(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ xe máy

Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 10 năm 2019 Đặng Như Phúc HVTH: Đặng Như Phúc iii MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng LỜI CẢM TẠ Trong trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hướng dẫn tận tình q thầy cô điều kiện học tập thuận lợi quý trường, tiếp thu lượng kiến thức thiết thực hữu ích phục vụ cho q trình làm việc nghiên cứu sau Xin cảm ơn đến quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao học Cơ khí Động lực trang bị cho tơi nhiều kiến thức tảng giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Đỗ Văn Dũng, người thầy thắp lên niềm đam mê khát vọng “cháy” nghiên cứu khoa học Dù tơi hồn thành luận văn cịn thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để luận văn hoàn thiện tốt Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành lời chúc sức khoẻ đến quý thầy cơ, gia đình bạn bè thân hữu Học viên thực Đặng Như Phúc HVTH: Đặng Như Phúc iv MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TĨM TẮT Nguồn lượng hố thạch tồn cầu ngày cạn kiệt song nhu cầu sử dụng xe ô tô xe máy dần tăng lên đòi hỏi nhà nghiên cứu thiết kế động đốt cần tối ưu hoá hiệu suất xe Trong điều kiện hoạt động xe gắn máy chạy đường thành phố hay bị kẹt xe nên nhu cầu nâng cao hiệu suất động xe máy vùng tải thấp tốc độ thấp cấp thiết Và cách thức dùng để cải thiện hiệu suất động tăng cường độ xốy dịng khí nạp động Nhờ gia tăng xốy lốc mà hồ trộn hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu tăng cường, giúp cho trình cháy tốt Qua hiệu suất động nâng cao giảm ô nhiễm môi trường Bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế Catia phần mềm mô động lực học lưu chất Ansys Fluent kết hợp với Matlab, nghiên cứu tác động động bước vào hệ thống nạp động xe máy Phần mềm Matlab dùng để tính tốn cơng suất, mô-men xoắn suất tiêu hao nhiên liệu động xe máy, từ chọn mơ hình phù hợp Đánh giá hiệu cải tiến mơ hình tối ưu Từ khố: Động cơ; động bước; hệ thống nạp; vịng xốy; cơng suất Abstract Nowadays, the global fossil energy resources are increasingly exhausting, but demand using car and motorbike is gradually rising This requires researchers and engineers design and optimize the performance of the internal combustion engine In the current operating condition of motorcycles is running in city streets and traffic is often congested so the need to improve the performance of motor engines in low load areas and low speed is very nesseary And one of the ways to improve the efficiency of the engine is to increase the swirling of the intake air in the engine The increasing vortex ring, the blending of the air-fuel mixture is enhanced, resulting in better combustion Thereby the efficiency of the engine is enhanced and reduced environmental pollution By using Catia design software and HVTH: Đặng Như Phúc v MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Ansys Fluent fluid dynamics simulation software in conjunction with Matlab, study the impact of the motor stepping on the engine's charging system Matlab software is used to calculate the power, torque and fuel consumption of motor vehicles, from which to choose the most suitable model Evaluate the improvement effectiveness of that optimal model Keyword: Engine; step motor; intake system; vortex ring; power HVTH: Đặng Như Phúc vi MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt ký hiệu khoa học xi Danh sách hình xv Danh sách bảng xvii Chương