Chương 1: TỔNG QUAN 1 1. Các nghiên cứu liên quan 9 1. Các nghiên cứu trong nước 9 1. Các nghiên cứu ngoài nước 11 1.
Mục tiêu nghiên cứu 40 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 40 1. Phương pháp nghiên cứu 41 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 42 1.
Các nội dung chínhtrong đề tài 43 1. Lưu đồ thể hiện các vấn đề nghiên cứu trong luận án 45 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 47 2. Cơ sở lý thuyết về động cơ đốt trong 47 2. Công suất có ích của động cơ 47 2.
Quá trình nạp và hiệu suất nạp 48 viii 2. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp và đặc tính của dòng không khí nạp trong động cơ Diesel 51 2. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp 51 2. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến tính chất dòng không khí nạp 55 2.
Tính toán quá trình nạp động cơ VIKYNO RV165-2 58 2. Cơ sở lý thuyết về động lực học lưu chất và tính toán mô phỏng trong Ansys – Fluent 58 2. Các phương trình bảo toàn 58 2. Phương trình bảo toàn khối lượng 58 2.
Phương trình bảo toàn động lượng 60 2. Phương trình bảo toàn năng lượng 61 2. Phương trình Navier-Stokes 62 2. Mô hình Cold Flow Analysis trong module IC Engine của Ansys 64 2.
Mô hình dòng chảy rối 65 2. Cơ sở lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) 66 2. Hàm kích hoạt 67 2. Quá trình lan truyền thẳng của mạng nơ-ron 68 2.
Quá trình lan truyền ngược của mạng nơ-ron 69 2. Giải thuật tiến hóa vi phân 69 2. Quá trình khởi tạo 70 2. Quá trình đột biến 70 2.
Quá trình lai tạo 71 ix 2. Quá trình chọn lọc 71 2. Điều kiện dừng của giải thuật DE 71 2. Kết luận 72 Chương 3: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 73 3.
Đo đạc, đánh giá tính năng hoạt động của động cơ VIKYNO RV165-2 hiện hữu 73 3. Thực nghiệm đánh giá 73 3. Giới thiệu sơ lược các thiết bị dùng trong quá trình thực nghiệm 74 3. Nguyên lý đo và quy trình thực hiện quá trình thực nghiệm 77 3.
Cải tiến họng nạp bên ngoài nắp xylanh (Cổ nối bộ lọc gió) 78 3. Sơ đồ thực nghiệm và nguyên lý vận hành 81 3. Các thiết bị thí nghiệm tại công ty SVEAM 82 3. Phương pháp đo và xử lý số liệu 83 3.
Phương pháp đo 83 3. Phương pháp xử lý số liệu 84 3. Cải tiến biên dạng họng nạp bên trong nắp xylanh 85 3. Tham số hóa cụm họng nạp động cơ VIKYNO RV165-2 85 3.
Xác định tham số 85 3. So sánh mô hình 3D cụm họng nạp dựng bằng phương pháp hiện hữu và phương pháp tham số 91 3. Xây dựng - hiện thực quy trình tự động tính toán mô phỏng kì nạp và nén của động cơ VIKYNO RV165-2 và thực nghiệm đối chứng 95 3. Xây dựng - hiện thực quy trình tự động tính toán mô phỏng kì nạp và nén của động cơ VIKYNO RV165-2 95 x 3.
Thực nghiệm đối chứng kết quả mô phỏng trong Ansys–Fluent 103 3. Tối ưu hóa cụm họng nạp động cơ VIKYNO RV165-2 bằng phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo và phương pháp tối ưu tiến hóa vi phân 111 3. Quá trình thực hiện 111 3. Kết quả xấp xi bằng mạng nơ-ron nhân tạo 113 3.
Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số nạp và hệ số xoáy 120 3. Kết luận 124 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 126 4. Kết quả đo đánh giá tính năng hoạt động của động cơ VIKYNO RV165-2 hiện hữu 126 4. Kết quả cải tiến họng nạp bên ngoài nắp xylanh (cổ nối bộ lọc gió) 127 4.
