BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khoa công nghệ kĩ thuật ô tô
TÊN ĐỀ TÀI:
XÂY DỰNG MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN PHẦN KHÍ
THẢI CỦA ĐỘNG CƠ FAM II 2.4D BẰNG PHẦN MỀM
AVL BOOST

Sinh viên thực hiện

:

Phan Văn Dương

Mã sinh viên

:

2018604701

Giáo viên hướng dẫn

:

TS. Phạm Minh Hiếu

Hà Nội- 2022

Nhân xét của giáo viên hướng dẫn

..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
Hà Nội, ngày…..tháng….năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

TS. Phạm Minh Hiếu


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ................................................................. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. iii
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................2
1.1. Giới thiệu chung ..........................................................................................2
1.1.1. Khơng khí và sự ơ nhiễm khơng khí .....................................................2
1.1.2. Tác hại của ơ nhiễm khơng khí .............................................................4
1.1.3. Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu EURO ....................................................6
1.1.4. Động cơ diesel xe tải nặng ....................................................................7
1.2. Mục đích và đối tượng nghiên cứu ..............................................................8
1.2.1. Mục đích ...............................................................................................8
1.2.2. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................8
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................9
1.4. Kết luận chương 1 ........................................................................................9
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ FAM II 2.4D
TRÊN AVL BOOST .....................................................................................................10
2.1. Giới thiệu chung về phầm mềm AVL BOOST .........................................10
2.2. Lý thuyết cơ bản ........................................................................................10
2.2.1. Phương trình nhiệt động học thứ nhất ................................................10
2.2.2. Lý thuyết cháy Vibe............................................................................13
2.2.3. Lý thuyết Vibe 2 vùng ........................................................................14
2.2.4. Truyền nhiệt ........................................................................................16
2.2.5. Tính tốn cụm tuabin máy nén ...........................................................19
2.2.6. Van xả của cụm tuabin – máy nén (Waste gate) ................................21


2.2.7. Phần tử cản dòng (Restriction) ...........................................................21
2.3. Các phần tử trong q trình mơ phỏng ......................................................23
2.4. Kết luận chương 2 ......................................................................................25
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU PHẦN KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ FAM II 2.4D BẰNG
PHẦN MỀM AVL BOOST ..........................................................................................26

3.1. Mô phỏng động cơ FAM II 2.4D trên phần mềm AVL BOOST ..............26
3.1.1. Các thông số cơ bản của động cơ FAM II 2.4D .................................26
3.1.2. Xây dựng mơ hình ..............................................................................27
3.2. Nhập thơng số cho các đối tượng ..............................................................30
3.2.1. Động cơ ( engine) ...............................................................................30
3.2.2. Xylanh (cylinder) ................................................................................31
3.2.3. Lọc khí ( air cleaner)...........................................................................38
3.2.4. Vịi phun ( injector) ............................................................................40
3.2.5. Điều kiện biên ( System Boundary)....................................................42
3.2.6. Bình ổn áp (Plenum) ...........................................................................45
3.2.7. Van tiết lưu ( restrictions) ...................................................................47
3.3. Kết quả nghiên cứu ....................................................................................48
3.3.1. Đánh giá độ chính xác của mơ hình....................................................48
3.3.2. Đánh giá phần ơ nhiễm .......................................................................48
3.4. Kết luận chương 3 ......................................................................................50
KẾT LUẬN...........................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................52


i

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

CHÚ THÍCH



Hệ số dư lượng khơng khí


CO

Mơnơxít cácbon

NOX

Các loại ơxítnitơ

SOx

Hợp chất chứa lưu huỳnh

CO2

Cácbonđiơxít

A/F

Air/Fuel

ESC

European Sationary Cycle

ELR

European Load Response

ETC


European Transient Cycle

PAHs

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

OBD

Onboard Diagnostic


ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu trúc của khí quyển ....................................................................................3
Hình 2.1. Đồ thị mơ tả quan hệ tốc độ toả nhiệt và phần trăm khối lượng môi chất cháy
theo góc quay trục khuỷu (ROHR rate of heat release (tốc độ toả nhiệt)). ...................14
Hình 2.2. Đồ thị mơ tả ảnh hưởng của tham số đặc trưng cháy “m” đến hình dạng của
hàm Vibe........................................................................................................................14
Hình 2.3. Van xả của tuabin ..........................................................................................21
Hình 2.4. Đồ thị hàm áp suất .........................................................................................22
Hình 3.1. Sơ đồ các bước xây dựng mơ hình ................................................................28
Hình 3.2. Mơ hình mơ phỏng động cơ FAM II 2.4D trên AVL BOOST .....................29
Hình 3.3. Thiết lập tốc độ động cơ ................................................................................30
Hình 3.4. Thiết lập ma sát động cơ................................................................................31
Hình 3.5. Thiết lập kích thước xylanh ...........................................................................32
Hình 3.6.Thiết lập điều kiện ..........................................................................................32
Hình 3.7. Thiết lập kiểu cháy ........................................................................................33
Hình 3.8. Thiết lập kiểu cháy vibe ................................................................................34
Hình 3.9. Thiết lập sự truyền nhiệt ................................................................................35

Hình 3.10. Thiết lập sự đóng mở xupap ........................................................................35
Hình 3.11. Thiết lập thơng số van .................................................................................36
Hình 3.12. Nhập kích thước cho lọc khí........................................................................39
Hình 3.13. Nhập cản cho lọc .........................................................................................39
Hình 3.14. Nhập hệ số dịng chảy..................................................................................40
Hình 3.15. Nhập thơng số vịi phun ...............................................................................41
Hình 3.16. Nhập tỷ lệ và lưu lượng phun ......................................................................41
Hình 3.17. Nhập hệ số dịng chảy..................................................................................42
Hình 3.18. Chọn kiểu điều kiện biên .............................................................................43
Hình 3.19. Thiết lập điều kiện biên ...............................................................................44
Hình 3.20. Thiết lập hệ số dịng chảy cho điều kiện biên .............................................44
Hình 3.21. Nhập thể tích cho bình ổn áp .......................................................................45
Hình 3.22. Thiết lập điều kiện ban đầu cho bình ổn áp .................................................46
Hình 3.23. Thiết lập hệ số dịng chảy ............................................................................47
Hình 3.24. Thiết lập hệ số dòng chảy cho van tiết lưu ..................................................47


iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần khơng khí sạch và khô .................................................................2
Bảng 1.2. Các tiêu chuẩn EURO giới hạn lượng phát thải cho xe tải nặng sử dụng động
cơ diesel, g/kWh (với khói là g /kW m-1) .......................................................................7
Bảng 2.1. thể hiện các hệ số sử dụng trong các phương trình ở trên. ...........................19
Bảng 2.2. Các phần tử trong quá trình mơ phỏng .........................................................23
Bảng 3.1. Các thơng số cơ bản của động cơ FAM II 2.4D ...........................................27
Bảng 3.2. Số lượng các phần tử sử dụng trong mơ hình ...............................................29
Bảng 3.3. Độ mở của xupap ..........................................................................................37
Bảng 3.4. Bảng đánh giá độ chính xác của mơ hình .....................................................48
Bảng 3.5. Bảng so sánh về chất thải của 2 mơ hình ......................................................50



1

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ, giữ vai trò quan trọng
trong nhiều ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ,
đường biển, đường không cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Sản lượng động cơ
đốt trong ngày nay trên thế giới đã đạt mức 30 triệu chiếc / năm và sản lượng cịn có thể
tăng hơn nữa. Trong nhiều nước cơng nghiệp phát triển, ngành cơ khí năng lượng bao
gồm cả cơng nghiệp Ơ tơ, thường đứng ở vị trí thứ ba sau ngành điện tử cơng nghiệp và
ngành hoá học. Số lượng lao động trong ngành động cơ đốt trong và thiết bị liên quan
đến động cơ đốt trong chiếm tỷ lệ cao trong lao động toàn xã hội. Đi kèm với phát triển
của xã hội là tình trạng ơ nhiễm mơi trường và nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
Với điều kiện nước ta như hiện nay, nền công nghiệp động cơ phát triển đóng góp
một phần to lớn vào sự phát triển của đất nước. Vì vậy việc nắm bắt nguyên lý, kết cấu
cũng như những tiến bộ khoa học tiên tiến nhất hiện nay vào việc nâng cao hiệu quả,
tính kinh tế của động cơ đốt trong là hết sức quan trọng đối với một kỹ sư ô tô. Với lý
do như vậy, em quyết dịnh chọn đề tài: Xây dựng mô phỏng và tính tốn phần khí thải
của động cơ FAM II 2.4D bằng phần mềm AVL BOOST
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS Phạm Minh
Hiếu với vai trò là người hướng dẫn, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho em thực hiện các kế hoạch học tập và nghiên cứu..
Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy của Khoa Cơng Nghệ Ơ Tơ Trường
Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội với những góp ý rất thiết thực trong suốt quá trình em
thực hiện đề tài.
Nội dung nghiên cứu bao gồm các phần chính:
▪ Xây dựng mơ hình động cơ FAM II 2.4D
▪ Cơ sở lý thuyết sử dụng trong quá trình tính tốn và mơ phỏng
▪ Nghiên cứu khí thải trên động cơ FAM II 2.4D bằng phần mềm AVL

BOOST
▪ Kết luận chung và hướng phát triển

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu chung
Theo quyết định số 249/2005/QĐTTg ngày 10/10/2005 của thủ tướng chính phủ,
ngày 1/7/2007 Việt Nam sẽ chính thức áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO II. Đồng thời
một lộ trình áp dụng các tiêu chuẩn EURO cao hơn nữa cũng được thảo luận và sẽ được
áp dụng trong một tương lai không xa. Với những tiểu chuẩn EURO cao hơn như EURO
III và đặc biệt là EURO IV, V, những thành phần độc hại như HC, CO, PM…đặc biệt
là NOx ngày càng được thắt chặt. Điều đó địi hỏi cần có những biện pháp xử lý trong
động cơ như luân hồi khí thải hay dùng bộ xúc tác NOx. Luân hồi khí thải là một biện
pháp được dùng phổ biến do khá hiệu quả trong việc giảm lượng phát thải NOx đối với
động cơ diesel.
1.1.1. Khơng khí và sự ơ nhiễm khơng khí
• Khơng khí
Khơng khí sạch, sát mặt đất và khơ có thành phần như Bảng 1.1. Ngồi các thành phần
khí như ntrong Bảng 1.1, trong khí quyển có chứa một lượng hơi nước là 1-3% theo thể
tích.
Bảng 1.1. Thành phần khơng khí sạch và khơ
Loại khí

Nồng độ


Loại khí

Nồng độ

ppm

%

ppm

N2

780.900

~ 78

CH4

1.2

O2

209.400

~ 21

NO2

0.02


Ar

9.340

~ 0.9

O3

0.01-0.04

CO2

400

~ 0.1

V,v…

-

%

~ 0.1

Số liệu tại Bảng 1.1 cho thấy, ngồi các thành phần khí chính của khí quyển bao gồm
N2, O2 và Ar, các chất khí cịn lại trong đó có các khí ơ nhiễm chỉ chiếm 0,1% thể tích.
Như vậy tất cả những vấn đề ơ nhiễm khơng khí hiện nay chỉ nằm trong khoảng thay
đổi rất nhỏ của khí quyển.Tuy nhiên, những thay đổi này cũng đã đủ gây ra các tác hại
vô cùng to lớn cho lồi người

• Ơ nhiễm khơng khí
Khái niệm

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


3
Ơ nhiễm khơng khí là sự thay đổi thành phần (định tính hoặc/và định lượng) của khơng
khí mà có thể hoặc có xu hướng gây hại cho đời sống con người, động thực vật, tài sản
và có thể cả thẩm mỹ.

