Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu hydro cho động cơ đốt trong

Đồ án ứng dụng nhiên liệu H2 cho động cơ đốt trong mô phỏng AVL BOOST tại HCMUTE

• Tác giả: Nguyễn Thiên Phú
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Trạng
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu hydro cho động cơ đốt trong
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nhiên liệu H2 cho động cơ đốt trong tại ĐH SPKT TP

Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu hydro (H2) cho động cơ đốt trong là dự án tốt nghiệp tiêu biểu tại Khoa Đào tạo Quốc tế thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE). Đề tài do giảng viên hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Trạng cùng hai sinh viên Nguyễn Thiên Phú và Trịnh Thanh Bình thực hiện vào tháng 6 năm 2025. Ngành công nghiệp ô tô toàn cầu đang dịch chuyển mạnh mẽ sang các giải pháp giảm phát thải ròng. Hydro nổi lên như một nguồn nhiên liệu thay thế đầy tiềm năng cho xăng và dầu diesel truyền thống. Nhiên liệu này có tốc độ cháy nhanh, giới hạn cháy rộng và không chứa thành phần carbon. Khi hydro cháy hoàn toàn trong buồng đốt, sản phẩm sinh ra duy nhất chỉ là hơi nước. Động cơ đốt trong chạy hydro (H2-ICE) thừa hưởng nền tảng cơ khí sẵn có từ động cơ xăng truyền thống. Giải pháp này giúp các nhà sản xuất xe tiết kiệm chi phí đầu tư dây chuyền mới. Đồng thời, công nghệ H2-ICE mở ra cơ hội thương mại hóa nhanh chóng cho phương tiện vận tải thương mại và xe cá nhân. Dự án tại HCMUTE đóng vai trò tiên phong trong việc thiết lập dữ liệu kỹ thuật bài bản cho ngành động lực Việt Nam.

1.1. Tính chất lý hóa vượt trội của nhiên liệu hydro

Hydro sở hữu mật độ năng lượng theo khối lượng rất cao, đạt khoảng 120 MJ/kg. Con số này cao gấp gần ba lần so với xăng truyền thống. Tuy nhiên, mật độ năng lượng theo thể tích của khí hydro ở điều kiện tiêu chuẩn lại rất thấp. Nhiên liệu này có năng lượng đánh lửa tối thiểu cực nhỏ, chỉ khoảng 0,02 mJ. Tốc độ lan tràn màng lửa của hydro đạt mức 2,37 m/s ở điều kiện tiêu chuẩn, nhanh hơn đáng kể so với màng lửa xăng. Phạm vi giới hạn cháy của hỗn hợp hydro và không khí dao động từ 4% đến 75% theo thể tích. Nhờ dải giới hạn cháy rộng, động cơ hydro có thể vận hành ổn định ở chế độ cháy rất nghèo.

1.2. Công nghệ sản xuất và lưu trữ hydro hiện nay

Sản xuất hydro hiện nay dựa chủ yếu vào công nghệ cải tạo khí mê-tan bằng hơi nước (SMR). Phương pháp SMR chiếm khoảng 90% sản lượng hydro toàn cầu nhờ chi phí sản xuất thấp. Phản ứng xảy ra ở áp suất từ 3 đến 25 bar dưới sự hỗ trợ của chất xúc tác. Bên cạnh đó, công nghệ điện phân nước đang phát triển mạnh mẽ để tạo ra nguồn hydro xanh sạch. Quá trình này phân tách phân tử nước thành oxy và hydro nguyên chất nhờ nguồn điện tái tạo. Về lưu trữ, hydro thường được nén ở áp suất cao từ 350 đến 700 bar trong các bình chứa composite chuyên dụng. Một phương án khác là hóa lỏng hydro ở nhiệt độ âm sâu 253 độ C để vận chuyển đường dài.

II. Phân tích phát thải NOx từ nhiên liệu H2 cho động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong dùng hydro hoàn toàn loại bỏ khí thải carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) và hydrocarbon (HC). Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật lớn nhất của động cơ H2-ICE nằm ở phát thải oxit nitơ (NOx). Nhiệt độ cháy của hydro trong không khí có thể đạt mức rất cao, vượt ngưỡng 2000 K. Ở mức nhiệt trên 1800 K, liên kết phân tử của nitơ và oxy trong không khí nạp bị bẻ gãy. Các phản ứng hóa học nhiệt tạo ra lượng lớn NO và NO2 độc hại. Đây là nguyên nhân hàng đầu gây sương mù quang hóa và các bệnh về đường hô hấp ở người. Khác với động cơ thông thường, hiện tượng kích nổ sớm và cháy ngược trên đường nạp cũng dễ xuất hiện do năng lượng kích hoạt của hydro rất thấp. Động cơ cần sự kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ tương đương nhiên liệu không khí lambda. Khi động cơ hoạt động dưới tải trọng cao hoặc hỗn hợp giàu (lambda dưới 1), lượng NOx sản sinh tăng vọt. Sự cân bằng giữa công suất động cơ và giới hạn phát thải môi trường tạo ra rào cản kỹ thuật phức tạp cần lời giải khoa học.

2.1. Cơ chế nhiệt Zeldovich hình thành khí độc NOx

Cơ chế nhiệt Zeldovich giải thích phần lớn lượng phát thải oxit nitơ trong động cơ đốt trong sử dụng hydro. Khi nhiệt độ cục bộ trong buồng cháy vượt ngưỡng 1800 K, các phân tử nitơ phân ly thành nguyên tử tự do. Các nguyên tử nitơ phản ứng tức thì với các phân tử oxy theo phương trình N2 + O thành NO + N. Phản ứng này hấp thu nhiệt lượng lớn và diễn ra cực nhanh ở điều kiện nhiệt độ cao. Tốc độ hình thành NO tỷ lệ thuận với nồng độ oxy dư và phụ thuộc theo hàm số mũ của nhiệt độ. Ở vùng hỗn hợp cân bằng nhiệt hóa học gần hệ số tỷ lượng, phát thải NOx đạt giá trị đỉnh. Việc kiểm soát nhiệt độ cháy đóng vai trò quyết định.

