TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

BÀI TẬP 3
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ
MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ
ĐẦU RA CỦA HYUNDAI TUCSON
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt
SVTH:

TP. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2023
1


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC
THIẾT LẬP......................................................................................................................3
1.1.

Thông số động cơ Hyundai Tucson 2022 bản xăng tiêu chuẩn.......................3

1.2.

Các bước thiết lập trên phần mềm....................................................................4

1.2.1.

Thiết lập trên ESPJAN................................................................................4

1.2.2.

Thiết lập trên ESP........................................................................................6

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG THỨC TÍNH TỐN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ.....11
2.1. Các cơng thức dùng để tính tốn........................................................................11
2.2.

Bảng số liệu........................................................................................................12

2.3.

Đồ thị P-V và đồ thị các đường đặc tính ngồi của động cơ..........................13

2.3.1.

Nhiên liệu khí CH4(CNG)..........................................................................13

2.3.2.

Nhiên liệu C3H8(LPG)................................................................................14

2.3.3.

Nhiên liệu C7H16(Xăng)..............................................................................15

CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN.................................................................17
3.1. Nhận xét................................................................................................................17
3.2. Kết luận................................................................................................................19

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................20

2


CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC
THIẾT LẬP
STT
Tên thông số Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
Ghi chú
Kiểu Động
Động cơ
1
cơ
xăng
2
Số kỳ
4
3
Số xi lanh
i
4
Thể tích
4
1999
cc
cơng tác
Vh

5
6
7
8

9

10
11
12
13
14
15
1.1.

Hành trình
piston
Đường kính
xilanh
Góc mở sớm
xupap nạp
Góc mở sớm
xupap xả
Góc đóng
muộn xupap
nạp
Góc đóng
muộn xupap
xả
Cơng suất

cực đại
Mơ men
xoắn cực đại
Tỉ số nén
Góc đánh
lửa sớm
Chiều dài
thanh truyền

S

97

mm

B

81

mm

𝛼1

10°

Độ

Trước ĐCT

𝛽1


68°

Độ

Trước ĐCD

𝛼2

67°

Độ

Sau ĐCD

𝛽2

1°

Độ

Sau ĐCT

115

KW

ở 6200 vg/ph

T


192

N.m

ở 4500vg/ph

ɛ

10,8

ltt

20°

Độ

200

mm

Thông số động cơ Hyundai Tucson 2022 bản xăng tiêu chuẩn

3


1.2. Các bước thiết lập trên phần mềm
1.2.1. Thiết lập trên ESPJAN
 Thiết lập cho khí CH4 (CNG)
Phương trình cháy: CH4 + 2O2 + 7,52N2 => CO2 + 2H2O +7,52N2

Bước 1: Chọn các chất phản ứng như phương trình trên, sau đó chọn Proceed to fuel
identification

Bước 2: Chọn chất làm nhiên liệu cháy, sau đó chọn Proceed to reactant moles
specification

4


Bước 3: Nhập số mol của các chất phản ứng như phương trình trên

Bước 4: Chọn các sản phẩm của quá trình cháy

5


Bước 5: Thiết lập áp suất của chất phản ứng, của sản phẩm cháy với đơn vị atm, đặt tên
cho file. Tại mục Print file chọn Write properties to và tiến hành đặt tên cho file với đi
OUT. Sau đó chọn Calculate the properties.

 Thiết lập cho C3H8(LPG)
Phương trình cháy: C3H8 + 5(O2+3,76N2) => 3CO2 + 4H2O + 18,8N2
Các bước thiết lập tương tự như thiết lập cho khí CH4
 Thiết lập cho C7H16(Xăng)
Phương trình cháy: C7H16 + 11(O2 + 3,76N2) => 8H2O + 7CO2 + 41,36N2
Các bước thiết lập tương tự như thiết lập cho khí CH4
1.2.2. Thiết lập trên ESP
Bước 1: Trong mục Operating Parameters, chúng ta tiến hành nhập các thơng số sau:
Số vịng quay của động cơ(6200 rpm), đánh lửa ở 700 độ(góc đánh lửa sớm là 20 độ),
các điều kiện xung quanh gồm áp suất khí nạp (1 atm), áp xuất khí xả (2 atm), nhiệt độ

môi trường (303 K) .