Hình 1.1. Cấu trúc của khí quyển
Các dạng ơ nhiễm khơng khí
a. Các chất ơ nhiễm dạng bụi
Bụi là một hệ phân tán trong đó mơi trường phân tán là khí và pha phân tán là các hạt
rắn hoặc lỏng hoặc nửa rắn nửa lỏng có kích thước nằm trong khoảng từ kích thước đơn
phân tử đến 500μm.
- Bụi lắng: Hạt bụi có đường kính khí động học lớn hơn 100 μm
- Bụi lơ lửng (SPM): hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 100 μm.
- Bụi PM: hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 10 μm.
- Bụi PM10: hạt bụi có đường kính khí động học nhỏ hơn 2,5 μm.
b. Các chất ô nhiễm dạng khí
- SO2
SO2 là chất khí khơng màu, được hình thành chủ yếu do q trình cháy các nhiên liệu
có chứa lưu huỳnh như than đá, một số loại dầu, hoặc các loại khí thải cơng nghiệp có
chứa lưu huỳnh. Sau khi được phát thải vào khí quyển, SO2 tham gia các phản ứng quang
hóa tạo ra axit sunfuric và các hợp chất sunfat vô cơ và hữu cơ trong bụi.
SVTH:Phan Văn Dương


GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


4
- CO
CO là chất ơ nhiễm khơng khí được hình thành do q trình cháy khơng hồn tồn của
nhiên liệu và các hợp chất hữu cơ.
- NOx
NOx bao gồm NO và NO. Hai khí này có thể được phát thải từ q trình cháy tất cả các
loại nhiên liệu có nguồn O2 từ khơng khí. Ngồi ra hai khí này cũng được phát thải từ
quá trình sản xuất axit nitric và các q trình cơng nghiệp có phát sinh hoặc sử dụng axit
nitric.
NO là chất khí khơng màu và khơng hịa tan trong nước. NO có thể hịa tan một phần
trong nước và có màu nâu hơi đỏ. Màu nâu đỏ của NO2 là nguyên nhân khiến cho khói
mù quang hóa ở các đơ thị có màu nâu nhạt.
Có 3 cơ chế hình thành NO (NO và một phần nhỏ NO2) trong quá trình cháy là NO
nhiệt, NO tức thì và NO nhiên liệu. Trong đó NO nhiệt sẽ tăng cao và tương quan đồng
biến với nhiệt độ cháy khi nhiệt độ cháy cao hơn 1200 oC. Việc kiểm soát NO do đó,
nên tập trung vào việc kiểm sốt q trình cháy.
1.1.2. Tác hại của ơ nhiễm khơng khí
-

Tác hại trực tiếp

Tác hại tới sức khỏe con người
Ơ nhiễm khí là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người ở các nước
đang phát triển và phát triển. Ơ nhiễm khơng khí bên ngồi ở cả khu vực thành phố và
nơng thơn được ước tính là đã gây ra 3,7 triệu ca tử vong sớm trên thế giới mỗi năm vào
năm 2012. Tỷ lệ tử vong này là do phơi nhiễm bụi PM10, gây bệnh tim mạch, hô hấp và

ung thư.
Khơng khí bên ngồi thường khơng bao gồm một chất ơ nhiễm khơng khí duy nhất mà
bao gồm nhiều chất ơ nhiễm khí ơ nhiễm. Các chất ơ nhiễm khơng khí ở đơ thị thường
bao gồm: bụi, ozon, CO, VOCs, NO. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ơ nhiễm khơng
khí với sức khỏe con người có thể được tiến hành để xác định ảnh hưởng của từng khí
ơ nhiễm hoặc hỗn hợp các khí ơ nhiễm trong thực tế. Các khí ơ nhiễm được trình bày ở
phần dưới là các khí ơ nhiễm chính có ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
a. Bụi
Vấn đề ô nhiễm bụi được coi là vấn đề lớn nhất của ô nhiễm khơng khí chủ yếu do sự
ảnh hưởng đến sức khỏe của bụi. Mức nồng độ của bụi hiện nay tại hầu hết các khu vực

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


5
trên thế giới kể cả các quốc gia phát triển có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe. Đã có nhiều
bằng chứng cho thấy sự phơi nhiễm bụi có ảnh hưởng rõ rệt đến sức khỏe của con người.
Những tác động của bụi lên sức khỏe thì khá rộng nhưng những tác động chủ yếu tập
trung ở hệ hô hấp và tim mạch. Tất cả mọi người đều chịu ảnh hưởng của bụi nhưng
mức độ ảnh hưởng thì phụ thuộc vào sức khỏe và tuổi tác.
b. NOx
NOx bao gồm NO và NO2 . Trong đó, NO2 là khí được quan tâm quản lý do khí NO
trong khí quyển sẽ nhanh chóng chuyển hóa thành NO2. Các nghiên cứu về phơi nhiễm
ngắn hạn cho thấy nồng độ NO > 200 kg/m' sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu lên hệ hô
hấp. Một số nghiên cứu cho sự phơi nhiễm trong vòng 1 h với nồng độ NO >500 mg/m”
gây ảnh hưởng cấp tính đến sức khỏe. Mặc dù ngưỡng phơi nhiễm NO2 thấp nhất có tác
động trực tiếp lên chức năng của phổi của những người bị hen là 560 kg/mẻ, phơi nhiễm
NO2 với nồng độ >200 kg/mẻ đã cho thấy những phản ứng của phổi trong nhóm những

người bị hen
d. SO2
Tác động lên sức khỏe của khí SO2 đã được nghiên cứu nhiều và có nhiều bằng chứng
thuyết phục. SO là tác nhân gây ra hơn 4000 cái chết trong thảm họa ơ nhiễm khơng khí
“sương mù gây chết người” ở Ln Đơn, 1952. SO2 có thể ảnh hưởng đến hệ hơ hấp và
các chức năng của phổi, gây kích ứng mắt. Các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ nhập viện do
bệnh tim và tỷ lệ tử vong do bệnh tim gia tăng vào những ngày có nồng độ SO2 cao.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy khơng khí có nồng độ SO2 rất thấp (trung bình là 5
ng/m' và cực đại <10 ng/m) cũng có ảnh hưởng đến sức khỏe. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh
là các nghiên cứu vẫn chưa thể phân biệt được tác động của SO2 đến sức khỏe là do bản
thân khí này hay do các hạt bụi siêu mịn hình thành từ khí này.
-

Tác hại đối với kinh tế- môi trường

Bên cạnh các tác động lên sức khỏe, một tác hại lớn của ô nhiễm không khí là tác hại
lên động vật, thực vật, các vật liệu cơng trình cơng cộng và cá tính thẩm mỹ. Tất cả
những tác hại này đều ảnh hưởng đến khía cạnh kinh tế. Cơ chế tác động của ô nhiễm
không khí lên động vật cũng tương tự như ở người mặc dù liều lượng và mức độ ảnh
hưởng khác nhau tùy theo từng trường hợp. Sự tác động của ô nhiễm khơng khí lên thực
vật thì có sự khác biệt nhau từ loài này sang loài khác. Cùng một chất ô nhiễm với nồng

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


6
độ như nhau nhưng có lồi thì bị ảnh hưởng nặng nhưng có loại thì lại chịu đựng và phát
triển tốt.

