(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 Xylanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học BioDiesel. (tham khảo động cơ 3 Xilanh Kubota D1703 M E3B)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Huỳnh Diệp Ngọc Long

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận được sự hướng dẫn tận tình của các quý thầy cô và các điều kiện học tập thuận lợi của quý trường tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức hữu ích phục vụ cho quá trình làm việc và nghiên cứu của mình sau này

Luận văn được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ

và đóng góp của nhiều cá nhân và tổ chức Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn đến các

cá nhân và tổ chức đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

 Xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo

 Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá 2011-2013 B đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

 Xin cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Xuân Mai đã hướng dẫn,chỉ đạo về ý tưởng, phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc

 Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện nội dung luận văn

 Xin cảm ơn anh Bình, anh Dương, công ty VCAM TECH CO.LTD, đã hỗ trợ

kỹ thuật để Scan 3D động cơ mô hình thử nghiệm trong đề tài

 Xin cám ơn các thầy cô trong Khoa kỹ thuật giao thông, trường đại học Bách Khoa thành phố HCM, xưởng thí nghiệm động cơ, đã tạo điều kiện thuận lợi

về trang thiết bị trong quá trình nghiên cứu đề tài

Mặc dù rất nỗ lực, nhưng do kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và thiết

bị hỗ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi những thiếu sót Kính mong Quý Thầy Cô

và các bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu này sớm được áp dụng vào thực tế

Học viên thực hiện

Tóm tắt

Dưới áp lực của việc tìm kiếm nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt cũng như giảm mức ảnh hưởng tới môi trường , nhiên liệu sinh học chính là một trong những lựa chọn ưu tiên hàng đầu.Biodiesel hay còn gọi là diesel sinh học có nguồn gốc từ động thực vật có tiềm năng thay thế dầu diesel dùng cho các phương tiện cơ giới sản xuất.Các nhà khoa học hiện nay đã và đang dựa vào những đặc điểm của Biodiesel để nghiên cứu cải tiến động cơ nhằm giúp đưa diesel sinh học gần gũi với thực tế hơn.Chính vì vậy, luận văn với chủ để:

“Nghiên cứu thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel” đã được

thực hiện Nội dung chính của luận văn là dựa trên động cơ mẫu KUBOTA D1703 thiết kế một động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel Áp dụng kĩ thuật thiết kế ngược,

mô phỏng bằng phần mềm CATIA và thực hiện tính toán bền theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng chương trình ANSYS, động cơ được thiết kế với buồng cháy xoáy lốc 3 dòng xoáy đáp ứng yêu cầu khắc phục những nhược điểm của nhiên liệu Biodiesel như hòa trộn kém do khối lượng riêng và độ nhớt lớn, tính ăn mòn cao Qua đó đề tài giúp nâng cao tính khả thi trong việc ứng dụng nhiên liệu Biodiesel nhiều hơn vào thực tế

fuel in real life

MỤC LỤC

Trang tựa trang Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt x

Danh sách các hình xi

Danh sách các bảng xvi

Chương 1 : TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Tình hình khai thác động cơ đốt trong tại Việt Nam 1

1.1.2 Công nghiệp máy động lực tại Việt Nam 5

1.1.3 Nhu cầu động cơ 3 xylanh tại Việt Nam 9

1.1.4 Nhiên liệu thay thế 10

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đ ộng cơ 3 xy lanh sử du ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c 12

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 12

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 14

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài 16

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 16

1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 16

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 16

1.4.2 Giới hạn của đề tài 17

1.5 Phương pháp nghiên cứu 17

1.6 Giá trị của đề tài 18

Chương 2 : THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ BẰNG KỸ THUẬT THIẾT KẾ NGƯỢC 19

2.1 Quy trình thiết kế mẫu động cơ 19

2.2 Giới thiệu kỹ thuật thiết kế ngược (reverse engineering) 19

2.2.1 Mở đầu 19

2.2.2 Vì sao phải thiết kế ngược 20

2.2.3 Quy trình kỹ thuật thiết kế ngược 21

2.2.4 Danh mục chi tiết chính của động cơ đã được quét 3D 25

2.3 Giới thiệu phần mềm Catia 26

2.3.1 Lịch sữ ra đời 26

2.3.2 Tính năng của phần mềm Catia 27

2.3.3 Thiết kế 5 chi tiết động cơ mẫu bằng phần mềm Catia 30

2.4 Kết luận 43

Chương 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 44

3.1 Tính toán nhiệt động cơ 44

3.1.1 Mục đích tính toán nhiệt 44

3.1.3 Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt 45

3.1.4 Tính toán các quá trình 48

3.1.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 55

3.1.6 Tính toán các thông số kết cấu của động cơ 56

3.1.7 Vẽ đồ thị công chỉ thị 57

3.2 Tính toán động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 60

3.2.1 Tính toán động học 60

3.2.2 Tính toán động lực học 65

Chương 4 : TÍNH TOÁN SỨC BỀN CÁC CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 79

4.1 Quy trình tính toán sức bền 79

4.2 Giới thiệu chung về phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) 79

4.3 Giới thiệu chung về phần mềm tính toán sức bền Ansys 81

4.3.1 Ứng dụng của phần mềm Ansys trong lĩnh vực công nghiệp 82

4.3.2 Cấu trúc bài toán trong phần mềm Ansys 85

4.3.3 Quy trình phân tích và mô phỏng 86

4.3.4 Kết quả thực hiện 89

4.4 Kết luận 115

Chương 5 : THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ MẪU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL 116

5.1 Giới thiệu về Biodiesel 116

5.2 Đặc điểm của động cơ mẫu 117

5.3 Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ 119

5.4 Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ có buồng cháy TVC 123

5.5 Nghiên cứu cải tiến động cơ 125

5.5.1 Cách nhiệt cho buồng cháy xoáy lốc 126

5.5.2 Cải tiến đỉnh piston 127

5.5.3 Sử dụng thêm các cửa buồng cháy phụ 128

5.5.4 Đề suất cải tiến 129

5.5.5 Thiết kế cải tiến buồng cháy phụ trên phần mềm Catia 130

5.6 Kết luận 133

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 134

6.1 Tóm tắt kết quả đề tài 134

6.2 Đánh giá kết quả của đề tài 136

6.3 Đề nghị hướng phát triển của đề tài 136

KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 138

PHỤ LỤC 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO 149

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATDC After top dead center

BTDC Before top dead center

IDI Indirect injection

TVC Thee Vortex Combustion

NURBS Non-uniform rational B-spline

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam 6

Hình 1.2 : Thị phần động cơ 3 xylanh 30-50 Hp trong tổng số động cơ nhiều xy lanh từ 20 – 90 Hp 10

Hình 1.3 : Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên động cơ diesel 11

