Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NCS. CAO ĐÀO NAM

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ CHÁY DO
NÉN VỚI HỖN HỢP HAI GIAI ĐOẠN TRÊN
ĐỘNG CƠ DIESEL
LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NCS. CAO ĐÀO NAM

NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP CHẾ ĐỘ CHÁY DO
NÉN VỚI HỖN HỢP HAI GIAI ĐOẠN TRÊN
ĐỘNG CƠ DIESEL
LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : 1. PGS.TS. HOÀNG ANH TUẤN
2. PGS. TS. TRẦN THỊ THU HƯƠNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2024

i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ với đề tài : “Nghiên cứu thiết lập chế độ
cháy do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel” là cơng trình nghiên
cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Hoàng Anh Tuấn và PGS.TS.
Trần Thị Thu Hương. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa
từng được ai cơng bố trong các cơng trình khác. Các tài liệu và dữ liệu tham khảo
đều được trích dẫn đầy đủ!

Tp.HCM, ngày 15 tháng 02 năm 2024
Nghiên cứu sinh

Cao Đào Nam

ii
LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian triển khai nghiên cứu và hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh xin
bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Hoàng Anh Tuấn và PGS.TS.
Trần Thị Thu Hương đã dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn và đóng góp những
ý kiến q giá giúp tơi hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu - Trường Đại học giao thông vận tải
Thành phố Hồ Chí Minh, Viện đào tạo sau đại học và Viện cơ khí đã tạo điều kiện thuận
lợi để tơi hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu.

Tôi xin chân thành biết ơn TS. Dhinesh Balasubramanian - Viện cơ khí và phịng
thực nghiệm động cơ, Mepco Schlenk Engineering College, Sivakasi, Tamil Nadu, Ấn
Độ đã giúp đỡ tơi để hồn thành luận án này.

Tôi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy cơ trong hội đồng, các nhà
khoa học, các đồng nghiệp đã có những góp ý q báu trong suốt q trình thực hiện
luận án.

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã chia sẻ, ủng hộ và giúp đỡ
tôi vượt qua các khó khăn và hồn thành luận án này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận
án, nhưng cịn hạn chế kinh nghiệm và kiến thức, nên luận án vẫn tồn tại sai sót. Tơi rất
mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu từ các nhà khoa học và bạn đọc nhằm hoàn
thành luận án tốt nhất.

Nghiên cứu sinh

Cao Đào Nam

iii
TÓM TẮT

Nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng, nhu cầu tìm kiếm nguồn
năng lượng tái tạo ngày càng trở nên quan trọng trên toàn thế giới. Biodiesel được sản
xuất từ dầu thực vật có đặc tính tương tự như nhiên liệu diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ
đã được quan tâm sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel.

Sự phát thải các oxit nitơ từ dầu thực vật và hỗn hợp của nó thấp hơn so với nhiên
liệu diesel nguyên chất. Một giải pháp thay thế cho việc sử dụng nhiên liệu diesel sinh
học là sử dụng dầu ăn thải làm nhiên liệu. Việc sử dụng nhiên liệu diesel sinh học có thể
kéo dài tuổi thọ của động cơ diesel vì nó bơi trơn tốt hơn nhiên liệu diesel truyền thống.
Nhiên liệu diesel sinh học được sản xuất từ dầu ăn thải có thể tái tạo do đó cải thiện an
ninh nhiên liệu và tính độc lập của nền kinh tế.

PCCI là viết tắt của "Premixed charge compression ignition", là một phương pháp
đốt cháy được sử dụng trong động cơ diesel để cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và
giảm lượng khí thải. Động cơ PCCI dựa trên sự kết hợp của phun nhiên liệu áp suất cao,
nén không khí và hịa trộn trước nhiên liệu và khơng khí để đạt được q trình đốt cháy
có kiểm sốt. Phương pháp hịa trộn trước nhiên liệu và khơng khí, động cơ có thể hoạt
động với tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu ít hơn, giúp giảm lượng khí thải và cải thiện hiệu
suất nhiên liệu. WCO là viết tắt của " Waste cooking oil ", là một loại dầu tái chế có
nguồn gốc từ dầu ăn đã được sử dụng để chiên thức ăn. WCO có thể được sử dụng làm
nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu diesel sinh học, việc sử dụng nó làm nguồn nhiên liệu
có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm tác động đến môi trường.
Đối với động cơ diesel, cơng nghệ đốt cháy PCCI có thể được sử dụng kết hợp với WCO
làm nguồn nhiên liệu để tiếp tục giảm lượng khí thải và cải thiện hiệu suất nhiên liệu.
Chỉ số cetane cao của WCO có thể tạo thuận lợi cho quá trình đốt cháy trong động cơ
PCCI và việc sử dụng WCO làm nguồn nhiên liệu có thể giúp giảm lượng khí thải carbon
của động cơ diesel.

Trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu để tìm ra phương
pháp đốt cháy kết hợp một loại nhiên liệu thay thế mới, có hiệu quả tốt hơn là điều hết
sức cần thiết và cấp bách.

iv
Xuất phát từ lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy
do nén với hỗn hợp hai giai đoạn trên động cơ diesel ”. Để đạt được mục tiêu đề ra,
luận án đã giải quyết các vấn đề theo trình tự sau:

- Nghiên cứu các tác động và kiểm soát phát thải NOx và PM. Ngồi ra, nghiên
cứu q trình cháy thơng thường và quá trình cháy nhiệt độ thấp trong động cơ diesel.
Tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước và việc sử dụng phương pháp đốt
cháy PCCI trên động cơ diesel làm cơ sở để nghiên cứu sinh tìm ra các khoảng trống

cần nghiên cứu cho luận án này. Đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu việc sử dụng phương
pháp PCCI cho động cơ diesel tương ứng với các góc phun nhiên liệu khác nhằm đánh
giá các thơng số quá trình cháy và phát thải khi sử dụng phương pháp đốt cháy này trên
động cơ diesel. Nghiên cứu PPCI kết hợp với nhiều loại nhiên liệu và EGR (Exhaust gas
recirculation), đó là cơ sở lý thuyết cơ bản để nghiên cứu sinh tính tốn mơ phỏng động
cơ diesel đốt cháy theo phương pháp PCCI sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu WCO.

- Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng quá trình cháy của động cơ diesel
với sự hỗ trợ của phần mềm ANSYS Fluent nhằm đánh giá các đặc tính làm việc và phát
thải của động cơ diesel khi sử dụng phương pháp đốt cháy PCCI kết hợp với Biodiesel
WCO. Kết quả nghiên cứu dựa trên mơ hình rối RNG k- ε đã được thực hiện để đánh
giá tác động của việc phun hai giai đoạn đối với các quá trình đốt cháy của WCO (B10,
B20, B30, B40) và nhiên liệu diesel (D100).

- Nghiên cứu thực nghiệm đối chứng trên động cơ diesel một xi lanh nhằm so
sánh với kết quả mô phỏng cũng như đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính kỹ
thuật và phát thải khi sử dụng phương pháp đốt cháy PCCI kết hợp với nhiên liệu WCO

Từ kết quả của q trình nghiên cứu mơ phỏng và thực nghiệm cho thấy việc sử
dụng phương pháp đốt cháy PCCI kết hợp với nhiên liệu WCO trên động cơ diesel
mang lại rất nhiều lợi ích về kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Sử dụng hỗn hợp nhiên
liệu WCO giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống và giảm phát thải gây ô
nhiễm môi trường.

Từ khóa- PCCI, WCO, động cơ diesel, đặc tính kỹ thuật của động cơ, đặc tính
phát thải.