2.2. Ảnh hưởng của hệ số tương đương không khí Lambda

Hệ số tương đương không khí lambda là thông số điều khiển then chốt ảnh hưởng đến hiệu suất và nồng độ NOx. Khi lambda lớn hơn 1,2, hỗn hợp nhiên liệu ở trạng thái cháy nghèo. Nhiệt độ đỉnh của chu trình cháy giảm rõ rệt, kéo theo mức giảm phát thải NOx đáng kể. Tuy nhiên, nếu hỗn hợp quá nghèo với hệ số lambda vượt qua 2,2, động cơ xuất hiện hiện tượng dao động áp suất lớn. Tốc độ lan tràn màng lửa bị suy giảm khiến quá trình cháy diễn ra không trọn vẹn. Ngược lại, khi động cơ vận hành với lambda dao động gần 1,0, phản ứng cháy đạt nhiệt lượng tối đa. Điều này khiến nồng độ khí NOx tăng đột biến. Việc duy trì lambda ở khoảng tối ưu là thách thức then chốt.

III. Giải pháp mô phỏng AVL BOOST cho nhiên liệu H2 tại ĐH SPKT TP

Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TP.HCM lựa chọn giải pháp mô phỏng nhiệt động lực học bằng phần mềm AVL BOOST. Đây là công cụ mô phỏng 1D tiên tiến hàng đầu trong ngành công nghiệp ô tô. Phần mềm giải quyết bài toán chu trình công tác của động cơ thông qua định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Các phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng được thiết lập chi tiết cho từng phần tử. Mô hình Vibe hai vùng (Vibe Two Zone) được ứng dụng để mô tả chính xác quá trình giải phóng nhiệt trong buồng đốt hydro. Vùng hỗn hợp chưa cháy và vùng khí đã cháy được tính toán tách biệt nhằm xác định trường nhiệt độ chuẩn xác. Ngoài ra, module tính toán truyền nhiệt vách xilanh và dòng khí nạp xả giúp dự báo sát thực tế áp suất chỉ thị trung bình. Phương pháp mô phỏng này giúp cắt giảm đáng kể chi phí chế tạo mẫu thử nghiệm vật lý tốn kém. Dữ liệu từ phần mềm AVL BOOST cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm và chiến lược cấp nhiên liệu tối ưu.

3.1. Ứng dụng mô hình cháy Vibe Two Zone tính toán nhiệt

Mô hình Vibe hai vùng (Vibe Two Zone) phân chia không gian buồng đốt xilanh thành hai miền nhiệt động riêng biệt. Miền thứ nhất chứa hòa khí chưa bốc cháy, trong khi miền thứ hai bao gồm các sản phẩm đã cháy. Phần mềm giải phương trình trạng thái khí lý tưởng độc lập cho từng phân vùng tại mỗi bước góc quay trục khuỷu. Tốc độ tỏa nhiệt được kiểm soát chặt chẽ bằng hàm thực nghiệm Vibe điều chỉnh theo tốc độ cháy nhanh của hydro. Nhờ cách phân chia này, mô hình ước lượng chính xác nhiệt độ cục bộ của màng lửa thay vì nhiệt độ trung bình toàn buồng cháy. Kết quả nhiệt độ màng lửa là đầu vào mang tính quyết định để dự báo chuẩn xác tốc độ hình thành khí thải NOx.

3.2. Mô hình hóa cơ chế phát thải NOx trong phần mềm AVL

Module tính toán NOx trong AVL BOOST tích hợp cơ chế nhiệt Zeldovich mở rộng với 6 phản ứng động học cơ bản. Thuật toán kết hợp các thông số về nồng độ nguyên tử O, N, gốc tự do OH và phân tử oxy trong vùng khí cháy. Phần mềm giải hệ phương trình vi phân phi tuyến theo thời gian thực tại mỗi chu kỳ hoạt động. Đường cong phát thải NOx được mô phỏng chi tiết dưới các dải vòng tua máy và tỷ lệ hòa khí khác nhau. Qua mô phỏng, các nhà nghiên cứu xác định được ngưỡng nhiệt độ an toàn của chu trình làm việc. Đây là căn cứ kỹ thuật quan trọng nhằm thiết kế hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) và điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu phù hợp.

IV. Đánh giá ứng dụng thực tiễn nhiên liệu H2 cho động cơ đốt trong

Kết quả nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính khả thi vượt bậc của động cơ hydro. Phương tiện đạt hiệu suất nhiệt tương đương và thậm chí cao hơn động cơ xăng trong điều kiện cháy nghèo kiểm soát. Phát thải CO, CO2 và hydrocacbon giảm về mức tiệm cận bằng 0. Điểm mấu chốt quyết định thành công là duy trì tỷ lệ hòa khí thích hợp kết hợp tuần hoàn khí xả mát nhằm kiềm chế phát thải oxit nitơ. Việc chuyển đổi các động cơ đốt trong hiện hữu sang chạy hydro mở ra lộ trình xanh hóa giao thông vận tải với chi phí hợp lý. Ngành vận tải hạng nặng, xe buýt công cộng và tàu thủy có thể đón nhận công nghệ H2-ICE nhanh hơn xe du lịch cá nhân. Thành công của luận văn tốt nghiệp tại HCMUTE cung cấp nguồn tài liệu học thuật giá trị cho các kỹ sư cơ khí ô tô trong nước. Đây là bước đệm kỹ thuật thúc đẩy việc hoàn thiện khung tiêu chuẩn an toàn cho hạ tầng hydro tương lai tại Việt Nam.

