Nghiên cứu động cơ HCCI khảo sát động cơ skyactiv mazda

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HCCI
KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ SKYACTIV MAZDA

Sinh viên thực hiện: TỐ BÁ HIẾU

Đà Nẵng – Năm 2019

i


LỜI NÓI ĐẦU
Sự ra đời của động cơ đốt trong là một bước tiến vĩ đại của nền khoa học thế
giới. Động cơ đốt trong được sử dụng như là nguồn động lực phổ biến trong các lĩnh
vực công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, quân sự, giao thông vận tải…
Tuy nhiên trong những thập kỷ gần đây những lo ngại nghiêm trọng đã được
đặt ra liên quan đến tác động mơi trường của khí thải phát sinh từ hoạt động của các
động cơ này. Ngoài ra, trữ lượng dầu mỏ hữu hạn trên thế giới dần cạn kiệt. Vì vậy xu
hướng phát triển động cơ đốt trong hiện nay là nâng cao hiệu suất, nâng cao tính kinh
tế nhiên liệu, giảm các thành phần phát thải độc hại. Để giải quyết các vấn đề này một
công nghệ đốt cháy mới đó là cơng nghệ HCCI (nén cháy hỗn hợp đồng nhất) được
đưa ra với các ưu điểm hiệu suất nhiệt cao, tiết kiệm nhiên liệu và lượng phát thải
NOx và PM thấp. Cơng nghệ HCCI có khả năng đáp ứng các yêu cầu khắt khe về khí
thải cũng như giảm áp lực đến nguồn nhiên liệu dầu mỏ.
Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu động cơ HCCI” sẽ làm rõ các vấn đề của động
cơ HCCI: Giới thiệu, phân tích hoạt động, kết cấu một số hệ thống, ưu nhược điểm,
khả năng ứng dụng cho động cơ HCCI.
Được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo Trần Văn Nam, cùng toàn thể

các thầy trong Khoa Cơ Khí Giao Thơng đã tạo điều kiện cho chúng em hồn thành đồ
án này. Nhưng do chưa có kinh nghiệm và trình độ của bản thân cịn hạn chế nên trong
đồ án khơng tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp của các
thầy, các bạn để đồ án ngày càng được hoàn thiện hơn.

Đà Nẵng, ngày 2 tháng 6 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Lê Đức Hiền
Tô Bá Hiếu

ii


LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu động cơ HCCI” là một cơng trình
nghiên cứu của bản thân. Đề tài là một sản phẩm mà chúng em đã nỗ lực nghiên cứu
trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Trong q trình viết bài có sự tham khảo một số
tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo, các số liệu
trình bày trong đồ án là hồn tồn trung thực.
Sinh viên thực hiện

iii


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ....................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI ...........................................................3
1.1. Sự phát triển của động cơ HCCI ..........................................................................3
1.2. HCCI là gì? ...........................................................................................................5
1.3. Cơ sở lý thuyết......................................................................................................6
1.3.1. Đặc điểm quá trình cháy của động cơ HCCI.................................................6
1.3.2. Hình thành hỗn hợp đồng nhất trong động cơ HCCI ..................................10
1.4. Ưu điểm và nhược điểm động cơ HCCI .............................................................14
1.4.1. Ưu điểm của động cơ HCCI ........................................................................14
1.4.2. Nhược điểm động cơ HCCI .........................................................................16
Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ HCCI ...........................................................19
2.1. Nguyên lý hoạt đông của động cơ HCCI ...........................................................19
2.1.1. Chu trình làm việc động cơ HCCI ...............................................................19
2.1.2. Vùng hoạt động của động cơ HCCI và các phương pháp điều khiển quá
trình cháy ...............................................................................................................21
2.2. Kết cấu động cơ HCCI .......................................................................................24
2.2.1. Khái quát các hệ thống cơ bản ....................................................................24
2.2.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ HCCI .............................................................25
2.2.2.1. Hệ thống nhiên liệu diesel HCCI .........................................................25

iv


2.2.2.2. Hệ thống nhiên liệu GDI - HCCI .........................................................34
2.2.3. Hệ thống đánh lửa HCCI .............................................................................36
2.2.4. Hệ thống phân phối khí thơng minh ............................................................40
2.2.5. Hệ thống tuần hồn khí xả EGR ..................................................................49
2.2.6. Hệ thống điều khiển.....................................................................................52

2.2.6.1. Bộ điều khiển trung tâm ECU ..............................................................53
2.2.6.2. Các cảm biến dùng trong hệ thống .......................................................54
Chương 3: ĐỘNG CƠ HCCI LÀM NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO Ô TƠ .....................62
3.1. Nghiên cứu, tính tốn, cải tạo động cơ diesel làm việc theo nguyên lý HCCI ..62
3.1.1. Phương án cải tạo động cơ ..........................................................................64
3.1.1.1. Cung cấp nhiên liệu vào động cơ .........................................................64
3.1.1.2 Bộ giảm áp suất CNG ............................................................................65
3.1.1.3 Điều chỉnh tải cho động cơ ....................................................................67
3.1.1.4. Giảm tỷ số nén và điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel .........................69
3.1.2. Tính tốn cải tạo động cơ ............................................................................71
3.1.2.1. Tính tốn giảm tỷ số nén của động cơ ..................................................71
3.1.2.2. Tính tốn nhiệt động cơ ........................................................................72
3.1.2.3. Tính tốn bộ hịa trộn venturi ...............................................................76
3.1.2.4. Tính tốn thiết kế van tiết lưu...............................................................81
3.2. Tính kinh tế kỹ thuật của động cơ HCCI ...........................................................84
3.3. Đánh giá phát thải của động cơ HCCI ................................................................90
3.3.1. NOx .............................................................................................................90
3.3.2. PM ...............................................................................................................91
3.3.3. HC và CO ....................................................................................................91
3.4. Nghiên cứu tính tốn động cơ SKYACTIVcủa Mazda......................................92
3.4.1. Giới thiệu về công nghệ SKYACTIV của Mazda .......................................92
3.4.2. Ưu điểm của động cơ SKYACTIV-X .........................................................92

v


3.4.3. Công nghệ SPCCI của Mazda .....................................................................93
3.4.4. Những giải pháp công nghệ nâng cao hiệu suất động cơ SKYACTIV-X ..96
3.4.5. Cấu tạo động cơ SKYACTIV-X .............................................................. 102
3.3.6. Chu trình làm việc động cơ SKYACTIV-X ............................................. 103