v
ABSTRACT
The demand for fossil fuels is increasing, and the need to find renewable energy

sources is becoming increasingly important around the world. Biodiesel produced from
vegetable oil has similar properties to diesel fuel derived from petroleum and has been
used as an alternative fuel for diesel engines.
Emissions of nitrogen oxides from vegetable oils and their mixtures are lower than
from pure diesel fuel. An alternative to using biodiesel fuel is to use waste cooking oil
as fuel. Using biodiesel fuel can prolong the life of diesel engines because it lubricates
better than traditional diesel fuel. Biodiesel fuel is produced from renewable waste
cooking oil thereby improving fuel security and economic independence.
PCCI stands for "Premixed charge compression ignition", which is a combustion
method used in diesel engines to improve fuel efficiency and reduce emissions. The
PCCI engine relies on a combination of high-pressure fuel injection, air compression,
and pre-mixing of fuel and air to achieve controlled combustion. By pre-mixing fuel and
air, the engine can operate with less air-fuel ratio, which reduces emissions and improves
fuel efficiency. WCO stands for "Waste cooking oil", which is a recycled oil derived
from cooking oil that has been used to fry food. WCO can be used as a feedstock to
produce biodiesel fuel, its use as a fuel source can help reduce dependence on fossil
fuels and reduce environmental impact. For diesel engines, PCCI combustion
technology can be used in combination with WCO as a fuel source to further reduce
emissions and improve fuel efficiency. The high cetane number of WCO can facilitate
the combustion process in PCCI engines, and the use of WCO as a fuel source can help
reduce the carbon emissions of diesel engines.
In the current specific conditions in Vietnam, research to find a combustion
method that combines a new, more effective alternative fuel is extremely necessary and
urgent.
Based on the above reason, the author chose the topic: " Research on establishing
a compression combustion mode with a two-stage mixture for diesel engines ". To
achieve the set goals, the thesis has solved the problems in the following order:
- Research the impacts and control of NOx and PM emissions. In addition, research on
conventional combustion and low-temperature combustion in diesel engines. Learn
about the current state of research at home and abroad and the use of PCCI combustion

vi
method on diesel engines as a basis for graduate students to find gaps that need to be
researched for this thesis. This topic will focus on researching the use of PCCI method
for diesel engines corresponding to other fuel injection angles in order to evaluate the
combustion process parameters and emissions when using this combustion method on
the engine. diesel. Researching PPCI combined with many types of fuel and EGR
(Exhaust gas recirculation), which is the basic theoretical basis for graduate students to
calculate and simulate diesel combustion engines using the PCCI method using fuel
mixtures. WCO.
- Research and build a model to simulate the combustion process of diesel engines with
the support of ANSYS Fluent software to evaluate the working and emission
characteristics of diesel engines when using the combined PCCI combustion method.
with Biodiesel WCO. Research results based on the RNG k- ε turbulence model were
carried out to evaluate the impact of two-stage injection on the combustion processes of
WCO (B10, B20, B30, B40) and diesel fuel (D100).
- Controlled experimental research on a single-cylinder diesel engine to compare with
simulation results as well as evaluate factors affecting technical characteristics and
emissions when using the PCCI combustion method combined with WCO fuel
The results of simulation and experimental research show that using the PCCI
combustion method combined with WCO fuel on diesel engines brings many technical,
economic and environmental benefits. Using WCO fuel blends helps reduce dependence
on traditional fuels and reduces emissions that cause environmental pollution.

Keywords- PCCI, WCO, diesel engine, engine technical characteristics, emission
characteristics.

vii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii
TÓM TẮT .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................xiv
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1
a) Mục tiêu lý thuyết: ....................................................................................................3
b) Mục tiêu thực nghiệm:..............................................................................................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................3
a) Đối tượng nghiên cứu................................................................................................3
b) Phạm vi nghiên cứu: .................................................................................................3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................................4
a) Về khoa học ...........................................................................................................4
b) Về thực tiễn ...........................................................................................................5
5. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................5
a) Nghiên cứu lý thuyết.............................................................................................5
b) Nghiên cứu mô phỏng...........................................................................................6
c) Nghiên cứu thực nghiệm.......................................................................................6
d) Phương pháp phân tích và tổng hợp...................................................................6
6. Điểm mới của luận án................................................................................................6
7. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................7
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ..............................................................8
1.1 Tổng quan về NOx và phát thải PM.......................................................................8
1.1.1 Cơ chế hình thành NOx và phát thải PM trong động cơ diesel ........................10
1.1.2 Tác động và kiểm soát phát thải NOx và PM ...................................................13
1.2 Tổng quan về quá trình cháy trong động cơ diesel ............................................17

viii
1.2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel thông thường..........................................17
1.2.2 Quá trình cháy nhiệt độ thấp trong động cơ diesel ..........................................22

