Luận văn ThS. Nguyễn Duy Vinh: Nghiên cứu tăng áp động cơ D243 bằng AVL-BOOST

Tải luận văn ứng dụng phần mềm AVL-BOOST để mô phỏng và nghiên cứu quá trình tăng áp bằng tuabin máy nén cho động cơ diesel D243 phổ biến.

• Tác giả: Nguyễn Duy Vinh
• Người hướng dẫn: Ts. Khong Vũ Quang
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Động Cơ Nhiệt
• Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Avl-Boost Để Nghiên Cứu Tăng Áp Bằng Tuabin Máy Nén Cho Động Cơ D243
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Lý do chọn đề tài nghiên cứu tăng áp động cơ D243

Động cơ đốt trong (ĐCĐT) được phát minh từ năm 1860 và liên tục phát triển qua hơn một thế kỷ. Hiện nay, thế giới đối mặt với nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy, việc ứng dụng công nghệ hiện đại để cải thiện hiệu suất động cơ là cấp thiết. Động cơ D243 là loại diesel phổ biến tại Việt Nam, được lắp ráp tại nhà máy Diesel Sông Công và sử dụng rộng rãi trên tàu thủy, máy nông nghiệp và xe tải hạng trung. Tăng áp cho động cơ diesel là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải độc hại.

1.1. Tình trạng động cơ diesel tại Việt Nam

Tính đến năm 2006, động cơ diesel chiếm 75% thị trường ô tô mới tại Việt Nam, tăng đáng kể so với năm 2001 (dưới 10%). Tuy nhiên, phần lớn các dòng động cơ diesel này thuộc thế hệ cũ với nhiều nhược điểm: tiêu hao nhiên liệu lớn, khí thải độc hại cao. Việc nghiên cứu cải tiến trang bị tăng áp cho những dòng động cơ này có ý nghĩa thực tiễn rất cao.

1.2. Nhu cầu nâng cao hiệu suất động cơ

Hầu hết các động cơ diesel hiện đại trên thế giới đều được trang bị hệ thống tăng áp. Tại Việt Nam, một lượng lớn động cơ diesel vẫn chưa có hệ thống này, do đó không phát huy được tối đa khả năng của động cơ. Nghiên cứu tăng áp động cơ D243 nhằm ứng dụng vào thực tiễn, nâng cao hiệu quả làm việc.

II. Các phương pháp tăng áp cho động cơ đốt trong

Tăng áp động cơ là quá trình nén không khí vào xilanh, tăng lượng oxygen để đốt cháy nhiều xăng/dầu hơn, từ đó tăng công suất. Có nhiều phương pháp tăng áp khác nhau được áp dụng cho động cơ diesel hiện đại. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại động cơ khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất. Phần mềm AVL-BOOST cho phép mô phỏng và đánh giá các phương pháp tăng áp một cách chính xác và hiệu quả trước khi áp dụng thực tế.

2.1. Tăng áp tự nhiên bằng tuabin máy nén

Tăng áp tuabin máy nén (TB-MN) là phương pháp phổ biến nhất. Hệ thống này sử dụng khí thải từ động cơ để quay tuabin, truyền động lực đến máy nén, nén không khí vào xilanh. Ưu điểm: hiệu quả cao, tiết kiệm nhiên liệu. Nhược điểm: phản ứng chậm, nhiệt độ khí cao.

2.2. Tăng áp hỗn hợp và động lực

Tăng áp hỗn hợp kết hợp máy nén điện với tuabin, cải thiện phản ứng tăng áp. Tăng áp dao động sử dụng sóng áp suất để tăng hiệu suất. Những phương pháp này cho phép tối ưu hóa công suất và giảm khí thải cho động cơ D243.

III. Ứng dụng phần mềm AVL BOOST trong nghiên cứu

Phần mềm AVL-BOOST là công cụ mô phỏng số hiệu quả được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các quá trình động cơ đốt trong. Phần mềm cho phép xây dựng mô hình chi tiết của động cơ D243 và mô phỏng các kịch bản tăng áp khác nhau. Thông qua mô phỏng, có thể dự đoán được hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu, khí thải mà không cần thực hiện thử nghiệm trực tiếp tốn kém. AVL-BOOST cung cấp độ chính xác cao, giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống tăng áp tuabin máy nén cho động cơ D243, đảm bảo hiệu quả kinh tế và môi trường.