3.3.7. Đánh giá hiệu quả động cơ ....................................................................... 104
Chương 4: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ĐỀ XUẤT ...................................................... 108
4.1. Kết luận............................................................................................................ 108
4.2. Kiến nghị đề xuất............................................................................................. 109
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 110

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1: Thơng số kỹ thuật động cơ cải tạo
Bảng 3.2: Thành phần khí CNG
Bảng 3.3: Các thơng số chọn dùng trong tính tốn nhiệt cho diesel
Bảng 3.4: Các thông số chọn sử dụng trong tính tốn nhiệt cho CNG
Bảng 3.5: Kết quả tính tốn nhiệt động cơ trước cải tạo và sau cải tạo
Bảng 3.6: Bảng giá trị hệ số an
Bảng 3.7: Xác định tiết diện lưu thơng của van ứng với hành trình L
Bảng 3.8: Bốn kỳ hoạt động cuả bốn xy lanh
Hình 1.1: Mơ hình phát triển động cơ HCCI (động cơ diesel bầu nhiệt 2 kỳ)
Hình 1.2: Minh họa các đặc tính cháy động cơ đánh lửa (SI), động cơ nén cháy (CI) và
động cơ nén cháy hỗn hợp đồng nhất (HCCI)
Hình 1.3: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ xăng đánh lửa cưỡng bức
Hình 1.4: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ HCCI
Hình 1.5: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ diesel nén cháy
Hình 1.6: Các phương pháp hình thành hỗn hợp động nhất trên động cơ HCCI
Hình 1.7: Quy luật phun xung nhiên liệu
Hình 1.8: So sánh tia phun nhiên liệu của động cơ diesel thông thường (a) và
động cơ HCCI (b)
Hình 1.9: So sánh bố trí kim phun trong buồng đốt diesel thơng thường và

động cơ HCCI
Hình 2.1: Chu trình làm việc động cơ HCCI hình thành hỗn hợp bên ngồi
Hình 2.2: Chu trình làm việc động cơ HCCI hình thành hỗn hợp bên trong
Hình 2.3: Vùng hoạt động của động cơ HCCI với nhiên liệu xăng
Hình 2.4: Các giá trị áp suất trung bình (bar) trong vùng hoạt động của HCCI
Hình 2.5: Hệ thống nhiên liệu Common Rail - HCCI
vii


Hình 2.6: Cấu tạo lọc nhiên liệu
Hình 2.7: Bơm bánh răng ăn khớp trong
Hình 2.8: Cấu tạo bơm cao áp loại ba piston
Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động bơm cao áp
Hình 2.10: Cấu tạo và hoạt động ống phân phối
Hình 2.11: Bộ hạn chế áp suất
Hình 2.12: Van xả áp
Hình 2.13: Cấu tạo vịi phun
Hình 2.14: Sơ đồ ngun lý hoạt động mạch điều khiển
Hình 2.15: Động cơ trang bị hệ thống phun xăng trực tiếp
Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu GDI – HCCI
Hình 2.17: Hoạt động mạch điều khiển hệ thống nhiên liệu GDI - HCCI
Hình 2.18: Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS
Hình 2.19: Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS
Hình 2.21: Các thành phần của hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hình 2.20: Bản đồ ESA
Hình 2.22: Cấu tạo bơ bin và bugi đánh lửa
Hình 2.23: Cấu tạo bộ điều khiển trục cam
Hình 2.24: Van điều khiển dầu phối khí trục cam
Hình 2.25 : Làm sớm thời điểm phối khí
Hình 2.26 : Làm muộn thời điểm phối khí

Hình 2.27: Giữ ngun thời điểm phối khí.
Hình 2.28: Trục cam và cị mổ
Hình 2.29: Cấu tạo van điều khiển dầu vấu cam
Hình 2.30: Mạch thủy lực của hệ thống VVTL-i
Hình 2.31: Động cơ hoạt động ở tốc độ thấp và trung bình
Hình 2.32: Động cơ hoạt động ở tốc độ cao
Hình 2.33: Sơ đồ hệ thống điều khiển thay đổi góc phối khí VVT-i
viii


Hình 2.34: Hệ thống tuần hồn khí xả EGR
Hình 3.35: Cấu tạo van EGR chân khơng
Hình 2.36: Cấu tạo van EGR điện từ
Hình 2.37: Sơ đồ ngun lí điều khiển
Hình 2.38: Sơ đồ cấu tạo ECU
Hình 2.39: Cấu tạo và hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 2.40: Cấu tạo cảm biến trục cam
Hình 2.41: Cấu tạo và hoạt động của cảm biến kích nổ
Hình 2.42: Cảm biến áp suất ống phân phối
Hình 2.43: Cấu tạo và hoạt động của cảm biến oxy
Hình 2.44: Sơ đồ mạch điện cảm biến
Hình 2.45: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 2.46: Sơ đồ mạch điện cảm biến nước làm mát
Hình 2.47: Cảm biến bàn đạp ga loại phần tử Hall
Hình 2.48: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp
Hình 2.49: Ngun lí hoạt động của cảm biến
Hình 3.1: Đơng cơ diesel YANMAR TS 230R
Hình 3.2: Bộ hịa trộn loại cùng chiều
Hình 3.3: Bộ hịa trộn loại trực giao
Hình 3.4: Kết cấu bộ giảm áp

