Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO v3 3 trong tính toán mô phỏng động cơ đốt trong

Máy tính là công cụ số một trong những công cụ hữu ích để dùng trong việc sử dụng các chương trình phần mềm, phục vụ cho việc nghiên cứu hầu hết tất cả các lĩnh vực trong khoa học kỹ thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ENGINE ANALYZER PRO V3.3 TRONG TÍNH TOÁN MÔ

PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn: TS LÝ VĨNH ĐẠT

Sinh viên thực hiện: HUỲNH KỲ 12145336

TRƯƠNG MINH PHƯƠNG 12145136

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

GVHD: TS LÝ VĨNH ĐẠT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017

TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng … năm……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: 1 Huỳnh Kỳ MSSV: 12145336

2 Trương Minh Phương MSSV: 12145136 Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô tô Mã ngành đào tạo:

52510205 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ đào tạo: 12145

- Hai tập thuyết minh

- Hai đĩa CD nội dung đề tài

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 19/10/2016

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 13/02/2017

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS Lý Vĩnh Đạt

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO

V3.3 trong tính toán mô phỏng động cơ đốt trong

Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Kỳ MSSV: 12145336

Trương Minh Phương MSSV: 12145136 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3

trong tính toán mô phỏng động cơ đốt trong

Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Kỳ MSSV: 12145336

Trương Minh Phương MSSV: 12145136 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

IV NHẬNXÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

V NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

VI ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3

trong tính toán mô phỏng động cơ đốt trong

Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Kỳ MSSV: 12145336

Trương Minh Phương MSSV: 12145136 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng: ………

………

………

Giảng viên hướng dẫn: ………

………

………

Giảng viên phản biện: ………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng 02 năm 2017

Lời Cảm Ơn

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn quý thầ ại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu, những bài học bổ ích trong học tập cũng như trong cuộc sống trong suốt bốn năm học vừa qua

Nhóm xin gử ảm ơn chân thành đến quý thầy ở Khoa Cơ khí Động lực đã giúp đỡ, tận tình truyền tải kiến thức

Đặc biệt nhóm xin cảm ơn giáo viên hướng dẫn Lý Vĩnh Đạt đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Cuố i cảm ơn sâu sắc đế ạn bè đã động viên khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành nhiệm vụ được giao

