Nghiên cứu nâng cao hiệu suất nạp động cơ diesel 1 xy lanh RV1252 bằng phương pháp mô phỏng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ô tô máy kéo nghiên cứu nâng cao hiệu suất nạp động cơ diesel 1 xy lanh RV1252 thông qua phương pháp mô phỏng hiệu quả.

• Tác giả: Chu Việt Khoa
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Thanh Công
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô - máy kéo
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất nạp động cơ diesel 1 xy-lanh RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.6. Trình tự tiến hành luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về động cơ diesel RV125-2, vấn đề và thách thức
• 2.1.1. Phân tích đặc điểm động cơ diesel RV125-2
• 2.1.2. Các hệ thống của động cơ diesel RV125-2
• 2.1.3. Vấn đề và thách thức đặt ra đối với động cơ RV125-2
• 2.2. Phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ
• 2.3. Lý thuyết mô hình hóa và mô phỏng động cơ đốt trong
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL RV125-2 TRÊN AVL BOOST
• 3.1. Giới thiệu chung về phần mềm mô phỏng AVL Boost
• 3.1.1. Các phần tử mô phỏng
• 3.2. Các mô hình cháy và ứng dụng trong AVL Boost
• 3.3. Xây dựng mô hình động cơ RV125-2 trên AVL BOOST
• 3.3.1. Mô hình mô phỏng động cơ RV125-2 trên AVL BOOST
• 3.3.2. Các trường hợp đánh giá đặc tính và hiệu suất nạp động cơ RV125-2
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đánh giá kết quả mô phỏng thực trạng động cơ RV125-2
• 4.2. Đánh giá kết quả mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống nạp/thải đến hiệu suất nạp của động cơ RV125-2
• 4.2.1. Thay đổi chiều dài đường ống nạp
• 4.2.2. Thay đổi đường kính đường ống nạp
• 4.3. Đánh giá kết quả mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống phân phối khí đến hiệu suất nạp động cơ RV125-2
• 4.4. Đánh giá kết quả mô phỏng ảnh hưởng của hệ thời điểm phun đến tính năng động cơ RV125-2
• 4.4.1. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ứng với từng thời điểm phun khác nhau của động cơ tại tốc độ 1800 (v/ph)
• 4.4.2. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ứng với từng thời điểm phun khác nhau của động cơ tại tốc độ 2400 (v/ph)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng cải tiến động cơ

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài

Luận văn tập trung vào việc nâng cao hiệu suất nạp của động cơ diesel 1 xy lanh RV1252 thông qua mô phỏng. Động cơ này được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiệu suất và đặc tính công suất của động cơ cần được cải thiện để đáp ứng yêu cầu xuất khẩu và cạnh tranh thị trường. Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá hiện trạng và đề xuất các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất nạp bằng phương pháp mô phỏng.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Động cơ RV1252 là sản phẩm chủ lực của Công ty SVEAM, chiếm 45% thị phần máy nông nghiệp tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiệu suất nạp và công suất của động cơ còn hạn chế so với các sản phẩm ngoại nhập. Việc nâng cao hiệu suất nạp không chỉ cải thiện hiệu suất động cơ mà còn giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí thải, đáp ứng yêu cầu xuất khẩu.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng đặc tính động cơ RV1252, đặc biệt là hiệu suất nạp, thông qua mô phỏng và thực nghiệm. Đề xuất các giải pháp cải tiến như thay đổi thời điểm mở van nạp, tối ưu hóa thời điểm phun nhiên liệu, và cải tiến kết cấu họng nạp để nâng cao hiệu suất động cơ.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm AVL BOOST để đánh giá hiệu suất nạp và đặc tính công suất của động cơ RV1252. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nạp như hệ thống nạp/thải, thời điểm phun nhiên liệu, và kết cấu họng nạp được phân tích chi tiết. Kết quả mô phỏng được so sánh với thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác.