TỔNG QUAN 1.1 Dẫn nhập 1.2 Lý chọn tài 1.2.1 Nghiên cứu nước 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu đề tài 11 1.4 Nhiệm vụ đề tài 11 1.5 Giới hạn đề tài 11 1.6 Đối tượng nghiên cứu 12 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .12 1.8 Phương pháp nghiên cứu .12 1.9 Kế hoạch thực 13 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 HVTH: Đặng Như Phúc vii MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 2.1 Sơ lược xoáy lốc 14 2.2 Định nghĩa tượng xoáy lốc .14 2.3 Vận tốc trung bình dịng xốy lốc 16 2.4 Hệ số xoáy lốc vận tốc mô-men động lượng .16 2.5 Xốy lốc tạo q trình hút .18 2.6 Xoáy lốc vào xy-lanh 20 2.7 Phương pháp đo xoáy lốc (Swirl Measurement) 23 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nạp cơng suất động .25 2.8.1 Hệ số nạp yếu tố ảnh hưởng 25 2.8.2 Hệ số khí sót thơng số ảnh hưởng .26 2.8.3 Ảnh hưởng xoáy lốc đến dịng khí nạp 27 2.9 Động lực học ống góp nạp xy-lanh 28 2.9.1 Động lực học ống góp nạp 28 2.9.2 Phần đầu ống góp nạp 29 2.9.3 Động lực học xy-lanh 31 2.9.4 Nhiệt lượng toả truyền nhiệt .32 2.10 Đặc tính động 34 2.10.1 Công suất thị 34 2.10.2 Ma sát .36 2.10.3 Tổn thất ma sát đường ống nạp 36 2.10.4 Mô-men xoắn công suất 37 2.10.5 Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu suất nhiên liệu 40 2.10.6 Hiệu suất nạp: ηv 41 HVTH: Đặng Như Phúc viii MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Chương GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XE MÁY 42 3.1 Ứng dụng tượng xoáy lốc số hãng xe 42 3.2 Chọn giải pháp nâng cao hiệu suất động 44 3.3 Chọn động để thử nghiệm 44 3.4 Động bước 46 3.4.1 Giới thiệu động bước .46 3.4.2 Cơ chế tác động động bước hệ thống nạp 47 3.4.3 Chọn động bước để thử nghiệm 48 Chương MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .51 4.1 Phương pháp mô 51 4.2 Thiết lập mô Ansys ICE 52 4.3 Mơ hình phân tích 54 4.4 Lưới tính tốn 57 4.5 Thiết lập thông số 59 4.6 Tiến hành mô 63 4.7 Mơ hình mơ đặc tính động 63 4.8 Kết 67 4.8.1 Quá trình tạo lưới toàn chu kỳ 67 4.8.2 Phổ vận tốc toàn chu kỳ .68 4.8.3 Nhiệt độ theo góc quay trục khuỷu 72 4.8.4 Áp suất theo góc quay trục khuỷu 74 4.8.5 Tỉ lệ xoáy lốc 75 4.8.6 Công suất động ứng với phương tác động động bước 80 4.8.7 Mô-men xoắn động ứng với phương tác động động bước 83 HVTH: Đặng Như Phúc ix MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 4.8.8 Suất tiêu hao nhiên liệu ứng với phương tác động động bước 84 Chương KẾT LUẬN 86 5.1 Kết luận 86 5.2 Đề xuất .86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 91 HVTH: Đặng Như Phúc x MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ❖ Danh sách ký hiệu khoa học: • A: diện tích bề mặt buồng đốt (m2) • A0: diện tích lỗ dịng chảy (m2) • Ach: diện tích bề mặt phần đầu xy-lanh (m2) • Ap: diện tích bề mặt đỉnh pít-tơng (m2) • Av: diện tích xu-páp nạp (m2) • Avi :diện tích hiệu dụng xu-páp nạp (m2) • Aφ: diện tích thân bướm ga (m2) (một hàm vị trí bướm ga) • Aj Ap : tương ứng thành phần nhỏ tiết diện dịng khí diện tích pít-tơng (m2) • a: thơng số hiệu chỉnh cơng thức tính tỉ lệ xốy lốc • B: đường kính xy-lanh (m) • Cd: hệ số lưu lượng dòng chảy • Cm: vận tốc trung bình dịng khí (m/s) • Cr: tỉ số nén động • Cs: hệ số xốy lốc • D: đường kính lỗ bướm ga (mm) • d: đường kính trục bướm ga (mm) • h: hệ số truyền nhiệt đối lưu (W/m2/K) • I c : mơ-men động lượng • i: biểu thị cho xy-lanh thứ ith • J i :thơng lượng mơ-men động lượng xy-lanh • k: số xy-lanh động • L: Chiều dài truyền (m) • L vi : độ nâng