Nghiên Cứu Điều Khiển Quá Trình Cháy Động Cơ Cháy Nén Có Kiểm Soát Hoạt Tính Nhiên Liệu (RCCI)

Chuyên khảo phân tích Nghiên ứu điều khiển quá trình háy động ơ háy nén ó kiểm soát hoạt tính nhiên liệu rcci, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hải
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Quá Trình Cháy Động Cơ Cháy Nén Có Kiểm Soát Hoạt Tính Nhiên Liệu (RCCI)
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RCCI
• 1.1. Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm môi trường
• 1.1.1. Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu
• 1.1.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường
• 1.2. Động cơ nén cháy có kiểm soát hoạt tính nhiên liệu (RCCI)
• 1.2.1. Giới thiệu chung
• 1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ RCCI
• 1.2.3. Bố trí vị trí phun nhiên liệu trong động cơ RCCI
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM AVL BOOST
• 2.1. Phần mềm AVL Boost
• 2.1.1. Giới thiệu phần mềm AVL Boost
• 2.1.2. Tính năng cơ bản của phần mềm
• 2.1.3. Ứng dụng của phần mềm
• 2.2. Lý thuyết và giao diện của phần mềm AVL Boost
• 2.2.1. Giao diện người dùng
• 2.2.3. Mô hình cháy
• 2.2.4. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu
• 2.2.5. Mô hình truyền nhiệt
• 2.2.6. Mô hình tính toán các thành phần khí thải động cơ
• 2.3. Xây dựng mô hình trên phần mềm AVL Boost
• 2.3.1. Quy trình chung
• 2.3.2. Lựa chọn các phần tử cần thiết
• 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 3.1. Xây dựng mô hình
• 3.2. Nhập dữ liệu cho các phần tử
• 3.2.1. Phần tử hướng động
• 3.3. Các chú ý mô phỏng
• 3.4. Hiệu chỉnh phần tử và kiểm tra độ tin cậy của mô hình
• 4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG
• 4.1. So sánh kết quả của mô phỏng với nguyên bản và khi chuyển sang chế độ RCCI
• 4.2. Phân tích ảnh hưởng của góc phun
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Động Cơ RCCI Là Gì Tổng Quan Về Điều Khiển Cháy 55

Động cơ RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) là một hướng phát triển mới trong lĩnh vực động cơ đốt trong. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải các chất độc hại. Động cơ RCCI sử dụng ít nhất hai loại nhiên liệu khác nhau và điều khiển quá trình cháy thông qua kiểm soát hoạt tính nhiên liệu, bằng cách điều chỉnh tỉ lệ hòa trộn nhiên liệu. Theo tài liệu, động cơ RCCI có khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải hiện hành mà không cần các thiết bị xử lý khí thải phức tạp. Các cặp nhiên liệu có thể sử dụng bao gồm xăng và diesel, ethanol và biodiesel, hoặc xăng pha thêm phụ gia tăng chỉ số cetane. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng để giải quyết bài toán về năng lượng và môi trường.

1.1. Tìm hiểu về Đốt Cháy Đồng Nhất Nén Phản Ứng RCCI

Đốt cháy đồng nhất nén phản ứng (RCCI) là một phương pháp đốt cháy tiên tiến. Nó sử dụng phối hợp hai loại nhiên liệu có đặc tính khác nhau. Một loại nhiên liệu có hoạt tính cao và một loại có hoạt tính thấp. Mục đích là để tạo ra một hỗn hợp đồng nhất trong buồng đốt trước khi quá trình cháy bắt đầu. Cách tiếp cận này cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình cháy, dẫn đến hiệu suất cao hơn và phát thải thấp hơn. "Động cơ RCCI sử dụng hai nhiên liệu, trong đó việc điều khiển quá trình cháy thông qua điều khiển quá trình phản ứng của nhiên liệu...", tài liệu khẳng định.

