb = 1.31 bar; COVIMEP = 4.05% 0.5 IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1.08% IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1 0.0 0.5 0.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình(-) 3.0 3.0 3.0 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, diesel 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, die 2.5 2.5 2.5 IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 2.0 2.0 2.0 1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1.32% 1.5 IMEP tb = 2.04 bar; COVIMEP = 4.22% 1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1 1.0 1.0 1.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 Chu trình (-) Chu trình (-) b) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2000 v/ph, tải 10%-20%-30% 1.5 1.5 1.5 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, diesel 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,2 Nm), 240 IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 IMEP tb = 0.62 bar; COVIMEP = 2.91% IMEP tb = 0.61 bar; COVIMEP = 3.21% IMEP tb = 0.62 bar; CO 0.0 0.0 0.0 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 Chu trình ( ) Chu trình ( ) 2.0 2.0 2.0 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, diesel 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,5 Nm), 240 IMEP (bar) IMEP (bar) IMEP (bar) 1.5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 IMEP tb = 1.28 bar; COVIMEP = 6,41% IMEP tb = 1.24 bar; COVIMEP = 1.54% IMEP tb = 1.24 bar; CO 0.5 0.5 0.5 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 3 Chu trình ( ) Chu trình( ) 3.0 3.0 30% tải (3,6 Nm), 2400 v/ph, diesel Động cơ làm việc không ổn định 30% tải (3,6 Nm), 240 2.5 COVIMEP> 10% 2.5 IMEP (bar) IMEP (bar) 2.0 2.0 1.5 IMEP tb = 1.84 bar; COVIMEP = 1.13% 1.5 IMEP tb = 1.84 bar; CO 1.0 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 3 Chu trình ( ) c) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2400 v/ph, tải 10%-20%-30% Hình 4.1 So sánh COVIMEP của động cơ diesel và HCCI- n-heptan 13
  16. 200 200 1 tải 1 tải 2 tải 2 tải 3 tải 3 tải 150 150 100 100 1 50 50 0 0 -100 -50 0 50 100 -100 -50 0 50 100 -50 -50 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu Hình 4.10 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt của động cơ ở chế độ nguyên bản và HCCI b) Đặc tính cháy của động cơ HCCI với hỗn hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol 80 80 7.5 Áp suất_n heptan 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph Áp suất_n heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 5 Áp suất_n heptan/E20 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Áp suất_n heptan/E30 5 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 60 60 Áp suất_n heptan/E30 DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E30 40 40 DP_n-heptan/E30 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 80 7.5 80 7.5 Áp suất_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph Áp suất_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2800 v/ph Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 Áp suất_n heptan/E20 5 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 5 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 60 Áp suất_n heptan/E30 60 Áp suất_n heptan/E30 Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E20 2.5 2.5 DP_n-heptan/E20 40 DP_n-heptan/E30 40 DP_n-heptan/E30 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) a. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 10% 80 80 7.5 Áp suất_n heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph Áp suất_n heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 5 Áp suất_n heptan/E20 Áp suất_n heptan/E30 Tôc độ tăng áp suất (bar/độ) 5 60 DP_n-heptan 60 Áp suất_n heptan/E30 Tôc độ tăng áp suất (bar/độ) Áp suát xylanh (bar) Áp suát xylanh (bar) DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E20 2.5 40 40 DP_n-heptan/E30 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 80 7.5 80 7.5 Áp suất_n heptan Áp suất_n heptan 20% tải (2,4 Nm), 2800 v/ph 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 Áp suất_n heptan/E20 5 Áp suất_n heptan/E30 5 Tôc độ tăng áp suất (bar/độ) Tôc độ tăng áp suất (bar/độ) 60 Áp suất_n heptan/E30 60 DP_n-heptan Áp suát xylanh (bar) Áp suát xylanh (bar) DP_n-heptan DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 2.5 DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 40 DP_n-heptan/E30 40 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) b. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 20% 14