xu-páp nạp (mm) • m: hệ số đa biến trung bình khơng khí • m : lưu lượng khối lượng khí qua phần đầu ống góp nạp (kg/s) HVTH: Đặng Như Phúc xi MSHV: 1820509 Luận văn cao học • mr i GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng : lưu lượng khối lượng khí lý tưởng góp chung vào ống góp nạp riêng xy-lanh thứ ith (kg/s) • mf : khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy (kg) • Ni: cơng suất thị (kW) • n: số vịng quay (vịng/phút) • Pi: áp suất thị (Pa) • p: áp suất lịng xy-lanh (Pa) • p0: thể cho áp suất mơi trường (Pa) • pa: áp suất cuối q trình nạp (Pa) • pci : áp suất xy-lanh thứ ith (Pa) • pf : áp lực ma sát hiệu dụng trung bình (Pa) • pm: áp suất ống góp hút (Pa) • pr: áp suất khí sót (Pa) • QHV: nhiệt trị thấp (MJ/kg) (khi đốt cháy nhiên liệu có giá trị: 42-45MJ/kg) Q • hr : nhiệt phát (MJ/kg) • Qht : nhiệt truyền (MJ/kg) • R: số khí (J/kg.K) • r: bán kính quay trục khuỷu (m) • r0: bán kính xu-páp nạp (m) • S p : vận tốc trung bình pít-tơng (m/s) • T: nhiệt độ (K) • T f : mô-men ma sát (N.m) • Tk: nhiệt độ trước xu-páp nạp (K) • Tw: nhiệt độ thành buồng đốt (K) • Tb: mơ-men xoắn thực tế (N.m) • Ti: mơ-men xoắn biểu thị (N.m) • Tf: mơ-men xoắn tổn thất ma sát (N.m) HVTH: Đặng Như Phúc xii MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Cũng hạn hẹp thời gian khó khăn công nghệ nên đề tài dừng lại mức độ mơ Vì để khẳng định độ tin cậy giái pháp đề nghị tiến hành thực nghiệm để kiểm chứng HVTH: Đặng Như Phúc 87 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xuân Dung, Nghiên cứu mơ đặc tính động xăng, đề xuất biện pháp tăng hiệu suất, Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2015 [2] Lê Thanh Quang, Nghiên cứu, đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất động xe máy thông qua mô phỏng, Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2017 [3] Nguyễn Phụ Thượng Lưu, Nguyễn Thành Nhân, Nghiên cứu đặc tính dịng chảy khơng khí nạp động dựa mơ CFD, Hội nghị KH&CN tồn quốc khí - động lực 2017, Ngày 14-10-2017 Trường ĐH Bách khoa – ĐHQG TP.HCM [4] Võ Danh Tồn, Huỳnh Thanh Cơng, Mơ nâng cao tính làm việc cho động Diesel xy-lanh thiết kế cải tiến họng nạp, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 18, Số K7-2015 [5] Huỳnh Diệp Ngọc Long, Nghiên cứu thiết kế mẫu động xy-lanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) (Tham khảo động xy-lanh Kubota D1703-M-E3B), Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2013 [6] Rober W.Weeks and John J.Moskwa Powertrain Control Research Laboratory University Of Wisconsin- Maddison, Automotive engine modeling for real-time control using Matlab/Simulink, SAE Paper 776-4841 [7] Yuh-Yih Wu, Bo-Chiuan Chen, Yaojung Shiao, Feng-Chi Hsieh, Engine modeling with inlet and exhaust wave action for real time control, Proceedings of IMECE’03 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress Washington, D.C., November 15–21, 2003 HVTH: Đặng Như Phúc 88 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng [8] C L Myung, K H Choi, I G Hwang, K H Lee, and S Park, Effects of valve timing and intake flow motion control on combustion and time-resolves HC & NOX formation characteristics, International Journal of Automotive Technology, vol 10, no 2, pp 161–166, 2009 [9] Yufeng Li, Hua Zhao, Zhijun Peng and Nicos Ladommatos, Analysis of tumble and swirl motions in a four-valve SI engine, International Fall Fuels and Lubricants Meeting and Exposition San Antonio, Texas,September 24-27, 2001 [10] C Habchi, H