MÔN ĐỘNG cơ đốt TRONG NÂNG CAO động cơ HCCI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NÂNG CAO

ĐỀ TÀI:

ĐỘNG CƠ HCCI
GVHD: PGS. TS. PHẠM XUÂN MAI.
HVTH: TRẦN LƯƠNG THỤY.
BÙI TẤT ĐẠT
NGUYỄN TRƯỜNG AN
NGUYỄN ANH TUẤN
THÁNG 05-2008


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ HCCI
Động cơ HCCI vận hành dựa trên nguyên tắc hỗn hợp loãng hòa trộn trước nạp
vào phản ứng và cháy trong toàn bộ buồng đốt động cơ khi được nén bởi piston.
•Động cơ đánh lửa cưỡng bức : Lan tràn màng lửa, độ mở bướm ga, hoà trộn trước,hệ số tỷ
lượng.
•HCCI: Không lan tràn màng lử, độ mở bướm ga thay đổi ở nhiều chế độ, , phun trực tiếp, hỗn
hợp nghèo.


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ HCCI

•

What is Homogeneuos Charge Compression Ignition(HCCI)

-

HCCI là quá trình thay đổi quá trình cháy của động cơ dạng piston , có thể cung
cấp hiệu suất cao như động cơ nén nổ, phun trực tiếp (compression-ignition, directinjection CIDI) trong khi đó, không giống như động cơ CIDI)nó phát ra ở mức
thấp oxide của nitrogen (NOx) và PM (particulate matter). Động cơ HCCI vận
hành dựa trên nguyên tắc hỗn hợp nhạt hòa trộn trước nạp vào phản ứng và cháy
trong toàn bộ buồng đốt động cơ khi được nén bởi piston. Ở một vài đánh giá,
HCCI kết hợp những ưu điểm của cả động cơ đánh lửa (SI) và nén nổ (CI) , như
minh họa ở hình 1. Như động cơ SI , hỗn hợp được hòa trộn tốt , nó giảm thiểu
lượng PM , và như động cơ CIDI hỗn hợp bị nén nổ và không có tổn thất ở họng
nạp, do đó nó dẫn đến hiệu suất cao.
Tuy nhiên, không giống như động cơ truyền thống sự cháy diễn ra trong toàn bộ
thể tích buồng đốt hơn là trước màng lửa. Đặc tính quan trọng này của HCCI cho
phép sự cháy diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn, đột ngột giảm lượng NOx phát ra từ
động cơ.
Hầu hết động cơ dùng HCCI có hai hệ thống phương thức cháy trong đó sự cháy
truyền thống SI hoặc CI được sử dụng trong điều kiện vận hành khi mà vận hành
HCCI khó khăn.Đặc biệt, khi động cơ SI hoặc CI khởi động nguội, sau đó chuyển
sang chế độ HCCI ở chế độ cầm chừng và chế độ tải thấp đến trung để đạt được
cái lợi của HCCI ,gặp ở hầu hết chu kỳ vận hành đặc trưng của máy móc động cơ.
Cho chế độ tải lớn, động cơ sẽ được chuyển qua vận hành như SI hoặc CIDI .

-

-

NỘI DUNG BÁO CÁO: ĐỘNG CƠ HCCI
SO SÁNH QUÁ TRÌNH CHÁY CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ


NỘI DUNG BÁO CÁO:
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ HCCI
Bắt nguồn từ năm 1897 từ sáng
chế động cơ HOT-BULT của Carl
W. Wiess. Ví dụ về bố trí của
Hot-Bult được minh họa như
hình :


NỘI DUNG BÁO CÁO:
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ HCCI
•Hỗn hợp nhiên liệu / không khí được hòa trộn trước khi đưa vào buồng đốt
•Hỗn hợp nhiên liệu / không khí được kích nổ bằng áp suất cao và nhiệt độ cao ở cuối
quá trình nén
•Khi được kích nổ, hỗn hợp nhiên liệu /t1 không khí cháy nhanh, cháy và sinh ra áp
suất và nhiệt độ cao. Việc tự kích nổ sớm với nhiên liệu có thể gây ra áp suất lớn phá
hỏng động cơ vì vậy động cơ HCCI hoạt động với hỗn hợp loãng
•Tuy nhiên vẫn cần tăng nhiệt độ và áp suất để tăng hiệu suất động cơ
•Vấn đề điều khiển quá trình cháy


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỒ THỊ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ HCCI

•1-Compression

•2-Auto-ignition
•3-Combustion
•4-Expansion
•5-Exhaust
•6-Fuel injection
•7-Combustion
•8-Fuel injection
•9-Intake


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỒ THỊ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ HCCI


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỒ THỊ NĂNG SUẤT TỎA NHIỆT ĐỘNG CƠ HCCI


NỘI DUNG BÁO CÁO:
MỘT VÀI CÁCH ĐỂ TĂNG NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT (HOẶC CẢ HAI) ĐỘNG CƠ HCCI
•Tăng tỉ số nén
•Làm nóng khí nạp trước khi đưa vào buồng đốt
•Nạp cưỡng bức (dùng turbocharge, Super charge)
•Hồi lưu khí thải


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ƯU ĐIỂM ĐỘNG CƠ HCCI
•Chu trình của động cơ HCCI gần với chu trình Otto (lý tưởng hơn động cơ SI )
•Hoạt động ở chế độ loãng nên hiệu suất cao hơn động cơ SI

