Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học SPKT Hưng Yên, Viên khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn GS.TS. Phạm Minh Tuấn đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Trung cấp nghề số 12BQP, các phòng, ban, khoa và cán bộ giáo viên khoa công nghệ ô tô đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc, duyệt và góp ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện đề tài này. Hưng Yên, tháng năm 2015 Học viên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 2.1. Mục đích của đề tài 2 2.2. Đối tượng nghiên cứu 2 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1 4. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 4 1.2. NHỮNG ĐIỀU KIỆN CẦN ĐỂ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 5 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ PHẢI GIẢI QUYẾT KHI CẢI TIẾN TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ 6 1.4. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH NHỮNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ VỀ LĨNH VỰC NÀY 6 1.4.1. Trên thế giới 7 1.4.2. Tại Việt Nam 10 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 1.6. CÁCH TIẾP CẬN KHI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP. 12 1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 13 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KỸ THUẬT CẢI TIẾN VÀ ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ D243 15 2.1. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ÁP SUẤT TĂNG ÁP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AVLBOOST VÀ AVLEXICTE 15 2.1.1. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trong phần mềm AVLBoost 15 2.1.2. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVLExcite Designer 25 2.1.3. Xác định tỷ số tăng áp 31 2.2. THIẾT KẾ LỰA CHỌN BỘ TUỐC BIN MÁY NÉN 32 2.2.1. Thiết kế lựa chọn bộ TBMN 32 2.2.2. Tính toán lựa chọn cụm TBMN 33 2.3. NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU, ĐƯỜNG NẠP THẢI, LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN. 36 2.3.1. Cơ sở tính toán, cải tiến các hệ thống khi thực hiện tăng áp 36 2.3.2. Lựa chọn tỷ sổ nén phù hợp cho động cơ khi tăng áp 36 2.3.3. Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu, đường nạp thải, làm mát và bôi trơn 37 2.3.4. Thiết kế hệ thống nạp và thải 41 2.3.5. Cải tiến hệ thống làm mát 47 2.3.6. Cải tiến hệ thống bôi trơn 48 2.4. XÂY DỰNG QUI TRÌNH CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ KHÔNG TĂNG ÁP THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 49 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 53 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ 54 3.1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 54 3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm 54 3.1.2. Phạm vi thí nghiệm 54 3.2. TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 54 3.2.1. Động cơ thử nghiệm 54 3.2.2. Băng thử động cơ 55 3.2.3. Thiết bị đo khí thải 57 3.2.4. Các thiết bị khác 59 3.3. ĐIỀU KIỆN THỬ NGHIỆM 61 3.4. QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM 62 3.4.1. Quy trình 62 3.4.2. Bố trí lắp đặt và hiệu chinh động cơ trên băng thử 62 3.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 3.5.1. Đánh giá tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ trước và sau khi tăng áp 64 3.5.2. Đánh giá các thông số làm việc của động cơ trước và sau khi tảng áp 66 3.5.3. So sánh độ khói trước và sau tảng áp 70 3.6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 72 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 73 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN 74 4.1. KẾT LUẬN CHUNG. 74 4.2. KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải ĐCĐT Động cơ đốt trong AVLBoost Phần mềm mô phỏng chu trình nhiệt động của động cơ AVLExcite Designer Phần mềm tính toán trục khuỷu CFD Tính toán động lực học chất lưu có sự trợ giúp của máy tính Gambit Công cụ hỗ trợ chia lưới Fluent Phần mềm mô phỏng động lực học dòng chảy FDM Phương pháp sai phân hữu hạn FVM Phương pháp thể tích hữu hạn FEM Phương pháp phân tử hữu hạn Catia Phần mềm đồ họa Catia Ansys Phần mềm tính toán thể tích kết cấu GTVT Giao thông vận tải HTBT Hệ thống bôi trơn HTLM Hệ thống làm mát HTNL Hệ thống nhiên liệu BCA Bơm cao áp PSA Thiết bị đo áp suất khí PTN Phòng thí nghiệm ETB Băng thử động lực học cao APA Phanh điện APA MP Mô phỏng TN Thí nghiệm TB Tuabin MN Máy nén TBMN Cụm tuabin máy nén EMCON Hệ thống điều khiển động cơ và băng thử DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thái 22 Bảng 3.1. Thông sổ kỹ thuật thiết bị đo áp suất tăng áp PSA1 59 Bảng 3.2. Thông sổ kỹ thuật cảm biển nhiệt độ TM902C 60 Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm động cơ D243 nguyên bản 64 Bảng 3.4. Kết quả thử nghiệm động cơ D243 tăng áp 64 Bảng 3.5. Kết quả so sánh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu giữa mô phòng và thực nghiệm của động cơ D243 tăng áp 72 Bảng 3.6. Kết quả so sánh tỷ số tăng áp và hệ số dư lượng không khí giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ D243 tăng áp 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1. Mô hình cân bằng năng lượng trong xylanh 18 Hình 2.2. Cấu trúc bộ phân mềm CFD Fluent 43 Hình 2.3. Ứng dụng CFD Fluent mô phỏng động cơ đốt trong 45 Hình 2.4. Quy trình cải tiến tăng áp bằng TBMN cho động cơ diesel đang lưu hành 52 Hình 3.1. Sơ đồ bổ trí thiết bị thử nghiệm 56 Hình 3.2. Lắp đặt động cơ trên băng thử Meiden 56 Hình 3.3. Tủ điều khiến và màn hình hiển thị Meiden 57 Hình 3.4. Thiết bị đo độ khói AVL Dismoke 4000 58 Hình 3.5. Cấu tạo buồng đo độ khói 58 Hình 3.6. Thiết bị đo áp suất tăng áp PSA1 59 Hình 3.7. Lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ đường nạp, thải động cơ 60 Hình 3.8. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp. 61 Hình 3.9. Lắp đặt động cơ trên băng thử 63 Hình 3.10. Lắp đặt cụm TBMN lên động cơ 63 Hình 3.11. Bổ trí lắp đặt HTLM 64 Hình 3.12. So sảnh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 65 Hình 3.13. Tỷ số tăng áp theo tốc độ động cơ 66 Hình 3.14. So sánh lượng không khí nạp 67 Hình 3.15. So sánh hệ số dư lượng không khi 68 Hình 3.16. So sánh áp suất dầu bôi trơn 69 Hình 3.17. So sánh nhiệt độ nước làm mát 70 Hình 3.18. So sánh độ khói trong khí thải 71 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay ở Việt Nam có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưu hành có độ bền rất cao. Phần lớn những động cơ này có nguồn gốc từ các nước xã hội chủ nghĩa cũ hoặc nhập khẩu gần đây từ Hàn Quốc ở dạng đã qua sử dụng. Do đã qua sử dụng một thời gian khá dài nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhiều độc hại. Một trong những biện pháp hiệu quả là trang bị thêm tuốc binmáy nén thành động cơ tăng áp nhằm tăng công suất, bên cạnh đó phần nào có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải độc hại, qua đó tận dụng được khả năng khai thác của động cơ. Trong những năm gần đây ở Việt Nam có một số công trình cải tiến động cơ không tăng áp thành động cơ tăng áp. Tuy nhiên, những công trình này chủ yếu dựa trên kinh nghiệm của các tác giả từ Liên Xô cũ thiết kế mặc định tăng công suất 30%, ngoài ra không cải tiến triệt để các hệ thống phụ như làm mát, bôi trơn nhằm đáp ứng điều kiện làm việc bình thường của động cơ sau tăng áp. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp” là cần thiết và do đó học viên đã chọn đề tài này làm luận văn thạc sĩ của mình. 2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Ngành giao thông vận tải luôn đóng vai trò to lớn tới sự phát triển của nền kinh tế nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, từ những yêu cầu đó, ngành công nghiệp động cơ đốt trong đã ra đời từ rất sớm và đã có nhiều cải tiến đột phá, nhưng tùy vào điều kiện kinh tế và khoa học kỹ thuật từng nước mà đội ngũ các kỹ sư, nhà khoa học… luôn nghiên cứu các giải pháp cải tiến các loại động cơ để thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế và môi trường của con người. Ở Việt Nam hiện nay có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưu hành có độ bền rất cao. Do đã sử dụng, nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhiều độc hại. Từ thực tế trên, ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứa, cải tiến những động cơ này, nhưng chưa mang tính tổng thể, mà chỉ điều chỉnh hoặc cải tiến một phần, một số hệ thống nhất đinh lên hiệu quả không cao, chính vì vầy việc nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp là nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng với thực nghiệm trên các thiết bị hiện đại, cải tiến đồng bộ và đưa ra giải pháp khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam để nâng cao tính năng kỹ thuật của động cơ diesel thế hệ cũ bằng tuabin khí thải. Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng giải quyết nhu càu nâng cao tính năng vận hành của các loại động cơ diesel thế hệ cũ, đặc biệt là động cơ diesel tính năng vận hành thấp nhưng dư thừa về độ bền. Quy trình cải tiến có thể áp dụng cho bất kỳ loại động cơ diesel không tăng áp nào thừa bền, đảm bảo được tính khoa học và khả thi trong thực tiễn. 3. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Mục đích của đề tài Hiểu được việc xây dựng và lý giải được qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel không tăng áp có độ bền cao đang lưu hành thành động cơ tăng áp nhằm tăng công suất và qua đó tận dụng khả năng khai thác động cơ. 3.2. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về động cơ tăng áp. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trang bị tuốc bin máy nén cho động cơ diesel không tăng áp. Tìm hiểu áp dụng cho một trường hợp cụ thể là động cơ diesel D243 do Công ty diesel Sông Công sản xuất. Tìm hiểu đánh giá thử nghiệm động cơ sau tăng áp trên băng thử động cơ. 3.3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén. 4. TÓM TẮT CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI Luận văn trình bày tập trung vào tìm hiểu, đánh giá các nội dung chính sau: Đánh giá khả năng tăng áp của đông cơ được lựa chọn để tăng áp, thông qua các phần mềm như AVLBoost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềm AVLExcite để kiểm bền động cơ nguyên thủy. Xác định tỷ số tăng áp bằng cách: chọn tỷ số tăng áp sau đó sử dụng phần mề AVLBoost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềm AVLExcite để kiểm bền động cơ sao cho ứng với tỷ số tăng áp được chọn Thiết kế cải tiến động bộ các hệ thống trên động cơ cho phù hợp với TBMN được lựa chọn trên quan điểm không thay đổi quá nhiều kết cấu động cơ nhưng phải tăng được công suất và giảm thiểu khói đen và phát thải động cơ. Để tăng thêm tính khả thi trước khí được ứng dụng thì mục đích chính của đề tài là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủ yếu là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơ diesel không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén để thực hiện luận văn. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP Động cơ không tăng áp, trực tiếp hút không khí từ ngoài trời, do bị hạn chế về lượng không khí hút vào xylanh nên khả năng nâng cao công suất động cơ không lớn. Nếu dùng một máy nén riêng để nén trước không khí rồi đưa vào xylanh động cơ sẽ làm tăng mật độ không khí, qua đó làm tăng khối lượng không khí nạp vào xylanh mỗi chu trình, vì vậy làm tăng công suất động cơ. Phương pháp này được gọi là tăng áp. Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơ rất nhiều và làm giảm tiêu hao nhiên liệu. Khi động cơ được tăng áp sẽ cho phép đốt được nhiều nhiên liệu hơn do vậy công suất động cơ sẽ được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, áp suất khí nạp cao sẽ làm cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp trong động cơ và sẽ góp phần cải thiện quá trình cháy. Điều này dẫn đến hiệu suất động cơ sẽ tăng lên, đồng thời sẽ làm giảm lượng các chất phát thải độc hại trên một đơn vị công suất. Đặc biệt trong những năm gần đây, nhờ sự vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo tuabin (TB) và máy nén (MN) nên phạm vi sử dụng cho máy nén ngày càng rộng, áp suất tăng áp ngày một nâng cao. Nếu áp suất có ích trung bình pe của động cơ diesel không tăng áp thường không quá 0,7 ÷ 0,9 MPa thì đối với động cơ tăng áp thấp đạt được 1,0 ÷ 1,2 MPa, còn tăng áp cao có thể đạt tới 1,5 ÷ 1,9MPa. Nhìn chung, tăng áp là biện pháp hiệu quả để nâng cao công suất của động cơ diesel, tăng áp cho phép cải thiện một số chi tiết như sau. Giảm thể tích toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất. Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất. Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất. Cải thiện hiệu suất của động cơ, đặc biệt là khi tăng áp băng TB khí. Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và và nội dung luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được

