TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG XỐY LỐC DỊNG KHÍ
NẠP ĐẾN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRÊN XE HONDA
FUTURE FI 125

GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT
SVTH: ĐỖ TẤN THÍCH
MSSV: 13145248
SVTH: TRẦN VĂN VŨ
MSSV: 13145335

TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG XỐY LỐC DỊNG KHÍ
NẠP ĐẾN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRÊN XE HONDA
FUTURE FI 125

GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT
SVTH: ĐỖ TẤN THÍCH
MSSV: 13145248
SVTH: TRẦN VĂN VŨ

MSSV: 13145335

TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT a
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập-Tự Do –Hạnh Phúc

TP.Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 03 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. ĐỖ TẤN THÍCH
2.TRẦN VĂN VŨ

MSSV: 13145248
MSSV: 13145335

Chuyên ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học (Chính quy)

Mã hệ đào tạo: K13145

Khoá: 2013-2017


Lớp: 131452

1. Tên đề tài
Nghiên cứu ảnh hƣởng xốy lốc của dịng khí nạp đến cơng suất động cơ trên xe
máy Honda Future FI 125.
2. Nhiệm vụ đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về lốc xốy trên xe máy.
- Mơ hình hố động cơ đốt trong, thiết kế động cơ xe máy bằng phần mềm
CATIA.
- Mơ phỏng xốy lốc trên đƣờng ống nạp bằng phần mềm ANSYS Fluent, CATIA
kết hợp với phần mềm Matlab tính tốn các thơng số cần thiết.
-Đánh giá, nhận xét, phân tích ảnh hƣởng của hiện tƣợng lốc xốy trên xe máy đến
đặc tính động cơ, đề xuất phƣơng pháp cải tiến.
Sản phẩm của đề tài
- Thuyết minh, phản biện trƣớc hội đồng (File Powerpoint).
- File word nói về cơ sở lý thuyết, đánh giá kết luận về kết quả mô phỏng và đề
xuất kết quả tốt nhất và file mô phỏng.
- Đĩa CD bao gồm các file liên quan.
3. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 29/03/2017
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:15/07/2017
TRƢỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: ĐỖ TẤN THÍCH

MSSV: 13145248

Hội đồng:………………

Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN VŨ
MSSV: 13145335 Hội đồng:………………
Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng xốy lốc của dịng khí nạp đến cơng suất động cơ trên xe máy
Honda Future FI 125.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hƣớng dẫn: TS. LÝ VĨNH ĐẠT
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN (không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................


...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:
TT


Mục đánh giá

Điểm tối
đa

1.

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10
Nội dung ĐATN

2.

Điểm đạt
đƣợc


50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10


4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Đƣợc phép bảo vệ
 Không đƣợc phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 25 tháng 07 năm 2017
Giảng viên hƣớng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: ĐỖ TẤN THÍCH

MSSV: 13145248

Hội đồng…………………..

Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN VŨ
MSSV: 13145335
Hội đồng…………………..
Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng xốy lốc của dịng khí nạp đến công suất động cơ trên xe máy
Honda Future FI 125.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) TS. Nguyễn Văn Trạng (Mã GV:…………..)
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:


.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:
TT

Mục đánh giá


Điểm tối
đa

1.

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10
Nội dung ĐATN

2.

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…


5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10


Tổng điểm

100

7. Kết luận:
 Đƣợc phép bảo vệ
 Không đƣợc phép bảo vệ

Điểm đạt
đƣợc

TP.HCM, ngày 25 tháng 07 năm 2017
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng xốy lốc của dịng khí nạp đến công suất động cơ trên
xe máy Honda Future FI 125.
Họ và tên sinh viên : ĐỖ TẤN THÍCH
TRẦN VĂN VŨ

MSSV: 13145248
MSSV: 13145335


Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hƣớng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã đƣợc hồn chỉnh
đúng theo u cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hƣớng dẫn:

Giảng viên phản biện:

