Luận văn ThS: Nghiên cứu động cơ HCCI trên băng thử - Phạm Vũ Nam (ĐH BKHN)

Luận văn thạc sĩ Luận văn: Nghiên cứu thực nghiệm động cơ HCCI với cơ sở khoa học chặt chẽ, đóng góp giá trị cho chuyên ngành trong nghiên cứu

• Tác giả: Phạm Vũ Nam
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm động cơ chạy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) trên báng chạy n-heptan
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về động cơ HCCI

Động cơ HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) là một công nghệ đốt trong hiện đại kết hợp ưu điểm của động cơ xăng và động cơ diesel. Luận văn nghiên cứu thực nghiệm động cơ HCCI tập trung vào việc chuyển đổi động cơ diesel sang hoạt động theo nguyên lý chảy do nén hỗn hợp đồng nhất. Công nghệ này mang lại hiệu suất nhiên liệu cao, giảm khí thải độc hại và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Anh Tuấn. Mục tiêu chính là tối ưu hóa quá trình đốt chảy hỗn hợp để đạt hiệu suất tốt nhất với mức phát thải thấp.

1.1. Nguyên lý hoạt động HCCI

HCCI hoạt động dựa trên nguyên lý chảy do nén hỗn hợp đồng nhất, nơi hỗn hợp không khí-nhiên liệu được nén đến nhiệt độ cao làm kích động quá trình cháy. Khác với động cơ xăng truyền thống, HCCI không sử dụng đốc cắn mà dựa vào tự cháy có điều khiển. Điều này cho phép giảm tỷ lệ NOx và khí thải các chất ô nhiễm khác đáng kể.

1.2. Ý nghĩa nghiên cứu

Nghiên cứu động cơ HCCI với n-heptan có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ động cơ sạch. Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm về các thông số chỉ thị và hệ số dư lượng không khí, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế động cơ tiết kiệm năng lượng.

II. Cơ sở lý thuyết HCCI

Cơ sở lý thuyết HCCI liên quan đến quá trình hình thành hỗn hợp đồng nhất và quá trình đốt chảy hỗn hợp. Sự nén không khí-nhiên liệu tạo điều kiện tối ưu cho tự cháy có điều khiển xảy ra. Các thông số đặc trưng như tốc độ tỏa nhiệt trong xy lanh, thời điểm bắt đầu cháy được xác định thông qua phân tích nhiệt động lực. Luận văn tập trung vào việc xác định chính xác điểm chết dưới và điểm chết trên của quá trình cháy. Hiểu rõ các thông số chỉ thị của động cơ như công suất, mô-men xoắn, tiêu hao nhiên liệu là cần thiết để đánh giá hiệu suất động cơ HCCI.

2.1. Hình thành hỗn hợp đồng nhất

Hỗn hợp đồng nhất được hình thành thông qua quá trình nạp không khí và phun n-heptan vào đường nạp. Hệ thống phun thông minh nhiều giai đoạn đảm bảo hỗn hợp được hòa trộn cao. Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu được điều chỉnh để đạt điều kiện tối ưu cho chảy do nén hỗn hợp đồng nhất.

2.2. Quá trình đốt chảy

Quá trình đốt chảy trong HCCI bao gồm phun muộn để hình thành hỗn hợp và tự cháy nhờ nén cao. Tốc độ tỏa nhiệt được kiểm soát nhằm giảm khí thải NOx. Nghiên cứu thực nghiệm cung cấp dữ liệu về các thông số có ích và chỉ thị động cơ để tối ưu hóa quá trình này.

III. Thiết kế và chuẩn bị thử nghiệm

Thiết kế chuyển đổi động cơ diesel sang HCCI là bước quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm. Luận văn trình bày các phương án chuyển đổi và lựa chọn n-heptan làm nhiên liệu thử nghiệm vì các đặc tính lý hóa học phù hợp. Hệ thống cung cấp n-heptan được thiết kế để phun vào đường nạp với độ chính xác cao. Bộ sấy nóng không khí nạp được lựa chọn để đảm bảo điều kiện nhiệt độ thích hợp cho quá trình chảy do nén hỗn hợp đồng nhất. Thiết kế này giúp kiểm soát nhanh nhiệt độ khi nạp và hệ số dư lượng không khí hiệu quả.

3.1. Phương án chuyển đổi động cơ

Chuyển đổi động cơ diesel sang HCCI yêu cầu thay đổi hệ thống phun, điều khiển nạp xả và hệ thống đốt. N-heptan được chọn vì có tự cháy có điều khiển tốt. Hệ thống cung cấp n-heptan được thiết kế phun trực tiếp hoặc phun ngoài tùy theo chiến lược tối ưu.