ai công bố trong các công trình nào khác

Hưng Yên, tháng năm 2015

Học viên

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học SPKT Hưng Yên, Viên khoa học,Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận văn.Tôi xin chân thành cám ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn đã hướng dẫn tôi hết sứctận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luậnvăn đúng tiến độ

Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Trung cấp nghề số 12-BQP, các phòng,ban, khoa và cán bộ giáo viên khoa công nghệ ô tô đã hậu thuẫn và động viên tôitrong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy phản biện, các thầy trong hộiđồng chấm luận văn đã đồng ý đọc, duyệt và góp ý kiến quý báu để tôi có thể hoànchỉnh luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã độngviên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện đềtài này

Hưng Yên, tháng năm 2015

Học viên

MỤC LỤC

L I CAM OAN Ờ Đ i

L I C M N Ờ Ả Ơ ii

M C L C Ụ Ụ iii

DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T Ụ Ệ Ế Ắ vi

DANH M C CÁC B NG BI U Ụ Ả Ể vi

DANH M C CÁC HÌNH V VÀ TH Ụ Ẽ ĐỒ Ị viii

M U ỞĐẦ 1

1 LÝ DO CH N TÀI Ọ ĐỀ 1

2 L CH S NGHIÊN C U Ị Ử Ứ 1

3 M C CH, I T Ụ ĐÍ ĐỐ ƯỢ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U Ạ Ứ 2

3.1 M c ích c a t i ụ đ ủ đề à 2

3.2 i t ng nghiên c u Đố ượ ứ 2

3.3 Ph m vi nghiên c u ạ ứ 2

4 TÓM T T CÁC LU N I M C B N VÀ ÓNG GÓP M I Ắ Ậ ĐỂ Ơ Ả Đ Ớ 3

Lu n v n trình b y t p trung v o tìm hi u, ánh giá các n i dung chính sau: ậ ă à ậ à ể đ ộ 3

ánh giá kh n ng t ng áp c a ông c c l a ch n t ng áp, thông qua Đ ả ă ă ủ đ ơ đượ ự ọ để ă các ph n m m nh AVL-Boost tính nhi t ng h c ng c v ph n m m ầ ề ư để ệ độ ọ độ ơ à ầ ề AVL-Excite ki m b n ng c nguyên th y để ể ề độ ơ ủ 3

Xác nh t s t ng áp b ng cách: ch n t s t ng áp sau ó s d ng ph n m đị ỷ ố ă ằ ọ ỷ ố ă đ ử ụ ầ ề AVL-Boost để tính nhi t ng h c ng c v ph n m m AVL-Excite ệ độ ọ độ ơ à ầ ề để ki m b n ng c sao cho ng v i t s t ng áp ể ề độ ơ ứ ớ ỷ ố ă đượ c ch n ọ 3

5 PH ƯƠ NG PHÁP NGHIÊN C U Ứ 3

CH ƯƠ NG 1 4

T NG QUAN Ổ 4

1.1 KHÁI QUÁT V NG C T NG ÁP ỀĐỘ Ơ Ă 4

1.2 NH NG I U KI N C N Ữ ĐỀ Ệ Ầ ĐỂ Ả C I TI N Ế ĐỘ NG C THÀNH Ơ ĐỘ NG C Ơ T NG ÁP Ă 5

1.3 NH NG V N PH I GI I QUY T KHI C I TI N T NG ÁP CHO NG Ữ Ấ ĐỀ Ả Ả Ế Ả Ế Ă ĐỘ CƠ 6

1.4 GI I THI U VÀ PHÂN T CH NH NG NGHIÊN C U TRONG N Ớ Ệ Í Ữ Ứ ƯỚ C VÀ QU C T V L NH V C NÀY Ố Ế Ề Ĩ Ự 6

1.4.1 Trên th gi i ế ớ 7

1.4.2 T i Vi t Nam ạ ệ 10

1.5 I T ĐỐ ƯỢ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U Ạ Ứ 12

1.6 CÁCH TI P C N KHI NGHIÊN C U C I TI N NG C T NG ÁP Ế Ậ Ứ Ả Ế ĐỘ Ơ Ă 12

1.7 K T LU N CH Ế Ậ ƯƠ NG 1 13

CH ƯƠ NG 2 15

NGHIÊN C U XÂY D NG QUY TRÌNH K THU T C I TI N VÀ ÁP D NG Ứ Ự Ỹ Ậ Ả Ế Ụ CHO ĐỘ NG C D243 Ơ 15

2.1 T NH TOÁN L A CH N ÁP SU T T NG ÁP NG D NG PH N M M Í Ự Ọ Ấ Ă Ứ Ụ Ầ Ề AVL-BOOST VÀ AVL-EXICTE 15

2.1.1 C s lý thuy t mô ph ng trong ph n m m AVL-Boost ơ ơ ế ỏ ầ ề 15

2.1.1.1 Gi i thi u chung ớ ệ 15

2.1.1.2 Ph ng trình nhi t ng h c th nh t ươ ệ độ ọ ứ ấ 17

2.1.1.3 Trao i nhi t v trao i ch t đổ ệ à đổ ấ 19

2.1.1.4 Tính toán c m TB-MN ụ 23

2.1.2 C s lý thuy t mô ph ng trên ph n m m AVL-Excite Designer ơ ơ ế ỏ ầ ề 25

2.1.2.1 Gi i thi u chung ớ ệ 25

2.1.2.2 C s lý thuy t UR-M53 ơ ơ ế 25

2.1.2.3 Xác nh ng su t t i góc l n theo ph ng pháp FVV đị ứ ấ ạ ượ ươ 30

2.1.3 Xác nh t s t ng áp đị ỷ ố ă 31

2.2 THI T K L A CH N B TU C BIN - MÁY NÉN Ế Ế Ự Ọ Ộ Ố 32

2.2.1 Thi t k l a ch n b TB-MN ế ế ự ọ ộ 32

2.2.2 Tính toán l a ch n c m TB-MN ự ọ ụ 33

2.3 NGHIÊN C U C I TI N: C C U PH I KH , H TH NG NHIÊN LI U, Ứ Ả Ế Ơ Ấ Ố Í Ệ Ố Ệ NG N P TH I, LÀM MÁT VÀ BÔI TR N ĐƯỜ Ạ Ả Ơ 36

2.3.1 C s tính toán, c i ti n các h th ng khi th c hi n t ng áp ơ ơ ả ế ệ ố ự ệ ă 36

2.3.2 L a ch n t s nén phù h p cho ng c khi t ng áp ự ọ ỷ ổ ợ độ ơ ă 36

2.3.3 Nghiên c u c i ti n c c u ph i khí, h th ng nhiên li u, ứ ả ế ơ ấ ố ệ ố ệ đườ ng n p ạ th i, l m mát v bôi tr n ả à à ơ 37

2.3.3.1 C i ti n c c u ph i khí ả ế ơ ấ ố 37

2.3.3.2 C i ti n h th ng cung c p nhiên li u ả ế ệ ố ấ ệ 38

2.3.4 Thi t k h th ng n p v th i ế ế ệ ố ạ à ả 41

2.3.4.1 Gi i thi u chung ớ ệ 41

2.3.4.2 C s lý thuy t ph n m m mô ph ng CFD Fluent ơ ơ ế ầ ề ỏ 42

2.3.5 C i ti n h th ng l m mát ả ế ệ ố à 47

2.3.6 C i ti n h th ng bôi tr n ả ế ệ ố ơ 48

2.4 XÂY D NG QUI TRÌNH C I TI N NG C KHÔNG T NG ÁP THÀNH Ự Ả Ế ĐỘ Ơ Ă NG C T NG ÁP ĐỘ Ơ Ă 49

2.5 K T LU N CH Ế Ậ ƯƠ NG 2 53

CH ƯƠ NG 3 54

TH NGHI M VÀ ÁNH GIÁ K T QU C I TI N NG C Í Ệ Đ Ế Ả Ả Ế ĐỘ Ơ 54

3.1 M C TIÊU TH NGHI M Ụ Í Ệ 54

3.1.1 M c tiêu thí nghi m ụ ệ 54

3.1.2 Ph m vi thí nghi m ạ ệ 54

3.2 TRANG THI T B TH NGHI M Ế Ị Í Ệ 54

3.2.1 Độ ng c th nghi m ơ ử ệ 54

3.2.2 B ng th ng c ă ử độ ơ 55

3.2.3 Thi t b o khí th i ế ị đ ả 57

3.2.4 Các thi t b khác ế ị 59

3.2.4.1 Thi t b o áp su t khí t ng áp ế ị đ ấ ă 59

3.2.4.2 Thi t b o nhi t ế ị đ ệ độ 60

3.2.4.3 Thi t b o l u l ng khí n p ế ị đ ư ượ ạ 61

3.3 I U KI N TH NGHI M ĐỀ Ệ Ử Ệ 61

3.4 QUI TRÌNH TH NGHI M Í Ệ 62

3.4.1 Quy trình 62

3.4.2 B trí l p t v hi u chinh ng c trên b ng th ố ắ đặ à ệ độ ơ ă ử 62

3.5 K T QU VÀ TH O LU N Ế Ả Ả Ậ 64

3.5.1 ánh giá tính n ng kinh t v k thu t c a ng c tr c v sau khi Đ ă ế à ỹ ậ ủ độ ơ ướ à t ng áp ă 64