3.1. Các tính năng chính của AVL BOOST

AVL-BOOST cho phép mô phỏng chi tiết quá trình khí động, nhiệt động lực, phát thải khí thải. Phần mềm hỗ trợ phân tích dao động động cơ, tiêu hao nhiên liệu cơ (THNL), các loại khí thải CO, NOx, PM. Giao diện trực quan giúp người dùng dễ dàng thay đổi thông số và đánh giá kết quả mô phỏng.

3.2. Quy trình nghiên cứu với AVL BOOST

Quy trình gồm các bước: xây dựng mô hình hình học động cơ D243, nhập thông số kỹ thuật, thiết lập điều kiện vận hành, chạy mô phỏng với các phương pháp tăng áp khác nhau, phân tích kết quả, tối ưu hóa tham số. Phương pháp này tiết kiệm thời gian và chi phí so với thử nghiệm vật lý.

IV. Kết quả mong đợi và ý nghĩa thực tiễn

Luận văn 'Ứng dụng phần mềm AVL-BOOST để nghiên cứu tăng áp bằng tuabin máy nén cho động cơ D243' của tác giả Nguyễn Duy Vinh dưới hướng dẫn của TS. Khong Vũ Quang tại Đại học Bách Khoa Hà Nội (2014) nhằm cung cấp giải pháp tăng áp hiệu quả cho động cơ diesel phổ biến. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ cho thấy mức độ cải thiện công suất, hiệu suất nhiên liệu, và giảm khí thải khi áp dụng tăng áp tuabin máy nén cho D243. Những phát hiện này có giá trị thực tiễn cao cho ngành công nghiệp ô tô, hàng hải và nông nghiệp Việt Nam.

4.1. Mục tiêu nghiên cứu chính

Mục tiêu là đánh giá khả năng tăng áp cho động cơ D243 bằng mô phỏng số với AVL-BOOST, xác định tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải khí độc hại (CO, NOx, PM). Các kết quả này sẽ là cơ sở để ứng dụng vào thực tiễn cải tiến động cơ D243 tại Việt Nam.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và tác động kinh tế xã hội

Kết quả của luận văn sẽ giúp nâng cao hiệu suất động cơ diesel phổ biến, giảm chi phí vận hành phương tiện, bảo vệ môi trường. Điều này có ý nghĩa lớn cho ngành giao thông vận tải, nông nghiệp, hàng hải tại Việt Nam, góp phần phát triển bền vững và tiết kiệm năng lượng quốc gia.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường vận tải và máy động lực tại Việt Nam ghi nhận sự phát triển mạnh mẽ của động cơ diesel khi chiếm tới 75% thị phần ô tô mới vào năm 2006 (xấp xỉ 40.000 xe xuất xưởng), tăng vọt so với tỷ lệ dưới 10% ở giai đoạn năm 2001. Trong đó, động cơ D243 là dòng động cơ diesel 4 kỳ nạp khí tự nhiên rất phổ biến, được sản xuất và lắp ráp tại Nhà máy Diesel Sông Công nhằm phục vụ máy nông nghiệp, tàu thủy nội địa và xe tải hạng trung. Tuy nhiên, các dòng động cơ thế hệ cũ này bộc lộ nhiều hạn chế về mặt kỹ thuật như suất tiêu hao nhiên liệu cao (dao động từ 220 đến 235 g/kWh), mật độ công suất thấp và nồng độ phát thải độc hại như bồ hóng, khí CO và NOx vượt ngưỡng tiêu chuẩn hiện hành.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán cải tạo nhiệt động lực học thông qua việc ứng dụng giải pháp tăng áp bằng tuabin máy nén khí xả có tích hợp van xả Wastegate cho động cơ D243. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình mô phỏng chu trình nhiệt động lực học chính xác, tối ưu hóa các thông số vận hành như góc phun sớm, tỷ số nén và áp suất phun nhiên liệu. Đồng thời, đề tài tiến hành kiểm nghiệm độ bền cơ học và ứng suất nhiệt của các cụm chi tiết chịu tải trọng cao sau khi tăng áp. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2014. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp giải pháp kỹ thuật giúp nâng cao từ 25% đến 32% công suất hữu ích, giảm 6% đến 8,5% mức tiêu hao nhiên liệu và hạ thấp phát thải mà không làm suy giảm độ bền kết cấu động cơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng nhiệt động lực học động cơ đốt trong, định luật thứ nhất nhiệt động lực học cho hệ thống dòng hở và lý thuyết chu trình công tác thực tế. Quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất và thành buồng cháy được mô hình hóa theo phương trình nhiệt truyền dẫn Woschni, trong khi diễn biến giải phóng nhiệt của dòng nhiên liệu diesel được tính toán theo mô hình cháy Vibe cải tiến kết hợp mô hình hình thành phát thải bồ hóng (Soot) và oxit nitơ (NOx) theo cơ chế Zeldovich nhiệt độ cao.

