Nghiên cứu sử dụng giải pháp luân hồi khí thải để chuyển đổi mô hình cháy của động cơ diesel truyền thống sang cháy do nén hỗn hợp đồng nhất nhằm giảm phát thải
Động cơ đốt trong truyền thống góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội và là một phần không thể thiếu trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và cuộc sống hằng ngày. Lợi ích của động cơ đốt trong mang lại rất lớn nhưng những nhược điểm của nó cũng gây nhiều tác hại cho xã hội và cho con người, nhất là vấn đề khí thải và nâng cao hiệu suất để tiết kiệm nhiên liệu.
Từ thực tế trên, TS. Khương Thị Hà đã phối hợp với các cộng sự tại Trường Đại học Giao thông vận tải thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng giải pháp luân hồi khí thải để chuyển đổi mô hình cháy của động cơ diesel truyền thống sang cháy do nén hỗn hợp đồng nhất (HCCI - Homogeneous compression charge ignition) nhằm giảm phát thải NOx và phát thải dạng hạt (PM) cho động cơ này” trong thời gian từ năm 2020 đến năm 2021.
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu chuyển đổi mô hình cháy của động cơ diesel sang cơ HCCI thông qua giải pháp thay đổi tỷ lệ khí luân hồi, nhằm giảm 30% - 50% phát thải NOx và PM so với động cơ nguyên bản. Đồng thời với giải pháp này không phải tác động gì vào kết cấu của động cơ nguyên bản, chỉ thay đổi một số chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu, đây là một ưu thế khi nghiên cứu giảm phát thải cho động cơ diesel đã qua sử dụng.
Dưới đây là các kết quả nổi bật của đề tài:
- Trên cơ sơ nghiên cứu tổng quan về động cơ HCCI và thực trạng môi trường tại Việt Nam đã đưa ra được giải pháp phù hợp với điều kiện nghiên cứu là sử dụng hệ thông luân hồi khí thải;
- Đã đưa ra cơ sở lý thuyết nhằm tính toán thiết kế lại hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ nguyên bản bao gồm: Thiết kế lại đường ống nạp để khi phun nhiên liệu n heptan, khí luân hồi và không khí sẽ được hòa trộn và hình thành hỗn hợp đồng nhất bên ngoài xi lanh, đảm bảo yếu tố đầu tiên của quá trình cháy HCCI là cháy do hỗn hợp đồng nhất;
- Trên cơ sở bản vẽ thiết kế dã chế tạo thành công các chi tiết của hệ thống luân hồi khí thải và các chi tiết hỗ trợ cho quá trình chuyển đổi động cơ diesel sang hoạt động theo cơ chế cháy do nén hỗn hợp đồng nhất;
- Đưa ra quy trình thực nghiệm hợp lý khoa học, quy trình lắp ráp trên băng thử đơn giản, độ tin cậy cao;
- Kết quả thử nghiệm cho thấy:
+ Tại chế độ tốc độ nhỏ hơn 2400vg/ph, tải nhỏ hơn 50%, tỷ lệ luân hồi nhỏ hơn 30% thì động cơ hoạt động theo nguyên lý HCCI với mô men có ích tương đương động cơ nguyên bản;
+ Phát thải NOx và PM của động cơ HCCI giảm mạnh so với động cơ nguyên bản;
+ Không nên luân hồi quá 30% do giá trị mô men có ích giảm hiệu suất chỉ thị giảm, tính trung bình tại 30% EGR khi so với động cơ nguyên bản giảm lần lượt là 6.2 % và 0.9%;
+ Không duy trì được quá trình cháy HCCI tại chế độ tốc độ lớn hơn 2400vg/ph và tải lớn hơn 50% do xuất hiện quá trình cháy khuếch tán như động cơ diesel, các thông số kỹ thuật giảm nhanh;
+ Thời điểm bắt đầu cháy của động cơ HCCI muộn dần khi tăng tỷ lệ khí luân hồi.
+ Phát thải CO, CO2 và HC cao; Phát thải CO, CO2 và HC tăng dần khi tăng tải và tăng tỷ lệ khí luân hồi do mật độ khí nạp có nhiều hàm lượng khí trơ trong khí luân hồi hòa trộn với khí nạp, tuy nhiên vấn đề này có thể giải quyết thông qua giải pháp tuần hoàn xanh, ô xi hóa CO và HC thành CO2, quá trình quang hợp giúp chuyển hóa thành O2.
Động cơ hoạt động theo nguyên lý HCCI đang được các nhà khoa học trên toàn thế giới quan tâm nghiên cứu do lợi ích về phát thải mà nó mang lại. Nghiên cứu này đã chuyển đổi thành công mô hình cháy cho động cơ diesel sang HCCI thông qua giải pháp thay đổi tỷ lệ khí luân hồi. Đây là nghiên cứu có giá trị trong việc ứng dụng vào thực tế đào tạo, giảng dạy, nghiên cứu về công nghệ mới.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19607/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
