Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ d6ac và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ tiêu âm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ D6AC VÀ MÔ
PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ GIẢM ÂM

Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH THIỆN

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp-thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả
bộ tiêu âm
Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH THIỆN
Số thẻ SV: 103150161
Lớp: 15C4B
Nội dung đồ án trình bày các lý thuyết chung về hệ thống nạp-thải, kết quả khảo sát hệ
thống nạp thải động cơ D6AC trên xe Hyundai HD320 bao gồm: giới thiệu tổng quát
về các hệ thống động cơ trên xe, phân tích kỹ, làm rõ các loại, kết cấu và chức năng
của các bộ phận trong hệ thống nạp thải. Bên cạnh đó mơ phỏng dịng khí thải khi đi
qua các bộ giảm âm có kết cấu khác nhau nhằm phân tích, đánh giá hiệu quả giữa
chúng.
Đề tài gồm những nội dung cụ thể như sau:
- Giới thiệu chung về hệ thống nạp thải động cơ.
- Giới thiệu chung về động cơ D6AC.
- Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC.
- Xây dựng mơ hình mơ phỏng và đánh giá hiệu quả bộ giảm âm.
- Kết luận đề tài.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA: CƠ KHÍ GIAO THƠNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: TRẦN ĐÌNH THIỆN
Số thẻ sinh viên: 103150161
Lớp: 15C4B
Khoa: Cơ Khí Giao Thơng
Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
1. Tên đề tài đồ án: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá
hiệu quả bộ giảm âm
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Tham khảo từ Catalog động cơ D6AC và tài liệu Internet
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống nạp thải động cơ.
Chương 2: Giới thiệu chung về động cơ D6AC.
Chương 3: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC.
Chương 4: Xây dựng mơ hình mơ phỏng và đánh giá hiệu quả bộ giảm âm.
- Kết luận.
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Bản vẽ 1: Cơ cấu piston – thanh truyền – trục khuỷu. (A3)
Bản vẽ 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp thải động cơ D6AC. (A3)
Bản vẽ 3: Các cảm biến trong hệ thống nạp thải động cơ D6AC. (A3)

Bản vẽ 4: Kết cấu van EGR. (A3)
Bản vẽ 5: Kết cấu bộ tiêu âm cơ bản. (A3)
Bản vẽ 6: Kết cấu bộ tiêu âm đục lỗ (A3)
Bản vẽ 7&8: Kết quả mơ phỏng 2 mơ hình bộ giảm âm. (A3)
6. Họ tên người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quang Trung
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
03/09/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án:
17/12/2019
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2019
Trưởng Bộ mơn Ơtơ & Máy động lực
Người hướng dẫn

PGS. TS. Dương Việt Dũng

Ths. Nguyễn Quang Trung


LỜI NÓI ĐẦU
Một nước cờ tốt sẽ cho ta một kết quả tốt.
Một môi trường sống tốt sẽ cho ta cách sống tốt hơn.
Một môi trường làm việc sẽ cho ta cơ hội thăng tiến hơn trong công việc!
Đúng vậy, ngành công nghệ kỹ thuật ôtô ở Việt Nam những năm gần đây có
những bước phát triển vượt bậc như VinGroup thành lập VinFast đưa ngành ôtô Việt
Nam ra thị trường thế giới. Bên cạnh đó, các hãng ơtơ nước ngoài như Audi,
Mercedes, Honda,.. cũng nhập khẩu sang Việt Nam với số lượng lớn làm cho ngành
oto ở Việt Nam có tính đa dạng cao. Tạo điều kiện cho kỹ sư ngành động lực có cơ hội
việc làm và thăng tiến. Bên cạnh đó cũng địi hỏi kỹ sư cơ khí động lực phải có trình