2.1. Phương pháp mô phỏng

Phần mềm AVL BOOST được sử dụng để mô phỏng động cơ và đánh giá hiệu suất nạp. Các thông số kỹ thuật của động cơ RV1252 được nhập vào mô hình, bao gồm kích thước xy lanh, tỉ số nén, và thời điểm mở/đóng van nạp. Kết quả mô phỏng cho thấy sự thống nhất cao với thực nghiệm, đặc biệt ở tốc độ 1800 và 2400 vòng/phút.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nạp

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất nạp bao gồm thời điểm mở van nạp (IVO), thời điểm phun nhiên liệu (IT), và kết cấu họng nạp. Thay đổi IVO sớm 10 độ góc quay trục khuỷu có thể tăng hiệu suất nạp lên 6%, trong khi thay đổi kết cấu họng nạp và IT có ảnh hưởng ít hơn.

III. Kết quả và đề xuất cải tiến

Kết quả nghiên cứu cho thấy các giải pháp đề xuất có tính khả thi cao trong việc nâng cao hiệu suất nạp và đặc tính công suất của động cơ RV1252. Việc điều chỉnh thời điểm mở van nạp và tối ưu hóa thời điểm phun nhiên liệu đã mang lại hiệu quả đáng kể. Các kết quả này là cơ sở để cải tiến động cơ trong tương lai.

3.1. Đánh giá kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy sự thống nhất cao với thực nghiệm về đặc tính công suất và hiệu suất nạp của động cơ RV1252. Các giải pháp như thay đổi IVO và IT đã cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ, đặc biệt ở tốc độ cao.

3.2. Đề xuất cải tiến

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp cải tiến bao gồm điều chỉnh thời điểm mở van nạp, tối ưu hóa thời điểm phun nhiên liệu, và cải tiến kết cấu họng nạp. Những cải tiến này không chỉ nâng cao hiệu suất động cơ mà còn giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí thải, đáp ứng yêu cầu xuất khẩu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ diesel một xy-lanh RV125-2 là dòng sản phẩm cơ khí động lực phục vụ nông nghiệp và công nghiệp do Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Động cơ và Máy nông nghiệp Miền Nam (SVEAM) chế tạo, chiếm tỷ trọng khoảng 45% thị phần máy nông nghiệp tại Việt Nam và đã xuất khẩu sang hơn 20 quốc gia. Động cơ sở hữu công suất cực đại 12,5 mã lực tại 2400 vòng/phút cùng dung tích công tác 624 cm3. Tuy nhiên, do được phát triển dựa trên nền tảng chuyển giao công nghệ từ hãng Kubota cách đây hơn 20 năm, hệ thống nạp và buồng cháy của động cơ bộc lộ nhiều hạn chế về hiệu suất nạp, mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ phát thải ô nhiễm so với các dòng máy nhập khẩu thế hệ mới.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng mô hình nhiệt động học để đánh giá thực trạng làm việc, phân tích các yếu tố giới hạn dòng khí nạp và đề xuất giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất nạp cùng đặc tính công suất cho động cơ RV125-2. Nghiên cứu được triển khai tại Thành phố Hồ Chí Minh, kết hợp phương pháp mô phỏng số trên phần mềm chuyên sâu với dữ liệu đo kiểm thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Động cơ đốt trong.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc nâng cao hệ số nạp thêm khoảng 6%, tạo cơ sở khoa học vững chắc để cải tiến dây chuyền sản xuất động cơ nội địa, giảm thiểu chi phí thử nghiệm thực tế và đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe phục vụ thị trường xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng định luật nhiệt động lực học thứ nhất cho hệ thống hở có thành phần môi chất biến đổi trong xy-lanh, kết hợp phương trình cân bằng năng lượng và bảo toàn khối lượng dòng khí nạp, khí thải. Quá trình truyền nhiệt qua vách buồng cháy gồm nắp quy-lát, đỉnh piston và sơ-mi xy-lanh được mô hình hóa theo phương trình truyền nhiệt Woschni kinh điển dành cho động cơ diesel phun trực tiếp, cho phép xác định chính xác hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc trung bình của piston và biến thiên áp suất buồng đốt.