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng động cơ PCCI trên thế giới và Việt Nam...26

1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng động cơ PCCI trên thế giới ........................26
1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng động cơ PCCI ở Việt Nam .........................30
1.4 Kết luận chương 1..................................................................................................31

CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY NHIỆT ĐỘ THẤP .................................32

2.1 Nguyên lý đốt cháy ở nhiệt độ thấp .....................................................................32

2.2 Nạp hỗn hợp đồng nhất và đốt cháy do nén........................................................39

2.2.1 Nguyên lý quá trình cháy đồng nhất ................................................................39
2.2.2 Quá trình tự cháy và giải phóng nhiệt HCCI ...................................................42
2.2.3 Đặc điểm quá trình cháy HCCI........................................................................44
2.3 Đốt cháy hỗn hợp đồng nhất hòa trộn trước do nén ..........................................47

2.4 Kết luận chương 2..................................................................................................54

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL ĐỐT CHÁY
THEO PHƯƠNG PHÁP PCCI SỬ DỤNG CÁC HỖN HỢP NHIÊN LIỆU WCO
....................................................................................................................................... 55

3.1 Đặt vấn đề...............................................................................................................55

3.2 Đối tượng nghiên cứu và nhiên liệu mô phỏng ...................................................56

3.2.1 Động cơ nghiên cứu .........................................................................................56
3.2.2 Nhiên liệu nghiên cứu ......................................................................................56
3.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng ...............................................................................59

3.3.1 Phần mềm mô phỏng ANSYS Fluent ..............................................................59
3.3.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình ngọn lửa trong quá trình đốt cháy PCCI trong phần
mềm ANSYS Fluent .................................................................................................60
3.4 Xây dựng mơ hình mơ phỏng. ..............................................................................65

3.4.1 Mơ hình phần tử hữu hạn và thiết lập mô phỏng. ............................................65
3.4.2 Điều kiện biên...............................................................................................68
3.5 Kết quả mô phỏng. ................................................................................................69

3.5.1 Nhiên liệu diesel – PCCI : 60% và 40% ..........................................................69

ix
3.5.2 Nhiên liệu diesel 90% - WCO 10% (B10) – PCCI: 60% và 40% ...................71
3.5.3. Nhiên liệu diesel 80% - WCO 20% (B20) – PCCI: 60% và 40% ..................74
3.5.4 Nhiên liệu diesel 70% - WCO 30% (B30) – PCCI: 60% và 40% ...................76
3.5.5 Nhiên liệu diesel 60% - WCO 40% (B40) – PCCI: 60% và 40% ...................78
3.6 Kết luận chương 3..................................................................................................81

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.......................................................83

4.1 Mục tiêu thực nghiệm............................................................................................83

4.1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................83
4.1.2 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm ...................................................................83
4.2 Phạm vi và điều kiện thực nghiệm .......................................................................83

4.3 Quy trình, chế độ và trang thiết bị thử nghiệm ..................................................84

4.3.1 Nhiên liệu thử nghiệm......................................................................................84

4.3.2 Trang thiết bị thử nghiệm.................................................................................86
4.3.3 Quy trình thử nghiệm .......................................................................................87
4.3.4 Chế độ thử nghiệm ...........................................................................................93
4.4 Kết quả thực nghiệm và thảo luận .......................................................................93

4.4.1 Kết quả thực nghiệm đánh giá các đặc tính động cơ .......................................93
4.4.2 Kết quả thực nghiệm đánh giá các đặc tính động cơ khi sử dụng B20 và EGR
................................................................................................................................... 98
4.4.3 Kết quả thực nghiệm đánh giá các đặc tính động cơ khi sử dụng B20 -EGR
(20%) và phun hai giai đoạn. ..................................................................................102
4.4.4 Kết quả thực nghiệm đánh giá các thông số quá trình cháy động cơ ............106
4.4.5 Kết quả thực nghiệm đánh giá phát thải động cơ...........................................123
4.5 So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng với kết quả thực nghiệm .......................129

4.6 Kết luận chương 4................................................................................................131

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...............................................132

