Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xylanh 16 5 HP sử dụng trong nông lâm ngư nghiệp

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

LÊ VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL
MỘT XILANH 16,5 HP SỬ DỤNG TRONG
NÔNG – LÂM – NGƯ NGHIỆP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2019


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

LÊ VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL
MỘT XILANH 16,5 HP SỬ DỤNG TRONG

NÔNG – LÂM – NGƯ NGHIỆP
NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT - 12252010105

Hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. ĐỖ VĂN DŨNG

2. PSG. TS. NGUYỄN ANH THI

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

PHỤ LỤC



LÝ LỊCH CÁ NHÂN
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: LÊ VIỆT HÙNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/10/1971

Nơi sinh: Thái Nguyên

Quê quán: Nghệ An

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 10, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức
Điện thoại cơ quan: (0251) 3838727
Điện thoại nhà riêng: 0915.568.178
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: 9/1990 đến 6/1995

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Công nghệ chế tạo máy
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Xây dựng chương trình thiết kế các
loại CAM trên máy tính
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 17/6/1995 – Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Dũng
3. Cao Học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo: từ 9/1996 đến 9/1998

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh

i


Ngành học: Công nghệ chế tạo máy
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng PLC trong tự

động hóa nhập xuất nhiên liệu tại Tổng kho xăng dầu Nhà Bè.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: : 25/9/1998 tại Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Dũng
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác

Thời gian

Công việc đảm nhiệm

1999 - 2005

P.NC-PT công ty VIKYNO

Phó phòng

2005 - 2009

P.NC-PT công ty VIKYNO

Trưởng phòng

2009 – 03/2016

Công ty SVEAM

Phó Tổng giám đốc công ty
SVEAM

Chủ tịch hội đồng quản trị

04/2016 – 05/2019 Công ty SVEAM

05/2019 - nay

công ty SVEAM
Chủ tịch kiêm Tổng giám đốc

Công ty SVEAM

công ty SVEAM

IV. CÁC ĐỀ TÀI, DỰ ÁN, NHIỆM VỤ KHÁC ĐÃ CHỦ TRÌ HOẶC THAM
GIA:

Tên đề tài, dự án, nhiệm vụ
khác đã chủ trì

Thời gian
(bắt đầukết thúc)

Tình trạng đề
Thuộc Chƣơng

tài (đã nghiệm

trình(nếu có)

thu, chƣa

nghiệm thu)

Chương

Hoàn thiện thiết kế và dây
chuyền công nghệ chế tạo

01/2009 -

động cơ diesel RV165-2 năng

12/2010

suất 2.000 động cơ/năm

khoa học và công
nghệ trọng điểm
Cấp Nhà nước
KC.05/06-10

ii

trình
Đã nghiệm thu


Hoàn thiện thiết kế và dây

Chương

chuyền công nghệ chế tạo

khoa học và công

động cơ diesel RV145-2 10,8
kW (14,5 mã lực) năng suất
3.000 động cơ/năm phục vụ

01/2012 12/2014

trình

nghệ trọng điểm
Cấp Nhà nước

Đã nghiệm thu

KC.03/11-15

cho thị trường trong nước và
xuất khẩu
Nâng cao chất lượng và cải
tiến kiểu dáng động cơ diesel
thế hệ mới

10/2016 10/2018

Nâng

cấp

chất

lượng Tổng công

Đã nghiệm thu

ty VEAM

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 5 năm 2019
Nghiên cứu sinh

Lê Việt Hùng

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 05 năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Lê Việt Hùng

iv

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn chính của tôi là
PGS. TS. Đỗ Văn Dũng. Thầy đã luôn động viên và định hướng cho tôi trong suốt
quá trình thực hiện luận án.
Tôi cũng thật sự biết ơn thầy hướng dẫn thứ hai là PGS. TS. Nguyễn Anh Thi.
Thầy đã định hướng nghiên cứu, cung cấp tài liệu và theo sát quá trình nghiên cứu
của tôi.
Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô tại Khoa Xây dựng và
Phòng Đào tạo đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học
Sư Phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và tất cả
bạn bè và đồng nghiệp của tôi tại Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp
Việt Nam (VEAM) và Công ty SVEAM, những người đã tin tưởng và luôn động
viên tinh thần cho tôi trong suốt khoảng thời gian thực hiện luận án.

