Tóm tắt: Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN MINH THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ DỘ CHÁY DO NÉN HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT (HCCI)
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU N-HEPTAN/ETHANOL/DIESEL

Ngành: Kỹ thuật ô tô
Mã số: 9520130

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hà Nội – 2024

Cơng trình được hồn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Anh Tuấn
TS. Phạm Minh Hiếu

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

i. đề tài

Là một nguồn động lực quan trọng đóng góp vào sự phát triển của nhân loại, động cơ đốt
trong vẫn ln khẳng định được vai trị của mình trong tương lai. Bên cạnh đó, động cơ đốt trong
vẫn có những nhược điểm như phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, phát thải độc hại.
Trong những năm gần đây, cùng với việc cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và sự khắt khe của
các tiêu chuẩn khí thải đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu không ngừng phát triển động cơ. Xu
hướng đang giành được nhiều sự quan tâm đó nâng cao tính năng kinh tế, kỹ thuật của động cơ,
đồng thời giảm phát thải độc hại. iện nay, động cơ đốt trong đã s ụng r t nhiều iện ph p mới
như: ụng nhiên liệu thay thế nhằm giảm p lực cho nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch;
nghiên cứu nâng cao hiệu quả q trình cháy và cháy mới, x lý khí thải. Trong c c xu hướng này
thì xu hướng kết hợp quá trình cháy mới với các loại nhiên liệu kh c nhau được quan tâm hơn cả,
trong đó có mơ hình ch y CCI s dụng hỗn hợp nhiên liệu.

Mơ hình cháy do nén hỗn hợp đồng nh t (HCCI) có nhiều ưu điểm. Mơ hình cháy này có
hiệu su t nhiệt cao tương tự động cơ CI và có lượng khí thải th p như động cơ SI, trong đó hai
thành phần phát thải NOx và PM giảm đi đ ng kể. ơ hình ch y CCI hồn tồn có thể đ p ứng
được yêu cầu của ph t thải không cần trang ị thêm ộ x l khí thải đắt tiền và thu được hiệu
su t nhiệt cao. Tuy nhiên th ch thức lớn nh t với mơ hình cháy mới này là: Điều khiển quá trình
cháy, phát thải HC và CO cao, khả năng mở rộng dải tải trọng làm việc của động cơ. Đã có nhiều
nghiên cứu trong và ngồi nước nghiên cứu về việc khắc phục c c nhược điểm này, trong đó có
việc s dụng hỗn hợp nhiên liệu như iesel với ethanol, diesel với methanol, diesel với butanol
hay diesel với n-heptan, cũng có những nghiên cứu kết hợp ba loại nhiên liệu với nhau như:
ethanol/n-butanol/n-heptan hay acetone-butanol-ethanol. Tuy nhiên, n-heptan/ethanol/ iesel chưa
từng được s dụng làm nhiên liệu cho động cơ CCI.

Tại Việt Nam, động cơ CI cỡ nhỏ một xi lanh đang được s dụng phổ biến với số lượng
lớn trong ngành nơng nghiệp. Trong q trình làm việc, động cơ này sinh ra nhiều khí thải độc
hại. Cùng với việc khuyến khích phát triển và khai thác các nguồn nhiên liệu mới thay thế dần
nhiên liệu hóa thạch, việc nghiên cứu chuyển đổi chế độ cháy của động cơ CI truyền thống sang
chế độ cháy HCCI là một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng.

Với mục tiêu đ nh gi ảnh hưởng của hỗn hợp nhiên liệu đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật của
động cơ khi ch y CCI, đưa ra một giải pháp hiệu quả giảm phát thải và sự phụ thuộc vào nhiên
liệu hóa thạch, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng
nhất (HCCI) sử dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel” nhằm từng ước làm chủ các cơng
nghệ hốn cải động cơ truyền thống sang động cơ s dụng đa nhiên liệu, thiết lập chế độ làm việc
HCCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel nhằm nâng cao tính kinh tế, giảm phát thải độc hại
của động cơ nguyên ản và thúc đẩy việc s dụng nhiên liệu sinh học.

ii. Mụ đí g iê ứu của đề tài

Thiết lập thành cơng trên mơ hình mơ phỏng và bằng thực nghiệm chế độ cháy do nén hỗn
hợp đồng nh t CCI trên động cơ CI 1 xi lanh s dụng trong lĩnh vực nông nghiệp.

Đ nh gi được ảnh hưởng của các tổ hợp nhiên liệu và một số thơng số vận hành đến đặc
tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi ch y CCI.

iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ CI 1 xi lanh s dụng trong lĩnh vực nông nghiệp,
vận hành với tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel.

1

Nghiên cứu mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Trung tâm nghiên
cứu Nguồn động lực và phương tiện tự hành, Đại học Bách khoa Hà Nội.

- Phạm vi nghiên cứu:

Chế độ vận hành của động cơ được giới hạn trong vùng làm việc tải th p và tải trung bình
theo các chế độ vận hành ổn định về tải trọng và tốc độ vòng quay của động cơ.

Chế độ CCI được thiết lập và điều khiển thông qua các tổ hợp và tỷ lệ nhiên liệu n-
heptan/ethanol cung c p vào đường nạp, nhiên liệu diesel phun trực tiếp vào buồng cháy kết hợp
với điều chỉnh nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, thời điểm và lượng phun nhiên liệu diesel.

iv. Nội dung nghiên cứu

Nội dung chính của luận án:

- Tổng quan và cơ sở lý thuyết về quá trình cháy HCCI với các loại nhiên liệu khác nhau.

- Mơ phỏng q trình cháy HCCI.

- Chuyển đổi động cơ CI nguyên ản sang s dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel
và thiết lập quá trình cháy HCCI.

- Thực nghiệm đ nh gi c c tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi làm
việc ở chế độ HCCI với các tổ hợp nhiên liệu và tỉ lệ nhiên liệu trong tổ hợp.

v. P ươ g p áp g iê ứu
Kết hợp lý thuyết mơ hình hóa với thực nghiệm.

- Nghiên cứu lý thuyết làm cơ sở để thiết kế hệ thống chuyển đổi động cơ s dụng đơn

nhiên liệu sang s dụng nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel và thiết lập chế độ vận hành
CCI cho động cơ.

- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm định lượng hóa và đ nh gi chế độ vận hành HCCI cho
động cơ cũng như xây ựng bộ thông số điều khiển cho việc thiết lập và mở rộng chế độ
HCCI.

vi. Ý g ĩa k a c và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu góp phần đ nh gi tính khả thi về phương n s dụng nhiên liệu thay thế và đa
dạng hóa nguồn nhiên liệu trên động cơ CI nguyên bản. Kết quả nghiên cứu góp phần bổ sung
vào cơ sở khoa học về thiết lập, mở rộng chế độ cháy do nén hỗn hợp đồng nh t HCCI với các tổ
hợp nhiên liệu khác nhau.

