NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC), SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH DIỆP NGỌC LONG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ 3 XYLANH
DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE
VORTEX COMBUSTION (TVC), SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL.
(THAM KHẢO ĐỘNG CƠ 3 XYLANH KUBOTA D1703-M-E3B)

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S KC 0 0 4 0 6 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH DIỆP NGỌC LONG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
MẪU ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP
CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC),
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL.

(THAM KHẢO ĐỘNG CƠ 3 XYLANH KUBOTA D1703-M-E3B)

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM XUÂN MAI

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Huỳnh Diệp Ngọc Long
Ngày, tháng, năm sinh: 09/11/1988

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh

Quê quán: Tp.Hồ Chí Minh
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 1/7 khu phố 5, tổ 43, thị trấn Hóc Môn,
huyện Hóc Môn, TP.HCM
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại di động : 0938022333

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 04/ 2011
Nơi học (trường, thành phố): trường đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM
Ngành học: Cơ Khí Ô tô
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Nghiên cứu, phân tích, so sánh và
đánh giá hệ thống phun xăng điện tử trên các dòng xe ô tô con của Hàn Quốc
(Hyundai – Kiv – Daewoo).”
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 3 năm 2011, trường
đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM.
Người hướng dẫn: Ths. Cao Đào Nam
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
10/2012 đến nay

Nơi công tác
Trường cao đẳng nghề Kỹ
Thuật Công Nghệ TP.HCM

i

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2013

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Huỳnh Diệp Ngọc Long

ii


LỜI CẢM TẠ
Trong suốt thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận được sự hướng dẫn tận tình của các quý
thầy cô và các điều kiện học tập thuận lợi của quý trường tôi đã tiếp thu được nhiều
kiến thức hữu ích phục vụ cho quá trình làm việc và nghiên cứu của mình sau này.
Luận văn được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ
và đóng góp của nhiều cá nhân và tổ chức. Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn đến các
cá nhân và tổ chức đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.


Xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành
khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo.



Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá
2011-2013 B đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.



Xin cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Xuân Mai đã hướng dẫn,chỉ đạo về ý tưởng,
phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc.



Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi
hoàn thiện nội dung luận văn.



Xin cảm ơn anh Bình, anh Dương, công ty VCAM TECH CO.LTD, đã hỗ trợ
kỹ thuật để Scan 3D động cơ mô hình thử nghiệm trong đề tài.



Xin cám ơn các thầy cô trong Khoa kỹ thuật giao thông, trường đại học Bách
Khoa thành phố HCM, xưởng thí nghiệm động cơ, đã tạo điều kiện thuận lợi
về trang thiết bị trong quá trình nghiên cứu đề tài.

Mặc dù rất nỗ lực, nhưng do kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và thiết
bị hỗ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý Thầy Cô
và các bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu này sớm được áp dụng vào thực tế.

Học viên thực hiện

Huỳnh Diệp Ngọc Long

iii


Tóm tắt

Dưới áp lực của việc tìm kiếm nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch
đang dần cạn kiệt cũng như giảm mức ảnh hưởng tới môi trường , nhiên liệu sinh
học chính là một trong những lựa chọn ưu tiên hàng đầu.Biodiesel hay còn gọi là
diesel sinh học có nguồn gốc từ động thực vật có tiềm năng thay thế dầu diesel
dùng cho các phương tiện cơ giới sản xuất.Các nhà khoa học hiện nay đã và đang
dựa vào những đặc điểm của Biodiesel để nghiên cứu cải tiến động cơ nhằm giúp
đưa diesel sinh học gần gũi với thực tế hơn.Chính vì vậy, luận văn với chủ để:
“Nghiên cứu thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel” đã được
thực hiện. Nội dung chính của luận văn là dựa trên động cơ mẫu KUBOTA D1703
thiết kế một động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel .Áp dụng kĩ thuật thiết kế ngược,
mô phỏng bằng phần mềm CATIA và thực hiện tính toán bền theo phương pháp
phần tử hữu hạn bằng chương trình ANSYS, động cơ được thiết kế với buồng cháy
xoáy lốc 3 dòng xoáy đáp ứng yêu cầu khắc phục những nhược điểm của nhiên liệu
Biodiesel như hòa trộn kém do khối lượng riêng và độ nhớt lớn, tính ăn mòn cao.
Qua đó đề tài giúp nâng cao tính khả thi trong việc ứng dụng nhiên liệu Biodiesel
nhiều hơn vào thực tế.

