HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH
LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện đề tài đến nay tôi đã hoàn thành xong đề tài của
mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám đốc Học viện Hải quân, ban chủ
nhiệm khoa Cơ điện, các đồng chí Gảng viên trong bộ môn Máy tàu đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi thực hiện thành công đề tài này.
Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn đến đồng chí Giảng viên Lưu Minh Hải đã
tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL 6Ч12/14 ....................................................... 1
1.1. Giới thiệu chung về động cơ ..................................................................................................... 1
1.2. Các thông số kỹ thuật của động cơ ............................................................................................ 2
1.3. Một số chi tiết chính của động cơ ............................................................................................. 3

1.3.1. Trục khuỷu ............................................................................................................ 3
1.3.2. Thanh truyền ......................................................................................................... 4
1.3.3. Pít tông ................................................................................................................. 5
1.3.4. Xy lanh.................................................................................................................. 5
1.3.5. Vòi phun ............................................................................................................... 6

1.4. Các hệ thống phục vụ trên động cơ ........................................................................................... 6

1.4.1. Hệ thống nhiên liệu ............................................................................................... 6
1.4.2. Hệ thống bôi trơn .................................................................................................. 7
1.4.3. Hệ thống làm mát.................................................................................................. 7
1.4.4. Hệ thống khởi động ............................................................................................... 7
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................................................... 9

CHƯƠNG II : CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT CƠ BẢN CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .....................................................................................................10
2.1. Các chỉ tiểu kinh tế - kĩ thuật của động cơ............................................................................... 10
2.2. Cơ sở tính toán ....................................................................................................................... 10

2.2.1. Chế độ tính toán...................................................................................................10
2.2.2. Các dự kiến ban đầu ............................................................................................11
2.2.3. Chọn các số liệu ban đầu .....................................................................................11
2.3. Công thức tính toán các chỉ tiêu kinh tế .................................................................................. 12

2.3.1. Công suất có ích ..................................................................................................12
2.3.2. Mô men xoắn có ích .............................................................................................12
2.3.3. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích..............................................................................13
2.3.4. Hiệu suất có ích ...................................................................................................13
2.3.5. Lưu lượng nhiên liệu tiêu hao...............................................................................13
2.4. Giới thiệu phần mềm diesel-RK và phương pháp tính toán bằng phần mềm ............................ 13

2.4.1. Giới thiệu phần mềm ............................................................................................13
2.4.2. Phương pháp tính toán .........................................................................................14
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................................................. 17

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KĨ THUẬT .................18

3.1. Kết quả tính toán theo phương pháp truyền thống ................................................................... 18

3.1.1. Tính toán các quá trình công tác ..........................................................................18
3.1.2. Tính toán các thông số chu trình công tác ............................................................20
3.1.3. Kết quả tính toán các chỉ tiêu ..............................................................................22
3.2. Ứng dụng phần mềm diesel-RK để tính toán ........................................................................... 23

3.2.1. Các bước khai báo dữ liệu vào phần mềm ............................................................23
3.2.2. Kết quả tính toán bằng phần mềm ........................................................................32
KẾT LUẬN...........................................................................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................33
PHỤ LỤC ............................................................................................................................34


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH
LỜI MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài
Các động cơ diesel lai máy phát điện được áp dụng rộng rãi trên tàu Hải quân
và trên các công trình ngoài khơi, dùng để phát điện cung cấp cho hoạt động của
con người và máy móc trên tàu. Do đặc điểm động lực học của các động cơ diesel
lai máy phát điện là tải tác dụng lên nhóm piston-xilanh, các ổ đỡ không đồng đều
trong một chu kỳ công tác của động cơ. Sự không đồng đều về tải tác dụng này dẫn
tới động cơ làm việc bị rung động theo chu kì làm hưởng đến công suất của động cơ
và một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khác của động cơ. Nguyên nhân chính của sự
rung động động cơ là do quá trình làm việc tốc độ của động cơ thay đổi liên tục,
dẫn đến phát sinh các dao động ma sát trong các cặp chi tiết làm việc. Các dao động
ma sát này sau một thời gian dài có thể làm giảm công suất, hiệu suất làm việc của