Kết luận chung ...........................................................................................................132

Hướng phát triển .......................................................................................................133

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN..........................................................................................................150

x

xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, Ghi
chữ viết Diễn giải chú

tắt

ATDC After top dead center (Sau điểm chết trên)

A/F Air/Fuel ratio (Tỷ lệ không khí/nhiên liệu)

ARC Active radical combustion (Quá trình đốt cháy gốc tự do)

ATAC Active thermo - atmosphere combustion (Quá trình đốt cháy
BR nhiệt khí chủ động)
Burn rate (Tốc độ cháy)

BTDC Before top dead center (Trước điểm chết trên)

BTE Brake thermal efficiency (Hiệu suất nhiệt)

CA Crank angle (Góc quay trục khuỷu)

CAD Crank angle degree (Độ quay trục khuỷu)

CD Combustion duration (Quá trình cháy)

CFD Computational fluid dynamics (Tính toán động lực học chất
CHRR lỏng)
Cumulative heat release rate (Lượng nhiệt giải phóng tích lũy)

CI Compression ignition (Động cơ cháy do nén)

CIHC Compression ignited homogeneous charge (Đốt cháy đồng nhất
CN do nén)
Cetane number (Chỉ số cetan)

CO Carbon monoxide (Nồng độ CO)

CP Cylinder pressure (Áp suất xi lanh)

CR Compresstion ratio (Tỷ số nén)

DCN Derived cetane number (Chỉ số cetan nguồn gốc)

DE Diesel engine (Động cơ diesel)

DI Direct injection (Động cơ phun nhiên liệu trực tiếp)

xii

Ký hiệu, Ghi
chữ viết Diễn giải chú

tắt

DOC Diesel oxidation catalyst (Xúc tác oxi hoá động cơ diesel)

DPF Diesel particulate filter (Bộ lọc muội than)

ECL Exhaust center lift timing (Thời điểm nâng xú páp thải)

EGR Exhaust gas recirculation (Hệ thống tuần hoàn khí xả)

EOC End of combustion (Kết thúc cháy)

EOI End of injection (Kết thúc phun)

EVC Exhaust valve closing timing (Thời điểm đóng xú páp thải)

HCCI Homogeneous charge compression (Nén hỗn hợp đồng nhất)

HRR Heat release rate (Tốc độ giải phóng nhiệt)

IMEP Indicated mean effective pressure (Áp suất trung bình chỉ thị)

IMP Intake manifold pressure (Áp suất đường ống nạp)

IP Injection pressure (Áp suất phun)

IT Injection time (Thời gian phun)

LTC Low temperature combustion (Cháy nhiệt độ thấp)

MFB Mass fraction burned (Phần khối lượng bị đốt cháy)

MGT Mean gas temperature (Nhiệt độ khí trung bình)

MK Modulated kinetics (Động học điều biến)

NHRR Net heat release rate (Tốc độ tỏa nhiệt ròng)

OKP Optimized kinetic process (Quá trình động học tối ưu hóa)

PCCI Partially premixed compression ignition (Cháy do nén hỗn hợp
PM trước một phần)
Particulate matters (Muội than)

PREDIC Premixed Lean Diesel Combustion (Đốt cháy diesel hỗn hợp
nghèo hòa trộn trước)

xiii

Ký hiệu, Ghi
chữ viết Diễn giải chú

tắt

RCCI Reactivity controlled compression ignition (Kiểm soát phản ứng

cháy do nén)

ROI Rate of injection (Tỷ lệ phun)

RON Research octane number (Chỉ số octan)

RP Rail pressure (Áp suất đường ống chung)

RPR Rate of pressure rise (Tốc độ tăng áp suất)

SCCI Stratified Charge Compression Ignition (Đốt cháy do nén hỗn

SCR hợp phân tầng)
Selective catalytic reduction (Kiểm sốt khí thải chọn lọc)

SI Spark ignition (Góc đánh lửa)

SR Swirl rate (Tỉ lệ xoáy lốc)

SOC Start of combustion (Bắt đầu cháy)

SOC Start of combustion (Bắt đầu cháy)

SOI Start of ignition (Bắt đầu đánh lửa)