iv


Abstract

Under the pressure of finding out a fuel to replace the fossil fuel which its
resource becomes too low and reducing the effect to the environment, biofuel is one
of the priority choices. Biodiesel which is made of animal fat or vegetable oil is
potential to replace Diesel oil using in mechanical facilities and manufactures
.Many scientists who have been researched and improved the engines thank to the
features of Biodiesel help it to become more clearly in reality.Consequently,the
thesis with subject “Research and design an engine using Biodiesel” was
finished.The substance of this thesis is to express the design of an engine using
Biodiesel based on the model engine KUBOTA D1703.Applying reverse
engineering application, simulating by CATIA program and calculating stiffness
using finite element method with ANSYS, the engine is designed with the three
vortexs combustion to adapt the demand which is overcome the disadvantages of
Biodiesel such as bad mixture cause of the large density and viscosity,the hight
corrosion...Hence, the thesis helps to increase the feasibility of applying Biodiesel
fuel in real life..

v


MỤC LỤC
Trang tựa

trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ....................................................................................................... i
Lời cam đoan ........................................................................................................ ii
Lời cảm tạ ............................................................................................................ iii
Tóm tắt .................................................................................................................. iv
Mục lục ................................................................................................................ vi

Danh sách các chữ viết tắt .....................................................................................x
Danh sách các hình .............................................................................................. xi
Danh sách các bảng ............................................................................................ xvi
Chƣơng 1 : TỔNG QUAN....................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................1
1.1.1. Tình hình khai thác động cơ đốt trong tại Việt Nam ....................................1
1.1.2. Công nghiệp máy động lực tại Việt Nam .....................................................5
1.1.3. Nhu cầu động cơ 3 xylanh tại Việt Nam ......................................................9
1.1.4. Nhiên liệu thay thế ......................................................................................10
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đ ộng cơ 3 xy lanh sử du ̣ng
nhiên liê ̣u sinh ho ̣c. ...............................................................................................12
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước ............................................................14
1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài. ...............................................16
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................16

vi


1.3.2. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................16
1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ....................................................................16
1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài ....................................................................................16
1.4.2. Giới hạn của đề tài ......................................................................................17
1.5. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................17
1.6. Giá trị của đề tài .............................................................................................18
Chƣơng 2 : THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ BẰNG KỸ THUẬT THIẾT KẾ
NGƢỢC ...............................................................................................................19
2.1. Quy trình thiết kế mẫu động cơ. ....................................................................19
2.2. Giới thiệu kỹ thuật thiết kế ngược (reverse engineering). .............................19
2.2.1. Mở đầu ........................................................................................................19

2.2.2. Vì sao phải thiết kế ngược ..........................................................................20
2.2.3. Quy trình kỹ thuật thiết kế ngược ...............................................................21
2.2.4. Danh mục chi tiết chính của động cơ đã được quét 3D ..............................25
2.3. Giới thiệu phần mềm Catia. ...........................................................................26
2.3.1. Lịch sữ ra đời ..............................................................................................26
2.3.2. Tính năng của phần mềm Catia. .................................................................27
2.3.3. Thiết kế 5 chi tiết động cơ mẫu bằng phần mềm Catia. .............................30
2.4. Kết luận. .........................................................................................................43
Chƣơng 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ. ....44
3.1. Tính toán nhiệt động cơ .................................................................................44
3.1.1. Mục đích tính toán nhiệt. ............................................................................44
3.1.2. Các thông số kết cấu. ..................................................................................44

vii


3.1.3. Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt. .................................45
3.1.4. Tính toán các quá trình ...............................................................................48
3.1.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình. .........................................55
3.1.6. Tính toán các thông số kết cấu của động cơ. ..............................................56
3.1.7. Vẽ đồ thị công chỉ thị..................................................................................57
3.2. Tính toán động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền........60
3.2.1. Tính toán động học. ....................................................................................60
3.2.2. Tính toán động lực học. ..............................................................................65
Chƣơng 4 : TÍNH TOÁN SỨC BỀN CÁC CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM
ANSYS. ................................................................................................................79
4.1. Quy trình tính toán sức bền............................................................................79
4.2. Giới thiệu chung về phương pháp phần tử hữu hạn (FEA). ..........................79
4.3. Giới thiệu chung về phần mềm tính toán sức bền Ansys ..............................81
4.3.1. Ứng dụng của phần mềm Ansys trong lĩnh vực công nghiệp. ...................82