Hình 3.5: Kết cấu van cơn
Hình 3.6: Kết cấu van cánh
Hình 3.7: Kết cấu van cầu
Hình 3.8: Cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu bơm cao áp
Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ cải tạo
Hình 3.10: Kết cấu bộ hịa trộn thiết kế
Hình 3.11: Sơ đồ tính tốn van tiết lưu

ix


Hình 3.12: Cấu tạo của van tiết lưu thiết kế
Hình 3.13: Thơng số có ích của động cơ khi thiết lập q trình cháy HCCI
Hình 3.14: Các thơng số chỉ thị của động cơ khi thiết lập quá trình cháy HCCI
Hình 3.15: Quan hệ giữa ηe và pe
Hình 3.16: Quan hệ giữa ge và pe
Hình 3.17: Quan hệ giữa NOx và pe
Hình 3.18: Quan hệ giữa HC và pe
Hình 3.19: Quan hệ giữa CO2 và pe
Hình 3.20: Quan hệ giữa SMOKE và pe
Hình 3.21: So sánh phát thải NOx của các loại động cơ
Hình 3.22: Động cơ SKYACTIV-X của Mazda
Hình 3.23: Cơng nghệ SPCCI
Hình 3.24: Phân phối hỗn hợp nhiên liệu khơng khí trong SPCCI
Hình 3.25: Các yếu tố ảnh hưởng và lộ trình kỹ thuật cho việc đốt cháy lý tưởng
Hình 3.26: Hệ thống khí xả 4-2-1
Hình 3.27: Tác động của áp lực khí thải xylanh trước lên xylanh sau
Hình 3.28: Piston động cơ SKYACTIV-X
Hình 3.29: Ảnh hưởng của tỷ số nén đoạn nhiệt đến hiệu suất nhiệt
Hình 3.30: Mối quan hệ giữa nhiệt độ đốt cháy và tỷ số nén đoạn nhiệt

Hình 3.31: Hệ số tỷ số nén đoạn nhiệt ở các tỷ lệ hỗn hợp khác nhau
Hình 3.32: Cấu tạo động cơ SKYACTIV-X
Hình 3.33: Chu trình làm việc động cơ SKYACTIV-X
Hình 3.34: Biểu đồ so sánh mơ-men xoắn
Hình 3.35: Biểu đồ so sánh tính kinh tế nhiên liệu
Hình 3.36: Xu hướng nhiệt độ đốt cháy và phát thải NOx theo hệ số dư lượng khí
Hình 3.37: Mối quan hệ giữa tỷ lệ nhiên liệu khơng khí và lượng khí thải NOx

x


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ĐCĐT

: Động Cơ Đốt Trong.

ĐCT

: Điểm Chết Trên.

ĐCD

: Điểm Chết Dưới.

HCCI

: Homogeneous Charge Compression Ignition.

CAI

: Controlled Auto Ignition.

EFI

: Electronic Fuel Injection.

GDI

: Gasoline Direct Injection.

FSI

: Fuel Stratified Injection.

VVT

: Variable Valve Timing.

VVT-i

: Variable Valve Timing with intelligence.

VVTL-i : Variable Valve Timing and Lift intelligent system.
EGR

: Exhaust Gas Recirculation.

ESA

: Electronic Spark Advance.

DIS

: Direct Ignition System.

SI

: Spark Ignition Engine.

CI

: Compression Ignition Engine.

VCR

: Variable Compression Ratio.

ECU

: Electronic Control Unit.

SCV

: Van điện từ cung cấp nhiên liệu bơm cao áp.

SPCCI

: Spark Controlled Compression Ignition.

RCCI

: Reactivity Controlled Compression Ignition.

xi


Nghiên cứu động cơ HCCI

MỞ ĐẦU

I.

Đặt vấn đề

Kể từ khi ra đời động cơ đốt trong (ĐCĐT) đã đóng một vai trò quan trọng, cả
về mặt xã hội và kinh tế, trong việc định hình thế giới hiện đại. nhất là trong lĩnh vực
giao thông vận tải, cùng với việc thiếu các giải pháp thay thế thực tế, có nghĩa là vận
tải đường bộ ở hiện tại không thể tồn tại mà khơng có chúng. Tuy nhiên, trong những
thập kỷ gần đây, những lo ngại nghiêm trọng đã được đặt ra liên quan đến tác động
mơi trường của khí thải phát sinh từ hoạt động của các động cơ này. Do đó, việc thắt
chặt luật pháp, hạn chế mức độ chất ơ nhiễm có thể phát ra từ các phương tiện giao
thơng đã được các chính phủ trên thế giới đưa ra. Ngoài ra, những lo ngại về trữ lượng
dầu hữu hạn của thế giới và gần đây hơn là do khí thải CO2 gây ra biến đổi khí hậu đã
dẫn đến việc đánh thuế nặng nề đối với vận tải đường bộ, chủ yếu đối với nhiên liệu.
Hai yếu tố này đã dẫn đến áp lực lớn đối với các nhà sản xuất xe để nghiên cứu, phát
triển và sản xuất những chiếc xe sạch hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Mặc dù có
những cơng nghệ về mặt lý thuyết có thể cung cấp nhiều lựa chọn thay thế cho động
cơ đốt trong có lợi cho mơi trường hơn, chẳng hạn như pin nhiên liệu, nhưng vấn đề
thực tế là chi phí, hiệu quả và khả năng dự trữ năng lượng sẽ ngăn chúng thay thế

ĐCĐT trong tương lai gần. Trong những năm gần đây, việc áp dụng bộ chuyển đổi
xúc tác ba chiều trong động cơ xăng SI đã cho phép giảm phát thải CO, HC và NOx ra
khỏi động cơ hơn 90%. Nhưng để cho phép xử lý có hiệu quả các khí thải độc hại này
thì động cơ phải hoạt động với điều kiện hịa khí chuẩn (α=1) với sai số 1% ra ngồi
giới hạn trên, hoạt động của thiết bị sẽ bị rối loạn. Với yêu cầu như vậy sẽ ngăn động
cơ hoạt động với hỗn hợp hịa khí nghèo, giúp tiết kiệm nhiên liệu.
Hiện nay nghiên cứu cải thiện và nâng cao hiệu quả quá trình cháy vẫn là một
xu hướng để phát triển động cơ đốt trong. Một công nghệ đốt cháy mới gọi là nén cháy
hỗn hợp đồng nhất (HCCI) với hiệu suất nhiệt cao, hoạt động với lượng hỗn hợp nhạt
giúp tiết kiệm nhiên liệu, nhưng với mức phát thải NOx, PM thấp mà không cần đến
các hệ thống xử lý khí thải đắt tiền, phức tạp và khơng hiệu quả.
Kỹ thuật HCCI đã được nghiên cứu từ rất lâu, tuy nhiên, do chỉ áp dụng được
trong vùng tải nhỏ nên rất khó triển khai trên các động cơ thực tế chạy với các vùng tải
SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