1.2. Ưu điểm của Động Cơ Đốt Trong RCCI Giải pháp Giảm Khí Thải

Một trong những ưu điểm lớn nhất của động cơ RCCI là khả năng giảm phát thải NOx và PM (bụi mịn). Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với động cơ diesel truyền thống. Điều này ức chế sự hình thành NOx. Đồng thời, sự hòa trộn tốt hơn của nhiên liệu và không khí giúp giảm lượng PM được tạo ra. Điều này giúp giảm phát thải đáng kể so với các công nghệ động cơ hiện tại.

1.3. Các ứng dụng tiềm năng của Động Cơ RCCI Hướng tới Tương Lai

Động cơ RCCI có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Từ ô tô, xe tải đến các ứng dụng công nghiệp khác. Sự linh hoạt trong việc sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau. Khả năng giảm phát thải và hiệu suất cao. Điều này làm cho RCCI trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho tương lai của động cơ đốt trong.

II. Vấn Đề Thách Thức Nghiên Cứu Động Cơ Đốt Trong RCCI 58

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc nghiên cứu và phát triển động cơ RCCI cũng đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là kiểm soát quá trình cháy trên toàn bộ dải tải và tốc độ của động cơ. Việc tìm ra chiến lược điều khiển tối ưu cho việc phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa và tỉ lệ EGR là rất quan trọng. Sự phức tạp trong việc điều khiển quá trình cháy RCCI đòi hỏi các hệ thống điều khiển tiên tiến và các thuật toán phức tạp. Ngoài ra, cần có những nghiên cứu sâu hơn về đặc tính cháy của các loại nhiên liệu khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải.

2.1. Thách Thức Kiểm Soát Quá Trình Cháy Động Cơ RCCI

Việc kiểm soát quá trình cháy động cơ RCCI là một thách thức không nhỏ. Bởi vì quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Ví dụ, tỉ lệ hòa trộn nhiên liệu, thời điểm phun nhiên liệu, tỉ lệ EGR. Các yếu tố này cần được điều chỉnh một cách chính xác. Để đảm bảo quá trình cháy diễn ra ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động.

2.2. Yêu cầu về Chiến Lược Điều Khiển RCCI tiên tiến và Phức Tạp

Chiến lược điều khiển RCCI đòi hỏi sự phức tạp và tiên tiến. Các hệ thống điều khiển cần có khả năng thu thập dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Xử lý thông tin một cách nhanh chóng. Đưa ra các quyết định điều khiển chính xác. Các thuật toán điều khiển phải được thiết kế sao cho có thể tự động điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ. Mục tiêu là để đáp ứng với các thay đổi trong điều kiện vận hành.

2.3. Nghiên Cứu Sâu Về Nhiên Liệu cho Động Cơ RCCI Bài toán Tối Ưu Hóa

Việc lựa chọn và nghiên cứu nhiên liệu cho động cơ RCCI cũng là một vấn đề quan trọng. Mỗi loại nhiên liệu có các đặc tính cháy khác nhau. Sự kết hợp của các loại nhiên liệu khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và phát thải của động cơ. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu rộng về đặc tính của các loại nhiên liệu khác nhau và tối ưu hóa sự kết hợp của chúng để đạt được hiệu suất cao nhất.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Động Cơ RCCI Hiệu Quả AVL BOOST 59

Để nghiên cứu và phát triển động cơ RCCI, việc sử dụng các công cụ mô phỏng là rất quan trọng. Phần mềm AVL BOOST là một trong những công cụ mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực động cơ đốt trong. AVL BOOST cho phép mô phỏng quá trình cháy, truyền nhiệt, và các quá trình khác diễn ra trong động cơ. Điều này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về hoạt động của động cơ RCCI và đưa ra các giải pháp tối ưu hóa. Việc hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy của mô hình là rất quan trọng để đảm bảo kết quả mô phỏng chính xác.

3.1. Tổng quan về Phần Mềm AVL Boost Giải pháp mô phỏng động cơ

Phần mềm AVL Boost là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng động cơ đốt trong. Nó cho phép người dùng xây dựng các mô hình động cơ phức tạp. Mô phỏng các quá trình diễn ra bên trong động cơ. Phân tích hiệu suất và phát thải. AVL Boost được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và các viện nghiên cứu. Mục đích là để thiết kế và phát triển động cơ hiệu quả hơn.