-

Gây ra những vấn đề mơi trường tồn cầu

Bên cạnh những tác động đã được liệt kê ở trên, ô nhiễm khơng khí cịn gây ra những
vấn đề tồn cầu. Những vấn đề này bao gồm: Sự suy giảm tầng ozon, sự ấm lên của khí
quyển, là đọng axit, các chất khí có độc tính cao như PAHs, PCBs, dioxin và furan vv...
1.1.3. Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu EURO
Năm 1987, tại Châu Âu, một dự luật hoàn chỉnh quy định giá trị nồng độ giới hạn của
các loại khí thải mới được thông qua và người ta vẫn thường gọi đó là EURO 0. Trải
qua 18 năm, thêm 4 tiêu chuẩn nữa được ban hành bao gồm: Euro I năm 1992, EURO
II năm 1996, Euro III năm 2000 và EURO IV năm 2005. Với mỗi tiêu chuẩn mới ra đời,
nồng độ giới hạn của khí thải lại thấp hơn tiêu chuẩn trước. Tiêu chuẩn EURO áp dụng
cho tất cả các loại xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu,
LPG (Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính năng như: xe du lịch, xe công suất
nhỏ, xe công suất lớn và xe bus.
Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu rất chú ý giới hạn lượng phát thải của động cơ diesel
xe tải nặng đặc biệt là EURO III, EURO IV. Các tiêu chuẩn này còn địi hỏi những biện
pháp tự chuẩn đốn ngay trên xe (OBD – Onboard Diagnostic), khi xe tải có lỗi dẫn đến
tăng lượng phát thải của động cơ, hệ thống phải cảnh báo cho lái xe biết.
Bảng 1-1 dưới đây thể hiện cụ thể lượng phát thải với các thành phần độc hại khác nhau
đối với xe tải nặng sử dụng động cơ diesel. Tất cả các phép đo đều được tiến hành theo
các qui trình thử tiêu chuẩn.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


7

Bảng 1.2. Các tiêu chuẩn EURO giới hạn lượng phát thải cho xe tải nặng sử dụng
động cơ diesel, g/kWh (với khói là g /kW m-1)
Ngày có

Chu

có hiệu lực

trình thử

EURO

1992,

I

<85kW
1992,

ECE R-49

CO

HC

NOx

PM

4.5


1.1

8.0

0.612

4.5

1.1

8.0

0.36

Khói

>85kW
EURO

10/1996

4.0

1.1

7.0

0.25


II

10/1998

4.0

1.1

7.0

0.25

EURO

10/1999

1.5

0.25

2.0

0.02

0.15

III

10/2000


2.1

0.66

5.0

0.10

0.8

EURO

10/2005

1.5

0.46

3.5

0.02

0.5

1.5

0.46

2.0


0.02

0.5

ESC,ETC
&ELR

IV
EURO

ESC&ELR

10/2008

V
Trong đó ECE R-49 là chu trình thử steady-satete 13-mode.
ESC – European Sationary Cycle
ELR – European Load Response
ETC – European Transient Cycle
Với động cơ diesel thông thường chỉ cần qua chu trình thử ESC/ELC. Với động
cơ sử dụng các phương pháp xử lý khí thải (xúc tác NOx và DPF) cần qua các chu trình
ESC/ELC + ETC. Độ mờ của khói đươc đo trên chu trình thử ELR.
1.1.4. Động cơ diesel xe tải nặng
Động cơ diesel không chỉ khác động cơ xăng ở chỗ dùng một loại nhiên liệu khác. Hầu
hết các phương tiện giao thông được dùng động cơ xăng trong khi các xe tải thường
dùng động cơ diesel bởi tính kinh tế của chúng. Điểm khác nhau giữa động cơ diesel và
xăng là :
▪ Quá trình đốt cháy nhiên liệu: Động cơ xăng hoà trộn hỗn hợp trong đường
nạp và nén trong kỳ nén để đốt cháy bằng tia lửa của bugi. Động cơ diesel nạp
vào động cơ chỉ có khơng khí, nén chúng trong kỳ nén sau đó phun nhiên liệu


SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


8
vào khơng khí nén đẻ hình thành hỗn hợp. Nhiệt độ và áp suất cao của khí nén
áp suất cao sẽ làm nhiên liệu bốc cháy.
▪ Tỷ số nén: Động cơ xăng có tỷ số nén chỉ khoảng từ 8 đến 12 trong khi động
cơ diesel có tỷ số nén rất cao, từ 14 đến 25. Do có tỷ số nén cao hơn nên động
cơ diesel có hiệu suất cao hơn động cơ xăng.
▪ Nạp nhiên liệu: Động cơ xăng nói chung thường dùng bộ chế hồ khí để tạo
hỗn hợp hay vòi phun điện tử để cấp nhiên liệu vào đường nạp (bên ngoài
xilanh). Động cơ diesel được phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy tại cuối
kỳ nén.
▪ Q trình hồ trộn nhiên liệu: động cơ xăng có q trình hồ trộn nhiên liệu
dài và đồng đều trong khi động cơ diesel có q trình hồ trộn nhiên liệu ngắn
và không đồng đều…
Động cơ diesel được dùng phổ biến trên các phương tiện vận tải cả đường bộ và thuỷ và
có vai trị rất quan trọng nền kinh tế quốc dân. Do đó, nghiên cứu phát triển động cơ
diesel là một trong những chiến lược phát triển kinh tế.
1.2. Mục đích và đối tượng nghiên cứu
1.2.1. Mục đích
-