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 5 năm 2019
Nghiên cứu sinh

Lê Việt Hùng

v


CÁC KẾT QUẢ ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1. Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi, Luong Huynh Giang.
“Performance characteristics of small Diesel DI engine using different geometry
intake parts”. Journal of Key Engineering Materials (KEM), 2019, ISSN: 1013 9826. (Scopus).
2. Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi. “Improve Intake Port/Valve Of
RV165-2 Engine By Simulation Method”. International Conference on Fluid

Machinery and Automation Systems - ICFMAS2018, Ha Noi City, Vietnam, pp. 539544, 2018.
3. Hung – Le Viet, Dung – Do Van, Giang – Luong Huynh, Thanh – Doan Minh.
“Evaluation Of RV165-2 Engine Performance”. The Fourth International
Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2018),
HoChiMinh City, Vietnam, 2018.
4. Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi, Luong Huynh Giang, Vo Van
An, Do Minh Dung. “Improving characteristics of diesel engine by changing the
engine's charging and design method ”. Journal of Science Technology Technical
Universities, 2019.
5. Lê Việt Hùng, Phạm Văn Giang, Trần Thị Thu Hương, Nguyễn Anh Thi. “Nghiên
cứu số hóa mô hình 3D đường nạp, thải và buồng cháy làm cơ sở mô phỏng động cơ
diesel”. Tạp chí giao thông vận tải, số 11, tr. 137-139, 2018, ISSN: 2354 - 0818.
6. Lê Việt Hùng, Khổng Vũ Quảng, Nguyễn Đức Khánh, Phạm Văn Trọng. “Nghiên
cứu mô phỏng đánh giá phát thải độc hại của động cơ máy nông nghiệp RV165-2 và
động cơ Kubota RT155 theo tiêu chuẩn ISO 8178”, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy
lợi và môi trường, số 64, tr. 69-75, 2019. ISSN: 1859 - 3941.
7. Lê Việt Hùng, Nguyễn Văn Giang, Võ Khắc Hoàng, Đào Chí Cường, Đỗ Văn
Dũng, Nguyễn Anh Thi. “Nghiên cứu quá trình nạp-nén của động cơ Diesel buồng

vi


cháy thống nhất bằng phần mềm Ansys-ICE”. Tạp chí giao thông vận tải, số 04, tr.
101 – 105, 2019, ISSN: 2354 - 0818.
8. Võ Danh Toàn, Nguyễn Thanh Tuấn, Lê Việt Hùng, Lương Huỳnh Giang, Huỳnh
Thanh Công. “Mô phỏng nâng cao tính năng làm việc cho động cơ diesel 1 xi-lanh
bằng thiết kế cải tiến họng nạp”. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 16, số K3 – 2015.

vii

TÓM TẮT
Luận án này trình bày nghiên cứu cải thiện chất lượng của kì nạp động cơ
diesel 1 xi-lanh phun trực tiếp 16,5 HP thông qua việc thiết kế lại toàn bộ hình dạng
hình học của cụm họng nạp (bên trong lẫn bên ngoài nắp xylanh).
Đối với phần biên dạng họng nạp (bên ngoài nắp xylanh): Với sự hổ trợ của
phần mềm mô phỏng chuyên dụng AVL BOOST và ANSYS FLUENT, các phương
án cải tiến hình dạng họng nạp (bên ngoài nắp xylanh) đã được kiểm tra để nhận
dạng các ưu khuyết điểm của từng phương án. Từ các kết quả mô phỏng, hai phương
án tốt nhất có khả năng ứng dụng thực tế đã được chế tạo đánh giá thực nghiệm và so
sánh với họng nạp (bên ngoài nắp xylanh) hiện hữu.
Đối với phần biên dạng hình học họng nạp xoắn ốc (bên trong nắp xylanh):
Phần biên dạng này được tham số hóa (sử dụng 5 tham số) dựa trên các kích thước
của bản vẽ thiết kế và chế tạo của động cơ đang nghiên cứu. Sau đó, xây dựng và
thực hiện qui trình tự động tính toán mô phỏng kì nạp – nén của động cơ VIKYNO
RV165-2 bằng phần mềm Ansys - Fluent với hai giá trị khảo sát là: hệ số nạp và hệ
số xoáy. Trên cơ sở dữ liệu mô phỏng thu thập được, tác giả sử dụng phương pháp
mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và phương pháp tối ưu tiến hóa vi phân (DE) để tìm ra
phương án họng nạp xoắn ốc (bên trong Nắp xylanh) tốt nhất.
Toàn bộ cụm họng nạp cải tiến mới (bên trong lẫn bên ngoài nắp xylanh)
được chế tạo và thực nghiệm để đánh giá so sánh với thiết kế họng nạp nguyên thủy.
Các đặc tính làm việc của động cơ như: công suất max, suất tiêu hao nhiên liệu ở
công suất định mức là các tiêu chí được quan tâm trong quá trình thực nghiệm