Foucart and T Baritaud, Influence of the wall temperature on the mixture preparation in DI gasoline engines, Oil & Gas Science and Technology – Rev IFP, Vol 54 (1999), No 2, pp 211-222 [11] Hammad Iqbal Sherazi and Yun Li, Homogeneous charge compression ignitionengine: A technical review, Proceedings of the 17th International Conference on Automation & Computing, University of Huddersfield, Huddersfield, UK, 10 September 2010 [12] John B Heywood, Internal combustion engine fundamentals, McGraw-Hill, 1988, chapter [13] Joeng-Eue Yun and Jae Joon Lee, A study on combine effects between swirl and tumble flow of intake port system in cylinder head, Seoul 2000 FISITA World Automotive Congress, June 12-15, 2000, in Seoul, Korea [14] Nguyễn Trọng Thắng, Trần Thế San, Máy điện mạch điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2011, tr 280 [15] Lại Văn Định, Ứng dụng phần mềm ANSYS để tính tốn dao động xoắn hệ trục khuỷu động đốt trong, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2009 [16] Stefan Gundmalm, CFD modeling of a four stroke S.I engine for motorcycle application, Master of Science Thesis, Stockholm Sweden, 2009 HVTH: Đặng Như Phúc 89 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng [17] Asad Islam, Simulation of four stroke internal combustion engine, International Journal of Scientific & Engineering Research, 7, 2, 2016 HVTH: Đặng Như Phúc 90 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng PHỤ LỤC Phụ lục Bảng giá số loại động bước thị trường (Đơn vị tính: đồng) Phụ lục Thơng số kỹ thuật động bước 57BYGH311D-12 HVTH: Đặng Như Phúc 91 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Phụ lục Thông số kỹ thuật động bước 86BYGH450A-06 HVTH: Đặng Như Phúc 92 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ CỦA XE MÁY RESEARCH SOLUTIONS TO IMPROVE MOTORBIKE ENGINE EFFICIENCY Đỗ Văn Dũng1, Đặng Như Phúc2 Trường đại học sư phạm kỹ thuật TPHCM Học viên cao học Trường ĐHSPKT TPHCM TÓM TẮT Hiện xe máy chạy thành phố với tốc độ thấp thường xuyên bị kẹt xe Bài báo trình bày kết nghiên cứu nâng cao hiệu suất động xe máy cách sử dụng động bước tác động lên hệ thống nạp nhằm tăng cường xoáy lốc vùng tốc độ quay thấp Nghiên cứu sử dụng phần mềm Ansys mô phương tác động động bước lên hệ thống nạp động cơ, sử dụng công cụ Matlab/Simulink để tính tốn cơng suất, mơ-men xoắn suất tiêu hao nhiên liệu động xe máy Kết mô cho thấy tác động động bước theo phương 300 vùng tốc độ thấp (dưới 2000 vịng/phút) tối ưu với cơng suất tăng 10%, mô-men xoắn tăng 5% suất tiêu hao nhiên liệu có giá trị nhỏ so với động nguyên mẫu Từ khóa: Động cơ; động bước; hệ thống nạp; vịng xốy; cơng suất ABSTRACT Nowaday, motorbikes run in cities with low speed and often get stuck in traffic The paper presents the research results of improving motor engine efficiency by using a stepper motor acting on the intake system to increase vortex in the area of low rotation speed Research using Ansys software to simulate the impact of the motor stepping on the engine's loading system, using the Matlab / Simulink tool to calculate power, torque and fuel consumption of the engine motorbike engine Simulation results show that under the action of the 300 stepper motor in low speed areas (below 2000 rpm) is the most optimal with a 10% increase in power, 5% increase in torque and 5% consumption The fuel has the smallest value compared to the prototype engine Keywords: Engine; step motor; intake system; vortex 93 