3.2. Cơ Sở Lý Thuyết Quan Trọng Khi Mô Phỏng trên AVL Boost

Để sử dụng AVL Boost một cách hiệu quả. Cần nắm vững các cơ sở lý thuyết về động cơ đốt trong. Các mô hình cháy, truyền nhiệt, hỗn hợp nhiên liệu. Hiểu rõ các tham số ảnh hưởng đến quá trình mô phỏng. Điều này giúp đưa ra các giả định hợp lý. Giải thích kết quả mô phỏng một cách chính xác.

3.3. Các Bước Xây Dựng Mô Hình Động Cơ RCCI trên AVL Boost

Xây dựng một mô hình động cơ RCCI trên AVL Boost bao gồm nhiều bước. Lựa chọn các phần tử cần thiết, nhập dữ liệu cho các phần tử, lựa chọn chế độ mô phỏng. Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy. Quá trình này đòi hỏi sự cẩn thận và tỉ mỉ. Mục tiêu là để đảm bảo rằng mô hình mô phỏng chính xác hoạt động của động cơ thực tế.

IV. Kết Quả Mô Phỏng Ảnh Hưởng Góc Phun Động Cơ RCCI 60

Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa động cơ chạy nguyên bản và khi chuyển sang chế độ RCCI. Đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm đến đặc tính của động cơ RCCI là rất quan trọng. Các kết quả tính toán mô phỏng quá trình cháy cho thấy mô hình xây dựng có độ tin cậy cao. Kết quả tính toán khi động cơ làm việc ở chế độ RCCI phù hợp với các công trình nghiên cứu trước đây. Điều này khẳng định tính khả thi và tiềm năng của động cơ RCCI.

4.1. So Sánh Hiệu Năng Động Cơ Nguyên Bản So Với Động Cơ RCCI

So sánh hiệu năng giữa động cơ nguyên bản và động cơ RCCI cho thấy những cải thiện đáng kể. Về hiệu suất, phát thải. Động cơ RCCI thường có hiệu suất cao hơn và phát thải thấp hơn so với động cơ nguyên bản. Tuy nhiên, sự khác biệt này phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ví dụ, tỉ lệ hòa trộn nhiên liệu, thời điểm phun nhiên liệu.

4.2. Phân Tích Ảnh Hưởng Góc Phun Sớm Đến Hiệu Suất Động Cơ RCCI

Góc phun sớm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ RCCI. Góc phun quá sớm có thể dẫn đến hiện tượng kích nổ. Góc phun quá muộn có thể làm giảm hiệu suất. Do đó, việc tối ưu hóa góc phun là rất quan trọng. Để đạt được hiệu suất cao nhất và phát thải thấp nhất.

4.3. Đánh Giá Độ Tin Cậy Của Mô Hình Mô Phỏng Động Cơ RCCI

Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng động cơ RCCI là một bước quan trọng. Để đảm bảo rằng kết quả mô phỏng chính xác. Có nhiều phương pháp để đánh giá độ tin cậy. So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm. So sánh kết quả mô phỏng với các nghiên cứu khác.

V. Hướng Phát Triển Ứng Dụng Động Cơ RCCI Thực Tế 52

Nghiên cứu và phát triển động cơ RCCI vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai. Các hướng nghiên cứu có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống điều khiển, mở rộng dải hoạt động của động cơ, và sử dụng các loại nhiên liệu thay thế. Ứng dụng thực tế của động cơ RCCI có thể mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, đặc biệt trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.

5.1. Tối Ưu Hệ Thống Điều Khiển Động Cơ RCCI Nâng cao hiệu suất

Để nâng cao hiệu suất và giảm phát thải của động cơ RCCI. Cần phải tối ưu hóa hệ thống điều khiển. Điều này bao gồm việc phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến. Thu thập và xử lý dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Mục tiêu là để kiểm soát quá trình cháy một cách chính xác. Đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện.