Luận n có nghĩa trong việc trong việc nâng cao khả năng làm chủ và phát triển các công
nghệ chuyển đổi động cơ truyền thống sang động cơ ch y kiểu mới có hiệu quả cao và phát thải
sạch hơn.

Ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả nghiên cứu mô phỏng, thực nghiệm và động cơ CI 1 xi lanh chuyển đổi sang s
dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel là cơ sở thực tiễn để chuyển đổi động cơ CI
nguyên bản thành động cơ s dụng tổ hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol/diesel, vận hành ở chế độ
cháy do nén hỗn hợp đồng nh t HCCI.

vii. Cá điểm đó g góp mới của luận án

Xây dựng mơ hình và mơ phỏng thành công chế độ cháy HCCI s dụng tổ hợp nhiên liệu n-

heptan/ethanol/diesel.
X c định được các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ khí nạp, tỷ lệ luân hồi khí thải, tỷ lệ nhiên

2

liệu trong tổ hợp tại các chế độ tải tới đặc điểm quá trình HCCI.

Đưa ra định hướng bộ tham số điều khiển nhằm thiết lập và mở rộng chế độ cháy HCCI trên
một động cơ nghiên cứu.

viii. Bố cục của luận án
Luận án gồm các phần:
Mở đầu.
Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết qu trình ch y HCCI.
Chương 3. Chuyển đổi và mô phỏng động cơ 1 xi lanh vận hành theo chế độ HCCI.
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm.
Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài.

C ươ g 1 TỔNG QUAN
1.1 Vấ đề ô iễm môi trườ g và iê liệu t ay t ế
1.1.1 Vấ đề ô iễm môi trườ g từ ĐCĐT
1.1.2 Sử ụ g iê liệu t ay t ế
1.2 Tổ g qua về độ g ơ HCCI
1.2.1 Nguyê l ủa độ g ơ HCCI
1.2.2 T uậ lợi và t á t ứ ủa độ g ơ HCCI
1.2.3 Độ g ơ HCCI sử ụ g iê liệu ethanol

Trong động cơ CCI, thời điểm ch y và tốc độ cháy chủ yếu được kiểm sốt bởi q trình
nhiệt động hóa học của nhiên liệu, quá trình này r t nhạy cảm với sự thay đổi của áp su t và nhiệt
độ trong kỳ nén. Mục tiêu chính của qu trình đốt cháy HCCI là duy trì mức tiết kiệm nhiên liệu
cao trong c c trường hợp tải nhỏ đồng thời giảm lượng khí thải NOx và . C c nhà nghiên cứu
đã chỉ ra rằng cả hai quá trình tỏa nhiệt ở nhiệt độ th p và nhiệt độ cao đều xảy ra trong quá trình
đốt cháy HCCI, và cả hai qu trình đều tỏa nhiệt trong phạm vi nhiệt độ nh t định. Một trong
những v n đề quan trọng nh t đối với hoạt động của động cơ CCI là việc tỏa nhiệt ở nhiệt độ
th p, điều này phụ thuộc vào thành phần hóa học của từng loại nhiên liệu. Tuy nhiên, vẫn còn
một vài thách thức và v n đề xảy ra với việc ứng dụng của động cơ CCI cần được giải quyết.
Kiểm so t đ nh l a và đốt cháy, sự cố xảy ra khi vận hành ở chế độ tải cao, tỏa nhiệt nhanh hơn,
thải ra nhiều CO và C hơn, đặc biệt là khi hoạt động ở chế độ tải nhỏ dễ gặp sự cố khi khởi
động lạnh, thải ra nhiều NOx hơn ở chế độ tải cao và tạo thành được hỗn hợp hoàn toàn đồng nh t
là những v n đề của động cơ CCI.

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng phạm vi hoạt động ch p nhận được của HCCI chạy
bằng nhiên liệu ethanol sinh học có thể được cải thiện một cách hiệu quả bằng cách s dụng hệ
thống cảm biến x c định trạng thái và hệ thống lưu trữ khí oxy ư, như Yap D và cộng sự đã chỉ
ra [46]. Hệ thống lưu trữ và x lý tín hiệu làm tăng khả năng điều chỉnh thời gian cháy. Có thể
giảm mức phát thải NOx bằng cách s dụng nhiều khí luân hồi hơn và tăng p su t khí nạp. Mặt
kh c, lượng khí thải CO tăng o tổn th t ơm tăng. Zhang Y và cộng sự đã s dụng động cơ I
Ricardo với chiến lược định thời gian mở xupap trong nghiên cứu [47]. C c động cơ CCI chạy
bằng ethanol đã được chạy ở nhiều tỉ lệ AFR, tốc độ và thời gian đóng mở xupap kh c nhau để
xem lượng được giữ lại thay đổi như thế nào. Thời gian đóng mở xupap và lambda ảnh
hưởng đ ng kể đến thời điểm đ nh l a và thời gian đốt ch y. Lam a được x c định bằng cách
s dụng cảm biến oxy tuyến tính ETAS và ảnh hưởng của thời gian đóng mở xupap được so sánh
với I E . Đối với động cơ CCI, họ nhận th y rằng phạm vi hoạt động của động cơ ị hạn chế
do kích nổ.
1.3 Tì ì g iê ứu vè ô g g ệ HCCI tr g ướ
1.4 T iết lập và điều k iể ế độ áy HCCI
1.4.1 C ế độ p u và iệt độ k í ạp

3

1.4.2 T ay đổi tỷ số é liệu và iê liệu t ay t ế
1.4.3 Sử ụ g lưỡ g iê
1.4.4 uâ ồi k í xả
1.5 Kết luậ ươ g 1

Các nghiên cứu trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng động cơ CCI hiệu quả hơn ởi
chúng làm giảm đồng thời cả NOx và PM, trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu, đảm bảo hiệu su t
nhiệt của động cơ, tuy nhiên vẫn có sự tăng lên của HC và CO. Ngoài việc s dụng nhiều loại
nhiên liệu như xăng, ethanol, n-heptan hoặc khí thiên nhiên nén kết hợp với nhiên liệu iesel để
tạo chế độ cháy HCCI, việc kết hợp các nhiên liệu này với nhau cũng giành được sự quan tâm của
các nhà nghiên cứu, bởi quá trình cháy HCCI sạch với lượng khí thải NOx và PM r t th p. Tuy
nhiên, việc HRR nhanh có thể gây ra hiện tượng kích nổ. Lượng khí thải C và CO cao hơn o
nhiệt độ cháy th p hơn, t c động của tia phun và nhiệt độ thành lạnh trong xi lanh. Bên cạnh đó,
động cơ CCI có s dụng ethanol làm nhiên liệu vẫn cịn một số nhược điểm cần khắc phục như:
Khả năng kiểm soát nhiệt độ tự cháy, khó khởi động lạnh và khả năng chịu tải hạn chế. Để khắc
phục hiện tượng này, việc bổ sung thêm nhiên liệu n-heptan giúp kiểm so t c c nhược điểm trên.