4.3.2. Cấu trúc bài toán trong phần mềm Ansys...................................................85
4.3.3. Quy trình phân tích và mô phỏng ...............................................................86
4.3.4. Kết quả thực hiện. .......................................................................................89
4.4. Kết luận ........................................................................................................115
Chƣơng 5 : THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ MẪU SỬ DỤNG NHIÊN
LIỆU BIODIESEL ...........................................................................................116
5.1. Giới thiệu về Biodiesel ................................................................................116
5.2. Đặc điểm của động cơ mẫu..........................................................................117
5.3. Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ. .....................................................119
5.4. Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ có buồng cháy TVC. ....................123

viii


5.5. Nghiên cứu cải tiến động cơ.. ......................................................................125
5.5.1. Cách nhiệt cho buồng cháy xoáy lốc ........................................................126
5.5.2. Cải tiến đỉnh piston ...................................................................................127
5.5.3. Sử dụng thêm các cửa buồng cháy phụ ....................................................128
5.5.4. Đề suất cải tiến ..........................................................................................129
5.5.5. Thiết kế cải tiến buồng cháy phụ trên phần mềm Catia ...........................130
5.6. Kết luận ........................................................................................................133
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..............................................................134
6.1. Tóm tắt kết quả đề tài ..................................................................................134
6.2. Đánh giá kết quả của đề tài ..........................................................................136
6.3. Đề nghị hướng phát triển của đề tài .............................................................136
KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI..................................................138
PHỤ LỤC ...........................................................................................................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................149

ix

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATDC

After top dead center

BDF

Biodiesel Fuel

BTDC

Before top dead center

CAD

computer-aided design

IDI

Indirect injection

TVC

Thee Vortex Combustion

TDC

Top Dead Centre

NURBS

Non-uniform rational B-spline

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam. ........................6
Hình 1.2 : Thị phần động cơ 3 xylanh 30-50 Hp trong tổng số động cơ nhiều xy
lanh từ 20 – 90 Hp ................................................................................................10
Hình 1.3 : Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên
động cơ diesel .......................................................................................................11
Hình 2.1 : Quy trình thiết kế kết cấu động cơ Kubota D1703 ..............................19
Hình 2.2 : Các giai đoạn của kỹ thuật thiết kế ngược ...........................................21
Hình 2.3 : Máy quét 3D Kreon Zephyr KZ50 ......................................................23
Hình 2.4 : Các giai đoạn quét và xử lý đầu người. ...............................................24
Hình 2.5 : Quá trình phay mẫu mặt người trên máy phay CNC ...........................25
Hình 2.6 : Mô hình sản phẩm catia .......................................................................28
Hình 2.7 : Mô hình tạo bằng Mechanical Design .................................................28
Hình 2.8 : Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling ......................................29
Hình 2.9 : Mô hình hóa vật thể .............................................................................29
Hình 2.10 : Thân máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D ...............................32
Hình 2.11 : Nắp máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D .................................32

Hình 2.12 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thân máy ........................................................33
Hình 2.13 : Bản vẽ chi tiết kết cấu nắp máy. ........................................................34
Hình 2.14 : Buồng cháy TVC động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D ..........................35

xi


Hình 2.15 : Bản vẽ chi tiết kết cấu buồng cháy TVC động cơ mẫu .....................36
Hình 2.16 : Trục khuỷu của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D .............................37
Hình.2.17 : Bản vẽ chi tiết kết cấu trục khuỷu động cơ mẫu ...............................38
Hình 2.18 : Thanh truyền của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D. .........................39
Hình 2.19 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thanh truyền động cơ mẫu.............................40
Hình 2.20 : Piston của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D......................................41
Hình 2.21 : Bản vẽ chi tiết kết cấu piston động cơ mẫu .......................................42
Hình 3.1 : Đồ thị đặc tính ngoài động cơ..............................................................60
Hình 3.2 : Giải x bằng phương pháp dùng đồ thị Brich .......................................62
Hình 3.3 : Đồ thị vận tốc.......................................................................................63
Hình 3.4 : Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê .............................................................65
Hình 3.5 : Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền ....................66
Hình 3.6 : Sơ đồ tính toán lực của phần khối lượng chuyển động quay ..............67
Hình 3.7 : Khai triển các đồ thị.............................................................................69
Hình 3.8 : Đồ thị T, N, Z ......................................................................................70
Hình 3.9 : Đồ thị  T ............................................................................................71
Hình 3.10 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ..............................................73
Hình 3.11 : Đồ thị khai triển Q -  của chốt khuỷu ..............................................74
Hình 3.12 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ................................77
Hình 3.13 : Đồ thị mài mòn chốt khuỷu ...............................................................78
Hình 4.1 : Quy trình tính toán sức bền các chi tiết ...............................................79
Hình 4.2 : Phân tích cấu trúc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn..................80
Hình 4.3 : Phân tích áp lực không khí trên mô hình máy bay. .............................83