1


Nghiên cứu động cơ HCCI

thay đổi khác nhau. Một số hãng ô tô như General Motors, Mercerdes-Benz, Huyndai
cũng đã cố gắng thương mại hóa kỹ thuật HCCI trên động cơ xe của mình nhưng đều
thất bại. Mazda chính là hãng đầu tiên đưa ra được động cơ thương mại với kỹ thuật
này với tên gọi là Skyactiv. Mazda đã có 2 thế hệ động cơ trên nền tảng Skyactiv với
tên gọi Skyactiv-G (Gasoline) và Skyactiv-D (Diesel). Năm 2019 Hãng đã giới thiệu
Skyactiv X lắp trên Mazda 3. Đây là động cơ lai giữa động cơ xăng và động cơ diesel.
Được quảng bá là loại động cơ mới có tính đột phá với hiệu suất nhiệt rất cao lên tới
56%, cao hơn 30% so với thế hệ động cơ xăng hiện tại, Skyactiv-G (phun xăng trực

tiếp).
Có thể nói rằng tương lai của động cơ lắp trên ô tô bên cạnh ô tô điện, ô tô lai
hybrid, sẽ là động cơ HCCI. Động cơ HCCI chưa được trang bị trong chương trình
chính khóa của ngành Động lực, vì vậy “Nghiên cứu động cơ HCCI” là đề tài giúp
sinh viên tìm hiểu sâu hơn về cơng nghệ mới, phân tích được ưu điểm nhược điểm và
khả năng ứng dụng của nó vào trong thực tế là nhu cầu cần thiết hiện nay. Đây sẽ là
nguồn tài liệu đóng góp một phần vào cơng việc học tập và nghiên cứu sau này.
II.

Đối tượng, phạm vi và mục đích nghiên cứu

− Đối tượng nghiên cứu: Động cơ HCCI
− Phạm vi nghiên cứu: Nguyên lý hoạt động, kết cấu và khả năng ứng dụng
động cơ HCCI làm nguồn động lực cho ơ tơ

− Mục đích nghiên cứu: Phân tích, lý giải về nguyên lý hoạt động, kết cấu và
khả năng ứng dụng của động cơ HCCI vào thực tế
III.

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp
Cấu trúc đồ án gồm các phần:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về động cơ HCCI
Chương 2: Lý thuyết động cơ HCCI
Chương 3: Động cơ HCCI làm nguồn động lực cho ô tô
Chương 4: Kết luận và kiến nghị đề xuất

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

2


Nghiên cứu động cơ HCCI

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI

1.1. Sự phát triển của động cơ HCCI
Động cơ đốt trong (động cơ loại piston) là một loại động cơ nhiệt, hoạt động
nhờ q trình biến đổi từ hố năng sang nhiệt năng do nhiên liệu được đốt cháy, rồi
sang dạng cơ năng, quá trình này được thực hiện trong xi lanh động cơ. Năng lượng
được giải phóng qua quá trình đốt cháy, quá trình đốt cháy được thực hiện chủ yếu qua
hai phương pháp. Đốt cháy cưỡng bức tiêu biểu cho động cơ xăng và tự bốc cháy tiêu
biểu cho động cơ diesel.
+ Động cơ đốt cháy cưỡng bức (SI) trong đó nhiên liệu và khơng khí hịa trộn
với nhau thành một hỗn hợp hịa khí đồng nhất và được đốt cháy cưỡng bức nhờ
nguồn nhiệt bên ngoài (tia lửa điện).
+ Động cơ nhiên liệu tự cháy (CI) trong đó nhiên liệu được phun vào trong
buồng cháy và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của môi chất cuối quá trình nén.
Mỗi phương pháp đốt nhiên liệu điều có những ưu điểm và nhược điểm của nó.
Trong đó động cơ đốt cháy cưỡng bức (SI) thì có ưu điểm là lượng phát thải dạng hạt
(PM) hầu như bằng không và nhược điểm là bị hạn chế bởi tỷ số nén do hiện tượng
kích nổ nên hiệu suất nhiệt nhỏ hơn động cơ CI. Đối với động cơ CI thì có ưu điểm là
hiệu suất nhiệt cao tuy nhiên lượng phát thải dạng hạt lớn.
Tuy nhiên những năm gần đây việc lo ngại nghiêm trọng đã được đặt ra liên
quan đến tác động mơi trường của khí thải hạt và khí phát sinh từ hoạt động của các
động cơ này. Do đó, việc thắt chặt luật pháp, hạn chế mức độ các chất ơ nhiễm có thể
phát ra, đã được các chính phủ trên thế giới đưa ra. Ngồi ra, những lo ngại về trữ
lượng dầu hữu hạn của thế giới. Hai yếu tố này đã dẫn đến áp lực lớn đối với con

người để nghiên cứu cho ra đời các động cơ thân thiện hơn với môi trường và tiết kiệm
nhiên liệu. Một trong số đó là động cơ cháy nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI), về mặt
nào đó động cơ HCCI kết hợp các tính năng tốt nhất của cả động cơ xăng đánh lửa
(SI) và động cơ nén cháy (CI). Giống như động cơ SI, nhiên liệu được trộn đều với
khơng khí giúp giảm thiểu phát thải hạt và giống như động cơ CI, nhiên liệu và khơng
khí được nén đến áp suất và nhiệt độ cao tự bốc cháy, dẫn đến hiệu quả cao.