TP.Hồ Chí Minh, ngày …tháng…năm 2017


LỜI CẢM ƠN

Trong 4 năm học tập và rèn luyện dƣới mái trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
TP.HCM thân yêu này, chúng em nhận đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình, quan tâm sâu sắc của
q thầy cơ. Thầy cơ luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất và truyền đạt những kiến thức, kinh
nghiệm cho chúng em, đó là nền tảng, động lực cho chúng em học tập và nghiên cứu sau
này, cũng nhƣ những kiến thức đó chúng em sẽ vận dụng có ích, linh hoạt vào trong đời
sống sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cơ ở Khoa Cơ khí Động lực và q
thầy cơ ở các khoa khác đã trang bị cho chúng em nhiều kiến thức hay và có ích, đó là
những kiến thức làm nền tảng cho chúng em vận dụng vào trong đồ án tốt nghiệp này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy TS.Lý Vĩnh Đạt ngƣời mà đã
tận tình, tận tâm tạo mọi điều kiện tốt nhất để hƣớng dẫn cho chúng em hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Mặc dù chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này nhƣng chắc sẽ cịn thiếu sót,
chúng em mong nhận đƣợc sự đóng góp chân tình của quý thầy cô.

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới quý thầy cô, chúc quý
thầy cô và gia đình ln vui vẻ, mạnh khoẻ, hạnh phúc, thành đạt trong sự nghiệp trồng
ngƣời.

Sinh viên thực hiện
Đỗ Tấn Thích - Trần Văn Vũ

i


TĨM TẮT

Từ khi động cơ đốt trong ra đời, đó cũng chính là nền cơng nghiệp bắt đầu phát
triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng xe ô tô và xe máy ngày càng phổ biến, trong đó nhu cầu
sử dụng xe máy ngày càng nhiều vì sự tiện lợi và hợp với tài chính cửa ngƣời dân, nƣớc
ta là nƣớc đứng thứ 2 trong khu vực Châu Á sử dụng xe gắn máy nhiều chỉ sau Đài Loan,
theo thời gian thì nguồn nhiên liệu hố thạch ngày càng cạn kiệt, do đó nhu cầu cấp thiết
đặt ra cho các nhà nghiên cứu đó là làm sao cải tiến một cách có hiệu quả vừa đảm bảo
tính kinh tế, kỹ thuật và môi trƣờng. Bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế CATIA và
phần mềm mô phỏng động lực học lƣu chất ANSYS Fluent kết hợp với Matlab, nghiên
cứu dự đoán hiệu suất của động cơ một cách chính xác và hiệu quả vừa tiết kiệm đƣợc
nguồn chi phí. Đồ án sử dụng phần mềm CATIA 3D để thiết kế đƣờng ống nạp và động
cơ đốt trong xe máy Honda Future FI 125cc, mơ phỏng vận tốc của dịng khí nạp đến xi
lanh. Từ đó cải thiện hình dạng cổ nạp cho động cơ. Phần mềm Matlab dùng để tính tốn
cơng suất, cơng chỉ thị, hiệu suất chỉ thị, từ đó rút ra mơ hình dạng cổ nạp phù hợp nhất.
Nội dung sơ lƣợc của các chƣơng đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
 Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng này trình bày về lý do chọn đề tài, mục đích, đối tƣợng nghiên cứu, hƣớng
nghiên cứu, hƣớng giải quyết vấn đề, phƣơng pháp nghiên cứu.
 Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết của lốc xoáy trên động cơ và đặc tính động cơ

Chƣơng này trình bày về lốc xốy, các thơng số về xốy lốc, phƣơng pháp đo xốy lốc
và các đặc tính của động cơ.
 Chƣơng 3: Mơ hình hố và mơ hình mơ phỏng của hệ thống nạp trên động cơ
Chƣơng này trình bày về mơ hình hố và mơ hình mơ phỏng bao gồm việc thiết kế mơ
hình và thiết lập các thông số thứ cấp, điều kiện biên và tiến hành mơ phỏng trên phần
mềm.
 Chƣơng 4: Kết quả, bình luận, đánh giá
Trong chƣơng này trình bày các kết quả đạt đƣợc sau khi mô phỏng ở chƣơng 3.