Xây dựng được mơ hình mơ phỏng động cơ FAM II 2.4D bằng phần mềm AVL
– BOOST

-


So sánh kết quả mô phỏng 2 mơ hình Vibe và Vibe 2 vùng

-

Đưa các sinh viên tiếp cận gần hơn tới các phần mềm mô phỏng, tầm quan trọng
của mô phỏng trong lĩnh vực nghiên cứu nói chung và ngành cơng nghệ ơ tơ nói
riêng. Trong phạm vi bài báo, nghiên cứu tập trung xây dựng quy trình hồn
chỉnh để có thể mơ phỏng một động cơ bất kỳ với phần mềm trên, khảo sát một
hay nhiều yếu tố tác động lên hiệu quả làm việc của động cơ cũng như thành phần
khí thải hay độ ồn của động cơ gây ra trong từng chế độ làm việc.

1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
Trong điều kiện sử dụng ở nước ta, ô tô cỡ nhỏ và trung bình ngày càng được sử dụng
rộng rãi do khả năng di chuyển tốt trên các tuyến đường nội đô và đường nông thôn.
Theo Cục Đăng kiểm Việt Nam, trong số các ô tô tải đã đăng ký lưu hành tại Việt Nam,
ơ tơ có tải trọng nhỏ và trung bình có số lượng tương đối lớn.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


9
Với các loại ơ tơ tải nhỏ và trung bình, loại động cơ được sử dụng nhiều nhất là động cơ
có cơng suất trên dưới 100 KW. Tham khảo thực tế thị trường và để phù hợp với tình
hình sử dụng ô tô tải hiện nay, đề tài chọn động cơ để nghiên cứu thực nghiệm là động
cơ FAM II 2.4D làm động cơ nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm. Động cơ FAM II
2.4D là động cơ diesel tăng áp được sản xuất tại của Trung Quốc. Loại động cơ này
được sử dụng trên các ô tô khách, ô tơ cỡ nhỏ và trung bình.

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu và phát triển giải pháp luân hồi khí thải vẫn cịn là một điều mới mẻ tại nước
ta hiện nay. Trong khi trên thế giới, luân hồi khí thải đã có rất nhiều nghiên cứu, thành
tựu đã và hiện đang được phát triển rất mạnh. Luân hồi khí thải đã có mặt trên hầu hết
các xe hiện đại như một biện pháp rất kinh tế và hiệu quả để giảm NOx. Qua nghiên cứu
này em muốn giới thiệu một cách tổng quan về hệ thống luân hồi khí thải, cũng như các
mơ hình tính tốn lý thuyết, mơ phỏng, giải pháp để có thể thực hiện được trên động cơ
tăng áp để có thể có những nghiên cứu sâu hơn về hệ thống này.
Để đạt được tiêu chuẩn khí thải, các động cơ cũ (như FAM II 2.4D) cần có những biện
pháp giảm các thành phần độc hại (NOx hay PM) . Trong nghiên cứu này, một giải pháp
sẽ được đưa ra để các động cơ cũ, với một vài thay đổi để có thể đạt được các tiêu chuẩn
khí thải mà động cơ nguyên mẫu khơng thể đạt được mà khơng ảnh hưởng nhiều đến
tính năng hoạt động. Qua đó, những giải pháp như luân hồi khí thải có thể được ứng
dụng trên các động cơ cũ khác (có thể thêm bộ lọc bụi DPF) để có thể đạt được những
tiêu chuẩn khí thải sẽ được áp dụng trong tương lai (như EURO III, IV).
1.4. Kết luận chương 1
Chương 1 đã đưa ra các nghị định của nhà nước cũng như tiêu chuẩn khí thải của châu
âu. Đồng thời cũng nêu ra một số điểm khác biệt giữa động cơ diesel và động cơ xăng.
Để từ đó làm rõ đối tượng nghiên cứu và mục đích của đề tài. Qua đó làm sáng tỏ ý
nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


10

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ FAM
II 2.4D TRÊN AVL BOOST

2.1. Giới thiệu chung về phầm mềm AVL BOOST
Gói phần mềm BOOST gồm một bộ tiền xử lý tương tác sẽ hỗ trợ với phần chuẩn bị dữ
liệu đầu vào cho các trương chình tính tốn chính. Việc phân tích kết quả được hỗ trợ
bởi một bộ hậu vi sử lý tương tác. Công cụ tiền xử lý mới trên phiên bản 5.0 AVL
Workspace Graphical User Interface gồm một mơ hình sắp xếp và chỉ dẫn các dữ liệu
đầu vào cần thiết. Mơ hình tính tốn của động cơ được thiết kế bằng cách chọn các phần
tử (element) từ cây thư mục phần tử bằng cách kích chuột và liên kết lại bằng phần tử
đường ống (pipe). Theo cách này thì ngay cả các động cơ rất phức tạp cũng có thể được
mơ hình hố một cách đơn giản, có rất nhiều phần tử trong phần mềm BOOST.
Chương trình chính gồm các thuật tốn mơ phỏng được tối ưu hố cho tất các các
phần tử. Dịng khí trong ống được coi như chuyển động theo một phương. Điều đó có
nghĩa là áp suất, nhiệt độ, tốc độ dịng khí thu được từ những phương trình khí động học
là giá trị trung bình trên tồn bộ đường ống. Tổn thất dịng khí do hiệu ứng ba chiều, tại
những vị trí cụ thể của động cơ được thể hiện bằng hệ số cản. Trong trường hợp hiệu
ứng ba chiều cần lượng xem xét chi tiết hơn thì BOOST sẽ được liên kết với phần mềm
FIRE. Nó giúp ta có thể mơ phỏng đa chiều dịng khí tại những chi tiết quan trọng có
thể kết hợp với mơ phỏng một chiều các chi tiết khác. Phần mềm cịn có thể mơ phỏng
động học của xi lanh, q trình qt khí của động cơ 2 kỳ cũng như mơ phỏng chuyển
động phức tạp của dịng khí trong các phần tử giảm thanh.
Công cụ hậu xử lý IMPRESS Chart và PP3 cho phép phân tích và đưa ra kết quả
mơ phỏng theo nhiều dạng khác nhau. Tất cả các kết quả đề có thể được so sánh với các
kết quả đo cũng như kết quả tính tốn trước đó. Thêm nữa, phần mềm cho phép trình
diễn kết quả dạng động, điều đó cho phép phát triển những giải pháp tối ưu những vấn
đề của người sử dụng.
2.2. Lý thuyết cơ bản
2.2.1. Phương trình nhiệt động học thứ nhất
Trong động cơ đốt trong q trình cháy là q trình khơng thuận nghịch biến năng lượng
hoá học thành nhiệt năng. Việc xác định trạng thái của môi chất tại từng thời điểm của
quá trình cần phải biết cụ thể các phản ứng trung gian biến đổi từ hỗn hợp ban đầu thành
sản phẩm cháy cuối cùng. Cho tới nay, các phản ứng đó chỉ mới được xác định đối với