Mô hình cháy Wiebe và mô hình cháy trễ Andree - Pachernegg được tích hợp để mô tả tốc độ tỏa nhiệt và thời gian chuẩn bị cháy của hòa khí. Ba khái niệm then chốt chi phối toàn bộ phân tích bao gồm: hiệu suất nạp (tỷ số giữa khối lượng không khí mới thực tế nạp vào xy-lanh so với khối lượng lý thuyết lấp đầy thể tích công tác), góc phối khí (thời điểm đóng mở xupap nạp và thải tính theo góc quay trục khuỷu) và góc phun sớm nhiên liệu (thời điểm bắt đầu cấp dầu diesel trước điểm chết trên).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu hình học chi tiết từ bản vẽ thiết kế chế tạo của nhà sản xuất kết hợp kết quả đo kiểm đặc tính ngoài trên băng thử công suất tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt trong. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm 7 dải tốc độ vận hành từ 1200 đến 2400 vòng/phút với bước tăng 200 vòng/phút, cùng 5 biến thể chiều dài ống nạp từ 350 mm đến 1000 mm, 5 mức đường kính ống nạp từ 34 mm đến 50 mm, và dải góc mở sớm xupap nạp từ 10 độ đến 30 độ góc quay trục khuỷu.

Phương pháp mô phỏng nhiệt động học một chiều (1D) trên phần mềm AVL BOOST được lựa chọn nhờ khả năng mô phỏng chính xác hiện tượng dòng chảy khí động học không dừng, giảm tới 75% chi phí gia công thử nghiệm và rút ngắn thời gian nghiên cứu. Quy trình phân tích diễn ra trong khoảng 6 tháng, bao gồm các bước hiệu chuẩn mô hình số với sai số so với thực nghiệm được khống chế chặt chẽ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả nghiên cứu mang lại 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, mô hình mô phỏng đạt độ tin cậy rất cao khi so sánh với thực nghiệm, với mức sai lệch toàn diện dưới 5%. Tại tốc độ cực đại 2400 vòng/phút, công suất mô phỏng đạt 9,02 kW so với thực nghiệm là 9,1 kW (chênh lệch chỉ 0,88%), mô-men xoắn cực đại mô phỏng đạt 37,23 Nm tại 1800 vòng/phút so với 38,17 Nm tại 2000 vòng/phút trên băng thử.

Thứ hai, hiệu suất nạp của động cơ nguyên bản đạt đỉnh 75,8% ở chế độ 2000 vòng/phút, sau đó suy giảm xuống 75,3% tại 2400 vòng/phút và chỉ đạt 73,1% ở tốc độ thấp 1200 vòng/phút.

Thứ ba, việc điều chỉnh thời điểm mở sớm xupap nạp (IVO) sớm hơn 10 độ góc quay trục khuỷu mang lại hiệu quả vượt trội, giúp tăng hiệu suất nạp thêm 6%, cải thiện lượng không khí sạch nạp vào buồng đốt ở các dải tốc độ cao.

Thứ tư, biến thiên kích thước hình học đường ống nạp trong dải chiều dài 350 mm đến 1000 mm và đường kính 34 mm đến 50 mm chỉ làm thay đổi hiệu suất nạp dưới 1,8%, chứng minh kết cấu đường ống tĩnh tại không phải là yếu tố nghẽn chính của dòng khí.