Hình 2.1 : Quy trình thiết kế kết cấu động cơ Kubota D1703 19

Hình 2.2 : Các giai đoạn của kỹ thuật thiết kế ngược 21

Hình 2.3 : Máy quét 3D Kreon Zephyr KZ50 23

Hình 2.4 : Các giai đoạn quét và xử lý đầu người 24

Hình 2.5 : Quá trình phay mẫu mặt người trên máy phay CNC 25

Hình 2.6 : Mô hình sản phẩm catia 28

Hình 2.7 : Mô hình tạo bằng Mechanical Design 28

Hình 2.8 : Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling 29

Hình 2.9 : Mô hình hóa vật thể 29

Hình 2.10 : Thân máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 32

Hình 2.11 : Nắp máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 32

Hình 2.12 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thân máy 33

Hình 2.13 : Bản vẽ chi tiết kết cấu nắp máy 34

Hình 2.15 : Bản vẽ chi tiết kết cấu buồng cháy TVC động cơ mẫu 36

Hình 2.16 : Trục khuỷu của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 37

Hình.2.17 : Bản vẽ chi tiết kết cấu trục khuỷu động cơ mẫu 38

Hình 2.18 : Thanh truyền của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 39

Hình 2.19 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thanh truyền động cơ mẫu 40

Hình 2.20 : Piston của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 41

Hình 2.21 : Bản vẽ chi tiết kết cấu piston động cơ mẫu 42

Hình 3.1 : Đồ thị đặc tính ngoài động cơ 60

Hình 3.2 : Giải x bằng phương pháp dùng đồ thị Brich 62

Hình 3.3 : Đồ thị vận tốc 63

Hình 3.4 : Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê 65

Hình 3.5 : Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền 66

Hình 3.6 : Sơ đồ tính toán lực của phần khối lượng chuyển động quay 67

Hình 3.7 : Khai triển các đồ thị 69

Hình 3.8 : Đồ thị T, N, Z 70

Hình 3.9 : Đồ thị  T 71

Hình 3.10 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 73

Hình 3.11 : Đồ thị khai triển Q -  của chốt khuỷu 74

Hình 3.12 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 77

Hình 3.13 : Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 78

Hình 4.1 : Quy trình tính toán sức bền các chi tiết 79

Hình 4.2 : Phân tích cấu trúc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 80

Hình 4.3 : Phân tích áp lực không khí trên mô hình máy bay 83

Hình 4.4 : Dòng khí chuyển động qua hệ thống làm mát động cơ 84

Hình 4.5 : Dòng khí chuyển động trong xe 84

Hình 4.6 : Ảnh hưởng của dòng chảy lên thành tàu 85

Hình 4.7 : Quy trình phân tích bài toán tiến hành theo ba giai đoạn chính 86

Hình 4.8 : Tiến hành tạo mô hình đối xứng ¼ từ cấu trúc ban đầu 87

Hình 4.9 : Công cụ quản lý chất lượng phần tử trong Hyper Mesh 87

Hình 4.10 : Cấu trúc hình học phần tử Solid185 88

Hình 4.11 : Mô hình thanh truyền sau khi chia lưới đối xứng theo mặt phẳng XY và XZ Import vào ANSYS APDL 88

Hình 4.12 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu nén 90

Hình 4.13 : Ứng suất Von Misses khi chịu nén 90

Hình 4.14 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền 97

Hình 4.15 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo 92

Hình 4.16 : Ứng suất Von Misses khi chịu kéo 93

Hình 4.17 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền 93

Hình 4.18 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo 94

Hình 4.19 : Ứng suất Von Misses khi chịu kéo 95

Hình 4.20 : Ứng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền 95

Hình 4.21 : Mô hình Piston sau khi chia lưới và import vào ANSYS 96

Hình 4.22 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực khí thể 97

Hình 4.23 : Ứng suất Von Misses khi chịu lực khí thể 97

Hình 4.24 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực quán tính 98

Hình 4.26 : Tải phân bố trên chốt khuỷu 100

Hình 4.27 : Mô hình đối xứng ¼ má khuỷu thứ 2 101

Hình 4.28 : Tải trọng phân bố trên ¼ bề mặt chốt khuỷu 101

Hình 4.29 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu 102

Hình 4.30 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu 102

Hình 4.31 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên dạng má khuỷu trường hợp khởi động 103

Hình 4.32 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu 104

Hình 4.33 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu 104

Hình 4.34 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu 105

Hình 4.35 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu 106

Hình 4.36 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu 107

Hình 4.37 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu 107

Hình 4.38 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu 108

Hình 4.39 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên dạng má khuỷu trường hợp lực ngang lớn nhất 109

Hình 4.40 : Mô hình buồng cháy chính trong môi trường Catia 110

Hình 4.41 : Mô hình buồng cháy chính sau khi Mesh và Preprocessor 110

Hình 4.42 : Các quá trình của buống cháy 1, 2, 3 theo góc quay trục khuỷu 111

Hình 4.43 : Vị trí đặt tải áp suất phân bố đều trong thành các xi lanh 112

Hình 4.44 : Phân bố chuyển vị nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy 113

Hình 4.45 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy 113

Hình 4.46 : Phân bố chuyển vị theo mặt cắt ngang lốc máy phía đối diện 114

Hình 4.47 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy phía đối diện 114

Hình 5.1:Kết cấu của buồng cháy three vortexs combustion động cơ D1703 117

Hình 5.2 : Quá trình hình thành hỗn hợp trong buồng cháy three vortexs combustion 118

Hình 5.3 : Sự thay đổi của kim phun sau khi test 122

Hình 5.4 : Sự thay đổi của piston sau khi test 122

Hình 5.5 : Sự thay đổi của xupap sau khi test 122

Hình 5.6 : Mô hình buồng cháy Three Vortex 123

Hình 5.7 : Minh họa động học chuyển động của dòng khí trong buồng cháy xoáy lốc 124

Hình 5.8 : Kết cấu đỉnh piston sử dụng trong buồng cháy three vortex 125

Hình 5.9 : Kết cấu cách nhiệt của buồng cháy xoáy lốc 126

Hình 5.10 : Kết cấu biên dạng đỉnh piston 127

Hình 5.11 : Kết cấu phần lõm đỉnh piston 127

Hình 5.12 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ đối xứng 128

Hình 5.13 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ nghiêng 129

Hình 5.14 : Các dạng cửa buồng cháy 129

Hình 5.15 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [a] 130

Hình 5.16 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [b] 131

Hình 5.17 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [c] 131

Hình 5.18 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [d] 132

Hình 5.19 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [e] 132

Hình 5.20 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [f] 133

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 : Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn 2

Bảng 1.2 : Thống kê cơ giới hóa trong nông nghiệp 3

Bảng 1.3 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp 3

Bảng 1.4 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành thủy hải sản 4

Bảng 1.5 : Mức độ đầu tư phương tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn của các vùng 4

Bảng 1.6 : Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo 5

Bảng 2.1 : Danh mục Scan 3D các chi tiết chính 25

Bảng 2.2 : Thuộc tính của Gang và Hợp Kim Nhôm 31

Bảng 3.1 : Các thông số kỹ thuật của động cơ cần thiết kế 45

Bảng 3.2 : Thành phần C, H, O trong 1kg nhiên liệu 46

Bảng 5.1 : Thông số cấu trúc cần phân tích 130

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Tình hìnhkhai thác động cơ đốt trong tại Việt Nam