6


Bước
2:
Trong
mục
Engine

Geometry, tiến hành thiết lập các thông số sau:
Intake Valve Program: Consine, Exhaust Valve Program: Consine, Piston/Cylinder chúng
ta tiến hành nhập các thơng số đường kính xy lanh (m), tỉ số nén, hành trình piston (m),
trong mục Piston Program chọn Conventional; connecting rod length nhập thông số chiều
dài thanh truyền (m) như hình dưới
Bước

3:

7


Trong mục Model Parameters, chúng ta chỉ thiết lập cho phần Gas Properties bằng cách
chọn Use và sau đó chọn file đã lưu có đi .ESJ. Cụ thể ở đây, em thiết lập 3 loại nhiên
liệu là CH4, C3H8, C7H16.

Bước 4: Tại mục file Setup save option, chúng ta có thể chọn Save setup in và nhập tên
file để lưu lại, hoặc có thể chọn No setup save.
Các mục cịn lại, chúng ta giữ nguyên như phần mềm đã thiết lập sẵn. Sau đó, chúng ta

chọn Run with this setup để chạy các thiết lập trên phần mềm

8


Bước 5: Tại mục Run task Option, chúng ta thiết lập Run 10 Cycles, sau đó chọn
Execute selected run task để bắt đầu chạy trong 10 chu kỳ.

Bước 6: Sau khi chờ phần mềm chạy xong 10 chu kỳ, chúng ta chọn Continue

Bước 7: Trong mục Run task Option, ta chọn Display performance data for last cycle rồi
bấm vào Execute selected run task để hiện ra các dữ liệu cần dùng cho việc vẽ đồ thị
đường đặc tính ngồi của động cơ

9


Bước 8: Chúng ta chỉ cần quan tâm đến hai thông số đầu tiên. Thông số thứ nhất là áp
suất trung bình của 1 xy lanh IMEP=Wi/Vd, thơng số thứ hai là mf/Wi.

Bước 9: Sau khi có được thơng số cần tìm, chúng ta quay lại chương trình để thiết lập các
tốc độ động cơ khác nhau, càng nhiều tốc độ động cơ khác nhau thì đồ thị vẽ ra sẽ càng
mượt và độ chính xác cao. Chúng ta tiến hành lặp lại các bước như trên để có các số liệu
phục vụ việc vẽ đồ thị.

10


CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ
2.1. Các cơng thức dùng để tính tốn

* Tính cơng chỉ thị
Wi

IMEP= V => Wi=Vd.IMEP
d

Trong đó: IMEP: Áp suất trung bình của một xy lanh (Pa)
Wi: Cơng chỉ thị (J)
Vd: Thể tích cơng tác (m3)
* Tính khối lượng nhiên liệu mf
Ta đã có thơng số mf/Wi từ phần mềm ESP, cùng với thơng số Wi vừa tính được ở trên, từ
đó ta có: mf =

mf
.Wi
Wi

* Tính mơ men xoắn thực tế của động cơ (Tbr)
Tbr=Tind - Tfr
N
N 2
1
5
+0,01.(
) ¿ .10 . V d .
Tfr=[1,97+0,15.
1000
1000
4π


Tind=(IMEP.Vd)/(4 π )
Với: Tbr là mô men xoắn thực tế của động cơ (Nm)
Tind là mô men xoắn biểu thị (Nm)
Tfr là mô men xoắn do tổn thất ma sát (Nm)
N: Tốc độ động cơ (rpm)
* Tính cơng suất chỉ thị của động cơ

P=
Với

2 π .T br . N
(kW)
60000

P: Công suất chỉ thị của động cơ (kW)
Tbr: Mô men xoắn thực tế (Nm)

11


N: Tốc độ động cơ (rpm)

12


* Tính suất tiêu hao nhiên liệu
bsfc=

m' f
(g/h/kW)

P

2.2.

Bảng số liệu

Từ các cơng thức trên, ta tiến hành tính tốn và các được các số liệu như bảng dưới
đây:
N(rpm)

Vd(m3)

mf/Wi(kg/J)

IMEP(Pa
)

Wi(J)

mf(Kg)

Tind(Nm)

Tfr(Nm)

Tbr(Nm)

P(HP)

bsfc(mg/KW)


P(KW)