3.5.2 ánh giá các thông s l m vi c c a ng c tr c v sau khi t ng áp Đ ố à ệ ủ độ ơ ướ à ả 66 3.5.2.1 T s t ng áp ỷ ổ ă 66

3.5.2.2 H s d l ng không khí ệ ố ư ượ 67

3.5.2.3 ánh giá áp su t d u bôi tr n Đ ấ ầ ơ 69

3.5.2.4 ánh giá nhi t ng c Đ ệ độ độ ơ 69

3.5.3 So sánh khói tr c v sau t ng áp độ ướ à ả 70

3.6 ÁNH GIÁ K T QU MÔ PH NG VÀ TH C NGHI M Đ Ế Ả Ỏ Ự Ệ 72

3.7 K T LU N CH Ế Ậ ƯƠ NG 3 73

CH ƯƠ NG 4 74

K T LU N VÀ KI N NGH PH Ế Ậ Ế Ị ƯƠ NG H ƯỚ NG PHÁT TRI N Ề 74

4.1 K T LU N CHUNG Ế Ậ 74

4.2 KI N NGH PH Ế Ị ƯƠ NG H ƯỚ NG PHÁT TRI N Ể 75

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 76

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

AVL-Boost Phần mềm mô phỏng chu trình nhiệt động của động cơ

AVL-Excite

Designer Phần mềm tính toán trục khuỷu

CFD Tính toán động lực học chất lưu có sự trợ giúp của máy tínhGambit Công cụ hỗ trợ chia lưới

Fluent Phần mềm mô phỏng động lực học dòng chảy

FVM Phương pháp thể tích hữu hạn

Ansys Phần mềm tính toán thể tích kết cấu

PSA Thiết bị đo áp suất khí

B ng 2.1 Các h s c a ph ng trình trao i nhi t t i c a n p v thái ả ệ ố ủ ươ đổ ệ ạ ử ạ à 22

B ng 3.1 Thông s k thu t thi t b o áp su t t ng áp PSA-1 ả ổ ỹ ậ ế ị đ ấ ă 59

B ng 3.2 Thông s k thu t c m bi n nhi t TM-902C ả ổ ỹ ậ ả ể ệ độ 60

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Mô hình cân b ng n ng l ng trong xylanh ằ ă ượ 18

Hình 2.2 C u trúc b phân m m CFD Fluent ấ ộ ề 43

Hình 2.3 ng d ng CFD Fluent mô ph ng ng c t trong Ứ ụ ỏ độ ơđố 45

Hình 2.4 Quy trình c i ti n t ng áp b ng TB-MN cho ng c diesel ang ả ế ă ằ độ ơ đ l u h nh ư à 52

Hình 3.2 L p t ng c trên b ng th Meiden ắ đặ độ ơ ă ử 56

Hình 3.3 T i u khi n v m n hình hi n th Meiden ủ đ ề ế à à ể ị 57

Hình 3.4 Thi t b o khói A VL Dismoke 4000 ế ị đ độ 58

Hình 3.5 C u t o bu ng o khói ấ ạ ồ đ độ 58

Hình 3.6 Thi t b o áp su t t ng áp PSA-1 ế ị đ ấ ă 59

Hình 3.7 L p t c m bi n o nhi t ắ đặ ả ế đ ệ độ đườ ng n p, th i ng c ạ ả độ ơ 60

Hình 3.8 Thi t b o l u l ng khí n p ế ị đ ư ượ ạ 61

Hình 3.9 L p t ng c trên b ng th ắ đặ độ ơ ă ử 63

Hình 3.10 L p t c m TB-MN ắ đặ ụ 63

lên ng c độ ơ 63

Hình 3.11 B trí l p t HTLM ổ ắ đặ 64

Hình 3.12 So sánh công su t v su t tiêu hao nhiên li u ấ à ấ ệ 65

Hình 3.13 T s t ng áp theo t c ng c ỷ ố ă ố độ độ ơ 66

Hình 3.14 So sánh l ượ ng không khí n p ạ 67

Hình 3.15 So sánh h s d l ng không khi ệ ố ư ượ 68

Hình 3.16 So sánh áp su t d u bôi tr n ấ ầ ơ 69

Hình 3.17 So sánh nhi t n c l m mát ệ độ ướ à 70

Hình 3.18 So sánh khói trong khí th i độ ả 71

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay ở Việt Nam có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưuhành có độ bền rất cao Phần lớn những động cơ này có nguồn gốc từ các nước xãhội chủ nghĩa cũ hoặc nhập khẩu gần đây từ Hàn Quốc ở dạng đã qua sử dụng Do

đã qua sử dụng một thời gian khá dài nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêu thụnhiên liệu và phát thải nhiều độc hại

Một trong những biện pháp hiệu quả là trang bị thêm tuốc bin-máy nén thànhđộng cơ tăng áp nhằm tăng công suất, bên cạnh đó phần nào có thể giảm tiêu thụnhiên liệu và phát thải độc hại, qua đó tận dụng được khả năng khai thác của độngcơ

Trong những năm gần đây ở Việt Nam có một số công trình cải tiến động cơkhông tăng áp thành động cơ tăng áp Tuy nhiên, những công trình này chủ yếu dựatrên kinh nghiệm của các tác giả từ Liên Xô cũ thiết kế mặc định tăng công suất30%, ngoài ra không cải tiến triệt để các hệ thống phụ như làm mát, bôi trơn nhằmđáp ứng điều kiện làm việc bình thường của động cơ sau tăng áp

Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ

diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp” là cần thiết và do đó học viên đã

chọn đề tài này làm luận văn thạc sĩ của mình

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Ngành giao thông vận tải luôn đóng vai trò to lớn tới sự phát triển của nềnkinh tế nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, từ những yêu cầu đó, ngànhcông nghiệp động cơ đốt trong đã ra đời từ rất sớm và đã có nhiều cải tiến đột phá,nhưng tùy vào điều kiện kinh tế và khoa học kỹ thuật từng nước mà đội ngũ các kỹ

sư, nhà khoa học… luôn nghiên cứu các giải pháp cải tiến các loại động cơ để thỏamãn các yêu cầu về kinh tế và môi trường của con người

Ở Việt Nam hiện nay có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưuhành có độ bền rất cao Do đã sử dụng, nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêuthụ nhiên liệu và phát thải nhiều độc hại

Từ thực tế trên, ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứa, cải tiến nhữngđộng cơ này, nhưng chưa mang tính tổng thể, mà chỉ điều chỉnh hoặc cải tiến mộtphần, một số hệ thống nhất đinh lên hiệu quả không cao, chính vì vầy việc nghiêncứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơtăng áp là nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng với thực nghiệm trên các thiết bị hiệnđại, cải tiến đồng bộ và đưa ra giải pháp khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế ởViệt Nam để nâng cao tính năng kỹ thuật của động cơ diesel thế hệ cũ bằng tuabinkhí thải

Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng giải quyết nhu càu nâng cao tínhnăng vận hành của các loại động cơ diesel thế hệ cũ, đặc biệt là động cơ diesel tínhnăng vận hành thấp nhưng dư thừa về độ bền Quy trình cải tiến có thể áp dụng chobất kỳ loại động cơ diesel không tăng áp nào thừa bền, đảm bảo được tính khoa học

và khả thi trong thực tiễn

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Mục đích của đề tài

Hiểu được việc xây dựng và lý giải được qui trình kỹ thuật cải tiến động cơdiesel không tăng áp có độ bền cao đang lưu hành thành động cơ tăng áp nhằm tăngcông suất và qua đó tận dụng khả năng khai thác động cơ

3.2 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ tăng áp

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trang bị tuốc bin - máy nén cho động cơ dieselkhông tăng áp

- Tìm hiểu áp dụng cho một trường hợp cụ thể là động cơ diesel D243 doCông ty diesel Sông Công sản xuất

- Tìm hiểu đánh giá thử nghiệm động cơ sau tăng áp trên băng thử động cơ

3.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựngquy trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thửđối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốcbin - máy nén

4 TÓM TẮT CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI

Luận văn trình bày tập trung vào tìm hiểu, đánh giá các nội dung chính sau:Đánh giá khả năng tăng áp của đông cơ được lựa chọn để tăng áp, thông qua các

phần mềm như AVL-Boost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềmAVL-Excite để kiểm bền động cơ nguyên thủy

Xác định tỷ số tăng áp bằng cách: chọn tỷ số tăng áp sau đó sử dụng phần mề

AVL-Boost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềm AVL-Excite đểkiểm bền động cơ sao cho ứng với tỷ số tăng áp được chọn

Thiết kế cải tiến động bộ các hệ thống trên động cơ cho phù hợp với TB-MNđược lựa chọn trên quan điểm không thay đổi quá nhiều kết cấu động cơ nhưng phảităng được công suất và giảm thiểu khói đen và phát thải động cơ

Để tăng thêm tính khả thi trước khí được ứng dụng thì mục đích chính của đềtài là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến và thínghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin - máy nén

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủyếu là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơdiesel không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin - máy nén để thựchiện luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

Động cơ không tăng áp, trực tiếp hút không khí từ ngoài trời, do bị hạn chế

về lượng không khí hút vào xylanh nên khả năng nâng cao công suất động cơ khônglớn Nếu dùng một máy nén riêng để nén trước không khí rồi đưa vào xylanh động

cơ sẽ làm tăng mật độ không khí, qua đó làm tăng khối lượng không khí nạp vàoxylanh mỗi chu trình, vì vậy làm tăng công suất động cơ Phương pháp này đượcgọi là tăng áp

Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơrất nhiều và làm giảm tiêu hao nhiên liệu Khi động cơ được tăng áp sẽ cho phép đốtđược nhiều nhiên liệu hơn do vậy công suất động cơ sẽ được cải thiện đáng kể.Ngoài ra, áp suất khí nạp cao sẽ làm cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp trongđộng cơ và sẽ góp phần cải thiện quá trình cháy Điều này dẫn đến hiệu suất động

cơ sẽ tăng lên, đồng thời sẽ làm giảm lượng các chất phát thải độc hại trên một đơn

vị công suất

Đặc biệt trong những năm gần đây, nhờ sự vượt bậc trong lĩnh vực nghiêncứu chế tạo tuabin (TB) và máy nén (MN) nên phạm vi sử dụng cho máy nén ngàycàng rộng, áp suất tăng áp ngày một nâng cao Nếu áp suất có ích trung bình pe củađộng cơ diesel không tăng áp thường không quá 0,7 ÷ 0,9 MPa thì đối với động cơtăng áp thấp đạt được 1,0 ÷ 1,2 MPa, còn tăng áp cao có thể đạt tới 1,5 ÷ 1,9MPa