động cơ, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ, nếu nặng hơn thì có thể phá vỡ
các chi tiết kết cấu bên trong động cơ.
Để đánh giá được khả năng làm việc, độ tin cậy, tính kinh tế của động cơ sau
một thời gian làm việc còn đảm bảo hay không thì người ta cần phải tính toán được
các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Qua đó có thể sửa chữa, thay thế để
động cơ làm việc đảm bảo theo yêu cầu.
Hiện nay, các động cơ diesel lai máy phát điện được sử dụng trên các tàu Hải
quân gặp rất nhiều trục trặc, các vấn đề về khả năng làm việc, hiệu suất, công suất,
tính kinh tế, ... Việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho động cơ là một nội
dung rất quan trong trong việc đánh giá khả năng làm việc của động cơ và sử dụng
phần mềm diesel-RK để tính toán đã mang lại ý nghĩa khoa học trong vấn đề nghiên
cứu.
Việc tính toán cho một động cơ diesel cụ thể trong đề tài này có thể áp dụng
vào thực tế đối với các động cơ khác thể hiện ý nghĩa thực tiễn của đề tài.


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Tính toán các
chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ diesel 6Ч12/14 bằng phần mềm dieselRK” nhằm giảm bớt được thời gian tính toán và độ phức tạp trong quá trình tính
toán các chỉ tiêu của động cơ bằng phương pháp truyền thống.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài
- Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm diesel-RK để đánh giá các chỉ tiêu tiêu
kinh tế - kỹ thuật của động cơ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiêng cứu: Động cơ diesel 6Ч12/14 và phần mềm diesel-RK.
Phạm vi nghiên cứu: Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ (Công suất,
hiệu suất, mô men có ích, suất tiêu hao nhiên liệu).

4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu về lý thuyết động cơ
đốt trong, thông số kỹ thuật, kết cấu, hệ thống của động cơ diesel 6Ч12/14 và
phương pháp sử dụng phần mềm diesel-RK.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Ứng dụng phần mềm diesel-RK để
đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu về các thông số, kết cấu, hệ thống động cơ diesel 6Ч12/14.
- Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ.
- Phương pháp sử dụng phần mềm diesel-RK.
Khánh Hòa, ngày ... tháng 9 năm 2019
Học viên thực hiện:
Nguyễn Bá Lộc


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL 6Ч12/14
1.1. Giới thiệu chung về động cơ

Động cơ 6Ч12/14 tại phòng thực hành A26-4
Động cơ diesel 6Ч12/14 là loại động cơ đốt trong 6 xi lanh, bốn thì, không
đảo chiều. Các xi lanh của động cơ được sắp xếp thoe 1 hàng thẳng đứng. Bố cục
của động cơ đảm bảo cho người vận hành tiếp cận thoải mái với các cơ cấu và bộ
phận chính của máy, các thông số kỹ thuật cũng như tình trạng của máy trong lúc
hoạt động. Trên máy có các của (nắp các te) cho phép quan sát kiểm tra và khi sửa
chữa, kiểm tra có thể thay các chi tiết thuộc nhóm piston - biên mà không phải
nhấc máy khỏi bệ.

Cấu tạo của động cơ diesel đảm bảo khả năng khai thác vận hành liên tục ở độ
nghiêng ngang 15o, độ nghiêng dọc 50. Cho phép độ nghiêng ngang tức thời 45o, độ
nghiêng dọc tức thời 10o.
Động cơ 6Ч12/14 là động cơ được sử dụng làm động cơ phụ trên tàu dùng lai
máy phát điện, là động cơ 4 kỳ, 1 blốc xi lanh có 6 xilanh lắp thẳng hàng. Khởi động
bằng khí nén hoặc bằng điện, sử dụng tắt máy khẩn cấp bằng ngắt đường dầu
cháytrực tiếp trên cụm bơm cao áp hoặc tự động khi mất áp lực dầu nhờn.