4.1. So sánh hiệu năng giữa động cơ hydro xăng và diesel

Động cơ hydro thể hiện đặc tính cháy nhanh hơn đáng kể so với xăng và dầu diesel. Thời gian cháy ngắn giúp chu trình nhiệt động đạt trạng thái cấp nhiệt đẳng tích lý tưởng hơn. Nhờ đó, hiệu suất nhiệt chỉ thị của động cơ H2-ICE có thể vượt qua mốc 40% ở tải trung bình. Khác với động cơ diesel đòi hỏi áp suất phun cực cao và bộ lọc bồ hóng phức tạp, động cơ hydro tạo ra khí thải sạch vượt trội. Tuy vậy, công suất cực đại của động cơ nạp hydro tự nhiên thấp hơn động cơ xăng khoảng 15 đến 20%. Nguyên nhân do thể tích khí hydro chiếm dụng không gian của không khí nạp. Việc tích hợp hệ thống tăng áp hoặc phun hydro trực tiếp là giải pháp bù đắp công suất hiệu quả.

4.2. Triển vọng ứng dụng H2 ICE trong công nghiệp ô tô

Động cơ hydro H2-ICE mang lại lợi ích tài chính lớn so với phương tiện chạy pin nhiên liệu (FCEV). Chi phí chế tạo động cơ H2-ICE thấp hơn nhờ tận dụng hoàn toàn chuỗi cung ứng cơ khí động cơ đốt trong sẵn có. Các loại xe tải hạng nặng, xe công trình chuyên dụng và xe buýt liên tỉnh là những đối tượng ứng dụng lý tưởng nhất. Quá trình tiếp nạp hydro diễn ra nhanh chóng trong vòng vài phút, giải quyết triệt để vấn đề thời gian chờ sạc pin. Đề tài tại HCMUTE đặt nền móng lý thuyết và dữ liệu mô phỏng cần thiết cho các doanh nghiệp ô tô tại Việt Nam. Việc làm chủ công nghệ mô phỏng mở ra cơ hội nội địa hóa các cụm chi tiết thích ứng với nhiên liệu sạch.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và sự gia tăng mức độ ô nhiễm không khí xuất phát từ hoạt động giao thông vận tải, việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế nhiên liệu hóa thạch truyền thống đang trở thành ưu tiên hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô. Khí thải nhà kính, đặc biệt là carbon dioxide ($CO_2$), cùng các chất gây ô nhiễm như hydrocacbon chưa cháy ($HC$), carbon monoxide ($CO$) và bồ hóng ($PM$) từ động cơ đốt trong sử dụng xăng hoặc dầu diesel đã thúc đẩy các quốc gia phát triển ban hành các quy định nghiêm ngặt về khí thải. Trong các giải pháp năng lượng thay thế, hydro ($H_2$) nổi lên là một nguồn nhiên liệu tiềm năng nhờ năng lượng riêng cao, tính chất tái tạo và đặc tính không sản sinh phát thải chứa gốc carbon khi cháy.

Đề tài tốt nghiệp "Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu hydro cho động cơ đốt trong" (Application of H2 Fuel for Internal Combustion Engines) được thực hiện bởi sinh viên Trịnh Thanh Bình và Nguyễn Thiên Phú dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Trạng, tại Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Khoa Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (bảo vệ tháng 6 năm 2025). Đề tài tập trung nghiên cứu khả năng ứng dụng trực tiếp hydro làm nhiên liệu sạch hoặc làm nhiên liệu bổ trợ cho động cơ đốt trong hiện hữu nhằm tận dụng dây chuyền sản xuất cơ khí sẵn có, giảm chi phí chuyển đổi công nghệ so với việc thay thế hoàn toàn bằng phương tiện thuần điện.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định theo các nội dung chính:

1. Hệ thống hóa các đặc tính vật lý, hóa học và động học cháy của nhiên liệu hydro trong tương quan so sánh với nhiên liệu xăng truyền thống.
2. Tổng hợp, đánh giá thực trạng công nghệ sản xuất, lưu trữ, vận chuyển hydro và xu hướng ứng dụng động cơ hydro trên thế giới.
3. Làm rõ cơ chế hình thành hòa khí, diễn biến quá trình cháy, hiện tượng kích nổ, cháy sớm và cơ chế phát sinh chất ô nhiễm oxit nitơ ($NO_x$) trong động cơ sử dụng hydro.
4. Xây dựng mô hình mô phỏng chu trình nhiệt động lực học 1D của động cơ Toyota 2AR-FE bằng phần mềm chuyên ngành AVL BOOST để phân tích định lượng công suất, mô-men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải ở các tỷ lệ hòa trộn hydro khác nhau.
5. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm kiểm soát hiện tượng cháy ngược, kích nổ và giảm thiểu phát thải ô nhiễm khi vận hành động cơ hydro.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nhiên liệu hydro và các đặc tính hóa lý (nhiệt trị, tốc độ màng lửa, giới hạn bắt cháy, trị số octan, năng lượng đánh lửa); quá trình cháy và phát thải của động cơ đốt trong sử dụng hydro đơn thuần hoặc hỗn hợp xăng - hydro; phương pháp phun nhiên liệu (phun trên đường nạp PFI và phun trực tiếp DI).
• Phạm vi kỹ thuật: Mô hình chu trình nhiệt động lực học của động cơ đốt trong 4 kỳ đánh lửa cưỡng bức (SI), 4 xilanh thẳng hàng, mã hiệu Toyota 2AR-FE (dung tích 2.5L, 16 van DOHC).
• Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng số thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 6/2025.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thiết lập dựa trên các nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học động cơ đốt trong, động học phản ứng hóa học của quá trình cháy và cơ chế hình thành các chất ô nhiễm:

• Định luật I Nhiệt động học (First Law of Thermodynamics): Áp dụng để thiết lập phương trình cân bằng năng lượng trong xilanh động cơ theo góc quay trục khuỷu, xác định tốc độ giải phóng nhiệt, sự biến thiên nội năng của môi chất công tác và tổn thất nhiệt qua vách buồng cháy.
• Mô hình cháy hai vùng Vibe (Vibe Two Zone Model): Phân chia không gian buồng cháy xilanh thành hai phân vùng tách biệt: vùng hòa khí chưa cháy (unburned zone) và vùng sản phẩm khí cháy (burned zone). Tốc độ tỏa nhiệt được mô tả qua hàm Vibe phụ thuộc vào góc đánh lửa sớm, thời gian cháy quy ước và hệ số hình dạng $m$.
• Mô hình trao đổi nhiệt (In-Cylinder & Port Heat Transfer): Xác định hệ số truyền nhiệt đối lưu từ môi chất sang thành vách xilanh, đỉnh piston, nắp máy và trên các đường ống nạp, xả.
• Mô hình động học phát thải:
  • Mô hình phát thải $NO_x$: Cơ chế nhiệt Zeldovich mở rộng (Thermal $NO_x$), mô tả chuỗi phản ứng giữa $N_2$ và $O_2$ ở dải nhiệt độ cục bộ vượt quá $1800\text{ K}$ ($N_2 + O \rightleftharpoons NO + N$, $N + O_2 \rightleftharpoons NO + O$).
  • Mô hình phát thải $CO$ và $HC$: Dựa trên các phản ứng oxy hóa không hoàn toàn và cơ chế dập tắt màng lửa sát vách buồng cháy.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

• Phương pháp tổng quan tài liệu và phân tích so sánh: Khảo cứu tài liệu học thuật từ cơ sở dữ liệu quốc tế (ScienceDirect, SAE International, ResearchGate) để phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật giữa động cơ đốt trong hydro (H2-ICE) và xe điện pin nhiên liệu (FCEV); so sánh các thuộc tính hóa lý giữa hydro, xăng RON 95 và dầu diesel.
• Phương pháp mô phỏng số 1D (One-Dimensional Thermodynamic Cycle Simulation): Ứng dụng gói phần mềm chuyên dụng AVL BOOST để mô hình hóa toàn bộ chu trình nạp, nén, cháy, giãn nở và thải của động cơ đa xilanh.
• Nguồn dữ liệu: Thông số kết cấu động cơ chuẩn Toyota 2AR-FE; cơ sở dữ liệu tính chất nhiệt động của khí và nhiên liệu trong công cụ tích hợp BOOST Gas Properties Tool; dữ liệu thực nghiệm chuẩn của động cơ 2AR-FE được sử dụng làm cơ sở đối chiếu và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng.

---

Thiết kế mô hình mô phỏng và thông số kỹ thuật

Mô hình mô phỏng được xây dựng trên giao diện phần mềm AVL BOOST nhằm mô tả chu trình làm việc của động cơ xăng Toyota 2AR-FE khi chuyển đổi sử dụng nhiên liệu hydro hoặc hỗn hợp xăng - hydro.

Cấu trúc mô hình bao gồm việc kết nối các phần tử chức năng 1D:

• Biên hệ thống nạp và xả (System Boundary - SB1, SB2): Thiết lập áp suất khí quyển ($1.0\text{ bar}$) và nhiệt độ môi trường nạp ban đầu ($298.15\text{ K}$), cùng các thông số phản áp đường xả.
• Cụm lọc gió (Air Cleaner - CL) và Cổ góp (Plenum / Junction - J): Tính toán trở lực dòng khí nạp, hệ số tổn thất áp suất và quá trình phân chia dòng khí vào từng nhánh đường nạp.
• Đường ống nạp và xả (Pipes): Khai báo kích thước hình học (chiều dài, đường kính trong, độ nhám thành ống) và hệ số ma sát dòng chảy.
• Cơ cấu xupap (Intake & Exhaust Valves): Ứng dụng mô hình đa van (Multi-Valve Model), khai báo đường kính đế xupap, hệ số dòng qua van và quy luật nâng van (valve lift curves) theo góc quay trục khuỷu.
• Cụm xilanh (Cylinders - C1, C2, C3, C4): Khai báo các thông số kích thước cơ bản của động cơ Toyota 2AR-FE gồm đường kính xilanh ($bore$), hành trình piston ($stroke$), chiều dài thanh truyền, thể tích buồng cháy và tỷ số nén.
• Khối động cơ (Engine - E): Thiết lập dải tốc độ vòng tua khảo sát (rpm), thứ tự làm việc của các xilanh ($1-3-4-2$), và khai báo mô hình tổn thất ma sát cơ giới (Engine Friction Losses).
• Vòi phun (Injector - I): Thiết lập các thông số về vị trí phun (phun trên đường nạp PFI hoặc phun trực tiếp DI), thời điểm bắt đầu phun, thời gian kéo dài quá trình phun và thành phần tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu được tạo từ BOOST Gas Properties Tool.
• Bộ xúc tác khí thải (Catalyst - CAT) và Điểm đo (Measuring Points - MP): Ghi nhận các thông số dòng tức thời, áp suất, nhiệt độ khí xả và nồng độ các chất phát thải $NO_x$, $CO$, $HC$.

Quá trình mô phỏng được tổ chức theo các trường hợp tải và tốc độ khác nhau thông qua công cụ Case Explorer và Parameter Group Editor, cho phép tính toán lặp và xuất dữ liệu dạng bảng cũng như đồ thị chu trình công tác.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài (Overview of the Project)

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ áp lực cắt giảm phát thải khí nhà kính trong ngành giao thông. Tác giả chỉ ra rằng việc chuyển đổi sang nhiên liệu hydro cho phép tận dụng nền tảng động cơ đốt trong sẵn có, tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu so với việc chuyển đổi sang phương tiện thuần điện. Chương này xác định rõ mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi kỹ thuật của đề tài, các phương pháp tiếp cận chính (tổng quan lý thuyết, mô phỏng số trên AVL BOOST) cùng ý nghĩa khoa học và giá trị ứng dụng thực tiễn trong giảng dạy kỹ thuật ô tô.