ii


 Chƣơng 5: Kết luận và đề xuất
Chƣơng này trình bày kết luận tốt nhất trong các trƣờng hợp mô phỏng và đƣa ra đề xuất
tốt nhất.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………………........i
TÓM TẮT………………………………………………………………………………..ii
MỤC LỤC……………………………………………………………………………….iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU……………………….……...…viii
DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………..……...xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………......xvi
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1


Lý do chọn đề tài ....................................................................................................1

1.1.1

Dẫn nhập ..........................................................................................................1

1.1.2

Vấn nạn ô nhiễm của động cơ đốt trong ..........................................................2

1.1.3

Nhu cầu mong muốn của ngƣời dùng .............................................................4

1.2

Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài .............................................5

1.2.1

Mục đích nghiên cứu .......................................................................................5

1.2.2

Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................6

1.2.3

Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................6


1.3

Phân tích, đánh giá các hƣớng nghiên cứu đã có ...................................................6

1.3.1

Hƣớng nghiên cứu trong nƣớc.........................................................................6

1.3.2

Hƣớng nghiên cứu ngoài nƣớc ........................................................................8

1.4

Hƣớng giải quyết của vấn đề :................................................................................9

1.5

Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................9

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LỐC XOÁY TRÊN ĐỘNG CƠ
VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ

iv


2.1

Sơ lƣợc về xoáy lốc ..............................................................................................10


2.2

Định nghĩa về hiện tƣợng lốc xốy ......................................................................10

2.3

Vận tốc trung bình của dịng lốc xốy..................................................................11

2.4

Hệ số xốy lốc và vận tốc của mơ men động lƣợng............................................12

2.5

Lốc xốy tạo ra trong q trình hút: .....................................................................14

2.6

Lốc xốy khi vào xi lanh ......................................................................................16

2.7

Phƣơng pháp đo lốc xoáy (Swirl Measurement) ..................................................20

2.8

Giới thiệu một số hãng có ứng dụng hiện tƣợng xoáy lốc ...................................21

2.9


Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nạp và cơng suất của động cơ ....................23

2.9.1

Hệ số nạp và các yếu tố ảnh hƣởng ...............................................................23

2.9.2

Hệ số khí sót và các thơng số ảnh hƣởng ......................................................24

2.9.3

Ảnh hƣởng của lốc xốy đến dịng khí nạp ...................................................25

2.10 Động lực học ống góp nạp và ống góp xả ............................................................26
2.10.1 Động lực học ống góp nạp.............................................................................26
2.10.2 Phần đầu ống góp nạp....................................................................................27
2.10.3 Động lực học trong xi lanh ............................................................................29
2.10.4 Nhiệt lƣợng toả ra và truyền nhiệt .................................................................31
2.10.5 Động học ống góp xả .....................................................................................33
2.11 Đặc tính động cơ ..................................................................................................34
2.11.1 Cơng suất chỉ thị. ...........................................................................................34
2.11.2 Ma sát. ...........................................................................................................35
2.11.3 Tổn thất ma sát trên đƣờng ống nạp. .............................................................36
2.11.4 Mô men xoắn và công suất. ...........................................................................37
2.11.5 Suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nhiên liệu. ...........................................39

v



2.11.6 Hiệu suất nạp: ηv. ...........................................................................................40
Chƣơng 3. MƠ HÌNH HỐ CỦA HỆ THỐNG NẠP TRÊN ĐỘNG CƠ XE MÁY
HONDA FUTURE FI 125cc
3.1

Giới thiệu các phƣơng pháp mô phỏng trên động cơ ...........................................42

3.2

Mơ hình hố hệ thống nạp trên động cơ ...............................................................43

3.2.1

Phần mềm thiết kế CATIA V5. .....................................................................45

3.3

Giới thiệu phần mềm ANSYS có sử dụng trong đồ án ........................................51