800

0.001999

5.734E-08

928800

1856.67

0.0001065

147.82414

31.3855

116.4386

13.07447

10.91936421

9.7498

1340

0.001999


5.768E-08

971500

1942.03

0.000112

154.6201

31.407

123.21312

23.17389

6.482024849

17.281

1880

0.001999

5.824E-08

955900

1910.84


0.0001113

152.13727

31.4284

120.70888

31.85182

4.685340512

23.752

2420

0.001999

5.782E-08

1051000

2100.95

0.0001215

167.27301

31.4498


135.82324

46.13458

3.530984097

34.403

2960

0.001999

5.831E-08

1076000

2150.92

0.0001254

171.25191

31.4711

139.78078

58.07328

2.896146595


43.306

3500

0.001999

6.005E-08

966600

1932.23

0.000116

153.84024

31.4925

122.34778

60.10371

2.588809399

44.82

4040

0.001999


6.458E-08

774000

1547.23

9.992E-05

123.18678

31.5138

91.673015

51.98285

2.57762966

38.764

4580

0.001999

6.559E-08

644600

1288.56


8.452E-05

102.59199

31.535

71.056942

45.67822

2.481191821

34.063

5120

0.001999

6.746E-08

598300

1196

8.068E-05

95.223065

31.5563


63.666762

45.26283

2.364759689

34.119

5660

0.001999

7.65E-08

413600

826.786

6.325E-05

65.826943

31.5775

34.249411

27.20863

3.117287271


20.29

6200

0.001999

9.108E-08

240300

480.36

4.375E-05

38.245199

31.5987

6.6464646

5.783884

10.14375639

4.3131

Bảng số liệu của nhiên liệu CH4(CNG)
N(rpm)


Vd(m3)

mf/Wi(kg/J)

IMEP(Pa
)

Wi(J)

mf(Kg)

Tind(Nm)

Tfr(Nm)

Tbr(Nm)(Ti)

P(HP)

bsfc(mg/KW)

P(KW)

800

0.001999

6.206E-08

996000


1991

0.0001236

158.51943

31.3855

127.13388

14.27541

11.60711309

10.645

1340

0.001999

6.229E-08

1065000

2128.94

0.0001326

169.50119


31.407

138.09421

25.97272

6.846869612

19.368

1880

0.001999

6.234E-08

1049000

2096.95

0.0001307

166.9547

31.4284

135.52631

35.76174


4.901908825

26.668

2420

0.001999

6.253E-08

1166000

2330.83

0.0001457

185.57596

31.4498

154.12618

52.35148

3.733357603

39.039

2960


0.001999

6.34E-08

1153000

2304.85

0.0001461

183.50693

31.4711

152.0358

63.16474

3.102311487

47.103

3500

0.001999

6.528E-08

1036000


2070.96

0.0001352

164.88567

31.4925

133.39321

65.52981

2.766575613

48.866

4040

0.001999

6.943E-08

781300

1561.82

0.0001084

124.34862


31.5138

92.834855

52.64166

2.76233893

39.256

4580

0.001999

6.983E-08

711600

1422.49

9.933E-05

113.25545

31.535

81.720398

52.53311


2.535633225

39.175

5120

0.001999

7.226E-08

630700

1260.77

9.11E-05

100.37972

31.5563

68.823418

49.45878

2.470125321

36.882

5660


0.001999

8.47E-08

379200

758.021

6.42E-05

60.351975

31.5775

28.774443

22.85917

3.766455004

17.046

6200

0.001999

9.536E-08

248600


496.951

4.739E-05

39.566194

31.5987

7.9674598

6.93344

9.165585182

5.1704

Bảng số liệu của nhiên liệu C3H8(LPG)

N(rpm)

Vd(m3)

mf/Wi(kg/J)

IMEP(Pa

Wi(J)

mf(Kg)


Tind(Nm)

13

Tfr(Nm)

Tbr(Nm)(Ti)

P(HP)

bsfc(mg/KW)

P(KW)