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Giới thiệu ngang (tumble and swirl ratios) khác cách thay đổi thời điểm mở van điều khiển hệ thống nạp, nhằm tạo tốc độ chuyển động dịng khơng khí trường hợp khác Kết mô kiểm nghiệm từ thực nghiệm rằng: tốc độ chuyển độ dòng khí cao tạo nhiệt lượng toả trình cháy nhanh Vì tốc độ cháy nhanh dẫn đến công suất đầu đáp ứng kịp thời đặc biệt chế độ tải nhỏ Để xem xét ảnh hưởng hệ số xoáy lốc đến khí xả q trình cháy, S Lee cộng [4] thực nghiệm động xy lanh phun xăng trực tiếp, tác giả so sánh trường hợp động nguyên thuỷ với trường hợp: động cải tiến có xốy lốc dọc xoáy lốc ngang Kết thực nghiểm trường hợp xoáy lốc dọc ngang giảm đáng kể nồng độ HC khí thải, ảnh hưởng xốy lốc giảm đến 10% nồng độ HC so với động nguyên thuỷ chế độ hoạt động lạnh Đồng thời, xoáy lốc dọc ngang ảnh hưởng đến bay hơi, hồ trộn nhiên liệu, đặc biệt ảnh hưởng có lợi xoáy lốc đến thời điểm đánh lửa sớm qua nâng cao tốc độ cháy cải thiện đáng kể đặc tính động Hiện có nhiều cơng trình cơng bố nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính động Đặc biệt ảnh hưởng xoáy lốc ảnh hưởng đến hồ trộn nhiên liệu, qua cải tiến đáng kể hiệu trình cháy động Kết nâng cao hiệu suất giảm khí xả gây ô nhiễm môi trường động phát Trần Xuân Dung [1] nghiên cứu mô đặc tính động xăng đề xuất biện pháp tăng hiệu suất Đề tài thực mô động Toyota NZ – FE Xây dựng sở lý thuyết đặc tính động mơ hình tốn cho việc mơ q trình động Trên sở nghiên cứu hệ thống VVT-i việc thay đổi thời điểm đóng mở xu-páp đến khả cải tiến hiệu suất động Qua nghiên cứu cho thấy việc thay đổi thời điểm đóng mở xu-páp ảnh hưởng đến công suất động Làm tối ưu hố q trình cháy, giảm lượng khí thải động nâng cao công suất Tạo sở lý thuyết tin cậy cho việc nghiên cứu đặc tính động xăng, mơ sử dụng phần mềm Matlab/Simulink Lê Thanh Quang [2] nghiên cứu, đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất động xe máy thông qua mô Đề tài thực mô động xe máy 125 cc Sử dụng phần mềm Catia xây dựng mơ hình hình học dùng mơ q trình cháy động đốt đánh lửa kỳ xy-lanh với góc nghiêng cổ nạp khí khác (từ 15o đến 45o với gia số 5o) Dùng phần mềm Ansys Fluent (với mơ-đun ICE đặc trưng cho phân tích động đốt trong) mô cải tiến hệ thống nạp thơng qua hệ số xốy lốc dọc (Tumble) xoáy lốc ngang (Swirl) tương ứng với trường hợp khác Qua nghiên cứu cho thấy góc nghiêng cổ nạp 300 có hệ số xốy lốc dọc (Tumble) xoáy lốc ngang (Swirl) tối ưu Đồng thời, đặc tính cơng suất, mơ-men xoắn động có hệ thống nạp cải tiến (góc nghiêng 300) cao nhất, suất tiêu hao nhiên liệu động thấp so với trường hợp khác Wu cộng [3] sử dung phần mềm Matlab để xây dựng mơ hình mô động xe máy 125cc Nghiên cứu xem xét ảnh hưởng trường hợp hệ số xoáy lốc dọc Quá trình cháy nhả nhiệt liên quan đến cơng suất động Q trình nhả nhiệt động đặc trưng tốc độ cháy khối lượng nhiên liệu cháy y, nhiệt trị nhiên liệu QHV khối lượng nhiên liệu chu kỳ mf theo công thức sau [5]: dQhr = y.(QHV ).m f d (1) Trong đó, thơng số y bị ảnh hưởng nhiều yếu tố như: phần khối lượng nhiên liệu bị cháy, góc quay trục khuỷu bắt đầu đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu Và quan trọng ảnh hưởng xốy lốc dọc ngang theo qua thơng số a, m ước lượng qua mơ hình cháy Wiebe function: y= dxb  − 0 m+1 m +  − 0 m = a ( ) exp(−a.