Trên thế giới có r t ít động cơ CCI được sản xu t, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào
việc chuyển đổi động cơ truyền thống sang động cơ CCI cùng với việc hoán cải động cơ thì
việc mở rộng phạm vi làm việc và phù hợp với các loại nhiên liệu khác nhau là việc làm phù hợp
và cần thiết. Động cơ CCI s dụng hỗn hợp n-heptan/ethanol/diesel làm nhiên liệu là hướng đi
của luận án.

C ươ g 2 CƠ SỞ Ý THUYẾT QU T NH CH Y HCCI
2.1 Hì t à ỗ ợp và áy HCCI
2.1.1 Hì t à ỗ ợp bê g ài (PFI)
2.1.2 Hì t à ỗ ợp bê tr g xila

2.2 Các ơ ế p ả ứ g và á t ô g số đặ trư g ủa quá trì áy HCCI
2.2.1 Cơ ế p ả ứ g áy HCCI

Qu trình đốt nhiên liệu được thực hiện thông qua một cơ chế phản ứng dây chuyền,
chuyển đổi nhiên liệu cho các sản phẩm là nước và CO2 là chủ yếu kèm theo tỏa năng lượng ưới
dạng nhiệt. Các chuỗi phản ứng được khởi tạo bởi các gốc tự do bao gồm H và O nguyên t , cũng
như O , O2, CH3, CH, CH2, C2H, C2H5, C2H3, và nhiều gốc hy rocac on kh c. Đối với động
cơ CCI qu trình ch y gần như ngay lập tức và cùng thời gian o đó cần hiểu rõ cơ chế phản
ứng ch y để kiểm soát thời điểm bắt đầu cháy, thời gian cháy của động cơ. C c phản ứng của n –
heptan khi cháy theo nguyên lý HCCI gồm phản ứng:

 Phản ứng khởi tạo quá trình cháy

 Phản ứng dây chuyền

 Phản ứng phân nhánh

 Phản ứng kết thúc
Cơ chế phản ứng cháy của n-heptan hoạt động theo nguyên l động cơ CCI có thời gian
của phản ứng phân nhánh ngắn. Quá trình hình thành phản ứng khởi tạo là lúc hình thành SOC 1,
nhiệt lượng chưa tỏa ra nhiều ở giai đoạn này, đầu quá trình phản ứng dây chuyền là lúc hình
thành OC 2, đây là lúc nhiệt độ trong xi lanh đủ lớn để H2O2 phân tách, sau thời điểm này nhiệt
độ trong xi lanh tăng nhanh đến nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra chủ yếu ở
giai đoạn này trong động cơ CCI.
2.2.2 Đặ điểm quá trì t ả iệt ủa độ g ơ HCCI
2.2.3 Xá đị t ời điểm bắt đầu áy
2.2.4 Điều k iể quá trì áy trê độ g ơ HCCI

4

2.3 P ươ g á t iết kế uyể đổi độ g ơ CI sa g độ g ơ áy HCCI

2.3.1 P ươ g á u g ấp - epta độ g ơ HCCI

hương ph p hình thành hỗn hợp đồng nh t ên ngoài xi lanh là phương ph p phù hợp nh t

cho động cơ chuyển đổi nhằm thiết lập qu trình ch y CCI. hương ph p này có nhiều ưu điểm

như:

- Kết c u của động cơ nguyên ản gần như vẫn giữ nguyên, chỉ cần thiết kế lại hệ thống nhiên

liệu và lựa chọn nhiên liệu phù hợp.

- Hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí đồng nh t hơn, giúp qu trình ch y iễn ra hiệu quả hơn.

- Giảm thiểu lượng ph t thải độc hại, đặc biệt là NOx.

hương ph p hình thành hỗn hợp đồng nh t bên ngoài xi lanh chỉ phù hợp với nhiên liệu khí

và nhiên liệu lỏng có khả năng ay hơi tốt như n-heptan. Vì vậy, trong nghiên cứu này sẽ nghiên

cứu phun n-heptan trên đường nạp cho động cơ.

Đối với động cơ hình thành hỗn hợp đồng nh t bên ngoài xi lanh, cách đơn giản nh t để hỗn

hợp trong xi lanh trở nên đồng nh t là phun nhiên liệu trực tiếp vào đường nạp. Vì thời gian

chuyển động của nhiên liệu và khơng khí nạp trong quá trình nạp và quá trình nén sẽ tạo ra hỗn

hợp đồng nh t cho qu trình ch y. Đồng thời, hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu được hình thành từ

bên ngồi, nên thời điểm phun nhiên liệu khơng ảnh hưởng đến thời điểm bắt đầu cháy.

2.3.2 Cơ sở l t uyết t ay đổi iệt độ k í ạp

2.3.3 Xá đị ệ số ư lượ g k ô g k í và tỷ lệ - epta t ay t ế

2.3.4 Xá đị lượ g iê liệu u g ấp

2.4 Kết luậ ươ g 2

Từ cơ sở lý thuyết về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy của động cơ CCI, c c thơng

số đặc trưng về q trình cháy, nghiên cứu đã lựa chọn phương n chuyển đổi quá trình cháy cho

động cơ CI truyền thống sang động cơ CCI với giải pháp phun hỗn hợp n-heptan/ethanol đã hòa

trộn trên đường nạp. Đây là một giải pháp có thể thiết lập q trình cháy HCCI mà khơng cần

thay đổi gì kết c u của động cơ, chỉ thay đổi hệ thống cung c p nhiên liệu. Bên cạnh đó, việc

nghiên cứu về tính ch t và đặc tính hóa hơi của n-heptan để đ nh gi khả năng phù hợp của nhiên

liệu với giải pháp lựa chọn, đưa ra giải pháp hỗ trợ cho qu trình ay hơi của nhiên liệu được tốt

hơn. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trước khi tiến hành xây dựng mơ hình mơ phỏng trên phần mềm

chuyên dụng nhằm củng cố thêm về lý thuyết trước khi tiến hành thực nghiệm. Ngồi ra, chương

2 cũng trình ày c c phương n thiết kế chuyển đổi động cơ CI sang động cơ ch y CCI như:

Đưa ra phương n cung c p hỗn hợp n-heptan/ethanol, x c định tỷ lệ n-heptan thay thế, hệ số ư

lượng không khí và thay đổi nhiệt độ khí nạp.