Nhìn chung, tăng áp là biện pháp hiệu quả để nâng cao công suất của động

cơ diesel, tăng áp cho phép cải thiện một số chi tiết như sau

- Giảm thể tích toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất

- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất

- Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất

- Cải thiện hiệu suất của động cơ, đặc biệt là khi tăng áp băng TB khí

- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại

1.2 NHỮNG ĐIỀU KIỆN CẦN ĐỂ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ THÀNH ĐỘNG

CƠ TĂNG ÁP

Tăng áp suất khí nạp (pk) cùng với lượng nhiên liệu cung cấp (Gnl) khi thựchiện tăng áp cho động cơ sẽ làm tăng áp suất có ích trung bình pe Mặt khác khinâng cao mức độ tăng áp, pe càng tăng nhanh sẽ dấn đến tải trọng cơ và phụ tảinhiệt tăng cao, do đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định làm việc và độ bên tuổithọ của động cơ [1] Ngoài ra, để tăng Gnl tương ứng và phù hợp với mức độ tăng

áp, hệ thống nhiên liệu (HTNL) cần có quy luật cấp nhiên liệu khắt khe hơn, hànhtrình có ích của piston bơm cao áp (BCA) và áp suất phun tăng Do đó để có thểthực hiện được tăng áp, tăng tính khả thi và tính thực tiễn của phương án thì động

cơ nguyên bản được lựa chọn để tăng áp cần phải thỏa mãn độ bền dư lớn, đáp ứng

đủ bền khi tải trọng tăng, cũng như hệ thống nhiên liệu, cụ thể là BCA của động cơcần có hệ số dự trữ lượng nhiên liệu đủ lớn để đáp ứng khi thực hiên tăng Gnl Hệthống nạp và thải cần phải cải tiến để nâng cao hiệu quả tận dụng nguồn năng lượngkhí thải và giảm tổn thất lưu động của dòng khí nạp sau MN, cũng như thuận lợicho việc nắp đặt cụm TB-MN Hơn nữa, để đảm bảo cho động cơ làm việc ổn địnhtrong điều kiện tải trọng cơ và phụ tải nhiệt tăng sau khi tăng áp, các hệ thống như

hệ thống làm mát (HTLM), hệ thống bôi trơn (HTBT) cần phải được cải tiến

Như vậy, khi thực hiện cải tiến tăng áp bằng TB-MN cho động cơ dieselđang lưu hành, nhất thiết cần phải xác định khả năng thừa bền của động cơ để từ đó

là cơ sở để xác định tỷ số tăng áp Trên cơ sở đó tiếp tục thực hiện các cải tiến vàhiệu chỉnh cho HTNL và hệ thống nạp thải, HTLM, HTBT Yêu cầu đưa ra khi tiếnhành cải tiến là không được thay đổi quá nhiều về mặt kết cấu của động cơ cũngnhư giá thành chi phí phải thấp Trong thực tế, việc cải tiến tăng áp, lựa chọn tỷ sốtăng áp, cải tiến các hệ thống cho động cơ khá phức tạp và tốn kém Để rút ngắnthời gian và chi phí thực nghiệm, nghiên cứu này sử dụng các phần mềm mô phỏngnhiệt động học AVL – Boost để tính toán nhiệt, phần mềm AVL – Excite Designertính toán các ứng suất tác dụng lên động cơ trước và sau khi tăng áp, tính toán cảitiến các hệ thống bằng Matlab, kiểm nghiệm bền một số chi tiết bằng Ansys

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ PHẢI GIẢI QUYẾT KHI CẢI TIẾN TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ

Từ những yêu cầu cần thiết để cải tiến động cơ diesel thường thành động cơ tăng

áp, ta cần đảm bảo các yêu cầu ban đầu và cải tiến các cơ cấu, hệ thống cơbản của động cơ như sau:

- Yêu cầu đối với cải tiến

Động cơ cải tiến là những động cơ diesel thường đã và đang sử dụng tại ViệtNam, phải có tính thừa bền cao, không phải thay đổi quá nhiều về kết cấu hệ thốngcủa động cơ, việc cải tiến thay thế phải thuận lợi, phù hợp với điều kiện công nghệ

kỹ thuật của Việt Nam như hiện nay cũng như chi phí thấp và động cơ sau khi cảitiến thỏa mãn ở mọi chế độ làm việc

- Tính toán lựa chọn và cải tiến các hệ thống

Từ những tính toán trong mô phỏng trên các phần mềm ta đi chọn cụm

TB-MN phù hợp mà trên thị trường sẵn có rồi tiếp đến ta đi tính toán cải tiến các cơcấu, hệ thống cần thiết cho phù hợp và thỏa mãn với yêu cầu tăng áp của động cơnhư:

- Cơ cấu phân phối khí

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu

1.4 GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH NHỮNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

VÀ QUỐC TẾ VỀ LĨNH VỰC NÀY

Động cơ diesel được sử dụng rộng rãi được các ngành công nghiệp, đặc biệttrong ngành giao thông vận tải đường thủy và vận tải đường bộ bởi tính năng kinh

tế và kỹ thuật cao Tại Việt Nam, động cơ diesel cũng chiếm một số lượng lớn.Theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam, tính đến năm 2006 động cơ dieselchiếm 21,75% thị trường ô tô mới tại Việt Nam (khoảng gần 40.000 chiếc), tăngđáng kể so với năm 2001, khi tỷ lệ này là dưới 10% Tuy nhiên phần lớn nhữngdòng động cơ diesel này thuộc thế hệ cũ, tồn tại nhiều nhược điểm như tính năngvận hành kém, suất tiêu hao nhiên liệu lớn, các thành phần phát thải độc hại cao Đểkhắc phục các nhược điểm này cần cải tiến, ứng dụng công nghệ hiện đại để cảithiện quá trình làm việc của ĐCĐT.

Các vấn đề như tăng công suất và hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu vàthành phần phát thải độc hại của ĐCĐT luôn là những thách thức lớn đối với ngànhcông nghiệp động cơ ô tô thế giới Cùng với sự phát triển và thành công của cácngành khoa học khác, ngành công nghiệp ô tô trong thời gian qua đã đạt đượcnhững thành công đáng kể trong việc phát triển, ứng dụng các công nghệ mới vàthân thiện với môi trường Các công nghệ này đã thực sự góp phần cho việc tănghiệu suất sử dụng nhiên liệu và giảm đáng kể các thành phần độc hại của ĐCĐT.Các thành công và đóng góp của các công nghệ trên phải kể đến phương pháp tăng

áp bằng TB-MN cho ĐCĐT Tình hình nghiên cứu cải tiến tăng áp cho động cơdiesel ở Việt Nam và trên thế giới có một số điểm nổi bật như sau:

1.4.1 Trên thế giới

Cho đến nay phương pháp tăng áp bằng TB-MN cho ĐCĐT vẫn được coinhư là giải pháp hiệu quả nhất trong việc tăng công suất riêng, giá thành cho mộtđơn vị công suất giảm, hiệu suất cao, giảm tiếng ồn và mức phát thải độc hại củaĐCĐT mà các nhà sản xuất động cơ hàng đầu thế giới vẫn đang rất quan tâm và ápdụng Chính vì vậy mà hiện nay hầu hết các động cơ diesel mới sử dụng chophương tiện vận tải đường bộ đều được thực hiện tăng áp bằng TB-MN Ví dụ như:các hãng sản xuất động cơ diesel của Belarus đã thực hiện cải tiến tăng áp bằng TB-

MN cho hầu hết các họ động cơ ЯMЗ và D do hãng sản xuất, cụ thể là động cơD243 cải tiến thành động cơ D245 với công suất tăng từ 59,6 kW lên 77 kW, động

cơ ЯMЗ 240 cải tiến tăng áp thành động cơ ЯMЗ 240H với công suất tăng từ 268

kW lên 372,5 kW trong khi thề tích công tác của động cơ không đổi, các đặc tínhkinh tế, kỹ thuật và phát thải được cải thiện đáng kể; các hãng sản xuất động cơ củaHàn Quốc như Hyundai và Daewoo cũng thực hiện cải tiến tăng áp bằng TB-MNcho các họ động cơ mà hãng sản xuất, cụ thể như động cơ D1146TI và động cơDE08TIS với dung tích 8,071 lít mà công suất đạt tới 163 kW hiện đang được sửdụng phổ biến trên các phương tiện vận tải đường bộ; hãng sản suất Yuchai củaTrung Quốc cũng thực hiện tăng áp cho hầu hết các họ động cơ từ cỡ nhỏ đến cỡlớn; theo kết quả nghiên cứu khảo sát của John B Heywood và Orianz Welling,hầu hết các động cơ diesel sản xuất tại Bắc Mỹ đều sử dụng tăng áp bằng TB-MN[23].

Ngoài ra, trong những năm gần đây, nhờ tiến bộ trong lĩnh vực nghiên cứuchế tạo TB và MN nên phạm vi sử dụng tăng áp bằng TB-MN cho động cơ ngàycàng phát triển Các biện pháp cải thiện tính năng gia tốc của động cơ tăng áp bằngTB-MN và máy công tác nối với nó được cải thiện bằng giải pháp sử dụng dạng kếtcấu van xả hoặc thay đôi hình dạng hình học của TB Trong đó, phương pháp điềuchỉnh bằng van xả được sử dụng khá phổ biến Ở đây, khi áp suất tăng áp đạt đượcgiá trị nhất định, van xà mở ra, lúc này một phần khí thải không đi qua TB mà trựctiếp đi vào đường thải Tuy nhiên phương pháp điều chỉnh bằng van xả khí còn tồntại nhiều nhược điểm nên phương pháp thay đổi hình dạng hình học của TB hoặcđiều chỉnh tiết diện vào của họng TB được nghiên cứu và áp dụng Phương phápnày có thể là thay đổi cánh dẫn hoặc điều chỉnh tiết diện vào TB Với các kết quảđạt được trong công nghệ chế tạo cụm TB-MN như hiện nay, do đó đặc tính vàphạm vi làm việc của cụm TB-MN đã được cải thiện đáng kể, vì vậy phương pháptăng áp cao bằng TB-MN cho ĐCĐT có những bước phát triển nhanh trong thờigian qua

Xu hướng giảm kích thước, tăng công suất riêng và hiệu suất cho cả động cơdiesel và xăng bằng tăng áp cao đã được nhiều trung tâm nghiên cứu và các hãngsản xuất động cơ trên thế giới quan tâm phát triển Phương pháp này cho phép giảmđáng kể thể tích công tác nhưng vẫn đảm bảo các đặc tính kinh tế kỹ thuật và cải

thiện đặc tính phát thải của động cơ Ví dụ như: từ những năm 1998 hãng Audi đãnghiên cứu tăng áp cao và cho ra đời động cơ Audi S4 loại V6, sử dụng 2 cụm TB-