SOMI Start Of main injection (Bắt đầu phun chính)

SOPI Start Of pilot injection (Bắt đầu phun phụ)

TDC Top dead center (Điểm chết trên)

TS Toyota - Soken

UNIBUS Unifrom bulky combustion system (Hệ thống đốt cháy cồng
VCR kềnh đồng nhất)
Variable compression ratio (Tỉ số nén biên thiên)

VGT Variable geometry turbocharger (Bộ tăng áp thay đổi hình dạng)

WCO Waste cooking oil (Dầu ăn thải)

xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình hình thành PM cùng với thành phần điển hình của PM [36] .
....................................................................................................................................... 12
Hình 1. 2 Tiêu chuẩn khí thải NOx và PM trên thế giới [43]........................................14
Hình 1.3 Trình tự hình ảnh của quá trình đốt cháy diesel ở 1200 vịng/phút và áp suất
phun 160 MPa [43]. .......................................................................................................18
Hình 1.4 HRR và hình ảnh ngọn lửa phát quang ở mức tải 20 bar IMEP và áp suất phun
2500 bar trong động cơ diesel [55]................................................................................19
Hình 1.5 Sự hình thành phát triển của động cơ diesel [54]. ..........................................21
Hình 1.6 Mơ hình về q trình phun nhiên liệu trong động cơ diesel [59]. ..................22
Hình 1.7 Trình bày sơ đồ ba chế độ đốt cháy chính và các quá trình trung gian trong
động cơ đốt trong [61]. ..................................................................................................24
Hình 1.8 Các phương pháp đốt cháy dựa trên phản ứng nhiên liệu [43]. .....................25
Hình 1.9 Xu hướng hợp nhất cơng nghệ động cơ diesel và động cơ xăng thông thường
vào động cơ LTC [43]. ..................................................................................................25
Hình 2.1 (a) Minh họa về quá trình hình thành NOx và muội than trong quá trình đốt
cháy động cơ diesel [58][85]; (b) Vùng vận hành LTC trên bản đồ φ-T [79][86][87][88].
....................................................................................................................................... 34
Hình 2.2 Sự phát triển của các phương pháp đốt cháy khác nhau trong động cơ IC. ...38
Hình 2.3 (a) Quá trình đốt cháy HCCI. (b) So sánh quá trình đốt cháy của động cơ xăng,
động cơ diesel và HCCI trong chu kỳ bốn kỳ ...............................................................40
Hình 2.4 Minh họa giải phóng nhiệt một và hai giai đoạn trong quá trình đốt cháy HCCI
cho hai loại nhiên liệu khác nhau [102].........................................................................43
Hình 2.5 Ưu điểm của động cơ HCCI, những khó khăn lớn và các giải pháp..............45
Hình 2.6 Sự thay đổi của HHR cho PCCI phun trực tiếp sớm - muộn và động cơ diesel
thơng thường [58][119][120].........................................................................................50
Hình 2.7 Mơ hình khái niệm cho q trình đốt cháy diesel thơng thường và LTC (phun
một lần pha lỗng) cho động cơ hạng nặng [91]. ..........................................................52
Hình 2.8 Sự biến đổi của NOx và muội than với EGR ở 8 bar IMEP cho (a) CR = 12.4

và (b) CR = 17.1 [147]) .................................................................................................53

