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

• Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy, chế độ cháy trên động cơ HCCI• Đảm bảo được yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn khí thải.. Động cơ diesel HCCI • Nguồn gốc nguyên lý cháy này

GVHD: TS Lý Vĩnh Đạt Nhóm SVTH:

Nguyễn Minh Thành 13145235 Phạm Hồ Đắc Thịnh 13145255

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

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

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

• HCCI là động cơ tự cháy, trong đó nhiên liệu và không khí

được nén đến áp suất cao tự cháy

• Động cơ không sử dụng bugi để đánh lửa hỗn hợp không

khí

2.

• Tạo ra hiệu suất cao như một động cơ truyền thống, nhưng

tiết kiệm nhiên liệu hơn

3.

• Động cơ HCCI cho công 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

Nhược điểm:

• Khó hình thành hỗn hợp nghèo đồng nhất

• Khó khăn trong điều khiển quá trình cháy

• Dãi làm việc bị hạn chế và chuyển đổi giữa các chế độ làm việc khó khăn

• Phát thải CO và HC

3.1.1 Hình thành hỗn hợp bên ngoài

- Hình thành hỗn hợp bên ngoài 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.

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

• Không cần sấy nóng khí nạp => thời điểm cháy không diễn

ra quá sớm

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

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

a Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.

• Kiểm soát thời điểm cháy là vấn đề then chốt => không 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

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

a Phun sớm nhiên liệu vào đầu kỳ nén.

Quy luật cấp nhiên liệu MULDIC

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

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

b Phun muộn

• Ưu điểm: Quá trình phun và quá trình cháy không

hoàn toàn tách rời nhau => điều khiển quá trình cháy

thông qua thời điểm phun

• Nhược điểm: không làm giảm công suất trong khi hiệu

suất nhiệt có thể chấp nhận được

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

b Phun muộn

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

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

b Phun muộn

1 Giảm nồng độ oxy trong khí nạp bằng cách

sử dụng khí luân hồi => Giảm phát thải Nox

Nhược điểm: phát thải HC cao

3.1.2 Hình thành hỗn hợp bên trong

b Phun muộn

2 Làm trể thời điểm cháy: dẫn tới hỗn hợp được

hình thành tốt hơn cùng với phát thải Nox thấp

Nhược điểm: Phát thải HC cao

• Thách thức lớn nhất của động cơ HCCI là điều khiển

quá trình cháy

1 Nhiệt độ cuối quá trình nén quá lớn => thời điểm cháy

diễn ra rất sớm => tăng phát thải NOx, tăng tiêu hao

nhiên liệu => hỏng động cơ

2 Thời điểm cháy quá muộn tăng tổn thất nhiệt cho khí

thải, tăng tiêu hao nhiên liệu, phát thải HC và CO tăng

• Thách thức lớn nhất của động cơ HCCI là điều khiển

quá trình cháy

1 Nhiệt độ cuối quá trình nén quá lớn => thời điểm cháy

diễn ra rất sớm => tăng phát thải NOx, tăng tiêu hao

nhiên liệu => hỏng động cơ

2 Thời điểm cháy quá muộn tăng tổn thất nhiệt cho khí

thải, tăng tiêu hao nhiên liệu, phát thải HC và CO tăng

Bao gồm

• Xác định thời điểm cháy bằng cảm biến và sử dụng kết

quả đo này để điều chỉnh một số biến đầu vào => kiểm

soát quá trình cháy tiệm cận với thời điểm cháy mong

muốn

• Tốt nhất mỗi xylanh có 1 cảm biến và bộ chấp hành =>

kiểm soát thời điểm cháy trên từng xy lanh độc lập với

nhau

Sơ đồ điều khiển thời điểm cháy động cơ HCCI theo vong kín

Quá trình cháy trên động cơ có thể đặc trưng bởi tỷ lệ tỏa

nhiệt, thường được xác định thông qua xác định góc quay

trục khuỷu đạt 50% nhiệt tích lũy (CA50)

Ngọn lửa lạnh

Ngọn lửa nóng

Đạo hàm tốc độ tỏa nhiệt trong xy lanh theo góc

quay trục khuỷu

SOC 1

Phương pháp cô lập các điểm cực đại của đạo hàm

tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh theo góc quay trục khuỷu

Công nghệ GDCI tích hợp công nghệ

kích nổ bằng sức nén của động cơ diesel

vào động cơ xăng

 Xăng được phun vào buồng đốt ở kỳ hút

(SkyActiv của Mazda) hoặc kỳ nén (TSFI

của Audi và VW)

 Xăng được phun trực tiếp với áp suất cực

cao vào buồng đốt ở cuối kỳ nén, không

cần tia lửa điện (Huyndai)

 Điểm đặt biệt của động cơ này là dạng

piston đỉnh lõm, vòi phun có thể phun

nhiên liệu vào chính giữa phần lõm này,

không bugi.