Nhóm thực hiện

Huỳnh Kỳ

Trương Minh Phương

PHỤ LỤC VIẾT TẮT

Từ, cụm từ viết tắt Viết đầy đủ

Avg In Vel Average Intake Velocity

Avg Ex Vel Average Exhaust Velocity

Act In FlowArea Actual Intake FlowArea

Act Ex FlowArea Actual Exhaust FlowArea

ATDC After Top Dead Center

ABDC After Bottom Dead Center

A/F Mxtr Qlty Air/Fuel Mixture Quality

Alum Aluminium

BSFC, lb/HP-hr Brake Specific Fuel Consumption,

pound/Horse Power-hour

BTDC Before Top Dead Center

DOHC Double Over Head Cam

EAP V3.3 Engine Analyzer Pro V3.3

Eff Rckr Arm Stffnss Effective Rocker Arm Stiffness

Exh Temp Exhaust Temperature

Exh Pres Exhaust Pressure

Fuel inj Fuel injection

Frctn Tq Friction Torque

Frctn HP Friction Horse Power

FMEP Friction Mean Effective Pressure

Injctr Dty Cyc Injector Duty Cycle

In Port Temp Intake Port Temperature

Inj Plse Wdth Inject Pulse Width

Int Vac Intake Vacuum

IMEP Indicator Mean Effective Pressure

In Tune Prs Intake Tune Pressure

L/D Length Cylinder/ Diameter Cylinder

Mech Eff Mech Effective

Mx Cyl Pres Max Cylinder Pressure

Mx Cyl Tmp Max Cylinder Temperature Temperature

Ntrs Fuel Nitrous Fuel

Open @ 10, BTDC Open at deg 10, Before Top Dead Center

Piston Spd Piston Speed

Pres Pressure

Piston Ac Piston Accelration

Spark Advnc Spark Advance

Specs Specification

Std Flywh Stand Flywheel

Temp Temperature

Vol Eff Volume Effective

PHỤ LỤC ĐƠN VỊ

Đại lượng Kí

hiệu

Đơn vị viết tắt

Đơn vị viết đủ Hệ số chuyển đổi giữa

đơn vị

Thể tích V Cu In

CCs Lit

cm3

Cubic Inch Cubic Centimeter square Liter

Cubic inch square inchs

pound kilogram gram

Square meter Square inch Square feet Square centimeter

10 C = 2730 K

10 C = 33.80 F

Thời gian h hr

min sec

ms

hour minute second milisecond

1hr = 60 min 1min = 60 second

1 second = 1000ms

Công suất P KW

HP J/s

Kilo-Oat Horse Power Jun/second

1 KW = 1.341 HP

1 KW = 1 KJ/s

Momen xoắn M Nm

Lb*ft Kgcm Lb*in

Newton meter Pound * feet Kilogram centimeter Pound * inch

1Nm = 0.73756 Lb*ft 1Nm = 10.1971 Kgcm 1Nm = 8.85 Lb*in

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Màn hình giao diện chính của phần mềm EAP V3.3……… …6

Hình 2.2 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Short Block Specs”………… … 8

Hình 2.3 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Cylinder Head Specs”………9

Hình 2.4 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Intake System Specs”………… 10

Hình 2.5 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Exhaust System Specs”……… 11

Hình 2.6 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Cam/Valve Train Specs”……… 12

Hình 2.7 Giao diện của thanh công cụ “Turbo/Supercharger Specs”……….…13

Hình 2.8 Giao diện của thanh công cụ “Calculate Performance Conditions”………13

Hình 3.1 Khởi động chương trình……… …15

Hình 3.2 Màn hình chính của chương trình………15

Hình 3.3 Cửa sổ cảnh báo về các sai phạm trong thiết lập……….16

Hình 3.4 Các thông số nắp máy trên cửa sổ Short Block Specs……….16

Hình 3.5 Danh sách các lựa chọn trên phần mềm với thông số xéc măng………… 17

Hình 3.6 Chiều dài hiệu quả của váy piston (inch) và sự chọn váy piston………… 17

Hình 3.7 Danh sách các lựa chọn cho hệ số bạc lót……….18

Hình 3.8 Cửa sổ tính hệ số bạc lót động cơ……….18

Hình 3.9 Danh sách các lựa chọn cho tổng lực quán tính………20

Hình 3.10 Cửa sổ tính toán lực quán tính li tâm……… 21

Hình 3.11 Cửa sổ tính toán lực quán tính li tâm……….22

Hình 3.12 Danh sách các lựa chọn cho thiết kế trục khuỷu………22

Hình 3.13 Nơi hiển thị các thông số được phần mềm tính toán……… 23

Hình 3.14 Cửa sổ nhập các thông số nắp máy……….24

Hình 3.15 Danh sách các lựa chọn trong mục # Valves/Ports……….24

Hình 3.16 Cửa sổ tính toán đường kính trung bình……….….25

Hình 3.17 Các thông số cần nhập với lựa chọn Volume in CCs……… 25

Hình 3.18 Các thông số cần nhập với lựa chọn Width and Height……… 26

Hình 3.19 Các thông số cần nhập với lựa chọn Cross Sectional Area……….…26

Hình 3.20 Các thông số cần nhập với lựa chọn O.D and Wall Thickness………….27

Hình 3.21 Thí nghiệm về dòng khí nạp trong cổng nạp……… 27

Hình 3.22 Diện tích mở xupap (diện tích rèm: Curtain Area)………28

Hình 3.23 Trường hợp chọn hệ số dòng khí nạp đơn (Single Flow Coef)………….28

Hình 3.24 Cửa sổ tính hệ số dòng khí nạp đơn……… …29

Hình 3.25 Bảng tính hệ số dòng khí nạp khi sử dụng chức năng Use Flow Table.…29 Hình 3.26 Vị trí nhập thông số phần trăm chống đi ngược dòng khí………31