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

3


Nghiên cứu động cơ HCCI

Trong các nghiên cứu được công bố vài thập trước đây người ta sử dụng thuật
ngữ HCCI cho động cơ nhiên liệu diesel và CAI (Control auto ignition - tự cháy có
điều khiển) cho động cơ nhiên liệu xăng [6], tuy nhiên về bản chất đều là hỗn hợp
nhiên liệu khơng khí được hịa trộn trước, đồng nhất và hỗn hợp nhiên liệu tự bốc
cháy.
Ngày nay cơng nghệ HCCI/CAI thường được coi là một q trình đốt cháy mới
trong động cơ đốt trong piston [6]. Tuy nhiên nguyên lý cháy này đã được áp dụng
cách đây hơn 100 năm trên động cơ diesel bầu nhiệt hai kỳ hoặc bốn kỳ, Trong động
cơ này dầu hỏa, hoặc dầu thô được phun lên bề mặt của buồng được làm nóng (bầu
nhiệt) từ rất sớm trong hành trình nén, để có nhiều thời gian cho nhiên liệu bay hơi và
trộn với khơng khí tạo hỗn hợp đồng nhất. Trong q trình khởi động, bầu nhiệt được
đốt nóng ở bên ngồi bằng đèn khị hoặc đầu đốt. Khi động cơ đã khởi động, bầu nhiệt
được giữ nóng bởi khí đốt bên trong. Bầu nhiệt nóng đến mức nhiên liệu được phun và
bay hơi ngay lập tức khi nó tiếp xúc với bề mặt. Thiết kế sau đó được đặt kim phun

qua đường thông kết nối giữa bầu nhiệt và buồng đốt chính để có thể tạo ra hỗn hợp
đồng nhất hơn, dẫn đến quá trình đốt cháy hỗn hợp đồng nhất tự động.
1

2

8

3

4

7

5

6

Hình 1.1: Mơ hình phát triển động cơ HCCI (động cơ diesel bầu nhiệt 2 kỳ) [8]
1. Bầu nhiệt; 2. Kim phun; 3. Piston; 4. Thanh truyền; 5. Trục khuỷu; 6. Các te;
7. Lọc khí; 8. Giảm thanh.
SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

4


Nghiên cứu động cơ HCCI

Hỗn hợp đồng nhất tự động bốc cháy đã được quan sát và được tìm thấy mà
nhiều người lái xe đã gặp phải với động cơ xăng chế hịa khí của họ trong những năm
sáu mươi và bảy mươi, là động cơ tiếp tục hoạt động sau khi hệ thống đánh lửa đã tắt,
loại đốt cháy tương tự cũng được tìm thấy là nguyên nhân gây ra hiện tượng
“dieseling” hoặc các sự cố khởi động nóng gặp phải trong các động cơ xăng có tỷ số
nén cao.
Nghiên cứu đầu tiên được ghi nhận về quá trình đốt cháy có kiểm sốt được
thực hiện bởi Nikolai Semonov vào những năm 1930. Vào năm 1979 Onishi và
Noguchi đã nghiên cứu CAI một cách có hệ thống trên một động cơ xăng hai kỳ [9],
[10]. Sau cơng trình tiên phong của Onishi và Noguchi, nghiên cứu và phát triển động
cơ xăng 2 kỳ đã đạt đến đỉnh cao trong giới thiệu của Honda về động cơ CAI sản xuất
đầu tiên cho ô tô, động cơ xe máy ARC 250 2 kỳ [11]. Năm 1983 Najt và Foster đã áp
dụng thành cơng quy trình cháy CAI cho động cơ 4 kỳ một xi lanh [12]. Cơng việc sau
đó đã được Thring mở rộng để kiểm tra ảnh hưởng của EGR bên ngồi và tỷ lệ khơng
khí / nhiên liệu đối với hiệu suất của động cơ [13]. Trong cơng trình này, Thring đã
giới thiệu thuật ngữ nén cháy hỗn hợp đồng nhất (HCCI) từ đó đã được nhiều người
khác áp dụng để mơ tả loại q trình đốt cháy này cả trong động cơ xăng và diesel.
Năm 1992, Stockinger và cộng sự lần đầu tiên cho thấy một động cơ xăng bốn xi-lanh
có thể được vận hành nhờ khả năng tự cháy của nhiên liệu trong phạm vi tốc độ và tải
rất hạn chế bằng cách tăng tỷ số nén và sấy nóng trước khí nạp [14]. Những năm 1990
Olsson et al dã sử dụng kết hợp isooctan và heptan thơng qua điều khiển vịng kín, tỷ
số nén cao và sấy nóng khơng khí [15], q trình đốt cháy tự động đã đạt được trong
một phạm vi tốc độ và tải lớn trên động cơ diesel 6 xi-lanh 12 lít.
Đặc biệt vào những năm 2000 tại châu Âu các nhiên cứu thay đổi pha phân
phối khí đã được áp dụng vào động cơ HCCI/CAI. Nhờ khả năng giữ lại một phần khí
thải trong xi lanh có tác dụng gia nhiệt hoặc làm nhạt hỗn hợp nhiên liệu khơng khí để
điều khiển quá trình cháy HCCI/ CAI.
1.2. HCCI là gì?
Thuật ngữ HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) được đưa ra để
biểu thị một nguyên lý cháy mới trong động cơ đối trong, nguyên lý cháy do nén hỗn

hợp đồng nhất.