Thảo luận kết quả

Khi tốc độ động cơ tăng từ 1200 lên 2400 vòng/phút, vận tốc dòng môi chất đi qua tiết diện lưu thông của xupap nạp tăng mạnh, dẫn tới hiện tượng nghẽn dòng cục bộ, làm giảm áp suất cuối quá trình nạp và gia tăng áp suất khí sót. Cơ chế này giải thích nguyên nhân hiệu suất nạp suy giảm sau mốc 2000 vòng/phút.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị đường đặc tính ngoài Ne-Me-ge và các biểu đồ phân bố hiệu suất nạp đa chiều. Đồ thị so sánh giữa đường cong mô phỏng và điểm đo thực nghiệm cho thấy sự trùng khít về mặt xu hướng hình học. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế của Seenikannan và Capetti về hiệu ứng sóng áp suất trong đường ống nạp động cơ diesel tĩnh tại, khẳng định việc tối ưu hóa góc pha phối khí xupap nạp có tác động quyết định đến việc khai thác tối đa độ chênh áp nạp khí tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng động cơ RV125-2, các giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất:

1. Tái thiết kế biên dạng vấu cam nạp: Đẩy sớm thời điểm mở van nạp thêm 10 độ góc quay trục khuỷu nhằm đạt mục tiêu tăng 6% hiệu suất nạp và nâng công suất cực đại thêm khoảng 0,5 kW. Kế hoạch thực hiện trong vòng 6 tháng do Phòng R&D Công ty SVEAM chủ trì chế tạo và thử nghiệm mẫu trục cam mới.

2. Tinh chỉnh góc phun sớm nhiên liệu: Điều chỉnh góc phun sớm từ 22,5 độ về dải tối ưu 16 đến 18 độ trước điểm chết trên tùy theo tốc độ vận hành, hướng tới mục tiêu giảm 3% đến 5% suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (đưa mức tiêu hao về dưới 370 g/kWh) và hạn chế phát thải muội than, thực hiện trong 3 tháng tiếp theo.

3. Áp dụng quy trình mô phỏng số vào R&D: Ban lãnh đạo doanh nghiệp cần chuẩn hóa việc ứng dụng phần mềm AVL BOOST vào quy trình thiết kế động cơ, đặt mục tiêu cắt giảm 50% thời gian thử nghiệm thực địa cho các dòng máy tương lai trong lộ trình 12 tháng.

4. Nâng cấp hệ thống đo kiểm khí thải: Phối hợp với Phòng thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt trong để hoàn thiện hệ thống đo nồng độ NOx và bồ hóng theo chu trình thử nghiệm ISO 8178 trong vòng 9 tháng, phục vụ mục tiêu xuất khẩu sang thị trường Đông Nam Á và Châu Phi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

Thứ nhất, kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm tại các nhà máy sản xuất động cơ diesel nông nghiệp như SVEAM, Vikyno: Ứng dụng trực tiếp thông số góc phân phối khí tối ưu và quy trình mô hình hóa để nâng cấp các dòng máy RV125, RV165 hiện hữu.

Thứ hai, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo, Cơ khí Động lực: Sử dụng công trình như tài liệu học thuật mẫu mực về phương pháp mô hình hóa nhiệt động học 1D bằng AVL BOOST kết hợp thực nghiệm đối chứng.

Thứ ba, chuyên viên kỹ thuật và kiểm định viên tại các trung tâm thử nghiệm, viện nghiên cứu cơ khí: Tham khảo phương pháp đánh giá sai số mô phỏng, kỹ thuật đo đạc công suất trên băng thử và phân tích cân bằng nhiệt động cơ.

Thứ tư, doanh nghiệp gia công cơ khí chính xác và chế tạo phụ tùng trục cam: Nắm bắt các thông số kỹ thuật về quy luật nâng xupap để sản xuất các cụm trục cam nâng cao hiệu suất động cơ đốt trong.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao việc mở sớm xupap nạp thêm 10 độ góc quay trục khuỷu lại giúp tăng 6% hiệu suất nạp? Việc mở sớm xupap nạp cho phép tận dụng độ chênh lệch áp suất chân không trong xy-lanh ngay khi piston bắt đầu đi xuống. Tiết diện lưu thông mở rộng sớm hơn giúp dòng khí nạp thắng được sức cản cục bộ, tăng thể tích không khí sạch đi vào buồng đốt trong toàn bộ hành trình hút.