Hình 3.27 Cửa sổ tính toán hệ số chống đi ngược dòng khí………31

Hình 3.28 Cửa sổ tính tỉ số nén………32

Hình 3.29 Danh sách các lựa chọn cho thiết kế buồng đốt……….32

Hình 3.30 Buồng đốt kiểu Wedge………33

Hình 3.31 Buồng đốt kiểu Hemi……… 33

Hình 3.32 Buồng đốt kiểu Flat Head ……….33

Hình 3.33 Danh sách các lựa chọ cho vật liệu và lớp phủ cách nhiệt piston…….34

Hình 3.34 Danh sách các lựa chọn cho tỉ lệ tốc độ cháy……….34

Hình 3.35 Các thông số của hệ thống nạp trên cửa sổ chính của phần mềm…… 35

Hình 3.36 Các lựa chọn để thiết lập thông số của ống góp nạp………35

Hình 3.37 Các lựa chọn để thiết lập thông số của ống góp nạp……… 36

Hình 3.38 Các lựa chọn ống góp nạp………37

Hình 3.39 Các bộ phận của khoan nạp đầy………37

Hình 3.40 Cửa sổ tính toán chỉ số tốc độ dòng khí nạp………37

Hình 3.41 Mô tả dòng khí nạp………38

Hình 3.42 Biểu đồ chỉ số tốc độ dòng khí nạp đi vào ống nạp………38

Hình 3.43 Mô tả góc côn của ống nạp………39

Hình 3.44 Các thông số thiết lập hình dạng của ống nạp……….39

Hình 3.45 Các loại ống nạp………40

Hình 3.46 Các kiểu sấy không khí nạp trên giao diện “intake system specs”…….40

Hình 3.47 Chọn chế độ tính toán nạp nhiên liệu……….41

Hình 3.48 Các thông số lựa chọn để thiết lập lưu lượng khí nạp đầu tiên…………42

Hình 3.49 Nơi nhập các thông số khi chọn “Use Specs Below”……….42

Hình 3.50 Cửa sổ menu hệ thống xả……….43

Hình 3.51 Cửa sổ “See Layout”………44

Hình 3.52 Danh sách các lựa chọn cho kiểu đường ống xả……….44

Hình 3.53 Cửa sổ nhập các thông số để tính đường kính trung bình ống xả…… 45

Hình 3.54 Hai lựa chọn cho đường ống bô………45

Hình 3.55 Cửa sổ tính CFM Rating………46

Hình 3.56 Cửa sổ tính thông số CFM Rating………47

Hình 3.57 Các lựa chọn cho đường ống thu khí xả……… 48

Hình 3.58 Cửa sổ tính đường kính đường ống thu khí xả………49

Hình 3.59 Cửa sổ tính độ côn đường ống thu khí xả……… 49

Hình 3.60 Danh sách các lựa chọn kiểu đường thu khí xả……….50

Hình 3.61 Lựa chọn cho chức năng Diameter, circular……… 50

Hình 3.62 Lựa chọn cho chức năng Area in square inches……….51

Hình 3.63 Lựa chọn cho chức năng “Width & Height, rectangular”, “Width & Height, oval” và “Width & Height rounded rectangle”……….51

Hình 3.64 Các thông số đặc trưng của “Intake Cam Profile”……… 52

Hình 3.65 Mô tả đường tâm của xupap……….52

Hình 3.66 Mô tả chọn Open @ 0.05”, BTDC và Close @ 0.05”, ABDC……… 53

Hình 3.67 Các kiểu bố trí đóng mở xupap………54

Hình 3.68 Cam profile khi chọn “Yes”……… 55

Hình 3.69 Cam profile khi chọn “NO”……….56

Hình 3.70 Cửa sổ nhập thông số cho “Overall Cam Specs”……….56

Hình 3.71 Cửa sổ Calculate Van Train Dynamics………58

Hình 3.72 Cửa sổ tính Eff Valve Mass……….58

Hình 3.73 Cửa sổ tính Eff Rckr Arm Stffnss……….59

Hình 3.74 Cửa sổ tính Eff Lifter Mass………60

Hình 3.75 Cửa sổ tính Spring Rate, lb/in……… 60

Hình 3.76 Cửa sổ tính Seated Spring Force, lbs……….61

Hình 3.77 Cửa sổ lựa chọn hệ thống siêu nạp……… 62

Hình 3.78 Cấu tạo tăng áp Roots Supercharger………63

Hình 3.79 Cửa sổ tính toán các thông số cho loại tăng áp Roots Supercharger…63 Hình 3.80 Các lựa chọn cho độ rò rỉ………64