)
800

0.001999

6.393E-08

1021000

2040.98

0.0001305

162.49833


31.3855

131.11278

14.72218

11.88501746

10.979

1340

0.001999

6.375E-08

1102000

2202.9

0.0001404

175.38997

31.407

143.98299

27.08028


6.954248466

20.194

1880

0.001999

6.471E-08

1075000

2148.93

0.0001391

171.09275

31.4284

139.66437

36.85366

5.059886818

27.482

2420


0.001999

6.391E-08

1215000

2428.79

0.0001552

193.3746

31.4498

161.92483

55.00042

3.784606075

41.014

2960

0.001999

6.474E-08

1185000


2368.82

0.0001534

188.59992

31.4711

157.12879

65.28068

3.150271385

48.681

3500

0.001999

6.688E-08

1064000

2126.94

0.0001422

169.34204


31.4925

137.84958

67.71902

2.81688303

50.499

4040

0.001999

7.151E-08

782700

1564.62

0.0001119

124.57144

31.5138

93.057673

52.76801


2.843367264

39.35

4580

0.001999

7.24E-08

722600

1444.48

0.0001046

115.00616

31.535

83.471114

53.65854

2.613600691

40.014

5120


0.001999

7.594E-08

611300

1221.99

9.28E-05

97.292094

31.5563

65.735791

47.23991

2.634253311

35.227

5660

0.001999

9.029E-08

355000


709.645

6.407E-05

56.500398

31.5775

24.922867

19.79938

4.339682771

14.765

6200

0.001999

9.414E-08

283800

567.316

5.341E-05

45.168487


31.5987

13.569753

11.80866

6.0649519

8.8059

Bảng số liệu của nhiên liệu C7H16(Xăng)
2.3.

Đồ thị P-V và đồ thị các đường đặc tính ngồi của động cơ

Bằng cách sử dùng các ma trận trong Matlab/Simulink để tạo các điểm, chúng ta dùng
lệnh plot để vẽ các đồ thị như hình dưới.
2.3.1. Nhiên liệu khí CH4(CNG)

Đồ thị cơng chỉ thị P-V

14


Đồ thị các đường đặc tính ngồi của động cơ
2.3.2. Nhiên liệu C3H8(LPG)

Đồ thị công chỉ thị P-V


15


Đồ thị các đường đặc tính ngồi của động cơ
2.3.3. Nhiên liệu C7H16(Xăng)

16


Đồ thị công chỉ thị P-V

17


Đồ thị các đường đặc tính ngồi của động cơ
CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
3.1. Nhận xét
* Với đồ thị công chỉ thị P-V, áp suất cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C 7H16(xăng)
là lớn nhất, còn áp suất cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu CH 4(CNG) là thấp nhất,
các góc mở sớm và đóng muộn của xupap nạp, xupap xả là như nhau vì các thơng số này
khơng thay đổi trong q trình chạy mơ phỏng.
* Mơ men xoắn cực đại của động cơ sử dụng khí CH4 (CNG) ở tốc độ động cơ khoảng
2960 rpm trong khi đó, mơ men xoắn cực đại của động cơ sử dụng C3H8(LPG) và
C7H16(Xăng) ở tốc độ động cơ khoảng 2420 rpm.
* Công suất cực đại của động cơ đối với cả 3 loại nhiên liệu đều ở tốc độ động cơ khoảng
3500 rpm.
* Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ nhỏ nhất đối với nhiên liệu CH4 (CNG) và
C3H8(LPG) ở tốc độ động cơ khoảng 5120 rpm, còn đối với động cơ dùng nhiên liệu
C7H16(Xăng) thì ở tốc độ động cơ khoảng 4580 rpm.
Vì vậy, muốn động cơ có lực kéo tốt nhất để có thể vượt qua chướng ngại vật, leo dốc

hoặc bắt đầu khởi hành thì ta nên duy trì tốc độ động cơ vào khoảng 2420-2960 rpm, còn
muốn xe chạy được “bốc” nhất, tăng tốc nhanh nhất với công suất lớn nhất thì nên duy trì
dải vịng tua động cơ ở mức 3500 rpm. Nếu chúng ta muốn vận hành xe tiết kiệm nhiên
liệu nhất thì nên duy trì dải vịng tua ở mức 4580-5120 rpm.
 Mơ men xoắn cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) là lớn nhất
khoảng 162 Nm ở tốc độ động cơ 2420 rpm. Từ đó ta thấy được xe sử dụng nhiên
liệu C3H8(LPG) và C7H16(Xăng) có khả năng leo dốc, vượt qua chướng ngại vật và
tăng tốc ở dải vòng tua thấp tốt hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu khí CH4.
Trong đó, động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) có khả năng leo dốc, vượt qua
chướng ngại vật và bắt đầu khởi hành ở dải vòng tua thấp là tốt nhất.
 Công suất động cơ cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) là lớn
nhất khoảng 68 Hp ở dải vịng tua 3500 rpm, trong khi cơng suất động cơ cực đại
của động cơ sử dụng nhiên liệu CH4 là nhỏ nhất, khoảng 60 Hp ở dải vịng tua
3500 rpm
 Mơ men xoắn cực đại và cơng suất cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu
C7H16(Xăng) đều lớn nhất đồng nghĩa với việc suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
xăng cũng là lớn nhất. Trong khi đó mơ men xoắn cực đại và cơng suất cực đại
18