Mức độ tin cậy của phần mềm mô phỏng AVL BOOST đối với động cơ RV125-2 được chứng minh như thế nào? Mô hình số được kiểm chứng trực tiếp với kết quả đo trên băng thử thực nghiệm tại 7 dải tốc độ từ 1200 đến 2400 vòng/phút. Độ sai lệch về công suất chỉ đạt 0,88% tại tốc độ 2400 vòng/phút và sai số mô-men cực đại dưới 5%, chứng minh độ tin cậy vượt trội của mô hình.

Thay đổi kích thước chiều dài ống nạp có tác động lớn đến công suất động cơ một xy-lanh không? Kết quả mô phỏng với 5 mức chiều dài từ 350 mm đến 1000 mm cho thấy công suất động cơ gần như không thay đổi, chỉ dao động từ 9,01 kW đến 9,16 kW tại 2400 vòng/phút. Điều này chứng minh hiệu ứng dao động cột khí trong đường ống nạp tĩnh tại của dòng động cơ này là không đáng kể.

Động cơ diesel RV125-2 đạt mức tiết kiệm nhiên liệu tối ưu nhất ở dải tốc độ nào? Theo kết quả mô phỏng và thực nghiệm, suất tiêu hao nhiên liệu có ích đạt giá trị cực tiểu khoảng 361 đến 373,7 g/kWh trong dải tốc độ từ 1800 đến 2000 vòng/phút, đây cũng chính là vùng làm việc đạt mô-men xoắn cao nhất (trên 37 Nm).

Vì sao cần hiệu chỉnh góc phun sớm khi nâng cao hiệu suất nạp động cơ? Khi hệ số nạp tăng, lượng oxy trong buồng cháy dồi dào hơn làm thay đổi quá trình cháy trễ. Việc tối ưu góc phun sớm giúp kiểm soát tốc độ tăng áp suất cực đại, tránh hiện tượng cháy kích nổ, giảm nhiệt độ khí xả và hạn chế sự hình thành khí độc NOx cùng muội than.

Kết luận

Luận văn đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu với các đóng góp học thuật và thực tiễn nổi bật:

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng nhiệt động học 1D chính xác cho động cơ diesel một xy-lanh RV125-2 trên phần mềm AVL BOOST.
• Xác thực độ tin cậy của mô hình số với sai số so sánh thực nghiệm được kiểm soát chặt chẽ dưới 5% trên toàn bộ dải vận hành.
• Khẳng định giải pháp mở sớm van nạp (IVO) thêm 10 độ góc quay trục khuỷu là phương án tối ưu nhất, giúp tăng 6% hiệu suất nạp động cơ.
• Chứng minh các yếu tố hình học đường ống nạp tĩnh tại có mức độ ảnh hưởng thứ yếu đối với hiệu suất làm việc của động cơ.
• Đề xuất lộ trình 6 đến 12 tháng để doanh nghiệp chế tạo mẫu trục cam mới và tiến hành kiểm tra khí thải chuẩn hóa.