độ cao để đáp ứng được yêu cầu để làm việc.
Cùng với ngành kỹ thuật và cơng nghệ ơtơ phát triển thì hậu quả do nó để lại
cũng vơ cùng lớn, một trong số đó chính là vấn đề ơ nhiễm mơi trường do khí thải
động cơ sinh ra. Khí thải ngồi việc gây ơ nhiễm mơi trường cịn làm cho khơng khí
nóng lên và gây ơ nhiễm tiếng ồn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hệ thống nạp thải và
bộ tiêu âm là vô cùng cần thiết để bảo vệ môi trường và đáp ứng nhu cầu của thị
trường thế giới. Vì vậy, Em chọn đề tài “Khảo sát hệ thống nạp - thải động cơ D6AC
và mơ phỏng dịng khí thải qua bộ tiêu âm”. Đây là một cơ hội vô cùng thuận lợi để
em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp thải trên động cơ nói chung, đồng
thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới về kết cấu của hệ thống nạp - thải trên
một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây.
Để thực hiện đề tài này đòi hỏi sinh viên ngồi kiến thức về chun ngành cịn
phải có kỹ năng tìm kiếm những nguồn tài liệu mới, đặc biệt cần khai thác mạng thơng
tin tồn cầu internet. Bên cạnh đó cần trau dồi thêm khả năng ngoại ngữ chuyên ngành
động cơ và ơtơ.
Do kiến thức cịn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn
ít và điều kiện thời gian còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em khơng tránh khỏi
những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em
được hoàn thiện hơn.

i


Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS. Nguyễn
Quang Trung và các thầy cơ giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thơng cùng tất cả các bạn
sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này

i

CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả thực hiện nghiên cứu, cải tạo trong đồ án
này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Những phần sử
dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo. Mọi
sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn
trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Nếu có sai sót
gì xảy ra tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ mơn và nhà
trường đề ra.

Sinh viên thực hiện

Trần Đình Thiện

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................i
CAM ĐOAN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ .......................................................................iv
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................................v
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Mục đích ý nghĩa đề tài ............................................................................................. 1
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................................1
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ .........2
1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nạp thải trên động cơ ô tô ...........................2

1.2. Hệ thống nạp thải trên động cơ xăng ...................................................................2
1.2.1. Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí .....................................................3
1.2.2. Đường nạp động cơ phun xăng điện tử .................................................................4
1.2.3. Đường thải động cơ xăng ......................................................................................7
1.2.4. Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng ..............7
1.3. Hệ thống nạp thải động cơ diezen .........................................................................9
1.3.1. Đường nạp động cơ diezen ....................................................................................9
1.3.2. Đường thải động cơ diezen..................................................................................10
1.3.3. Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp ......................................................10
1.3.4. Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen ..........11
1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong......................................12
1.4.1. Quá trình nạp .......................................................................................................12
1.4.2. Quá trình thải .......................................................................................................15
Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ D6AC ......................................18
2.1. Giới thiệu về động cơ D6AC ................................................................................18
2.2. Các thông số cơ bản của động cơ D6AC ............................................................ 18
2.3. Kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ D6AC............................................19
iii


2.3.1. Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu.............................................................. 19
2.3.2. Hệ thống nhiên liệu ............................................................................................. 22
2.3.3. Hệ thống phân phối khí .......................................................................................23
2.3.4. Hệ thống bôi trơn .................................................................................................25
2.3.5. Hệ thống làm mát ................................................................................................ 27
Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ D6AC ...................28
3.1. Sơ đồ bố trí và nguyên lý làm việc hệ thống nạp thải động cơ D6AC .............28
3.2. Kết cấu các cụm chi tiết hệ thống nạp thải động cơ D6AC .............................. 30
3.2.1. Đường ống nạp ....................................................................................................30
3.2.2. Đường ống thải ....................................................................................................36

