Động cơ RCCI là một biến thể từ động cơ HCCI tuy nhiên động cơ RCCI điều khiển quá trình đốt cháy nhiên liệu tốt hơn. Động cơ RCCI sử dụng hai nhiên liệu khác nhau về mức độ phản ứng trong đó việc điều khiển quá trình cháy thông qua điều khiển quá trình phản ứng của nhiên liệu. Hai nhiên liệu khác nhau về mức độ phản ứng được hòa trộn bên trong buồng đốt động cơ, một nhiên liệu có mức độ phản ứng thấp và một nhiên liệu có mức phản ứng cao. Mức phản ứng đang đề cập đến ở đây chính là khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu khi gặp nhiệt độ và áp suất cao.
Quá trình điều khiển mức phản ứng đó bao gồm việc nạp nhiên liệu có mức phản ứng thấp (xăng) vào buồng đốt để tạo hỗn hợp hòa trộn trước giữa nhiên liệu đó với không khí (và khí sót tùy theo cấu tạo động cơ) bên trong buồng đốt sau đó nhiên liệu có mức phản ứng cao (diesel) được phun vào buồng đốt một hoặc nhiều lần trước điểm chết trên ở kỳ nén để hòa trộn và tạo nên nguồn phát cháy đốt cháy toàn bộ hỗn hợp. Thời điểm và lượng phun của các nhiên liệu có mức phản ứng thấp và có mức phản ứng cao sẽ được điều chỉnh thay đổi linh hoạt theo từng điều kiện làm việc của động cơ để quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu, công suất và sự phát thải của động cơ tối ưu nhất.
Cấu tạo động cơ RCCI
Động cơ RCCI sử dụng cặp nhiên liệu xăng – diesel có cấu tạo gần tương tự như một động cơ Common Rail diesel (động cơ diesel với hệ thống điều khiển phun nhiên liệu điện tử) với một số điều chỉnh trên hệ thống nhiên liệu và tỷ số nén.
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu của động cơ RCCI bao gồm một hệ thống phun xăng trên đường nạp PFI (Port Fuel Injection) và một hệ thống phun dầu trực tiếp vào buồng đốt CRDI (Common Rail Direct Injection). Do được điều khiển điện tử nên thời điểm phun, lượng phun của từng loại nhiên liệu có thể điều chỉnh thay đổi linh hoạt.
Ngoài ra một hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) có làm mát có thể được sử dụng để chủ động điều chỉnh lượng ôxy nạp vào buồng đốt (lưu lượng khí thải tuần hoàn sẽ được điều chỉnh thay đổi theo mức tải của động cơ), đối với các động cơ cần nâng cao công suất ở đầu ra có thể có thêm hệ thống tăng áp đường nạp (Turbochager) có làm mát. Đối với động cơ RCCI hệ thống tuần hoàn khí thải cũng như hệ thống tăng áp cần có làm mát là vì ở một lượng xăng hòa trộn trước sẽ được nạp vào buồng đốt ở kỳ nạp cho nên nếu không khí nạp vào buồng đốt có nhiệt độ quá cao có thể gây ra hiện tượng kích nổ
Phun diesel nhiều lần
Xăng sẽ được điều khiển phun vào trên đường nạp để hòa trộn trước với không khí rồi sau đó nạp vào buồng đốt ở kỳ nạp nhằm tạo nên một hỗn hợp hòa trộn tốt giữa xăng và không khí ở kỳ nén, thời điểm phun khoảng từ -250 ÷ -200 độ ATDC.
(Đồ thị tín hiệu phun xăng theo góc quay trục khuỷu)
Diesel sẽ được điều khiển phun trực tiếp vào buồng đốt với hai lần phun ở kỳ nén. Lần phun thứ một có tác dụng điều khiển mức phản ứng của nhiên liệu trong vùng hòa trộn trước, đảm bảo sự hòa trộn tốt giữa hỗn hợp xăng và không khí đã nạp vào trước cùng với lượng diesel mới phun vào. Thời điểm của lần phun thứ nhất khoảng từ -80 ÷ -50 độ ATDC. Lần phun thứ hai có tác dụng tạo nên vùng có hoạt tính cao, vùng này có tác dụng như nguồn bắt lửa đốt cháy toàn bộ hỗn hợp.
(Đồ thị tín hiệu phun diesel theo góc quay trục khuỷu)
Phun diesel một lần
Xăng được điều khiển phun vào đường nạp như đã nêu ở trên.
Diesel được điều khiển phun vào buồng đốt chỉ với một lần phun ở kỳ nén. Thời điểm phun sẽ sớm hơn so với thời điểm phun dầu ở động cơ diesel thông thường nhằm làm tăng thời gian hòa trộn giữa nhiên liệu xăng và diesel để hỗn hợp cháy được đồng nhất hơn.
Khi động cơ RCCI được đưa vào thực nghiệm ban đầu thì cách này được sử dụng. Cách thức điều khiển này đơn giản hơn cách đã nêu trên tuy nhiên qua quá trình thực nghiệm cách điều khiển phun diesel một lần tỏ ra không mang lại hiệu quả tối ưu về công suất lẫn phát thải ô nhiễm như cách điều khiển phun diesel nhiều lần bởi do chỉ phun một lần nên khoảng thời gian từ lúc phun diesel cho đến lúc hỗn hợp bốc cháy ngắn điều đó đồng nghĩa với thời gian hòa trộn hỗn hợp giảm đi làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp.
Tỷ lệ giữa lượng xăng và diesel cũng như tỷ lệ lượng diesel giữa hai lần phun sẽ được thay đổi tùy theo tình trạng hoạt động của động cơ. Nhiên liệu diesel phù hợp với mức tải động cơ thấp và tốc độ quay vòng chậm trong khi đó nhiên liệu xăng phù hợp với mức tải động cơ cao và tốc độ quay vòng cao. Do chủ động được trong việc điều khiển tỷ lệ hỗn hợp nên vùng tải hoạt động của động cơ sẽ được mở rộng.
Với cách thức điều khiển phun nhiên liệu như trên quá trình cháy trong buồng đốt của động cơ RCCI diễn ra theo ba giai đoạn:
Giai đoạn 1 là giai đoạn cháy một phần nhiên liệu diesel từ lần phun sau cùng (cool flame).
Giai đoạn 2 là giai đoạn cháy chủ yếu của nhiên liệu diesel cùng với một phần nhiên liệu xăng trong hỗn hợp (PRF Burn).
(Đồ thị tỏa nhiệt điển hình cho các giai đoạn cháy của nhiên liệu)
Giai đoạn 3 là giai đoạn cháy kết thúc, chủ yếu là sự cháy của nhiên liệu xăng (Iso-octan).
Khi tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu thay đổi thì cường độ, thời gian cháy của các giai đoạn sẽ thay đổi.
Hocdienoto.com