C ươ g 3 CHUY N ĐỔI V MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ 1 XI ANH VẬN H NH

THEO CHẾ ĐỘ HCCI

3.1 C uyể đổi độ g ơ để vậ à t e ế độ HCCI

3.1.1 Đặ điểm ủa độ g ơ g iê ứu

Trong nghiên cứu này, động cơ Yanmar DB178F được lựa chọn để thực hiện hoán cải và trang

bị các hệ thống để hoạt động ở chế độ HCCI với n-heptan. Động cơ được s dụng phổ biến để

dẫn động m y ph t điện cỡ nhỏ một xylanh, không tăng p, s dụng trên máy nông nghiệp, máy

ơm nước. Đây là loại động cơ một xylanh, làm mát bằng gió, buồng cháy thống nh t (Hình 3.1).

Các thơng số cơ ản của động cơ được thể hiện trong Bảng 3.1.

5
Hình 3.1 Động cơ Yanmar DB178F

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật đông cơ Yanmar DB178F
Giá trị
Thông số Đơ vị 78

62
Đường kính xylanh, (D) mm 296
4.4
Hành trình piston, (S) mm 3.600
13
Thể tích cơng tác, (Vh) cm3 2000

Công su t định mức, (Neđm) kW 378

Tốc độ định mức, (nđm) vg/ph 2.400

Mômen cực đại, (Memax) Nm

Tốc độ tại Memax,(nM) vg/ph

Su t tiêu hao nhiên liệu, g/kW.h
(gemin)

Tốc độ tại gemin, (nge) vg/ph

3.1.2 T iết kế và ế tạ á i tiết, ệ t ố g độ g ơ HCCI uyể đổi từ độ g ơ

diesel 1 xylanh

3.1.2.1 T iết kế, ải tiế ệ t ố g p u iê liệu điều k iể điệ tử

3.1.2.2 Điều ỉ giảm tỷ số é ủa độ g ơ

3.1.2.3 T iết kế ế tạ ệ t ố g sấy ó g k í ạp mới

3.1.2.4 T iết kế, ế tạ ệ t ố g p u iê liệu – heptan/ethanol giá tiếp

3.1.2.5 T iết kế và điều ỉ đườ g ố g t ải

3.1.2.6 T iết kế và ế tạ ệ t ố g luâ ồi k í t ải

3.1.2.7 T iết kế lắp đặt ảm biế trụ k uỷu và trụ am

3.1.2.8 Hệ t ố g đ áp suất xi lanh và ru g độ g ơ

3.1.2.9 Hệ t ố g ECU điều k iể độ g ơ

3.1.2.10 Bộ điều k iể EDU (Ele tr i Diesel U it)

3.1.3 Xây ự g đặ tí vịi p u

3.1.3.1 Đặ tí vịi p u -heptan/ethanol

3.1.3.2 Đặ tí vịi phun CR

3.2 Ng iê ứu mô p ỏ g độ g ơ HCCI trê p ầ mềm A sys F rte

Ansys Forte là một phần mềm chuyên dụng được thiết kế chuyên biệt để mô phỏng hoạt động

của động cơ đốt trong. Đây là gói phần mềm mơ phỏng động lực học dịng chảy (CFD) cho phép

kỹ sư phân tích và tối ưu hóa hiệu su t của nhiều loại động cơ đốt trong, chẳng hạn như động cơ

I, CI và đa nhiên liệu.

- Mơ hình hóa q trình cháy và tối ưu hóa qu trình nạp thải

- Mơ phỏng tăng p cơ khí và tăng p s dụng năng lượng ph t thải

- Phân tích dịng chảy trong xi lanh

- Mơ phỏng qu trình hình thành ph t thải

- Phân tích q trình truyền nhiệt

- Phân tích Hệ thống phun nhiên liệu

- hân tích động học và động lực học cơ c u khuỷu trục-thanh truyền

- Mơ phỏng q trình cháy với đa ạng các loại nhiên liệu

3.2.1 Cơ sở l t uyết ủa p ầ mềm A sys F rte

3.2.1.1 Cá p ươ g trì ơ bả

3.2.1.2 Mơ hình cháy trong Ansys Forte

3.2.1.3 Giải thuật trong phần mềm Ansys Forte

3.2.2 Xây ự g mơ ì mơ p ỏ g

3.2.2.1 Mơ p ỏ g trê p ầ mềm A sys-ICE

3.2.2.2 N ập t ô g số đầu và ủa bài t á mơ ì độ g ơ trê A sys-ICE

6

3.2.2.3 C ia lưới mơ hình
3.2.2.4 Cài đặt các thơng số, điều kiện biên cho mô phỏng
3.2.2.5 Cài đặt chạy và chế độ mô phỏng
3.2.3 Kết quả mô p ỏ g và t ả luậ

Hình 3.46 Diễn biến q trình chuyển động của hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong động cơ
HCCI

a)n-heptan; b) n-heptan/Ethanol
Trong Hình 3.46, thể hiện sự lưu động của dịng khơng khí trong buồng cháy của động cơ
HCCI ứng với 2 loại nhiên liệu kh c nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2200 v/ph. Kết quả cho
th y sự chuyển động của dịng khơng khí trong 2 trường hợp là gần tương tự nhau. Kết quả này
cũng được thể hiện rõ ràng thơng qua Hình 3.38 (hệ số xoáy lốc – swirl ratio), các giá trị trên biểu
đồ có giá trị gần tương đương nhau.

Hình 3.47. Tốc độ xốy lốc trong động cơ CCI khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph

7

Hình 3.48 Diễn biến quá trình cháy trong động cơ HCCI

a)n-heptan; b) n-heptan/Ethanol

Trong Hình 3.48, thể hiện sự thay đổi diễn biến qu trình ch y trong xy lanh ĐCĐT với 2

trường hợp động cơ chạy bằng n-heptan (a) và n-heptan/ethanol (b). Nhìn chung ta th y, quá trình

ch y trong 2 trường hợp là gần như giống nhau, nhiệt độ trong xylanh tăng ần từ điểm chết ưới

cho đến điểm chết trên, và tại gần điểm chết trên hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí tự bốc cháy và

sinh cơng cho động cơ.