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


11
những nhiên liệu đơn giản như hydrogene và methane, ..vv. Tuy nhiên trong tất cả các
trường hợp, chúng ta đều có thể dùng định luật nhiệt động học thứ nhất để xác định mối
tương quan giữa trạng thái đầu và cuối của quá trình cháy.
Việc áp dụng định luật này khơng địi hỏi phải biết diễn biến các giai đoạn trung gian
của quá trình. Định luật nhiệt động học thứ nhất thể hiện mối quan hệ giữa sự biến thiên
của nội năng (hay enthalpie) với sự biến thiên của nhiệt và công. Khi áp dụng định luật
này đối với hệ thống mà thành phần hố học của nó thay đổi chúng ta cần phải xác định
trạng thái chuẩn zero của nội năng hay enthanpie của tất cả các chất trong hệ thống.
Trong trường hợp cụ thể thì việc tính tốn quá trình cháy trong động cơ đốt trong được
dựa trên phương trình nhiệt động học thứ nhất:
d (mc .u )
dQ
dm
dV dQF
= − pc .
+
−  w − hBB . BB
d
d d
d
d

(2-1)


Trong đó:
d (mc .u )
d
− pc .

dV
d

dQF
d



:cơng chu trình thực hiện;

: nhiệt lượng cấp vào;

dQw
d

hBB .

: biến đổi nội năng bên trong xilanh;

: tổn thất nhiệt qua vách;

dmBB
d

: tổn thất enthalpy do lọt khí;


mc

: khối lượng mơi chất bên trong xilanh;

u

: nội năng;

pc -

: áp suất bên trong xilanh;

V

: thể tích xilanh;

QF

: nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp;

Qw

: nhiệt lượng tổn thất cho thành;



: góc quay trục khuỷu;

hBB


: trị số enthalpy;

dm BB
d : biến thiên khối lượng dòng chảy.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


12
Phương trình 2-1 được áp dụng cho cả động cơ hình thành hỗn hợp bên trong và hỗn
hợp bên ngồi. Tuy nhiên sự thay đổi thành phần hỗn hợp của hai trường hợp trên là
khác nhau. Đối với trường hợp quá trình hình thành hỗn hợp bên trong xilanh thì có giả
thiết:
▪ Nhiên liệu cấp vào trong xilanh được đốt cháy tức thì.
▪ Hỗn hợp cháy được hồ trộn tức thì với lượng khí sót trong xilanh.
▪ Tỷ lệ A/F giảm liên tục từ giá trị cao ở điểm bắt đầu tới giá trị thấp ở điểm
kết thúc quá trình cháy.
Như vậy phương trình 2-1 sau khi biến đổi sẽ trở thành:

 dQ
dTc
1
 F
=
d
 u u p c   d
mc .

+
.  
 T p Tc  

u


uc +
pc 

p
1 −
 − dQw − dm BB

 d
Hu
d





dVc

u 
u 
 − mc
. hBB − u c − p c
− pc
p 

 
d



u mc 
 1 −

p Vc 


(2-2)

Trong đó:
Tc : nhiệt độ xilanh;
mc : khối lượng môi chất trong xilanh;
pc : áp suất trong xilanh;
uc : nội năng riêng của khối lượng môi chất bên trong xilanh;
Hc : nhiệt trị thấp;
 : hệ số dư lượng khơng khí (1/);


: tỷ lệ tương đương;

Vc : thể tích xilanh.
Việc giải phương trình trên phụ thuộc vào mơ hình q trình cháy, quy luật toả nhiệt và
quá trình truyền nhiệt qua thành xilanh, cũng như áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn
hợp khí. Cùng với phương trình trạng thái.

pc =


1
.mc .Rc .Tc
V

SVTH:Phan Văn Dương

(2-3)

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


13
Thiết lập quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và tỷ trọng, từ phương trình 2-3 ta sử dụng
phương pháp Runge-kutta giải để xác định nhiệt độ trong xilanh. Từ đó sẽ xác định được
áp suất thơng qua phương trình trạng thái.
2.2.2. Lý thuyết cháy Vibe
Quá trình cháy chịu ảnh hưởng của rất nhiều thông số, phần mềm AVL BOOST mơ tả
q trình cháy thơng qua đặc tính tỏa nhiệt, chu trình cháy lý thuyết, quá trình cháy do
người sử dụng định nghĩa hoặc đặc tính tỏa nhiệt dự tính. Trong đó cách thức tiếp cận
tiện lợi và phổ biến nhất là sử dụng phương trình cháy Vibe.
Quy luật Vibe được xác định thông qua các tham số như: điểm bắt đầu cháy, thời gian
cháy, tham số đặc trưng cháy “m”. Các thơng số trên có thể là khơng đổi hoặc thay đổi
phụ thuộc vào từng chế độ làm việc của động cơ thơng qua phương trình sau:
(
dx 6.908
=
.(m + 1). y m .e −6.908. y
d
 c


y=

(2-4)

dQ
Q

(2-5)

 −o
 c

(2-6)

dx =
ở đây

m +1 )

Trong đó:
Q

: nhiệt lượng do nhiên liệu sinh ra;



: góc quay trục khuỷu;

0 : điểm bắt đầu cháy;

c :khoảng thời gian cháy;
m : tham số đặc trưng cháy;
Tích phân phương trình 3-4 ta có:

x=

(
dx
.d = 1 − e −6.908. y
d

m+1 )

(2-7)

x – phần trăm khối lượng môi chất đốt cháy.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


14
1

Tỷ lệ hỗn hợp

/

cháy (-)

Khảo
sát

Tốc độ toả nhiệt.