Chương 2: Tổng quan về động cơ sử dụng nhiên liệu hydro (General Introduction to Hydrogen Engines)

Chương 2 phác thảo lịch sử phát triển của công nghệ hydro từ phát minh pin nhiên liệu của Sir William Grove (1839), Francis Bacon (đầu thế kỷ 20) đến các chương trình không gian của NASA và các bước tiến thương mại hóa gần đây. Tác giả phân tích các công nghệ sản xuất hydro hiện nay, bao gồm:

• Nhiệt phân khí metan bằng hơi nước (Steam Methane Reforming - SMR): Chiếm khoảng 90% sản lượng toàn cầu, sinh ra khí tổng hợp qua phản ứng $CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2$ và phản ứng chuyển dịch khí nước $CO + H_2O \rightarrow CO_2 + H_2$.
• Điện phân nước (Electrolysis): Sử dụng dòng điện tách nước tại anot ($2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$) và catot ($4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2$).
• Khí hóa than (Coal Gasification), chuyển hóa chất lỏng từ sinh khối (Biomass-derived liquid reforming) và lên men kỵ khí nhờ vi sinh vật.

Chương này cũng phân loại 5 công nghệ lưu trữ hydro (khí nén 350–700 bar, hóa lỏng ở $-253^\circ\text{C}$, lưu trữ bằng hợp kim hydride kim loại, hydride hóa học, và vật liệu hấp phụ xốp MOF), cùng các phương thức vận chuyển (đường ống, xe bồn nén Tube Trailers, tàu téc lạnh Cryogenic Liquid Tankers, chất mang hóa học). Phân tích xu hướng phát triển chỉ ra các dòng xe tiêu biểu như Toyota GR Corolla H2, xe pin nhiên liệu Toyota Mirai (tầm hoạt động 650 km, thời gian nạp 5 phút), Hyundai Nexo (tầm hoạt động 666 km), và xe tải Nikola Tre FCEV (tầm hoạt động 800 km).

Chương 3: Cơ sở lý thuyết của động cơ đốt trong sử dụng hydro (Theoretical Basis of Hydrogen-Powered Internal Combustion Engines)

Chương 3 đi sâu vào nguyên lý làm việc 4 kỳ của động cơ H2-ICE. Các đặc tính hóa lý nổi bật của hydro được làm rõ: tốc độ màng lửa cao ($265-325\text{ cm/s}$, gấp 5–8 lần xăng), năng lượng kích hoạt cực thấp ($0.02\text{ mJ}$, thấp hơn 10–15 lần so với xăng), dải giới hạn cháy rộng ($4-75%$ thể tích trong không khí), nhiệt độ tự bốc cháy cao ($585^\circ\text{C}$ hay $858\text{ K}$) và trị số octan cao ($RON > 130$). Tác giả làm rõ nguyên nhân của các sự cố vận hành như cháy sớm (pre-ignition), tiếng gõ kích nổ (knocking) và cháy ngược trên đường nạp (backfire) khi sử dụng phương pháp PFI.

Phần phát thải phân tích cơ chế hình thành $NO_x$ nhiệt khi nhiệt độ đỉnh vượt quá $1800\text{ K}$ thông qua phản ứng Zeldovich ($N_2 + O_2 \rightarrow 2NO$). Khi vận hành ở chế độ hòa khí nghèo (hệ số dư lượng không khí $\lambda$ từ 1.2 trở lên), nhiệt độ buồng cháy giảm giúp hạn chế $NO_x$, nhưng nếu hòa khí quá nghèo ($\lambda > 2.2$), chu trình cháy trở nên mất ổn định.

Chương 4: Mô phỏng động cơ hydro bằng phần mềm AVL BOOST (Simulation of Hydrogen Engine Using AVL BOOST Software)

Chương 4 tập trung vào phương pháp luận và các công cụ toán học trong phần mềm AVL BOOST. Tác giả trình bày hệ thống phương trình nhiệt động: Định luật I Nhiệt động học, mô hình dòng nạp qua van, mô hình truyền nhiệt trong xilanh và ống nạp/xả, mô hình cháy Vibe 2 vùng và các phản ứng hình thành phát thải $NO_x$, $CO$, $HC$. Quy trình xây dựng sơ đồ phần tử mô phỏng cho động cơ 4 xilanh 2AR-FE được mô tả chi tiết từ việc thiết lập các điều kiện biên, tổn thất cơ giới, khai báo cấu trúc van nạp/xả, vòi phun, bộ lọc gió đến hiệu chỉnh đặc tính hòa khí bằng công cụ BOOST Gas Properties Tool.

Chương 5: Kết quả mô phỏng và nhận xét (Simulation Results and Observations)

Chương 5 trình bày toàn bộ số liệu thu được từ quá trình mô phỏng. Trước hết, mô hình được kiểm chứng độ tin cậy bằng cách so sánh đường đặc tính công suất và mô-men xoắn của động cơ chuẩn chạy xăng giữa mô phỏng và số liệu thực nghiệm. Sau đó, tác giả đánh giá diễn biến của công suất động cơ, mô-men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu có ích (BSFC) và các thành phần phát thải ô nhiễm ($NO_x$, $CO$, $HC$) theo tốc độ vòng tua động cơ tương ứng với các tỷ lệ bổ sung hydro khác nhau vào xăng.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển (Conclusion and Future Development)

Chương 6 tổng hợp các kết luận chính về tính khả thi của việc ứng dụng hydro trên động cơ đốt trong, hiệu quả cải thiện quá trình cháy và giảm phát thải khí nhà kính. Đồng thời, chương này chỉ ra các thách thức kỹ thuật cần tiếp tục giải quyết trong các nghiên cứu tương lai, bao gồm tối ưu hóa hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp và kiểm soát nhiệt độ cháy.