( ) ) d d  d (2) Hệ số xoáy lốc ngang Rs động định nghĩa tốc độ quay khí quanh trục dọc xy lanh chia cho tốc độ quay trục khuỷu Hệ số xoáy dọc Rt định nghĩa tốc độ quay khí quanh trục ngang qua tâm xy lanh [6] 94 Luận văn cao học 𝑅𝑠 = Ω𝑠𝑤𝑖𝑟𝑙 ΩE , 𝑅𝑡 = GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Ω𝑇𝑢𝑚𝑏𝑙𝑒 Honda dành cho xe Future mơ hình cải tiến tiến hành thiết kế phần mềm CATIA V5 Phương pháp thiết kế mơ hình sử dụng kỹ thuật bề mặt (Surface), xây dựng cụm chi tiết (Part) tiến hành lắp ráp (Assembly) Nghiên cứu sử dụng phần mềm để thiết kế theo thông số liệt kê bảng (3) Ω𝐸 Trong đó: Ω𝑠𝑤𝑖𝑟𝑙 :Tốc độ quay quanh trục dọc (rad/s) Ω 𝑇𝑢𝑚𝑏𝑙𝑒 :Tốc độ quay quanh trục ngang (rad/s) Ω𝐸 :Tốc độ quay khuỷu (rad/s) Đối với hệ số xốy lốc ta tính lại hệ số a m, thơng số hiệu chỉnh q trình nạp tính đến hệ số xốy lốc dọc ngang (Swirl Tumble) Công thức ảnh hưởng tới lốc xoáy bao gồm hệ số a, m có ảnh hưởng đến q trình nhả nhiệt động cho công thức [7]: a= + 0.1 Rst exp(Rst -2) (4) m= 2+ 0.4 Rst exp(Rst -2) (5) Bảng Thông số động Honda Future Thông số Giá trị Đơn vị Độ dài truyền 101.5 mm Đường kính xy lanh 52.4 mm Thể tích xy lanh 124.8 cm3 Bán kính trục khủy 28.95 mm Đường kính tác động 23.2 mm Tỉ số nén 9.3 -Số xú páp -Công suất cực đại 7.06 kW/ 7500 v/p vịng/phút Mơ-men xoắn cực đại 10.6 N.m/ 5500 v/p vịng/phút Trong đó: Rst: tổng hệ số xốy lốc dọc ngang Trong nghiên cứu này, mơ hình hình học dùng mơ q trình cháy động đốt đánh lửa kỳ xy lanh với phương tác động khác (15o, 30o, 45o) xây dựng phần mềm Catia, chia lưới mô Ansys Fluent [8], dựa mơ hình rối k-ε Bằng cách sử dụng mơ phân tích động lực học chất lưu (CFD), ta dễ dàng mơ tả phổ vận tốc kỳ nạp, nén, nổ, xả Hơn thế, đồ thị diễn tả độ xoáy lốc động đốt đồ thị hệ số xoáy lốc dọc ngang thực cách dễ dàng thuận tiện Từ đó, chúng tơi đánh giá đặc tính động mơ hình cải tiến động đốt dung tích 125 cc so với nguyên nhờ vào phần mềm Matlab Vì chuyển động pit tông làm biến dạng miền giải chu kỳ động đốt Lưới tính tốn số điểm méo mó, dẫn đến lỗi tính tốn Một giải pháp để giải vấn đề dùng lưới tính tốn bao phủ tồn chu kỳ nạp nén nổ xả động Để mô đặc tính động đốt kỳ, tác giả sử dụng phần mềm ANSYS Fluent Tốc độ quay trục quay gia tăng từ 1200 vòng/ phút đến 1800 vòng/ phút Hình Hệ thống nạp thực tế xe máy 125cc Mơ tối ưu hố hệ thống nạp 2.1 Thiết lập mô hệ thống nạp Các thơng số hình học cấu trúc tác độngxy lanh -pit tông theo tài liệu hãng 95 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Góc mở xú páp xả Góc đóng xú páp xả Độ mở xú páp xả Loại xăng Nhiệt độ nhiên liệu trước phun Đường kính ti kim phun Góc bugi đánh lửa 521 Độ 640 Độ 0.2 mm 95 RON Octane (C8H18) khơng khí (O2 + 3.773 N2) 40 o 0.6 mm 345 Độ C 2.2 Kết mô 2.2.1 Ảnh hưởng hệ thống nạp đến hệ số xoáy lốc Phổ vận tốc lưu chất bên động đốt trong toàn chu kỳ liệt kê bên Theo đó, giá trị phổ thay đổi dần theo chu trình lên xuống pit tơng, phổ vận tốc thể q trình lưu chuyển khơng khí xy lanh, từ xú páp nạp mở, xú páp nạp đóng xú páp xả mở đóng, màu sắc phổ đặc trưng cho giá trị vận tốc xy lanh Q trình xốy lốc dọc xốy lốc ngang dịng khí thể thông qua phân bố màu sắc, nơi khí xốy lốc dọc ngang có vận tốc cao so với miền lưu chất xung quanh Hình Lưới tính tốn cho mơ hình động 125 cc với phương tác động 15o, 30o 450 Toàn thơng số ảnh hưởng đến q trình mơ phỏng, góc quay trục khuỷu, tốc độ động cơ, tham số phun xăng [9] định nghĩa bảng Bảng Các điều kiện thiết lập mô hệ thống nạp Thơng số Tốc độ vịng quay trục khuỷu Áp suất vào (tuyệt đối) Khối lượng khơng khí Khối lượn nhiên liệu Góc mở xú páp nạp Góc đóng xú páp hút nạp Độ mở xú páp nạp Giá trị Đơn vị 1200v/p 1800 140 Pa 324E-6 kg 18.03E-6 kg 82 Độ 212 Độ 0.2 mm 96 