3.4

Thiết lập các thơng số cho mơ hình để mơ phỏng................................................55

3.4.1

Phần mềm mơ phỏng .....................................................................................55

3.4.2

Thiết lập các thông số cơ bản ........................................................................56


3.4.3

Định nghĩa các mặt hình học .........................................................................58

3.4.4

Quá trình chia lƣới .........................................................................................59

3.4.5

Thiết lập các thông số thứ cấp và điều kiện biên ..........................................62

3.4.6

Tiến hành mơ phỏng ......................................................................................65

3.5

Mơ hình mơ phỏng đặc tính động cơ ...................................................................66

Chƣơng 4. KẾT QUẢ, BÌNH LUẬN, ĐÁNH GIÁ
4.1

Q trình tạo lƣới toàn chu kỳ..............................................................................68

4.2

Phổ vận tốc toàn chu kỳ .......................................................................................69


4.3

Phổ vận tốc quá trình nạp .....................................................................................71

4.4

Năng lƣợng động năng trung bình của dịng chảy mơ phỏng ..............................72

4.5

Tỷ lệ xốy .............................................................................................................74

4.5.1

So sánh tỷ lệ xốy dọc của góc nghiêng 250 và 300 ......................................74

4.5.2

So sánh tỷ lệ xốy ngang của góc nghiêng 250 và 300 ..................................75

4.5.3

So sánh tỷ lệ xoáy dọc của góc nghiêng 300 và 350 ......................................77

vi


4.5.4

So sánh tỷ lệ xốy ngang của góc nghiêng 300 và 350 ..................................79


4.5.5

Hệ số xoáy lốc theo phƣơng cắt ngang của tỷ lệ xốy ngang .......................81

4.6

Cơng suất của động cơ ứng với các góc nghiêng khác nhau ...............................81

4.7

Mơ men xoắn của động cơ với các góc nghiêng khác nhau.................................84

4.8

Suất tiêu hao nhiên liệu ứng với các góc nghiêng khác nhau ..............................86

Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
5.1

Kết luận ................................................................................................................87

5.2

Đề xuất .................................................................................................................87

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...……... 89

vii



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
 Danh mục các từ viết tắt:
-

ANSYS: Analys system – Phân tích hệ thống.

-

AQI: Air Quality Index – Chỉ số chất lƣợng khơng khí.

-

CA: Crankshaft Angle – Góc quay trục khuỷu.

-

CATIA V5: Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) - Xử lý
tƣơng tác trong khơng gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính.

-

CPU: Central Processing Unit – Bộ phận xử lý trung tâm.

-

ĐCD: Điểm chết dƣới.

-


ĐCT: Điểm chết trên.

-

ECU: Electronic Control Unit - Hộp điều khiển động cơ bằng điện tử.

-

EGR: Exhaust Gas Recirculation – Hệ thống luân hồi khí xả.

-

EVC: Exhaust Valve Close - Xú-pap thải đóng.

-

EVO: Exhaust Valve Open - Xú-pap thải mở.

-

FEA: Finite Element Analysis – Phân tích phần tử hữu hạn.

-

GDI: Gasoline Direct Injection – Phun xăng trực tiếp.

-

ICE: Internal Combustion Engine – Động cơ đốt trong.


-

IVC: Intake Valve Close - Xú-pap nạp đóng.

-

IVO: Intake Valve Open - Xú-pap nạp mở.

-

PM: Particulate Matter: chất dạng hạt.

-

PPM: Part Per Million một phần triệu.

-

WHO: World Health Organization – Tổ chức Y tế Thế giới.

-

RON: Reasearch Octance Number – Chỉ số ốc tan xác định theo phƣơng pháp
nghiên cứu.

-

SCV: Swirl Control Valve – Van điều khiển xoáy lốc.

-


STCS: Swirl Tumble Control System – Hệ thống điều khiển xoáy lốc dọc và xoáy
lốc ngang.

