ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA HYUNDAI TUCSON GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Ứng dụng máy tính (Động cơ)Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA HYUNDAI TUCSONGVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Ứng dụng máy tính (Động cơ)Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Các đồ thị PV, các đường đặc tính ngoài (Công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu) có hình hình dạng gần giống với lý thuyết đã học. Công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ không giống như nhà sản xuất đã công bố bởi các nguyên nhân sau đây: Em chỉ thiết lập một số thông số cơ bản của động cơ như tốc độ động cơ, đường kính xy lanh, hành trình piston, chiều dài thanh truyền, góc đánh lửa, thông số về loại nhiên liệu như các bước thiết lập ở trên, còn các thông số còn lại em không có dữ liệu để thiết lập và giữ nguyên các thiết lập ban đầu của phần mềm dẫn đến việc khác biệt về công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu. Các thông số như EGR cũng không được thiết lập, thông số điều kiện xung quanh (Ambient Conditions) như áp suất nạp, áp suất xả cũng như nhiệt độ môi trường xung quanh được em thiết lập có thể khác với các điều kiện thiết lập của nhà sản xuất, dẫn đến sự khác biệt nói trên.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt

SVTH:

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC

THIẾT LẬP 3

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

1.2 Các bước thiết lập trên phần mềm 4

1.2.1 Thiết lập trên ESPJAN 4

1.2.2 Thiết lập trên ESP 6

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ 11

2.1 Các công thức dùng để tính toán 11

2.2 Bảng số liệu 12

2.3 Đồ thị P-V và đồ thị các đường đặc tính ngoài của động cơ 13

2.3.1 Nhiên liệu khí CH 4 (CNG) 13

2.3.2 Nhiên liệu C 3 H 8 (LPG) 14

2.3.3 Nhiên liệu C 7 H 16 (Xăng) 15

CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 17

3.1 Nhận xét 17

3.2 Kết luận 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC

10

Góc đóng muộn xupap

1.2 Các bước thiết lập trên phần mềm

1.2.1 Thiết lập trên ESPJAN

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

Bước 4: Chọn các sản phẩm của quá trình cháy

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

 Thiết lập cho C3H8(LPG)

Phương trình cháy: C3H8 + 5(O2+3,76N2) => 3CO2 + 4H2O + 18,8N2

Các bước thiết lập tương tự như thiết lập cho khí CH4

 Thiết lập cho C7H16(Xăng)

Phương trình cháy: C7H16 + 11(O2 + 3,76N2) => 8H2O + 7CO2 + 41,36N2

Các bước thiết lập tương tự như thiết lập cho khí CH4

1.2.2 Thiết lập trên ESP

Bước 1: Trong mục Operating Parameters, chúng ta tiến hành nhập các thông số sau:

Số vòng quay của động cơ(6200 rpm), đánh lửa ở 700 độ(góc đánh lửa sớm là 20 độ), các điều kiện xung quanh gồm áp suất khí nạp (1 atm), áp xuất khí xả (2 atm), nhiệt độmôi trường (303 K)

Geometry, tiến hành thiết lập các thông số sau:

Intake Valve Program: Consine, Exhaust Valve Program: Consine, Piston/Cylinder chúng

ta tiến hành nhập các thông số đường kính xy lanh (m), tỉ số nén, hành trình piston (m), trong mục Piston Program chọn Conventional; connecting rod length nhập thông số chiềudài thanh truyền (m) như hình dưới

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

Bước 4: Tại mục file Setup save option, chúng ta có thể chọn Save setup in và nhập tên file để lưu lại, hoặc có thể chọn No setup save

Các mục còn lại, chúng ta giữ nguyên như phần mềm đã thiết lập sẵn Sau đó, chúng ta chọn Run with this setup để chạy các thiết lập trên phần mềm

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

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

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

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

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

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ 2.1 Các công thức dùng để tính toán

* Tính khối lượng nhiên liệu mf

Ta đã có thông số mf/Wi từ phần mềm ESP, cùng với thông số Wi vừa tính được ở trên, từ

đó ta có: mf = W m f

i W i

* Tính mô men xoắn thực tế của động cơ (Tbr)

Với: Tbr là mô men xoắn thực tế của động cơ (Nm)

Tind là mô men xoắn biểu thị (Nm)

Tfr là mô men xoắn do tổn thất ma sát (Nm)

N: Tốc độ động cơ (rpm)

* Tính công suất chỉ thị của động cơ

(kW)

N: Tốc độ động cơ (rpm)

* Tính suất tiêu hao nhiên liệu

Bảng số liệu của nhiên liệu C7H16(Xăng)

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

Bằng cách sử dùng các ma trận trong Matlab/Simulink để tạo các điểm, chúng ta dùng

lệnh plot để vẽ các đồ thị như hình dưới

2.3.1 Nhiên liệu khí CH 4 (CNG)

Đồ thị các đường đặc tính ngoài của động cơ

2.3.2 Nhiên liệu C 3 H 8 (LPG)

Đồ thị các đường đặc tính ngoài của động cơ

2.3.3 Nhiên liệu C 7 H 16 (Xăng)

Đồ thị công chỉ thị P-V

Đồ thị các đường đặc tính ngoài của động cơ

CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 3.1 Nhận xét

* Với đồ thị công chỉ thị P-V, áp suất cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(xăng)

là lớn nhất, còn áp suất cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu CH4(CNG) là thấp nhất, các góc mở sớm và đóng muộn của xupap nạp, xupap xả là như nhau vì các thông số này không thay đổi trong quá trình chạy mô phỏng