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

5


Nghiên cứu động cơ HCCI

Hình 1.2: Minh họa các đặc tính cháy động cơ đánh lửa (SI), động cơ nén cháy (CI)
và động cơ nén cháy hỗn hợp đồng nhất (HCCI)
Động cơ HCCI tự đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí đã hịa trộn, bằng
cách nén hỗn hợp đến nhiệt độ bốc cháy. Vì vậy, người ta có thể nói rằng HCCI là sự
pha trộn của cả động cơ SI và động cơ CI. Nhiên liệu và không khí được trộn sẵn
giống như động cơ SI, q trình tự cháy do nén giống động cơ CI.
Động cơ HCCI có thể hoạt động với hỗn hợp hịa khí rất nhạt so với các loại
động cơ thông thường. Tỷ lệ nhiên liệu và khơng khí trong động cơ HCCI rất nhạt,
điều này làm cho nhiệt độ đốt cháy thấp dẫn đến lượng khí thải NOx cực thấp. Hỗn
hợp nhạt này cũng dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu thấp so với động cơ SI thơng
thường. Vì diện tích bị cháy trong động cơ HCCI rất nhạt và được trộn sẵn, khơng có
sự đốt cháy khuếch tán nên sự hình thành PM khơng đáng kể.
Q trình đốt cháy mà ở đó tất cả các hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí được đốt
cháy đồng thời mọi điểm trong không gian buồng đốt nên quá trình đốt diễn ra rất
nhanh rút ngắn thời gian đốt, điều này làm cải thiện hiệu suất động cơ, vì vậy động cơ
HCCI có hiệu suất tương đương với động cơ CI.
Các đặc điểm đốt cháy trên làm cho động cơ HCCI trở thành một giải pháp đầy
hứa hẹn cho các thách thức về giá nhiên liệu và ơ nhiễm khí thải hiện nay.
1.3. Cơ sở lý thuyết

1.3.1. Đặc điểm quá trình cháy của động cơ HCCI
Trong động cơ HCCI nhiên liệu và khơng khí được trộn lẫn với nhau trong hệ
thống nạp hoặc trong xi lanh, hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí đã hịa trộn được nén
SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

6


Nghiên cứu động cơ HCCI

lại, đến cuối hành trình nén hỗn hợp tự cháy giống với động cơ CI. Nhiệt độ của hỗn
hợp khi bắt đầu hành trình nén phải được tăng lên để đạt được điều kiện tự cháy ở cuối
hành trình nén.
Trong động cơ HCCI lý tưởng hóa, quá trình tự bốc cháy sẽ diễn ra đồng thời
trong tồn bộ buồng đốt, dẫn đến tốc độ giải phóng nhiệt nhanh. Để ngăn chặn tốc độ
giải phóng nhiệt liên quan đến việc đốt cháy hỗn hợp đồng thời, động cơ HCCI phải sử
dụng hỗn hợp nhiên liệu và không khí nghèo hoặc pha lỗng với khí xả động cơ.
Để hiểu rõ đặc tính tỏa nhiệt của q trình đốt cháy trong động cơ HCCI ta có
thể so sánh với với các đặc tính của q trình đốt cháy trong động cơ SI và CI.
Trong trường hợp động cơ đánh lửa SI nhiên liệu và khơng khí được hịa trộn
sẵn thành hỗn hợp đồng nhất, cuối kì nén bugi phóng tia lửa điện đốt cháy phần thể
tích nhiên liệu giữa hai cực bugi, sau đó là q trình lan truyền màng lửa ra khắp
không gian buồng cháy, hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí phải đạt đến mức cân bằng
hóa học nhất định để màng lửa có thể lan truyền qua được. Màng lửa là vùng phản ứng
mỏng nó chia tách hỗn hợp trong xi lanh thành 2 vùng: vùng bị đốt cháy và vùng chưa
bị đốt cháy và sự giải phóng nhiệt được giới hạn trong vùng phản ứng.

Hình 1.3: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ xăng đánh lửa cưỡng bức [6]

Do đó, nhiệt tích lũy được giải phóng trong động cơ SI là tổng nhiệt lượng
được giải phóng bởi một khối lượng nhất định dmi, trong vùng phản ứng và nó được
xác định:
SVTH: Lê Đức Hiền, Tơ Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

7


Nghiên cứu động cơ HCCI
N

Q =  q.dmi

(1.1)

1

Trong đó:
q: giá trị gia nhiệt trên một đơn vị khối lượng hỗn hợp nhiên liệu và
khơng khí
N: số vùng phản ứng
Trong q trình đốt cháy HCCI lý tưởng hóa, các phản ứng đốt cháy diễn ra
đồng thời trong xi lanh và tất cả hỗn hợp tham gia vào q trình giải phóng nhiệt tại
bất kỳ thời điểm nào của quá trình đốt cháy.

Hình 1.4: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ HCCI [6]
Do đó, sự giải phóng nhiệt tích lũy là tổng nhiệt lượng được giải phóng từ mỗi
phản ứng đốt cháy dqi, của hỗn hợp m hoàn chỉnh trong xi lanh và được xác định:

K

Q =  m.dqi

(1.2)

1

Trong đó:
K là tổng số phản ứng giải phóng nhiệt
qi là nhiệt thốt ra từ phản ứng giải phóng nhiệt thứ i liên quan đến mỗi
đơn vị khối lượng hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí.

SVTH: Lê Đức Hiền, Tơ Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

8


Nghiên cứu động cơ HCCI

Q trình giải phóng nhiệt diễn ra đồng đều trên tồn bộ hỗn hợp trong q
trình đốt cháy HCCI lý tưởng hóa. Tuy nhiên, trong thực tế, do tính khơng đồng nhất
trong thành phần hỗn hợp và phân bố nhiệt độ trong động cơ thực, quá trình giải
phóng nhiệt sẽ khơng đồng nhất trong tồn bộ hỗn hợp. Sự giải phóng nhiệt nhanh hơn
có thể diễn ra trong hỗn hợp đậm hơn hoặc vùng nhiệt độ cao, dẫn đến mơ hình giải
phóng nhiệt khơng đồng nhất như được chỉ ra bởi các đường nét đứt.
Trong so sánh, quá trình đốt trong động cơ diesel phức tạp hơn. Trong một
động cơ diesel phun trực tiếp, ngay sau khi bắt đầu phun nhiên liệu, một lượng nhỏ

hỗn hợp nhiên liệu hịa trộn sẵn q trình đốt cháy giải phóng nhiệt tương tự như động
cơ HCCI, nhưng phần nhiên liệu cịn lại lớn hơn, nhiệt được giải phóng trong q trình
đốt cháy khuếch tán có kiểm sốt.