Đặc tính làm việc của động cơ 127 4. Suất tiêu hao nhiên liệu tại công suất định mức 128 4.2 Hệ số nạp 129 4.3 Nhận xét kết quả cải tiến hình dạng họng nạp bên ngoài nắp xylanh 129 4. Kết quả cải tiến toàn bộ họng nạp của động cơ VIKYNO RV165-2 130 4. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm ANSYS-FLUENT 131 4.
Kết quả so sánh hệ số nạp 131 4. Kết quả so sánh hệ số xoáy 134 4.3 Kết quả so sánh trường vận tốc, áp suất và nhiệt độ 135 4.2 Kết quả thực nghiệm 145 4. Kết quả thực nghiệm đo các thông số vận hành của động cơ VIKYNO RV165-2 sau cải tiến 145 xi 4.2 So sánh kết quả thực nghiệm giữa động cơ hiện hữu và động cơ VIKYNO RV165-2 sau khi cải tiến 146 4.3 Nhận xét kết quả thực nghiệm của động cơ VIKYNO RV165-2 sau khi cải tiến toàn bộ hình dạng họng (bên trong lẫn bên ngoài nắp xylanh) 148 4.4 Kết luận 149 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 150 5.1 Kết quả đạt được của luận án 150 5.2 Đóng góp mới của luận án 150 5.3 Hướng phát triển của luận án 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO 152 PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 157 PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN HIỆU CHUẨN CÁC THIẾT BỊ ĐO CỦA CÔNG TY SVEAM 162 PHỤ LỤC 3: BẢNG KẾT QUẢ CẢI TIẾN HỌNG NẠP BÊN NGOÀI NẮP 170 PHỤ LỤC 4: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT 173 PHỤ LỤC 5: CODE TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 174 PHỤ LỤC 6: SỬ DỤNG CODE C# CHO ANSYS-FLUENT 189 PHỤ LỤC 7: SỬ DỤNG UDFS FILE CHO ANSYS-FLUENT 190 PHỤ LỤC 8: SỬ DỤNG CODE TEXT USER INTERFACE (TUI) CHO ANSYS-FLUENT 192 PHỤ LỤC 9: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT 206 xii PHỤ LỤC 10: CODE SỬ DỤNG MATLAB 208 PHỤ LỤC 11: QUÁ TRÌNH CÀI ĐẶT VÀ CHẠY MÔ PHỎNG TRONG INTERNAL COMBUSION ENGINE CỦA ANSYS 233 PHỤ LỤC 12: GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ ĐO KIỂM ĐỘNG VIKYNO RV165-2 SAU KHI CẢI TIẾN HỌNG NẠP CỦA TRUNG TÂM KỸ THUẬT TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG 3 261 PHỤ LỤC 13: CODE MATLAB MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO (ANN) VÀ TIẾN HÓA VI PHÂN (DE) 267 xiii DANH SÁCH KÝ HIỆU KHOA HỌC/CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu khoa học S p : vận tốc di chuyển trung bình của piston (m/s) Ap : diện tích đỉnh piston ( m 2 ) k : là hệ số lưu lượng Rpm: Vòng/phút hay v/p Hp: Horse power (Mã lực) SI: Động cơ đánh lửa cưỡng bức T: Chiều cao họng nạp (mm) R: Chiều rộng góc xoắn (mm) VKN: VIKYNO KH&CN: Khoa Học và Công Nghệ Max: Maximum (lớn nhất) Min: Minimum (nhỏ nhất) 𝜓: Vị trí của các góc bắt đầu tạo xoáy DOHC: Double Overhead Cam CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CAE: Computer Aided Engineering LES: Lotus Engine Sinulation Ne : công suất truyền đến máy công tác và dẫn động máy công tác hoạt động (kW) xiv Ni : công suất chỉ thị (kW) Nm : Công suất cơ giới (kW) Vh : thể tích công tác ( m 3 ) QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kG) F : tỷ lệ nhiên liệu trên không khí a : mật độ dòng không khí nạp ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cuối