 Với phương pháp này sẽ sử dụng thiết bị

xông hơi nhiên liệu bên ngoài để chuẩn bị

cho hỗn hợp hòa trộn trước trong động

cơ

 Bộ phận xông hơi nhiên liệu phía trước

xupap nạp sẽ hút hơi nhiên liệu đủ thời

gian để trộn với không khí trước khi vào

xylanh động cơ

Một vòi phun xăng trực tiếp (GDI) được lắp đặt

trên bộ phận xông hơi nhiên liệu bằng điện :

Làm bay hơi nhiên liệu ở phía trên của xupap

nạp bằng một ống mao dẫn hình chữ U:

4.2.2 Hình thành hỗn hợp bên trong:

 Quá trình phun trực tiếp DI tạo ra hỗn hợp nhiên liệu không

khí được phân tầng và quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ

thấp

 Sự phân tầng trong buồng cháy dẫn đến thời gian cháy đủ

dài để giảm tiếng ồn và sự thoát nhiệt nhanh

1.Phun 3 lần

• Phun lần thứ 1: diễn ra ở giữa kỳ nén ở áp suất tương đối thấp

và cung cấp nhiên liệu trên piston

• Phun lần thứ 2: nhắm vào ngoài vùng tạo xoáy trên piston

• Phun lần thứ 3: nhắm vào bên trong vùng tạo xoáy

2 Phun 2 lần

• Phun lần thứ 1: xảy ra sớm trong kỳ nén (ở 60 ° trước khi TDC)

• Phun lần thứ 2: gần TDC để tạo ra sự phân tầng nhiên liệu

 Quá trình phun bao gồm một, hai hoặc ba

lần phun trong suốt giai đoạn nén và được

thể hiện như số lượng Q1, Q2 và Q3

 Quá trình cháy phải xảy ra "trong hộp màu

xanh lá cây“

 Để giảm thiểu phát thải CO, có thể gây

tổn hại đến tính hiệu quả, sự cháy phải xảy

ra trong khu vực 0 <  <1.2 với 1300 <T

<2200 độ K

 Skyactiv-X sử dụng công nghệ đánh lửa

không cần bu-gi cho động cơ xăng, với tên

gọi tự cháy do nén hỗn hợp đồng nhất

HCCI (Homogenous Charge Compression

Ignition)

 Sẽ được trình làng vào năm 2019

5.1.1 GiỚI THIỆU ĐỘNG CƠ

Hiệu suất đầu ra được cải thiện đáng kể.

2 Tiết kiệm nhiên liệu 35-40%

3 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường …

1

 Cho phép cháy hỗn hợp nghèo,

trong đó lượng khí lớn được cháy

Tỷ lệ không khí nhiên liệu lý tưởng

14,7: 1

 Việc thiết kế đã cho thấy việc tiết

kiệm nhiên liệu được cải thiện

 Sự đột phá của Mazda khi cho ra đời

phương pháp cháy SPCCI (Spark

Controlled Compression Ignition)

 Động cơ có thể chuyển đổi liền mạch

giữa cháy cưỡng bức và cháy nén

bằng bugi

Cho phép sử dụng trong hầu hết các

điều kiện lái xe

 Thiết kế đầu piston mới, hệ thống

phun nhiên liệu siêu áp với một cảm

biến trong xilanh để điều khiển toàn bộ

động cơ

 Phần cứng SPCCI đơn giản và gọn

gàng hơn

1 Sử dụng các hiệu ứng nén tạo

ra bởi sự truyền lửa

2 Phân bố mật độ nhiên liệu

trong hỗn hợp

3 Kiểm soát hỗn hợp nhiên liệu

không khí để ngăn ngừa sự cháy

bất thường

• Tách nhiên liệu phun

• Hệ thống phun nhiên liệu siêu áp

cao

• Cảm biến áp suất trong xylanh

hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ

HCCI.

2.

Hiểu rõ hơn về động cơ GDCI được phát trển

đựa trên động cơ HCCI.

3.

Tìm hiểu về động cơ Skyactiv-X của Mazda

sắp trình làng vào năm 2019.

tải của động cơ HCCI.

WATHCHING!