Trang 1


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

1.2. Các thông số kỹ thuật của động cơ
- Loại động cơ: 6Ч12/14-động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, sử dụng
buồng cháy ngăn cách.
- Nơi sản xuất: Nga
- Năm sản xuất : 1977
- Khối lượng : 980 kg
- Công suất định mức của động cơ : Neđm = 80 (mã lực) = 58,88 (kW)
- Đường kính xi lanh : D =120 (mm)
- Hành trình piton : S =150 (mm)
- Dung tích công tác : Vh =

π.D2.S
=1,696.10 -3 m3
4


- Số xi lanh : i = 6
- Tỷ số nén : ε = 15
- Tốc độ trục khuỷu định mức: nđm =1500 (v/ph)
+ Tốc độ của trục khuỷu lớn nhất: nmax = 1600 (v/ph)
+ Tốc độ của trục khuỷu nhỏ nhất: nmin = 700 (v/ph)
- Thứ tự làm việc của xi lanh : (1-5-3-6-2-4)
- Số kỳ :   4
- Hệ số dư lượng không khí: 1,4
- Nhiệt độ môi trường:

To = 297 oK

- Áp suất môi trường:

po = 0,103 MN/m2

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: g e = 246 (g/kW.h)
- Suất tiêu hao dầu nhờn:
- Góc phun sớm trước TDT:

2 g/kW.h
24o-26o

Trang 2


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH


1.3. Một số chi tiết chính của động cơ
1.3.1. Trục khuỷu
- Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim
- Đường kính cổ trục chính: 85mm
- Đường kính cổ khuỷu: 75mm

Chú thích:
1. Trục khuỷu

2. Bánh răng đầu trục khuỷu

3. Bánh răng chủ động lai máy phát điện

4. Đĩa gạt dầu

5. Chốt định vị

6,7. Đệm hãm

8. Đai ốc xẻ rãnh

9. Đầu ống dầu

10. Bu lông

11. Then bán nguyệt

12,13. Chốt trụ

Trang 3



HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

1.3.2. Thanh truyền
- Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim
- Chiều dài thanh truyền:

252mm

- Đường kính lỗ bạc đầu to Thanh truyền:
- Đường kính lỗ bạc đầu nhỏ Thanh truyền:

75 mm
42 mm

Chú thích:
1. Thanh truyền

7. Bu lông thanh truyền

8. Đai ốc

9. Nửa trên bạc biên

10. Nửa dưới bạc biên

11. Bạc đầu nhỏ biên


13. Chốt chẻ cố định đai ốc bu lông biên

Trang 4


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

1.3.3. Pít tông
- Vật liệu chế tạo: Nhôm rèn LD8
- Đường kính dẫn hướng của pít
tông: 119,55 mm
- Có 3 vòng găng xéc măng khí và 1
vòng găng xéc măng dầu.

1.3.4. Xy lanh
- Được bố trí trên một hàng.
- Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim
- Đường kính trong xy lanh:  120 mm
- Bề dày trung bình của thành vách xy lanh: 9 mm

Trang 5


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH


1.3.5. Vòi phun
- Có 6 vòi phun, mỗi đầu vòi phun có 7 lỗ phun.
- Áp lực mở kim phun dầu: 150 – 155 kG/cm2
- Đường kính lỗ phun: 0,3 mm
- Độ nhô của đầu kim phun khỏi thân kim phun: 20,5 mm.

Chú thích:
1. Đầu vòi phun;
3. Ti vòi phun;
4. Thân vòi phun;
6. Ê cu bắt đầu vòi phun;
7. Rắc co hồi dầu;
11. Lò xo;
15. Cốc đỡ lò xo;
16. Vít điều chỉnh;
19. Đệm;

1.4. Các hệ thống phục vụ trên động cơ
1.4.1. Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu cho quá trình hoạt động
của động cơ ở các chế độ công tác đạt hiệu quả tốt nhất.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm: Két dầu cháy, 2 bầu lọc thô và tinh (kiểu lọc
thấm), bơm thấp áp (bơm cánh gạt), 1 blốc 6 bơm cao áp, dùng vòi phun kín tiêu
chuẩn, đường ống, các van.