Hình 3.81 Các lựa chọn cho độ ma sát……….64

Hình 3.82 Cửa sổ tính tỉ số truyền của hệ thống siêu nạp………65

Hình 3.83 Các lựa chọn cho nhiệt độ khí nén……… 65

Hình 3.84 Các lựa chọn cho vị trí bướm ga hoặc bộ chế hòa khí………65

Hình 3.85 Các lựa chọn số lượng hệ thống siêu nạp………66

Hình 3.86 Các lựa chọn cho hiệu quả làm mát máy nén……….66

Hình 3.87 Hoạt động của tăng áp loại bơm li tâm……… 67

Hình 3.88 Cấu tạo bên trong của tăng áp loại bơm li tâm………67

Hình 3.89 Cửa sổ xem xét và tính toán cho loại tăng áp bơm li tâm………68

Hình 3.90 Đồ thị miền tổng hợp máy nén siêu nạp……….69

Hình 3.91 Cửa sổ tính toán các thông số cho tăng áp……… 69

Hình 3.92 Cửa sổ tính toán các thông số cho Turbine Nozzle Dia, in……….71

Hình 3.93 Cửa sổ tính toán các thông số cho Turbine Nozzle Dia, in………71

Hình 3.94 Cửa sổ tính toán các thông số cho Turbine Nozzle Dia, in……….72

Hình 3.95 Các thông số trên tua bin tăng áp………72

Hình 3.96 Cửa sổ tính toán khi nhấp vào nút “Calculate Performance”………….73

Hình 3.97 Cửa sổ tính toán cho Dew Point, Deg F……… 74

Hình 3.98 Danh sách các hệ thống làm mát……….75

Hình 3.99 Lựa chọn tăng tốc theo số vòng quay của động cơ………75

Hình 3.100 Cửa sổ lựa chọn kiểu trang bị Nitrous Oxide loại Progressive……….76

Hình 3.101 Cửa sổ lựa chọn kiểu trang bị Nitrous Oxide loại 1 Stage………76

Hình 3.102 Cửa sổ lựa chọn kiểu trang bị Nitrous Oxide loại 3 Stage………… 77

Hình 3.103 Cửa sổ tính toán đường cong đánh lửa của động cơ khi chọn chức năng User Specified Spark……….78

Hình 3.104 Danh sách các lựa chọn kiểu và điểm đánh lửa………79

Hình 3.105 Chọn “Yes” để kích hoạt chức năng “See Chain Calculation Specs” 80

Hình 3.106 Cửa sổ thay đổi các thông số cho thử nghiệm dạng chuỗi………80

Hình 3.107 Cửa sổ quá trình tính toán dạng đồ thị đang thực hiện………82

Hình 3.108 Cửa sổ tính toán kiểu khác khi tính toán……… 82

Hình 3.109 Kết quả tính toán được liệt kê theo số vòng quay của động cơ RPM…83 Hình 3.110 Tính năng và chức năng của cửa sổ màn hình kết quả……… 84

Hình 4.1 Cửa sổ mô phỏng động cơ kết hợp đồ thị tại vị trí 6500 RPM và 416 độ quay trục khuỷu được vẽ ra liên tục……… 85

Hình 4.2 Đồ thị tại tốc độ động cơ cao hơn………86

Hình 4.3 Các lựa chọn cài đặt………86

Hình 4.4 Cửa sổ đồ thị toàn bộ chu kì hoạt động của động cơ……… 87

Hình 4.5 Cửa sổ kết quả dạng số và các nút chức năng………88

Hình 4.6 Cửa sổ cho chức năng so sánh kết quả………88

Hình 4.7 Cửa sổ in dữ liệu……… 89

Hình 4.8 Lựa chọn “File”………89

Hình 4.9 Cửa sổ History để xem lại lịch sử các thử nghiệm trước………90

Hình 4.10 Cửa sổ gởi dữ liệu công suất đến các phần mềm ô tô khác 91

Hình 4.11 Diện tích vùng trùng điệp……… 94

Hình 4.12 Sự liên quan của diện tích vùng làm việc của xupap………94

Hình 4.13 Đồ thị tổng hệ số dòng khí nạp……… 95

Hình 4.14 Mô tả vùng diện tích do vấu cam quét ra……….96

Hình 4.15 Đồ thị mô men và công suất của động cơ SUPERSTO.CK trong thư viện phần mềm……… 98

Hình 4.16 Các chức năng trong lệnh Format……… 99

Hình 4.17 Cửa sổ cho chức năng đồ thị kết hợp……….99

Hình 4.18 Cửa sổ chọn đồ thị đơn……… 100

Hình 4.19 So sánh kết quả giữa 2 động cơ bằng nút lệnh “LAST”………100

Hình 4.20 Đồ thị áp suất xy lanh theo độ quay trục khuỷu (hoặc 4 kỳ hoạt động) 101

Hình 4.21 Đồ thị kết hợp hành trình xupap nạp theo độ quay trục khuỷu……….101

Hình 4.22 Đồ thị kết hợp vận tốc và áp suất dòng khí nạp, xả theo độ quay trục khuỷu………102