Các doanh nghiệp sản xuất cơ khí động lực và viện nghiên cứu chuyên ngành nên tiếp tục triển khai thử nghiệm thực tế mẫu trục cam cải tiến trên băng thử chuyên dụng để sớm đưa sản phẩm thương mại hóa ra thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài Từ khi ra đời đến nay động cơ Diesel không ngừng được cải tiến và phát triển để ngày càng hoàn thiện và đạt năng suất cao. Đến nay, động cơ diesel là động cơ rất phổ biến trên thế giới được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống con người đặc biệt là trong giao thông, công nghiệp, nông nghiệp… Trong xu hướng chung sử dụng động cơ Diesel thì động cơ Diesel 1 xy-lanh cũng được sử dụng rộng rãi không chỉ ở Việt Nam mà còn ởnhiều nước trên thế giới.Công ty TNHH MTV Động cơ và Máy nông nghiệp Miền Nam (SVEAM) là một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực cơ khí máy động lực và máy nông nghiệp.Hiện nay những sản phẩm của công ty SVEAM không những chiếm thị phần lớn ở Việt Nam và còn xuất khẩu đi hơn 20 quốc gia trên thế giới.Trong những dòng sản phẩm của SVEAM trên thị trường thì động cơ diesel RV125-2 là loại động cơ chiếm tỉ trọng lớn nhất hiện nay với những tính năng ưu việt so với các loại máy khác cùng chức năng như là: công suất phù hợp, mức tiêu hao nhiên liệu thấp, gọn nhẹ, dễ sử dụng, chạy êm, bền bỉ và giá cả phù hợp, sản phẩm này chiếm khoảng 30% tổng sản lượng động cơ Diesel hằng năm của Công ty.Động cơ diesel RV125-2 SWEAM sản xuất theo bản quyền của hãng Kubota (Nhật Bản). Được sử dụng để làm máy hàn, máy bơm nước, máy phát điện, máy nén khí, ghe thuyền, máy chế biến, máy cày, máy xới, máy xay xát, máy công nghiệp. Tuy nhiên, do động cơ được sản xuất dựa trên bản quyền của Kubuta cách đây đã 20 năm, chế tạo theo công nghệ cũ nên những đặc tính của động cơ đặc biệt là đặc tính công suất, hiệu suất nạp, khí thải còn thấp.Vì vậy để đáp ứng được mục tiêu xuất khẩu cũng như nâng cao thị trường trong nước thì cần phải nâng cao đặc tính của động cơ đặc biệt công suất động cơ và về khí thải cần được cải tiến.Nâng cao hiệu suất nạp là một trong những phương pháp tối ưu nhằm nâng cao đặc tính công suất động cơ.

Ở Việt Nam đã có một vài nghiên cứu liên quan đến động cơ diesel 1 xy-lanh RV125-2 như nghiên cứu của GS.TSKH Bùi Văn Ga và nhóm cộng sự về “Hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ Dual Biogas/Diesel”[1]; Nghiên cứu về “Tối ưu hóa quá trình cung cấp Biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu Biogas và Diesel” của GS.TSKH Bùi Văn Ga [2]; Hay “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) cho