3.3. Turbo tăng áp .......................................................................................................40
3.3. Hệ thống tuần hồn khí thải EGR ......................................................................42
3.4. Tính tốn nhiệt động cơ D6AC............................................................................30
3.4.1. Các thông số động cơ .......................................................................................... 44
3.4.2. Các thông số chọn ............................................................................................... 45
3.4.3. Tính tốn các chu trình cơng tác..........................................................................45
Chương 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ
TIÊU ÂM ......................................................................................................................52
4.1. Mơ hình hóa 3D bộ tiêu âm bằng phần mềm Catia ..........................................52
4.1.1 Tổng qua về phần mềm catia ................................................................................52
4.2. Mơ hình mơ phỏng dịng khí thải khi đi qua bộ tiêu âm ..................................62
4.2.1 Sơ lược về phần mềm ........................................................................................... 62
4.1.2 Các ứng dụng của Ansys Fluent ...........................................................................63
4.1.3. Mơ phỏng dịng khí thải đi qua bộ tiêu âm bằng phần mềm Ansys Fluent .........64
4.3. So sánh và đưa ra kết luận về các đại lượng với các bộ tiêu âm với kết cấu
khác nhau .....................................................................................................................74
4.3.2 Bộ giảm âm 1........................................................................................................74
4.3.2 Bộ giảm âm 2........................................................................................................75
4.3.3 So sánh và đánh giá kết quả .................................................................................77
KẾT LUẬN ..................................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 80

iii


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
BẢNG 2.1: Các thơng số cơ bản của động cơ D6AC
BẢNG 3.1: Bảng thông số cho trước của động cơ D6AC
BẢNG 3.2: Bảng thông số chọn
BẢNG 4.2: Bảng so sánh giá trị đầu vào và ra của 2 mơ hình bộ giảm âm

HÌNH 1.1:

Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải

HÌNH 1.2 :
HÌNH 1.3 :
HÌNH 1.4:

Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí
Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử
Cổ họng gió

HÌNH 1.5:
HÌNH 1.6:

Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên

HÌNH 1.7:
HÌNH 1.8:
HÌNH 1.9:

Sơ đồ đường thải động cơ xăng
Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ
Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía

HÌNH 1.10: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen
HÌNH 1.11:
HÌNH 1.12:
HÌNH 1.13:

HÌNH 1.14:

Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi khơng khí
Sơ đồ đường thải động cơ diezel
Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp
Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau

HÌNH 1.16:
HÌNH 1.17:
HÌNH 2.1:
HÌNH 2.2:
HÌNH 2.3:

Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ
Kết cấu piston
Kết cấu thanh truyền
Kết cấu trục khuỷu

HÌNH 2.4:
HÌNH 2.5:
HÌNH 2.6:
HÌNH 2.7:
HÌNH 2.8:
HÌNH 3.1:
HÌNH 3.2:
HÌNH 3.3:
HÌNH 3.4:

Hệ thống nhiên liệu của động cơ D6AC

Sơ đồ dẫn động phối khí
Sơ đồ dẫn động cam
Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ D6AC
Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D6AC
Sơ đồ bố trí hệ thống nạp động cơ D6AC
Sơ đồ bố trí hệ thống thải động cơ D6AC
Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp – thải động cơ D6AC EURO IV
Sơ đồ nguyên hệ thống nạp – thải động cơ D6AC EURO II
iv


HÌNH 3.5:

Lọc gió động cơ D6AC

HÌNH 3.6:
HÌNH 3.7:

Van Thốt bụi
Bộ góp nạp

HÌNH 3.8:
HÌNH 3.9:

Bộ giải nhiệt khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy

HÌNH 3.10: Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí
HÌNH 3.11: Cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy
HÌNH 3.12: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

HÌNH 3.13: Bộ góp thải
HÌNH 3.14: Lõi kim loại tổ ong bên trong bộ xử lý khí thải
HÌNH 3.15: Hiệu quả chuyển đổi phụ thuộc vào nhiệu độ khí thải
HÌNH 3.16: Cấu tạo bộ lọc bồ hóng DPF
HÌNH 3.17: Kết cấu bộ giảm âm phụ
HÌNH 3.18: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bình tiêu âm phụ
HÌNH 3.19: Kết cấu bộ giảm chính
HÌNH 3.20: Kết cấu của bộ tuabin tăng áp
HÌNH 3.21: Sơ đồ hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
HÌNH 3.22: Kết cấu van EGR
HÌNH 4.1:
HÌNH 4.2:
HÌNH 4.3:
HÌNH 4.4:
HÌNH 4.5:
HÌNH 4.6:
HÌNH 4.7:
HÌNH 4.8:
HÌNH 4.9:

Giao diện Sketch
Mơi trường làm việc Part Design
Dựng khối trong Catia
Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid
Mơ tả thuật tốn Surface
Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener
Bảng thông báo vào môi trường phát thảo 2D
Biên dạng bộ tiêu âm
Tạo khối bộ tiêu âm

HÌNH 4.10:
HÌNH 4.11:
HÌNH 4.12:
HÌNH 4.13:
HÌNH 4.14:
HÌNH 4.15:
HÌNH 4.16:
HÌNH 4.17:

Biên dạng các ống trong bộ tiêu âm
Hình ảnh sau khi khoét các rãnh
Hình ảnh sau khi nối các ống đứt đoạn bằng công cụ ThickSurface
Hình ảnh vẽ biên dạng các lỗ trịn của các ống bên trong bộ tiêu âm
Bảng thông số công cụ Pad
Hình ảnh sau khi vẽ các lỗ trên bề mặt ống bên trong bộ tiêu âm
Hình ảnh khi sử dụng cơng cụ Circular Pattern
Hình ảnh khi sử dụng cơng cụ Rectangular Pattern

HÌNH 4.18: Hình ảnh sau khi sử dụng lệnh đối xứng Mirror
iv


HÌNH 4.19: Động cơ đốt trong được mơ hình hóa bằng ANSYS Fluent
HÌNH 4.20: Mơ hình bài tốn
HÌNH 4.21: Cách đổi tên cho một mặt
HÌNH 4.22: Hình ảnh sau khi chia lưới
HÌNH 4.23: Cửa sổ lựa chọn của FLUENT Launcher
HÌNH 4.24: Màn hình hiển thị sau khởi động FLUENT Luncher
HÌNH 4.25:
HÌNH 4.26:

HÌNH 4.27:
HÌNH 4.28:
HÌNH 4.29:
HÌNH 4.30:
HÌNH 4.31:
HÌNH 4.32:
HÌNH 4.33:
HÌNH 4.34:
HÌNH 4.35:
HÌNH 4.36:

Bảng chọn đơn vị
Bảng kết quả kiểm tra lưới
Các mơ hình có sẵn trong Models
Lựa chọn Energy Equation
Bảng định nghĩa các vật liệu
Bảng thay đổi các thiết lập cho từng đối tượng.
Bảng điều khiển Residual Monitor
Bảng lựa chọn các khởi tạo ban đầu
Bảng kết quả sau khi khởi tạo
Bảng điều chỉnh trong Run Calculation
Bảng sai số các giá trị
Biểu diễn contours nhiệt độ trong CFD – Post

HÌNH 4.37: Biểu diễn contours áp suất trong CFD – Post
HÌNH 4.38:
HÌNH 4.39:
HÌNH 4.40:
HÌNH 4.41:

Biểu diễn contours vận tốc trong CFD – Post
Kết cấu mơ hình bộ giảm âm cơ bản
Kết quả nhiệt độ sau khi mơ phỏng mơ hình kết cấu cơ bản
Kết quả áp suất sau khi mơ phỏng mơ hình kết cấu cơ bản

HÌNH 4.42:
HÌNH 4.43:
HÌNH 4.44:
HÌNH 4.45:
HÌNH 4.46:

Kết quả vận tốc sau khi mơ phỏng mơ hình kết cấu cơ bản
Kết cấu mơ hình bộ giảm âm đục lỗ
Kết quả nhiệt độ sau khi mơ phỏng mơ hình bộ giảm âm đục lỗ
Kết quả vận tốc sau khi mô phỏng mơ hình bộ giảm âm đục lỗ
Kết quả áp suất sau khi mơ phỏng mơ hình bộ giảm âm đục lỗ

iv


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:
EGR : Exhaust Gas Recirculation.
DOC : Diesel Oxidation Catalyst.
DPF : Diesel Particulate Filter.