  17. 80 7.5 80 7.5 Áp suất_n heptan 30 % tải (4,0 ) Áp suất_n heptan 30% tải (3, ) Áp suất_n-heptan/E10 Áp suất_n-heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 Áp suất_n heptan/E20 5 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 5 Áp suất_n heptan/E30 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 60 Áp suất_n heptan/E30 60 DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 2.5 2.5 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 40 40 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 80 7.5 80 Áp suất_n heptan 30% tải (3, 4 ) Áp suất_n heptan 30 % tải (3, 4 ) Áp suất_n-heptan/E10 Áp suất_n-heptan/E10 Áp suất_n heptan/E20 5 Áp suất_n heptan/E20 5 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Áp suất_n heptan/E30 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) 60 Áp suất_n heptan/E30 60 DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 2.5 DP_n-heptan/E20 2.5 DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 40 40 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) c. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 30% Hình 4.11 Đồ thị diễn biến áp suất xylanh và tốc độ tăng áp suất trong buồng cháy 250 250 10% ả 1 18 Nm), 1600 v/ph n-heptan 10% ả 1 3 Nm), 2000 rpm n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 Tốc độ tỏa nhiệt (J/độ) n-heptan/E20 n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 120 160 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 Góc quay trục khuỷu (độ) -50 Gó qu y rụ k uỷu 250 250 10% ả 1 Nm), 2400 v/ph n-heptan 10% ả 1 Nm), 2800 v/ph n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 n-heptan/E20 n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -50 -50 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu a. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 10% 250 250 20% ả 36 Nm), 1600 v/ph n-heptan 20% ả 6 Nm), 2000 rpm n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 n-heptan/E20 Tốc độ tỏa nhiệt (J/độ) n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 120 160 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -50 Góc quay trục khuỷu (độ) Gó qu y rụ k uỷu 250 250 20% ả 5 Nm), 2400 v/ph n-heptan 20% ả 5 Nm), 2800 v/ph n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 n-heptan/E20 n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -50 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu b. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 20% 15
  18. 250 250 30% ả 3 54 Nm), 1600 v/ph n-heptan 30% ả 4. Nm), 2000 rpm n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 Tốc độ tỏa nhiệt (J/độ) n-heptan/E20 n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -50 Góc quay trục khuỷu (độ) Gó qu y rụ k uỷu 250 250 30% ả 3.6 Nm), 2800 v/ph n-heptan 30% ả 3.6 Nm), 2400 rpm n-heptan n-heptan/E10 n-heptan/E10 200 200 n-heptan/E20 n-heptan/E20 n-heptan/E30 n-heptan/E30 150 150 100 100 50 50 0 0 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -50 Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu c. Kết quả thử nghiệm tại chế độ tải 30% Hình 4.12 Đồ thị diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong buồng cháy 14 Toàn tải 12 Me_100% Me_50% 10 Me_30% Me_20% Me_10% Me (Nm) 8 50% tải 6 Vùng khảo sát 4 2 30% tải 20% tải 2 1 10% tải 0 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Tốc độ (v/ph) Hình 4.13 Xác định chế độ thử nghiệm kiểm soát quá trình cháy động cơ HCCI 4.5.3 Đặc tính cháy của động cơ HCCI khi có phun mồi diesel 80 7.5 80 7.5 Áp suất_n-heptan/E30 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E30 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E30/D2/70 Áp suất_n-heptan/E30/D2/70 Áp suất_n-heptan/E30/D2/90 Áp suất_n-heptan/E30/D2/90 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Áp suất_n-heptan/E30/D2/110 5 Áp suất_n-heptan/E30/D2/110 5 60 60 DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 Áp suất xylanh (bar) Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/90 2.5 DP_n-heptan/E30/D2/90 2.5 DP_n-heptan/E30/D2/110 DP_n-heptan/E30/D2/110 40 40 0 0 20 20 -2.5 -2.5 0 -5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 80 7.5 Áp suất_n-heptan/E30 30% tải (4,0 Nm), 2000 v/ph Áp suất_n-heptan/E30/D2/70 Áp suất_n-heptan/E30/D2/90 Tốc độ tăng áp suất (bar/độ) Áp suất_n-heptan/E30/D2/110 5 60 DP_n-heptan/E30 Áp suất xylanh (bar) DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/90 2.5 DP_n-heptan/E30/D2/110 40 0 20 -2.5 0 -5 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.15 Đồ thị diễn biến áp suất xi lanh ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol 16
  19. 10% tải, 2000 v/ph 20% tải, 2000 v/ph n heptan/E30/110 n heptan/E30/110 SOC 1 SOC 1 n heptan/E30/ 0 n heptan/E30/ 0 SOC 2 SOC 2 n heptan/E30/ 0 n heptan/E30/ 0 n heptan/E30 n heptan/E30 ĐCT ĐCT -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Góc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ) 30% tải, 2000 v/ph n heptan/E30/110 SOC 1 n heptan/E30/ 0 SOC 2 n heptan/E30/ 0 n heptan/E30 ĐCT -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 4.16 Thời điểm cháy ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol 4.5.4 Đánh giá tính năng kinh tế của động cơ 4.5.5 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình làm việc của động cơ Hình 4.2 So sánh diễn biến áp suất trong xylanh khi thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới ở tốc độ 2000 v/ph, tải thay đổi 10%, 20% và 30% với n-heptan/E30 Hình 4.19 Kết quả đánh giá hệ số dao động COVIMEP khi thay đổi nhiệt độ khí nạp 17
  20. Hình 4.20 Sự thay đổi thời điểm hình thành ngọn lửa khi thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới Hình 4.21 So sánh mức tiêu hao năng lượng khi thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới 4.5.6 Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ luân hồi khí thải tới quá trình làm việc của động cơ Hình 4.22 Diễn biến áp suất bên trong xylanh ở các tỷ lệ luân hồi khác nhau 18
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2054 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2