xv
Hình 3.1 Sơ đồ ternary cho nhũ tương WCO với ethanol và nước. ..............................58
Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán tách biệt trên cơ sở áp suất. .................................................64
Hình 3.3 Hình học của buồng đốt với các lựa chọn được đặt tên. ................................65
Hình 3.4 Mơ hình phần tử hữu hạn ...............................................................................65
Hình 3.5 Số liệu chất lượng phần tử..............................................................................66
Hình 3.6 Vận tốc của nhiên liệu(Điều kiện biên tuần hoàn) .........................................67
Hình 3.6 Nhiệt độ bên trong xi lanh. .............................................................................67
Hình 3.8 Phần khối lượng của diesel.............................................................................68
Hình 3.9 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 19,5 Nm. .......................................69
Hình 3.10 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 14,625 Nm. .................................69
Hình 3.11 Kết quả mô phỏng ứng với mômen xoắn 9,75 Nm. .....................................70
. ......................................................................................................................................70
Hình 3.12 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 4,875 Nm. ...................................70
Hình 3.13 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 19,5 Nm. .....................................71
Hình 3.14 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 14,625 Nm. .................................72
Hình 3.15 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 9,75 Nm. .....................................72
Hình 3.16 Kết quả mô phỏng ứng với mômen xoắn 4,875 Nm. ...................................73
Hình 3.17 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 19,5 Nm. .....................................74
Hình 3.18 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 14,625 Nm. .................................74
Hình 3.19 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 9,75 Nm. .....................................75
Hình 3.20 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 4,875 Nm. ...................................75
Hình 3.21 Kết quả mô phỏng ứng với mômen xoắn 19,5 Nm. .....................................76
Hình 3.22 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 14,625 Nm. .................................77
Hình 3.23 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 9,75 Nm. .....................................78
Hình 3.24 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 4,875 Nm. ...................................78
Hình 3.25 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 19,5 Nm. .....................................79
Hình 3.26 Kết quả mô phỏng ứng với mômen xoắn 14,625 Nm. .................................79

Hình 3.27 Kết quả mơ phỏng ứng với mơmen xoắn 9,75 Nm. .....................................80
Hình 3.28 Kết quả mơ phỏng ứng với mômen xoắn 4,875 Nm. ...................................80

xvi
Hình 4.1 Quy trình sản xuất metyl este dầu ăn thải. .....................................................85
Hình 4.2 Động cơ Kirloskar TV1 ..................................................................................86
Hình 4.3 Thiết lập góc phun chính ................................................................................89
Hình 4.4 Thiết lập góc phun theo phương pháp đốt cháy PCCI ...................................90
Hình 4.5 Thiết lập lượng phun theo phương pháp đốt cháy PCCI................................90
Hình 4.6 Sơ đồ bố trí thử nghiệm PCCI ........................................................................91
Hình 4.7 Sơ đồ bố trí chi tiết về các bộ phận của hệ thống nhiên liệu..........................92
Hình 4.8 Đồ thị thể hiện công suất động cơ tại các mức tải trọng và loại nhiên liệu khác
nhau. ..............................................................................................................................94
Hình 4.9 Đồ thị thể hiện hiệu suất nhiệt động cơ tại các mức tải trọng và loại nhiên liệu
khác nhau. ......................................................................................................................95
Hình 4.10 Đồ thị thể hiện suất tiêu hao nhiên liệu tại các mức tải trọng và loại nhiên liệu
khác nhau. ......................................................................................................................96
Hình 4.11 Đồ thị thể hiện áp suất có ích trung bình tại các mức tải trọng, và loại nhiên
liệu khác nhau................................................................................................................97
Hình 4.12 Đồ thị thể hiện công suất động cơ với nhiên liệu B20 và EGR. ..................98
Hình 4.13 Đồ thị thể hiện hiệu suất nhiệt động cơ với nhiên liệu B20 và EGR. ..........99
Hình 4.14 Đồ thị thể hiện suất tiêu hao nhiên liệu với nhiên liệu B20 và có hệ thống
EGR làm việc...............................................................................................................100
Hình 4.15 Đồ thị thể hiện áp suất có ích trung bình động cơ sử dụng nhiên liệu B20 và
có hệ thống EGR làm việc...........................................................................................101
Hình 4.16 Đồ thị thể hiện công suất động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 – hệ thống EGR
làm việc 20% ứng với các góc phun khác nhau. .........................................................103
Hình 4.17 Đồ thị thể hiện hiệu suất nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 – hệ thống
EGR làm việc 20% ứng với các góc phun khác nhau. ................................................104
Hình 4.18 Đồ thị thể hiện suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng nhiên liệu