Hình 4.23 Đồ thị hành trình nâng hạ xupap nạp và thải theo độ quay trục khuỷu…102 Hình 4.24 Cửa sổ lựa chọn phân tích động cơ……….103

Hình 4.25 Cửa sổ màn hình phân tích báo cáo………103

Hình 4.26.Cửa sổ lưu dữ liệu ASCII………104

Hình 4.27 Cửa sổ See-Engine……….105

Hình 4.28 Cửa sổ Thư viện dữ liệu của phần mềm Engine Analyzer Pro V3.3…105 Hình 4.29 Bộ thông số của động cơ mẫu trong thư viện………106

Hình 4.30 Bộ thông số của động cơ đã lưu của bạn trong thư viện……… 107

Hình 4.31 Cửa sổ lưu một động cơ vào trong Thư viện……….109

Hình 4.32 Minh họa Thao tác lưu tên thông số của thân máy………109

Hình 4.33 Nhập tên cho cửa sổ “Short Block Specs”………110

Hình 5.1 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Short Bock Specs………….112

Hình 5.2 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Head Specs………112

Hình 5.3 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Intake System Specs……….113

Hình 5.4 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Exhausted System Specs… 113

Hình 5.5 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Cam/valve Train Specs…… 114

Hình 5.6 Nhập thông số cho phần Calculate Valve Train Dynamics………114

Hình 5.7 Nhập thông số đầu vào cho động cơ trên Turbo/Supercharger Specs…115 Hình 5.8 Thiết lập điều kiện tính toán cho động cơ Toyota 1JZ-GTE………….115

Hình 5.9 Quá trình tính toán và ghi lại kết quả……… 116 Hình 5.10 Bảng kết quả cho động cơ đang thử nghiệm……….116 Hình 5.11 Đồ thị mô men và công suất động cơ theo số vòng quay RPM………117 Hình 5.12 Đồ thị cong P-V……… 117 Hình 5.13 Đồ thị góc đánh lửa sớm theo số vòng quay động cơ RPM………….117 Hình 5.14 Đồ thị hiệu suất nhiệt theo số vòng quay động cơ RPM……… 118 Hình 5.15 Đồ thị hành trình nâng hạ xupap theo góc quay trục khuỷu……… 118 Hình 5.16 Đồ thị tổng hợp vận tốc và áp suất khi nạp, xả theo độ quay trục khuỷu………118 Hình 5.17 Đồ thị tổng hợp mô men, công suất, lưu lượng khí nạp, lưu lượng nhiên liệu theo số vòng quay động cơ……….119 Hình 5.18 Đồ thị tỉ lệ phần trăm lượng khí xả đi qua tua bin tăng áp theo số vòng quay động cơ……… 119 Hình 5.19 Đồ thị tỉ lệ phần trăm mức tăng lưu lượng khí nạp của tăng áp theo số vòng quay động cơ……….119 Hình 5.20 Cửa sổ phân tích động cơ từ báo cáo của phần mềm………120 Hình 5.21 Mô hình động cơ đang thử nghiệm……….121

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các chức năng của thanh công cụ trên giao diện chính của màn hình…6

Bảng 2.2 Các chức năng của thanh công cụ “Short Block Specs”……… 8

Bảng 2.3 Các chức năng của thanh công cụ “Cylinder Head Specs”……… 9

Bảng 2.4 Các chức năng của thanh công cụ “Intake System Specs”……… 10

Bảng 2.5 Các chức năng của thanh công cụ “Exhaust System Specs” ……….11

Bảng 2.6 Các chức năng của thanh công cụ “Cam/Valve Train Specs”………… 12

Bảng 2.7 Các chức năng của thanh công cụ “Turbo/Supercharger Specs”……….13

Bảng 2.8 Các chức năng của thanh công cụ “Calculate Performance Conditions”….14 Bảng 3.1 Giải thích các lựa chọn xéc măng piston……….17

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của chiều dài váy piston và đường kính piston đến độ hiệu quả làm việc của piston……….18

Bảng 3.3 Chú thích các giá trị cần nhập để tính hệ số bạc lót động cơ………… 19

Bảng 3.4 Các loại quạt và mô tả đặc điểm………19

Bảng 3.5 Các loại máy bơm nước và đặc điểm của nó……….19

Bảng 3.6 Chú thích các lựa chọn tổng lực quán tính……….20

Bảng 3.7 Tổng lực quán tính phù hợp cho từng loại động cơ……… 21

Bảng 3.8 Chú thích các thông số……….22

Bảng 3.9 Các kiểu thiết kế trục khuỷu và mô tả của chúng………22

Bảng 3.10 Chú thích các thông số được phần mềm tính toán……….23

Bảng 3.11 Chú thích các nút lệnh khi hoàn tất việc nhập thông số thân máy…….23

Bảng 3.12 Các lựa chọn cho xupap……… 24

Bảng 3.13 Chú thích các thông số………25

Bảng 3.14 Thông số tham khảo từ các thí nghiệm thực tế cho thông số Single Flow Coef……….30