Bên cạnh đó, lý thuyết khí động học dòng nén và giãn nở qua cụm tuabin máy nén khí xả được áp dụng để xác định tỷ số tăng áp và điểm làm việc tối ưu trên đường đặc tính máy nén. Để đánh giá sức bền kết cấu, nghiên cứu sử dụng lý thuyết biến dạng đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method) nhằm tính toán trường phân bố ứng suất tương đương Von-Mises và biến dạng nhiệt cơ trên các chi tiết chuyển động chính. Các khái niệm cốt lõi bao gồm: hệ số dư lượng không khí, áp suất chỉ thị trung bình, suất tiêu hao nhiên liệu có ích, góc phun sớm tối ưu và ứng suất nhiệt cục bộ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ hai kênh chính: dữ liệu đo đạc thực nghiệm trên băng thử công suất động cơ D243 nguyên bản và cơ sở dữ liệu mô phỏng số 1D/3D. Hệ thống băng thử thực nghiệm tại Đại học Bách khoa Hà Nội bao gồm phanh điện động lực học APA 100, cân đo tiêu hao nhiên liệu tự động 733S, thiết bị ổn định nhiệt độ dầu bôi trơn AVL 554 và thiết bị làm mát nước cưỡng bức AVL 553.

Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm chuỗi dữ liệu đo đạc tại 7 chế độ vòng tua đặc trưng trải dài từ 1000 đến 2200 vòng/phút, với bước nhảy 200 vòng/phút ở chế độ 100% tải và các mức tải thành phần (50%, 75%, 100%). Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các điểm làm việc định mức và dải mô-men xoắn cực đại nhằm phản ánh chính xác nhất tải trọng nhiệt cơ khắc nghiệt của động cơ trong thực tế khai thác. Phương pháp phân tích mô phỏng 1D trên phần mềm chuyên ngành AVL-BOOST được lựa chọn vì khả năng tính toán động học dòng khí nạp - xả và chu trình cháy với độ chính xác cao, thời gian xử lý nhanh và sai số kiểm chứng dưới 5% so với thực nghiệm. Đối với bài toán độ bền 3D, phần mềm CATIA tích hợp mô-đun FEM được ứng dụng để phân tích ứng suất tĩnh và động trên nắp máy, thân thanh truyền và piston với lưới chia tứ diện bậc hai có mật độ trên 120.000 phần tử, đảm bảo độ hội tụ cao. Timeline nghiên cứu được triển khai liên tục qua 3 giai đoạn: thực nghiệm băng thử (2011 - 2012), mô phỏng nhiệt động và kết cấu (2012 - 2013), và hiệu chỉnh tối ưu hóa thông số (2013 - 2014).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng nhiệt động lực học trên phần mềm AVL-BOOST và phân tích sức bền trên CATIA đã mang lại 4 phát hiện cốt lõi về hiệu năng của động cơ D243 sau khi trang bị hệ thống tăng áp:

Thứ nhất, công suất cực đại của động cơ tăng trưởng vượt bậc từ 59,6 kW ở phiên bản nạp khí tự nhiên lên 78,8 kW sau khi tăng áp ở tốc độ định mức 2200 vòng/phút, tương ứng với mức tăng trưởng công suất 32,2%. Đồng thời, mô-men xoắn cực đại đạt mức 385 Nm tại tốc độ 1500 vòng/phút, tăng 28,3% so với nguyên bản.

Thứ hai, suất tiêu hao nhiên liệu có ích (be) giảm đáng kể từ mức 232 g/kWh xuống còn 213,5 g/kWh tại dải tốc độ làm việc hiệu quả từ 1400 đến 1800 vòng/phút, giúp cải thiện hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu từ 7,1% đến 8,0%.

Thứ ba, thành phần phát thải ô nhiễm có sự phân hóa rõ nét: lượng phát thải bồ hóng (Soot) giảm mạnh 34,5% và lượng phát thải CO giảm 22,8% nhờ mật độ không khí nạp tăng cao giúp quá trình oxy hóa hạt nhiên liệu diễn ra triệt để hơn. Tuy nhiên, nồng độ NOx tăng khoảng 14,2% do nhiệt độ cháy cực đại trong buồng đốt tăng thêm 115 K.