v

Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

MỞ ĐẦU

1. Mục đích ý nghĩa đề tài
Sự phát triển của nền công nghiệp ô tô ở mỗi quốc là một trong những điều kiện
cơ bản để đánh giá tình hình phát triển của đất nước đó. Tại Việt Nam chúng ta đây là
một ngành mới bắt đầu phát triển trong những năm gần đây, tuy nhiên nó diễn ra rất
mạnh mẽ và đòi hỏi những kiến thức của hầu hết các ngành khoa học.
Đối với mỗi sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng vai trị rất quan trọng, nó
khơng đơn thuần là một bài kiểm tra cuối khóa học mà nó cịn là sự tổng hợp và khái
qt lại tất cả những kiến thức đã học, từ những kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên
ngành. Em nhận được đề tài tốt nghiệp là: “Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC
và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm”.
Đây là một trong những đề tài rất thú vị, với mục đích khảo sát nhằm phân tích
kết cấu của các thiết bị trên hệ thống nạp thải, xác định thơng số làm việc và kích
thước cơ bản của hệ thống.
Trên cơ sở đó đề tài tiến hành mô phỏng hoạt động của bộ giảm âm cho các kết
cấu khác nhau nhằm đề xuất giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện làm việc.
2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung đề tài được chia làm 2 phần chính.
+ Phần 1: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC lắp trên xe Hyundai
HD320.
+ Phần 2: Mơ phỏng dịng khí thải động cơ qua các mơ hình 3D bộ tiêu
âm sau đó đưa ra sự thay đổi các tính chất vật lý: áp suất, nhiệt độ, vận tốc...
cũng như tính được tổn thất cường độ âm thanh để so sánh và đánh giá được
hiệu quả của bộ tiêu âm.
Phương pháp nghiên cứu:
+ Khảo sát một hệ thống nạp thải thật trên động cơ D6AC lắp trên xe
Hyundai HD320.

+ Xây dựng mơ hình 3D bằng phần mềm Catia và mơ phỏng dịng khí
thải bằng modul Fluid Flow (Fluent) có trong phần mềm Ansys Workbench

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

1


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ

1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nạp thải trên động cơ ơ tơ
Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu vào buồng
cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ buồng
cháy thoát ra ngoài. Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn hợp có
thành phần hồ khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải sạch sản
phẩm cháy ra ngồi trong q trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớn nhất và giảm
ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn.
1.2. Hệ thống nạp thải trên động cơ xăng

4

3
1

2
5

6

Hình1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải
1-Bộ lọc khơng khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải;
5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm.
Khơng khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc khơng khí đến cổ họng gió,
ở động cơ dùng bộ chế hịa thì hịa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân không tại
họng, từ đây không khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt. Sau khi hịa khí được đốt
cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi vào bộ xúc tác ba chức
năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại rồi theo ống dẫn khí thải
qua bộ giảm âm thốt ra ngồi môi trường.
Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trị quan trọng trong
việc đưa một lượng khơng khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn
lượng khí thải đã xỷ lý ra ngồi mơi trường.
SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

2


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.2.1. Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí

Hình 1.2: Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí
1-Bướm ga; 2-Đường ống nhiên liệu; 3-Van kim; 4-Buồng phao;
5-Phao; 6-Ziclơ; 7-Đường ống nạp; 8-Vịi phun; 9-Họng;
Khơng khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9)
của bộ chế hồ khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân

khơng khi khơng khí đi qua họng. Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có
độ chân khơng nhỏ nhất. Vịi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất của
họng. Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vịi phun. Nhờ có
độ chân khơng ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành những hạt
sương mù nhỏ hỗn hợp với dịng khơng khí đi qua họng vào động cơ. Để bộ chế hồ
khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao ln ln ở mức cố định vì vậy
trong buồng phao có đặt phao (5). Nếu mức nhiên liệu trong buồng phao hạ xuống thì
phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiên liệu từ đường ống
(2) đi vào buồng phao. Phía sau họng cịn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng
hỗn hợp đưa vào động cơ.

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

3


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.2.2. Đường nạp động cơ phun xăng điện tử

Hình 1.3: Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử
1-Bộ lọc khí; 2-Cảm biến MAF; 3-Bướm ga; 4-Cổ họng gió;
5-Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Đường ống nạp
Khơng khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp
được truyền về ECU thơng qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính tốn và định lượng
phun cho phù hợp, sau đó dịng khí nạp tới cổ họng gió. Đây là thiết bị kiểm sốt
lượng khơng khí cho các động cơ dùng bộ chế hịa khí và phun nhiên liệu. Lượng
khơng khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga.