xii


Hình 4.4 : Dòng khí chuyển động qua hệ thống làm mát động cơ. ......................84
Hình 4.5 : Dòng khí chuyển động trong xe. .........................................................84
Hình 4.6 : Ảnh hưởng của dòng chảy lên thành tàu .............................................85
Hình 4.7 : Quy trình phân tích bài toán tiến hành theo ba giai đoạn chính ..........86
Hình 4.8 : Tiến hành tạo mô hình đối xứng ¼ từ cấu trúc ban đầu .....................87
Hình 4.9 : Công cụ quản lý chất lượng phần tử trong Hyper Mesh .....................87
Hình 4.10 : Cấu trúc hình học phần tử Solid185 ..................................................88
Hình 4.11 : Mô hình thanh truyền sau khi chia lưới đối xứng theo mặt phẳng XY
và XZ. Import vào ANSYS APDL .......................................................................88
Hình 4.12 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu nén ................90
Hình 4.13 : Ứng suất Von Misses khi chịu nén. ...................................................90
Hình 4.14 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền. ....................97
Hình 4.15 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo................92
Hình 4.16 : Ứng suất Von Misses khi chịu kéo. ...................................................93
Hình 4.17 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền. ....................93
Hình 4.18 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo................94
Hình 4.19 : Ứng suất Von Misses khi chịu kéo. ...................................................95
Hình 4.20 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền. ....................95
Hình 4.21 : Mô hình Piston sau khi chia lưới và import vào ANSYS. ................96
Hình 4.22 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực khí thể. ................................97
Hình 4.23 : Ứng suất Von Misses khi chịu lực khí thể.........................................97
Hình 4.24 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực quán tính. ............................98
Hình 4.25 : Ứng suất Von Misses khi chịu lực quán tính.....................................99

xiii

Hình 4.26 : Tải phân bố trên chốt khuỷu. ...........................................................100
Hình 4.27 : Mô hình đối xứng ¼ má khuỷu thứ 2. ............................................101
Hình 4.28 : Tải trọng phân bố trên ¼ bề mặt chốt khuỷu. ..................................101
Hình 4.29 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu. ................................102
Hình 4.30 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu. .................................................102
Hình 4.31 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên dạng má khuỷu trường hợp khởi
động. ...................................................................................................................103
Hình 4.32 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu...............................................104
Hình 4.33 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu. ................................104
Hình 4.34 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu. .................................................105
Hình 4.35 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu...............................................106
Hình 4.36 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu...............................................107
Hình 4.37 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu. ................................107
Hình 4.38 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu. .................................................108
Hình 4.39 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên dạng má khuỷu trường hợp lực ngang
lớn nhất. ..............................................................................................................109
Hình 4.40 : Mô hình buồng cháy chính trong môi trường Catia. .......................110
Hình 4.41 : Mô hình buồng cháy chính sau khi Mesh và Preprocessor. ............110
Hình 4.42 : Các quá trình của buống cháy 1, 2, 3 theo góc quay trục khuỷu. ....111
Hình 4.43 : Vị trí đặt tải áp suất phân bố đều trong thành các xi lanh. ..............112
Hình 4.44 : Phân bố chuyển vị nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy. .....................113
Hình 4.45 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy. .......................113
Hình 4.46 : Phân bố chuyển vị theo mặt cắt ngang lốc máy phía đối diện. .......114
Hình 4.47 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy phía đối diện. .114