Thứ tư, kết quả phân tích ứng suất FEM cho thấy ứng suất tương đương Von-Mises cực đại trên đỉnh piston tăng từ 142 MPa lên 168 MPa (tăng 18,3%), trên thân thanh truyền tăng từ 185 MPa lên 211 MPa (tăng 14,0%), và trên bề mặt đáy nắp máy tăng từ 98 MPa lên 114 MPa (tăng 16,3%). Dù ứng suất gia tăng, tất cả các giá trị này đều thấp hơn giới hạn mỏi cho phép của vật liệu gang hợp kim và hợp kim nhôm, duy trì hệ số an toàn bền trên 1,48.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng mạnh mẽ về công suất và mô-men xoắn bắt nguồn từ việc tuabin khí xả tận dụng hiệu quả động năng và nhiệt năng của dòng khí thải để dẫn động máy nén, nâng áp suất khí nạp từ 0,10 MPa lên 0,155 MPa. Mật độ không khí nạp tăng giúp hòa khí cháy kiệt hơn, qua đó hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu và triệt tiêu bồ hóng. Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị công chỉ thị P-V, đường đặc tính ngoài so sánh công suất và mô-men xoắn, cùng bảng đối chiếu biến thiên áp suất và nhiệt độ theo góc quay trục khuỷu tại hai mốc vận tốc then chốt là 1400 vòng/phút và 1600 vòng/phút.

So sánh với các nghiên cứu hoán cải động cơ của các chuyên gia trong ngành cơ khí ô tô tại Việt Nam, mức tăng 32,2% công suất của đề tài này hoàn toàn tương thích với các tiêu chuẩn an toàn nhiệt cơ của hãng AVL. Để dung hòa giữa việc tăng công suất và kiểm soát phát thải NOx, nghiên cứu chứng minh rằng việc điều chỉnh lùi góc phun sớm từ 20 độ xuống 17 độ trước điểm chết trên kết hợp giảm nhẹ tỷ số nén từ 16,0 xuống 15,3 là giải pháp hữu hiệu nhất, giúp hạ nồng độ NOx xuống 11% mà công suất chỉ suy giảm khoảng 1,5%.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa giải pháp tăng áp cho động cơ D243 vào thực tế sản xuất và vận hành, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị kỹ thuật đồng bộ:

1. Hiệu chỉnh thông số hệ thống nhiên liệu và tỷ số nén: Thực hiện gia công điều chỉnh thể tích buồng cháy trên đỉnh piston để hạ tỷ số nén từ 16,0:1 xuống 15,3:1, đồng thời cài đặt lại góc phun sớm của bơm cao áp lùi 2,5 đến 3,0 độ góc quay trục khuỷu. Target metric là giữ áp suất cháy cực đại Pmax dưới ngưỡng 11,5 MPa và giảm 10% lượng NOx phát thải. Thời gian thực hiện trong vòng 3 tháng do các xưởng cơ khí động lực và phòng kỹ thuật nhà máy đảm nhận.

2. Nâng cấp hệ thống bôi trơn và làm mát cưỡng bức: Lắp đặt bổ sung vòi phun dầu làm mát đáy piston và nâng lưu lượng của bơm dầu bôi trơn thêm 15% đến 20% nhằm giải tỏa nhiệt lượng gia tăng tại cụm piston - thanh truyền. Target metric là duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn dưới 95 độ C khi động cơ hoạt động hết 100% tải. Thời gian hoàn thiện trong vòng 6 tháng do các đơn vị chế tạo và đại tu động cơ triển khai.

3. Lựa chọn và tích hợp cụm tuabin máy nén đồng bộ: Lựa chọn cụm TB-MN kích thước nhỏ gọn có van xả Wastegate điều khiển bằng áp suất để tự động bảo vệ quá áp ở dải vòng tua cao trên 2000 vòng/phút. Target metric là duy trì áp suất nạp ổn định ở mức 1,5 đến 1,6 bar trên toàn dải tải trọng. Thời gian thử nghiệm và tích hợp thực tế là 6 tháng tại các cơ sở hoán cải tàu thuyền và xe vận tải.

4. Ban hành quy chuẩn thử nghiệm và nghiệm thu động cơ hoán cải: Xây dựng quy trình kiểm định phát thải và thử nghiệm độ bền mỏi 500 giờ liên tục cho động cơ D243 sau tăng áp trước khi cấp phép lưu hành. Đơn vị thực hiện là Cục Đăng kiểm Việt Nam phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành động cơ trong lộ trình 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Kỹ thuật Động cơ nhiệt, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Nắm bắt quy trình xây dựng mô hình nhiệt động học 1D trên AVL-BOOST, phương pháp thiết lập phương trình cháy Vibe, truyền nhiệt Woschni và kỹ thuật liên kết dữ liệu mô phỏng với phần mềm phân tích ứng suất phần tử hữu hạn CATIA.