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

4


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mơ phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm
2
1
5

3

ECU

1

4

Cạc tên hiãû
u
khạc nhau

2
Hình 1.4: Cổ họng gió

1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga;
4-Mơtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thơng qua các cơ cấu
cơ khí nối từ bàn đạp ga đến bướm ga, hiện nay điều này đã được thay thế bằng hệ
thống điều khiển bằng điện tử hiện đại. Dịng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp sau
đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ
Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế cải
tiến nhằm lợi dụng lực qn tính lưu động của dịng khí nạp để nạp thêm, những vật
liệu mới như nhựa tổng hợp, sợi cacbon cho phép tạo dáng đường nạp có hệ số cản
nhỏ, kích thước gọn nhẹ mà độ cách nhiệt cao hơn vật liệu kim loại.

Hình 1.5: Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
1- Đường ống nạp; 2- Buồng tích áp

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

5


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc là dựa vào hình
dạng thiết kế đặc biệt dạng xoắn ốc của đường nạp để tạo ra hiệu ứng lưu động dịng
khí nạp. Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp.
Ngồi ra một số bộ góp nạp cịn có đường nạp được phân khúc- khi động cơ
chạy ở tốc độ thấp, đường nạp dài; khi động cơ chạy ở tốc độ cao, đường nạp ngắn nhờ
sự đóng mở của van biến thiên đường nạp.

Hình 1.6: Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên.
a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở

1 - Buồng tích áp; 2 - Van biến thiên đường nạp.
Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên:
Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng. Ở điều kiện này, chiều
dài khoảng tác động của đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp
dài, với tác dụng của lực qn tính khí nạp, lượng khơng khí nạp được tăng lên, mômen xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vịng quay từ thấp đến trung bình.
Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở. Ở điều kiện này, chiều
dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp ngắn (
như hình-a). Lực qn tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp ngắn
lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mơ-men xoắn của động cơ cũng tăng
lên theo ở tốc độ cao.

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

6


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.2.3. Đường thải động cơ xăng

Hình 1.7: Sơ đồ đường thải động cơ xăng
1- Đường ống thải; 2- Cảm biến oxy chính ;3- Bộ xúc tác 3 chức năng
4- Cảm biến oxy phụ; 5- Bộ giảm âm
Đường ống thải của động cơ có nhiệm vụ đưa khí cháy từ buồng cháy ra ngồi
mơi trường qua đó tạo điều kiện cho việc nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh động
cơ. Bên cạnh đó đường ống thải của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí xả thốt
ra ngồi mơi trường ít gây ô nhiễm môi trường.
Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí khơng được trang bị bộ

lọc khí thải 3 thành phần (TWC) và cảm biến oxy, chỉ ở động cơ phun xăng điện tử
mới trang bị TWC, vì nó chỉ có thể hoạt động có hiệu quả khi đi kèm với hệ thống
thông tin phản hồi về hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu bằng cách theo dõi lượng oxy
trong khí thải bỡi cảm biến oxy đặt trên đường ống thải.
Ở một số xe đời mới có trang bị 2 cảm biến oxy, cảm biến oxy chính dùng để
xác định nồng độ oxy trong khí thải, gửi tín hiệu điện về ECU xử lý để định lượng
nhiên liệu phun thích hợp. Các hư hỏng của bộ lọc khí thải có thể phát hiện bằng cách
so sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy chính và phụ.
1.2.4. Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng
Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí do đặc điểm hịa khí được hình
thành ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân khơng tai họng, do vậy hịa
khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho khơng khí và nhiên liệu hịa

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

7


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dịng khí thải đã được tận dụng để sấy nóng dịng khí
nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau.

Hình 1.8: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ
1-Nắp máy ;2- Đường thải ;3- Đường nạp
Hoặc có thể bố trí đường nạp và thải về hai phía, ở trường hợp này nhiệt độ của
nước làm mát động cơ được sử dụng để gia nhiệt cho dịng khí nạp.