xiv


Hình 5.1:Kết cấu của buồng cháy three vortexs combustion động cơ D1703 ...117

Hình 5.2 : Quá trình hình thành hỗn hợp trong buồng cháy three vortexs
combustion ..........................................................................................................118
Hình 5.3 : Sự thay đổi của kim phun sau khi test ...............................................122
Hình 5.4 : Sự thay đổi của piston sau khi test ....................................................122
Hình 5.5 : Sự thay đổi của xupap sau khi test ....................................................122
Hình 5.6 : Mô hình buồng cháy Three Vortex....................................................123
Hình 5.7 : Minh họa động học chuyển động của dòng khí trong buồng cháy xoáy
lốc........................................................................................................................124
Hình 5.8 : Kết cấu đỉnh piston sử dụng trong buồng cháy three vortex .............125
Hình 5.9 : Kết cấu cách nhiệt của buồng cháy xoáy lốc .....................................126
Hình 5.10 : Kết cấu biên dạng đỉnh piston .........................................................127
Hình 5.11 : Kết cấu phần lõm đỉnh piston ..........................................................127
Hình 5.12 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ đối xứng ........................................128
Hình 5.13 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ nghiêng..........................................129
Hình 5.14 : Các dạng cửa buồng cháy. ...............................................................129
Hình 5.15 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [a]. ...........................................130
Hình 5.16 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [b]............................................131
Hình 5.17 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [c]. ...........................................131
Hình 5.18 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [d]............................................132
Hình 5.19 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [e]. ...........................................132
Hình 5.20 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [f]. ...........................................133

xv


DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 1.1 : Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn ............................2
Bảng 1.2 : Thống kê cơ giới hóa trong nông nghiệp ..............................................3
Bảng 1.3 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp .....................................3
Bảng 1.4 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành thủy hải sản ....................................4
Bảng 1.5 : Mức độ đầu tư phương tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn của
các vùng ..................................................................................................................4
Bảng 1.6 : Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo ..........................5
Bảng 2.1 : Danh mục Scan 3D các chi tiết chính .................................................25
Bảng 2.2 : Thuộc tính của Gang và Hợp Kim Nhôm ...........................................31
Bảng 3.1 : Các thông số kỹ thuật của động cơ cầ n thiế t kế ..................................45
Bảng 3.2 : Thành phần C, H, O trong 1kg nhiên liệu ...........................................46
Bảng 5.1 : Thông số cấu trúc cần phân tích ........................................................130

xvi


Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tính cấp thiết của đề tài
1.1.1 Tình hìnhkhai thác động cơ đốt trong tại Việt Nam
Ở Việt Nam, động cơ đốt trong được sử dụng rất phổ biến nhằm phục vụ cho
các mục đích :
-

Động cơ sử dụng cho ô tô…..

-

Động cơ tĩnh tại kéo máy phát điện, máy bơm nước ….

-

Cơ giới hoá khâu làm đất, thu hoạch nông sản.

-

Máy chế biến nông sản có sử dụng động cơ đốt trong.

-

Xe cơ giới nông thôn, tàu thuyền cơ giới nông thôn.

Qua đó ta thấy được động cơ đốt trong tại Việt Nam được sử dụng chính vào
mục đích nông nghiệp. Mặc khác đất nước ta vốn là một đất nước nông nghiệp. Vì
vậy trong chiến lược phát triển kinh tế nhằm đẩy nhanh mục tiêu công nghiệp hoá,
hiện đại hóa đất nước, việc phát triển nền sản xuất nông nghiệp là một mục tiêu và
yêu cầu quan trọng.
Trong tình hình nguồn lao động trong lĩnh vực nông nghiệp ngày càng
chuyển sang các lĩnh vực khác, nên chúng ta phải nhanh chóng ứng dụng những tiến
bộ khoa học và công nghệ, đẩy mạnh điện khí hoá và cơ giới hoá nhằm tăng diện
tích khai thác, tăng sản lượng tiêu thụ và năng suất đáp ứng nhu cầu trong nước
cũng như xuất khẩu.
Để phát triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hoá là
một trong những nhiệm vụ quan trọng. Và để tăng tỉ lệ cơ giới hoá thì việc sử dụng
động cơ đốt trong cũng chiếm một phần rất lớn.