MN, dung tích công tác 2,7 lít đạt công suất cực đại đạt 195 kW tại 5800 v/ph và

mô men cực đại đạt 400 Nm được giữ không đồi từ 1850 v/ph đến 3600 v/ph Trên

cơ sở động cơ này, hãng Audi tiếp tục cho ra đời động cơ RS4 sử dụng 2 cụm

TB-MN có làm mát khí tăng áp, bướm tiết lưu được điều khiển bằng điện từ, có thể thayđổi góc mở sớm đóng muộn của xupáp nạp, các thay đổi này cho phép tăng nhanh

áp suất tăng áp nhờ 2 TB có kích thước nhỏ hơn và tăng hệ số nạp cũng như tăngnăng lượng khí xả ở tốc độ vòng quay thấp nên đặc tính lưu lượng sử dụng củađộng cơ nằm kề với đường giới hạn bơm của máy nén [6] Năm 1999 hãng BMWnghiên cứu phát triền động cơ diesel tăng áp với thể tích công tác 3,9 lít sử dụngbuồng cháy thống nhất tận dụng xoáy lốc, hệ thống nhiên liệu common rail và trang

bị cụm TB-MN có sử dụng công nghệ thay đổi hình dạng hình học của TB nhờ điềukhiển bằng điện đã đạt công suất tới 180 kW tại tốc độ 4000 v/ph [6] Hơn nữa,trong thời gian qua, với sự phát triển của công nghệ vật liệu và điều khiển điện tửnên các công nghệ này đã được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô Do

đó phương pháp tăng áp cao càng được các hãng sản xuất động cơ trên thế giới tiếptục đầu tư nghiên cứu và đưa vào ứng dụng cho các sản phẩm của mình qua công

nghệ down sizing (giảm kích thước động cơ) Ví dụ như: hãng ô tô Ford đã nghiên

cứu cải tiến tăng áp cao cho dòng động cơ xăng và đưa ra thị trường động cơEcoboost 3 xylanh với dung tích 0,999 lít đạt công suất tới 92 kW tại 6000 v/ph;Donghee Hang và công sự thuộc hãng Hyundai Motor đã nghiên cứu cải tiến để đưa

ra động cơ xăng phun trực tiếp có thực hiện tăng áp bằng TB-MN kết hợp với hệthống thay đổi góc pha phối khí VVT đã giảm thể tích công tác từ 3,3 lít xuống còn2,0 lít và công suất riêng đạt tới 85 kW/L tại tốc độ 2000 v/ph [19]; Williamp.Attard và cộng sự thuộc trường đại học Melbourne đã nghiên cứu phát triển tăng ápcao cho động cơ 2 xylanh, thể tích công tác 0,43 lít và đạt công suất tối đa tới 60

kW để thay thế động cơ 4 xylanh không tăng áp thể tích công tác 1,2 lít, kết quả chothấy suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải CO2 được cải thiện khá nhiều [30]; Grant

Lumsden và công sự đã nghiên cứu phát triển động cơ xăng 3 xylanh phun trực tiếp

có thể tích công tác 1,2 lít trên cơ sở động cơ 2,4 lít bằng phương pháp tăng áp cao,kết quả đã cho phép giảm đáng kể phát thải CO2 tới 50%, cải thiện hiệu suất nhiênliệu tới 25 đến 30% và đạt công suất cực đại tới 144 kW ở tốc độ 6000 v/ph [22]

Với các thành công đạt được nhờ phương pháp táng áp bằng TB-MN như thểhiện ở trên càng thể hiện rõ tính ưu việt và vượt trội của biện pháp tăng áp trongviệc tăng công suất riêng và hiệu suất cũng như giảm phát thải độc hại của động cơdiesel và động cơ xăng Chính vì vậy mà ngày nay các động cơ diesel thế hệ mới,phần lớn đều được trang bị hệ thống tăng áp để cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuậtcủa động cơ Trong đó, các thông số kết cấu cơ bản của động cơ như đường kínhxylanh, hành trình piston về cơ bản gần như không thay đổi so với các dòng động

cơ cũ chưa có tăng áp Tuy nhiên, tất cả các hệ thống của động cơ, kể cả vật liệu chếtạo được tính toán và cải tiến để tối ưu ở các chế độ làm việc của động cơ Do đó,

có thể coi các dòng động cơ này được thiết kế mới hoàn toàn

Như vậy có thể thấy rằng, các nghiên cứu nhằm giảm kích thước động cơ,tăng công suất riêng, tăng hiệu suất, cải thiện đặc tính kinh tế, kỹ thuật và phát thảicủa động cơ mà các hãng sản xuất động cơ trên thế giới đang hướng tới vẫn chủ yếutập trung cải tiến động cơ bằng phương pháp tăng áp cao Toàn bộ các hệ thống và

cơ cấu của động cơ được tính toán, thiết kế cải tiến để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu

kỹ thuật khi thực hiện táng áp bằng TB-MN cho động cơ [23]

1.4.2 Tại Việt Nam

Cùng với xu hướng phát triển chung của ngành công nghiệp ô tô thế giới, cácnhà nghiên cửu chế tạo ĐCĐT Việt Nam cũng đã bắt đầu đề cập đến vấn đề tăng ápbằng TB- MN cho động cơ diesel Tuy nhiên từ trước đến nay, vẫn chưa có đề tàinghiên cứu nào thực sự được thực hiện một cách bài bản, do vậy khả năng ứng dụngcòn nhiều hạn chế Mặt khác, hiện nay một số lượng lớn động cơ diesel không tăng

áp vẫn đang được khai thác và sử dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp, vận tảiđường sông, vận tải đường bộ (xe buýt, xe khách và xe vận tải hàng hóa) Các động

cơ này đa phần có xuất xứ từ các nước thuộc Liên Xô (cũ) và Hàn Quốc, nên khả

năng thừa bền khá cao Tuy nhiên, các động cơ này không trang bị hệ thống tăng ápnên công suất và hiệu suất của động cơ còn thấp, suất tiêu hao nhiên liệu và mứcphát thải khá cao Vì vậy, nghiên cứu trang bị hệ thống tăng áp TB-MN cho động

cơ diesel có ý nghĩa lớn về mặt khoa học và có tính thực tiễn cao Có thể kể tên một

số luận án tiến sĩ của các nhà nghiên cứu trong nước như sau:

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Đại An, Đại học Hàng Hải,

“Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống nạp-thải khi thủy hóa động cơ diesel Sông Công

họ D50”, năm 2002 Nội dung chính của luận án tập trung vào xây dựng mô hình

mô tả quá trình dao động áp suất trên đường ống để xác định được chiều dài tối ưucủa đường ống trong phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ khi thủy hóa Kếtquả nghiên cứu thực nghiệm trên động cơ D242 đã nâng cao được 10% công suất vàgiảm khoảng 8% suất tiêu hao nhiên liệu [3]

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Lê Đình Vũ, Học viện Kỹ thuật Quân sự,

“Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng hình học hệ thống thải đến các chỉ tiêu kinh

tế - năng lượng động cơ diesel 4 kỳ tăng áp bằng tuabin biến áp”, năm 2006 Nộidung chính của luận án là tính toán thiết kế cải tiến tăng áp dựa vào kinh nghiệmcủa các tác giả nước ngoài để lựa chọn tỷ số tăng áp Kết quả tăng 30% công suấtcủa động cơ, tuy nhiên các hệ thống như bôi trơn, làm mát, cơ cấu phối khí khôngđược tính toán cải tiến lại nên động cơ nóng, phát thải khói đen cao [2]

Nhìn chung, các đề tài nghiên cứu trong nước về tăng áp bằng TB chủ yếutập trung giải quyết các vấn đề riêng rẽ của bài toán tăng áp cho động cơ như: tínhtoán cụm TB- MN; thiết kế cải tiến hệ thống nạp, thải; kiểm tra các chi tiết của cơcấu piston, thanh truyền, trục khuỷu; cải tiến hệ thống nhiên liệu Một số đề tàimới chỉ tập trung nghiên cứu tính toán lý thuyết và thử nghiệm trong phòng thử màchưa áp dụng cho một đối tượng cụ thể nào, do đó khả năng triển khai và áp dụngvào thực tiễn còn khó khăn Một số đề tài nghiên cứu thay đổi, cải tiến các hệ thốngcủa động cơ đảm bảo khả năng làm việc hiệu quả, ổn định nhưng chỉ áp dụng chomột đối tượng cụ thể

Cho đến nay, chưa có đề tài nghiên cứu nào giải quyết tổng thể các vấn đềliên quan khi thực hiện cải tiến tăng áp cho động cơ diesel đang lưu hành nói chung.

Vì vậy, nhiệm vụ đặt ra của đề tài này là nghiên cứu một cách đầy đủ, bài bản cácvấn đề khi tiến hành cường hóa động cơ đang lưu hành bằng phương pháp tăng áp

TB khỉ thải Trên cơ sờ quy trình cải tiến này, có thể áp dụng trên bất kỳ động cơdiesel chưa tăng áp nếu thừa bền

Đề tài tập trung giải quyết tổng thể bài toán cải tiến tăng áp cho động cơdiesel đang lưu hành theo hướng: lựa chọn tỷ số tăng áp phù hợp thông qua tínhtoán mô phỏng đưa ra giải pháp thiết kể cải tiến các hệ thống của động cơ đảm bảokhả năng hoạt động bình thường với những thay đổi, cải tiến ít nhất

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Động cơ D243 được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu D243 là động cơdiesel thế hệ cũ, sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống, hiện đang được

sử dụng phổ biến trên các máy nông nghiệp, vận tải đường sông, đường bộ

Các nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủ yếu

là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơ dieselkhông tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin - máy nén được thực hiệntại phòng thử động cơ nhiều xylanh, phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện cơkhí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.6 CÁCH TIẾP CẬN KHI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP.

Từ những yêu cầu thực tế đã đặt ra cho quá trình nghiên cứu cải tiến thì ta đãbiết Cải tiến động cơ diesel D243 thường là một trong những loại động cơ đã vàđang sử dụng rất nhiều ở nước ta hiện nay, và những động cơ này đã được chọn làm

đề tài để nghiên cứu cải tiến, để tiếp tục khai thác sử dụng vì tuổi thọ của động cơcòn khá cao, nhưng lại tốn nhiên liệu, công suất thấp, và yêu cầu đặt ra là không canthiệp sửa chữa quá nhiều vào kết cấu động cơ nhưng vẩn bảo đảm khi lắp đặt TB-

MN vẫn phải thích hợp và các hệ thống chi tiết làm việc ổn định, tiết kiệm nhiênliệu và công suất động cơ tăng cao Để thỏa mãn yêu cầu đặt ra thì phương án lựachon tối ưu nhất là sử dụng các phần mềm để tính toán, mô phỏng và kiểm bền đánh

giá tính ổn định và phù hợp của các hệ thống trước và sau khi cải tiến là hoàn toànphù hớp và hiệu quả như là phần mềm mô phỏng nhiệt động học AVL-Boost đểtính toán nhiệt, phần mềm AVL-Excite Designer tính toán các ứng suất tác dụng lênđộng cơ trước và sau khi tăng áp, tính toán cải tiến các hệ thống bằng ma láp, kiểmbền một số chi tiết bằng Ansys.