Hình 1.5: Đặc điểm tỏa nhiệt của động cơ diesel nén cháy [6]
Nhiệt tích lũy được giải phóng có thể được biểu thị dưới dạng tổng của hai quá
trình:
K

N

Q =  m p .dqi +  m j dq j
1

(1.3)

1

Trong đó phần đầu tiên của biểu thức thể hiện phần cháy nhanh và phần thứ hai
là cháy khuếch tán, trong đó giá trị gia nhiệt của mỗi hỗn hợp thay đổi tùy theo cường
độ hỗn hợp cục bộ. Trong phương trình (1.3) mp là lượng hỗn hợp trộn sẵn tham gia

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

9


Nghiên cứu động cơ HCCI

vào giai đoạn cháy nhanh, mj và dqj là khối lượng và giá trị gia nhiệt của mỗi vùng
được cháy trong quá trình cháy khuếch tán.
1.3.2. Hình thành hỗn hợp đồng nhất trong động cơ HCCI
Trong động cơ HCCI việc chuẩn bị hỗn hợp đồng nhất là phần rất quan trọng,
các đặc tính hiệu suất cũng như phát thải dựa trên hỗn hợp đồng nhất đạt được. Một
hỗn hợp đồng nhất được chuẩn bị tốt sẽ giảm lượng phát thải hạt PM và giảm lượng
khí thải NOx. Chuẩn bị hỗn hợp đồng nhất là một nhiệm vụ rất khó khăn vì khơng đủ
thời gian để hình thành hỗn hợp đối với các loại nhiên liệu nặng khó bay hơi. Hiện nay
có hai loại hình thành hỗn hợp đồng nhất là hình thành hỗn hợp bên ngồi xi lanh và
hình thành hỗn hợp bên trong xi lanh.

Hình 1.6: Các phương pháp hình thành hỗn hợp động nhất trên động cơ HCCI [16]
Đối với động cơ hình thành hịa khí bên ngồi: cách đơn giản để có hỗn hợp
đồng nhất trong xi lanh động cơ là hòa trộn nhiên liệu với dịng khí nạp trước khi nạp
vào trong xi lanh động cơ có thể dùng bộ chế hịa khí và phun nhiên liệu trực tiếp trên
đường nạp (PFI). Sự chuyển động và xốy của dịng khí được quyết định bởi kết cấu
đường nạp, khi có xốy, q trình hồ trộn nhiên liệu và khơng khí trở nên đồng nhất
hơn. Hiện nay phương pháp phun nhiên liệu trên đường nạp được sử dụng chủ yếu vì
nhiều ưu điểm, có thể dễ dàng điều chỉnh tỉ lệ lượng nhiên liệu và khơng khí phù hợp
với các chế độ hoạt động của động cơ.
SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

10


Nghiên cứu động cơ HCCI

Hình thành hỗn hợp bên ngồi nên khi phun nhiên liệu không ảnh hưởng điến
thời điểm bắt đầu quá trình cháy. Đối với các loại nhiên liệu nặng như diesel, khả năng
bay hơi kém nên khi phun nhiên liệu trên đường nạp dẫn đến tăng lượng nhiên liệu
bám vào thành ống nạp và buồng cháy động cơ, tăng lượng phát thải CO và HC, tăng
lượng nhiên liệu chưa cháy ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn. Phương pháp hình
thành hỗn hợp bên ngồi xi lanh phù hợp hơn với các loại nhiên liệu lỏng có khả năng
bay hơi tốt như xăng và nhiên liệu ở dạng khí.
Để giải quyết vấn đề chính liên quan đến sự bay hơi nhiên liệu. Nói chung sự
bay hơi hồn toàn của nhiên liệu diesel chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhệt
độ thường thấy trong đường ống nạp. Nếu khơng có biện pháp nào để tăng cường sự
bay hơi nhiên liệu, một phần đáng kể của nhiên liệu sẽ bay hơi muộn trong hành trình
nén ngay cả sau khi bắt đầu đốt cháy. Điều này dẫn đến một hỗn hợp không đồng nhất
làm mất đi những lợi ích được tìm thấy trong q trình đốt cháy HCCI. Hơn nữa, việc
ngưng tụ nhiên liệu trên thành động cơ có thể dẫn đến lượng hydrocarbon khơng cháy
cao và pha lỗng dầu. Các lượng mức này có thể cao đến mức chúng có ảnh hưởng
đáng kể đến hiệu quả đốt cháy (một phần của nhiên liệu không cháy). Vì vậy, một giải
pháp phổ biến là làm nóng khí nạp để tăng cường sự bay hơi nhiên liệu.
Nếu nhiên liệu diesel được bốc hơi đúng cách và đồng nhất hóa đầy đủ tại cửa
nạp, hỗn hợp này được làm nóng trong q trình nén đến nhiệt độ tự cháy. Tuy nhiên,
với các tỷ số nén diesel thông thường, nhiệt độ tự cháy này đạt được quá sớm trong
hành trình nén, trước ĐCT, dẫn đến các vấn đề về hiệu quả và tiếng ồn, và điều này
đặc biệt quan trọng nếu khí nạp được làm nóng để tăng cường bay hơi nhiên liệu, vì
điều này dẫn đến đến nhiệt độ cao hơn khi bắt đầu hành trình nén và do đó q trình
đốt cháy sẽ bắt đầu sớm hơn trong chu kỳ động cơ.
Để làm chậm thời điểm tự cháy một giải pháp đưa ra là giảm nồng độ ô xy
trong khí nạp bằng cách luân hồi khí xả EGR, hơn nữa nhiệt trong khí xả cịn có tác
dụng thúc đẩy sự bay hơi của nhiên liệu. Tuy nhiên tỉ lệ cao EGR làm tăng phát thải
CO và HC. Để làm chậm thời điểm cháy người ta còn giảm tỷ số nén động cơ tuy
nhiên khơng nên giảm nhiều vì ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ.
Đối với động cơ hình thành hịa khí bên trong: Nhiên liệu phun vào trong xi

lanh động cơ hịa trộn với khơng khí nạp, có hai phương pháp là phun sớm và phun
muộn. Phun sớm là nhiên liệu được phun trong hành trình nén trước ĐCT để nhiên
liệu có thời gian hịa trộn và hình thành hỗn hợp đồng nhất. Phun muộn là nhiên liệu