Ở Việt Nam, động cơ đốt trong được sử dụng rất phổ biến nhằm phục vụ cho các mục đích :

- Động cơ sử dụng cho ô tô…

- Động cơ tĩnh tại kéo máy phát điện, máy bơm nước …

- Cơ giới hoá khâu làm đất, thu hoạch nông sản

- Máy chế biến nông sản có sử dụng động cơ đốt trong

- Xe cơ giới nông thôn, tàu thuyền cơ giới nông thôn

Qua đó ta thấy được động cơ đốt trong tại Việt Nam được sử dụng chính vào mục đích nông nghiệp Mặc khác đất nước ta vốn là một đất nước nông nghiệp Vì vậy trong chiến lược phát triển kinh tế nhằm đẩy nhanh mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước, việc phát triển nền sản xuất nông nghiệp là một mục tiêu và yêu cầu quan trọng

Trong tình hình nguồn lao động trong lĩnh vực nông nghiệp ngày càng chuyển sang các lĩnh vực khác, nên chúng ta phải nhanh chóng ứng dụng những tiến

bộ khoa học và công nghệ, đẩy mạnh điện khí hoá và cơ giới hoá nhằm tăng diện tích khai thác, tăng sản lượng tiêu thụ và năng suất đáp ứng nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu

Để phát triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hoá là một trong những nhiệm vụ quan trọng Và để tăng tỉ lệ cơ giới hoá thì việc sử dụng

Theo Tổng cục Thống kê tính đến năm 2011 cả nước đã trang bị: 15.500 máy kéo, máy cày lớn (trên 35 HP); 207.112 máy kéo, máy cày trung (từ 12 – 35 HP); và 275.131 máy kéo, máy cày nhỏ (< 12 HP); 40.146 ô tô vận tải hành khách và hàng hóa; 175.189 động cơ điện; 126.704 máy phát điện; 281.049 động cơ chạy xăng, diesel; 6.282 tàu thuyền dịch vụ thủy sản có động cơ; 5325 tàu thuyền vận tải hành khách; 142183 tàu thuyền vận tải hàng hóa; 231069 máy tuốt lúa có động cơ; 58914

lò, máy sấy sản phẩm nông lâm thủy sản; 204654 máy chế biến lương thực; 551508 bình phun thuốc trừ sâu có động cơ; 1932349 máy bơm nước dùng cho SXNLTS;

62364 máy chế biến thức ăn gia súc; 5774 máy chế biến thức ăn thủy sản; 25712 máy giàn gieo sạ; 13109 máy gặt đập liên hợp; 62045 máy gặt khác Tổng công suất

Máy kéo, máy cày nhỏ dưới 12HP

Động cơ, máy phát điện

PTVT vận chuyển trên đường bộ

PTVT vận chuyển trên đưởng thủy

Canh tác trên đồng ruộng, đất trồng cây lâm nghiệp và thủy sản

Số lượng

(cái) 15500 207112 275131 456238 40146 153790 3147498

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011

Trong đó mức độ cơ giới hóa trong nông thôn được thống kê cụ thể như sau :

 Cơ giới hóa trong nông nghiệp :

Các khâu công tác trong khu vưc nông nghiệp đặc biệt là trong ngành trồng lúa nước ở cả 3 vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh Đông Nam Bộ ngày càng được cơ giới hóa và trang bị các máy móc phục vụ cho nhu cầu của các khâu công tác ở từng thời kỳ như : làm đất, gieo cấy và thu hoạch

Bảng 1.2 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành nông nghiệp

Máy kéo, máy cày nhỏ dưới 12HP

Động cơ, máy phát điện

PTVT vận chuyển trên đường bộ

Canh tác trên đất trồng cây nông nghiệp

Số lượng

(cái) 15311 206035 272791 531277 58002 2926174

Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011

 Cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp :

Cơ giới hóa tập trung vào lĩnh vực canh tác, trồng mới (làm đất, tạo bầu cây giống…) Trong khai thác rừng trồng, mặc dù sản lượng không lớn, nhưng về cơ bản được tiến hành bằng máy như các khâu: chặt cây, bốc xếp, vận chuyển… Áp dụng dây chuyền sơ chế tại cửa rừng nhằm nâng cao tỉ lệ thu hồi gỗ và giảm giá thành trong khâu vận chuyển

Bảng 1.3 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp

Máy kéo, máy cày nhỏ dưới 12HP

Động cơ, máy phát điện

PTVT vận chuyển trên đường bộ

Lò máy sấy sản phẩm lâm sản

Máy bơm nước dùng cho sản xuất lâm sản

Canh tác trên đất trồng cây lâm nghiệp

 Cơ giới hóa trong ngành khai thác thủy hải sản :

Khai thác thủy hải sản ở nước ta đã được cơ giới hóa, năng suất lao động cao, đặc biệt là khi chuyển ngư trường Đến năm 2011, trong số 28 tỉnh, thành phố ven biển được trang bị 19179 phương tiện khai thác và vân chuyển trên đường thủy, thì phần lớn trang bị động cơ, máy phát điện để phục vụ cho việc đánh bắt khai thác và

vân chuyển Bảng 1.4 tổng hợp mức độ trang bị tàu thuyền đã được khai thác thủy

hải sản

Bảng 1.4 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành thủy hải sản

Năm

2011

Động cơ, máy phát điện

PTVT vận chuyển trên đưởng thủy

Lò, máy sấy sản phẩm thủy sản

 Cơ giới hóa trong khâu vận tải nông thôn :

Cơ giới hóa khâu vận tải nông thôn đã phát triển cả về số lượng và chất lượng Ngoài việc nâng cấp, xây dựng đường nông thôn, các thành phần kinh tế đã đầu tư trang bị phương tiện vận tải (trên bộ, trên sông rạch) Cả nước đã đầu tư 248767 chiếc phương tiện vận tải (PTVT) trên đường bộ và 202470 chiếc xuồng, thuyền

Tùy điều kiện từng vùng mà ta chọn công suất động cơ , cỡ lực kéo để trang

bị nguồn động lực (di đô ̣ng, tĩnh tại) và các loại máy công tác phù hợp thực hiê ̣n quá trình cơ giới hóa các khâu canh tác (trên đồng, khâu tĩnh ta ̣i) ; cơ giới hóa phu ̣c

vụ chăn nuôi gia súc , gia cầm ; nuôi trồng thủy hải sản và làm viê ̣c trên đất dốc trồng, chăm sóc cây công nghiê ̣ptheo dãy cỡ sau :

Bảng 1.6 : Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo [2]