Các cơ cấu hệ thống sau khi được tính toán và mô phỏng sẽ đưa ra kết quảtheo mức độ cải tiến kết cấu của các hệ thống, chi tiết phù hợp với khả năng và yêucầu ban đầu

Khi đã có phương án và thông số cụ thể ta tiến hành cải tiến, sau đó chạythử, đo kiểm và đánh giá thực nghiệm của động cơ

Từ những đánh giá và phương án thực hiện đã được tính toán và xây dựngkhoa học, chi tiết và phù hợp như vậy chính là cơ sở khoa học cho ta tiếp cận vàtiến hành thực hiện đề tại như mong muốn ban đầu

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Qua một số phân tích nêu trên cho thấy việc tận đụng khai thác triệt để cácloại động cơ diesel đang lưu hành bằng cách trang bị thêm hệ thống tăng áp, vừađáp ứng được nhu cầu về tính năng sử dụng mà còn góp phần đa dạng loại hìnhđộng cơ

Các công nghệ mới được áp dụng trên ĐCĐT nói chung và động cơ dieselnói riêng như cơ cấu phối khỉ thông minh, nhiên liệu thay thế, hệ thống cung cấpnhiên liệu điều khiển điện tử, tăng áp cho thấy rõ ưu việt về cải thiện tính năngvận hành và tính kinh tế nhiên liệu cũng như giảm thiểu các thành phần phát thảiđộc hại Hiện nay trên thế giới, đại đa sổ các động cơ diesel đời mới được trang bị

hệ thống tăng áp, điều này cho thấy tăng áp là công nghệ mà các nhà thiết kế động

cơ thế hệ mới hướng tới

Không chỉ áp dụng trên các động cơ thế hệ mới, biện pháp tăng áp đã chothấy hiệu quả rõ rệt khi trang bị trên các loại động cơ thế hệ cũ Các nghiên cứutrong nước liên quan tới tăng áp đều cho thấy tính năng kinh tê, kỹ thuật của động

cơ được cải thiện đáng kể Tuy nhiên, các nghiên cửu mới chi thực hiện trên một số

loại động cơ cụ thể, dựa vào kinh nghiệm lựa chọn tỷ số tăng áp, nghiên cứu tậptrung giải quyết từng hệ thống riêng rẽ mà chưa đánh giá một cách tổng thể các hệthống và đưa ra giải pháp toàn diện.

Mục đích hướng tới của đề tài là đánh giá khả năng tăng áp cho các dòngđộng cơ diesel đang lưu hành ờ Việt Nam trên cơ sở kết quà tính toán, lựa chọnđược tỷ số tăng áp phù hợp, từ đó đề xuất quy trình công nghệ nhằm giải quyết cácvẩn đề sau khi tăng áp

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KỸ THUẬT CẢI TIẾN VÀ

ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ D2432.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ÁP SUẤT TĂNG ÁP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AVL-BOOST VÀ AVL-EXICTE

2.1.1 Cơ sơ lý thuyết mô phỏng trong phần mềm AVL-Boost

2.1.1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay, vấn đề mô phỏng trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật được sử dụngrất rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau như: giảm thời gian và giá thành thiết kếmới, có thể nghiên cứu các hệ thống mà thực nghiệm rất khó hoặc không thể thựchiện được, có khả năng nghiên cứu các hệ thống nằm trong những điều kiện nguyhiểm vượt quá giới hạn hoạt động bình thường, có thể đưa ra một số kết quả khônggiới hạn một cách hết sức chi tiết

Trong lĩnh vực ĐCĐT, phương pháp mô hình hoá và mô phỏng đã và đangđược ứng dụng rộng rãi hơn Đồng thời các phần mềm ngày càng được cải tiến đểphù hợp với xu hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực ĐCĐT Việc ứng dụng phầnmềm mô phỏng trong quá trình nghiên cứu có tác dụng rút ngắn thời gian nghiêncứu, thiết kế, chế tạo và chạy thử nghiệm Ngoài ra, ứng dụng phần mềm mô hìnhhoá - mô phỏng còn cho phép tối ưu hoá các quá trình công tác cũng như kết cấucủa các hệ thống trong ĐCĐT để tối ưu hoá tính kinh tế, hiệu quả và giảm ô nhiễmmôi trường

Theo xu hướng đó, hãng AVL của Áo đã xây dựng gói phần mềm mô phỏngcho ĐCĐT bao gồm: AVL - Boost, AVL - Excite, AVL - Fire để tính toán và môphỏng các quá trình xảy ra trong ĐCĐT Trong đó phần mềm Boost là phần mềmmột chiều cho phép mô phỏng các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất trongđộng cơ, từ đó có thể tối ưu quá trình làm việc của động cơ

Gói phần mềm AVL - Boost gồm một bộ tiền xử lý tương tác số hỗ trợ vớiphần chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho các chương trình tính toán chính Việc phân tíchkết quả được hỗ trợ bởi một bộ hậu vi xử lý tương tác Công cụ tiền xử lý mới trên

phiên bản 5.0 (AVL Workspace Graphical User Interface) gồm một mô hình sắpxếp và chỉ dẫn các dữ liệu đầu vào cần thiết Mô hình tính toán của động cơ đượcthiết kế bằng cách chọn cổng phần tử (element) từ cây thư mục phần tử bằng cáchkích chuột và liên kết lại bằng phần tử đường ống (pipe) Theo cách này thì ngay càcác dộng cơ rất phức tạp cũng có thể được mô hình hoá một cách đơn giản.

Chương trình chính gồm các thuật toán mô phỏng được tối ưu hoá cho tất cảcác phần từ Dòng khí trong ống được coi như chuyển động theo một phương Điều

đó có nghĩa là áp suất, nhiệt độ, tốc độ dòng khí thu được từ những phương trìnhkhí động học là giá trị trung bình tại mỗi tiết diện đường ống Tổn thất dòng khí dohiệu ứng ba chiều, tại những vị trí cụ thể của động cơ được thể hiện bằng hệ số cản.Trong trường hợp hiệu ứng ba chiều cần lượng xem xét chi tiết hơn thì AVL - Boost

sẽ được liên kết với phần mềm AVL - Fire AVL - Fire giúp ta có thể mô phỏng đachiều dòng khí tại những chi tiết quan trọng, có thể kết hợp với mô phỏng một chiềucác chi tiết khác Phần mềm còn có thể mô phỏng động học của môi chất trongxylanh, quá trình quét khí của động cơ 2 kỳ cũng như mô phỏng chuyển động phứctạp của dòng khí trong các phần tử giảm thanh

Công cụ hậu xử lý (Impress Chart) cho phép phân tích và đưa ra kết quả môphỏng theo nhiều dạng khác nhau Tất cả các kết quả đều có thể được so sánh vớicác kết quả đo cũng như kết quả tính toán trước đó Hơn nữa, phần mềm có thểtrình diễn kết quả dạng động, điều đó cho phép phát triển những giải pháp tối ưunhững vấn đề của người sử dụng

Trong tính toán cải tiến tăng áp cho động cơ, sử dụng phần mềm AVL-Boost

để đánh giá khả năng làm việc của động cơ khi được trang bị cụm TB-MN Kết quả

mô phỏng cho phép xác định được các thông số làm việc của động cơ ứng với các

tỷ số tăng áp khác nhau làm cơ sở để tính toán kiểm nghiệm bền cho động cơ, từ đólựa chọn được tỷ số tăng áp phù hợp Thực hiện mô phỏng trên AVL-Boost chophép rút ngắn thời gian và chi phí của quá trinh thực nghiệm Cơ sở lý thuyết củaphần mềm AVL - Boost được trình bày tóm tắt dưới đây

2.1.1.2 Phương trình nhiệt động học thứ nhất

Trong ĐCĐT quá trình cháy là quá trình không thuận nghịch biến nănglượng hoá học thành nhiệt năng Việc xác định trạng thái của môi chất tại từng thờiđiểm của quá trình cần phải biết cụ thể các phản ứng trung gian biến đổi từ hỗn hợpban đầu thành sản phẩm cháy cuối cùng Cho tới nay, các phản ứng đó chỉ mớiđược xác định đối với những nhiên liệu đơn giản như hydrogen và methane Tuynhiên trong tất cả các trường hợp, chúng ta đều có thể dùng định luật nhiệt động họcthứ nhất đề xác định mối tương quan giữa trạng thái đầu và cuối của quá trình cháy

Việc áp dụng định luật này không đòi hỏi phải biết diễn biến các giai đoạntrung gian của quá trình Định luật nhiệt động học thứ nhất thể hiện mối quan hệgiữa sự biến thiên của nội năng (hay enthalpy) với sự biến thiên của nhiệt và công.Khi áp dụng định luật này đối với hệ thống mà thành phần hoá học của nó thay đổichúng ta cần phải xác định trạng thái chuẩn zero của nội năng hay enthalpy của tất

cả các chất trong hệ thống

Mô hình cân bằng năng lượng bên trong xylanh được thể hiện trên Hình 2.1.Trong trường hợp cụ thể thì việc tính toán quá trình cháy trong ĐCĐT được dựatrên phương trình nhiệt động học thứ nhất [13]

m c : khối lượng môi chất bên trong xylanh

u : nội năng

pc : áp suất bên trong xylanh

V : thể tích xylanh

Q F : nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp

Q w : nhiệt lượng tổn thất cho thành

dα : biến thiên khối lượng dòng khí lọt.

Phương trình 2.1 được áp dụng cho cả động cơ hình thành hỗn hợp bên trong

và hỗn hợp bên ngoài Tuy nhiên sự thay đổi thành phần hỗn hợp của hai trườnghợp trên là khác nhau Đối với trường hợp quá trình hình thành hỗn hợp bên trongxylanh thì có giả thiết:

- Nhiên liệu cấp vào trong xylanh được đốt cháy tức thì

- Hỗn hợp cháy được hoà trộn tức thì với lượng khí sót trong xylanh

- Tỷ lệ A/F giảm liên tục từ giá trị cao ở điểm bắt đầu tới giá trị thấp ở điểmkết thúc quá trình cháy

Như vậy phương trình 2.1 sau khi biến đổi sẽ trở thành:

T c: nhiệt độ trong xylanh

uc: nội năng riêng của khôi lượng môi chất bên trong xylanh

H u : nhiệt trị thấp

λ : hệ số dư lượng không khí (1/Φ),

Việc giải phương trình trên phụ thuộc vào mô hình quá trinh cháy, quy luậttoả nhiệt và quá trình truyền nhiệt qua thành xylanh, cũng như áp suất, nhiệt độ vàthành phần hỗn hợp khí Cùng với phương trình trạng thái thiết lập quan hệ giữa ápsuất, nhiệt độ và tỷ trọng:

p c 1 .m R T c c c

V

= (2.3)

Từ phương trình 2.2, sử dụng phương pháp Runge-Kutta để xác định nhiệt

độ trong xylanh, từ đó sẽ xác định được áp suất thông qua phương trình trạng thái2.3

2.1.1.3 Trao đổi nhiệt và trao đổi chất

a Truyền nhiệt trong xylanh

Quá trình truyền nhiệt từ trong buồng cháy qua thành buồng cháy cũng nhưnắp xylanh, piston và lót xylanh được tính dựa vào phương trình truyền nhiệt 2.4:

Q Wi =A i αw.(T c−Twi) (2.4)

Trong đó:

- Q wi nhiệt lượng truyền cho thành (nắp xylanh, piston, lót xylanh)

- A i diện tích truyền nhiệt (nắp xylanh, piston, lót xylanh)

- αwhệ số truyền nhiệt

- T wi nhiệt độ thành (nắp xylanh, piston, lót xylanh).

