MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN …………………………………………………………………………………………………… i
LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………………………………………….. ii
MỤC LỤC …………………………………………………………………………………………………………… iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ………………………………………………… vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU …………………………………………………………………………… xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ …………………………………………………………….. xiii
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………………………………………. 1
i Lý do chọn đề tài …………………………………………………………………………………………………. 1
ii Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài ……………………………………………………………. 2
iii Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài …………………………………………………………. 3
iv Phương pháp nghiên cứu của đề tài ………………………………………………………………………. 3
v Ý nghĩa khoa học của đề tài ………………………………………………………………………………….. 4
vi Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ………………………………………………………………………………….. 4
vii Điểm mới của luận án ……………………………………………………………………………………….. 4
viii Bố cục chính của luận án …………………………………………………………………………………… 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU ……………………………………… 6
1.1 Vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ xăng ……………………………… 6
1.2 Các biện pháp giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải cho động cơ xăng …………………… 6
1.2.1 Các biện pháp liên quan đến động cơ ……………………………………………………………….. 7
1.2.2 Xử lý khí thải ………………………………………………………………………………………………… 9
1.3 Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu hydro cho động cơ xăng ……………………………………… 10
1.3.1 Bổ sung hydro cho động cơ xăng …………………………………………………………………… 10
1.3.2 Bổ sung hỗn hợp khí giàu hydro cho động cơ xăng ………………………………………….. 16
1.3.2.1 Bổ sung hỗn hợp giàu hydro từ ô xy hóa không hoàn toàn nhiên liệu ………………. 16
1.3.2.2 Bổ sung hỗn hợp giàu hydro từ ô xy hóa nhiên liệu bằng plasma …………………….. 18
1.3.2.3 Bổ sung hỗn hợp giàu hydro từ biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu với hơi nước ………. 19
1.4 Hướng tiếp cận của luận án ……………………………………………………………………………… 22
1.5 Tổng quan về xây dựng mô hình động cơ ………………………………………………………….. 23
1.6 Tổng quan về xây dựng hệ thống điều khiển ………………………………………………………. 26
1.7 Nội dung nghiên cứu ………………………………………………………………………………………. 31
1.8 Kết luận chương 1 ………………………………………………………………………………………….. 32
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG
ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG HỖN HỢP GIÀU HYDRO VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN …….. 33
2.1 Đặt vấn đề ……………………………………………………………………………………………………… 33
2.2 Mô hình tổng quan động cơ phun xăng trang bị bộ xúc tác tạo hỗn hợp giàu hydro … 34
2.3 Mô hình thành phần ………………………………………………………………………………………… 35
2.3.1 Mô hình trao đổi khí …………………………………………………………………………………….. 35
2.3.1.1 Xác định lượng khí đi qua bướm ga …………………………………………………………….. 35
2.3.1.2 Xác định lượng khí đi qua xu páp nạp ………………………………………………………….. 37
2.3.1.3 Xác định lượng khí đi qua xu páp xả ……………………………………………………………. 38
2.3.2 Mô hình bộ xúc tác ………………………………………………………………………………………. 39
2.3.3 Mô hình cháy ………………………………………………………………………………………………. 41
2.3.3.1 Cơ sở lựa chọn mô hình cháy ……………………………………………………………………… 41
2.3.3.2 Mô hình cháy ……………………………………………………………………………………………. 43
2.3.3.3 Mô hình truyền nhiệt …………………………………………………………………………………. 46
2.3.4 Mô hình tổn thất cơ khí của động cơ ………………………………………………………………. 46
2.3.5 Mô hình động học, động lực học của động cơ …………………………………………………. 49
2.4 Mô hình điều khiển …………………………………………………………………………………………. 51
2.4.1 Lọc nhiễu tín hiệu đo ……………………………………………………………………………………. 51
2.4.2 Thuật toán tra bảng ………………………………………………………………………………………. 53
2.4.2.1 Nội suy một chiều 1D ………………………………………………………………………………… 53
2.4.2.2 Nội suy hai chiều 2D …………………………………………………………………………………. 54
2.4.3 Bộ điều khiển vòng kín …………………………………………………………………………………. 55
2.4.3.1 Hàm truyền vòng kín …………………………………………………………………………………. 55
2.4.3.2 Bộ điều khiển PID …………………………………………………………………………………….. 56
2.5 Kết luận chương 2 ………………………………………………………………………………………….. 57
CHƯƠNG 3. ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG SỬ DỤNG HỖN HỢP GIÀU HYDRO VÀ MÔ
HÌNH MÔ PHỎNG ……………………………………………………………………………………………… 58
3.1 Đặt vấn đề ……………………………………………………………………………………………………… 58
3.2 Đối tượng nghiên cứu và nhiên liệu thử nghiệm …………………………………………………. 58
3.2.1 Động cơ nghiên cứu ……………………………………………………………………………………… 58
3.2.2 Nhiên liệu thử nghiệm ………………………………………………………………………………….. 59
3.3 Thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ và bộ xúc tác ………………. 59
3.3.1 Hệ thống cung cấp hỗn hợp giàu hydro tiêu chuẩn cho động cơ …………………………. 59
3.3.2 Hệ thống cung cấp xăng và nước cho bộ xúc tác ……………………………………………… 60