3.2.3.1 Đá giá độ í xá ủa mô i mô p ỏ g

(a) 80 (b) 80

ô phỏng Thực nghiệm 10 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30 ô phỏng Thực nghiệm 20 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30

60 60
p suất xyla (bar)
p suất xyla (bar)40 40

p suất xyla (bar)2020

0 0

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
ô phỏng Thực nghiệm
Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ)

(c) 80

30 % tải, 2000 v/ph, n-heptane/E30

60

40

20

Hình 3. 0
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Gó quay trụ k uỷu (độ)

ễn biến áp suất xi lanh theo góc quay trục khuỷu giữa mô phỏng và thực nghiệm

8

(a) 10 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph (b)35 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph
9 30
8RMSE (bar) 25 MAPE (%)
7 20
6 15
5 10
4 5
3 0
2
1
0

n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30 n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30

p (%)(c) 14 10% tải 20% tải 30% tải 2000 v/ph
12 n-heptane n-heptane/E10 n-heptane/E20 n-heptane/E30
10
8

6
4
2
0

Hình 3.50 Kết quả đánh g á độ chính xác của mơ hình mơ phỏng

3.2.3.2 Đá giá ả ưở g ủa iê liệu đế quá trì làm việ ủa độ g ơ

Nghiên cứu mô phỏng đ nh gi qu trình làm việc của động cơ CCI với 2 loại nhiên liệu n-

heptan và n-heptan/ethanol với các tỷ lệ ethanol thay đổi 10%, 20% và 30% về thể tích, khi động

cơ làm việc tại tốc độ 2000 v/ph. Hình 3.51 thể hiện kết quả diễn biến áp su t và tốc độ tăng p

su t trong xi lanh ở c c điều kiện mô phỏng khác nhau.

Áp su t_n-heptan 60 5.0 Áp su t_n-heptan 60 5.0
Áp su t_n-heptan/E10 p suất (bar) p suất (bar)
Áp su t_n-heptan/E20 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)10% tải-2000 v/phÁp su t_n-heptan/E10 20% tải-2000 v/ph
Áp su t_n-heptan/E30 Áp su t_n-heptan/E20
DP_n-heptan
DP_n-heptan/E10 50 Áp su t_n-heptan/E30 50
DP_n-heptan/E20 2.5
DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan
40
2.5 DP_n-heptan/E10 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)
DP_n-heptan/E20

40 DP_n-heptan/E30

30 0.0 30 0.0

20 20
-2.5 -2.5

10 10

0 -5.0 0 -5.0
50
-50 -25 0 25 50 -50 -25 0 25
Gó quay trụ k uỷu (độ)
Gó quay trụ k uỷu (độ)

Áp su t_n-heptan 70 5.0
Áp su t_n-heptan/E10
30% tải-2000 v/ph

Áp su t_n-heptan/E20 60
Áp su t_n-heptan/E30

DP_n-heptan

DP_n-heptan/E10 2.5

DP_n-heptan/E20 50 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)

DP_n-heptan/E30

p suất (bar) 40

0.0

30

20
-2.5

10

0 -5.0
50
-50 -25 0 25
Gó quay trụ k uỷu (độ)

Hình 3.51 Đồ thị áp suất và tốc độ tăng áp suất khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph

9

Hình 3.52 Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph
Kết quả phân tích diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong buồng ch y động cơ CCI với các mẫu
nhiên liệu kh c nhau khi động cơ làm việc tại tốc độ 2000v/ph được thể hiện trên Hình 3.41. Xu
hướng chung dễ dàng nhận th y, khi tăng tỷ lệ nhiên liệu ethanol trong hỗn hợp thì tốc độ tỏa
nhiệt có xu hướng tăng lên. Với mẫu nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao, q trình cháy HCCI khơng
được ổn định nên diễn biến áp su t xylanh có sự rung động lớn cũng như kết quả phân tích tính
tốn tốc độ tỏa nhiệt có nhiều ao động.
3.2.3.3 Đá giá ả ưởng của nhiệt độ khí nạp tới q trình làm việc của độ g ơ

Hình 3.5 . Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt khi mô phỏng động cơ chạy 2000v/ph và 20% tải với nhiệt độ
môi chất nạp thay đổi

Kết quả phân tích diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong buồng ch y động cơ CCI với khi nhiệt
độ môi ch t nạp mới thay đổi được thể hiện trên Hình 3.54. Nhìn chung ta dễ dàng nhận th y
rằng, khi nhiệt độ môi ch t nạp mới tăng lên thì tốc độ tỏa nhiệt có xu hướng tăng lên.

10

3.3 Kết luậ ươ g 3

Các nội ung trong chương 3 đã đưa ra thực nghiệm chuyển đổi động cơ CI chạy với
nhiên liệu truyền thống để chạy với hỗn hợp nhiên liệu n-heptan/ethanol. Theo đó ựa vào các
thơng số cơ ản của động cơ kết hợp với đặc điểm của nhiên liệu n-heptan và ethanol, NC đã cải
thiết hệ thống nhiên liệu, điều chỉnh tỷ số nén, thiết kế hệ thống s y nóng và ln hồi khí thải, lắp
đặt cảm biến trục khuỷu và trục cam. Đặc biệt NC đã tính to n và chế tạo riêng ECU để điều
khiển chế độ phun nhiên liệu cũng như hệ thống đo p su t diễn biến quá trình cháy trong xi lanh.

Ngoài ra, mơ hình của động cơ ngun ản và động cơ chuyển đổi đã được NCS xây dựng
thành công trên phần mềm chuyên dụng mô phỏng Ansys Forte. Dựa vào mô hình này NC đã
chỉ ra q trình xốy lốc của hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu cũng như iễn biến q trình cháy, áp
su t trong xi lanh và tốc độ tỏa nhiệt. Kết quả này góp phần đưa ra c c định hướng quan trọng
cho quá trình thực nghiệm đ nh gi đặc tính cơng su t và phát thải động cơ khi chuyển đổi sang
chế độ cháy HCCI.

C ươ g 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Mụ đí t ử g iệm

Q trình th nghiệm trên ăng th cơng su t để x c định các thông số làm việc của động cơ
như công su t, mô men, tốc độ, áp su t qu trình ch y ên trong xylanh, độ rung động của động
cơ, tiêu hao nhiên liệu, lưu lượng khí nạp và các thành phần phát thải độc hại.