3.2. Lựa chọn thiết bị sơ cấp

Bộ sấy nóng không khí nạp là thiết bị quan trọng để kiểm soát nhiệt độ và hệ số dư lượng không khí. Thiết kế sơ đồ bố trí thử nghiệm tối ưu cho phép đo chính xác các thông số chỉ thị động cơ và phát thải trong quá trình chảy do nén hỗn hợp đồng nhất.

IV. Kết quả thử nghiệm và ứng dụng

Kết quả thử nghiệm động cơ HCCI trình bày dữ liệu chi tiết về đặc tính cháy, hệ số dư lượng không khí, thời điểm bắt đầu cháy và các thông số có ích như công suất, mô-men xoắn, tiêu hao nhiên liệu. Phát thải của động cơ HCCI cho thấy sự giảm đáng kể khí NOx so với động cơ diesel truyền thống. Luận văn phân tích tốc độ tỏa nhiệt, điểm chết dưới và điểm chết trên của quá trình cháy. Những kết quả này hỗ trợ phát triển động cơ HCCI thương mại trong tương lai, đóng góp cho công nghệ động cơ sạch và tiết kiệm năn lượng.

4.1. Đặc tính cháy và hiệu suất

Đặc tính cháy HCCI cho thấy quá trình đốt chảy hỗn hợp được kiểm soát tốt với tốc độ tỏa nhiệt ổn định. Hệ số dư lượng không khí ảnh hưởng lớn đến thời điểm bắt đầu cháy và các thông số chỉ thị động cơ. Hiệu suất HCCI vượt trội so với động cơ diesel trong điều kiện tối ưu.

4.2. Ứng dụng và hướng phát triển

Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm cho phát triển động cơ HCCI thương mại. Công nghệ chảy do nén hỗn hợp đồng nhất với n-heptan có tiềm năng lớn trong tối ưu hóa phát thải và tiết kiệm nhiên liệu. Hướng phát triển tiếp theo tập trung vào điều khiển quá trình cháy và tối ưu hệ thống phun.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAT HOC BACH KHOA HA NOT WYN QA KVHI PHẠM VŨ NAM OO LYNHI AN NGHIÊN CỨU THỤC NGIIE) I DONG CO CIIAY DO NEN HON HOP DONG N (ACCT TREN BANG Trad ONT ONO I LUAN VAN THAC ST KHOA HOC KY THUAT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC a 5 10g YOHA Ila Noi — 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOI PHAM VU NAM NGHIÊN CỨU THỰC NGHIÊM ĐỌNG CƠ CHAY DO NEN HON IIQP DONG NIIAT ICCD TREN BANG TIIV Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực TUẬN VĂN THAC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KIIÍ ĐỘNG LUC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ?G8.15, LỄ ANH TUẦN Hà Nội — 2017 LOT CAM ON Luận văn nảy là kết quá của quá trình học tập trong suốt hai năm tại trường Đại học Bách khoa Hà nội và quả trình làm hiện văn của bản thân tại Viên Cơ khí dộng lực. Lời đầu tiên, em xin gửi lời căm on chân thành đến PGS. Lẻ Anh Tuần — Viện trưởng Việu Cư khi Động lực đã tận tình giảng đạy và hướng dẫn cm hoàn thành ban luận văn này, Đông thời, em cũng xin gửi lời căm ơn đến PGS. Nguyễn Thị Thu Ihteng, đã nhiệt tình giúp đỡ và chỉ bảo thêm về kiến thức chuyên ngành trong, suối.

quá trình nghiên cứu dé tai nay. lâm cũng xin cắm ơn các thầy cô đã giảng day lớp cao học khóa 201513, đặc tiệt là các thây cô trong bộ mỗn Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã lận tình dạy dỗ, lao điều kiện thuận lợi cho em trơng suốt thời gian học lập lại trường. Em cũng gửi di cam on đền gia đình, bạn bè đã bên cạnh em, động viên, giúp en viol qua moi khó khăn để hoàn thành dược để tài này Mặc dù đã rất nỗ lực cổ gang, nhưng chắc chẩn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đông góp, bỏ sung của thầy cô vả bạn bè 11à Nội, tháng 09 năm 2017 Học viên.