động cơ Diesel” của Đỗ Văn Dũng, Lê Thanh Phúc, Lê Việt Hùng [3]; Nghiên cứu của Dương Tấn Việt, Lê Duy Linh, Dương Việt Dũng về “Tính toán – mô phỏng quá trình tạo hỗn hợp trong hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ RV125-2” [4].Tuy nhiên việc nghiên cứu vẫn chưa thể hiện được hết đặc tính công suất của động cơcũng như đáp ứng được nhu cầu thực tế. Trên thế giới cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất nạp của động cơ tiêu biểu như của Seenikannan “A Design strategy for Volumetric Efficiency improvement in a Multi-cylinder stationary Diesel engine and its Validity under Transient engine operation” [5] hay là nghiên cứu của Ebrahimi và nhóm cộng sự về “Performance of an Otto engine with volumetric efficiency”[6]; Ngoài ra còn có công trình của Capetti về “Effects of intake pipe on the volumetric efficiency of an internal combustion engine” [7].2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn này là đánh giá thực trạng đặc tính động cơ RV125-2 ( đặc biệt là hiệu suất nạp) dựa trên mô phỏng, có so sánh đối chứng thực nghiệm. Đề xuất kiểm tra một số giải pháp nâng cao hiệu suất nạp và đặc tính động cơ bằng mô phỏng.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn này là động cơ Diesel một xilanh RV125-2 buồng cháy thống nhất phun trực tiếp. Hình 1-1: Động cơ Diesel 1 xilanh phun trực tiếp RV125-2 Thông số kỹ thuật của động cơ [TLTK: Theo công bố của SVEAM] Kiểu RV125-2 Loại 4 kỳ, 1 xy-lanh, nằm ngang SxD 90 x 94 Thể tích xy-lanh 624 cm 3 Công suất định mức (mã lực/vòng/phút) 10,5/2200 Công suất tối đa 12,5/2400 Mô-men cực đại (kgm/vòng/phút) 4,04/1800 Tỉ số nén 18:1 Nhiên liệu Diesel Thể tích thùng nhiên liệu 10,5 lít Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/mã lực/giờ) 185 Áp suất mở vòi phun (kgf/cm2) 220 Dầu bôi trơn Nhớt 30 (SAE30,20, 10W-30) Thể tích dầu bôi trơn 2,8 lít Hệ thống đốt nhiên liệu Phun nhiên liệu Hệ thống khởi động Tay quay, khởi động điện Hệ thống đèn chiếu 12V-25W Hệ thống làm mát Két nước Thể tích nước làm mát(lít) 2,1 Trọng lượng (kg) 105 Kích thước: dài x rộng x cao (mm) 747 x 347 x 472 Góc mở sớm xupáp nạp (IVO) 20 0 TĐCT Góc đóng muộn xupáp nạp (IVC) 450 SĐCD Góc mở sớm xupáp thải (EVO) 50 0 TĐCD Góc đóng muộn xupáp thải (EVC) 150 SĐCT Góc phun sớm (IT) 22,50 1.3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu 1.1 Nội dung nghiên cứu Nội dung chính của luận văn này bao gồm: - Nghiên cứu xác định thực trạng đặc tính động cơ RV125-2 (đặc biệt là hiệu suất nạp) thông qua tính toán mô phỏng, thực nghiệm trên băng thử.

- Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất nạp và đặc tính công suất bằng phần mềm mô phỏng chuyên sâu AVL BOOST. - So sánh một số kết quả tiêu biểu giữa mô phỏng và thực nghiệm - Dựa trên kết quả nghiên cứu đề xuất những giải pháp nhằm cải tiến động cơ, nâng cao tính năng làm việc của động cơ RV125-2 1.2 Phạm vi nghiên cứu Luận văn này chỉ giới hạn trong nghiên cứu hiệu suất nạp và đặc tính công suất của động cơ diesel 1 xy-lanh RV125-2 trên cơ sở của các giải pháp đề xuất bằng phần mềm mô phỏng AVL BOOST, có so sánh đối chứng thực nghiệm.4 Phương pháp nghiên cứu Luận văn Thạc sỹ này sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:  Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết có liên quan đến hiệu suất nạp và đặc tính động cơ Diesel 1 xy-lanh, buồng cháy thống nhất.  Nghiên cứu mô phỏng: Bằng phần mềm chuyên sâu để tiến hành mô hình hóa và mô phỏng đặc tính động cơ.  So sánh đối chiếu: Luận văn này có so sánh đối chiếu kết quả mô phỏng với với một số kết quả thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG-HCM động cơ đốt trong.

 Tham khảo tài liệu và tư vấn chuyên gia: Tham khảo các tài liệu liên quan từ nhà sản xuất, tạp chí, sách báo chuyên ngành, internet,… 1.5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Các kết quả nghiên cứu ( mô phỏng và thực nghiệm) là cơ sở nhằm nâng cao chất lượng dòng sản phẩm động cơ Diesel 1 xy-lanh, buồng cháy thống nhất sản xuất tại Công ty TNHH MTV Động cơ và Máy nông nghiệp Miền Nam. Nâng cao hiệu suất nạp động cơ RV125-2 nhằm nâng cao công suất động cơ từ đó nâng cao tính cạnh tranh cũng như thị phần của dòng sản phẩm RV125-2 so với các sản phẩm ngoại nhập cùng chức năng ở trường trong nước cũng như xuất khẩu, góp phần phát triễn nền kinh tế của nước nhà.6 Trình tự tiến hành luận văn Phân tích thực trạng động cơ RV125- 2 Phân tích thông số, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nạp động cơ RV125-2 Phân tích lựa chọn phương án cải tiến nâng cao hiệu suất nạp Thực nghiệm Mô phỏng Xây dựng mô hình, xác lập các thông số đánh giá đến hiệu suất nạp động cơ RV125-2 Kết quả thực nghiệm Mô phỏng trên AVL BOOST So sánh, đánh giá, phân tích kết quả ề xuất hướng cải tiến CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về động cơ diesel RV125-2, vấn đề và thách thức 2.1 Phân tích đặc điểm động cơ diesel RV125-2 Động cơ Diesel RV125-2 là dòng động cơ 1 xy-lanh phun trực tiếp, dùng trong nông nghiệp. Động cơ RV125-2 có nhiều ưu điểm như: tiết kiệm được nhiên liệu, độ rung thấp và làm việc êm hơn, dễ khởi động và độ bền cao. Chi phí nhiên liệu riêng được cải thiện.Vì vậy, động cơ đạt được chỉ tiêu sử dụng cao hơn và tiết kiệm được nhiên liệu hơn so với các máy cùng loại sản xuất tại Việt Nam.

Hệ thống nhiên liệu của động cơ RV125-2 sử dụng bơm cao áp kiểu Bosch nhỏ gọn, bơm cao áp này dùng van cao áp có vành giảm áp để tránh hiện tượng phun rớt. Còn vòi phun sử dụng vòi phun kiểu tiết lưu nên lượng nhiên liệu phun nhỏ khi bắt đầu phun và lượng nhiên liệu phun tăng lên dần dần khi phun nhiên liệu chính. Động cơ RV125-2 sử dụng bộ điều tốc cơ khí, bộ điều tốc này có tác dụng giữ tốc độ động cơ không thay đổi và đồng thời điều chỉnh công suất ra, nó khống chế tốc độ động cơ ở bất cứ điểm nào giữa các vị trí tốc độ chạy không cực đại đến cực đại. Về hệ thống hút, xả có bình lọc không khí và ống xả, động cơ này trang bị một bình lọc không khí kiểu ướt.

Còn bình lọc không khí loại khô kiểu lọc xoáy ly tâm, không khí hút vào bị xoáy lốc do các cánh và những hạt bụi và cặn lớn được tách tụ lại ở bộ phận dẫn bụi do lực li tâm. Phần bụi và cặn bẫn còn lại được lọc hoàn toàn qua phần tự lọc của bình lọc không khí.Còn ống xả dùng ống có đục lỗ có tấm chắn.Ống đục lỗ và các tấm chắn có tác dụng làm giảm tiếng ồn khí xả một cách có hiệu quả. Tuy RV125-2 có những ưu điểm vượt trội so với các dòng cùng chức năng được sản xuất ở trong nước nhưng có một thực tế đó là công suất của động cơ vẫn còn thấp và lượng khí thải phát ra vẫn còn cao hơn so với các máy ngoại nhập cùng chức năng đặc biệt là các máy nhập từ các nước tiên tiến trên thế giới. Dưới đây là mặt cắt ngang và dọc của động cơ RV25-2.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 25 15 24 23 22 21 20 19 18 17 16 Hình 2-1a: Mặt cắt ngang động cơ RV125-2 1-Đĩa lò xo; 2-Lò xo xupáp; 3-Xupáp thải; 4-Nắp xilanh; 5-Xilanh; 6-Dây đai; 7-Puly bánh đà; 8-Bánh đà; 9-Then; 10-Đai ốc; 11-Thanh truyền; 12-Trục khuỷu; 13-Đường dầu bôi trơn; 14-Ổ lăn; 15-Bánh răng trục khuỷu; 16-Quả văng; 17-Bơm dầu bôi trơn; 18-Bộ hạn chế nhiên liệu; 19-Bánh răng dẫn động trục cam; 20-Thanh răng; 21-Bơm cao áp; 22- Ống nạp; 23-Xupáp nạp; 24-Đòn bẩy; 25-Ống xả.