Quá trình th nghiệm được thực hiện ở c c trường hợp: động cơ CI nguyên bản; động cơ

HCCI với nhiên liệu n-heptan; động HCCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol với các tỷ lệ ethanol
kh c nhau; động cơ CCI với nhiên liệu n-heptan/ethanol kết hợp phun diesel trực tiếp để kiểm
sốt q trình cháy.
4.2 Đối tượ g và iê liệu t ử g iệm
4.2.1 Đối tượ g t ử g iệm

Trên cơ sở mẫu động cơ nguyên ản, NCS tiến hành cải tiến động cơ ằng cách trang bị hệ
thống cung c p nhiên liệu điều khiển điện t thay cho hệ thống cung c p nhiên liệu cơ khí nguyên
bản. Với hệ thống này, nhiên liệu phun mồi có thể dễ àng điều khiển cả về lượng phun và thời
điểm phun trong quá trình nghiên cứu điều khiển chế độ cháy của động cơ CCI. Thông tin chi
tiết về động cơ th nghiệm đã được trình ày trong Chương 3.
4.2.2 N iê liệu t ử g iệm

Nhiên liệu được s dụng trong quá trình th nghiệm bao gồm iesel thương mại thông
thường, nhiên liệu ethanol tinh khiết và n-heptan. Trong đó, nhiên liệu n-heptan là nhiên liệu
được s dụng là nhiên liệu chính cung c p cho động cơ còn iesel và ethanol được hòa trộn với tỷ
lệ nh t định và cung c p như nhiên liệu mồi.
4.3 Quy trì và p ạm vi t ử g iệm
4.4 Sơ đồ và tra g t iết bị t ử g iệm
4.4.1 Sơ đồ bố trí t ử g iệm
4.4.2 Tra g t iết bị t ử g iệm
4.5 Kết quả t ử g iệm và t ả luậ
4.5.1 Xây ự g đặ tí ủa độ g ơ t uầ iesel

11

Ne Me ge

14 600

12 550

Ne (kW), Me (Nm)
ge (g/kWh)
10
500

8
450

6

400
4

2 350

0 2000 2400 2800 300
1600 3200

Tốc độ (v/ph)

Hình 4.7 Đặc tính ngoài của động cơ CI

Đặc tính ngồi của động cơ CI được x c định qua giới hạn hệ số ư lượng khơng khí

lambda. Ở mỗi chế độ tốc độ, lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh đạt giới hạn lambda quanh

ngưỡng 1,2. Khi đó, x c định được giá trị mơ men cực và công su t của động cơ. Kết quả th

nghiệm xây dựng đường đặc tính ngồi của động cơ CI được thể hiện trên Hình 4.6. Kết quả th

nghiệm công su t, mô men, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ CI ở các chế độ tải 10, 20

và 30% được thể hiện trong Bảng 4.3 đến 4.5.

ảng 4.4 Kết quả đo tại 30% tải

Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda
độ (Nm) (kW) (ppm) (%)
(v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-)

1822 3.43 0.6 68 0.03 98 1.1 0.31 16.4 3.6

2051 3.72 0.7 77 0.03 78 1.5 0.33 18 3.7

2376 3.56 0.9 61 0.01 77 1.2 0.42 20.9 3.4

2811 3.74 1.1 55 0.02 50 1.13 0.46 24.9 3.6

3117 3.42 1.2 50 0.02 47 1.01 0.51 27.8 3.7

ảng 4.5 Kết quả đo tại 20% tải

Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda
độ (Nm) (kW) (ppm) (%)
(v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-)

1790 2.5 0.5 80 0.05 56 1.23 0.22 16.5 5.1

2070 2.6 0.5 79 0.06 63 1.3 0.23 18.1 5.3

2315 2.5 0.6 73 0.03 33 0.8 0.23 21 6.4

2791 2.4 0.7 61 0.03 25 0.95 0.29 25.2 5.8

3267 2.3 0.8 67 0.02 12 0.77 0.4 28.9 5.1

ảng 4.6 Kết quả đo tại 10% tải

Tốc Me_thực Ne HC CO NOx Smoke FC_diesel AFM Lambda
độ (Nm) (kW) (ppm) (%)
(v/ph) (ppm) (FSN) (kg/h) (kg/h) (-)

1833 1.1 0.2 77 0.05 38 0.53 0.11 16.4 10

2012 1.2 0.3 82 0.07 47 0.93 0.13 18.7 9.3

2393 1.1 0.3 79 0.04 19 0.93 0.13 21.8 11

2756 1.2 0.4 68 0.04 26 0.82 0.15 25.5 11.2

3219 1.2 0.4 67 0.05 18 0.64 0.17 28.3 11.1

4.5.2 Kết quả t ử g iệm ạt độ g ở ế độ HCCI

a) Đặc tính cháy của độ g ơ HCCI với đơ iê liệu n-heptan

12

1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0
10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, diesel 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph, die

0.8 0.8 0.8

IMEP (bar) 0.5 0.5 0.5

0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0.98% 0.3 IMEP tb = 0.56 bar; COVIMEP = 3.59% 0.3 IMEP tb = 0.59 bar; COVIMEP = 0.

0.0 0.0 0.0
0
80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40

Chu trình (-) Chu trình (-)

2.0 2.0 2.0
20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, diesel 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph, die

IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5

1.0 1.0 1.0
IMEP tb = 1.15 bar; COVIMEP = 2.42% IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1.

IMEP tb = 1.17 bar; COVIMEP = 1.22%

0.5 0.5 0.5

80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40

Chu trình (-) Chu trình(-)

2.5 2.5 2.5
30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, diesel 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (3.54 Nm), 1600 v/ph, die

IMEP (bar) 2.0 IMEP (bar) 2.0 IMEP (bar) 2.0

1.5 1.5 1.5
IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1.68% IMEP tb = 1.71 bar; COVIMEP = 3.50% IMEP tb = 1.75 bar; COVIMEP = 1.

1.0 1.0 1.0
0
80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40

Chu trình (-) Chu trình (-)

a) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 1600 v/ph, tải 10%-20%-30%

1.5 1.5 1.5
10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, diesel 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph, die

IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0

0.5 0.5 0.5
IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP = 1.36% IMEP tb = 0.635 bar; COVIMEP = 2.87% IMEP tb = 0.654 bar; COVIMEP =

80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40
0 0 0

Chu trình (-) Chu trình (-)

2.0 2.0 2.0
20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, diesel 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph, die

IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5IMEP (bar)
1.5

1.0 1.0

0.5 1.0 0.5
IMEP tb = 1.31 bar; COVIMEP = 4.05% IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1

IMEP tb = 1.32 bar; COVIMEP = 1.08%

0.0 0.5 0.0

80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40

Chu trình (-) Chu trình(-)

IMEP (bar) 3.0 IMEP (bar) 3.0 IMEP (bar) 3.0
30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, diesel 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, HCCI - n-heptan 30% tải (4.0 Nm), 2000 v/ph, die

2.5 2.5 2.5

2.0 2.0 2.0

1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1.32% 1.5 IMEP tb = 2.04 bar; COVIMEP = 4.22% 1.5 IMEP tb = 2.05 bar; COVIMEP = 1

1.0 1.0 1.0
0 0

80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40

Chu trình (-) Chu trình (-)

b) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2000 v/ph, tải 10%-20%-30%