1

Theo Tổng cục Thống kê tính đến năm 2011 cả nước đã trang bị: 15.500 máy
kéo, máy cày lớn (trên 35 HP); 207.112 máy kéo, máy cày trung (từ 12 – 35 HP); và
275.131 máy kéo, máy cày nhỏ (< 12 HP); 40.146 ô tô vận tải hành khách và hàng
hóa; 175.189 động cơ điện; 126.704 máy phát điện; 281.049 động cơ chạy xăng,
diesel; 6.282 tàu thuyền dịch vụ thủy sản có động cơ; 5325 tàu thuyền vận tải hành
khách; 142183 tàu thuyền vận tải hàng hóa; 231069 máy tuốt lúa có động cơ; 58914
lò, máy sấy sản phẩm nông lâm thủy sản; 204654 máy chế biến lương thực; 551508
bình phun thuốc trừ sâu có động cơ; 1932349 máy bơm nước dùng cho SXNLTS;
62364 máy chế biến thức ăn gia súc; 5774 máy chế biến thức ăn thủy sản; 25712
máy giàn gieo sạ; 13109 máy gặt đập liên hợp; 62045 máy gặt khác. Tổng công suất
nguồn động lực theo Bảng 1.1[1]
Bảng 1.1 : Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn

Năm
2011
Số lượng
(cái)

Máy kéo,

Máy kéo,

Máy kéo,

máy cày

máy cày

máy cày

lớn 35

trung

nhỏ dưới

HP

12-35HP

12HP

15500

207112

275131

Động cơ,
máy phát
điện

456238

PTVT vận
chuyển
trên
đường bộ

40146

PTVT vận
chuyển trên
đưởng thủy

153790

Canh tác trên đồng
ruộng, đất trồng cây
lâm nghiệp và thủy
sản
3147498

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011
Trong đó mức độ cơ giới hóa trong nông thôn được thống kê cụ thể như sau :
 Cơ giới hóa trong nông nghiệp :
Các khâu công tác trong khu vưc nông nghiệp đặc biệt là trong ngành trồng lúa
nước ở cả 3 vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh
Đông Nam Bộ ngày càng được cơ giới hóa và trang bị các máy móc phục vụ cho
nhu cầu của các khâu công tác ở từng thời kỳ như : làm đất, gieo cấy và thu hoạch.
.

2


Bảng 1.2 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành nông nghiệp.
Năm
2011
Số lượng

(cái)

Máy kéo,
máy cày
lớn 35 HP

Máy kéo,
máy cày trung
12-35HP

Máy kéo,
máy cày
nhỏ dưới
12HP

Động cơ,
máy phát
điện

PTVT vận
chuyển
trên
đường bộ

Canh tác trên
đất trồng cây
nông nghiệp

15311

206035

272791

531277

58002

2926174

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011
 Cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp :
Cơ giới hóa tập trung vào lĩnh vực canh tác, trồng mới (làm đất, tạo bầu cây
giống…). Trong khai thác rừng trồng, mặc dù sản lượng không lớn, nhưng về cơ
bản được tiến hành bằng máy như các khâu: chặt cây, bốc xếp, vận chuyển…. Áp
dụng dây chuyền sơ chế tại cửa rừng nhằm nâng cao tỉ lệ thu hồi gỗ và giảm giá
thành trong khâu vận chuyển.
Bảng 1.3 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp.
Năm
2011
Số
lượng
(cái)

Máy kéo,
máy cày
lớn 35
HP

Máy kéo,

máy cày
trung
12-35HP

Máy kéo,
máy cày
nhỏ dưới
12HP

Động cơ,
máy phát
điện

PTVT vận
chuyển
trên
đường bộ

75

212

693

1927

1250

Lò máy
sấy sản

phẩm
lâm sản

172

Máy bơm
nước dùng
cho sản xuất
lâm sản

Canh tác
trên đất
trồng cây
lâm
nghiệp

2728

2134

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011
 Cơ giới hóa trong ngành khai thác thủy hải sản :
Khai thác thủy hải sản ở nước ta đã được cơ giới hóa, năng suất lao động cao,
đặc biệt là khi chuyển ngư trường. Đến năm 2011, trong số 28 tỉnh, thành phố ven
biển được trang bị 19179 phương tiện khai thác và vân chuyển trên đường thủy, thì
phần lớn trang bị động cơ, máy phát điện để phục vụ cho việc đánh bắt khai thác và
vân chuyển. Bảng 1.4 tổng hợp mức độ trang bị tàu thuyền đã được khai thác thủy
hải sản .

