Tiểu luận động cơ đốt trong nâng cao Động cơ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI• What is Homogeneuos Charge Compression IgnitionHCCI - 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,

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

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,

direct-injection 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

SO SÁNH QUÁ TRÌNH CHÁY CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ

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 :

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

ĐỒ THỊ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỒ THỊ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỒ THỊ NĂNG SUẤT TỎA NHIỆT ĐỘNG CƠ HCCI

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

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

KIỂM SOÁT ĐỘNG CƠ HCCI

•Để động cơ HCCI phổ biến rộng rãi thì việc kiểm soát động cơ là một trở ngại:

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

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)

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)

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

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

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)

TIỀM NĂNG GIẢM NOx ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ CFR

ĐỘNG CƠ CFR

ĐỘNG CƠ CFR

ĐỘNG CƠ CFR

ĐỘNG CƠ TDI 4-cylinder engine

ĐỘNG CƠ TDI 4-cylinder engine

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ANALYSYS OF HCCI COMBUSTION

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

ĐỘNG CƠ HCCI

nghe !