1.5 1.5 1.5
10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, iesel 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 10% tải (1,2 Nm), 240

IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0 IMEP (bar) 1.0

0.5 0.5 0.5
IMEP tb = 0.62 bar; COVIMEP = 2.91% IMEP tb = 0.61 bar; COVIMEP = 3.21% IMEP tb = 0.62 bar; CO

80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 10 20 30
0 0 0

Chu trình ( ) Chu trình ( )

2.0 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, iesel 2.0 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph, HCCI - n-heptan 2.0 20% tải (2,5 Nm), 240

IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5 IMEP (bar) 1.5

1.0 1.0 1.0
IMEP tb = 1.28 bar; COVIMEP = 6,41% 0.5 IMEP tb = 1.24 bar; CO
0.5 IMEP tb = 1.24 bar; COVIMEP = 1.54%
0.5

80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 3

Chu trình ( ) Chu trình( )

IMEP (bar) 3.0 30% tải (3,6 Nm), 2400 v/ph, diesel Động cơ làm việc không ổn định IMEP (bar) 3.0 30% tải (3,6 Nm), 240
2.5 COVIMEP> 10% 2.5

2.0 2.0

1.5 IMEP tb = 1.84 bar; COVIMEP = 1.13% 1.5 IMEP tb = 1.84 bar; CO

1.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1.0 10 20 3
0 0

Chu trình ( )

c) Kết quả thử nghiệm tại chế độ tốc độ 2400 v/ph, tải 10%-20%-30%
Hình 4.1 So sánh COVIMEP của động cơ d esel và HCCI- n-heptan

13

200 200 1 tải

1 tải

2 tải 2 tải

3 tải 3 tải

150 150

100 100

1

50 50

0 0

-100 -50 0 50 100 -100 -50 0 50 100

-50 -50
Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu

Hình .10 ễn b ến tốc độ tỏa nh ệt của động cơ ở chế độ nguyên bản và HCCI
b) Đặ tí áy ủa độ g ơ HCCI với ỗ ợp iê liệu - epta /et a l

80 10% tải (1,18 Nm), 1600 v/ph 80 7.5
Áp su t_n heptan 5 Áp su t_n heptan 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph
2.5
Áp su t_n heptan/E10 0 Áp su t_n heptan/E10 5
2.5
Áp su t_n heptan/E20 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 0
p suất xyla (bar)
60 Áp su t_n heptan/E30 60 Áp su t_n heptan/E30 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)

p suất xyla (bar) DP_n-heptan DP_n-heptan

DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10

DP_n-heptan/E20

DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E20

40 40 DP_n-heptan/E30

20 -2.5 -2.5 20

0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5
-100 Gó quay trụ k uỷu (độ) 100 -100 Gó quay trụ k uỷu (độ) 100
80 80
Áp su t_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2400 v/ph 7.5 Áp su t_n heptan 10% tải (1,2 Nm), 2800 v/ph 7.5
60 Áp su t_n heptan/E10 60 Áp su t_n heptan/E10
p suất xyla (bar) Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)
40 Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E30
DP_n-heptan 2.5 DP_n-heptan 2.5
DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10
DP_n-heptan/E20 0 DP_n-heptan/E20 0
DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30

20 20
-2.5 -2.5

0 -5 0 -5
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

80 Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ) 7.5
60 5
40 a. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 10% 2.5
0
Áp su t_n heptan 20% tải (2,36 Nm), 1600 v/ph 80 Áp su t_n heptan 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph -2.5
Áp su t_n heptan/E10 5

Áp su t_n heptan/E20 Áp su t_n heptan/E10
Áp su t_n heptan/E30 2.5
DP_n-heptan Tô độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E20 Tô độ tă g áp suất (bar/độ)
DP_n-heptan/E10 0 p suát xyla (bar)
p suát xyla (bar) DP_n-heptan/E20 60 Áp su t_n heptan/E30
DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan

DP_n-heptan/E10

DP_n-heptan/E20

40 DP_n-heptan/E30

20 -2.5 20

0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -5
-100 100 -100 100
80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 80 Gó quay trụ k uỷu (độ)
7.5 7.5
60 Áp su t_n heptan 20% tải (2,5 Nm), 2400 v/ph 5 60 Áp su t_n heptan 20% tải (2,4 Nm), 2800 v/ph
Áp su t_n heptan/E10 2.5 Áp su t_n heptan/E10 5
p suát xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E20 0 Tô độ tă g áp suất (bar/độ) 40 Áp su t_n heptan/E20 Tô độ tă g áp suất (bar/độ)
Áp su t_n heptan/E30 -2.5 p suát xyla (bar) Áp su t_n heptan/E30 2.5
DP_n-heptan DP_n-heptan
DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10 0
DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20
DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30 -2.5

20 20

0 -5 0 -5

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ)

. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 20%

14

80 7.5 80 7.5
Áp su t_n heptan 30% tải (3, ) Áp su t_n heptan 30 % tải (4,0 )

Áp su t_n-heptan/E10 Áp su t_n-heptan/E10

Áp su t_n heptan/E20 5 Áp su t_n heptan/E20 5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)
Tố độ tă g áp suất (bar/độ) Áp su t_n heptan/E30
Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) 60
60 DP_n-heptan
p suất xyla (bar) DP_n-heptan
DP_n-heptan/E10
DP_n-heptan/E10
DP_n-heptan/E20 2.5
DP_n-heptan/E20 2.5
40 DP_n-heptan/E30
40 DP_n-heptan/E30

0 0

20 20

-2.5 -2.5

0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 -5 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 -5
-100 80 100 -100 80 100
80 Gó quay trụ k uỷu (độ) 80 Gó quay trụ k uỷu (độ)
5 7.5
60 Áp su t_n heptan 30 % tải (3, 4 ) 2.5 60 Áp su t_n heptan 30% tải (3, 4 ) 5
Áp su t_n-heptan/E10 0 Áp su t_n-heptan/E10 2.5
p suất xyla (bar) 40 Áp su t_n heptan/E20 -2.5 Tố độ tă g áp suất (bar/độ) 40 Áp su t_n heptan/E20 0 Tố độ tă g áp suất (bar/độ)
Áp su t_n heptan/E30 p suất xyla (bar) Áp su t_n heptan/E30 -2.5
DP_n-heptan DP_n-heptan
DP_n-heptan/E10 DP_n-heptan/E10
DP_n-heptan/E20 DP_n-heptan/E20
DP_n-heptan/E30 DP_n-heptan/E30

20 20

0 -5 0 -5

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ)

c. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 30%

Hình .11 Đồ thị d ễn b ến áp suất xylanh và tốc độ tăng áp suất trong buồng cháy

Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan
10% ả 1 18 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 10% ả 1 3 Nm), 2000 rpm n-heptan/E10
n-heptan/E20 n-heptan/E20