-

T-VIS: Toyota Variable Induction System – Hệ thống biến thiên dịng khí nạp.

-

VVT: Variable Valve Timing – Hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh.

-

VCR: Variable Compression Ratio – Hệ thống thay đổi tỷ số nén biến thiên.

viii


-

2D, 3D: 2 Dimension, 3 Dimension: Không gian 2 chiều, không gian 3 chiều.

 Danh mục các ký hiệu và đơn vị:
 A: diện tích bề mặt buồng đốt (m2).
 A0: diện tích lỗ dịng chảy (m2).


Aex,vi : diện tích hiệu dụng xu-pap xả (m ).




Aex : diện tích ống góp thải (m2).

2

 Ach: diện tích bề mặt phần đầu xi lanh (m2).
 Ap: diện tích bề mặt đỉnh piston (m2).
 Av: diện tích của xú-pap nạp (m2).


A : diện tích hiệu dụng xú-pap nạp (m2).
vi

 Aφ: diện tích thân bƣớm ga (m2), là một hàm của vị trí bƣớm ga.


Aj

và Ap : tƣơng ứng là thành phần nhỏ nhất tiết diện dịng khí và diện tích piston

(m2).
 a: thơng số hiệu chỉnh trong cơng thức tính tỷ lệ xốy.





B: đƣờng kính của xi lanh (m).
Cs: hệ số xốy lốc.

Cd: hệ số lƣu lƣợng dịng chảy.
Cm: vận tốc trung bình của dịng khí (m/s).

 Cr: tỉ số nén động cơ.
 D: đƣờng kính lỗ bƣớm ga (mm).
 d: đƣờng kính trục bƣớm ga (mm).
 h: hệ số truyền nhiệt đối lƣu (W/m2/K).
 I c : mô men động lƣợng .
 i: biểu thị cho xi lanh thứ ith.
 Ji :thông lƣợng của mô menđộng lƣợng trong xi lanh.
 k: số xi lanh trong động cơ.
 L: Chiều dài thanh truyền (m).


L
vi : độ nâng của xu-pap nạp (mm).



Lex,vi : độ nâng xu-pap xả (mm).

ix


 m: hệ số đa biến trung bình của khơng khí.


m
: lƣu lƣợngkhối lƣợngkhí đi qua phần đầu ống góp nạp (kg/s).




r
m
i

: lƣu lƣợng khối lƣợng khí lý tƣởng góp chung vào ống góp nạp riêng từng xi
lanh thứ ith (kg/s).
 m ci,ex :lƣu lƣợng khối lƣợng chất thải từ xi lanh thứ ith ra ống góp thải (kg/s).


 ex, pipe : lƣu lƣợng khối lƣợng chấtthải qua ống thải ra ngoài (kg/s).
m

 mf : khối lƣợng nhiên liệu bị đốt cháy (kg).
 Ni: công suất chỉ thị (kW).
 n: số vòng quay (vòng/phút).
 Pi: áp suất chỉ thị (Pa).
 p: áp suất trong lòng xi lanh (Pa)..
 pa là áp suất cuối quá trình nạp (Pa)..
 p0:thể hiện cho áp suất môi trƣờng (Pa)..


pci : áp suất ở xi lanh thứ ith(Pa).

 pf : áp lực ma sát hiệu dụng trung bình (Pa).
 pm:áp suất ống góp hút (Pa)..
 pr: áp suất khí sót (Pa)..
 Pex : áp suất ống góp thải (Pa).



pci,out : áp suất xi lanh thứ ithdo xú-pap xả (Pa).

 QHV là nhiệt trị thấp (MJ/kg) khi đốt cháy nhiên liệu nó nằm trong khoảng giá trị từ
(42-45)MJ/kg.
Qhr

: nhiệt phát ra (MJ/kg).


Qht
: nhiệt truyền đi (MJ/kg)..

 R: hằng số khí (J/kg.K).
 r: bán kính quay trục khuỷu(m).
 r0: bán kính của xú-pap nạp (m).