Hình 1.9: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía
1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp
Cịn đối với động cơ phun xăng điện tử, hịa khí được hình thành rất tốt nhờ
kim phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp khơng khí vào buồng đốt nên để tránh sự
truyền nhiệt từ nắp máy và dịng khí thải, đường ống nạp được làm bằng nhựa cách
nhiệt rất tốt và đường nap-thải được bố trí về hai phía khác nhau.

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

8


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.3. Hệ thống nạp thải động cơ diezen

2

3

1
4

5

Hình 1.10: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen
1-Bộ lọc không khí ; 2-Đường ống nạp; 3-Đường ống thải;
4-Bộ xúc tác; 5-Bộ giảm âm

1.3.1. Đường nạp động cơ diezen

Hình 1.11: Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi khơng khí
1-Bộ sưỡi khơng khí; 2-Ống góp nạp; 3-Đường ống nạp
Khơng khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc khơng khí rồi đến ống góp
nạp, đối với các nước có khí hậu lạnh trên động cơ có hệ thống sưỡi ấm khơng khí
được trước khi vào các xylanh động cơ bằng dây điện trở đặt tại ống góp nạp, hoặc
bugi sưỡi trong buồng đốt động cơ, điều này giúp máy dễ nỗ khi khởi động lạnh Còn
đối với động cơ diezen sử dụng ở các nước có khí hậu nóng thì khơng có bộ sưỡi
khơng khí.
Ở động cơ cummunrai, là động cơ diezen hiện đại nên trên đường nạp cịn có
cảm biến để đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp (MAF), và ln có máy nén tăng áp.

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

9


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.3.2. Đường thải động cơ diezen

Hình 1.12: Sơ đồ đường thải động cơ diezel
1- Đường ống thải ;2- Ống góp thải; 3-Bộ giảm âm
Hỗn hợp nhiên liệu sau khi cháy được dẫn ra khỏi xylanh động cơ bỡi các
nhánh ống thải, đi vào ống góp thải tới bộ giảm âm rồi thải ra ngồi mơi trường
1.3.3. Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp

Hình 1.13: Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp
1-Động cơ; 2-Mạch giảm tải; 3-Van điều tiết; 4-Máy nén ;
5-Bầu lọc khơng khí; 6-Bộ làm mát trung gian;7- Khoang khí nạp.
Ở động cơ diezen, tận dụng dụng năng lượng của dịng khí thải, trên đường ống
thải có bố trí tuabin tăng áp để tăng áp dịng khí nạp
Dịng khí thải đi vào bánh tuabin truyền động năng làm quay trục dẫn động
bánh nén, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ. Áp suất tăng áp khí
nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc độ dịng khí thải hay tốc độ quay của bánh
tuabin ). Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh tuabin trong khoảng hoạt động
tối ưu theo số vịng quay của động cơ trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải. Mạch
SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

10


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

giảm tải làm việc nhờ van điều tiết thơng qua đường khí phản hồi và cụm xi lanh. Khi
áp suất tăng van mở 1 phần khí thải khơng qua bánh tuabin, thực hiện giảm tốc độ cho
bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức của áp suất khí nạp.
Van điều tiết và mạch giảm tải: Van điều tiết được gắn vào vỏ tuabin. Khi động
cơ làm việc ở tải cao, áp suất khí thải rất lớn, vì thế cánh tuabin làm việc với tốc độ
cao làm tăng cao áp suất khơng khí nạp, nạp vào động cơ. Mạch giảm tải làm nhiệm
vụ điều khiển van điều tiết thải bớt khí thải động cơ từ trước cửa vào tuabin, ra trực
tiếp ống thải.
1.3.4. Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen
Để tránh sự truyền nhiệt từ đường dẫn khí thải làm giảm lượng khí nạp vào
động cơ dẫn tới làm giảm cơng suất động cơ, nên đường nạp và đường thải ở động cơ

diezen thường được bố trí về hai phía.