5.2. Mở Rộng Dải Hoạt Động Ứng Dụng Nhiên Liệu Thay Thế RCCI

Mở rộng dải hoạt động của động cơ và sử dụng nhiên liệu thay thế là hai hướng phát triển quan trọng. Giúp động cơ RCCI trở nên linh hoạt hơn và thân thiện với môi trường hơn. Nghiên cứu về các loại nhiên liệu thay thế có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tạo ra các giải pháp năng lượng bền vững hơn.

5.3. Ứng Dụng Thực Tế Động Cơ RCCI Kinh Tế và Môi Trường Bền Vững

Động cơ RCCI có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Từ ô tô, xe tải đến các ứng dụng công nghiệp khác. Đóng góp vào sự phát triển kinh tế và xã hội bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch ngày càng gia tăng và tác động nghiêm trọng đến môi trường, việc nghiên cứu các công nghệ động cơ đốt trong hiệu quả và thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết. Động cơ nén cháy có kiểm soát hoạt tính nhiên liệu (RCCI) là một trong những giải pháp tiên tiến nhằm giảm thiểu phát thải khí độc hại như NOx, PM đồng thời nâng cao hiệu suất nhiên liệu. Nghiên cứu tập trung vào mô hình mô phỏng quá trình cháy động cơ RCCI sử dụng phần mềm AVL Boost, với đối tượng nghiên cứu là động cơ Kubota BD178F có thể tích công tác khoảng 296 cm³, tỉ số nén 17, vận hành tại vòng tua 2400 vòng/phút. Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng mô hình mô phỏng quá trình cháy RCCI, phân tích ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật như tỉ lệ nhiên liệu, thời điểm phun, hình dạng đỉnh piston đến hiệu suất và phát thải của động cơ. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ động cơ sạch, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí và tiêu hao nhiên liệu trong ngành cơ khí động lực tại Việt Nam và trên thế giới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết động cơ RCCI: RCCI sử dụng hai loại nhiên liệu có hoạt tính khác nhau (LRF và HRF) để kiểm soát quá trình cháy, giảm phát thải NOx và PM. Quá trình cháy gồm hai giai đoạn chính: giải phóng nhiệt nhiệt độ thấp (LTHR) và nhiệt độ cao (HTHR).

• Mô hình cháy Vibe hai vùng (2-Zone Vibe Model): Mô hình này chia buồng cháy thành hai vùng với các đặc tính nhiệt động học khác nhau, giúp mô phỏng chính xác quá trình cháy và giải phóng nhiệt trong động cơ RCCI.

• Mô hình truyền nhiệt Woschni 1978: Áp dụng để tính toán truyền nhiệt giữa khí cháy và thành xy lanh, pít tông, nắp xy lanh, dựa trên các thông số vận tốc dòng khí, áp suất và nhiệt độ.

• Mô hình hóa khí thải NOx và PM: Sử dụng mô hình Pattas-Hafner cho NOx dựa trên phản ứng Zeldovich và mô hình Hiroyasu cho khí thải dạng hạt PM, giúp dự đoán chính xác lượng phát thải trong quá trình cháy.

Các khái niệm chính bao gồm: tỉ lệ nhiên liệu (fuel ratio), tỉ số nén (compression ratio), thời điểm phun nhiên liệu (SOI), hình dạng đỉnh piston, và các thành phần khí thải (NOx, PM, CO).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm từ động cơ Kubota BD178F với các thông số kỹ thuật cơ bản: đường kính xy lanh 78 mm, hành trình piston 62 mm, thể tích công tác 296 cm³, tỉ số nén 17, vòng tua 2400 vòng/phút. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng chi tiết từng phần tử cấu thành động cơ trên phần mềm AVL Boost phiên bản 2009, bao gồm các phần tử đường ống, bình ổn áp, xylanh, và các điều kiện biên.

Phân tích dữ liệu dựa trên mô hình cháy Vibe hai vùng, mô hình truyền nhiệt Woschni 1978, và mô hình khí thải NOx, PM. Timeline nghiên cứu kéo dài từ đầu năm 2019 đến tháng 5/2020, bao gồm các bước xây dựng mô hình, nhập dữ liệu, chạy mô phỏng và so sánh kết quả với dữ liệu thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất nhiên liệu và công suất động cơ: Mô hình mô phỏng cho thấy công suất động cơ Kubota BD178F đạt khoảng 4.78 kW tại vòng tua 2400 vòng/phút, với hiệu suất nhiên liệu cải thiện khoảng 16.4% khi áp dụng công nghệ RCCI so với động cơ diesel truyền thống.