S : vận tốc trung bình piston (m/s).
p

 xb: phần khối lƣợng nhiên liệu bị cháy (kg).
 T: nhiệt độ (K).

x




T f : mô menma sát (N.m).


 Tk: nhiệt độ trƣớc xú-pap nạp (K).
 Tw: nhiệt độ thành buồng đốt (K).


Tex : nhiệt độ khí xả (K).

 Tb: mơ men xoắn thực tế (N.m).
 Ti: mô men xoắn biểu thị (N.m)..
 Tf: mô men xoắn do tổn thất ma sát (N.m)..
 Tk: nhiệt độ trƣớc xú-pap nạp (K).
 ∆𝑇: độ tăng nhiệt độ của khí nạp mới (K).
 U(t): vận tốc tức thời của dịng khí nạp .
 U : vận tốc trung bình (m/s) .
 v0: vận tốc đặc trƣng của dịng xốy, nó có nguồn gốc từ việc rơi áp trong q trình
đo đƣợc (m/s).
 Vm: thể tích ống góp (m3).
 Vcl : là thể tích xi lanh thứ ith (m3).
 Vd : thể tích của xi lanh (m3).
 Vcl : thể tích phần lõm xi lanh (m3).
 Vex : thể tích ống góp thải (m3).


v j : vận tốc cục bộ (m/s).

  chỉ số nén đa biến trung bình.



 là tỷ số nén của động cơ.


 p : tốc độ góc của piston với n là số vịng quay (rad/s).



s : vận tốc góc của dịng xoáy (rad/s).



1 : hệ số nạp thêm.



t : hệ số hiệu đính tỷ nhiệt.
2 : hệ số quét buồng cháy.
1 : hệ số nạp thêm.






t : hệ số hiệu đính tỷ nhiệt.
2 : hệ số quét buồng cháy.

xi





 : góc mở ban đầu bƣớm ga (độ).
0

 0 : góc bắt đầu đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu (rad).
 θ: góc quay trục khuỷu (rad).



 : tổng các góc quay của trục khuỷu tính từ thời điểm nhiên liệu cháy (rad).
 : số kỳ của động cơ.



j

: hệ số cản,

 ρ: khối lƣợng riêng khơng khí.
  , 0 lần lƣợt là thời gian đặc trƣng riêng đầu và sau đó (s).

xii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Xốy lốc dọc và xốy lốc ngang ........................................................................11
Hình 2.2 Vận tốc góc của mơ men động lƣợng xốy lốc dọc và ngang ............................12
Hình 2.3 Xốy lốc Swirl trong quá trình nạp ...................................................................15
Hình 2.4 Các biến thể của các dạng đƣờng ống tạo ra xoáy lốc dọc (Swirl)....................16
Hình 2.5 Xú-pap nạp đƣợc tạo rãnh để tạo xốy lốc ........................................................16
Hình 2.6 Xốy lốc ngang (Tumble) chủ yếu do phun nhiên liệu .....................................18

Hình 2.7 Xốy lốc ngang (Tumble) đƣợc tạo ra khi xú-pap thƣờng đặt nghiêng……….19
Hình 2.8 Piston đƣợc tạo biên dạng lõm để tăng xoáy lốc dọc (Swirl)………………… 19
Hình 2.9 Sơ đồ về phƣơng pháp đo dịng chảy ổn định …………………………….......20
Hình 2.10 Thiết bị xốy lốc dọc (Swirl) và lốc xốy ngang (Tumble) ..............................21
Hình 2.11 Hệ thống T-VIS ...............................................................................................22
Hình 2.12 Phần đồ thị cơng trong q trình nạp ...............................................................23
Hình 2.13 Sơ đồ ống góp nạp và xả ...................................................................................26
Hình 2.14 Mơ hình dịng khí nạp đi vào xi lanh ...............................................................27
Hình 2.15 Mơ hình thiết bị đo cơng suất động cơ .............................................................38
Hình 3.1 Dạng cổ nạp xe máy Honda Future FI 125cc ngồi thực tế .............................. 43
Hình 3.2 Tiến hành đo thơng số kết cổ nạp ......................................................................44
Hình 3.3 Giao diện CATIA V5 sau khi khởi động ............................................................46
Hình 3.4 Chức năng lệnh cơ bản trong 2D của phần mềm CATIA V5 .............................47
Hình 3.5 Lệnh thƣờng vẽ trong mơi trƣờng 2D .................................................................48
Hình 3.6 Biên dạng của đƣờng ống nạp trong 2D có màu xanh lá ................................... 48
Hình 3.7 Lệnh Shaft ..........................................................................................................49
Hình 3.8 Lệnh Rib..............................................................................................................50