kì nạp (kG/ m 3 ) c : hiệu suất của sự cháy nhiên liệu (%) m : hiệu suất cơ giới (%) i : số xylanh n : tốc độ động cơ (vòng/phút) : tỷ số nén/độ phân tán động năng rối : số kỳ của động cơ MCCT: Môi Chất Công Tác 𝜑1: góc chuẩn bị nạp 𝜑2 : góc nạp thêm 1 : hệ số nạp thêm pa : áp suất trong xylanh vào cuối kì nạp – đầu kì nén (MPa) p0 : áp suất khí quyển (MPa) v : hiệu suất nạp (%) pk : áp suất trước xúpap nạp (MPa) Tk : nhiệt độ trước xúpap nạp (K) M1: khối lượng khí nạp mới thực tế của mỗi chu trình (kG/chu trình) xv Mh : khối lượng khí nạp mới lý thuyết của mỗi chu trình (kG/chu trình) 0 : khối lượng riêng của không khí ở điều kiện bình thường (kG/ m 3 ) k : là khối lượng riêng của không khí trên đường nạp (kG/ m 3 ) r : hệ số khí sót T : nhiệt độ sấy nóng khí nạp (K) pr : áp suất khí xót (MPa) Tr : nhiệt độ khí sót (K) pa : tổn thất áp suất trong quá trình nạp (MPa) β : hệ số xét ảnh hưởng của giảm tốc dòng khí nạp kn : hệ số (tổn thất) cản của họng nạp quy dẫn về tốc độ khí nạp hd : tổn thất năng lượng dọc đường ống (m) Sr : hệ số xoáy dọc Tratio: hệ số xoáy ngang Vtt : vận tốc dòng không khí thực tế vào xylanh (m/s) D: đường kính xylanh (m) k : năng lượng rối 𝑢𝑖 : vận tốc theo các phương (m/s) 𝜇𝑡 : độ nhớt (Pa.s) 𝐸𝑖𝑗 : biến dạng trung bình của phần tử lưu chất. V alt : là thể tích nạp lý thuyết ( m 3 /s ).
ma : khối lượng không khí nạp thực tế (kG/s) xvi Các chữ viết tắt TUI : Text User Interface (Giao diện người dùng) SVEAM : Southern Vietnam Engine Agricultural Mechinery (Công ty TNHH-MTV Động Cơ Và Máy Nông Nghiệp Miền Nam (VIKYNO & VINAPPRO) VEAM : Vietnam Engine Agricultural Mechinery (Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông Nghiệp Việt Nam) ĐCT : Điểm Chết Trên ĐCD : Điểm Chết Dưới ICE : Internal Combusion Engine (Động cơ đốt trong) GQTK : Góc quay trục khuỷu KUBOTA : là một nhà sản xuất máy kéo và thiết bị nặng có trụ sở tại Osaka, Nhật Bản. Công ty được thành lập năm 1890 IVO : Điểm mở van nạp IVC : Điểm đóng van nạp EVO : Điểm mở van xả EVC : Điểm đóng van xả CFD : Computational Fluid Dynamics (Tính toán động lực học) ANN : Artificial Neural Network (Mạng nơ-ron nhân tạo) DE : Differential Evolution (Giải thuật tiến hóa vi phân) MSE : Mean square error MAPE : Mean Absolute Percentage Error xvii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Động cơ RV165-2 do SVEAM sản xuất 2 Hình 1.2: Đồ thị đặc tính kỹ thuật động cơ RV165-2 4 Hình 1.3: Các hướng nghiên cứu trong lĩnh vực động cơ đốt trong 5 Hình 1.4: Tính toán thiết kế họng nạp của động cơ sử dụng kỹ thuật tính toán mô phỏng số 8 Hình 1.5: Mô hình phân tích họng nạp ban đầu 12 Hình 1.6: Mô hình phân tích họng nạp sau khi thiết kế tối ưu hóa 12 Hình 1.7: Mô hình họng nạp 13 Hình 1.8: Mô hình tính toán phân tích 14 Hình 1.9: Các thông số hình học của họng nạp dạng xoắn ốc 16 Hình 1.10: Các mặt phẳng cắt ngang họng nạp nghiên cứu 17 Hình 1.11: Một số kết quả đạt được 17 Hình 1.12: Mô hình động cơ 18 Hình 1.13: So sánh vận tốc dòng khí vào giữa hai độ nâng xúpap 0,1 và 0,2 mm 20 Hình 1.