viii


ABSTRACT
This dissertation represents research on improving the intake of a direct
injection 16.5 HP diesel engine by redesigning the geometric shape entire of intake

manifold/intake valve (inside and outside of cylinder head).
For the intake manifold profile (outside of the cylinder head): With the
support of the dedicated simulation software AVL BOOST and ANSYS FLUENT.
Improvement options of intake manifold profile (outside of the cylinder head) have
been tested to identify the advantages and defects of each option. From the
simulation results, the two best options that are capable of practical application have
been manufactured to experimentally evaluated and compared with the current intake
manifold (outside of the cylinder head).
For the helical intake geometry profile (inside of the cylinder head): This
profile is parameterized (5 parameters) based on the dimensions of the design and
manufacturing drawings of the engine. Then, building and implementing the
automatic process of calculation for the charging - compression simulation of
VIKYNO RV165-2 engine with Ansys - Fluent software with two survey values:
volumetric efficiency and swirl coefficient. Based on the simulation results, the
author used the method of artificial neural network (ANN) and the optimal
evolutionary differential method (DE) to find the best helical intake (inside of the
cylinder head).
The whole new improved intake manifold/ intake valve (inside and outside of
the cylinder head) is manufactured and experimented to evaluate with the current
manifold/intake valve. Working characteristics of the engine such as max power,
specific fuel consumption at the norm power are the criteria to be considered in the
experimental process.

ix


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

iv

Lời cảm ơn

v

Các kết quả đã công bố

vi

Tóm tắt

viii

Mục lục

x

Danh sách ký hiệu khoa học/chữ viết tắt

xvi

Danh sách các hình

xx

Danh sách các bảng

xxv

Chương 1: TỔNG QUAN

1

1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Các nghiên cứu liên quan

9

1.2.1. Các nghiên cứu trong nước

9

1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước

11

1.2.3. Nhận xét

40

1.3. Mục tiêu nghiên cứu

41

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

41

1.5. Phương pháp nghiên cứu

42

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

43

1.7. Các nội dung trong đề tài

44

1.8. Lưu đồ thể hiện các vấn đề nghiên cứu trong luận án

44

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP
ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2

46

2.1. Cơ sở lý thuyết về động cơ đốt trong

46

2.1.1. Công suất có ích của động cơ

46

x


2.1.2. Quá trình nạp và hiệu suất nạp

47

2.1.3. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp và đặc tính của
dòng không khí nạp trong động cơ Diesel
2.1.3.1. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến hiệu suất nạp

50
50

2.1.3.2. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đến tính chất dòng không khí
nạp