TK (độ)

Hình 2.1. Đồ thị mô tả quan hệ tốc độ toả nhiệt và phần trăm khối lượng mơi chất
cháy theo góc quay trục khuỷu (ROHR rate of heat release (tốc độ toả nhiệt)).

Hình 2.2. Đồ thị mơ tả ảnh hưởng của tham số đặc trưng cháy “m” đến hình dạng của
hàm Vibe.
2.2.3. Lý thuyết Vibe 2 vùng
Một lần nữa tốc độ giải phóng nhiệt, và do đó phần khối lượng bị đốt cháy, được chỉ
định bởi một rung cảm chức năng. Tuy nhiên, giả định rằng các khoản phí bị đốt cháy
và khơng cháy có cùng một nhiệt độ giảm Thay vào đó, định luật nhiệt động lực học đầu
tiên

được

áp

dụng

cho

khí

đốt


và

khí

khơng

cháy

tương

ứng

Chỉ số b vùng bị đốt cháy
Chỉ số u vùng không cháy
Thuật ngữ ℎ𝑢

𝑑𝑚𝐵
𝑑𝛼

bao gồm dòng entanpy từ vùng chưa cháy đến vùng bị cháy do

chuyển đổi một khoản phí mới sang các sản phẩm đốt. Thông lượng nhiệt giữa hai khu

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


15
vực bị bỏ quên. Ngoài ra, tổng các thay đổi âm lượng phải bằng với thể tích xi lanh thay

đổi và tổng thể tích vùng phải bằng thể tích hình trụ
𝑑𝑉𝑏
𝑑𝛼

+

𝑑𝑉𝑢
𝑑𝛼

=

𝑑𝑉
𝑑𝛼

Vb+Vu=V
Thế vào phương trình, cùng với các thơng số phần tử khác, ta có phương trình đạo hàm
của nhiệt độ vùng cháy so với góc trục:
𝜕𝑢
𝑑 𝑏
𝑑𝑇𝑏
1
𝑑𝑄𝐹 𝑑𝑄𝑊𝑏 𝑑𝑚𝑏
𝑑𝑉
(𝑢𝐵 − 𝑢𝑢 ) − 𝑚𝑏 𝑇𝑏 𝜕𝑇 ] − 𝛽𝑏 𝑝
{𝛼𝑏 [
=
−
−
𝜕𝑢
𝑑𝛼

𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑚𝑏 𝑏
𝜕𝑇
𝑑𝑚𝑏
𝑑𝑅
𝑉
𝑑𝑅
(𝑅𝑏 𝑇𝑏 − 𝑅𝑢 𝑇𝑢 ) + 𝑚𝑏 𝑇𝑏 𝑏 − 𝑏 𝑚𝑢 𝑇𝑢 𝑢 ]
− (𝛼𝑏 − 𝛽𝑏 ) [
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑉𝑢
𝑑𝛼
𝜕𝑢
𝑑 𝑢
𝑑𝑄𝑊𝑢
− 𝛿𝑏 (
+ 𝑚𝑢 𝑇𝑢 𝜕𝑇 )}
𝑑𝛼
𝑑𝛼
Với:
𝛼𝑏 =

𝛾𝑢 𝑉𝑏 + 𝑉𝑢
𝛾𝑢 𝑉𝑏 + 𝛾𝑢 𝑉𝑢


𝛽𝑏 =

𝛾𝑢 𝑉𝑏
𝛾𝑢 𝑉𝑏 + 𝛾𝑢 𝑉𝑢

𝛿𝑏 =

𝛾𝑢 𝑉𝑏 − 𝑉𝑏
𝜕𝑢 𝑉𝑏 + 𝛾𝑏 𝑉𝑢

𝛾𝑢,𝑏

𝜕𝑢𝑢,𝑏
+ 𝑅𝑢,𝑏
= 𝜕𝑇
𝜕𝑢𝑢,𝑏
𝜕𝑇

Một cơng thức tương tự có thể được tìm cho đạo hàm nhiệt độ vùng khơng cháy:
𝜕𝑢
𝑑 𝑏
𝑑𝑇𝑏
1
𝑑𝑄𝐹 𝑑𝑄𝑊𝑏 𝑑𝑚𝑏
𝑑𝑉
(𝑢𝐵 − 𝑢𝑢 ) − 𝑚𝑏 𝑇𝑏 𝜕𝑇 ] − 𝛽𝑏 𝑝
{𝛼𝑢 [
=
−
−

𝜕𝑢
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑚𝑏 𝑏
𝜕𝑇
𝑑𝑚𝑏
𝑑𝑅
𝑉
𝑑𝑅
(𝑅𝑏 𝑇𝑏 − 𝑅𝑢 𝑇𝑢 ) + 𝑚𝑏 𝑇𝑏 𝑏 − 𝑏 𝑚𝑢 𝑇𝑢 𝑢 ]
− (𝛼𝑏 − 𝛽𝑏 ) [
𝑑𝛼
𝑑𝛼
𝑉𝑢
𝑑𝛼
𝜕𝑢
𝑑 𝑢
𝑑𝑄𝑊𝑢
− 𝛿𝑏 (
+ 𝑚𝑢 𝑇𝑢 𝜕𝑇 )}
𝑑𝛼
𝑑𝛼