3

Bảng 1.4 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành thủy hải sản.
Năm
2011

Động cơ,
máy phát
điện

PTVT vận chuyển
trên đưởng thủy

Lò, máy sấy sản
phẩm thủy sản

Máy chế biến thức
ăn thủy sản

49738

19179

248

3481

Số lượng
(cái)

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011
 Cơ giới hóa trong khâu vận tải nông thôn :
Cơ giới hóa khâu vận tải nông thôn đã phát triển cả về số lượng và chất lượng.
Ngoài việc nâng cấp, xây dựng đường nông thôn, các thành phần kinh tế đã đầu tư
trang bị phương tiện vận tải (trên bộ, trên sông rạch). Cả nước đã đầu tư 248767
chiếc phương tiện vận tải (PTVT) trên đường bộ và 202470 chiếc xuồng, thuyền
trên sông rạch (Bảng 1.5) .
Bảng 1.5 :Mức độ đầu tư phương tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn
của các vùng
TT
1
2

Số lượng PTVT trên đường bộ (chiếc)
Bình quân cho 100 hộ (chiếc)
Số lượng PTVT trên đường thủy (chiếc)
Bình quân cho 100 hộ (chiếc)

Cả nước
248767
0.6
202470
1.6

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011
Tùy điều kiện từng vùng mà ta chọn công suất động cơ , cỡ lực kéo để trang
bị nguồn động lực (di đô ̣ng , tĩnh tại ) và các loại máy công tác phù hợp thực

hiê ̣n

quá trình cơ giới hóa các khâu canh tác (trên đồ ng, khâu tiñ h ta ̣i) ; cơ giới hóa phu ̣c
vụ chăn nuôi gia súc , gia cầ m ; nuôi trồ ng thủy hải sản và làm viê ̣c trên đấ t dố c
trồ ng, chăm sóc cây công nghiê ̣ptheo daỹ cỡ sau :

4


Bảng 1.6 : Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo [2]
Cỡ công suất
1. Công suất động
cơ, kW
Mã lực
2. Lực kéo ở moóc
kéo, t
Số lượng xy lanh

Ứng dụng

I

II

III

8

10

12

14

17

20

24

29

≥ 36

 11

 14

 17

 19

 23

 27

 33

 40

≥ 50

0,3 ÷ 0,4

0,5 ÷ 1,2

≥ 1,4

1

2-3

>2

Máy phát điện, máy kéo 4

Máy phát điện, máy

bánh, phương tiện vận

kéo 4 bánh, phương

chuyển

tiện vận chuyển

Máy phát điện, máy
kéo 2 bánh

Cỡ công suấ t máy kéo thứ I thường dùng đô ̣ng cơ mô ̣t xy lanh

(xăng hoă ̣c

diesel nhưng phầ n lớn là diesel ) và là kiểu máy kéo 2 bánh. Cỡ thứ II từ 14 đến 19
kW thường là đô ̣ng cơ 2 hoă ̣c 3 xy lanh lắ p trên máy kéo 4 bánh làm công việc vạn
năng. Cỡ thứ III có công suấ t trên 36 kW với lực kéo trên 1,4 tấ n dùng nhiề u trong
nông nghiê ̣p và đươ ̣c ưa chuô ̣ng ở đồ ng ruô ̣ng một số vùng của Việt Nam. [2]
Nhu cầ u sử du ̣ng đô ̣ng cơ đố t trong nói chung và đô ̣ng cơ diesel nói riêng
trong hoa ̣t đô ̣ng sản xuấ t nông nghiê ̣p nông thôn là rấ t

lớn. Thực tra ̣ng hiê ̣n nay là

lươ ̣ng máy móc phu ̣c vu ̣ cho nông nghiê ̣p vẫn chưa thể đáp ứng nhu cầ u người nông
dân về cả chấ t lươ ̣ng và số lươ ̣ng . Nguồ n đô ̣ng cơ chủ yế u đươ ̣c sử du ̣ng là nguồ n
đô ̣ng cơ đươ ̣c sản xuấ t lắ p ráp ở nước ngoài và nhâ ̣p khẩ u phân phố i ta ̣i Viê ̣t Nam .
Sự cầ n thiế t có đươ ̣c mô ̣t kiể u loa ̣i đô ̣ng cơ phù hơ ̣p với nhu cầ u cho nông nghiê ̣p là
rấ t cấ p bách và cầ n đươ ̣c xúc tiế n nghiên cứu, thiế t kế và ứng du ̣ng.
1.1.2 Công nghiệp máy động lực tại Việt Nam
1.1.2.1

Thị phần máy nông nghiệp
Hiện nay, thị trường sản phẩm cơ khí phục vụ sản xuất nông nghiệp gồm:

nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở lắp ráp máy nông nghiệp của Trung Quốc
tại Việt Nam, sản phẩm của Nhật lắp ráp tại Việt Nam; máy kéo và máy nông