Trang 6


HỌC VIỆN HẢI QUÂN


ĐỀ TÀI NCKH

1.4.2. Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn bao gồm: Bơm dầu nhờn kiểu bánh răng, lọc, các đường
ống, các cảm biến nhiệt độ dầu ra khỏi động cơ và cảm biến áp suất dầu vào động
cơ.
Hệ thống dầu nhờn của ĐCĐT 6Ч12/14 là hệ thống bôi trơn cacte ướt, dầu
nhờn ở cacte được bơm bánh răng đưa đến sinh hàn dầu nhờn để làm mát, sau đó
vào bôi trơn động cơ ( các ổ đỡ trục khủy ,cơ cấu cam ,nắp xilanh ……). Sau khi
bôi trơn dầu nhờn đổ về cacte.
Trong quá trình hoạt đông 1 phần dầu nhờn đươc bơm bánh răng đẩy vào
bình lọc ly tâm sau đó chảy về cacte nhằm lọc sạch dầu nhờn cho động cơ.
1.4.3. Hệ thống làm mát
- ĐC 6Ч12/14 được làm mát theo 2 vòng: một vòng kín bằng nước ngọt;
một vòng hở bằng nước biển.
- Hệ thống làm mát gồm: két nước bổ sung, 1 bơm nước ngọt (kiểu ly tâm), 1
bơm nước biển (kiểu xoáy lốc), dùng sinh hàn kép, 2 đồng hồ cảm biến đo nhiệt độ
nước vào và ra động cơ, ống dẫn, các van.
- Nước biển được bơm xoáy lốc hút vào sinh hàn kép làm mát cho nước ngọt
rồi làm mát dầu nhờn sau đó được đổ ra biển.
- Két nước ngọt chứa nước, cung cấp nước ngọt cho vòng tuần hoàn kín, bổ
sung nước ngọt cho động cơ. Nước ngọt từ bơm ly tâm bơm đến blốc xilanh làm
mát thân máy, nắp xilanh và ống xả rồi chảy qua sinh hàn quay lại bơm thành một
vòng tuần hoàn kín.
1.4.4. Hệ thống khởi động
Động cơ 6Ч12/14 khởi động bằng khí hoặc điện.
- Khởi động bằng điện:

Trang 7



HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

Ta cấp điện cho vắc, bơm sơ bộ dầu nhờn, ấn nút khởi động. Qua cơ cấu
cuộn hút của động cơ đề sẽ đẩy bánh răng của đc đề ăn khớp với bánh răng của đc
dẫn động đc quay, làm quay trục khuỷu đến tốc độ đc tự hoạt động thì thả nút khởi
động bằng điện.
Sơ đồ nguyên lý:
Kp1

W1

P1

Kp2
P2

W2
AQ
K

C
2

1

Chú thích:
1 : Bánh răng bánh đà của động cơ.


2 : Động cơ khởi động .

P1 : Rơ le bảo vệ .

P2 : Rơ le thừa hành .

Kp1 : Tiếp điểm thường mở của rơ le P1.
Kp2 : Tiếp điểm thường mở của rơ le P2.
AQ : Nguồm ác quy 1 chiều 24V để khởi động động cơ .
K : Nút ấn khởi động hoặc ngắt động cơ .
Khởi động bằng khí theo kiểu trực tiếp. Khí nén từ bình chứa khí theo ống
dẫn qua van khởi động vào đĩa chia khí. Trên đĩa động có 1 lỗ và luôn có 1 lỗ trên
đĩa tĩnh trùng với 1 lỗ trên đĩa động. Khí qua các lỗ vào xilanh theo thứ tự nổ làm
quay trục khuỷu đến tộc độ xác định động cơ tự hoạt động. Ta đóng van khí nén,
kết thúc quá trình khởi động động cơ.
Trang 8


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

Sơ đồ nguyên lý:

1.5. Kết luận chương I
Tìm hiểu chung về động cơ là cơ sở để nắm bắt được các thông số tính toán,
nghiên cứu ứng dụng lý thuyết.

Trang 9



HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

CHƯƠNG II : CƠ SỞ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT
CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. Các chỉ tiểu kinh tế - kĩ thuật của động cơ
- Công suất động cơ (KW);
- Hiệu suất động cơ (%);
- Mô men xoắn có ích (Nm);
- Suất tiêu hao nhiên liệu (g/KWh) ;
- Lượng nhiên liệu đốt cháy (g);
- Tuổi thọ động cơ và độ tin cậy;
- Khối lượng (KG);
- Kích thước động cơ (cm);
- ...
Mỗi loại chỉ tiêu có một vai trò chủ yếu khác nhau, tùy thuộc vào công dụng
và điệu kiện sử dụng động cơ.
Qua các chỉ tiêu trên, ta có thể ứng dụng tính toán một số chỉ tiêu trong đề tài
như:
- Công suất động cơ (KW);
- Hiệu suất động cơ (%);
- Mô men xoắn có ích (Nm);
- Suất tiêu hao nhiên liệu (g/KWh);
- Lượng nhiên liệu đốt cháy (g);
2.2. Cơ sở tính toán
2.2.1. Chế độ tính toán
- Mỗi chế độ làm việc của động cơ có ảnh hưởng nhất định đến tính kinh tế,

hiệu quả, tuổi thọ, sức bền của các chi tiết và các chỉ tiêu khác.
- Đối với động cơ diesel thường chọn chế độ công suất có ích định mức để
tính toán.
Trang 10