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

11


Nghiên cứu động cơ HCCI

được phun vào xi lanh động cơ gần ĐCT kết hợp với lượng luân hồi khí xả để hình
thành hỗn hợp đồng nhất.
Phun sớm là một trong những giải pháp cho động cơ HCCI dùng nhiên liệu
diesel và có thời gian cháy trễ lớn để hỗn hợp đồng nhất hơn. Tuy nhiên phun nhiên
liệu diesel sớm, do khả năng bay hơi kém của nhiên liệu, nhiệt độ và mật độ khơng khí
thấp trong xi lanh dẫn đến một lượng lớn nhiên liệu bám vào thành xi lanh. Vì vậy cần
địi hỏi hệ thống phun nhiên liệu được thiết kế lại để thỏa mãn yêu cầu đặt ra. các nhà
khoa học nghiên cứu và phát triển vòi phun có tia phun có chiều dài ngắn (độ xuyên
thấu ngắn). Phun áp suất cao với vịi phun có kích thước lỗ phun nhỏ, nhiều lỗ phun
để tăng độ tơi, mật độ của nhiên liệu, giảm lượng nhiên liệu bám trên thành vách
xylanh.
Một cách khác để đáp ứng được yêu cầu là sử dụng q trình phun tách thơng
qua điều khiển vòi phun qua nhiều xung điện áp với độ dài mỗi xung khác nhau.
Thông qua hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common rail kim phun được điều khiển
điện áp có khả năng kiểm sốt phun với áp lực phun sao cho thực hiện phun tách nhiều
lần.

Hình 1.7: Quy luật phun xung nhiên liệu
Hình 1.7 thể hiện quy luật phun xung nhiên liệu, vùng bên dưới dường cong thể
hiện khối lượng nhiên liệu thuộc về mỗi xung. Khi bắt đầu phun, mật độ khơng khí
trong xi lanh thấp địi hỏi các xung phun ngắn với vận tốc phun giảm và khoảng thời
gian giữa các xung tương đối lớn. Khi piston di chuyển lên, mật độ và nhiệt độ khơng
khí trong xi lanh tăng, độ xuyên thấu tia phun giảm nên thời lượng xung có thể được
kéo dài, trong khi khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp bị giảm. Khi kết thúc q
trình phun, khoảng cách giữa vịi phun và piston giảm đáng kể và khối lượng nhiên

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

12


Nghiên cứu động cơ HCCI

liệu phun ra trên mỗi xung phải được giảm lại để ngăn chặn sự lắng đọng nhiên liệu
trên đỉnh piston.
Để ngăn chặn lượng nhiên liệu bám vào thành xi lanh có thể thu hẹp góc phun
nhiên liệu và sử dụng piston có buồng cháy khoét sâu trên đỉnh để giữ cho nhiên liệu
trong buồng cháy tránh cho nhiên liệu tương tác với thành xi lanh trong thời gian
phun. Vì nhiệt độ tại đỉnh piston cao cộng với chuyển động xốy của dịng khí nên
nhiên liệu dễ dàng bốc hơi hịa trộn với khơng khí.

Hình 1.8: So sánh tia phun nhiên liệu của động cơ diesel thông thường (a) và
động cơ HCCI (b) [17]
Một giải pháp khác là dùng nhiều hơn một kim phun cho mỗi xi lanh và đặc
biệt các vịi phun có nhiều lỗ phun nhỏ. Kết quả hỗn hợp hình thành tốt lượng phát thải

NOx và PM giảm.

SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

13


Nghiên cứu động cơ HCCI

Hình 1.9: So sánh bố trí kim phun trong buồng đốt diesel thông thường và
động cơ HCCI [6]
Hình 1.9 thể hiện cách bố trí kim phun trong buồng đốt động cơ diesel và động
cơ HCCI. Kim phun bên được sử dụng cho động cơ HCCI để hình thành hỗn hợp đồng
nhất. Các kim phun bên này làm tăng khoảng cách giữa kim phun và thành xi lanh so
với kim phun trung tâm, và do đó có thể làm giảm sự bám dính nhiên liệu vào thành xi
lanh.
Phun muộn là nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt gần ĐCT cho đến
các góc quay trục khuỷu sau đó nhiệt độ khí và mật độ giảm do sự giãn nở của piston
dẫn đến thời điểm bắt đầu cháy lâu hơn và sự hình thành hỗn hợp được cải thiện. Các
điều kiện trong xi lanh trở nên thuận lợi cho q trình đốt cháy HCCI. Ngồi ra, nếu
mức độ cao của EGR được sử dụng, sẽ dẫn đến sự hình thành NOx thấp hơn, thời
điểm cháy cũng được kéo dài, cho phép có đủ thời gian để trộn nhiên liệu khơng khí
được cải thiện, làm giảm lượng bồ hóng. Việc phun nhiên liệu muộn giúp tránh được
hiện tượng nhiên liệu bám vào thành xi lanh, và có thể điều khiển q trình cháy thơng
qua thời điểm phun.
1.4. Ưu điểm và nhược điểm động cơ HCCI
1.4.1. Ưu điểm của động cơ HCCI
Động cơ HCCI là sự kết hợp ưu điểm của động cơ đốt cháy cưỡng bức SI và

động cơ nén cháy CI đó là:
+ Lượng phát thải NOx và PM giảm
+ Hiệu suất nhiệt động cơ cao
SVTH: Lê Đức Hiền, Tô Bá Hiếu

GVHD: Trần Văn Nam

14