Nghiên cứu động cơ tự cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCI

NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ
TỰ CHÁY DO NÉN HỖN
HỢP ĐỒNG NHẤT HCCI
GVHD: TS. Lý Vĩnh Đạt
Nhóm SVTH:
Nguyễn Minh Thành
Phạm Hồ Đắc Thịnh

13145235
13145255


TRÌNH
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TỰ CHÁY DO NÉN
HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT HCCI
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH
HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
4. MỘT SỐ BƯỚC PHÁT TRIỂN MỚI TRÊN ĐỘNG CƠ
HCCI
5. NHỮNG THÀNH CÔNG MỚI NHẤT CỦA ĐỘNG CƠ
HCCI


1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1. Lý do
chọn đề tài

• Mơ hình cháy HCCI với các ưu điểm về
hiệu suất nhiệt cao và phát thải NOx và
PM rất nhỏ .

• Đảm bảo được yêu cầu khắt khe về
tiêu chuẩn khí thải. Có thể sử dụng các
nhiên liệu thay thế.

2. Phương
pháp
nghiên cứu

• Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tham khảo tài liệu
nước ngồi về HCCI.
• Phương pháp tra cứu và tổng hợp tài liệu.

3. Phạm vi
của đề tài

• Q trình hình thành hỗn hợp và quá
trình cháy, chế độ cháy trên động cơ
HCCI


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.1 Lịch sử hình thành động cơ
HCCI:

1. Động cơ
diesel HCCI

• Nguồn gốc nguyên lý cháy này đã
được ứng dụng trên động cơ có tên
Hot bulb engine (động cơ diesel bầu

nhiệt)
• HCCI sử dụng hệ thống nhiên liệu
Common Rail phun nhiên liệu khi
piston ở trong kỳ nén, được phát
triển bởi công ty Nissan, Nhật Bản
vào giữa thập niên 90 .


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.1 Lịch sử hình thành động cơ
HCCI:

2. Động cơ
xăng CAI

• Những nghiên cứu đầu tiên của động cơ xăng
cháy theo nguyên lý HCCI/CAI là của Onishi và
Noguchi cùng cộng sự của mình trong năm
1979.
• Hãng Honda đã phát triển động cơ CAI đầu tiên
và được sản xuất, lắp trên ô tô, động cơ xe máy
ARC 2 kỳ với dung tích 250cc.


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.2 Khái niệm và nguyên lý hoạt động
1.

• HCCI là động cơ tự cháy, trong đó nhiên liệu và khơng khí
được nén đến áp suất cao tự cháy.

2.

• Động cơ khơng sử dụng bugi để đánh lửa hỗn hợp khơng
khí
3.

• Tạo ra hiệu suất cao như một động cơ truyền thống, nhưng
tiết kiệm nhiên liệu hơn


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.2 Khái niệm và nguyên lý hoạt động


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.3 Ưu và nhược điểm.

ƯU ĐIỂM:
•

Động cơ HCCI cho cơng suất cao, tiết kiệm nhiên
liệu đến 25-30% so với động cơ truyền thống.
• Giảm Nox và PM trong khí xả, giảm hiệu ứng nhà
kính.
• Chế tạo lắp ráp dễ dàng tiết kiệm chi phí.
• Là động cơ đa nhiên liệu: Có thể sử dụng xăng,
dầu diesel và các nhiên liệu thay thế.


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI

2.3 Ưu và nhược điểm.

Nhược điểm:
• Khó hình thành hỗn hợp nghèo đồng nhất.
• Khó khăn trong điều khiển q trình cháy.
• Dãi làm việc bị hạn chế và chuyển đổi giữa các chế
độ làm việc khó khăn.
• Phát thải CO và HC.


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.4 Tiềm năng và thách thức.
2.4.1 Thách Thức

1

• Kiểm sốt thời điểm đánh lửa trên một dãi
tốc độ và tải trọng.

2

• Mở rộng phạm vi hoạt động sang chế độ tải
cao.