2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nhiên liệu LRF/HRF: Khi tỉ lệ nhiên liệu hoạt tính thấp (LRF) tăng lên đến 90%, hiệu suất cháy và giảm phát thải NOx được cải thiện rõ rệt, với mức giảm NOx lên đến gần 100% so với động cơ diesel truyền thống, đồng thời phát thải PM giảm khoảng 40%.

3. Tác động của thời điểm phun nhiên liệu (SOI): Thay đổi thời điểm phun nhiên liệu HRF trong khoảng 15° đến 145° trước điểm chết trên (BTDC) ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tỏa nhiệt và lượng phát thải. SOI sớm hơn giúp giảm phát thải NOx và PM, đồng thời tăng hiệu suất cháy.

4. Ảnh hưởng hình dạng đỉnh piston: Sử dụng đỉnh piston thiết kế đặc biệt giúp tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu, làm tăng hiệu suất cháy khoảng 3%, đồng thời giảm nhiệt độ đỉnh và phát thải khí độc.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình Vibe hai vùng trên phần mềm AVL Boost có độ tin cậy cao khi so sánh với dữ liệu thực nghiệm, thể hiện qua biểu đồ công suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí thải. Việc tăng tỉ lệ nhiên liệu LRF giúp giảm phát thải NOx do giảm nhiệt độ đỉnh trong buồng cháy, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về công nghệ RCCI. Thời điểm phun nhiên liệu HRF ảnh hưởng đến sự hình thành muội than và NOx, do đó cần tối ưu hóa để cân bằng giữa hiệu suất và phát thải.

Hình dạng đỉnh piston đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu và truyền nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ. Các kết quả này khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ RCCI trong các động cơ diesel nhỏ, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỉ lệ nhiên liệu LRF/HRF: Khuyến nghị áp dụng tỉ lệ nhiên liệu LRF từ 80-90% để đạt hiệu suất cao và giảm phát thải NOx, PM trong vòng 6 tháng tới, do các nhà sản xuất động cơ và phòng thí nghiệm thực hiện.

2. Điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu HRF: Thực hiện điều chỉnh SOI trong khoảng 35°-50° BTDC để cân bằng giữa công suất và phát thải, áp dụng trong giai đoạn thử nghiệm động cơ thực tế.

3. Thiết kế đỉnh piston phù hợp: Phát triển và thử nghiệm các mẫu đỉnh piston có diện tích tiếp xúc lớn hơn, nhằm cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu và truyền nhiệt, dự kiến hoàn thành trong 12 tháng.

4. Ứng dụng phần mềm mô phỏng AVL Boost: Khuyến khích các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp sử dụng phần mềm AVL Boost để mô phỏng và tối ưu hóa các thông số động cơ RCCI trước khi triển khai thực tế, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ khí động lực: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ RCCI và mô hình mô phỏng động cơ, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu và luận văn.

2. Doanh nghiệp sản xuất động cơ và ô tô: Tham khảo để áp dụng công nghệ RCCI vào thiết kế động cơ mới, nâng cao hiệu suất và giảm phát thải, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích phát triển công nghệ động cơ sạch, giảm thiểu ô nhiễm không khí.

4. Các trung tâm đào tạo và phát triển công nghệ: Áp dụng mô hình mô phỏng và phương pháp nghiên cứu để đào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên về công nghệ động cơ tiên tiến.

Câu hỏi thường gặp

1. RCCI là gì và có ưu điểm gì so với động cơ diesel truyền thống?
   RCCI là công nghệ động cơ nén cháy kiểm soát hoạt tính nhiên liệu, sử dụng hai loại nhiên liệu có hoạt tính khác nhau để kiểm soát quá trình cháy. Ưu điểm là giảm phát thải NOx và PM đáng kể, đồng thời nâng cao hiệu suất nhiên liệu.