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình Hình dạng dòng lưu chất xy lanh động Dựa vào đồ thị hệ số xoáy lốc theo phương ngang (xoáy lốc ngang) theo phương đứng (xoáy lốc dọc) thực theo phương tác động khác mơ Dựa vào hình dạng dịng khí, ta quan sát khu vực xốy lốc ngang (swirl) dọc (tumble) Hình Hình dạng dịng lưu chất động đốt phần mềm ANSYS Hình Hệ số xốy lốc ngang mơ hình động theo phương (15o) (30o)và (45o) Từ đồ thị ta thấy: giá trị cực đại tỉ lệ xốy lốc ngang động có tác động động bước theo phương 15o, 30o 45o là: 1,31, 1,38 1,26 Vậy tác động theo phương 30o tối ưu 97 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình Cơng suất động tương ứng với phương 150, 300 450 Theo tốc độ vòng quay trục khuỷu từ tốc độ thấp đến tốc độ cao công suất động ứng với phương 300 ln lớn với cịn lại Ở tốc độ thấp (dưới 2000 vịng/phút) cơng suất động ứng với phương tác động động bước 300 đạt 3,2 kW, phương 150 2,8 kW phương 450 2,6 kW So với động nguyên mẫu cơng suất động ứng với phương tác động động bước 300 tốc độ thấp tăng 10% Như vậy, việc tác động động bước theo phương lớn 300 cơng suất động có xu hướng giảm xuống Do đó, ứng với phương tác động 300 cơng suất cao nhất, động bước tác động theo phương 300 cơng suất động tăng lên nên tính động động tăng, thay phải lắp thiết bị đắt tiền turbo tăng áp ta cần điều khiển phương tác động động bước phù hợp (300) xốy lốc xảy tốt, việc hồ trộn tỉ lệ hồ khí cơng suất động phát lớn, việc cải tiến giá thành rẻ đem lại hiệu cao Hình Hệ số xốy lốc dọc mơ hình động thay đổi phương (15o) (30o)và (45o) Từ đồ thị ta thấy: giá trị cực đại tỉ lệ xốy lốc dọc động có tác động động bước theo phương 15o, 30o 45o là: 0,65, 0,75 0,59 Vậy tác động theo phương 30o tối ưu Bảng Hệ số xoáy lốc phương tác động động bước Phương tác động Hệ số xoáy lốc Hệ số xoáy lốc dọc Rt 150 300 450 0,65 0,75 0,59 Hệ số xoáy lốc ngang Rs Tổng hai hệ số xoáy lốc Rst 1,31 1,96 1,38 2,13 1,26 1,85 2.2.2 Ảnh hưởng hệ số xoáy lốc đến đặc tính động 98 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình Mơ-men xoắn động tương ứng với phương 150, 300 450 liệu phương 300 đạt 110 (g/kW.h) vùng tốc độ thấp (dưới 2000 vòng/phút), suất tiêu hao nhiên liệu hai phương cịn lại có giá trị lớn Với phương 300 hệ số xốy lốc dọc xốy lốc ngang phù hợp, dẫn đến hồ trộn hỗn hợp hồ khí tốt Vì q trình cháy hồn thiện nâng cao đặc tính công suất, momen xoắn động cơ, đồng thời giảm suất tiêu hao nhiên liệu góp phần cải tiến hiệu suất động Nhìn vào đồ thị ta thấy mơ-men xoắn động có phương tác động động bước 150 450 thấp so với mô-men xoắn theo phương 300 Ở tốc độ thấp (dưới 2000 vịng/phút) giá trị mơ-men xoắn động xe máy Honda Future 125cc phương tác động động bước 300 7,8 Nm, phương 150 7,4 Nm phương 450 7,6 Nm So với động nguyên mẫu mô-men xoắn động ứng với phương tác động động bước 300 tốc độ thấp tăng 5% Kết luận Nghiên cứu thành công việc sử dụng động bước để tác động tăng cường vận động xoáy lốc q trình hồ trộn hỗn hợp khí - xăng động đốt lúc khởi động chế độ tải thấp, giúp trình cháy triệt để hơn, giảm ô nhiễm môi trường Dùng phần mềm Catia xây dựng mơ hình hình học dùng mơ trình cháy động đốt đánh lửa kỳ xy-lanh với phương tác động động bước khác (150, 300, 450) Vận dụng phần mềm Ansys Fluent với mô-đun ICE đặc trưng cho phân tích động đốt Kỹ thuật lưới động vận dụng thành cơng vào tốn nhằm mơ chu trình động kỳ Hơn thế, đồ thị mơ tả độ xốy động đốt đồ thị tỉ lệ xoáy lốc ngang tỉ lệ xoáy lốc dọc phản ánh ứng xử hệ thống động đốt