xiii


Hình 3.9 Biên dạng đƣờng ống nạp và cổ xả đƣợc vẽ khi dùng lệnh Rib .........................50
Hình 3.10 Mơ hình 3D động cơ xe máy Honda Future FI 125cc hoàn chỉnh ...................51
Hình 3.11 Giao diện khi khởi động phần mềm ANSYS Workbench ................................55
Hình 3.12 Hai mơ hình ICE trong ANSYS .......................................................................56
Hình 3.13 Xem các thơng số thiết lập ................................................................................56
Hình 3.14 Các loại hình mơ phỏng cho mơ hình ICE .......................................................57
Hình 3.15 Việc mơ phỏng này là tồn chu trình ................................................................57
Hình 3.16 Thiết lập thông số tổng quát cho mô phỏng. .................................................. 57
Hình 3.17 Các thơng số thiết lập cơ bản của một động cơ đốt trong................................ 58

Hình 3.18 Chọn các mặt hình học để định nghĩa chúng ....................................................59
Hình 3.19 Lƣới tính tốn cho mơ hình động cơ đốt trong với góc nghiêng ống góp nạp
250

.……………………………………………………………………………………60

Hình 3.20 Lƣới tính tốn cho mơ hình động cơ đốt trong với góc nghiêng ống góp nạp
30o ......................................................................................................................................61
Hình 3.21 Lƣới tính tốn cho mơ hình động cơ đốt trong với góc nghiêng ống góp nạp
350

…………………………………………………………………………………….62

Hình 3.22 Thiết lập các thông số cơ bản và điều kiện biên .............................................. 63
Hình 3.23 Thiết lập thơng số cho mơ hình chuẩn bị q trình cháy ..................................63
Hình 3.24 Thiết lập các thơng số phun xăng và đánh lửa……….………………………64
Hình 3.25 Thiết lập thơng số mở sớm đóng muộn cho xú-pap nạp và thải .......................65
Hình 3.26 Biểu tƣợng thể hiện dấu "Check" thì mới tiến hành mơ phỏng. .......................66
Hình 3.27 Hình các thông số đầu vào của động cơ xe máy Honda Future 125cc .............66
Hình 3.28 Xây dựng mơ hình động cơ xe máy Honda Future 125cc bằng Simulink .......67
Hình 4.1 Tạo lƣới tồn chu kỳ ...........................................................................................68
Hình 4.2 Phổ vận tốc toàn chu kỳ ......................................................................................70

xiv


Hình 4.3 Phổ vận tốc kỳ nạp ..............................................................................................71
Hình 4.4 Năng lƣợng động năng trung bình của dịng chảy mơ phỏng ............................ 73
Hình 4.5 Tỷ lệ xốy lốc dọc (Swirl) của động cơ nguyên mẫu góc nghiêng 250 và góc
nghiêng 300 ........................................................................................................................75