5


nghiệp nhập khẩu từ các nước: Nga, Mỹ, Hàn Quốc...sản phẩm đã qua sử dụng của
Nhật Bản, Hàn Quốc; các doanh nghiệp nhà nước (chủ yếu tập trung ở Tổng Công
ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam, VEAM - Bộ Công Thương); các cơ

sở ở các địa phương. Trong đó sản phẩm máy kéo và máy nông nghiệp nhập khẩu
mới từ Trung Quốc và đã qua sử dụng của Nhật chiếm khoảng 70% thị phần (báo
cáo của Bộ Công Thương 2010). Cụ thể như sau:
Các loại động cơ diesel và xăng của VEAM chiếm 25% thị phần (hiện nay
đã chế tạo được động cơ diesel dưới 30 hp và chỉ đáp ứng được một phần nhỏ cho
cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn), hàng đã qua sử dụng chiếm 20%,
Trung Quốc chiếm 50% và 5% nhập khẩu từ các nước khác. Còn riêng các loại
động cơ 3 hoặc 4 xy lanh từ 30 - 50 HP thì chúng ta nhập khẩu từ nước Trung
Quốc, Nhật, Nga, Mỹ,..

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam
Máy xới nhỏ dưới 15 HP chủ yếu là máy đã qua sử dụng và máy Trung Quốc
chiếm 90% thị phần. Máy Bông Sen (công ty máy kéo, máy nông nghiệp) chiếm
khoảng 10% ở khu vực phía Bắc, riêng máy xới của VIKYNO chủ yếu xuất khẩu.
Các loại máy kéo 4 bánh khoảng 90% là sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật (công
suất 24-37 HP ), 10% còn lại được nhập khẩu từ Mỹ, Nga, Trung Quốc và một số ít
được sản xuất tại các thành viên của VEAM.

6


Máy gặt lúa các loại (máy gặt đập liên hợp, máy cắt lúa xếp dãy, máy cắt lúa
cầm tay): Năm 2007-2009 khoảng 60-70% máy gặt đập liên hợp lúa nhập khẩu mới
từ Trung Quốc, máy đã qua sử dụng của Hàn Quốc, còn lại do các cơ sở tư nhân ở
đồng bằng sông Cửu Long, của VINAPPRO và Cơ khí An Giang (chủ yếu máy cắt
lúa xếp dãy), đến nay máy gặt liên hợp lúa KUBOTA lắp ráp tại Việt Nam và của
các cơ sở tư nhân chế tạo đang dần thay thế máy gặt liên hợp lúa Trung Quốc ở các
tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.
Các loại máy xay xát lúa gạo trên 97% do các doanh nghiệp trong nước sản
xuất (loại công suất nhỏ đến 1 tấn/giờ do VEAM và một số cơ sở cơ khí địa

phương, loại có công suất lớn do Công ty SINCO, Bùi Văn Ngọ và LAMICO sản
xuất).
Năng lực sản xuất của các doanh nghiệp trong nước

1.1.2.2

Theo báo ciuáo của Tổng Công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt
Nam (VEAM) – Bộ Công Thương, đang tập trung một số sản phẩm chủ lực:
-

Động cơ diesel và xăng phục vụ sản xuất nông nghiệp có thể cung cấp
chi thị trường 100.000 – 120.000 chiếc/năm.

-

Máy xới công suất dưới 15 HP cung cấp cho thị trường trong nước và
xuất khẩu 12.000-15.000 chiếc/năm.

-

Máy gặt đập liên hợp lúa đang đầu tư đẩy mạnh sản xuất tại một số công
ty thành viên của VEAM như Cơ khí An Giang, VIKYNO&VINAPPRO,
cơ khí Vinh cùng với sự liên kết của các đối tác nước ngoài, các doanh
nghiệp cơ khí địa phương trong vòng 1-2 năm tới có thể đáp ứng khoảng
3.000 chiếc/năm.

Tổng Công ty Cơ điện, xây dựng nông nghiệp và thủy lợi - Bộ Nông nghiệp
và phát triển nông thôn. Hiện có 20 đơn vị thành viên, trong đó có một số đơn vị
chế tạo, kinh doanh các loại phụ tùng, thiết bị, máy móc nông nghiệp, lâm nghiệp,
thủy lợi, diêm nghiệp, công nghiệp chế biến, thủy điện, xây dựng và phương tiện

7