ứng với phương tác động động bước Kết mô cho thấy với phương tác động động bước 300 tối ưu So với động nguyên mẫu, vùng tốc độ thấp (nhỏ 2000 vịng/phút) động với tác động động bước theo phương 300 có tỉ số xoáy lốc ngang tăng 10%, tỉ số xoáy lốc dọc tăng 12%, công suất động tăng 10%, mô-men xoắn động tăng 5% đặc biệt giá trị suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị nhỏ vùng tốc độ thấp Với phương tác động động bước 300 giá trị mơ-men xoắn cao nên tính động động lớn, khả tăng tốc xe tốt Lúc ta khẳng định tỉ lệ xoáy lốc có ảnh hưởng đến mơ-men xoắn động Giá trị xoáy lốc phương tác động 300 lớn nên tỉ lệ hồ trộn hồ khí nên q trình cháy hồn hảo sinh cơng lớn Do muốn cải tiến động cần điều chỉnh phương tác động động bước 300 tối ưu Hình Suất tiêu hao nhiên liệu động tương ứng với phương 150, 300 450 Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu đánh giá tính kinh tế q trình cải tiến có hiệu hay khơng, xu thế giới giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu hố thạch, từ giảm nhiễm mơi trường Với vấn đề ta có nhận xét sau: Xét nhìn tổng qt theo số vịng quay trục khuỷu suất tiêu hao nhiên liệu có xu hướng giảm dần tới giá trị sau tăng dần, giá trị suất tiêu hao nhiên liệu phương 150 450 lớn phương 300 Do phương tác động 300 tối ưu giá trị suất tiêu hao nhiên 99 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xuân Dung, Nghiên cứu mơ đặc tính động xăng, đề xuất biện pháp tăng hiệu suất, Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2015 [2] Lê Thanh Quang, Nghiên cứu, đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất động xe máy thông qua mô phỏng, Luận văn thạc sĩ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2017 [3] Yuh-Yih Wu, Bo-Chiuan Chen, Yaojung Shiao, Feng-Chi Hsieh, Engine Modeling With Inlet And Exhaust Wave Action For Real Time Control, ASME International Mechanical Engineering Congress Washington, D.C., November 15–21, 2003 [4] Sihun Lee, Kun Tong, Bryan D Quay, James V Zello and Domenic A Santavicca, Effects of Swirl and Tumble on Mixture Preparation During Cold Start of a Gasoline Direct-Injection Engine, SAE 2000-01-1900, 2000 [5] Yuh-Yih Wu, Yaojung Shiao, and Bo-Chiuan Chen, Motorcycle Engine Modeling for Real Time Control, 6th International Symposium on Advanced Vehicle, 2002 [6] Stefan Gundmalm, CFD modeling of a four stroke S.I engine for motorcycle application, Master of Science Thesis, Stockholm Sweden, 2009 [7] Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, Mc Graw-Hill, 1998 [8] Internal Combustion Engines in Workbench, Ansys Inc, 2013 [9] Introduction to CFD, Fluent Inc, 2002 Xác nhận Giảng viên hướng dẫn Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Đặng Như Phúc Đơn vị: Cục Đăng kiểm Việt Nam Điện thoại: 0909291589 Email: dangnhuphuc@gmail.com 100 S K L 0 ... hiệu suất động xe máy hoạt động vùng tải thấp tốc độ thấp Sau nghiên cứu sở lý thuyết giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ, chọn giải pháp tăng cường xoáy lốc tiến hành thử nghiệm động dòng xe máy. .. ? ?Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất động xe máy. ’’ HVTH: Đặng Như Phúc 10 MSHV: 1820509 Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 1.3 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài tìm giải pháp nâng cao hiệu. .. xe ô tô xe máy dần tăng lên đòi hỏi nhà nghiên cứu thiết kế động đốt cần tối ưu hoá hiệu suất xe Trong điều kiện hoạt động xe gắn máy chạy đường thành phố hay bị kẹt xe nên nhu cầu nâng cao hiệu