54
2.1.4. Tính toán quá trình nạp động cơ VIKYNO RV165-2

57

2.2. Cơ sở lý thuyết về động lực học lưu chất và tính toán mô phỏng trong Ansys –
Fluent

57

2.2.1. Các phương trình bảo toàn

57

2.2.1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng

57

2.2.1.2. Phương trình bảo toàn động lượng

59

2.2.1.3. Phương trình bảo toàn năng lượng

60

2.2.1.4. Phương trình Navier-Stokes

61

2.2.2. Mô hình Cold Flow Analysis trong module IC Engine của Ansys

63

2.2.3. Mô hình dòng chảy rối

64

2.3. Cơ sở lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo (ANN)

65

2.3.1. Nút

65

2.3.2. Lớp

66

2.3.3. Trọng số

66

2.3.4. Hàm kích hoạt

66

2.3.5. Quá trình lan truyền thẳng của mạng nơ-ron

67

2.3.6. Quá trình lan truyền ngược của mạng nơ-ron

68

2.4. Giải thuật tiến hóa vi phân

69

2.4.1. Quá trình khởi tạo

69

2.4.2. Quá trình đột biến

69

2.4.3. Quá trình lai tạo

70

xi


2.4.4. Quá trình chọn lọc

71

2.4.5. Điều kiện dừng của giải thuật DE

71

Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CỤM HỌNG NẠP

72

3.1. Đo đạc, đánh giá tính năng hoạt động của động cơ VIKYNO RV165-2 hiện
hữu

72

3.1.1. Thực nghiệm đánh giá

72

3.1.1.1. Sơ đồ thực nghiệm

72

3.1.1.2. Giới thiệu sơ lược các thiết bị dùng trong quá trình thực nghiệm 73
3.1.1.3. Nguyên lý đo và quy trình thực hiện quá trình thực nghiệm

76

3.1.1.4. Kết quả thực nghiệm đo các thông số vận hành của động cơ

77

3.2. Cải tiến họng nạp bên ngoài nắp xylanh (Cổ nối bộ lọc gió)

78

3.2.1. Sơ đồ thực nghiệm và nguyên lý vận hành

81

3.2.2. Các thiết bị thí nghiệm tại công ty SVEAM

82

3.2.3. Phương pháp đo và xử lý số liệu

83

3.2.3.1. Phương pháp đo

83

3.2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu

84

3.2.4. Kết quả cải tiến họng nạp bên ngoài nắp xylanh (Cổ nối bộ lọc gió)

85

3.2.4.1. Đặc tính làm việc của động cơ

85

3.2.4.2. Hệ số nạp

88

3.2.5. Nhận xét kết quả cải tiến hình dạng họng nạp bên ngoài nắp xylanh (cổ
nối bộ lọc gió)

88

3.3. Cải tiến biên dạng họng nạp bên trong nắp xylanh

90

3.3.1. Tham số hóa cụm họng nạp động cơ VIKYNO RV165-2

90

3.3.1.1. Xác định tham số

90

3.3.1.2. So sánh mô hình 3D cụm họng nạp dựng bằng phương pháp
hiện hữu và phương pháp tham số

95

3.3.2. 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

100

3.3.2.1. Xây dựng - hiện thực quy trình tự động tính toán mô phỏng kì nạp

xii


và nén của động cơ VIKYNO RV165-2

100

3.3.2.2. Thực nghiệm đối chứng kết quả mô phỏng trong Ansys–Fluent 108
3.3.3. 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

116

3.3.3.1. Quá trình thực hiện

116

3.3.3.2. Kết quả

118

3.3.4. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số nạp và hệ số xoáy

125

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

130

4.1. So sánh kết quả mô phỏng bằng phần mềm Ansys - ICE

131

4.1.1. Hệ số nạp

131

4.1.1.1. Phương pháp xử lý số liệu

131

4.1.1.2. Kết quả hệ số nạp

132

4.1.2. Kết quả hệ số xoáy (swirl ratio)

133

4.1.3. Trường vận tốc, áp suất và nhiệt độ

134

4.2. So sánh kết quả thực nghiệm

144

4.2.1. Kết quả thực nghiệm đo các thông số vận hành của động cơ VIKYNO
RV165-2 sau cải tiến

144

4.2.2. So sánh kết quả thực nghiệm giữa động cơ hiện hữu và động cơ
VIKYNO RV165-2 sau khi cải tiến

145

4.2.2.1. Công suất

146

4.2.2.2. Moment

146

4.2.2.3. Suất tiêu hao nhiên liệu ở công suất định mức ( Công suất = 14 Hp,
tại số vòng quay 2200 vòng/phút)

147

4.2.2.4. 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)

147

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

149

5.1 Kết quả đạt được của luận án

149

xiii


5.2 Đóng góp mới của luận án

149

5.3 Hướng phát triển của luận án

151

PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ
VIKYNO RV165-2

152

PHỤ LỤC 2: GIẤY CHỨNG NHẬN HIỆU CHUẨN CÁC THIẾT BỊ ĐO
CỦA CÔNG TY SVEAM

157

PHỤ LỤC 3: BẢNG KẾT QUẢ CẢI TIẾN HỌNG NẠP BÊN NGOÀI NẮP
XYLANH

165

PHỤ LỤC 4: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT

168

PHỤ LỤC 5: CODE TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH NẠP ĐỘNG CƠ VIKYNO
RV165-2