Hệ số truyền nhiệt được lựa chọn theo một trong 4 mô hình sau: Woschni1978; Woschni 1990; Hohenberg; Lorenz (chỉ dùng cho động cơ có buồng cháyngăn cách)

Qua phân tích các mô hình tính toán hệ số truyền nhiệt, mô hình Woschni

1978 phù hợp cho động cơ diesel Vì vậy mô hình này được lựa chọn cho việc tínhtoán hệ số truyền nhiệt trong bài toán mô phỏng chu trình công tác của động cơ

Hệ số truyền nhiệt theo mô hình Woschni 1978 được xác định theo phươngtrình 2.5

- C 2 = 0,00324 đối với động cơ phun trực tiếp

- C 2 = 0,00622 đối với động cơ phun gián tiếp

- D: đường kính xylanh

- cm: tốc độ trung bình của piston

- cu: tốc độ tỉếp tuyến; (cu=π.D.nd/60 với nd - tốc độ xoáy của môi chất

nd = 8,5.n)

-VD: thể tích công tác của xylanh

- p c áp suất môi chất trong xylanh

- p c,0 : áp suất khí trời

- T c,1 : nhiệt độ môi chất trong xyanh tại thời điểm đóng xupap nạp;

- p c ,1:áp suất môi chất trong xylanh tại thời điểm đóng xupap nạp.

b Trao đổi nhiệt trên thành xylanh

Trong quá trình làm việc của động cơ luôn có sự trao đổi nhiệt giữa môi chấttrong xylanh và thành vách các chi tiết Có thể coi trong quá trình nạp lượng trao

đổi nhiệt giữa thành vách xylanh và khí nạp mới làm giảm thể tích hiệu dụng củađộng cơ Từ lượng nhiệt truyền cho môi chất làm mát có thể xác định được lượngnhiệt truyền từ sản vật cháy tới thành xylanh.

Để mô phỏng được quá trình trao đổi nhiệt tức thời thì phương trình cânbằng năng lượng có thể được xác định cho nắp máy, lót xylanh và piston Ngoài ra,còn phải kể tới trao đồi nhiệt ở đế xupap Để giải phương trình truyền nhiệt 1 chiều,

sử dụng lượng nhiệt trao đổi trung bình trong 1 chu kỳ làm điều kiện biên ờ thànhbuồng cháy và là lượng nhiệt truyền cho môi chất làm mát ở bên ngoài Với nhữnggiả thiết nêu trên, có thể giải được phương trình truyền nhiệt 2.6:

2 2

dt c dx

λρ

= (2.6)Trong đó:

-T: nhiệt độ thành xylanh

-λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thành xylanh

- ρ: khối lượng riêng của vật liệu

- c: nhiệt dung riêng của vật liệu,

Điều kiện biền có dạng sau:

in

dT q

- q out: nhiệt truyền cho môi chất làm mát

- αCM : hệ số truyền nhiệt ra bên ngoài

- T WO : nhiệt độ bên ngoài thành buồng chảy

- T CM: nhiệt độ của môi chất làm mát

c Trao đỗi nhiệt tại cửa nạp , thải

Trong quá trình quét khí, việc lưu tâm đến quá trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp

và thải là hết sức quan trọng Quá trình này có thể lớn hơn rất nhiều so với dòng

chảy trong đường ống đơn giản do hệ số truyền nhiệt cao và nhiệt độ trong vùnggiữa xupáp và đế xupáp Trong AVL-Boost mô hình Zapf [13] được sử dụng để tínhtoán cho quá trình này.

Hệ số trao đổi nhiệt αp phụ thuộc vào hướng của dòng chảy vào theo

phương trình 2.10 và dòng chảy ra theo phương trình 2.11:

- αp :hệ số trao đổi nhiệt tại cửa

- T d : nhiệt độ sau cửa

- T u : nhiệt độ trước cửa

- T w : nhiệt độ thành cửa

- A w : diện tích bề mặt cửa

- m∗ : lưu lượng khối lượng

- c p : nhiệt dung riêng đẳng áp

- h v : độ nâng xupáp

- d vi : đường kính trong của đế xupap.

Các hệ số sử dụng trong các phương trình trên được tra theo Bàng 2.1 [13]

Bảng 2.1 Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thái

2.1.1.4 Tính toán cụm TB-MN

Trong trường hợp ở chế độ làm việc ổn định của động cơ, mô hình động cơ

-TB - MN được tính toán dựa theo phương trình cân bằng năng lượng giữa -TB và

- p c : công suất tiêu thụ cho MN

- m∗ c : tốc độ lưu động của dòng khí qua MN

- h 2 : enthalpy tại cửa vào MN

- h 1 : enthalpy tại cửa ra MN

- ηs,c: hiệu suất đẳng entropy của MN

- cp: nhiệt lượng trung bình tại áp suất không đồi giữa phần ra và vào MN

3

1

k k

Trong đó:

- P T :công TB

- m∗T : tốc độ lưu động của khí thải qua TB

- h 3 : enthalpy tại cửa vào TB

- h 4 : enthalpy tại cửa ra TB

- ηm TC, : hiệu suất cơ giới của TB-MN

- ηs T, : hiệu suất đẳng entropy của TB

- cp : nhiệt lượng trung bình tại áp suất không đồi giữa phần ra và vào TB

Tổng hiệu suất của TB: ηto =η ηm s T,

Ở chế độ làm việc không ổn định của động cơ thì động học của TB-MN phảiđược xem xét vì tốc độ TB-MN thay đổi Từ phương trình cân bằng mô men củaTB-MN sẽ xác định được thay đổi tốc độ TB-MN

1

- I TC : mô men quán tính của TB-MN

Đối với trường hợp dòng khí không ổn định qua TB-MN, làm cho hiệu suấtcủa TB- MN thay đổi theo trạng thái của dòng khí tại cửa vào TB-MN Để giảiquyết vấn đề này phần mềm AVL-Boost sử dụng kỹ thuật giả định dòng chảy ổnđịnh, tại thời điểm tức thời của dòng khí được coi như là dòng ổn định để xác địnhhiệu suất của TB-MN

Để mô phỏng TB, cần có một đường đặc tính theo tốc độ của TB

2.1.2 Cơ sơ lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL-Excite Designer

2.1.2.1 Giới thiệu chung

Phần mềm AVL-Excite Designer là phần mềm chuyên dụng, hiện đại baogồm các mô đul tính toán động học, động lực học, tính cân bằng, tính điều kiện hìnhthành màng dầu tại các ổ đỡ, tính dao động và tính bền các cơ cấu trục khuỷu thanhtruyền và cơ cấu pha phối khí của động cơ bằng phương pháp phần tử hữu hạn nên

có độ tin cậy và chính xác cao Ngoài ra, theo quy trình cải tiến tăng áp thể hiện trênHình 2.1, phải thực hiện nhiều lần việc tính bền cho động cơ trước và sau khi tăng

áp Do vậy, mô đul tính bền cơ cấu trục khuỷu trong AVL-Excite Designer được lựachọn để thực hiện các nội dung này

Cơ sở lý thuyết tính bền trục khuỷu trong AVL-Excite Designer được thựchiện theo phương pháp của FVV (Forchungsvereinigung Verbrennungsmotoren)hoặc lý thuyết UR- M53 để tính hệ số an toàn ứng suất và độ bền mỏi tại má khuỷu,chốt và cổ khuỷu Trong đó, giả thiết vùng chịu ứng suất lớn nhất trên chốt khuỷu

và cồ khuỷu là tại vị trí góc lượn giữa cổ khuỷu và chốt khuỷu với má khuỷu Vìvậy, việc tính bền cổ và chốt khuỷu sẽ chỉ thực hiện tại các góc lượn giữa cổ khuỷu

và chốt khuỷu với má khuỷu [11,12]

2.1.2.2 Cơ sở lý thuyết UR-M53

Theo lý thuyết UR-M53, độ bền trục khuỷu được đánh giá trên cơ sở độ bền mỏicủa trục khuỷu trong điều kiện động cơ hoạt động liên tục ở các chế độ tải và tốc độkhác nhau

a Nguyên tắc tính

Độ bền mỏi được đánh giá tại các vùng chịu ứng suất lớn nhất, như vậy theogiả thiết tại các góc lượn chuyển tiếp giữa má khuỷu với chốt khuỷu, cổ khuỷu lànơi chịu ứng suất lớn nhất sẽ được tiến hành tính toán kiểm tra

Độ bền mỏi tính tại các vị trí khoan lỗ dầu trên cổ khuỷu và chốt khuỷu đều

có giá trị thấp hơn giá trị có thể chấp nhận được trên các góc lượn

Như vậy tính toán bền trục khuỷu sẽ bao gồm, xác định ứng suất uốn và xoắndanh nghĩa, các hệ số ứng suất tập trung, từ đó xác định ứng suất tương đương Sau

đó so sánh ứng suất tương đương với ứng suất cho phép của vật liệu làm trụckhuỷu, kết quả này là cơ sở để kết luận trục khuỷu có đủ bền hay không

b Tính các ứng suất

Trên cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL-Excite Designer, tính toán các giátrị ứng suất uốn và xoắn, ứng suất tương đương do mô men và lực kéo gây ra

* Ứng suất do mô men uốn và lực kéo gây ra

Trục khuỷu được coi là một dầm siêu tĩnh, chịu lực phức tạp, trong đó tạimỗi chốt khuỷu giữa 2 cổ khuỷu chịu tác dụng bởi các lực khí thể và lực quán tính.Khoảng cách chịu uốn được lấy bằng khoảng cách giữa 2 cổ khuỷu

Mô men uốn danh nghĩa được lấy bằng mô men uốn tại mặt cắt ngang chínhgiữa má khuỷu mà do lực pháp tuyến của thanh truyền gây ra Đối với động cơ chữ

V với thanh truyền độc lập, tại mỗi cổ biên có 2 thanh truyền, thì mô men uốn danhnghĩa được lấy bằng mô men uốn do 2 thanh truyền gây ra nhưng được xác địnhtheo pha làm việc

Sự thay đổi ứng suất danh nghĩa do mô men uốn và các lực kéo có liên quantới diện tích mặt cắt ngang của má khuỷu Diện tích này là tích của bề dày và chiềurộng má khuỷu tại tâm của phần trùng điệp giữa chốt khuỷu và cổ khuỷu, hoặc tạigiữa các đường tạo ra bởi chốt khuỷu và cổ khuỷu nếu chúng không trùng nhau

(1) Ứng suất uốn và ứng suất tiếp danh nghĩa

Nguyên tắc tính toán là các lực hướng tâm tác dụng lên chốt khuỷu do lựckhí thể và các lực hướng kính sẽ được tính cho tất cả các vị trí trong một chu kỳ làmviệc

Giá trị trung bình của các lực hướng tâm thay đổi theo thời gian trong mỗivòng quay và đưa vào tính khoảng cách của các vị trí tác dụng trên trục

Mô men uốn danh nghĩa được tính theo công thức sau:

M B N = ±(MB,max - MB,min)

Từ công thức đó thì ứng suất danh nghĩa được thay đổi bởi hệ số kinh

nghiệm K e, hệ số K e thể hiện mức độ ảnh hưởng của sự bó chốt khuỷu và cổ khuỷu:

Do đặc điểm kết cấu của trục khuỷu khá đa dạng vì vậy việc tính toán phảimang tính tổng quát chung cho các loại trục khuỷu khác nhau.