Máy phát điện, máy kéo 4 bánh, phương tiện vận chuyển

Cỡ công suất máy kéo thứ I thường dùng đô ̣ng cơ mô ̣t xy lanh (xăng hoặc diesel nhưng phần lớn là diesel ) và là kiểu máy kéo 2 bánh Cỡ thứ II từ 14 đến 19

kW thường là đô ̣ng cơ 2 hoă ̣c 3 xy lanh lắp trên máy kéo 4 bánh làm công việc vạn năng Cỡ thứ III có công suất trên 36 kW với lực kéo trên 1,4 tấn dùng nhiều trong nông nghiê ̣p và được ưa chuô ̣ng ở đồng ruô ̣ng một số vùng của Việt Nam [2]

Nhu cầu sử du ̣ng đô ̣ng cơ đốt trong nói chung và đô ̣ng cơ diesel nói riêng trong hoa ̣t đô ̣ng sản xuất nông nghiê ̣p nông thôn là rất lớn Thực tra ̣ng hiê ̣n nay là lươ ̣ng máy móc phu ̣c vu ̣ cho nông nghiê ̣p vẫn chưa thể đáp ứng nhu cầu người nông dân về cả chất lượng và số lượng Nguồn đô ̣ng cơ chủ yếu được sử du ̣ng là nguồn

đô ̣ng cơ được sản xuất lắp ráp ở nước ngoài và nhâ ̣p khẩu phân phối ta ̣i Viê ̣t Nam Sự cần thiết có được mô ̣t kiểu loa ̣i đô ̣ng cơ phù hợp với nhu cầu cho nông nghiê ̣p là rất cấp bách và cần được xúc tiến nghiên cứu, thiết kế và ứng du ̣ng

1.1.2 Công nghiệp máy động lực tại Việt Nam

1.1.2.1 Thị phần máy nông nghiệp

Hiện nay, thị trường sản phẩm cơ khí phục vụ sản xuất nông nghiệp gồm:

nghiệp nhập khẩu từ các nước: Nga, Mỹ, Hàn Quốc sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật Bản, Hàn Quốc; các doanh nghiệp nhà nước (chủ yếu tập trung ở Tổng Công

ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam, VEAM - Bộ Công Thương); các cơ

sở ở các địa phương Trong đó sản phẩm máy kéo và máy nông nghiệp nhập khẩu mới từ Trung Quốc và đã qua sử dụng của Nhật chiếm khoảng 70% thị phần (báo cáo của Bộ Công Thương 2010) Cụ thể như sau:

Các loại động cơ diesel và xăng của VEAM chiếm 25% thị phần (hiện nay

đã chế tạo được động cơ diesel dưới 30 hp và chỉ đáp ứng được một phần nhỏ cho

cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn), hàng đã qua sử dụng chiếm 20%, Trung Quốc chiếm 50% và 5% nhập khẩu từ các nước khác Còn riêng các loại động cơ 3 hoặc 4 xy lanh từ 30 - 50 HP thì chúng ta nhập khẩu từ nước Trung Quốc, Nhật, Nga, Mỹ,

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam

Máy xới nhỏ dưới 15 HP chủ yếu là máy đã qua sử dụng và máy Trung Quốc chiếm 90% thị phần Máy Bông Sen (công ty máy kéo, máy nông nghiệp) chiếm khoảng 10% ở khu vực phía Bắc, riêng máy xới của VIKYNO chủ yếu xuất khẩu Các loại máy kéo 4 bánh khoảng 90% là sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật (công suất 24-37 HP ), 10% còn lại được nhập khẩu từ Mỹ, Nga, Trung Quốc và một số ít được sản xuất tại các thành viên của VEAM

Máy gặt lúa các loại (máy gặt đập liên hợp, máy cắt lúa xếp dãy, máy cắt lúa cầm tay): Năm 2007-2009 khoảng 60-70% máy gặt đập liên hợp lúa nhập khẩu mới

từ Trung Quốc, máy đã qua sử dụng của Hàn Quốc, còn lại do các cơ sở tư nhân ở đồng bằng sông Cửu Long, của VINAPPRO và Cơ khí An Giang (chủ yếu máy cắt lúa xếp dãy), đến nay máy gặt liên hợp lúa KUBOTA lắp ráp tại Việt Nam và của các cơ sở tư nhân chế tạo đang dần thay thế máy gặt liên hợp lúa Trung Quốc ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

Các loại máy xay xát lúa gạo trên 97% do các doanh nghiệp trong nước sản xuất (loại công suất nhỏ đến 1 tấn/giờ do VEAM và một số cơ sở cơ khí địa phương, loại có công suất lớn do Công ty SINCO, Bùi Văn Ngọ và LAMICO sản xuất)

1.1.2.2 Năng lực sản xuất của các doanh nghiệp trong nước

Theo báo ciuáo của Tổng Công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) – Bộ Công Thương, đang tập trung một số sản phẩm chủ lực:

- Động cơ diesel và xăng phục vụ sản xuất nông nghiệp có thể cung cấp chi thị trường 100.000 – 120.000 chiếc/năm

- Máy xới công suất dưới 15 HP cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu 12.000-15.000 chiếc/năm

- Máy gặt đập liên hợp lúa đang đầu tư đẩy mạnh sản xuất tại một số công

ty thành viên của VEAM như Cơ khí An Giang, VIKYNO&VINAPPRO,

cơ khí Vinh cùng với sự liên kết của các đối tác nước ngoài, các doanh nghiệp cơ khí địa phương trong vòng 1-2 năm tới có thể đáp ứng khoảng 3.000 chiếc/năm

Tổng Công ty Cơ điện, xây dựng nông nghiệp và thủy lợi - Bộ Nông nghiệp

và phát triển nông thôn Hiện có 20 đơn vị thành viên, trong đó có một số đơn vị chế tạo, kinh doanh các loại phụ tùng, thiết bị, máy móc nông nghiệp, lâm nghiệp,

vận tải; Hàng năm nhập khẩu số lượng nhỏ máy móc, thiết bị phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp như máy kéo 4 bánh của Belarus, máy đào hố

Công ty TNHH KUBOTA Việt Nam, công suất thiết kế 15.000 máy kéo/năm

và 2.000 máy gặt đập liên hợp/năm, khánh thành 9/2009 tại huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương, chuyên lắp ráp máy kéo (24-45 CV), máy phay; máy gặt lúa liên hợp (1,5-2 m); máy cấy 4-6 hàng; máy thu hoạch ngô Hiện đã có 30 đại lý bán hàng trên cả nước (trong đó miền Bắc có 04 đại lý) Các loại máy nông nghiệp của KUBOTA chất lượng tốt, phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam, tuy nhiên giá máy quá cao

Về công nghệ chế tạo: Xét về vị trí cạnh tranh giữa các đơn vị sản xuất máy động lực và máy nông nghiệp trong nước có tính chất công nghiệp thì VEAM là đơn vị đứng đầu về máy động lực và máy nông nghiệp (động cơ, máy kéo nhỏ, máy làm đất, bơm nước, máy móc, thiết bị nuôi trồng hải sản) Thời gian vừa qua, VEAM đã thực hiện hàng loạt các dự án nâng cao khả năng chế tạo phôi liệu đúc, rèn, gia công cơ khí đến lắp ráp ở các đơn vị, như: VIKYNO&VINAPPRO; Phụ tùng 1; DISOCO; Cơ khí Trần Hưng Đạo; NAKYCO; Cty Đúc số 1 không những bảo đảm cho nhu cầu phát triển của doanh nghiệp trong tương lai, mà còn nâng cao mặt bằng công nghệ chung của ngành Cơ khí nông nghiệp Việt Nam