B20 – hệ thống EGR làm việc 20% ứng với các góc phun khác nhau........................105
Hình 4.19 Đồ thị thể hiện Áp suất có ích trung bình của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
B20 – hệ thống EGR làm việc 20% ứng với các góc phun khác nhau........................106

xvii
Hình 4.20 Đồ thị thể hiện áp suất xi lanh của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10, B20,
B30, B40. .....................................................................................................................107
Hình 4.21 Đồ thị thể hiện khối lượng nhiên liệu đốt cháy của động cơ khi sử dụng khối
nhiên liệu B10, B20, B30, B40....................................................................................108
Hình 4.22 Đồ thị thể hiện thời gian đốt cháy của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10,
B20, B30, B40. ............................................................................................................109
Hình 4.23 Đồ thị thể hiện lượng nhiệt giải phóng tích lũy của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu B10, B20, B30, B40. ............................................................................................110
Hình 4.24 Đồ thị thể hiện nhiệt độ khí trung bình của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
B10, B20, B30, B40. ...................................................................................................111
Hình 4.25 Đồ thị thể hiện áp suất xi lanh của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 và
EGR khác nhau............................................................................................................112
Hình 4.26 Đồ thị thể hiện khối lượng nhiên liệu đốt cháy của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu B20 và EGR khác nhau. .......................................................................................113
Hình 4.27 Đồ thị thể hiện thời gian đốt cháy của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 và
EGR khác nhau............................................................................................................114
Hình 4.28 Đồ thị thể hiện lượng nhiệt giải phóng tích lũy của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu B20 và EGR khác nhau. .......................................................................................115
Hình 4.29 Đồ thị thể hiện nhiệt độ khí trung bình của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
B20 và EGR khác nhau. ..............................................................................................116
Hình 4.30 Đồ thị thể hiện áp suất xy lanh của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 - EGR
20% - PCCI khác nhau. ...............................................................................................117
Hình 4.31 Đồ thị thể hiện khối lượng nhiên liệu đốt cháy của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu B20 - EGR 20% - PCCI khác nhau. .....................................................................118
Hình 4.32 Đồ thị thể hiện thời gian cháy của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 - EGR

20% - PCCI khác nhau. ...............................................................................................120
Hình 4.33 Đồ thị thể hiện lượng nhiệt giải phóng tích lũy của động cơ khi sử dụng nhiên
liệu B20 - EGR 20% - PCCI khác nhau. .....................................................................121
Hình 4.34 Đồ thị thể nhiệt độ khí trung bình của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 -
EGR 20% - PCCI khác nhau. ......................................................................................122

xviii
Hình 4.35 Đồ thị thể hiện thơng số phát thải của động cơ khi sử dụng các loại nhiên liệu.
..................................................................................................................................... 124
Hình 4.36 Đồ thị thể hiện thơng số phát thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 và
EGR thay đổi. ..............................................................................................................126
Hình 4.37 Đồ thị thể hiện thông số phát thải của động cơ khi sử dụng B20 EGR 20% và
PCCI. ...........................................................................................................................128
Hình 4.38 Đồ thị so sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm phát thải NOx của động cơ
khi sử dụng B20 EGR 20% và PCCI 50o -20o.............................................................129
Hình 4.39 Đồ thị so sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm phát thải muội than của
động cơ khi sử dụng B20 EGR 20% và PCCI 50o -20o...............................................130
Hình PL1.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị thử nghiệm tại phòng thử nghiệm động cơ, Mepco
Schlenk Engineering College, Sivakasi, Tamil Nadu, Ấn Độ.....................................152
Hình PL1.2 Bố trí băng thử tại phịng thực nghiệm ....................................................153
Hình PL1.3 Sơ đồ bố trí băng thử động cơ..................................................................154
Hình PL1.4 Bố trí băng thử tại phịng thực nghiệm. ...................................................155
Hình PL1.5 AVL DIGAS 444 ....................................................................................156
Hình PL1.6 AVL 437C................................................................................................157
Hình PL1.7 ECU điều khiển và phần mềm NIRA i7r.................................................157
Hình PL1.8 Sơ đồ điều khiển lượng phun nhiên liệu. .................................................158
Hình PL2.1 Quá trình gá đặt và cân chỉnh động cơ trên bệ thử. .................................159
Hình PL2.2 Kiểm tra kết nối máy tính với băng thử trước khi chạy thử nghiệm. ......159
Hình PL2.3 Xuất kết quả sau khi chạy thử nghiệm.....................................................160