200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30

150 150

100 100

50 50

0 0
-200 -160 -120
-50 -80 -40 0 40 80 120 160 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-50
Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó qu y rụ k uỷu

250 n-heptan 250 n-heptan
10% ả 1 Nm), 2400 v/ph n-heptan/E10 10% ả 1 Nm), 2800 v/ph n-heptan/E10
n-heptan/E20 n-heptan/E20
200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30

150 150

100 100

50 50

0 0

-50 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -50 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-200 -200

Gó qu y rụ k uỷu Gó qu y rụ k uỷu

a. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 10%

Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan
20% ả 36 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 20% ả 6 Nm), 2000 rpm n-heptan/E10
n-heptan/E20 n-heptan/E20
200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30

150 150

100 100

50 50

0 -80 -40 0 40 80 120 160 200 0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-200 -160 -120 Gó quay trụ k uỷu (độ) -200
-50 -50 Gó qu y rụ k uỷu

250 n-heptan 250 n-heptan
20% ả 5 Nm), 2400 v/ph n-heptan/E10 20% ả 5 Nm), 2800 v/ph n-heptan/E10
n-heptan/E20 n-heptan/E20
200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30

150 150

100 100

50 50

0 0

-50 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-200 -50
Gó qu y rụ k uỷu
-150 -100 -50 0 50 100 150 200

Gó qu y rụ k uỷu

. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 20%

15

Tố độ tỏa iệt (J/độ) 250 n-heptan 250 n-heptan
30% ả 3 54 Nm), 1600 v/ph n-heptan/E10 30% ả 4. Nm), 2000 rpm n-heptan/E10
n-heptan/E20 n-heptan/E20
200 n-heptan/E30 200 n-heptan/E30

150 150

100 100

50 50

0 0

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-50
-50 Gó qu y rụ k uỷu n-heptan
Gó quay trụ k uỷu (độ) n-heptan/E10

n-heptan/E20
250 n-heptan 250 n-heptan/E30
30% ả 3.6 Nm), 2400 rpm n-heptan/E10 30% ả 3.6 Nm), 2800 v/ph
n-heptan/E20
200 n-heptan/E30 200

150 150

100 100

50 50

0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
-200 -200
-50 Gó qu y rụ k uỷu -50 Gó qu y rụ k uỷu

c. Kết quả th nghiệm tại chế độ tải 30%
Hình .12 Đồ thị d ễn b ến tốc độ tỏa nh ệt trong buồng cháy

Me (Nm) 14 Me_100% Toàn tải
12 Me_50% 50% tải
10 Me_30%
Me_20%
8 Me_10%
6
4 Vùng khảo s t 30% tải
2 2 20% tải
0
1 10% tải
1200

1600 2000 2400 2800 3200

Tốc độ (v/ph)

Hình .13 Xác định chế độ thử ngh ệm k ểm sốt q trình cháy động cơ HCCI
Đặ tí
4.5.3 áy ủa độ g ơ HCCI k i ó p u mồi iesel

80 Áp su t_n-heptan/E30 7.5 80 Áp su t_n-heptan/E30 20% tải (2,6 Nm), 2000 v/ph 7.5

Áp su t_n-heptan/E30/D2/70 10% tải (1,3 Nm), 2000 v/ph Áp su t_n-heptan/E30/D2/70

Áp su t_n-heptan/E30/D2/90 Áp su t_n-heptan/E30/D2/90
p suất xyla (bar) 5 5
p suất xyla (bar)Áp su t_n-heptan/E30/D2/110 Áp su t_n-heptan/E30/D2/110
60 60
Tố độ tă g áp suất (bar/độ)DP_n-heptan/E30DP_n-heptan/E30
p suất xyla (bar)
DP_n-heptan/E30/D2/70 DP_n-heptan/E30/D2/70
Tố độ tă g áp suất (bar/độ)
Tố độ tă g áp suất (bar/độ)DP_n-heptan/E30/D2/902.5DP_n-heptan/E30/D2/902.5

DP_n-heptan/E30/D2/110 DP_n-heptan/E30/D2/110
40 40

0 0

20 20

-2.5 -2.5

0 -5 0 -5

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ)

80 7.5
Áp su t_n-heptan/E30 30% tải (4,0 Nm), 2000 v/ph

Áp su t_n-heptan/E30/D2/70

Áp su t_n-heptan/E30/D2/90 5

60 Áp su t_n-heptan/E30/D2/110

DP_n-heptan/E30

DP_n-heptan/E30/D2/70

DP_n-heptan/E30/D2/90 2.5

DP_n-heptan/E30/D2/110
40

0

20

-2.5

0 -5

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Gó quay trụ k uỷu (độ)

Hình 4.15 Đồ thị diễn biến áp suất xi lanh ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol

16

epta /E30/110 10% tải, 2000 v/ph SOC 1 epta /E30/110 20% tải, 2000 v/ph
SOC 2 SOC 2
SOC 1 epta /E30/ 0 epta /E30/ 0
epta /E30/ 0 epta /E30/ 0

epta /E30 epta /E30

ĐCT ĐCT

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 -50 -40 -30 -20 -10 0 10

Gó quay trụ k uỷu (độ) Gó quay trụ k uỷu (độ)

30% tải, 2000 v/ph

epta /E30/110

SOC 1 epta /E30/ 0
epta /E30/ 0

SOC 2

epta /E30

ĐCT

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10

Gó quay trụ k uỷu (độ)

4.5.4 Hình 4.16 Thờ đ ểm cháy ở một số chế độ tải, tốc độ 2000 v/ph, 30% ethanol
4.5.5 Đá giá tí ă g ki tế ủa độ g ơ
Đá giá ả ưở g ủa iệt độ k í ạp tới quá trì làm việ ủa độ g ơ

Hình 4.2 So sánh diễn biến áp suất trong xylanh kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới ở tốc độ
2000 v/ph, tả thay đổi 10%, 20% và 30% với n-heptan/E30

Hình 4.19 Kết quả đánh g á hệ số dao động COVIMEP kh thay đổi nhiệt độ khí nạp

17

Hình 4.20 Sự thay đổi thờ đ ểm hình thành ngọn lửa kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới

Hình 4.21 So sánh mức t êu hao năng lượng kh thay đổi nhiệt độ môi chất nạp mới
4.5.6 Đá giá ả ưở g ủa tỉ lệ luâ ồi k í t ải tới q trì làm việ ủa độ g ơ

Hình 4.22 Diễn biến áp suất bên trong xylanh ở các tỷ lệ luân hồi khác nhau

18