169

PHỤ LỤC 6: SỬ DỤNG CODE C# CHO ANSYS-FLUENT

184

PHỤ LỤC 7: SỬ DỤNG UDFS FILE CHO ANSYS-FLUENT

185

PHỤ LỤC 8: SỬ DỤNG CODE TEXT USER INTERFACE (TUI) CHO
ANSYS-FLUENT

187

PHỤ LỤC 9: SỬ DỤNG CODE JAVA SCRIPT CHO ANSYS-FLUENT 201
PHỤ LỤC 10: CODE SỬ DỤNG MATLAB

203

PHỤ LỤC 11: QUÁ TRÌNH CÀI ĐẶT VÀ CHẠY MÔ PHỎNG TRONG
INTERNAL COMBUSION ENGINE CỦA ANSYS

228

PHỤ LỤC 12: BẢNG KẾT QUẢ LƯU LƯỢNG THỂ TÍCH
(LẤY TỪ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ANSYS – ICE)

256

PHỤ LỤC 13: 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

xiv

319


PHỤ LỤC 14: CODE MATLAB MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO (ANN) VÀ
TIẾN HÓA VI PHÂN (DE)

325

TÀI LIỆU THAM KHẢO

341

xv


DANH SÁCH KÝ HIỆU KHOA HỌC/CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu khoa học
S p : vận tốc di chuyển trung bình của piston

Ap : diện tích đỉnh piston

 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
R: Chiều rộng góc xoắn
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

xvi


Ni : công suất chỉ thị
Nm : Công suất cơ giới

Vh : thể tích công tác.
QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu

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

 c : hiệu suất của sự cháy nhiên liệu
 m : hiệu suất cơ giới
i : số xylanh
n : tốc độ động cơ

 : 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
p0 : áp suất khí quyển

 v : hiệu suất nạp
pk : áp suất trước xúpap nạp
Tk : nhiệt độ trước xúpap nạp

M1: khối lượng khí nạp mới thực tế của mỗi chu trình

xvii

Mh : khối lượng khí nạp mới lý thuyết của mỗi chu trình
 0 : khối lượng riêng của không khí ở điều kiện bình thường
 k : là khối lượng riêng của không khí trên đường nạp

 r : hệ số khí sót
T : nhiệt độ sấy nóng khí nạp
pr : áp suất khí xót

Tr : nhiệt độ khí sót
pa : tổn thất áp suất trong quá trình nạp

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
Sr : hệ số xoáy dọc
Tratio: hệ số xoáy ngang
Vtt : vận tốc dòng không khí thực tế vào xylanh

D: đường kính xylanh
k : năng lượng rối

𝑢𝑖 : vận tốc theo các phương
𝜇𝑡 : độ nhớt
𝐸𝑖𝑗 : biến dạng trung bình của phần tử lưu chất
.

V alt : là thể tích nạp lý thuyết

.

ma : khối lượng không khí nạp thực tế

xviii


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

xix


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 1.14: So sánh vận tốc dòng khí

20

Hình 1.15: Một số mô hình được xây dựng

22

Hình 1.16: Kết quả dưới dạng mặt phẳng 3D xuất ra từ Ansys

22

Hình 1.17: Biểu đồ độ nhạy cục bộ (Local sensitivity charts)

23

Hình 1.18: Các mẫu thiết kế họng nạp bài báo đề suất

24

Hình 1.19: Biểu đồ hệ số xoáy và hệ số nạp

25

Hình 1.20: So sánh tỉ số xoáy giữa các họng nạp dạng xoắn ốc

25

Hình 1.21: So sánh giữa họng nạp xoắn ốc và dạng tiếp tuyến

26

Hình 1.22: Mô hình với hai họng nạp

26

Hình 1.23: Hình ảnh bố trí thực nghiệm

27

Hình 1.24: Các mẫu họng nạp đề xuất

28

Hình 1.25: Mô hình lưới cụm họng nạp trong nghiên cứu

29

xx


Hình 1.26: Các thông số thiết kế họng nạp được đề xuất cho
động cơ Toyota 2KD-FTV