của động cơ sử dụng nhiên liệu C3H8(LPG) nhỏ hơn không đáng kể so với nhiên
liệu C7H16(Xăng), nhưng suất tiêu hao nhiên liệu lại giảm được 6,1%, tiết kiệm
nhiên liệu hơn và cũng giảm được các khí thải độc hại ra mơi trường hơn.
 Nhiên liệu CH4 có suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, thấp hơn 5% so với nhiên liệu
C3H8(LPG) và thấp hơn 10% so với nhiên liệu C7H16(Xăng). Loại nhiên liệu CH4
khá tiết kiệm kinh tế cũng như giảm thiểu được lượng khí thải ra mơi trường khi
làm giảm đến 20% lượng CO2, 30% lượng NOx, 70% Sox (Theo báo cáo của PV
Gas-PETRO VIETNAM). Tuy nhiên, loại nhiên liệu này cũng có nhược điểm khá
lớn là cơng suất cực đại và mô men xoắn cực đại lại khá thấp so với các loại nhiên
liệu khác, khiến khả năng leo dốc, vượt chướng ngại vật, khởi hành và tăng tốc

cũng như sức mạnh của xe sử dụng khí CH4 là khá hạn chế so với các loại nhiên
liệu cịn lại.
* Sở dĩ có sự chênh lệch cơng suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao
nhiên liệu của động cơ là do có sự khác biệt của các thông số sau:
- Nhiệt trị thấp của C7H16(Xăng) là 47,3 MJ/Kg, của C3H8(LPG) là 46,4 MJ/Kg, của
CH4 là 50MJ/Kg, thông số này ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu của
động cơ, nhiệt trị thấp của nhiên liệu càng cao thì hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu
càng thấp và ngược lại.
- Chỉ số Octan của của xăng là 92-97, của C3H8(LPG) là 97-112, của CH4 là 120. Chỉ
số Octan đặc trưng cho khả năng chống kích nổ, khi chỉ số Octan càng cao thì khả
năng chịu nén của nhiên liệu trước khi phát nổ (đốt cháy) càng lớn và ngược lại. Vì
động cơ Hyundai Tucson 2022 có điều chỉnh góc đánh lửa sớm là 20 độ nên phù hợp
với loại nhiên liệu C7H16(Xăng) sinh ra công suất và mô men xoắn lớn nhất
- Nhiệt độ tự bốc cháy của xăng là 247-280 độ C, của C3H8(LPG) là 510 độ C, của
CH4 là 540 độ C, ở điều kiện nhiệt độ thông thường, khả năng tự bốc cháy của xăng là
dễ nhất.
- Tỷ số A/F(hệ số khối lượng khơng khí chia cho khối lượng nhiên liệu) của xăng lý
tưởng là 14,7, của C3H8(LPG) là 15,45 – 15,67, của CH4 là 17,23. Như vậy, đối với
nhiên liệu xăng chỉ cần 14,7 gam khơng khí là có thể đốt sạch hoàn toàn 1 gam xăng,
trong khi các nhiên liệu khác thì cần nhiều khơng khí hơn mới có thể đốt sạch hồn
tồn. Tỷ số A/F cho thấy việc cơng suất cực đại và mô men xoắn cực đại của động cơ
dùng nhiên liệu xăng lớn nhất là nhờ tính chất đốt sạch nhiên liệu xăng khi chỉ cần
dùng ít khơng khí hơn.

19


3.2. Kết luận
- Các đồ thị P-V, các đường đặc tính ngồi (Cơng suất, mơ men xoắn, suất tiêu hao nhiên
liệu) có hình hình dạng gần giống với lý thuyết đã học.

- Công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ không
giống như nhà sản xuất đã công bố bởi các nguyên nhân sau đây: Em chỉ thiết lập một số
thông số cơ bản của động cơ như tốc độ động cơ, đường kính xy lanh, hành trình piston,
chiều dài thanh truyền, góc đánh lửa, thơng số về loại nhiên liệu như các bước thiết lập ở
trên, cịn các thơng số cịn lại em khơng có dữ liệu để thiết lập và giữ nguyên các thiết lập
ban đầu của phần mềm dẫn đến việc khác biệt về công suất cực đại, mô men xoắn cực đại
và suất tiêu hao nhiên liệu. Các thông số như EGR cũng không được thiết lập, thông số
điều kiện xung quanh (Ambient Conditions) như áp suất nạp, áp suất xả cũng như nhiệt
độ môi trường xung quanh được em thiết lập có thể khác với các điều kiện thiết lập của
nhà sản xuất, dẫn đến sự khác biệt nói trên.

20