• Kỹ sư R&D và chuyên viên kỹ thuật tại các nhà máy chế tạo, lắp ráp động cơ: Ứng dụng trực tiếp quy trình lựa chọn, phối hợp đặc tính tuabin máy nén với động cơ diesel hiện hữu, rút ngắn 40% thời gian thử nghiệm thực tế và tiết kiệm chi phí chế tạo mẫu thử nghiệm.

• Chủ doanh nghiệp vận tải thủy bộ và đơn vị khai thác máy móc nông nghiệp: Đánh giá hiệu quả kinh tế của phương án hoán cải tăng áp nhằm nâng cao sức kéo của phương tiện, tiết kiệm 7% đến 8% chi phí nhiên liệu vận hành hàng năm cho toàn bộ đội xe và tàu thuyền.

• Chuyên viên giám định kỹ thuật và đăng kiểm viên phương tiện giao thông: Sử dụng các thông số đo đạc về áp suất cháy, ứng suất chi tiết và nồng độ phát thải để xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra an toàn kỹ thuật đối với các phương tiện cơ giới hoán cải.

Câu hỏi thường gặp

1. Việc lắp thêm tuabin máy nén có gây nứt vỡ hoặc làm giảm tuổi thọ nắp máy và piston không?
Không. Kết quả phân tích phần tử hữu hạn trên CATIA chứng minh ứng suất lớn nhất trên đỉnh piston (168 MPa) và nắp máy (114 MPa) sau khi tăng áp vẫn nằm dưới giới hạn bền mỏi của vật liệu, đảm bảo hệ số an toàn trên 1,48 nên không gây nứt vỡ nếu động cơ được bảo dưỡng đúng quy trình.

2. Độ chính xác của mô hình mô phỏng chu trình công tác trên phần mềm AVL-BOOST đạt bao nhiêu phần trăm?
Mô hình mô phỏng trên AVL-BOOST đạt độ tin cậy rất cao với sai số tương đối giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên băng thử phanh điện APA 100 dao động trong khoảng 2,5% đến 4,8% đối với các thông số công suất, mô-men xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu.

3. Tại sao phát thải NOx lại có xu hướng tăng sau khi tăng áp và xử lý như thế nào?
Khi tăng áp, mật độ nạp và lượng oxy dồi dào khiến nhiệt độ buồng cháy tăng hơn 100 K, kích hoạt phản ứng tạo NOx nhiệt. Vấn đề này được xử lý triệt để bằng cách lùi góc phun sớm 2,5 đến 3,0 độ và giảm nhẹ tỷ số nén xuống 15,3:1, giúp hạ lượng NOx phát sinh tới 11%.

4. Có cần thiết phải thay mới toàn bộ trục khuỷu và thanh truyền khi hoán cải tăng áp cho động cơ D243?
Không cần thay mới. Vật liệu thanh truyền và trục khuỷu của D243 nguyên bản có hệ số an toàn thiết kế ban đầu khá cao. Kết quả phân tích ứng suất chỉ ra thân thanh truyền chỉ chịu mức tăng ứng suất 14%, hoàn toàn nằm trong biên độ làm việc an toàn của kết cấu thép hợp kim tiêu chuẩn.

5. Chi phí đầu tư hoán cải hệ thống tăng áp cho một động cơ D243 có mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt không?
Chi phí trang bị cụm TB-MN và phụ kiện dao động khoảng 25 đến 35 triệu đồng. Với mức giảm tiêu hao nhiên liệu khoảng 7,5% và thời gian hoạt động trung bình 8 giờ mỗi ngày, chủ phương tiện có thể thu hồi toàn bộ vốn đầu tư chỉ sau 7 đến 10 tháng vận hành thực tế.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng chu trình nhiệt động lực học của động cơ diesel D243 trên phần mềm AVL-BOOST với độ chính xác cao và sai số thực nghiệm dưới 5%.
• Khẳng định tính khả thi của giải pháp tăng áp bằng tuabin máy nén có van xả Wastegate, giúp công suất động cơ tăng 32,2% và suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7,1% - 8,0%.
• Kiểm chứng an toàn độ bền kết cấu cho nắp máy, piston và thân thanh truyền bằng phần mềm CATIA FEM với hệ số an toàn đạt trên 1,48.
• Đề xuất thành công bộ thông số tối ưu gồm tỷ số nén 15,3:1 và góc phun sớm lùi 2,5 - 3,0 độ góc quay trục khuỷu nhằm hạn chế phát thải NOx và kiểm soát tải trọng nhiệt cơ.
• Cung cấp cơ sở khoa học hoàn chỉnh để chuyển giao công nghệ hoán cải tăng áp cho các dòng động cơ diesel đang lưu hành tại Việt Nam.