3.4 Xác định vùng thường xuyên hoạt động của động cơ ………………………………………….. 61
3.5 Xác định các tham số đầu vào cơ bản cho mô hình động cơ …………………………………. 62
3.5.1 Xác định quy luật phối khí ……………………………………………………………………………. 62
3.5.2 Xác định lưu lượng khí đi qua xu páp …………………………………………………………….. 63
3.5.3 Xác định đặc tính của vòi phun ……………………………………………………………………… 64
3.5.4 Áp suất xi lanh …………………………………………………………………………………………….. 65
3.6 Phân tích số liệu thực nghiệm và xây dựng mô hình động cơ ……………………………….. 68
3.6.1 Xác định hệ số lưu lượng của dòng khí đi qua xu páp ………………………………………. 68
3.6.2 Xác định tốc độ tỏa nhiệt ………………………………………………………………………………. 69
3.6.3 Xác định thời điểm bắt đầu cháy, khoảng thời gian cháy …………………………………… 71
3.6.4 Xây dựng mô hình động cơ …………………………………………………………………………… 74
3.7 Đánh giá độ tin cậy của mô hình động cơ ………………………………………………………….. 75
3.7.1 Đánh giá về lưu lượng không khí nạp …………………………………………………………….. 75
3.7.2 Đánh giá về tỉ lệ cháy và tốc độ tỏa nhiệt ………………………………………………………… 76
3.7.3 Đánh giá về áp suất xi lanh ……………………………………………………………………………. 78
3.7.4 Đánh giá về mô men, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ……………………………….. 81
3.8 Bộ điều khiển động cơ phun xăng điện tử trang bị bộ xúc tác tạo hỗn hợp giàu hydro 83
3.8.1 Bộ điều khiển động cơ sử dụng hỗn hợp giàu hydro …………………………………………. 83
3.8.2 Các khối tính toán các thông số làm việc của động cơ ………………………………………. 84
3.8.2.1 Khối xác định kỳ làm việc của động cơ ……………………………………………………….. 84
3.8.2.2 Các khối xác định và điều khiển góc đánh lửa sớm ……………………………………….. 88
3.8.2.3 Các khối xác định và điều khiển lượng nhiên liệu phun vào đường ống nạp …….. 89
3.8.2.4 Các khối xác định và điều khiển lượng phun vào bộ xúc tác …………………………… 90
3.8.2.5 Các khối xác định và điều khiển tốc độ không tải ………………………………………….. 91
3.8.3 Đánh giá bộ điều khiển …………………………………………………………………………………. 92
3.8.3.1 Kết quả chương trình nhận dạng kỳ làm việc của động cơ ……………………………… 92
3.8.3.2 Kết quả chương trình điều khiển không tải …………………………………………………… 93
3.9 Kết luận chương 3 ………………………………………………………………………………………….. 94
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ………………………………………………………. 95
4.1 Đặt vấn đề và các mục tiêu nghiên cứu thử nghiệm …………………………………………….. 95
4.2 Phạm vi, phương pháp và điều kiện thực nghiệm ……………………………………………….. 95
4.2.1 Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………………………………… 95
4.2.2 Phương pháp thực nghiệm …………………………………………………………………………….. 96
4.2.3 Điều kiện nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………………………………. 96
4.3 Quy trình, chế độ và trang thiết bị thử nghiệm ……………………………………………………. 97
4.3.1 Thử nghiệm thu thập số liệu xây dựng mô hình mô phỏng động cơ trên băng thử công
suất động cơ ………………………………………………………………………………………………………… 97
4.3.1.1 Thử nghiệm xây dựng đặc tính ngoài của động cơ ………………………………………… 98
4.3.1.2 Thử nghiệm xác định giới hạn cháy của động cơ …………………………………………… 99
4.3.2 Thử nghiệm hiệu chuẩn và đánh giá hệ thống điều khiển trên bệ thử động lực học xe
máy CD20” …………………………………………………………………………………………………………. 99
4.3.2.1 Thử nghiệm hiệu chuẩn hệ thống điều khiển ………………………………………………. 100
4.3.2.2 Thử nghiệm đánh giá hệ thống điều khiển ………………………………………………….. 102
4.4 Kết quả thực nghiệm động cơ trên băng thử công suất ………………………………………. 103
4.4.1 Kết quả thử nghiệm động cơ ở chế độ toàn tải ……………………………………………….. 103
4.4.2 Kết quả thử nghiệm động cơ ở chế độ cháy nghèo …………………………………………. 105
4.4.2.1 Ảnh hưởng của hỗn hợp giàu hydro đến giới hạn cháy nghèo ……………………….. 105
4.4.2.2 Ảnh hưởng của hỗn hợp giàu hydro đến hiệu suất có ích của động cơ ……………. 107
4.4.2.3 Ảnh hưởng của hỗn hợp giàu hydro đến suất tiêu thụ năng lượng ………………….. 108
4.4.2.4 Nhiệt độ khí xả của động cơ tại chế độ cháy nghèo ……………………………………… 109
4.4.2.5 Ảnh hưởng của hỗn hợp giàu hydro đến phát thải của động cơ tại chế độ cháy
nghèo ……… ……………………………………………………………………………………………………….. 110
4.5 Kết quả thử nghiệm đánh giá hệ thống điều khiển ĐCPX trang bị BXT tạo HHGH trên
băng thử động lực học xe máy CD 20” …………………………………………………………………. 112
4.5.1 Tại 10% độ mở bướm ga …………………………………………………………………………….. 112
4.5.2 Tại 20% độ mở bướm ga …………………………………………………………………………….. 115
4.5.3 Tại 30% độ mở bướm ga …………………………………………………………………………….. 117
4.5.4 Tại 50% độ mở bướm ga …………………………………………………………………………….. 120
4.5.5 Kết quả thử nghiệm theo chu trình thử ECE-R40 …………………………………………… 122
4.6 Kết luận chương 4 ………………………………………………………………………………………… 123
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………………………………………….. 125
Kết luận chung: ………………………………………………………………………………………………….. 125
Hướng phát triển: ……………………………………………………………………………………………….. 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………………………… 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ……………………………………………….. 132