Tính toán ứng suất kéo danh nghĩa thay đổi theo công thức sau:

N

Q K F

σ = ± ( 2 20)

( max min)

12

N

Q = ± Q −Q ( 2 21)

F = B.W

Trong đỏ:

M BN : mô men uốn danh nghĩa

σ BN : ứng suất danh nghĩa

W ed : mô men cản diện tích mặt cắt ngang của má khuỷu

Q N : lực cắt danh nghĩa

σ QN : ứng suất kéo do lực kéo sinh ra

F: diện tích mặt cắt ngang má khuỷu.

(2) Ứng suất uốn thay đổi tại các góc lượn

- Tính cho các góc lượn tại chốt khuỷu:

σ BH = ± (α B σ BN ) (2.22)

Trong đó:

σ BN : ứng suất uốn thay thế tại các góc lượn trên chốt khuỷu

σ B : hệ số ứng suất tập trung trên chốt khuỷu.

- Tính cho các góc lượn tại cổ khuỷu:

σ BG = ± (β B σ BN + β Q σ QN ) (2.23)

Trong đó:

β B: hệ số ứng suất uốn tập trung

β Q: hệ số ứng suất kéo tập trung

* Ứng suất xoắn thay đổi

Việc tính toán các ứng suất thay đổi này phải do nhà sản xuất động cơ thựchiện Giá trị lớn nhất tìm thấy trong tính toán sẽ được sử dụng để xác định ứng suấttương đương Nếu không có giá trị lớn nhất thì lấy một giá trị ước lượng xác định

đề tính các kích thước trục khuỷu

(1) Ứng suất xoắn thay đổi danh nghĩa:

Mô men lớn nhất và nhỏ nhất được xác định cho tất cả các điểm của hệ thống

và cho toàn bộ phạm vi tốc độ bởi các giá trị trung bình của hàm điều hòa tổng hợpcủa các lực dao động từ cấp thứ 1 tới cấp 15 Trong khi đó, phải làm giảm rungđộng tồn tại trong hệ thống và các điều kiện không thuận lợi khác (một máy khôngnổ) Các mức tốc độ phải được lựa chọn theo đặc trưng của quá trình chuyển tiếp cóthể ghi lại chính xác

Ứng suất xoắn danh nghĩa tại tất cả các điểm có được từ công thức sau:

N T103

P

M M

M T : mô men xoắn danh nghĩa

τN: mô men xoắn danh nghĩa thay đổi quy về chốt khuỷu hoặc cổ khuỷu

W p : mô men chống uốn của phần diện tích mặt cắt ngang của lỗ dầu trên chốt

khuỷu hoặc cổ khuỷu

M Tmax , M T min : các giá trị của mô men.

Đánh giá trục khuỷu được dựa trên ứng suất xoắn kết hợp với ứng suất uốn,kết quả là hệ số an toàn thấp nhất có thể chấp nhận được Ở đây cần phải có phạm

vi tốc độ, các ứng suất xoắn trong phạm vi này nên được bỏ qua khi tính toán hệ số

τ H : ứng suất xoắn thay đổi trên các góc lượn chốt khuỷu

α T : hệ số ứng suất xoắn tập trung trên chốt khuỷu.

- Tính cho cổ khuỷu:

τ G =± (β T τ N ) (2.28)

Trong đó:

τ G: ứng suất xoắn thay đổi trên các góc lượn cổ khuỷu

β T : hệ số ứng suất xoắn tập trung trên cổ khuỷu.

Các hệ số được sử dụng cho quá trình tính toán ở trên đều được trích dần vànêu cụ thể trong phần mềm AVL-Excite Designer

* Ứng suất tương đương

Ứng suất tương đương được tính toán cho chốt khuỷu cũng giống như cho cổkhuỷu Tính toán áp dụng lý thuyết thế năng biến dạng đàn hồi với giả sử các ứngsuất uốn và xoắn là lớn nhất đồng thời xảy ra và trên cùng một điểm

Ngoài ứng suất uốn trên góc lượn thì các ứng suất gây ra bởi sai lệch và biếndạng của bệ máy cũng như do hướng trục và dao động uốn sẽ được xét đến bởi ứngsuất uốn cộng thêm σadd

- Tại góc lượn chốt khuỷu:

( )2 2

3

v BH add G

σ = ± α +α + τ (2.29)

2.1.2.3 Xác định ứng suất tại góc lượn theo phương pháp FVV

Phương pháp tính toán được áp dụng để đánh giá ứng suất của các góc lượn,dựa trên các hệ số tập trung ứng suất, xuất phát từ phương pháp FVV [37], ứng suấtthực tế lớn nhất trên các góc lượn được xác định từ công thức sau:

- Góc lượn chốt khuỷu: σc =α σ BN σJ =β σB BN +β σQ QN

- Góc lượn cổ khuỷu: σJ =β σB BN +β σQ QN

Trong đó :

-σ σc, j: ứng suất lớn nhất trên các góc lượn chốt khuỷu và cổ khuỷu

- σBN : ứng suất uốn danh nghĩa liên quan tới mặt cắt ngang của má khuỷu

- σQN: ứng suất kéo, nén danh nghĩa trên bề mặt cắt ngang của má khuỷu do

lực hướng tâm

-α :hệ số ứng suất tập trung cho góc lượn chốt khuỷu

- β βB Q :hệ số ứng suất tập trung cho góc lượn cổ khuỷu.

Theo phương pháp FVV xác định ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất, biên độ ứngsuất và ứng suất trung bình, các tính toán phải được thực hiện trong một chu trìnhtải đầy đủ

Với ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất (σ max,σ min) xảy ra trong suốt chu trình tải,biên độ ứng suất và ứng suất trung bình cho trạng thái vận động này được xác định

Để đánh giá độ bền của chi tiết trục khuỷu trong tính toán mô phỏng bằngExcite, các giới hạn bền mỏi của một số loại thép điển hình được tham khảo theobảng số liệu tiêu chuẩn của Đức [29].

2.1.3 Xác định tỷ số tăng áp

Tỷ số tăng áp của động cơ được xác định thông qua mức độ tăng công suấthướng tới của động cơ sau khi tăng áp Ngoài ra tỷ số tăng áp được lựa chọn cầnphù họp với loại TB-MN được lựa chọn để lắp cho động cơ

Công thức xác định công suất có ích của động cơ khi không tăng áp [8]:

0 0

0 30

i H

-ρ ρ0, 1: khối lượng riêng của không khí và khí tăng áp (kg/m3)

- QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kgnl)

- L0,L1 : lượng không khí lý thuyết trước và sau tăng áp để đốt cháy hoàn toànmột đơn vị nhiên liệu (kg/kgnl)

- n: tốc độ vòng quay của động cơ (v/ph)

-τ : số kỳ của động cơ (-)

-ηm:hiệu suất cơ giới (-)

-ηi:hiệu suất chỉ thị (-)

- i: số xylanh (-)

- λ: hệ số dư lượng không khí (-)

Giả sử các thông số V h,η ηm, ,i Q n H, , , , ,τ λ i và ηv thay đổi không đáng kể giữa

tăng áp và không tăng áp, khỉ đó có thể coi gần đúng:

1 0

e e

N N

ρρ

Như vậy, dựa vào mức công suất N e1 cần đạt tới, công suất nguyên thủy và

hệ số nén đoạn nhiệt thì sẽ xác định được tỷ sổ tăng áp πk.

Tính hiệu quả trong thực tiễn của động cơ phụ thuộc vào mức độ tăng công

suất Tuy nhiên N e1 không thể tăng vô tận do giới hạn bởi độ bền tuổi thọ động cơ.Hơn nữa tỷ số tăng áp còn là thông số quan trọng quyết định hiệu suất động cơ Dovậy cần tính toán xác định tỷ số tăng áp tối ưu cho động cơ làm cơ sở lựa chọn TB-

MN cho động cơ thực tế

Việc xác định tỷ số tăng áp cho động cơ thực tế là rất phức tạp và rất khóthực hiện bằng thực nghiệm Để rút ngắn thời gian và chi phí thực nghiệm, nghiêncứu này đã sử dụng các phần mềm mô phỏng nhiệt động học AVL-Boost để tínhtoán nhiệt và phần mềm AVL - Excite Designer tính toán các ứng suất tác dụng lêntrục khuỷu sau khi tăng áp Nội dung chi tiết tính toán chu trình nhiệt động vả kiểmnghiệm bền động cơ theo tài liệu [9], sẽ được trình bày cụ thể trong Chương 3 củaluận văn

2.2 THIẾT KẾ LỰA CHỌN BỘ TUỐC BIN - MÁY NÉN

2.2.1 Thiết kế lựa chọn bộ TB-MN

Cụm TB-MN được lựa chọn trên cơ sở các thông sổ kỹ thuật có được từ bàitoán mô phỏng Tuy nhiên, việc đưa ra thông số cụm TB-MN cần phù hợp với loạiTB-MN trên thị trường, cần đảm bảo điều kiện phù hợp với đặc tính động cơ, lắpráp đơn giản và giá thành thấp

Trong tăng áp cho ĐCĐT bằng TB-MN thì TB và MN được lắp trên cùngmột trục nên chúng có cùng tốc độ Song có tính chất của dòng chảy rối trong TB

và MN là khác nhau nên để thiết lập được một đặc tính chung thì cần phải xem xét