Luận án Tiến sĩ Bùi Văn Hùng: Tối ưu hóa động cơ biogas-hydrogen

Chuyển đổi năng lượng là mối quan tâm lớn. Các quốc gia ưu tiên nguồn năng lượng sạch. Hệ thống HRES đại diện cho giải pháp bền vững. HRES tích hợp năng lượng mặt trời và sinh khối. Điều này giúp giảm phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch. Động cơ đốt trong là thành phần thiết yếu trong HRES. Động cơ cung cấp năng lượng bổ sung.

Động cơ thường thiết kế cho một loại nhiên liệu cố định. HRES sử dụng nhiên liệu hỗn hợp, như biogas-hydrogen. Thành phần nhiên liệu này không ổn định. Hàm lượng hydrogen và CH4 trong biogas thay đổi. Chế độ tải động cơ cũng biến động. Động cơ cần thích ứng nhanh chóng. Điều này đặt ra yêu cầu cao cho điều khiển động cơ. Cần tối ưu hóa động cơ liên tục.

Mục tiêu là tự động điều chỉnh các thông số. Điều này đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả. Hệ số tương đương liên quan trực tiếp đến tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Nó ảnh hưởng đến hoàn thành quá trình đốt cháy. Góc đánh lửa sớm quyết định thời điểm bắt đầu đốt cháy. Cả hai thông số phải được tối ưu hóa đồng thời. Điều này duy trì hiệu suất động cơ ổn định.

Hệ số tương đương ảnh hưởng đến nhiệt độ buồng đốt. Nó tác động đến sự hình thành khí thải NOx. Điều chỉnh hệ số tương đương giúp kiểm soát tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng đến áp suất đỉnh trong xi lanh. Nó tác động đến công suất động cơ. Điều chỉnh đúng góc đánh lửa sớm giúp đạt công suất tối ưu. Cả hai thông số đều tác động lớn đến hiệu suất động cơ. Chúng cũng ảnh hưởng đến mức độ phát thải. Việc điều khiển động cơ linh hoạt là bắt buộc.

Mô hình động cơ được tạo ra trên phần mềm chuyên dụng. Không gian tính toán mô phỏng buồng đốt. Nó bao gồm cả đường nạp và đường thải. Lưới tính toán tối ưu hóa sự chính xác. Mô hình này là cơ sở cho các phân tích. Nó giúp đánh giá động lực học nhiên liệu hỗn hợp.

Mô phỏng cho thấy ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu. Hàm lượng hydrogen tác động mạnh đến tốc độ đốt cháy. Tỷ lệ CH4 trong biogas cũng quan trọng. Nó ảnh hưởng đến quá trình cháy và phát thải. Góc đánh lửa sớm và hệ số tương đương được điều chỉnh. Điều này nhằm tối ưu hóa động cơ với từng thành phần. Các yếu tố như tốc độ động cơ và chế độ tải cũng được nghiên cứu. So sánh tính năng động cơ khi dùng biogas đơn thuần. So sánh với khi dùng biogas pha hydrogen. Kết quả mô phỏng cung cấp dữ liệu quan trọng. Dữ liệu này hướng dẫn các cải tiến thực nghiệm. Nó hỗ trợ việc điều khiển động cơ hiệu quả.

Hệ thống ECU được thiết kế đặc biệt. Nó kiểm soát quá trình cung cấp nhiên liệu. ECU điều khiển cả góc đánh lửa sớm. Nó đảm bảo sự đồng bộ giữa các thông số. Các cảm biến thu thập dữ liệu về thành phần nhiên liệu. Dữ liệu này giúp ECU đưa ra quyết định. Việc cài đặt trên động cơ thực tế được ghi lại.

Thí nghiệm xác nhận hiệu quả của điều khiển. Thời gian phun nhiên liệu được tối ưu. Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tự động. Hệ số tương đương được giữ ở mức tối ưu. Điều này dẫn đến cải thiện hiệu suất động cơ. Khí thải được kiểm soát chặt chẽ. Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh được đề xuất. Hệ thống này áp dụng cho động cơ tĩnh tải. Nó hoạt động tốt với biogas-hydrogen có thành phần thay đổi. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi.

Hệ thống điều khiển tự động cải thiện hiệu suất. Động cơ tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn. Công suất đầu ra được tối đa hóa. Điều này quan trọng cho các ứng dụng thực tế. Nó mang lại lợi ích kinh tế cho người sử dụng. Khả năng thích ứng với nhiên liệu hỗn hợp là ưu điểm lớn.

Kiểm soát chính xác quá trình đốt cháy giúp giảm phát thải. Nồng độ khí thải độc hại được hạn chế. Điều này bao gồm NOx và CO. Giảm thiểu ô nhiễm không khí là mục tiêu quan trọng. Đây là đóng góp vào môi trường sạch hơn. Nghiên cứu thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu sạch. Nó góp phần vào một tương lai bền vững.