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu



16
Lượng hỗn hợp cháy ở mỗi quá trình được thu từ phương trình Vibe được thiết lập sẵn.
Với tất cả những q trình khác, như thốt nhiệt qua thành vách..., các kiểu khác giống
với kiểu vùng đơn với sự tham gia đủ trong hai vùng được sử dụng.
Với động cơ xăng ( hỗn hợp được hịa trộn bên ngồi), một kiểu gõ tính tốn hàm lượng
octane tối thiểu được u cầu cho sự hoạt động không gõ. Ngưỡng cho sự khởi đầu của
𝑡

gõ được nếu vượt quá tích phân: ∫0

1
𝜏𝑖𝐷 (𝑡)

𝑑𝑡

𝜏𝑖𝐷 là sự đánh lửa chễ ở điều kiện vùng không cháy rộng hơn thời điểm trước khi đến
điểm cuối của buồn cháy.
Sự đánh lửa trễ cho kiểu gõ phụ thuộc vào hàm lượng octane trong nhiên liệu và điều
kiện xăng phụ thuộc vào:
𝐵

𝜏𝑖𝐷 = 𝐴. 𝑂𝑁 𝑎 . 𝑝−𝑛 𝑒 𝑇
➢ 𝜏𝑖𝐷 : độ đánh lửa trễ ( ms)
➢ ON: hàm lượng octane trong nhiên liệu
➢ p: áp suất ( atm)
➢ T: nhiệt độ (K)
➢ A,α,n,B: các hằng số với
-


A=17.68ms

-

α=3.402

-

n=1.7

-

B=3800K

2.2.4. Truyền nhiệt
2.2.4.1. Truyền nhiệt trong xilanh
Quá trình truyền nhiệt từ trong buồng cháy qua thành buồng cháy như nắp xilanh,
piston, và lót xilanh được tính dựa vào phương trình truyền nhiệt sau:
Qwi = Ai . w .(Tc − Twi )

(2-8)

Trong đó:
Qwi : nhiệt lượng truyền cho thành (nắp xilanh, pittơng, lót xilanh);
Ai : diện tích truyền nhiệt (nắp xilanh, pittơng, lót xilanh);
w : hệ số truyền nhiệt;
Tc : nhiệt độ môi chất trong xilanh;

SVTH:Phan Văn Dương


GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu


17
Twi : nhiệt độ thành (nắp xilanh, pittơng, lót xilanh);
Trong trường hợp nhiệt độ của thành lót xilanh, biến đổi nhiệt độ dọc trục giữa vị
trí ĐCT và ĐCD được tính theo biểu thức sau:
TL = TL , DCT .

1 − e − c. x
x.c

 TL , DCT
c = ln 
T
 L , DCD

(2-9)





(2-10)

Trong đó:
: nhiệt độ lót xilanh;

TL


TL, ĐCT : nhiệt độ lót xilanh tại vị trí ĐCT;
TL, ĐCD : nhiệt độ lót xilanh tại vị trí ĐCD;
: dịch chuyển tương đối của pittơng (vị trí thực tế của pittơng so với tồn

x

bộ hành trình).
Đối với hệ số truyền nhiệt thì phần mềm BOOST cho phép lựa chọn một trong 4
mơ hình sau:
Woschni 1978
Woschni 1990
Hohenberg
Lorenz (chỉ dùng cho động cơ có buồng cháy ngăn cách).
Mơ hình Woschni 1978 được lựa chọn cho việc tính tốn q trình truyền nhiệt
2.2.4.2. Mơ hình Woschni 1978
Hệ số truyền nhiệt của mơ hình Woschni 1978 được tính theo phương trình sau:
 W = 130.D

−0, 2

0 ,8
c

− 0 , 53
c

. p .T




V .T
.C1 .cm + C 2 . D c ,1 .( pc − pc , 0 )
pc ,1 .Vc ,1



0,8

(2-11)

Trong đó:
C1 = 2,28 + 0,308 .cu/cm;
C2 = 0,00324 đối với động cơ phun trực tiếp;
C2 = 0,00622 đối với động cơ phun gián tiếp;
D

: đường kính xilanh;

cm : tốc độ trung bình của pittơng;
cu

: tốc độ tiếp tuyến; (cu = .D.nd/60 trong đó nd – tốc độ xốy của mơi chất, nd

= 8,5 n)

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu



18
VD : thể tích cơng tác của 1 xilanh;
pc

: áp suất mơi chất trong xilanh;

pc,o : áp suất khí trời;
Tc,1 : nhiệt độ môi chất trong xilanh tại thời điểm đóng xupáp nạp;
pc,1 : áp suất mơi chất trong xilanh tại thời điểm đóng xupáp nạp.
Trao đổi nhiệt tại cửa nạp, thải
Trong q trình qt khí, việc lưu tâm đến quá trình trao đổi nhiệt tại của nạp và
thải là hết sức quan trọng. Q trình này có thể lớn hơn rất nhiều so với dòng chảy trong
đường ống đơn giản do hệ số truyền nhiệt cao và nhiệt độ trong vùng giữa xupáp và đế
xupáp. Trong BOOST mơ hình Zapf hiệu chỉnh được sử dụng để tính tốn cho quá trình
này.

 


 − Aw p 


m
.c p 
T = (T − T ).e 
+ Tw 
u
w
 d





(2-12)

Hệ số trao đổi nhiệt p phụ thuộc vào hướng của dòng chảy (vào hoặc ra khỏi
xilanh):

hv  
2
0.44
0.5
−1.5 
 p = C4 + C5 .Tu − C6 .Tu .Tu .m .d vi . 1 − 0.797 .  
d vi  







(2-13)

dùng cho dòng chảy ra, và:

h 
 p = C7 + C8 .Tu − C9 .Tu2 .Tu0.33 . m 0.68 . d vi−1.68 . 1 − 0.765 . v 
d vi 



(2-14)

cho dịng chảy vào.
Trong đó:
p : hệ số trao đổi nhiệt tại cửa
Td : Nhiệt độ sau cửa
Tu : nhiệt độ trước cửa
Tw : nhiệt độ thành cửa
Aw : diện tích bề mặt cửa

 : lưu lượng khối lượng
m
cp

: nhiệt dung riêng đẳng áp

hv

: độ nâng xupáp

dvi : đường kính trong của đế xupáp.

SVTH:Phan Văn Dương

GVHD: TS.Phạm Minh Hiếu