•Hỗn hợp nhiên liệu / không khí được hòa trộn đều được hòa trộn trước khi vào buồng đốt nên
nhiên liệu được đốt cháy kiệt hơn

NHƯỢC ĐIỂM ĐỘNG CƠ HCCI
•Áp suất đỉnh cao (nổ theo kiểu kích nổ, áp suất cao)
•Tốc độ tỏa nhiệt cao
•Khó kiểm soát quá trình cháy động cơ (vì có nhiều tâm cháy)
•Tầm công suất bị giới hạn
•Hàm lượng HC và CO trong khí cao


NỘI DUNG BÁO CÁO:
KIỂM SOÁT ĐỘNG CƠ HCCI
•Để động cơ HCCI phổ biến rộng rãi thì việc kiểm soát động cơ là một trở ngại:
•Tỉ số nén
•Nhiệt độ khí nạp
•Áp suất khí nạp
•Hồi lưu khí thải


NỘI DUNG BÁO CÁO:
THAY ĐỔI TỈ SỐ NÉN ĐỘNG CƠ HCCI
Có một vài giải pháp để thay đổi tỉ số nén, nhưng nhìn chung có 2 giải pháp chính là:
•Thay đổi dung tích xylanh Một giải pháp thay đổi dung tích là sử dụng 1 piston đặt phía trên
nắp xylanh
•Thay đổi hiệu suất nén: thay đổi thời điểm đóng mở valve

THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP ĐỘNG CƠ HCCI

Giải pháp này đòi hỏi phải có kỹ thuật điều khiển nhiệt độ nhanh:

•Nhiệt độ khí nạp cần được kiểm soát theo từng chu kỳ. Do đó cũng là một trở ngại cho việc áp
dụng


NỘI DUNG BÁO CÁO:
THAY ĐỔI THỜI ĐIỂM ĐÓNG MỞ VALVE ĐỘNG CƠ HCCI
(VVA-Variable Valve actuation)
•Điều khiển hiệu suất nén
•Kiểm soát lượng khí xả hồi lưu, từ đó kiểm soát được nhiệt độ buồng đốt

THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG KHÍ XẢ
Khí xả được hồi lưu được hòa trộn với hỗn hợp khí nạp sạch trước khi đưa vào buồng đốt
động cơ. Việc này đem lại 2 lợi ích:
•Trì hoãn QTC, giảm công suất động cơ
•Tăng nhiệt độ khí nạp, thuận lợi cho kích nổ (cho sự cháy được)


NỘI DUNG BÁO CÁO:
THAY ĐỔI TỐC ĐỘ SINH NHIỆT VÀ ÁP SUẤT ĐỈNH

•Trong động cơ SI và CI quá trình cháy diễn ra thông qua màng lửa
•Trong động cơ HCCI, toàn bộ nhiên liệu không khí gần như cháy cùng lúc,dẫn đến áp suất
cao. Do đó ảnh hưởng tuổi bền động cơ
•Để khắc phục điều này có 1 giải pháp hòa trộn nhiều loại nhiên liệu có nhiệt độ cháy khác
nhau (để nhiệt độ cháy không tăng đột ngột)


NỘI DUNG BÁO CÁO:
TĂNG GIẢM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

•Trong động cơ SI, công suất động cơ có thể tăng giảm hỗn hợp nhiên liệu / không khí vào
buồng đốt
•Trong động cơ CI, công suất động cơ có thể thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt ở
cuối kỳ nén
•Trong động cơ HCCI, tăng lượng nhiên liệu đi vào động cơ tức là tăng tốc độ sinh nhiệt và
tăng áp suất đỉnh. Đồng thời có thể gây ra hiện tượng Nocking rất nguy hiểm cho động cơ


NỘI DUNG BÁO CÁO:
TĂNG GIẢM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
GiẢI PHÁP KHẮC PHỤC:
•Tăng nhiệt độ khí nạp đi vào động cơ để giảm mật độ và khối lượng nhiên liệu đi vào buồng
đốt nhằm giảm công suất động cơ
•Một giải pháp khác là sử dụng động cơ hỗn hợp trong một điều kiện tải nhất định thì chạy
HCCI và chạy ở chế độ SI hoặc CI ở đầy tải hoặc gần đầy tải


NỘI DUNG BÁO CÁO:
KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ HCCI

•Động cơ HCCI hoạt động ở chế độ loãng nên nhiệt độ đỉnh thấp hơn CI, SI
•Tại nhiệt độ thấp NOx hình thành nhưng dẫn đến việc cháy không hoàn toàn của nhiên liệu
•Khi chạy động cơ có thể thay đổi được tỉ số nén, điều này có thể thay đổi áp suất động cơ
(Variable Compression Ratio-VCR)


NỘI DUNG BÁO CÁO:


NỘI DUNG BÁO CÁO:

TIỀM NĂNG GIẢM NOx ĐỘNG CƠ HCCI

•

HÀM LƯỢNG NOx THẤP HƠN CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ KHÁC CỦA ĐỘNG CƠ HCCI


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ HCCI


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ CFR


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ CFR


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ CFR


NỘI DUNG BÁO CÁO:
ĐỘNG CƠ CFR