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

2.2.2. Các dự kiến ban đầu
- Môi trường sử dụng: Trên biển
- Kiểu làm mát: Làm mát bằng nước
- Buồng cháy: Sử dụng buồng cháy ngăn cách
- Nhiên liệu sử dụng: Dầu diesel
2.2.3. Chọn các số liệu ban đầu
Thông số

Khoảng cho phép

Chọn

Áp suất môi trường: pk

pk = po = 0,103 MPa

Nhiệt độ môi trường: Tk

Tk = T0 = 24ºC = 297 ºK


Áp suất cuối quá trình nạp: pa

pa = 0,085 MPa

Áp suất cuối quá trình cháy: pz

pz = 7 MPa

Áp suất khí thể cuối quá trình thải
cưỡng bức: Pr

(0,106÷0,115) MPa

pr = 0,108 MPa

Nhiệt độ cuối quá trình thải: Tr

Tr = 800 ºK

Mức độ sấy nóng của môi chất: ∆T

∆T = 20 ºK

Chỉ số nén đa biến trung bình: n1

n1 = 1,34

Hệ số quét buồng cháy: λ2
Hệ số nạp thêm: λ1


λ2 = 1
(1,02÷1,07)

λ1 = 1,02

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: ξz

ξz = 0,78

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξb

ξb = 0,9
QT = 42,5.103
KJ/kgnl

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: QT
Chỉ số giãn nở đa biến trung
bình: n2
Áp suất khí quét:

(1,15÷1,23)

n2 = 1,2

(0,14÷0,2) MPa

pk = 0,15 MPa

Trang 11



HỌC VIỆN HẢI QUÂN
Chỉ số nén đa biến trung bình của
không khí: m

ĐỀ TÀI NCKH
(1,4÷1,8)

Hệ số nạp phụ: ∆

(1,02÷1,07)

Hệ số quét buồng cháy: ηr

(1,05÷1,15)

m = 1,4

Chỉ số nén đoạn nhiệt của không
khí: k

k = 1,41

Hằng số khí của không khí:
R

R = 0,288 KJ/kgđộ

Nhiệt dung riêng đẳng áp của
không khí: Cp


Cp = 1,003 KJ/kg độ

2.3. Công thức tính toán các chỉ tiêu kinh tế
- Phương pháp: Sử dụng các công thức thực nghiệm của Kho-lư-stốp Lâyđéc-man.
- Đối với động cơ diesel có buồng cháy trước, N e, Me, ge là giá trị tương ứng
của công suất có ích, mô me xoắn có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với
từng số vòng quay trung gian được chọn trước, ta có:
2.3.1. Công suất có ích
Ne = Ne đm.[0,6.

[kW]

Trong đó:
Ne đm: Công suất định mức thu được trong tính toán.
nđm: Số vòng quay ứng với công suất định mức [v/ph].
Ne là giá trị tương ứng của công suất có ích.
2.3.2. Mô men xoắn có ích
Me = MeN.[0,6 + 1,4.

[MN.m]

Trong đó:
MeN là mô men xoắn có ích ở số vòng quay định mức nđm.
M eN =

[MN.m]
Trang 12



HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

2.3.3. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
ge = geN.[1,2-1,2.