30

Hình 1.27: Sơ đồ giả thuật của nghiên cứu của Frantisek SEDLACEK và Michal
SKOVAJSA

32

Hình 1.28: Động cơ Yamaha YZF-R6

34

Hình 1.29: Cụm buồng đốt và họng nạp

34

Hình 1.30: Biểu đồ vận tốc theo góc quay trục khuỷu của động cơ
Yamaha YZF-R6

35

Hình 1.31: Biểu đồ áp suất theo góc quay trục khuỷu của động cơ
Yamaha YZF-R6

35

Hình 1.32: Biểu đồ lưu lượng theo góc quay trục khuỷu của động cơ
Yamaha YZF-R6

36

Hình 1.33: Mô hình 3D họng nạp của động cơ Yamaha YZF-R6
được đưa vào mô phỏng

36

Hình 1.34: Mô hình tham số hóa họng nạp động cơ Yamaha YZF-R6

37

Hình 1.35: Kết quả mô phỏng trường vận tốc của động cơ
Yamaha YZF-R6

38

Hình 1.36: Kết quả mô phỏng trường áp suất của động cơ
Yamaha YZF-R6

39

Hình 1.37: Kết quả họng nạp tối ưu theo kết quả mô phỏng của
động cơ Yamaha YZF-R6.

39

Hình 1.38: Cụm họng / xúpap nạp động cơ VIKYNO RV165-2

41

Hình 2.1: Diễn biến quá trình nạp động cơ bốn kỳ

51

Hình 2.2: Họng nạp động cơ VIKYNO RV165-2

53

Hình 2.3: Hệ số xoáy theo phương dọc

55

Hình 2.4: Hệ số xoáy theo phương ngang

56

Hình 2.5: Phần tử không khí

58

Hình 2.6: Quá trình lan truyền ngược của mạng nơ-ron

68

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thực nghiệm đo tính năng kỹ thuật của động cơ

72

xxi


Hình 3.2: Một số hình ảnh quá trình lắp đặt và chạy thử nghiệm

73

Hình 3.3: Động cơ sau khi lắp đặt xong trên băng thử

73

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của phanh điện APA 100

74

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị cân nhiên liệu 733S

75

Hình 3.6: Đặc tính Me, Ne và ge theo tốc độ động cơ

77

Hình 3.7: Mô hình 3D phương án hiện hữu

79

Hình 3.8: Phương án ngẫu nhiên 01

79

Hình 3.9: Phương án ngẫu nhiên 02

80

Hình 3.10: Phương án cải tiến 01

80

Hình 3.11: Phương án cải tiến 02

81

Hình 3.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm

82

Hình 3.13: Thực nghiệm đánh giá tính năng hoạt động và hệ số nạp của động
cơ VIKYNO RV165-2

82

Hình 3.14: Đồ thị so sánh công suất các phương án thực nghiệm

86

Hình 3.15: Đồ thị so sánh moment các phương án thực nghiệm

86

Hình 3.16: So sánh suất tiêu hao nhiên liệu tại công suất định mức các phương án
thực nghiệm

87

Hình 3.17: So sánh hệ số nạp các phương án thực nghiệm

88

Hình 3.18 Bản vẽ chế tạo nắp xylanh động cơ RV165-2 của SVEAM/1

91

Hình 3.19: Bản vẽ chế tạo nắp xylanh động cơ RV165-2 của SVEAM/2

92

Hình 3.20: Hàm số thể hiện các đường sinh của họng nạp

93

Hình 3.21: Các kích thuớc hình học quan trọng

93

Hình 3.22: Thiết kế 2D họng nạp xoắn ốc động cơ VIKYNO RV165-2

97

Hình 3.23: Các mặt cắt dựng trong Solidworks

98

Hình 3.24: Đường nạp xoắn ốc dựng bằng phương pháp cũ

98

Hình 3.25: Đường nạp xoắn ốc dựng bằng phương pháp tham số

99

Hình 3.26: So sánh mô hình 3D của hai phương án

100

Hình 3.27: Họng nạp dựng bằng phương pháp tham số và phương pháp
hiện hữu

100

xxii