---

Kết quả và đóng góp của đề tài

Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả phân tích định lượng và so sánh thuộc tính kỹ thuật giữa hydro và các loại nhiên liệu truyền thống, cũng như so sánh giữa hai cấu hình phương tiện sử dụng hydro (H2-ICE và FCEV):

Bảng 1: So sánh đặc tính vật lý và hóa học giữa hydro và xăng RON 95 (trích xuất từ văn bản)

Đặc tính	Hydro ($H_2$)	Xăng RON 95
Nhóm nhiên liệu	Phi kim, dạng khí	Hydrocacbon lỏng ($C_8H_{18}$)
Khối lượng nguyên tử / Phân tử	$1.23\text{ g/mol}$	Biến thiên theo phân tử
Khối lượng riêng ở điều kiện thường	Khí: $0.07\text{ g/cm}^3$	Dạng lỏng
Tỷ lệ giãn nở lỏng sang khí	$1 : 848$	Xấp xỉ $1 : 160$
Nhiệt trị thấp (LHV)	$\approx 120\text{ MJ/kg}$	$\approx 42 - 44\text{ MJ/kg}$
Nhiệt độ tự bốc cháy	$585^\circ\text{C}$ ($858\text{ K}$)	$\approx 280 - 470^\circ\text{C}$
Giới hạn bắt cháy trong không khí	$4 - 75%$ theo thể tích	$1.6%$ (giới hạn dưới)
Tốc độ màng lửa tầng	$3.37\text{ m/s}$ (tốc độ cháy $265-325\text{ cm/s}$)	$30 - 40\text{ cm/s}$
Năng lượng đánh lửa tối thiểu (MIE)	$0.02\text{ mJ}$	$0.2 - 0.3\text{ mJ}$
Trị số octan nghiên cứu (RON)	$> 130$	$94.16 - 95$

Bảng 2: So sánh kỹ thuật giữa động cơ H2-ICE và xe điện pin nhiên liệu FCEV (trích xuất từ văn bản)

Tiêu chí	Động cơ đốt trong Hydro (H2-ICE)	Xe điện Pin nhiên liệu (FCEV)
Nguồn năng lượng	Đốt cháy trực tiếp hydro trong xilanh động cơ	Phản ứng điện hóa hydro và oxy tạo điện năng
Thành phần phát thải	Không có $CO_2$; có thể sinh ra $NO_x$ ở nhiệt độ cao	Chỉ sinh ra nước ($H_2O$); hoàn toàn không có $CO_2$, $NO_x$
Hiệu suất năng lượng	Đạt $40 - 52%$ (tổn thất do truyền nhiệt và cơ giới)	Đạt $50 - 60%$ (ít tổn thất nhiệt trong pin nhiên liệu)
Thời gian nạp nhiên liệu	$3 - 5\text{ phút}$ (tương đương xe chạy xăng)	$3 - 5\text{ phút}$ (nhanh hơn nhiều so với xe điện BEV)
Phạm vi hoạt động	Ngắn hơn FCEV, phụ thuộc dung tích bình chứa	Đạt $500 - 700\text{ km}$ cho một lần nạp
Yêu cầu hạ tầng / Chế tạo	Tận dụng dây chuyền sản xuất động cơ đốt trong sẵn có	Chi phí chế tạo cao do dùng xúc tác kim loại quý (bạch kim/Pt)
Phạm vi ứng dụng phù hợp	Xe tải nặng, máy công trình (JCB), xe thể thao	Xe tải đường dài, xe khách, xe du lịch thương mại

Kết quả mô phỏng động cơ Toyota 2AR-FE khi bổ sung hydro vào nhiên liệu xăng ghi nhận các xu hướng kỹ thuật:

• Tính năng cơ bản và hiệu suất: Việc bổ sung hydro giúp tăng tốc độ cháy và áp suất cực đại trong xilanh nhờ tốc độ lan truyền màng lửa cao. Nhờ trị số octan cao ($RON > 130$), động cơ có khả năng nâng cao tỷ số nén (lên mức $10:1$ đến $14:1$), cải thiện hiệu suất nhiệt có ích so với động cơ xăng nguyên bản.
• Đặc tính phát thải: Do hydro không chứa liên kết carbon, việc tăng tỷ lệ hydro dẫn đến sự sụt giảm mạnh nồng độ phát thải $CO$ và hydrocacbon chưa cháy ($HC$) trong khí xả. Tuy nhiên, nồng độ phát thải $NO_x$ có xu hướng gia tăng đáng kể ở các vùng tải cao và hòa khí gần tỷ lượng do nhiệt độ cháy cục bộ trong xilanh vượt ngưỡng $1800\text{ K}$.