3

• Khả năng khởi động lạnh.

4

• Phát thải Hydrocacbon và Carbon
MoNOxide.


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI
2.4 Tiềm năng và thách thức.
2.4.2 Tiềm năng

1

• Kiểm sốt thời điểm đánh lửa.

2

• Kiểm sốt tốc độ cháy cho vận hành cao.

3

• Khởi động lạnh.

4
5

• Kiểm sốt khí thải.
• Chế độ hoạt động tạm thời

.


2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ HCCI

2.4 Tiềm năng và thách thức.
2.4.1 Tiềm năng

6

• Hệ thống điều khiển.

7
8

• Phát triển hệ thống nhiên liệu.

9

• Mơ hình cháy.

• Hiệu ứng nhiều xylanh.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.1 Hình thành hỗn hợp bên ngồi .

-

-

Hình thành hỗn hợp bên ngồi là biện pháp đơn giản và
mức độ đồng nhất cao hơn nhiều so với các biện pháp
khác.
Với động cơ PFI HCCI phát thải NOx giảm 100 lần so
với động cơ diesel truyền thống.
Quan trọng nhất là khả năng bay hơi nhiên liệu.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.1 Hình thành hỗn hợp bên ngồi

•
•

Nhược điểm:
Mức phát thải CO HC cao hơn, phụ thuộc vào mức độ
đồng nhất hỗn hợp.
Thời điểm cháy diễn ra sớm hơn => tăng tổn thất nhiệt,
động cơ làm việc ồn.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .

a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.
• Phun trực tiếp vào đầu hành trình nén trước khi piston đến
điểm chết trên.
• Nhiệt độ trong xylanh cao hơn => bay hơi tốt hơn, giảm
thời gian chuẩn bị hỗn hợp.
• Khơng cần sấy nóng khí nạp => thời điểm cháy không diễn
ra quá sớm.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .
a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.
• Khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ, hệ thống phun
nhiên liệu rất sớm để hoạt động theo cơ chế HCCI.
• Ở chế độ tải cao hơn thì hệ thống phun giống như hệ thống
nhiên liệu truyền thống. Động cơ làm việc ở hai chế độ
HCCI và diesel truyền thống.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .
a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.
• Kiểm sốt thời điểm cháy là vấn đề then chốt => khơng có
mối liên hệ trực tiếp giữa thời điểm phun và thời điểm cháy.
• Phun nhiên liệu vào xylanh với áp suất và nhiệt độ thấp,
nhiên liệu dễ đọng trên thành vách xylanh và rửa trôi dầu

bôi trơn.
=> Thay đổi áp suất phun và thay đổi chùm tia phun.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .
a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.

So sánh chất lượng hỗn hợp và hình dạng phun
diesel của PREDIC và diesel truyền thống.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .
a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.

So sánh chất lượng hỗn hợp và hình dạng phun
diesel của PREDIC và diesel truyền thống.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong .
a. Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.

Quy luật cấp nhiên liệu MULDIC


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong
b. Phun muộn
• Nhiên liệu được phun trong hành trình nén => Phát
thải bồ hóng giảm, nhiệt độ cháy thấp nên giảm hình
thành NOx


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong
b. Phun muộn
• Ưu điểm: Q trình phun và q trình cháy khơng
hồn tồn tách rời nhau => điều khiển q trình cháy
thơng qua thời điểm phun.
• Nhược điểm: không làm giảm công suất trong khi hiệu
suất nhiệt có thể chấp nhận được.


THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong
b. Phun muộn

THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ
3.1 Các phương pháp hình thành hỗn hợp
trên động cơ HCCI
3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong
b. Phun muộn
Đặc tính cháy HCCI hệ thống MK(Modullated
Kinetics): Điều biến động lực học phản ứng
cháy phiên bản đầu tiên 1998:
1. Giảm nồng độ oxy
2. Làm trễ thười điểm cháy.
3. Tỷ lệ xoáy lốc hỗn hợp cao.