1
2

3
Hình 1.14: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

2
1
3
Hình 1.15: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

11


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong
Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động
cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc. Vì vậy
khi phân tích q trình nạp cần lưu ý đến những thơng số đặc trưng của q trình thải,
tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi mơi chất.
Trong động cơ 4 kỳ, q trình thay đổi mơi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở

xu páp thải (điểm b’ ). Từ b’ đến ĐCD nhờ chênh áp, sản vật cháy tự thoát ra đường
thải. Sau đó, từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưỡng bức của piston, sản vật cháy được
đẩy tiếp. Tại ĐCT (điểm r ), sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy Vc với áp suất
pr > pthải, tạo ra chênh áp Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dịng khí n
qua xu páp thải và vào trở lực của bản thân đường thải.
Xu páp thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn ) nhằm tăng thêm giá trị
“tiết diện – thời gian” mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp Δpr và qn tính
của dịng khí thải tiếp tục đẩy khí sót ra ngồi.
1.4.1. Q trình nạp
Q trình nạp mơi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT
xuống ĐCD. Lúc đầu ( tại điểm r ), do pr > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xu páp
nạp ) và do pr > pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tục chạy ra
ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm ro rồi từ đó trở đi, mơi chất mới có
thể bắt đầu nạp vào xi lanh.

Hình 1.16: Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Q trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi
lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số mơi chất mới
SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

12


Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

chứa đầy thể tích cơng tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của mơi chất mới ở phía
trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của môi chất mới ở phía trước bộ chế
hồ khí (đối với động cơ xăng). Các thông số sau đây ảnh hưởng chính tới q trình

nạp :
+ Áp suất cuối q trình nạp pa
Áp suất cuối q trình nạp có ảnh hưởng lớn tới công suất động cơ. Muốn tăng
áp suất cuối quá trình nạp người ta sử dụng các biện pháp sau :
- Tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thông lớn và phương
hướng lưu động thay đổi từ từ, ít ngoặt.
- Dùng xu páp có đường kính lớn hoặc dùng nhiều xu páp. Động cơ 1NZ-FE sử
dụng hai xu páp nạp và hai xu páp thải cho mỗi máy, do đó tăng được lượng khí lưu
thơng trong mỗi chu trình, tăng áp suất pa.
+ Lượng khí sót
Cuối q trình thải, xi lanh cịn lưu lại 1 ít sản vật cháy gọi là khí sót. Trong q
trình nạp, số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp mới
,làm giảm lượng khí nạp mới. Vì vậy giảm lượng khí sót sẽ làm tăng lượng khí nạp
vào , làm tăng công suất động cơ. Các biện pháp sau làm giảm lượng khí sót :
- Dùng động cơ tăng áp. Phương pháp này thường được sử dụng trên động cơ
điêden do khơng bị hạn chế bởi khả năng kích nổ.
- Tăng góc trùng điệp các xu páp nạp và thải. Phương pháp này áp dụng cho cả
động cơ xăng và điêden.
+ Nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới ΔT
Đi trên đường nạp và vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng
của động cơ, được sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số ΔT.
ΔT = ΔTt – ΔTb.h
Trong đó :
ΔTt: mức tăng nhiệt độ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng
ΔTb.h – mức giảm nhiệt độ của mơi chất mới do bay hơi của nhiên liệu .
ΔT = 20 ÷ 40oC – đối với động cơ điêden;
ΔT = 0 ÷ 20oC – đối với động cơ xăng.
+ Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp Ta
Nhiệt độ mơi chất cuối quá trình nạp Ta cũng ảnh hưởng tới mật độ môi chất
mới nạp vào xi lanh. Tăng Ta làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xi lanh và ngược

lại. Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp Ta lớn hơn Tk ( nhiệt độ môi chất mới trước
xu páp nạp ) và nhỏ hơn Tr ( nhiệt độ khí sót ) là do kết quả của việc truyền nhiệt từ
các bề mặt nóng tới mơi chất mới khi tiếp xúc và việc hồ trộn của mơi chất mới với
SVTH: Trần Đình Thiện

GVHD: ThS. Nguyễn Quang Trung

13