[g/kWh]

Trong đó:
geN suất tiêu hao nhiên có ích [g/KWh] ở số vòng quay định mức nđm.
2.3.4. Hiệu suất có ích
ηe =

(%)

Trong đó: QT là nhiệt trị thấp của nhiên liệu [MJ/kgnl].
2.3.5. Lưu lượng nhiên liệu tiêu hao
Gnl = ge.Ne
[kg/h]
Trong đó: ge được tính bằng [kg/kWh] và Ne: [kW].
2.4. Giới thiệu phần mềm diesel-RK và phương pháp tính toán bằng
phần mềm
2.4.1. Giới thiệu phần mềm
Hiện nay, các trung tâm nghiên cứu động cơ đốt trong lớn trên thế giới đã tập
trung nghiên cứu phát triển các phần mềm cho phép giải quyết các bài toán tính
toán mô phỏng, hoàn thiện chu trình công tác của động cơ, trước hết là giải quyết
các vấn đề liên quan đến tổ chức hợp lý quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong động
cơ diesel. Nhu cầu về một phần mềm như vậy rất lớn, trong khi đó giá các phần
mềm của các hãng nổi tiếng Boost (AVL), Wave (Ricardo), GT-Power (Gamma

Technologies) rất cao, có thể tới hàng trăm nghìn đô la Mỹ. Tuy nhiên, các phần
mềm nói trên không cho phép nghiên cứu chi tiết ảnh hưởng của hình dáng buồng
cháy, hướng chùm tia phun và các đặc điểm khác của quá trình tạo hỗn hợp tới chất
lượng quá trình cháy. Để giải quyết các vấn đề liệt kê ở trên, cần phải sử dụng công
nghệ mô phỏng 3D Computational Fluid Dynamic (CFD). Sự đòi hỏi tài nguyên
máy tính lớn cho các chương trình tính như KIVA (Los Alamos); FIRE (AVL);
STAR-CD (Computational Dynamics), VECTIS (Ricardo) đã hạn chế khả năng sử

Trang 13


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

dụng chúng để tối ưu hóa khi giải các bài toán kỹ thuật (tối ưu hóa những vấn đề
mang tính chi tiết, khu vực).
Trong khi đó, Diesel-RK là phần mềm tính toán động cơ đốt trong do các
chuyên gia của Đại học Kỹ thuật Bauman (LB Nga) phát triển và đã được nhiều
cơ sở chuyên nghiên cứu phát triển, sản xuất động cơ sử dụng. Đây là điều mà một
số phần mềm khác thường dùng để tính toán chu trình công tác cho động cơ diesel
chưa đề cập đến.
Điểm mạnh của Diesel - RK trong việc mô phỏng và tối ưu hóa toàn bộ chu
trình công tác của động cơ được thể hiện qua các mặt sau:
- Cho phép xem xét chi tiết tác động của các tham số ảnh hưởng đến quá trình
phun nhiên liệu, hình thành hỗn hợp; động học quá trình cháy và hình thành các chất ô
nhiễm.
- Bổ sung mô hình phù hợp cho việc tính toán mức phát thải NO x của động
cơ diesel làm việc với hỗn hợp nghèo - PCCI (Premixed Compression Ignition) và
có mức tuần hoàn khí thải (EGR) lớn.

- Cho phép phân tích, đánh giá cơ cấu phối khí thông minh.
- Kết hợp mô phỏng nhiệt động với việc dự báo trường nhiệt độ các chi tiết
(pít tông, xi lanh, nắp máy).
- Cho phép liên kết với các phần mềm mô phỏng khác phục vụ mục đích
thiết kế tổng thể phương tiện (kiểm tra sự tương thích của động cơ diesel với ứng
dụng về mức tiêu thụ nhiên liệu, mức phát thải ô nhiễm, …).
- Phần mềm Diesel-RK có nhiều dữ liệu giúp cho việc xây dựng mô hình tính
toán các dòng/họ động cơ do Liên Xô, Liên Bang Nga sản xuất.
2.4.2. Phương pháp tính toán
Bước 1: Khởi động phần mềm, khai báo sơ bộ các đặc tính kỹ thuật của động cơ:
Loại động cơ (diesel hay xăng), số kỳ; kiểu bố trí xy lanh, kiểu làm mát (Hình 2.1a);
các thông số chính của động cơ: hành trình pít tông (S), đường kính xy lanh (D), tỷ số

Trang 14


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

nén, tốc độ vòng quay định mức; các thông số môi trường (nhiệt độ, áp suất và nơi sử
dụng động cơ); có tăng áp và làm mát trung gian ….

a) Bố trí xy lanh và kiểu làm mát động cơ

b) Chọn và nhập các nhóm thông số

Hình 2.1. Khai báo sơ bộ đặc tính kỹ thuật của động cơ
Bước 2: Khai báo cụ thể các thông số kết cấu, điều chỉnh và vận hành của
động cơ: Để thực hiện việc khai báo, ta lần lượt vào từng nhóm trong menu chính