2. Phần mềm AVL Boost được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   AVL Boost là phần mềm mô phỏng động cơ đốt trong, cho phép xây dựng mô hình chi tiết các phần tử động cơ, mô phỏng quá trình cháy, truyền nhiệt và phát thải khí thải, giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành động cơ.

3. Tỉ lệ nhiên liệu LRF/HRF ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất và phát thải?
   Tỉ lệ nhiên liệu LRF cao giúp giảm nhiệt độ đỉnh, từ đó giảm phát thải NOx và PM. Tuy nhiên, cần cân bằng để đảm bảo hiệu suất cháy và công suất động cơ.

4. Thời điểm phun nhiên liệu HRF có vai trò gì trong quá trình cháy?
   Thời điểm phun ảnh hưởng đến sự hòa trộn nhiên liệu và quá trình cháy, điều chỉnh SOI giúp kiểm soát phát thải và tối ưu hiệu suất động cơ.

5. Hình dạng đỉnh piston ảnh hưởng như thế nào đến quá trình cháy?
   Hình dạng đỉnh piston ảnh hưởng đến sự phân bố nhiên liệu và truyền nhiệt trong buồng cháy, từ đó tác động đến hiệu suất cháy và lượng phát thải khí độc hại.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng quá trình cháy động cơ RCCI trên phần mềm AVL Boost với độ tin cậy cao so với dữ liệu thực nghiệm.
• Phân tích chi tiết ảnh hưởng của tỉ lệ nhiên liệu, thời điểm phun và hình dạng đỉnh piston đến hiệu suất và phát thải động cơ.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa vận hành động cơ RCCI nhằm giảm phát thải NOx, PM và tiết kiệm nhiên liệu.
• Mô hình và kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong thiết kế và phát triển động cơ sạch tại Việt Nam.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng với các loại nhiên liệu thay thế và điều kiện vận hành khác nhau để hoàn thiện công nghệ RCCI.

Áp dụng mô hình vào thử nghiệm thực tế, đồng thời phát triển các công nghệ hỗ trợ như hệ thống phun nhiên liệu và điều khiển khí thải. Đề nghị các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ RCCI trong sản xuất động cơ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu điều khiển quá trình cháy động cơ cháy nén có kiểm soát hoạt tính nhiên liệu (RCCI) NGUYỄN THANH HẢI haint.com Ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS Trn Quang Vinh Ch ký ca GVHD Viện: K thung lc HÀ NỘI, 06/2020 17061132020481000000   VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP   Khóa: 2017B  Giáo viên :  1. Tên đề tài tốt nghiệp:  . Các số liệu ban đầu:                 BD178F(E). Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:    -Boost   .

Số lƣợng và tên các bản vẽ (kích thƣớc Ao)                 . Ngày giao làm Luận văn tốt nghiệp: 6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30/05/2020 Hà Nội, ngày. năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS Trần Quang Vinh Lời cảm ơn Tôi xin chân thành c   i hc Bách khoa Hà Ni, Phòng o, Vi  khí ng lc và B          thc hin lun án ti hc Bách khoa Hà Ni.

Xin c  to và Ving lc v s h tr  trong sut quá trình tôi làm lun án. Tôi xin chân thành c  y Trn Quang Vinh  ng dn tôi ht sc t    mt chuyên môn. C  y, cô B môn và Phòng thí nghit trong - i hc Bách khoa Hà Ni luôn   tôi có th thc hin và hoàn thành lun án này. Tôi xin bày t lòng bin các thy phn bin, các thy trong hng  lun  c duyt và góp ý các ý ki tôi có th hoàn chnh lun  ng nghiên c Tóm tắt nội dung luận văn Lun  c tình hình nghiên cu, s dng  cháy nén có kim soát hot tính nhiên liu (RCCI - Reactivity Controlled Compression Ignition).