1.1.2.3 Nhận xét

Công nghiê ̣p máy đô ̣ng lực p hục vụ cho nông nghiệp ở Việt Nam chỉ tạm dừng ở mức nhâ ̣p khẩu, lắp ráp và phân phối là chính Chưa thâ ̣t sự có mô ̣t đơn vi ̣ tổ chức nhà nước hay doanh nghiê ̣p nào trực tiếp sản xuất máy đô ̣ng lực từ khâu thiết kế sản phẩm, sản xuất mẫu, kiểm tra chất lượng, đo đa ̣c thực nghiê ̣m và sản xuất đa ̣i trà Nhu cầu thi ̣ trường theo phân tích ở trên là rất lớn Phạm vi ứng dụng máy động lực vào sản xuất nông nghiê ̣p là rất rô ̣ng Thâ ̣t cần thiết để có một động cơ đáp ứng nhu cầu thi ̣ trường này và phù hợp với điều kiê ̣n kinh tế đă ̣c thù của Viê ̣t Nam

Dãy công suất thường dùng trong nông nghiệp là từ 8-36 kW (10-50 HP), số

xy lanh là từ 1-3, loại nhiên liệu là xăng hoặc diesel Mặt khác các mẫu động cơ

dùng trong nông nghiệp có sông suất nhỏ hơn 30hp và lớn hơn 50hp đã được nhà máy VEAM và Trường Hải lắp ráp và sản xuất, riêng với mẫu động cơ có công suất

từ 30-50hp thì chỉ tạm dừng ở mức nhập khẩu.Vớ i điều kiê ̣n thực tế này, viê ̣c tiến hành nghiên cứu , thiết kế, sản xuất và ứng dụng động cơ diesel nên được xúc tiến Đề tài sẽ chọn nghiên cứu thiết kế loại động cơ Diesel 3xy lanh với công suất khoảng 30-50 hp nhằm ứng dụng trong nông nghiệp và nông thôn Việt Nam

1.1.3 Nhu cầu động cơ 3 xylanh tại Việt Nam

Trước nhu cầu rất lớn của động cơ đốt trong, ta thấy được rằng động cơ Diesel có công suất nhỏ mà phổ biến nhất là động cơ 3 xy lanh sẽ được sử dụng rất rộng rãi tại các vùng nông thôn Đây chính là nguồn động lực được ưa chuộng trong công cuộc cơ giới hoá nông thôn nước ta hiện nay

Để phát triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hoá là trong những nhiệm vụ quan trọng Và để tăng tỉ lệ cơ giới hoá thì việc sử dụng động

cơ đốt trong 3 xilanh cũng chiếm một phần rất lớn Đồng thời cũng qua quá trình khảo sát thị trường trực tiếp ở các khu vực:

- Miền Đông Nam bộ: Đồng Nai, Bình Dương, Tây Ninh …

- Miền Trung – Tây Nguyên: Đắc lắc, Đắc Nông, Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Phan Thiết, Quảng Ngãi…

- Miền Tây: Long An, Tiền Giang, Vinh Long, Cần Thơ, An Giang…

Cho thấy nhu cầu thị trường về loại động cơ 3 xy-lanh, trong đó công suất từ

30 – 50 HP là rất lớn chiếm 40% nhu cầu các loại động cơ nhiều xy-lanh từ 20 -

>90 HP ( 100.000 động cơ lắp đặt trên xe công nông hiện hữu ) và 10 – 15.000 động cơ/năm cho xe tải nhẹ dùng mới [3]

Hình 1.2 : Thị phần động cơ 3 xylanh 30-50 Hp trong tổng số động cơ nhiều xy

lanh từ 20 – 90 Hp[3]

Song song với nhu cầu của thị trường về dãy công suất thì động cơ 3 xilanh còn đáp ứng được các nhu cầu khác về mặt công nghệ như công suất kéo, hiệu suất nhiên liệu, và tính kinh tế trong sử dụng

1.1.4 Nhiên liệu thay thế

Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới đang bước vào toàn cầu hóa, mỗi một biến động trên thế giới đều ảnh hưởng tới các quốc gia, trong đó có Việt Nam Trong hai năm trở lại đây thị trường xăng dầu luôn biến động, tăng giá liên tục, đã ảnh hưởng không nhỏ tới nền kinh tế nước ta Do đó, việc tìm kiếm những nguồn nhiên liệu thay thế là một nhu cầu cấp thiết Có thể kể đến như: LPG, CNG, LNG, biodiesel, ethanol, biogas, fuel-cell, Ngoài ra, xe điện và xe chạy năng lượng mặt trời cũng đang được nghiên cứu phát triển

Mặc khác trong xã hội phát triển, động cơ đốt trong có vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực, về công nghiệp, nông nghiệp, kinh tế cũng như thảo mãn các nhu cầu trong cuộc sống Lợi ích của động cơ đốt trong mang lại rất nhiều song nguồn khí xả của nó cũng gây nên ô nhiễm chính trong bầu khí quyển, gây hiệu ứng nhà kính Theo ước tính, khí thải của động cơ gây ra cho bầu khí quyển hiện nay là khoảng 80% CO, 60% HC, và 40% NOx

Các nghiên cứu cho thấy rằng khí thải của nhiên liệu Biodiesel có ít tác động xấu đến con người hơn khí thải từ Diesel do nó chứa ít các chất thơm (aromatic) Nhiên liệu Biodiesel càng tinh khiết thì nó càng chứa ít các chất gây ung thư cho con người (polycyclic aromatic hydrocarbons) Hầu như các chất độc hại trong khí

thải của động cơ diesel sẽ giảm đi 75 đến 85% khi sử dụng Biodiesel (Lindhjem et

al, 2003) Biodiesel cũng ít tác động đến phổi do nó giảm lượng khí thải gây hen

suyễn và các chứng rối loạn khác đến 70% Việc sử dụng Biodiesel trên đông cơ diesel có tác dụng rất lớn đến việc cắt giảm khí thải, từ đó làm cho môi trường trong sạch hơn Nhìn chung, lượng khí thải có hại của Biodiesel (HC,CO, chất thơm và các hóa chất khác) thấp hơn rất nhiều so với các khí thải từ nhiên liệu Diesel hóa thạch, chỉ có một loại chất không có lợi tồn tại trong khí thải Biodiesel có hàm lượng tương đối cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch đó là oxit nitơ Hình bên dưới thể hiện lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên động cơ diesel, chúng ta sẽ dễ dàng nhận thấy được tính vượt trội về lợi ích mà việc sử dụng

nhiên liệu Biodiesel mang lại, đặc biệt khi tỉ lệ hòa trộn càng cao.(nguồn EPA 2010)