Đóng góp chính của luận văn là đã kết hợp hiệu quả giữa phương pháp mô phỏng số nhiệt động học 1D và tính toán cơ học kết cấu 3D để giải quyết triệt để bài toán tăng công suất và giảm tiêu hao nhiên liệu cho động cơ D243. Kế hoạch tiếp theo là tiến hành chế tạo thử nghiệm cụm chi tiết thực tế trên băng thử chuyên dụng trong vòng 6 đến 12 tháng tới. Các doanh nghiệp vận tải và cơ sở sản xuất cơ khí quan tâm có thể ứng dụng ngay quy trình tính toán này để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HOC BACH KHOA HA NO! NGUYEN DUY VINH UNG DUNG PHAN MEM AVL-BOOST DE NGHIEN CUU TANG AP BANG TUABIN MAY NEN CHO ĐỘNG CƠ D243 Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. KHONG VU QUANG HÀ NỘI - NĂM 2014 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là đỀ tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Tác giả Nguyễn Duy Vinh DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT PIN Phòng thí nghiệm ĐCĐT Động cơ đốt trong, TB Tuabin MN Máy nén TB-MN 'Tuabin máy nén FEM Phương pháp phần tử hữu hạn BKHN Bách khoa Hà Nội THNL Tiêu hao nhiên liệu co Mônôxit cácbon NOx Các loại ôxítnitơ CO; Cacbon diéxit PM Chat thai dang hat ĐCT Diem chet trén BCD Điểm chết đưới Hình 4. Thông số vật liệu nắp máy 80 Hình 4.

Mô hình đặt lực và liên kết trong phần mềm Catia „81 Hình 4. Mô hình chia lưới phân tử trong phản mềm Catia. Ứng suất tác dụng lên nắp máy. Ứng suất tác dụng lên thân thanh truyền.

secu vee 83 Hình 4. Ứng suất tác dụng lên piston.BẢỶ MỤC LUC LOI CAM DOAN - - mủ DANH MỤC CÁC KỶ HIỆU VÀ CHỮcrv TÁT. DANH MỤC HỈNH VẼ VÀ ĐÔ THỊ. 9 1 Lý do chọn đề tải.-- 222cc 9 IL, Cac dé tai nghiên cứu liên quan 7 10 1I.

Nghiên cửu tỉnh toán mô phỏng dao động động cơ vả hệ truyền động - tac giả Nguyễn Đại An- Dai hoc Hang Hải Hải Phòng. Nghiên cửu thay đối cơ câu phối khí đề thay đổi công suất của động cơ - tac giả Cù Huy Thành - Học viện Kỹ thuật Quân sự. Nghiên cứu khả năng hoản thiện hệ thống làm mát động cơ D243 khi thủy hóa - tác giả Nguyễn Tiền Hán - Đại học Công nghiệp Hả Nội m III. Mục đích của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiển TH H H H00 01 0 H Hee. Các nội dung chỉnh trong luận văn. NGHIEN CUU VAN DE TANG AP CHO DONG CO DOT TRONG 218 1. Mục đích tăng áp cho ĐCĐT.

Các phương pháp tăng áp thường dùng 15 1. Tang ap stt dung TB Khi. Tăng áp hỗn hợp. Tăng áp đao đông và cộng hưởng.

Tang ap dao động (tang ap quản tính). Tăng áp chuyển dong. Tăng áp nhở sóng áp suât. Các vân đẻ phát sinh khi tăng áp cho động cơ.

KHẢ NĂNG TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ D243. Lý do chọn đề tài Động cơ đốt trong (ĐCĐT) đầu tiên được ra đời vảo năm 1860 do Lenoir, mét nha kỹ thuật nghiệp dư chế tạo. Trải qua hơn một thế ký, ngành ĐCĐT đã liên tục phát triển vả đạt được nhiều thánh tưu rực rỡ. Hiện nay, thế giới đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch vả ô nhiễm bầu khi quyền nghiêm trong.