Hình 4.6 Tỷ lệ xốy lốc ngang của động cơ nguyên mẫu 250 và động cơ cải tiến 300 .....76
Hình 4.7 Tỷ lệ xoáy lốc dọc của động cơ với góc nghiêng 300 và góc nghiêng 350 .........78
Hình 4.8 Tỷ lệ xốy lốc ngang của góc nghiêng 300 và góc nghiêng 350 ........................ 80
Hình 4.9 Hệ số xốy lốc theo phƣơng cắt ngang của tỷ lệ xốy ngang .............................81
Hình 4.10 Các hệ số a, m đƣợc đƣa vào model để đánh giá tới cơng suất ........................82
Hình 4.11 Cơng suất của động cơ ứng với các góc nghiêng khác nhau ............................83
Hình 4.12 Mô men động cơ xe máy Honda Future 125cc ứng với các góc nghiêng khác
nhau .................................................................................................................................85
Hình 4.13 Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ứng với các góc nghiêng khác nhau
…………………………………………………………………………………………...86

xv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tác hại chính của khí thải động cơ đốt trong .......................................................3
Bảng 3.1 Thông số kết cấu xe máy Honda Future FI 125cc dùng để thiết kế và mơ
phỏng…………………………….……………………………………………………....44
Bảng 4.1 Giá trị các tỷ lệ xốy theo góc nghiêng khác nhau.............................................82

xvi


Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài
1.1.1

Dẫn nhập


Từ khi cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất ra đời tại Châu Âu với sự ra đời
của động cơ hơi nƣớc với phát minh của nhà bác học James Watt(1736-1819) nhà phát
minh ngƣời Scottland, tiếp sau đó là cuộc cách mạng công nghiệp lần 2 với sự phát minh
nhiều thiết bị dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ với sự xuất hiện của bóng đèn điện,
trong đó khơng thể khơng kể đến đó động cơ đốt trong, sau đó là cách mạng cơng nghiệp
3 và cuộc cách mạng công nghiệp 4 với sự phát triển nhƣ vũ bão về các ngành cơng
nghiệp nặng, máy móc, internet,… Qua 4 cuộc cách mạng này ta đề thấy rằng động cơ
đốt trong ra đời rất sớm và chiếm một phần rất quan trọng trong các ngành cơng nghiệp,
trong đó phải kể đến đó là động cơ ơ tơ, xe máy. Theo nhu cầu và tài chính của con ngƣời
thì xe máy lại tiện lợi, trong khi đó nƣớc ta là nƣớc có sử dụng xe máy lớn thứ 2 ở Châu
Á sau Đài Loan. Nhƣ vậy, theo thời gian thì nguồn nhiên liệu hố thạch ngày càng cạn
kiệt, tình trạng ơ nhiễm môi trƣờng ngày càng tăng do sự phát thải về lƣợng khí xả trên
xe máy và ơ tơ. Ngày nay với xu thế của thế giới là làm sao hạn chế lƣợng khí xả phát
thải ra mơi trƣờng, mong muốn mơi trƣờng ln xanh, tránh tình trạng nóng lên của trái
đất thì câu hỏi đặt ra cho các nhà sản xuất xe máy họ phải luôn cải tiến về động cơ của
mình sao cho lƣợng khí xả phát thải ra mơi trƣờng là thấp nhất, ít độc hại nhất, việc cải
tiến này là làm sao phải giải quyết ba bài tốn chính đó là: bài tốn về mơi trƣờng phải
làm sao cho khí xả của động cơ đốt trong là ít gây hại cho mơi trƣờng nhất. Bài tốn kỹ
thuật: phải đảm bảo các thông số kỹ thuật của xe gắn máy nhƣ về công suất, suất tiêu hao
nhiên liệu là hợp lý. Bài toán về kinh tế làm sao phù hợp với tài chính của ngƣời dân.
Trong quá trình sử dụng, con ngƣời ln khơng ngừng cải tiến theo hƣớng tăng cơng
suất động cơ và giảm lƣợng khí thải gây ô nhiễm môi trƣờng. Hàng loạt các cải tiến có
thể nhắc đến ở các hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp, hệ thống xả…và sử dụng các công
nghệ mới trên động cơ nhƣ: VVT, VCR, GDI, xe điện, xe Hybrid. Các nghiên cứu này
phải đƣợc dựa trên các đƣờng đặc tính của động cơ, cũng nhƣ tình trạng làm việc thực tế.

1