Hình 1.3: Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên

Việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng những loại nhiên liệu mới ở Việt Nam đã được triển khai trong những năm gần đây nhằm bắt kịp những xu hướng phát triển năng lượng mới của thế giới, giải quyết giảm thải ô nhiễm khí thải, giảm tải cho nguồn năng lượng không tái tạo được và nâng cao tính kinh tế Một trong số

đó nhiên liệu sinh học Biodiesel được chiết xuất từdầu mỡđộng thực vật như mỡ cá basa, dầu dừa, dầu cọ, dầu cây jatropha, dầu ăn phế thải….là một loại nhiên liệu có tiềm năng thay thế lớn ở nước ta được xem là một giải pháp hiệu quả Và việc nghiên cứu ứng du ̣ng nhiên liệu sinh học biodiesel trên đô ̣ng cơ diesel phu ̣c vu ̣ sản xuất nông nghiê ̣p và nông thôn là thâ ̣t sự quan tro ̣ng và cấp thiết

Vì vậy, đề tài chọn « Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 xy lanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-Diesel (tham khảo động cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B) » được thực hiện

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về động cơ 3 xy lanh sư ̉ su ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ơ ̉ nước ngoài

 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài về động cơ 3 xilanh :

Viê ̣c nghiên cứu đô ̣ng cơ 3 xilanh sử du ̣ng nhiên liê ̣u biodiesel được thực hiê ̣n trên 2 phương thức là thực nghiê ̣m và mô phỏng Có rất nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực này đ ặc biệt trong việc cải thiện quá trình phun và tạo hỗn hợp cháy trong buồng cháy Sau đây xin giớ i thiê ̣u mô ̣t số công trình nghiên cứu về đô ̣ng cơ sử du ̣ng nhiên liê ̣u biodiesel đã được công bố trên thế giới

Nhóm tác giả S Suresh Bagavathy, N Balasubramanian, S Krishnan, D Premnath đến từ công ty Ashok Leyland đã tiến hành “Nguyên cứu thành lập phương pháp đánh giá và bố trí tối ưu hóa trục khuỷu trong tường hợp dòng lọt khí cho động cơ Diesel 3 xilanh” Kết quả nghiên cứu được công bố trên t ạp chí SAE năm 2011

Nhóm tác giả D Coltman, H Nuglisch, R Curtis, D Blake, B Holland, R J Pearson, A Arden, J.W.G Turner tại công ty Lotus Engineering Anh, đã tiến hành

“Nguyên cứu dự án: Động cơ 3xilanh phun trực tiếp tại khoảng cách gần với công nghệ điều phối để đạt khí thải CO2 phát ra thấp” Kết quả nghiên cứu được công bố trên ta ̣p chí SAE năm 2009

Nhóm tác giả Christof Schernus, Carsten Dieterich, Carolina Nebbia, Andreas Sehr, Rolf Weinowski, Stefan Wedowski tại công ty FEV Motorentechnik GmbH, đã tiến hành “Nguyên cứu khả năng tăng áp nạp của động cơ phun xăng trực tiếp dược rút gọn với 2 và 3 xilanh” Kết quả nghiên cứu được công bố trên ta ̣p chí SAE năm 2011

Nhóm tác giả Bernd Distler, Peter Ernst đã tiến hành “ Nguyên cứu tối ưu hóa bề mặt làm việc của xilanh, hệ thống piston của động cơ đốt trong với mục đích giảm lượng khí thải thấp nhất” Kết quả nghiên cứu được công bố trên ta ̣p chí SAE năm 2012

Nhóm tác giả B Tesfa, R Mishra, F Gu, A.D Ball từ trường đa ̣i ho ̣c Huddersfield, thành phố Huddersfield , nướ c Anh Họ đã tiến hành nghiên cứu đặc tính cháy của động cơ sử dụng nhiều loại nhiên liệu biodiesel được pha loãng theo nhiều tỉ lê ̣ khác nhau Kết quả thí nghiê ̣m được công bố ta ̣i hô ̣i nghi ̣ quốc tế về năng lươ ̣ng mới năm 2011

Nhóm tác giả James P Szybist và André L Boehman đến từ đa ̣i ho ̣c bang Pennsylvania, đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hê ̣ thống phun nhiên liê ̣u với loại nhiên liệu biodiesel Kết quả nghiên cứu được công bố trên ta ̣p chí SAE năm

2003

 Tình hình sản xuất và kinh doanh động cơ 3 xy lanh ở nước ngoài :

Các máy nông nghiệp được trang bị đông cơ 3 xilanh trên thế giới có các

1/ Thương hiệu LOMBARDINI của Anh Quốc sản xuất động cơ Diesel 3 xilanh serie 11LD với công suất 30.9 kW/42 HP tại 3000 rpm, dung tích 1870 cm3

2/ Thương hiệu JOHN DEERE của Pháp sản xuất động cơ Diesel 3 xilanh 3029DF150 với công suất 36kW/48HP tại 2500 rpm, dung tích 2.9L

3/ Thương hiệu EICHER của Ấn Độ sản xuất động cơ 3 xilanh dành cho máy kéo EICHER 5660 TRACTOR với công suất 37.5 kW/50HP với dung tích 3300cm3

4/ MITSHUBISHI SHAKTI MT180D của Ấn Độ công suất 18.5HP với dung tích 900cm3

5/ Thương hiệu LISTER PETTER của Ấn Độ sản xuất dòng SIGMA SERIES với công suất 23-36.4 kW/30.8-48.8 HP với dung tích 2.86L

6/ Thương hiệu KUBOTA của Nhật Bản sản xuất dòng KUBOTA 03-M SERIES D1703, D1803 với công suất 26.1-27.9 kW/34.8-37.2 HP với dung tích 1.647(1.826) L

7/ Thương hiệu YANMAR của Nhật Bản sản xuất các dòng 3TNM6B, 3TNM72 với công suất 14.1-17.6 kW/18.9-23.6 HP, với dung tích 0.784-0.903 L

Và một số thương hiệu khác…

+ Đối với ô tô, xe máy thì có các hãng sau: BMW, RENAULT, FORD, YAMAHA, MAZDA, PORSCHE, GM…

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ơ ̉ trong nước

Để đáp ứng nhanh nhu cầu cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn trong nước và bắt kip sự phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ của thế giới thì hoạt động nghiên cứu và sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học trên động cơ 3 xilanh đã được nhiều tác giả trong nước nghiên cứu và công bố :

 Tình hình nghiên cứu :

Viê ̣c nghiên cứu loa ̣i nhiên liê ̣u biodiesel trên đô ̣ng cơ đã và đang đ ược tiến hành Các nhóm nghiên cứu chủ yếu đến từ các trường đại học tiêu biểu như : ĐH Bách Khoa TP HCM, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng , Viê ̣n cơ khí đô ̣ng lực - ĐH Bách Khoa Hà Nô ̣i Có thể kể đến như sau :