 ng mô hình mô phng      n bng phn m i ng nghiên cu là  - t xylanh, bn k     làm vic theo        nguyên bn cn phi ci tin h thng cung cp nhiên liu, v nhiên ling np và phun diesel trc tip vào bu. Lu   c mt s   rng vùng làm vic ci thm phun nhiên li hình dnh piston. Kt qu tính toán mô phng quá trình cháy cho thy mô hình ng có  tin cy cao, kt qu tính toán làm vic  ch  RCCI phù hp vi các các công trình nghiên c . Học viên thực hiện Nguyễn Thanh Hải Mục lục CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RCCI .1 V tiêu th nhiên liu và ô nhing .1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu .2 Vấn đề ô nhiễm môi trường .2 m soát hot tính nhiên liu (RCCI) .1 Giới thiệu chung .2 Nguyên lý làm việc của động cơ RCCI .3 Quá trình giải phóng nhiệt của động cơ RCCI .4 Sử dụng nhiêu liệu trong động cơ RCCI .5 Tỉ lệ nhiên liệu .6 Phương pháp phun nhiên liệu .7 Tỉ số nén .8 Hình dạng đỉnh piston. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM AVL BOOST .1 Phn mm AVL Boost .1 Giới thiệu phần mềm AVL Boost .2 Tính năng cơ bản của phần mềm .3 Ứng dụng của phần mềm AVL Boost .2  lý thuyt và giao din ca phn mm AVL Boost .1 Giao diện người dùng.3 Mô hình cháy .4 Mô hình hỗn hợp nhiên liệu .5 Mô hình truyền nhiệt .6 Mô hình tính toán các thành phần khí thải động cơ .3 c xây dng mô hình trên phn mm AVL Boost .1 Quy trình chung .2 Lựa chọn các phần tử cần thiết. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG .1 Xây dng mô hình .2 Nhp d liu cho các phn t .1 Phn t ng ng .3 Các ch  mô phng .4 Hiu ch tin cy ca mô hình. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG .1 So sánh kt qu cy nguyên bn và khi chuyn sang ch  RCCI.2 ng ca góc phun sc tính c 51 4.

59 NG PHÁT TRIN C TÀI. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 60 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ng các cht khí trong khí x . 2 ng phát trin c .3 B trí v trí phun nhiên li.

7 c mui và phân b bên trong bung cháy .6 Bi t l gii phóng nhit [3].6 T ta nhit và giá tr nh ca nhit ti thm bu phun [3].7 Nhing gii phóng vi các góc phun khác nhau [3] .1 Ca s khng ca phn mm AVL Boost .2 Ca s giao din chính ca phn mm .3 Cân bng trong xylanh [5] .4 Giao din các thông s u chu .5 Giao din mô t s thit lp mô hình hn hp nhiên liu .1 Hình nh b  nghim .2 Mô hình cháy c .3 Khai báo d liu chung cho phn t ng ng .4 Khai báo d liu chung cho phn t  .5 Khai báo d liu chung cho phn t bình n áp .6 Khai báo các thông s ca nhiên liu thay th cho phn t vòi phun I1. 43  th so sánh momen, công sut gia mô phng và thc t. 44  th so sánh sut tiêu hao nhiên liu gia mô phng và thc t. 44  th so sánh phát thi CO, NO x gia mô phng và thc t.

45  th so sánh phát thi PM gia mô phng và thc t. 45  th so sánh din bin nhi trong bung cháy ti momen 2Nm. 47  th so sánh din bin nhi trong bung cháy ti momen 6Nm. 47  th so sánh din bin nhi trong bung cháy ti momen 10Nm 48 Hình 4.4 Công sut và sut tiêu hao nhiên liu cng .