“Engine Parameters” (Hình 2.1b), bao gồm các mô đun:
+ Engine Design: Kiểu dáng thiết kế.

a) Các thông số chung của động cơ

b) Các thông số kết cấu buồng cháy

Hình 2.2. Giao diện khai báo các thông số chung và kết cấu buồng cháy

Trang 15


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

+ General Parameters: Các thông số chung của động cơ. Trong cửa sổ này,
các đặc tính cơ bản và các bộ phận của động cơ được mô tả: Đường kính xi lanh và
hành trình của pít tông, tỉ số nén và tốc độ danh nghĩa, các thông số của hệ thống làm
mát, các dữ liệu cần thiết cho việc tính toán tổn thất ma sát, trao đổi nhiệt, xi lanh...
Giao diện khai báo các thông số chung của động cơ được trình bày trên Hình 2.2a.
+ Fuel Injection System, Combustion Chamber: HTPNL, buồng cháy. Trong
cửa sổ này cần nhập các thông số cần thiết cho việc tính toán hình thành hỗn hợp
và đốt cháy trong động cơ diesel (và động cơ đốt cháy cưỡng bức). Ví dụ giao diện
khai báo các thông số của HTPNL, buồng cháy được cho trên các Hình 2.2b. Giao
diện khai báo QLCCNL được trình bày trên Hình 2.3a. Các thông số cơ bản của
QLCCNL như: thời điểm bắt đầu phun, khoảng thời gian phun và lượng nhiên liệu
cung cấp cho một chu trình (gct).

a) Quy luật cung cấp nhiên liệu


b) Các thông số của hệ thống nạp thải

Hình 2.3. Giao diện khai báo QLCCNL và hệ thống nạp thải

Trang 16


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

a) Loại nhiên liệu và thuộc tính

b) Chế độ tính toán

Hình 2.4. Giao diện khai báo thuộc tính của nhiên liệu và chế độ tính toán
+ Gas Exchange System: Hệ thống nạp thải (Hình 2.3b). Trong cửa sổ này,
cần thiết lập các thông số cơ bản của hệ thống nạp/thải: thời gian đóng mở van,
thiết kế của các cửa nạp, cửa xả, thiết kế các đường ống nối vào, ra...
+ Exhaust Gas Recirculation System: Hệ thống tuần hoàn khí thải
+ Supercharging: khai báo nếu động cơ diesel có tăng áp.
+ Fuel: nhóm thông số về nhiên liệu cho phép nhập các thuộc tính của nhiên
liệu, lựa chọn loại nhiên liệu khảo sát. Cửa sổ khai báo được trình bày trên Hình 2.4a.
+ Operating Mode: nhóm thông số này được sử dụng để khai báo các thông số
của chế độ tính toán như chế độ tốc độ, lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (hoặc hệ
số dư lượng không khí), góc phun sớm nhiên liệu, áp suất, nhiệt độ môi trường, ... Cửa
sổ giao diện của mô đun được trình bày trên Hình 2.4b.
2.5. Kết luận chương II
Việc tìm hiểu cơ sở tính toán giúp ta tính toán các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật

của động cơ bằng các công thức thực nghiệm và phương pháp ứng dụng phần mềm
để tính.

Trang 17


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU
KINH TẾ - KĨ THUẬT
3.1. Kết quả tính toán theo phương pháp truyền thống
3.1.1. Tính toán các quá trình công tác
a) Tính toán quá trình nạp (quá trình trao đổi khí):
Đối với động cơ diesel, bốn kỳ không tăng áp:
Công thức tính
Hệ số khí sót: γ r

0,03667

Nhiệt độ cuối quá trình
nạp: Ta

Kết quả

Ta =

[oK]


η v=

Hệ số nạp: ηv

0,758

Lượng khí nạp mới: M1
M1 =

[kmol/kgnl]

334

0,928

b) Tính toán quá trình nén:

Áp suất cuối quá trình
nén: Pc [MPa]
Nhiệt độ cuối quá trình
nén: Tc [ºK]

Công thức tính

Kết quả

n1
Pc = Pa. ε

3,2


n1-1
Tc = Ta. ε

838

Mc = M1+ Mr = M1. (1   r )