- Nhóm tác giả Ph ạm Xuân Mai, Huỳnh Thanh Công và Nguy ễn Đình Hùng đã nghiên c ứu bước đầu về các phương pháp hòa trộn hỗn hợp khả thi của nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc thực vật, trong buồng cháy của một động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp Kết quả nhận được cho thấy phương pháp hòa trộn hỗn hợp kiểu 3 vòng xoáy (Three Vortex Combustion System – TVCS) tỏ ra rất phù hợp và

có tính khả thi cao Kết quả nghiên cứu được công bố ta ̣i Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12: Kỹ thuật Ô tô - Động cơ Nhiệt

- Nhóm tác giả Phạm Xuân Mai đã nghiên c ứu nhu cầu và khả năng ứng dụng nhiên liệu sinh học biodisel trên đ ộng cơ nhiều xy-lanh công suất lớn nhằm mục đích cơ giới hóa nông nghiệp, dịch vụ và vận tải nông thôn Kết quả nghiên cứu được công bố ta ̣i H ội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12: Kỹ thuật Ô tô - Động cơ Nhiệt

- Tác giả Nguyễn Vương Chí đã phân tích và so sánh tính ch ất của nhiên liệu biodiesel dầu dừa so với nhiên liệu diesel dưới một góc độ sử dụng cho động cơ đốt trong qua phần tính tóan nhiệt động lực học Nghiên cứu này, trình bày các kết quả trong khuôn khổ triển khai đề tài nghiên cứu cấp trường T-KTGT_2004-35 theo hợp đồng số 205/ĐHBK/KHCN&QHQT

- Nhóm tác giả Trần Thanh Hải Tùng , Lê Anh Tuấn và Pha ̣m Minh Tuấn đã nghiên cứu sử du ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c biodiesel làm từ mỡ cá basa và nhiên liê ̣u khí hóa lỏng LPG trên động cơ diesel truyền thống Kết quả nghiên cứu được đăng trên Ta ̣p chí Khoa ho ̣c Công nghê ̣ Hàng Hải số 21-01/2010



Hiện nay tại Việt Nam các thương hiệu kinh doanh và sản xuất động cơ 3 xilanh gồm có các hãng như: ESEKI, SHIBAURU (Máy cày SHIBAURA SD1843 4WD), YANMAR (Máy cày YANMAR F20 2WD), HINOMOTO (Máy cày HINOMOTO E2604 4WD), KUBOTA Nhưng trong đó về thị phần động cơ 3xilanh thì hãng Kubota chiếm đa số thị phần ở Việt Nam

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu khảo sát đánh giá nhu cầu sử du ̣ng đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh ở Viê ̣t Nam

Nghiên cứu một số loại nhiên liệu Biodiesel: tính chất lý-hóa ảnh hưởng đến đặc điểm kỹ thuật khi thiết kế và sử dụng, độ ô nhiễm môi trường, khả năng ứng dụng thực tế, phương pháp sản suất và đưa ra thị trường

Thực hiê ̣n nghiên cứu thi ết kế mô phỏng mẫu đô ̣ng cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio -Diesel thích hơ ̣p cho nông nghiê ̣p và nông thôn Viê ̣t Nam trong các ứng dụng sau :

- Vận tải nông thôn

- Kéo máy công tác

- Các dịch vụ khác trong nông thôn như : phát điện, tướ i tiêu, …

Đề xuất hướng phát triển và những công viê ̣c cần xúc tiến trong tương lai

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc Three Vortex Combustion dùng trong nông thôn Viê ̣t Nam

1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứ u khảo sát đánh giá nhu cầu sử du ̣ng đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh ở Viê ̣t Nam

- Nghiên cứ u thiết kế mẫu đô ̣ng cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) sử du ̣ng nhiên liê ̣u Biodiesel (tham khảo động cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B) bằng phần mềm Catia

- Nghiên cứu tính sức bền kết cấu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) sử dụng nhiên liệu Biodiesel bằng phần mềm ANSYS

1.4.2 Giới hạn của đề tài

Do điều kiện và thời gian hạn chế nên trong luận văn tốt nghiệp của mình, người nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu :

- Thiết kế 5 kết cấu chính của mẫu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp

có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) : trục khuỷu, thanh truyền, piston, thân máy và nắp máy bằng công nghệ chế tạo ngược

- Tính toán sức bền của 5 kết cấu chính của mẫu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) : trục khuỷu, thanh truyền, piston, thân máy và nắp máy bằng phần mềm ANSYS

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp thống kê, phân tích:

Bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ tài liệu sưu tầm được

và các kết quả nghiên cứu liên quan Phương pháp này được sử dụng xuyên suốt

trong quá trình thực hiện đề tài

1.5.2 Phương pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng:

Tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình mô phỏng lý thuyết để phân tích các kết quả mô phỏng Đây cũng là phương pháp nghiên cứu chủ yếu xuyên suốt

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu tính toán thiết kế:

Tính toán thiết kế mô hình và từ đó tìm ra các thông số cần thiết cho công

viê ̣c mô phỏng

1.5.4 Phương pháp chuyên gia :

Phỏng vấn, đưa ý kiến đến hội đồng chuyên gia để nghe phân tích và nhận

định

1.6 Giá trị của đề tài

Góp phần nghiên cứ u ứng du ̣ng nhiên liê ̣u biodiesel là mô ̣t trong nhiều cách giải cho bài toán nhiên liê ̣u mới trên đô ̣ng cơ đốt trong

Đánh giá chính xác tính kinh tế nhiên liê ̣u và tính ô nhiễm môi trường khi sử dụng nhiên liệu biodiesel trên động cơ diesel 3 xy lanh

Đẩy nhanh quá trình chuyển đổi phương thức sử dụng nhiên liệu mới vào thị trường hiện tại góp phần thực tiển hóa các công trình nghiên cứu đã thực hiện trong thời gian vừa qua

Góp phần mở ra nhiều dự án phát triển và sản xuất động cơ diesel 3 xy lanh sử du ̣ng nhiên liê ̣u biodiesel ứng du ̣ng vào nông nghiê ̣p và nông thôn

Chương 2

THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ BẰNG KỸ THUẬT

THIẾT KẾ NGƯỢC

2.1 Quy trình thiết kế mẫu động cơ

Để thiết kế được kết cấu của động cơ đầu tiên ta tiến hành thu thập thông số kích thước động cơ thông qua tài liệu kỹ thuật của động cơ đó và công nghệ thiết

kế ngược quét 3D

Sau khi đã có được các thông số kỹ thuật của động cơ thông qua máy quét 3D Kreon Zephyr KZ50với độ chính xác lên tới 0,062mm ta tiến hành lên thiết kế 3D bằng phần mềm thiết kế Catia