Thạm Vũ Nan LOTCAM BROAN ‘Téi xin cam doan day là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm nghiên cửu, được sự thưởng dẫn khoa học của PGS.TS Tê Anh Tuấn và PGS.TS Nguyễn Thị Thủ Hương. Các kết quả nghiên cứu dược trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và tính ứng đụng cao. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã duợc đồng ý, tự nguyện. Các thông tin trịch đẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ nghiên cứu của minh. Hà Nội, ngày 20 thúng 9 năm 2016 Người hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Lê Anh Trân Phạm Vũ Nam tạ Am Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu Hoạt động chảy triệt dễ ATAC Hoạt động sảy nóng cho buồng cháy CA Goe quay trục khuýu CAL Tự cháy có điều khiến cL Động cơ diesel Tến đốt cháy hỗn hợp nạp đẳng nhất BCD Điểm chết dưới ĐCĐT Đông cơ đốt trong ĐCT Điểm chết trên EGR Tuân hổi khi xã ATM Kiểm soát nhanh nhiệt độ khi nạp CCT PFT Chảy do nén hỗn hợp đồng nhất, hình thành hỗn hợp bên ngoài TICCT Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCT-DI Chay do nén hồn hợp dông nhất, phụn trực tiếp AICLI Phun muộn hinh thành hỗn hợp nạp đồng nhất HiMIcs Hệ thông phụn thông mình nhiều giai đoạn hỗn hợp đồng nhất IIFLI Phun muén hin hop được hòa trộn cao Ive Đông van nap MK Điều biến động hực học LOTCAM BROAN ‘Téi xin cam doan day là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm nghiên cửu, được sự thưởng dẫn khoa học của PGS.TS Tê Anh Tuấn và PGS.TS Nguyễn Thị Thủ Hương. Các kết quả nghiên cứu dược trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và tính ứng đụng cao. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã duợc đồng ý, tự nguyện.

Các thông tin trịch đẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ nghiên cứu của minh. Hà Nội, ngày 20 thúng 9 năm 2016 Người hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Lê Anh Trân Phạm Vũ Nam tạ 2. Cơ sở lý thuyết về quả trình HCCT.

Sự hình thành hẳn hợp đồng nhất.2 Đốt chảy hốn hợp. Các thông số đặc trưng của quá trình chảy 31 2. Tốc độ tỏa nhiệt trong xy lanh động cơ. Xáo định thời điểm bắt đâu cháy - 33 2.

Các thông số chỉ thị của động cơ. Kết luận chương 2 38 Chuong 3. TLHET KE CAL TIN DONG CG DUISLL SANG SỬ DỤNG NHIÊN LIBUN-HEPTAN HOAT DONG THEO NGUYEN LY CHAY DO NEN HON HOP ĐÔNG NHẬT.1 Các phương án chuyển đối động co dissel sang déng co HCCI - 39 3.2 Đặc tính của nhiên liệu n-heplan.3 Thiết kẻ hệ thẳng cưng cấp n-heptan vào đường nạp - - Al 3.4 Lựa chọn bộ sấy nóng khỏng khí nạp.5 Kết luận chương 3 - - 47 Chương4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.1 Động cơ thử nghiệm - - 48 4.2 Nhiên liệu thủ nghiệm.3 Sơ đỗ bố trí thử nghiệm và các trang thiết bị chính 50 4.

Sơ đỏ bê trí thử nghiệm.2, Trang thiết bị thử nghiệm - 31 4.4 Chế độ chạy thử nghiệm .5 Kết quả thử nghiệm và thão luận. Đặc tính cháy của dong co HCCI.2, Hệ số dư lượng không khí và thời điểm bắt đân cháy 64 4. Các thông số có ich và chỉ thị của động cơ HCCL.4, Phát thải của động cơ HCCT 66 KỨT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG FIIẢT 'TRIỂN.-- nD TAILIBU THAM KHÁO. PHL LUCL PAU TAC 2 LOTCAM BROAN ‘Téi xin cam doan day là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm nghiên cửu, được sự thưởng dẫn khoa học của PGS.TS Tê Anh Tuấn và PGS.TS Nguyễn Thị Thủ Hương.

Các kết quả nghiên cứu dược trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và tính ứng đụng cao. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã duợc đồng ý, tự nguyện. Các thông tin trịch đẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ nghiên cứu của minh.