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

• Áp dụng công nghệ phun trực tiếp (Direct Injection - DI): Thay thế hệ thống phun gián tiếp trên đường nạp (PFI) bằng phun trực tiếp hydro vào xilanh ở áp suất cao nhằm ngăn ngừa hiện tượng cháy ngược (backfire) và cải thiện hệ số nạp khí.
• Kiểm soát phát thải $NO_x$ và kích nổ: Áp dụng hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) hoặc công nghệ phun nước vào buồng cháy để hạ nhiệt độ đỉnh của chu trình, đưa nhiệt độ xuống dưới ngưỡng hình thành $NO_x$ nhiệt; đồng thời điều chỉnh vận hành ở chế độ hỗn hợp nghèo ($\lambda > 1.2$).
• Đóng góp học thuật: Đồ án cung cấp một tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh về quy trình xây dựng mô hình tính toán nhiệt động 1D cho động cơ đa xilanh trên AVL BOOST, làm tiền đề tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu năng lượng sạch trong ngành kỹ thuật ô tô.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa chu trình nhiệt động 1D trên phần mềm AVL BOOST, dựa trên các giả định lý thuyết về hòa trộn đồng nhất mà chưa phản ánh toàn diện các hiện tượng dòng chảy 3 chiều, sự biến thiên cục bộ của hòa khí và cấu trúc màng lửa trong buồng cháy.
• Số liệu đánh giá chủ yếu thu được qua tính toán mô phỏng trên nền tảng động cơ 2AR-FE chuẩn; chưa tiến hành thử nghiệm vật lý trực tiếp trên băng thử động cơ chạy hydro thực tế để kiểm chứng sai số mô phỏng trong điều kiện vận hành thực.
• Đề tài chưa khảo sát chi tiết độ bền cơ học của các chi tiết động cơ (xupap, séc-măng, bugi) khi chịu tải nhiệt cao và hiện tượng giòn hydro (hydrogen embrittlement) của vật liệu kim loại qua thời gian vận hành dài.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng nghiên cứu mô phỏng động lực học chất lưu 3D (CFD) bằng phần mềm AVL FIRE nhằm khảo sát chi tiết trường vận tốc dòng khí, sự hòa trộn không gian khi sử dụng vòi phun hydro trực tiếp áp suất cao.
• Thiết lập hệ thống thực nghiệm trên băng thử động cơ thực tế, tích hợp hệ thống điều khiển điện tử (ECU) chuyên biệt để hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm và quy luật phun hydro theo thời gian thực.
• Nghiên cứu sâu các giải pháp kỹ thuật phối hợp giữa tuần hoàn khí xả (EGR) và phun nước trực tiếp nhằm tối ưu hóa đồng thời công suất và triệt tiêu phát thải $NO_x$.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho các đối tượng:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Động lực, Kỹ thuật Nhiệt: Nắm bắt quy trình mô hình hóa chu trình làm việc của động cơ đốt trong trên phần mềm chuyên ngành AVL BOOST; phương pháp tính toán các thông số hình học van, vòi phun và các mô hình phát thải.
• Kỹ sư và nhà nghiên cứu về nhiên liệu thay thế: Tham khảo hệ thống dữ liệu so sánh đặc tính hóa lý giữa hydro và xăng, các cơ chế hình thành phát thải và các giải pháp kỹ thuật kiểm soát kích nổ khi chuyển đổi động cơ sang sử dụng nhiên liệu hydro.
• Nội dung đáng tham khảo nhất: Quy trình thiết lập mô hình Vibe 2 vùng (Vibe 2-Zone), phương pháp tính toán hệ số tỷ lệ diện tích van (Scale Factor) và quy luật nâng xupap được trình bày chi tiết trong chương 4 và các phần phụ lục tính toán.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao động cơ đốt trong sử dụng hydro (H2-ICE) dễ xảy ra hiện tượng cháy sớm và cháy ngược trên đường nạp hơn động cơ xăng?

Theo các số liệu trong văn bản, hydro có năng lượng đánh lửa tối thiểu cực thấp, chỉ khoảng $0.02\text{ mJ}$ (thấp hơn 10–15 lần so với xăng), đồng thời có dải giới hạn bắt cháy rất rộng ($4 - 75%$ theo thể tích trong không khí). Khi sử dụng phương pháp phun gián tiếp trên đường nạp (PFI), hòa khí hydro - không khí hình thành sớm trên đường nạp có thể dễ dàng bị kích cháy bởi các điểm nóng trong buồng cháy hoặc xupap nạp còn nóng trước khi bugi đánh lửa, dẫn đến hiện tượng cháy sớm (pre-ignition) và cháy ngược trở lại cổ góp nạp (backfire).

2. Phát thải ô nhiễm nguy hại chính của động cơ đốt trong chạy hydro là gì và phát sinh do đâu?

Mặc dù hydro không chứa carbon nên quá trình cháy hoàn toàn không sinh ra khí thải $CO_2$, $CO$ hay muội than $PM$, động cơ H2-ICE vẫn phát sinh phát thải oxit nitơ ($NO_x$). Nguyên nhân là do nhiệt độ cháy của hydro rất cao; khi nhiệt độ buồng cháy vượt quá ngưỡng $1800\text{ K}$, nitơ ($N_2$) và oxy ($O_2$) có sẵn trong không khí nạp sẽ phản ứng với nhau theo cơ chế nhiệt Zeldovich để tạo thành $NO$ và $NO_2$.

3. Giải pháp kỹ thuật nào được tác giả đề xuất để ngăn ngừa hiện tượng cháy ngược trên động cơ hydro?

Tác giả đề xuất áp dụng công nghệ phun trực tiếp (Direct Injection - DI) nhiên liệu hydro vào xilanh ở áp suất cao thay thế cho phương pháp phun trên đường nạp (PFI). Với phương pháp DI, hydro chỉ được đưa vào buồng cháy sau khi xupap nạp đã đóng kín hoàn toàn, do đó loại bỏ hoàn toàn nguy cơ hòa khí bị cháy lan ngược ra đường ống nạp.

4. Động cơ đốt trong hydro (H2-ICE) có ưu thế gì nổi bật khi so sánh với xe điện pin nhiên liệu (FCEV)?

Theo bảng so sánh trong đồ án, ưu thế lớn nhất của H2-ICE là khả năng tận dụng toàn bộ dây chuyền sản xuất cơ khí và hạ tầng công nghệ của động cơ đốt trong truyền thống mà không đòi hỏi thay đổi triệt để cấu trúc xe. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất ban đầu so với FCEV – công nghệ đòi hỏi chi phí chế tạo rất cao do sử dụng các vật liệu xúc tác kim loại quý hiếm (bạch kim/Pt) trong màng pin nhiên liệu.