Hình 2.1 : Quy trình thiết kế kết cấu động cơ Kubota D1703

2.2 Giới thiệu kỹ thuật thiết kế ngược (reverse engineering)

2.2.1 Mở đầu

Trong thời buổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản xuất luôn tìm kiếm phương thức mới nhằm làm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Hiện tại kỹ thuật chế tạo ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm

liệu số hóa Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình)

Về bản chất thiết kế ngược là quá trình sao chép một sản phẩm đã được sản xuất (nhờ khả năng sao chép hình ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD 3D), thiết

kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đường và bề mặt 3D

2.2.2 Vì sao phải thiết kế ngƣợc

Trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể có một đối tượng/sản phẩm vật lý

mà không có các chi tiết kỹ thuật kèm theo như bản vẽ, thông số kỹ thuật,…Và để tạo ra bản sao từ chi tiết/cụm chi tiết hoặc sản phẩm mà không có bản vẽ, tài liệu hoặc mô hình ta phải cần đến kỹ thuật chế tạo ngược Kỹ thuật chế tạo ngược cũng được định nghĩa như là quá trình thu nhận hình dáng hình học mới từ một chi tiết đã được chế tạo bằng cách số hóa nó và chỉnh sửa mô hình CAD

Vậy kỹ thuật chế tạo ngược sẽ được ứng dụng trong các trường hợp sau :

- Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế tạo không tồn tại nữa

- Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗi thời, quá cũ

- Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất

- Tạo dữ liệu để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc

- Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình hoặc một sản phẩm điêu khắc

để tạo, lấy tỉ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật

- Tạo bằng chứng và xây dựng hiện trường phạm tội

Kỹ thuật chế tạo ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang

2.2.3 Quy trình kỹ thuật thiết kếngƣợc

Quy trình kỹ thuật chế tạo ngược được chi làm 3 giai đoạn là quét, xử lý điểm và ứng dụng Kế hoạch thực hiện ở đây tùy thuộc vào những vấn đề sau:

- Lý do tại sao phải áp dụng kỹ thuật ngược cho chi tiết

- Số lượng chi tiết được quét

- Độ phức tạp của chi tiết: phúc tạp hay đơn giản

- Bề mặt chi tiết: sáng hay tối

- Hình dáng hình học chi tiết

- Độ chính xác yêu cầu

a Giai đoạn quét hình:

Dùng máy quét hình để quét hình dáng của vật thể Các thiết bị này có thể là loại máy quét chuyên dùng hay có thể sử dụng chức năng quét trên máy công cụ CNC Có thể dùng máy quét dạng tiếp xúc (như máy đo toạ độ Coordinate Measuring Machine -CMM) hoặc máy quét dạng không tiếp xúc (máy quét laser) Khi sử dụng máy CMM thì đầu dò tiếp xúc với bề mặt cần đo Mỗi vị trí đo sẽ cho một điểm có toạ độ (x, y, z) Tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây các điểm Khi sử dụng máy quét laser thì chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản xạ trở lại cảm biến thu Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật Phương pháp này cho độ chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc Dung sai đạt được khi dùng phương pháp tiếp xúc từ 0,01 – 0,02mm trong khi phương pháp không tiếp xúc thì 0,025 – 0,2mm

Cả 2 phương pháp đều cho dữ liệu vì chi tiết gồm tập các điểm (đám mây điểm) Đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới đa giác để xây dựng mặt

b Giai đoạn xử lý điểm:

Giai đoạn này liên quan đến nhập dữ liệu đám mây điểm, giảm nhiễu từ dữ liệu thu được và giảm số lượng điểm Giai đoạn này cũng cho phép chúng ta ghép các bộ dữ liệu đã quét.Đôi khi chúng ta phải quét nhiều lượt để đảm bảo rằng tất cả các đối tượng trên chi tiết được quét hết Như vậy có thể phải xoay chi tiết cho lần quét tiếp theo Vì thế chuẩn mỗi lần quét rất quan trọng.Kế hoạch quét nhiều lượt có tác động trực tiếp đến giai đoạn xử lý điểm.Lập chuẩn quét thích hợp sẽ giảm những

nỗ lực yêu cầu trong giai đoạn xử lý điểm và cũng tránh sai số từ việc ghép dữ liệu

từ các lần quét

Đầu ra của giai đoạn xử lý điểm là một bộ dữ liệu đám mây điểm đã được “nối” từ các lần quét và không có lỗi.Hiện tại có nhiều phần mềm chuyên nghiệp dùng cho

xử lý điểm

Hình 2.3:Máy quét 3D Kreon Zephyr KZ50

c Giai đoạn ứng dụng

Giai đoạn này người ta tiến hành đa giác hóa từ dữ liệu đám mây điểm Từ đó tạo ra các bề mặt NURBS hoặc xuất ra file STL cho mục đích tạo mẫu nhanh hoặc kiểm tra đối chiếu với mô hình CAD Hầu hết các hệ thống CAD không được thiết kế để hiển thị và xử lý một lượng lớn của dữ liệu điểm Do đó các modul tạo mẫu nhanh hoặc các gói phần mềm chuyên biệt thường được sử dụng đến cho xử lý điểm Tạo

dữ liệu bề mặt từ bộ dữ liệu đám mây điểm vẫn là một quá trình rất chủ quan mặc

dù các thuật toán dựa trên đối tượng bắt đầu xuất hiện cho phép kỹ sư tương tác với

dữ liệu đám mây điểm nhằm tạo ra mô hình khối đặc hoàn chỉnh cho các môi trường CAD hiện tại

Giai đoạn này phụ thuộc nhiều vào mục đích thực sự cho kỹ thuật ngược.Ví dụ, nếu

ta quét một chi tiết khuôn ép nhựa bị gãy để chế tạo một cái mới thì chúng ta chỉ quan tâm đên việc tạo mô hình hình học của chi tiết và cũng quan tâm đến việc tạo

dữ liệu mã ISO G-code dùng cho máy CNC nhằm gia công chi tiết sau này Chúng ta cũng có thể dùng kỹ thuật ngược để phân tích dữ liệu rồi so sánh với mẫu thiết kế.Phần mềm kỹ thuật ngược cho phép người sử dụng so sánh hai bộ dữ liệu (đã được thiết kế và đã được chế tạo).Quá trình này cũng cho phép kiểm tra chi tiết

đã được chế tạo

Đầu ra của giai đoạn này là mô hình hình học ở một trong các định dạng như IGES, VDA, STL, DXF, OBJ, VRML, ISO G Code…

Các hình ảnh sau đây mô tả 1 số công đoạn quét hình và xử lý

Hình 2.4:Các giai đoạn quét và xử lý đầu người

Từ dữ liệu mô hình CAD, có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh để tạo mẫu sản phẩm Cũng có thể tạo mẫu trên máy phay CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp như Catia, Unigraphic, Pro/Engineer, GibCAM để tạo ra các đường chạy dao

Hình 2.5:Quá trình phay mẫu mặt người trên máy phay CNC

2.2.4 Danh mục chi tiết chính của động cơ đã đƣợc quét 3D

Bảng 2.1: Danh mục Scan 3D các chi tiết chính