* Mô men xoắn cực đại của động cơ sử dụng khí CH4 (CNG) ở tốc độ động cơ khoảng

2960 rpm trong khi đó, mô men xoắn cực đại của động cơ sử dụng C3H8(LPG) và

C7H16(Xăng) ở tốc độ động cơ khoảng 2420 rpm

* Công suất cực đại của động cơ đối với cả 3 loại nhiên liệu đều ở tốc độ động cơ khoảng

3500 rpm

* Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ nhỏ nhất đối với nhiên liệu CH4 (CNG) và

C3H8(LPG) ở tốc độ động cơ khoảng 5120 rpm, còn đối với động cơ dùng nhiên liệu

C7H16(Xăng) thì ở tốc độ động cơ khoảng 4580 rpm

Vì vậy, muốn động cơ có lực kéo tốt nhất để có thể vượt qua chướng ngại vật, leo dốc hoặc bắt đầu khởi hành thì ta nên duy trì tốc độ động cơ vào khoảng 2420-2960 rpm, còn muốn xe chạy được “bốc” nhất, tăng tốc nhanh nhất với công suất lớn nhất thì nên duy trìdải vòng tua động cơ ở mức 3500 rpm Nếu chúng ta muốn vận hành xe tiết kiệm nhiên liệu nhất thì nên duy trì dải vòng tua ở mức 4580-5120 rpm

 Mô men xoắn cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) là lớn nhất khoảng 162 Nm ở tốc độ động cơ 2420 rpm Từ đó ta thấy được xe sử dụng nhiên liệu C3H8(LPG) và C7H16(Xăng) có khả năng leo dốc, vượt qua chướng ngại vật vàtăng tốc ở dải vòng tua thấp tốt hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu khí CH4 Trong đó, động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) có khả năng leo dốc, vượt qua chướng ngại vật và bắt đầu khởi hành ở dải vòng tua thấp là tốt nhất

 Công suất động cơ cực đại của động cơ sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) là lớn nhất khoảng 68 Hp ở dải vòng tua 3500 rpm, trong khi công suất động cơ cực đại

của động cơ sử dụng nhiên liệu C3H8(LPG) nhỏ hơn không đáng kể so với nhiên liệu C7H16(Xăng), nhưng suất tiêu hao nhiên liệu lại giảm được 6,1%, tiết kiệm nhiên liệu hơn và cũng giảm được các khí thải độc hại ra môi trường hơn.

 Nhiên liệu CH4 có suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, thấp hơn 5% so với nhiên liệu

C3H8(LPG) và thấp hơn 10% so với nhiên liệu C7H16(Xăng) Loại nhiên liệu CH4

khá tiết kiệm kinh tế cũng như giảm thiểu được lượng khí thải ra môi trường khi làm giảm đến 20% lượng CO2, 30% lượng NOx, 70% Sox (Theo báo cáo của PV Gas-PETRO VIETNAM) Tuy nhiên, loại nhiên liệu này cũng có nhược điểm khá lớn là công suất cực đại và mô men xoắn cực đại lại khá thấp so với các loại nhiên liệu khác, khiến khả năng leo dốc, vượt chướng ngại vật, khởi hành và tăng tốc cũng như sức mạnh của xe sử dụng khí CH4 là khá hạn chế so với các loại nhiên liệu còn lại

* Sở dĩ có sự chênh lệch công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ là do có sự khác biệt của các thông số sau:

- Nhiệt trị thấp của C7H16(Xăng) là 47,3 MJ/Kg, của C3H8(LPG) là 46,4 MJ/Kg, của

CH4 là 50MJ/Kg, thông số này ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu của động cơ, nhiệt trị thấp của nhiên liệu càng cao thì hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu càng thấp và ngược lại

- Chỉ số Octan của của xăng là 92-97, của C3H8(LPG) là 97-112, của CH4 là 120 Chỉ

số Octan đặc trưng cho khả năng chống kích nổ, khi chỉ số Octan càng cao thì khả năng chịu nén của nhiên liệu trước khi phát nổ (đốt cháy) càng lớn và ngược lại Vì động cơ Hyundai Tucson 2022 có điều chỉnh góc đánh lửa sớm là 20 độ nên phù hợp với loại nhiên liệu C7H16(Xăng) sinh ra công suất và mô men xoắn lớn nhất

- Nhiệt độ tự bốc cháy của xăng là 247-280 độ C, của C3H8(LPG) là 510 độ C, của

CH4 là 540 độ C, ở điều kiện nhiệt độ thông thường, khả năng tự bốc cháy của xăng là

dễ nhất

- Tỷ số A/F(hệ số khối lượng không khí chia cho khối lượng nhiên liệu) của xăng lý tưởng là 14,7, của C3H8(LPG) là 15,45 – 15,67, của CH4 là 17,23 Như vậy, đối với nhiên liệu xăng chỉ cần 14,7 gam không khí là có thể đốt sạch hoàn toàn 1 gam xăng, trong khi các nhiên liệu khác thì cần nhiều không khí hơn mới có thể đốt sạch hoàn

và suất tiêu hao nhiên liệu Các thông số như EGR cũng không được thiết lập, thông số điều kiện xung quanh (Ambient Conditions) như áp suất nạp, áp suất xả cũng như nhiệt

độ môi trường xung quanh được em thiết lập có thể khác với các điều kiện thiết lập của nhà sản xuất, dẫn đến sự khác biệt nói trên

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS Lý Vĩnh Đạt, Giáo trình ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2017

[2] Hồng Đức Thông, Huỳnh Thanh Công, Hồ Phi Long, Trần Đăng Long, Trần Quang Tuyên, Nguyễn Ngọc Dũng, Vương Như Long, Nguyễn Khắc Liệu, NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ Ở VIỆT NAM, Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Đại học Bách Khoa TP HCM, Việt Nam, 15/05/2023