5. Mô hình toán học nào được sử dụng trong phần mềm AVL BOOST để mô tả quá trình cháy của động cơ Toyota 2AR-FE?

Nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình cháy hai vùng Vibe (Vibe Two Zone Model). Mô hình này chia không gian xilanh thành vùng khí chưa cháy và vùng sản phẩm khí đã cháy, tính toán tốc độ giải phóng nhiệt dựa trên phương trình Vibe kết hợp với các mô hình truyền nhiệt cục bộ và mô hình động học phát thải nhiệt Zeldovich mở rộng để dự đoán nồng độ $NO_x$.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trịnh Thanh Bình và Nguyễn Thiên Phú đã nghiên cứu một cách có hệ thống cơ sở lý thuyết, đặc tính hóa lý và tiềm năng ứng dụng của nhiên liệu hydro trên động cơ đốt trong. Thông qua việc ứng dụng công cụ mô phỏng 1D chuyên ngành AVL BOOST trên mô hình động cơ Toyota 2AR-FE, đề tài đã làm rõ sự biến thiên của các chỉ tiêu công tác động cơ, đồng thời định lượng hóa sự sụt giảm phát thải gốc carbon cùng xu hướng gia tăng phát thải $NO_x$ nhiệt. Các phân tích kỹ thuật và giải pháp đề xuất về hệ thống phun trực tiếp (DI), tuần hoàn khí xả (EGR) và làm mát buồng cháy cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật cho công tác đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật ô tô theo định hướng năng lượng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION DEPARTMENT OF AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY ---o0o--- GRADUATION PROJECT APPLICATION OF H2 FUEL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES Automotive Engineering Technology Supervisor: Dr. NGUYỄN VĂN TRẠNG Student: NGUYỄN THIÊN PHÚ Student ID: 21145036 Student: TRỊNH THANH BÌNH Student ID: 21145003 Ho Chi Minh City, June 2025 HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION DEPARTMENT OF AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY ---o0o--- GRADUATION PROJECT APPLICATION OF H2 FUEL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES Automotive Engineering Technology Supervisor: Dr. NGUYỄN VĂN TRẠNG Student: NGUYỄN THIÊN PHÚ Student ID: 21145036 Student: TRỊNH THANH BÌNH Student ID: 21145003 Ho Chi Minh City, June 2025 TABLE OF CONTENTS TABLE OF CONTENTS .i LIST OF ABBREVIATIONS .v TABLE OF FIGURE. v LIST OF TABLES.

OVERVIEW OF THE PROJECT.1 Reasons for choosing the topic. Research Subjects and Scope. Scientific and Practical Significance of the Thesis. GENERAL INTRODUCTION TO HYDROGEN ENGINES.

History of Development and Research on Hydrogen Fuel. Physical and Chemical Properties of Hydrogen. Hydrogen Production and Storage Technologies. Hydrogen Production Technologies.

Hydrogen Storage Technologies. Hydrogen Transportation Technologies. Trends in Hydrogen Application in the Automotive Industry. Hydrogen Internal Combustion to Gain Momentum.

Fuel Cell Electric Vehicles Focus on Commercial Segments. Existing Research on Hydrogen-Powered Engines. Hydrogen Internal Combustion Engines (H2-ICE). Hydrogen Fuel Cell Vehicles (FCEVs).

THEORETICAL BASIS OF HYDROGEN-POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINES. Operating Principles of Hydrogen-Powered Internal Combustion Engines 25 3. Hydrogen Internal Combustion Engine. Hydrogen Fuel Cell Vehicles (FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle).

Combustion Process and Emission Characteristics of H₂ Fuel. Combustion Process of H₂ Fuel in Internal Combustion Engines. NOx Emissions and Influencing Factors. Solutions to Reduce NOx Emissions.

Factors Affecting Engine Performance. Comparison of Performance and Emissions Between Hydrogen, Gasoline, and Diesel Engines .1 Performance Comparison Between Hydrogen, Gasoline, and Diesel Engines. Emissions Comparison Between Hydrogen, Gasoline, and Diesel Engines. SIMULATION OF HYDROGEN ENGINE USING AVL BOOST SOFTWARE.

AVL BOOST Software. Introduction to AVL BOOST Software. Tools in AVL BOOST Software. Theoretical Basis for Calculations in AVL BOOST Software.

First Law of Thermodynamics. Intake Air Flow Rate. Vibe Two Zone. In Cylinder Heat Transfer.

Heat Transfer at Intake and Exhaust Ports. NOx Formation Model. CO Formation Model. HC Formation Model.

SIMULATION RESULTS AND OBSERVATIONS. Technical Characteristics of the Engine When Using Hydrogen Fuel. Evaluation of Simulation Results Compared to Experimental Results 61 5. Observations on the Technical Performance of the Engine When Using Gasoline-Hydrogen Fuel.

Impact of Gasoline-Hydrogen Fuel on Engine Emissions.74 CHAPTER 6: CONCLUSION AND FUTURE DEVELOPMENT. CONSTRUCTION OF A COMBUSTION PROCESS SIMULATION MODEL USING SOFTWARE. Engine Simulation Modeling. Fuel Setup for Simulation Model.

Running the Simulation and Exporting Results. SUPPLEMENTARY PARAMETERS OF SIMULATION ELEMENTS. Parameters for the Pollutants Model (Emissions). Parameters for the Knock Model.

Parameters of the Plenum Element. Friction Coefficient Values Based on Material and Pipe. CALCULATION OF PARAMETERS RELATED TO VALVES. Multi-Valve Model and Calculation Method for the Scale Factor Coefficient.

Calculation Method for Valve Lift Parameters .119 IV LIST OF ABBREVIATIONS Abbreviation Meaning H₂ Hydrogen H₂O Water H₂-ICE Hydrogen Internal Combustion Engine ICE Internal Combustion Engine FCEV Fuel Cell Electric Vehicle BEV Battery Electric Vehicle AFC Alkaline Fuel Cell PEM Proton Exchange Membrane PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell SOFC Solid Oxide Fuel Cell MOF Metal-Organic Framework BOOST AVL BOOST (Engine Simulation Software) FIRE AVL FIRE (Computational Fluid Dynamics Software) AFR / A/F Air-Fuel Ratio BSFC Brake Specific Fuel Consumption CO Carbon Monoxide CO₂ Carbon Dioxide HC Hydrocarbons NO Nitric Oxide NO₂ Nitrogen Dioxide NOx Nitrogen Oxides PM Particulate Matter rpm Revolutions Per Minute RON Research Octane Number EGR Exhaust Gas Recirculation SCR Selective Catalytic Reduction Abbreviation Meaning V DI Direct Injection PFI Port Fuel Injection TA Activation Temperature GR Ga-zoo Racing (Toyota’s Performance Brand) λ (lambda) Air-Fuel Equivalence Ratio MJ Mega-joule kW Kilowatt N.