48 ng phát thi NOx. 49 ng phát thi PM. 50 ng phát thi CO.8 Din bin nhi bên trong bung cháy ti 2Nm .9 Din bin nhi bên trong bung cháy ti 6Nm .10 Din bin nhi bên trong bung cháy ti 10Nm .11 Din bin áp sut bên trong bung cháy ti momen là 2Nm .12 Din bin áp sut bên trong bung cháy ti momen là 6Nm .13 Din bin áp sut bên trong bung cháy ti momen là 10Nm .14 Sut tiêu hao nhiên liu và phát thi PM c    i momen là 2Nm .15 Sut tiêu hao nhiên liu và phát thi PM c    i momen là 6Nm .16 Sut tiêu hao nhiên liu và phát thi PM c    i momen là 10Nm .17 Phát thi CO và NO x ci momen 2Nm .18 Phát thi CO và NO x ci momen 6Nm .19 Phát thi CO và NO x ci momen 10Nm. 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bc tính ca nhiên liu ph gia nâng ch s cetan .2 ng ca các thông s i t l LRF .1 Các bing và cha các bing.2 Các bing và chng trên mô hình .3 Các phn ng hình thành Nox trong khí x .2 Chi tit các thông s nhp cho phn t ng ng trên mô hình .3 Chi tit các thông s nhp cho phn t  .4 Chi tit các thông s nhp cho phn t bình n áp trên mô hình .5 Nhp thông s cho xylanh .6 Th hin các thông s  nâng xupap np theo góc quay trc khuu .7 Th hin các thông s  nâng xupap thi theo góc quay trc khuu.

42 DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT CCS Combined Combustion System (H thng cháy kt hp) RCCI Reactivity Controlled Compression Ignition (Nén cháy kim soát hot tính nhiên liu) LTC Low Teamperature Combustion (Cháy nhi thp) PFI Port Fuel Injector (Phun  ca np) LRF Low Reactivity Fuel (Nhiên liu hot tính thp) HRF High Reactivity Fuel (Nhiên liu hot tính cao) LTHR Low Temperature Heat Release (T ta nhit  nhi thp) HTHR High Temperature Heat Release (T ta nhit  nhi cao) CA Crank Angle (Góc quay trc khuu) SCR Selective Catalytic Reduction  ATDC After Top Dead Center  BTDC Before Top Dead Center  CDC Conventional Diesel Combustion (Bung cháy diesel truyn thng) NG Natural Gas (Khí thiên nhiên) PM Particualte Matter (Khí thi dng ht) EGR Exhaust Gas Recirculation (Luân hi khí thi) IMEP Indicated Mean Effective Pressure (Áp sut ch th trung bình) UHC Unburned Hydrocacbon  CTCT Chu trình công tác  t trong  m cht trên CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RCCI 1.1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm môi trƣờng 1.1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu Nhiên liu hóa thch cn kit và mc phát thi t   n giao thông chim t trng lt trong hii cn có hiu sut nhit   ng phát thi các cht gây ô nhim không khí t itrogen oxides (NO x), ht b hóng (PM), carbon monoxide (CO), hydrocacbon (HC), carbon dioxide (CO 2chim khong 45- 55% tng phát thi toàn cu. Hàng nm, toàn th gii thi 37 t tn CO2, t ph vào khí thi nhà kính, gây mt mi lo ngi ln v bii khí hu toàn cu. V ô nhim không khí ng nghiêm trng sng, sc khi và sinh v, hu ht các quc gia trên th giu có nhng bin pháp gii hn nghiêm ngt v mc phát thi cn giao thông.

Mt khác, tính chung mi ngày trên th gii tiêu th khong 86 triu thùng d         t trong. V  ng trên, các nghiên cu phát tri  m c ng    diesel có mt sc quan trng, bi l ch cn mt ci thin hiu sut nh i s i mng rt ln ti kinh t ng. Mc dù có mt s m hn ch v hiu sut s d ng và phát th  dng nhiên liu hóa thch vn còn khá ph bi  nhi xut thay th t trong bng các ngung lc có hiu sut s d ng mt trc tp, chi phí cao, khó áp dng vào thc t nên hin ch dng  m tic nghiên cu và hoàn thin thêm. Các loi xe hybrid hom khi áp dng cho các n nh t bt li khi áp dn có ti trng li tính bn b và khong cách di chuyn dài.

Mt khác, hiu sut ca các ng th n các tht thoát khác trong quá trình sn xu   a, mt mát trong quá trìn       mc dù hiu sut s dng c  là nhng hn ch rt ln khi áp dn vào thc t. Xét chung li, vi chi phí hp lý, bn b, tin li cùng vi vic s dng nhiên liu ph bin, d dàng tìm thy h m t trong v        thay th      n.