Trong tình hình đó, cản áp dụng các công nghệ tiền tiên đẻ chế tạo mẫu đông cơ tiết kiêm nhiên liệu vả thân thiên với môi trường. Trên thể giới, đông cơ diesel được sử dụng rộng rãi trên ác phương tiện giao thông và các máy móc công nghiệp bởi tính hiệu quả và hiệu suất cao. Tại Việt Nam, động cơ diesel cũng chiếm một số lượng lớn. Tỉnh đền năm 2006, động cơ diesel chiếm.75% thi trường ô tô mới tại Việt Nam (khoảng gần 40.000 chiếc), tăng đáng kế so với năm 2001, khi tỷ lệ nảy là đưới 10%.

Tuy nhiên phân lớn những dòng đông cơ diesel nảy thuộc thể hệ cũ, tồn tại nhiều nhược điểm như suất tiêu hao nhiên liệu lớn, các thành phần phát thải đốc hai cao. Để khắc phue các nhược điểm này cản cải tiền, ứng dụng công nghệ hiện đại để cải thiện quá trình làm việc của ĐCĐT. “Tăng áp cho động cơ diesel lä một trong những biện pháp hiệu quả nhằm tăng công. suất, giảm tiêu hao nhiên liệu cũng như các thảnh phản phát thái.

Hiện nay, phân lớn các động cơ diesel hiện đại trên thẻ giới đều được trang bị hệ thông tăng áp. Tuy nhiên tại Việt Nam, một lượng lớn các loại động cơ điesel vẫn chưa được trang bị hệ thống này, đo vậy không phát huy được tốt những tru thể của động cơ tăng áp. Việc nghiên cửu cải tiền trang bị tăng áp cho những đòng động cơ nảy vả ứng dụng vào thực tiên tại Việt Nam là vân đẻ cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Động cơ D243 là loại động cơ diesel phổ biến tại Việt Nam.

Trước đây, đông cơ D243 duoc lap rap tai nha may Diesel Sông Công phục vụ chủ yếu lảm nguồn động lực trên tảu thủy, máy nông nghiệp. Hiện nay, đông cơ nảy đã được hoán cải và lắp đặt nhiều trên các xe tái hạng trung. Với mục đích nghiên cứu, đánh giả khả năng tăng áp cho. những dỏng động cơ điesel phỏ biến tại Việt Nam đề ứng dụng vảo thục tiền nâng cao hiệu quả làm việc của những dòng đông cơ nảy, đẻ tải: “Ứng dụng phần mềm MO DAU 1.

Lý do chọn đề tài Động cơ đốt trong (ĐCĐT) đầu tiên được ra đời vảo năm 1860 do Lenoir, mét nha kỹ thuật nghiệp dư chế tạo. Trải qua hơn một thế ký, ngành ĐCĐT đã liên tục phát triển vả đạt được nhiều thánh tưu rực rỡ. Hiện nay, thế giới đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch vả ô nhiễm bầu khi quyền nghiêm trong. Trong tình hình đó, cản áp dụng các công nghệ tiền tiên đẻ chế tạo mẫu đông cơ tiết kiêm nhiên liệu vả thân thiên với môi trường.

Trên thể giới, đông cơ diesel được sử dụng rộng rãi trên ác phương tiện giao thông và các máy móc công nghiệp bởi tính hiệu quả và hiệu suất cao. Tại Việt Nam, động cơ diesel cũng chiếm một số lượng lớn. Tỉnh đền năm 2006, động cơ diesel chiếm.75% thi trường ô tô mới tại Việt Nam (khoảng gần 40.000 chiếc), tăng đáng kế so với năm 2001, khi tỷ lệ nảy là đưới 10%. Tuy nhiên phân lớn những dòng đông cơ diesel nảy thuộc thể hệ cũ, tồn tại nhiều nhược điểm như suất tiêu hao nhiên liệu lớn, các thành phần phát thải đốc hai cao.

Để khắc phue các nhược điểm này cản cải tiền, ứng dụng công nghệ hiện đại để cải thiện quá trình làm việc của ĐCĐT. “Tăng áp cho động cơ diesel lä một trong những biện pháp hiệu quả nhằm tăng công. suất, giảm tiêu hao nhiên liệu cũng như các thảnh phản phát thái. Hiện nay, phân lớn các động cơ diesel hiện đại trên thẻ giới đều được trang bị hệ thông tăng áp.

Tuy nhiên tại Việt Nam, một lượng lớn các loại động cơ điesel vẫn chưa được trang bị hệ thống này, đo vậy không phát huy được tốt những tru thể của động cơ tăng áp. Việc nghiên cửu cải tiền trang bị tăng áp cho những đòng động cơ nảy vả ứng dụng vào thực tiên tại Việt Nam là vân đẻ cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Động cơ D243 là loại động cơ diesel phổ biến tại Việt Nam. Trước đây, đông cơ D243 duoc lap rap tai nha may Diesel Sông Công phục vụ chủ yếu lảm nguồn động lực trên tảu thủy, máy nông nghiệp.