0,962

Lượng môi chất công tác
của quá trình nén: Mc
[kmol/kgn.l]

Trang 18


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

c )Tính toán quá trình cháy:
Tính toán tương quan nhiệt hóa
Công thức tính
Lượng

không

khí


Kết quả

lý

thuyết cần để đốt cháy
1kg nhiên liệu Mo: Vì

M0 =

đây là đ/c diesel nên ta

1
C H O
.(   )
0,21 12 4 32

0,495

chọn C=0,86; H=0,13;
O=0,01

[kmol/kgnl]

Hệ số dư lượng không

α=

khí: α
Số mol của sản vật cháy:
M2


[Kmol/kgnl]

1,87

Do α >1 nên: M2 = α.Mo +

Hệ số thay đổi phân tử lí

M2
M1

1,03

β0+γ r
1+γ r

1,028

β0 =

thuyết β0:
Hệ số thay đổi phân tử

β=

thưc tế β: (Do có khí sót)

0,958


Tính toán tương quan nhiệt động
Công thức tính

Kết quả

μcvc = 20,223 + 1,742.10-3.Tc

21,72

Nhiệt dung mol đẳng tích
trung bình của hỗn hợp
công tác ở cuối quá trình
nén: μcvc

[KJ/Kmol độ]

Nhiệt dung mol đẳng tích
trung bình của khí thể tại
điểm z:

μcvz

μcvz = 20,098 +
= 20,428+2,046.10-3.Tz

[KJ/Kmol độ]
Trang 19


HỌC VIỆN HẢI QUÂN


ĐỀ TÀI NCKH
Đối với động cơ Diesel, nhiệt độ cuối quá

Nhiệt độ tại điểm z: Tz trình Tz bằng cách giải phương trình nhiệt
động của quá trình cháy sau:
(1750 – 1950) [oK]
μcvz).Tc =

p

Áp suất tại điểm z: pz

z

 . p

1794

μcpz.Tz

c

7,04

(MPa)

Với :

z.


d)Tính toán quá trình giãn nở:
Công thức tính

Nhiệt độ cuối quá trình giãn

Tb=

(1000 ÷1400) [oK]

Áp suất cuối quá trình giãn nở
pb:

(0,2÷0,4)

1,21

ε
ρ

12,39

Tz
n2–1
δ

1084

Pz
n2

δ

0,34

δ=

Hệ số giãn nở sau δ :

nở: Tb

βz.Tz
λ.Tc

ρ=

Hệ số giãn nở sớm ρ: (1,2 ÷1,7)

pb =

[MPa]

Tính nhiệt độ khí thải Trt : [oK]

Kết quả

Trt = Tb.

781

3.1.2. Tính toán các thông số chu trình công tác

3.1.2.1. Các thông số chỉ thị
a) Áp suất chỉ thị trung bình: p'i
Đây là động cơ diesel có áp suất chỉ thị trung bình P'i được xác định theo
công thức:
p' i =

Pc
. [ λp.(ρ-1) +
ε–1

[Mpa]

Trang 20


HỌC VIỆN HẢI QUÂN

ĐỀ TÀI NCKH

b) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế: pi
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung
bình. Trong thực tế được xác định theo công thức:
pi= p' i .φd

(MPa)

c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: gi
gi=

(g/kW.h)


d) Hiệu suất chỉ thị: ηi
ηi =

.100

(%)

Kết quả:
Áp suất chỉ thị trung bình: p'i

0,86 (MPa)

Áp suất chỉ thị trung bình thực t:ế pi

0,77 (MPa)

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: gi

206,5 (g/kW.h)

Hiệu suất chỉ thị: ηi

41

(%)

3.1.2.2. Các thông số có ích

Áp suất tổn thất cơ giới: Pcơ

Áp suất có ích trung bình: Pe
Hiệu suất cơ giới: ηm
Suất tiêu hao nhiên liệu: ge
Hiệu suất có ích: ηe

Công thức tính

Kết quả

Pcơ = 0,015 + 0,0156.Vtb

0,124 (MPa)

Pe = Pi – Pcơ

0,646 (MPa)

ηm =

pe
pi

ge=
ηe = ηm.ηi

Trang 21

0,84
245,8 (g/kW.h)
0,344