I. Tổng quan
Nghiên cứu mô phỏng cháy động cơ xăng nhỏ tại HCMUTE tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm từ động cơ xăng cỡ nhỏ. Động cơ này thường sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống đánh lửa truyền thống, dẫn đến hiệu quả sử dụng nhiên liệu không cao và phát thải ô nhiễm lớn. Việc chuyển đổi sang hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được xem là một giải pháp khả thi. Mô hình mô phỏng động cơ Huahie 5,5Hp được xây dựng trên phần mềm Boost của AVL, cho phép rút ngắn thời gian khảo sát và định hướng cho quá trình chuyển đổi động cơ. Kết quả cho thấy góc đánh lửa sớm tối ưu là khoảng 16 độ trước điểm chết trên, đảm bảo công suất và mô men động cơ đạt giá trị tối đa.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Động cơ xăng cỡ nhỏ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp Việt Nam, nhưng hiệu suất nhiên liệu và phát thải ô nhiễm vẫn là vấn đề lớn. Việc nghiên cứu chuyển đổi động cơ từ bộ chế hòa khí sang hệ thống phun xăng EFI không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm. Sự phổ biến của công nghệ phun xăng điện tử trên xe máy hiện đại mở ra cơ hội ứng dụng cho động cơ xăng cỡ nhỏ, nhằm cải thiện hiệu suất và giảm phát thải.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu là mô phỏng quá trình cháy của động cơ xăng cỡ nhỏ, từ đó xác định các thông số tối ưu cho quá trình chuyển đổi sang hệ thống phun xăng EFI. Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành đến hiệu suất động cơ và nồng độ ô nhiễm trong khí thải. Việc này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
II. Cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu mô phỏng cháy động cơ xăng nhỏ dựa trên các lý thuyết về mô hình hóa quá trình cháy và truyền nhiệt. Mô hình hóa giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý xảy ra trong động cơ, từ đó tối ưu hóa thiết kế và quy trình vận hành. Các mô hình cháy được phân loại thành mô hình một vùng, hai vùng và nhiều vùng, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Mô hình hai vùng thường được sử dụng để dự đoán áp suất trong xylanh, cho phép phân tích sâu hơn về quá trình cháy và phát thải. Việc áp dụng phần mềm Boost-AVL trong mô phỏng giúp giảm thiểu thời gian và chi phí nghiên cứu.
2.1. Mô hình cháy
Mô hình cháy trong động cơ xăng được chia thành nhiều loại, trong đó mô hình hai vùng cho phép phân tích sâu hơn về quá trình cháy. Mô hình này giả định rằng có hai vùng trong xylanh: vùng cháy và vùng không cháy. Việc phân tích này giúp xác định tỷ lệ khối lượng cháy và áp suất trong xylanh, từ đó tối ưu hóa các thông số vận hành như góc đánh lửa sớm.
2.2. Quá trình truyền nhiệt
Quá trình truyền nhiệt trong động cơ xăng có vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và phát thải. Nhiệt độ trong buồng cháy ảnh hưởng đến quá trình cháy và hình thành phát thải. Việc mô phỏng quá trình truyền nhiệt giúp hiểu rõ hơn về cách thức nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến.
III. Nghiên cứu mô phỏng quá trình cháy
Nghiên cứu mô phỏng quá trình cháy của động cơ Huahie 5,5 HP cho thấy sự cần thiết phải tối ưu hóa góc đánh lửa sớm để đạt được hiệu suất tối đa. Kết quả mô phỏng cho thấy góc đánh lửa sớm tối ưu là khoảng 16 độ trước điểm chết trên, đảm bảo công suất và mô men động cơ đạt giá trị tối đa. Việc so sánh kết quả mô phỏng với thông số của nhà sản xuất cho thấy tính chính xác của mô hình. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cần đánh giá thêm ảnh hưởng của các thông số vận hành đến nồng độ ô nhiễm trong khí thải.
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng động cơ Huahie 5,5 HP được xây dựng trên phần mềm Boost của AVL, cho phép mô phỏng các quá trình cháy và truyền nhiệt trong động cơ. Mô hình này giúp rút ngắn thời gian khảo sát và định hướng cho quá trình chuyển đổi động cơ. Các thông số như góc đánh lửa sớm, tốc độ động cơ và tỷ lệ không khí/nhiên liệu được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất.
3.2. Kết quả và bàn luận
Kết quả mô phỏng cho thấy góc đánh lửa sớm tối ưu là khoảng 16 độ trước điểm chết trên, đảm bảo công suất và mô men động cơ đạt giá trị tối đa. Việc so sánh kết quả mô phỏng với thông số của nhà sản xuất cho thấy tính chính xác của mô hình. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cần đánh giá thêm ảnh hưởng của các thông số vận hành đến nồng độ ô nhiễm trong khí thải, cũng như ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đến giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu.
IV. Kết luận và hướng phát triển
Nghiên cứu mô phỏng cháy động cơ xăng nhỏ tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc chuyển đổi động cơ từ bộ chế hòa khí sang hệ thống phun xăng EFI là khả thi và có thể thực hiện với chi phí hợp lý. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm thiểu ô nhiễm. Hướng phát triển tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành đến nồng độ ô nhiễm trong khí thải và tối ưu hóa các thông số thiết kế để đạt được hiệu suất cao nhất.
4.1. Hướng phát triển
Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu cần tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành đến nồng độ ô nhiễm trong khí thải. Việc này sẽ giúp hoàn thiện mô hình mô phỏng và đưa ra các giải pháp cải tiến hiệu suất động cơ. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về các công nghệ mới trong lĩnh vực động cơ để áp dụng vào thực tiễn.