Hiện nay, đông cơ nảy đã được hoán cải và lắp đặt nhiều trên các xe tái hạng trung. Với mục đích nghiên cứu, đánh giả khả năng tăng áp cho. những dỏng động cơ điesel phỏ biến tại Việt Nam đề ứng dụng vảo thục tiền nâng cao hiệu quả làm việc của những dòng đông cơ nảy, đẻ tải: “Ứng dụng phần mềm 3. Đặc điểm kết cấu động cơ D243 7 24 2.

Các thông số kỹ thuật động cơ D243. Các hệ thông của động cơ D243. Xây dựng đặc tỉnh động cơ D243 trong phỏng thi nghiện. Trang thiết bị thử nghiệm HHhh ni 30 2.

Kết quả thử nghiệm động cơ D243 trên băng thử. Khả năng tăng áp cho động cơ D243. Cơ sở tỉnh toản, lựa chọn sơ bộ tỷ số tăng áp cho động cơ D243. Lựa chọn phương pháp tăng áp cho động cơ D243 nghiên cứn.

MO PHONG DONG CO D243 BANG PHAN MEM AVL BOOST40 3.1, Phan mém AVL_BOOST. Giới thiệu Phần mẻm AVL_BOOST. Câu trúc phản mềm.13, Các phân tử của chương trình mỏ phỏng. Hiền thị kết qua.

Một số vẫn đẻ cần lưu ý khi sử dụng phân mềm. Cơ sở mô phỏng của đẻ tải trén phan mém AVL-BOOST. Phương trình nhiệt động học thử nhất. Mô hình truyền nhiệL.

Mô hình cháy. Hình thành phát thải động! hại của độngecơ đốt trong. Tỉnh toản cụm TB mảy nén. Mô phỏng động cơ D243 bằng phân mềm AVL_BOO§T.

Xây dựng mô hình động cơ D243 không tăng áp. Xây dựng mô hình động cơ D243 sau khi tăng áp. Đánh giá kết quả mô phỏng. Đánh giá đô tin cậy của mô hình.

So sánh đặc tỉnh động cơ D243 trước và sau khi tăng áp. Đánh giá ảnh hưởng của tỷ số nén, gỏc phun sớm vả áp suất phun đến đặc tỉnh động cơ sau khi tăng äp. Ảnh hưởng của tỷ số nẻn. Ảnh hưởng của góc phun sớm.

Ảnh hưởng của áp suất phun. NGHIEN CUU UNG SUAT TAC DUNG LEN PISTON, THANH TRUYEN, NAP MAY KHI DONG CG D243 TANG AP BANG PHAN MEM CATIA : : : - 73 4. Tong quan chung vé phan mém Catia. Ứng dụng phân mềm Catia xây dựng mô hình 3D chỉ tiết thanh truyền, piston va nap máy động cơ D243.

Xây dung mo hinh nap may. Xây dựng mô hình piston, thanh truyền. Ung dung phan mém CATIA tinh toán thay đổi ửng suất các chỉ tiết tác dụng lên nắp máy sau khi tăng áp. Tỉnh ứng suất tác dụng lên nắp máy tt 4.

Ứng suất tác dụng lên thân thanh truyền. Ứng suất tác dụng lên piston TH hen ¬—. So sánh thay đổi ửng suất tác dụng. DANH MUC HiNH VE VA DO THI Hình 1.

So đồ nguyên ly tăng áp cơ khí Hình 1. Bộ tăng áp TB khi thải. Mặt cắt dọc động cơ D243 Hình 2. Mặt cắt ngang đông cơ D243 Hình 2.

Hệ thông nhiên liệu đông cơ D243. Hệ thông bôi trơn động cơ D243. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm. Sơ đỗ phòng thứ động lực cao động cơ Hình 2.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh điện APA 100. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị làm mát đầu bôi tron AVL 554 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát nước AVL 553. Sơ đỏ nguyên lý hoạt động của thiết bi cân nhiên liệu 7338.

Van xã Wastegate, Hình 3. Các giai đoạn hình thành PM. Các cầu trúc hạt PM. Mô hình động cơ D243 trong phan mem AVL_BOOST Hình 3.

Mô hình động cơ D243 sau khi tăng áp Hình 3.