Hà Nội, ngày 20 thúng 9 năm 2016 Người hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Lê Anh Trân Phạm Vũ Nam tạ MULDIC Cháy nén hỗn hợp được hình thành nhiều giai doan NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu NVO D6 tring diệp van âm TŒGŒT Chay do nén hỗn hợp hình thành từ trước PCL Cháy do nén hỗn hợp đã hòa trộn PREDIC Chay do nén hỗn hop nghéo hình thành từ trước Động cơ xăng. SÓT Thời điểm chảy ‡sn Ty sé nén UNIBUS Hệ thông cháy đồng nhất vùng lớn TIệ số đư lượng không khi Am Tỷ lệ không khí trên nhiên liệu Hoạt động chảy triệt dễ ATAC Hoạt động sảy nóng cho buồng cháy CA Goe quay trục khuýu CAL Tự cháy có điều khiến cL Động cơ diesel Tến đốt cháy hỗn hợp nạp đẳng nhất BCD Điểm chết dưới ĐCĐT Đông cơ đốt trong ĐCT Điểm chết trên EGR Tuân hổi khi xã ATM Kiểm soát nhanh nhiệt độ khi nạp CCT PFT Chảy do nén hỗn hợp đồng nhất, hình thành hỗn hợp bên ngoài TICCT Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCT-DI Chay do nén hồn hợp dông nhất, phụn trực tiếp AICLI Phun muộn hinh thành hỗn hợp nạp đồng nhất HiMIcs Hệ thông phụn thông mình nhiều giai đoạn hỗn hợp đồng nhất IIFLI Phun muén hin hop được hòa trộn cao Ive Đông van nap MK Điều biến động hực học MULDIC Cháy nén hỗn hợp được hình thành nhiều giai doan NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu NVO D6 tring diệp van âm TŒGŒT Chay do nén hỗn hợp hình thành từ trước PCL Cháy do nén hỗn hợp đã hòa trộn PREDIC Chay do nén hỗn hop nghéo hình thành từ trước Động cơ xăng. SÓT Thời điểm chảy ‡sn Ty sé nén UNIBUS Hệ thông cháy đồng nhất vùng lớn TIệ số đư lượng không khi MULDIC Cháy nén hỗn hợp được hình thành nhiều giai doan NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu NVO D6 tring diệp van âm TŒGŒT Chay do nén hỗn hợp hình thành từ trước PCL Cháy do nén hỗn hợp đã hòa trộn PREDIC Chay do nén hỗn hop nghéo hình thành từ trước Động cơ xăng. SÓT Thời điểm chảy ‡sn Ty sé nén UNIBUS Hệ thông cháy đồng nhất vùng lớn TIệ số đư lượng không khi MUC LUC LOI CAM ON 1 LOI CAM BOAN.

XE H gu ggberrưec keeeeirreoi DANH MỤC KÝ HIỆU, TRUẬT NGỮ VIẾT TẮT. 6 DANIL MUC CÁC BẰNG HIỂU,.àà 290011221 xeccee Keeeseseooaf DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8 MO DAU. TONG QUAN weccccsssssssssseessseees un sssssssssnsssseeeseeeesiiiamusanrsssneaneeed 3 1.1 Khái niệm chung .2 Những ưu điểm nổi bậi của công nghệ HCƠI: - - 16 1.3 Tang quan về các nghiên cứu thiết lập quá trình cháy IRCCT trên động cơ điesel 16 1.1, Phương pháp hình thành hỗn hợp cháy LICCL.2, Điều khiển lượng khí sỏi trong xylan.3, Diêu khiển hiệu suất nén.4, Điều khiển lÿ số nén 7 - 23 1. Diễu khiển tý lệ luân hồi khí thải.

- - 23 1,3,6, Điều khiển nhiệt dộ khi nạp.4 Kết luận chương | - - 24 Chương2.1 Dặc điểm vẻ quá trình cháy TICCI. - - 25 MULDIC Cháy nén hỗn hợp được hình thành nhiều giai doan NADI Thu hẹp góc phun nhiên liệu NVO D6 tring diệp van âm TŒGŒT Chay do nén hỗn hợp hình thành từ trước PCL Cháy do nén hỗn hợp đã hòa trộn PREDIC Chay do nén hỗn hop nghéo hình thành từ trước Động cơ xăng. SÓT Thời điểm chảy ‡sn Ty sé nén UNIBUS Hệ thông cháy đồng nhất vùng lớn TIệ số đư lượng không khi DANI MUC CAC BANG BLEU Bang 4 1 Các thông số cơ bản của động cơ thí nghiệm 48 Bang 4, 2 Tính chất của nhiên liệu n-heptan. dd ĐANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 1 Đặc điểm quá trình cháy của động cơ đicsel, xăng và động co HOCT Hình 1 2 Cầu tạo ngoài của động cơ HCCTL.

Tlinh 1 3 Phương án đề đạt được quá trinh chay IICCT Hinh 1 4L 8o đỗ điều khiển thời điểm chảy Uinb1 Š Các phương pháp hình thành hỗn hợp trên động cơ 1ICCL. Hinh 2 1 Vùng làm việc của động cơ HCCT [4] Hith 2 2 Ảnh hưởng của phưn muộn đến tốc độ tỏa nhiệt [17]. THỉnh 23 Dặc tỉnh toả nhiệt của quá trình chảy trên cáo loại động cơ [14] Hinh 2 4 Téc dé téa nhiệt trong xylanh theo góc quay trục khuậu Hình 2 3 Đạo hảm tốc dộ tôa nhiệt trong xyÌanh theo góc quay trục khuẩn. 6 Phương pháp cô lập các điểm cực đại của đạo hảm tốc độ tóa nhiệt trong, xy lạnh theo góc quay Irục khuỷu.

- 35 Hình 2, 7 Những hạn chẻ của động cơ HCC1.