Bảng 3.15 Chú thích các thông số……….32

Bảng 3.16 Giải thích các lựa chọn cho thiết kế buồng đốt………33

Bảng 3.17 Giải thích các lựa chọn cho Material/Coating ……… 34

Bảng 3.18 Giải thích các lựa chọn để thiết lập thông số của ống góp nạp……… 36

Bảng 3.19 Giải thích các thông số………36

Bảng 3.20 Giải thích các lựa chọn ống góp nạp………37

Bảng 3.21 Mô tả các bộ phận của khoan nạp đầy……….37

Bảng 3.22 Mô tả các thông số để tính toán chỉ số tốc độ dòng khí nạp trong đường ống nạp……….38

Bảng 3.23 Ước tính hệ số dòng khí nạp của ống góp……….…38

Bảng 3.24 Mô tả dòng khí nạp ……… 39

Bảng 3.25 Mô tả các loại ống nạp……… 40

Bảng 3.26 Bảng mô tả hiệu suất nhiệt của không khí nạp……….41

Bảng 3.27 Giải thích lựa chọn……… 42

Bảng 3.28 Mô tả đặc điểm của các thông số phần Plenum Specs………43

Bảng 3.29 Mô tả các lựa chon cho thiết kế đường ống xả………44

Bảng 3.30 Ước tính giá trị CFM Rating ………47

Bảng 3.31 Giải thích các lựa chọn……….48

Bảng 3.32 Chú thích các kiểu đường ống thu khí xả tại vị trí gắn với động cơ… 50

Bảng 3.33 Mô tả các loại con đội……… ….54

Bảng 3.34 Giải thích chi tiết về chọn góc đánh lửa sớm và muộn……….…57

Bảng 3.35 Giải thích lựa chọn kiểu con đội xupap………58

Bảng 3.36 Độ cứng ứng với các kiểu cò mổ khác nhau………59

Bảng 3.37 Chú thích các lựa chọn cho độ rò rỉ……….…64

Bảng 3.38 Chú thích các lựa chọn cho độ ma sát……… …64

Bảng 3.39 Chú thích các lựa chọn cho hiệu quả làm mát máy nén……….… 67

Bảng 3.40 Chú thích các thông số của tăng áp bơm li tâm………68

Bảng 3.41 Chú thích các thông số của tăng áp Turbocharger……… 70

Bảng 3.42 Ước tính giá trị lưu lượng tại thời điểm tăng áp đạt hiệu suất cao nhất (Island CFM)………70

Bảng 3.43 Chú thích các thông số Nitrous Oxide Specs……… 77

Bảng 3.44 Chú thích các lựa chọn kiểu và điểm đánh lửa……… 79

Bảng 3.45 Chú thích các thông số đánh lửa………80

Bảng 3.46 Chức năng của các nút lênh trên thanh công cụ……… 84

Bảng 4.1 Mô tả các chức năng chính……… 87

Bảng 4.2 Các lựa chọn in dữ liệu……… 89

Bảng 4.3 Chú thích các lựa chọn trong “File”……… 90

Bảng 4.4 Phân tích các kết quả từ dữ liệu số vòng quay động cơ……… 91

Bảng 4.5 Chú thích các kết quả đầu ra của hệ thống siêu nạp hoặc tăng áp…… …93

Bảng 4.6 Các tính toán chung của động cơ……….97

Bảng 4.7 Giải thích chức năng của hình 4.29……….106

Bảng 4.8 Giải thích chức năng của hình 4.30……….108

Bảng 4.9 Giải thích các lựa chọn trên hình 4.31………109

Bảng 4.10 Giải thích các lựa chọn cho hình 4.33……… ……110

Bảng 5.1 Thông số chính của động cơ Toyota 1JZ-GTE……… 111

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp 1

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn 2

Nhận xét của giảng viên phản biện 3

Xác nhận hoàn thành đồ án 4

Lời cảm ơn 5

Danh mục các chữ viết tắt và danh mục đơn vị 6

Danh mục hình 8

Danh mục bảng 12

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP .1

1.1 Lí do chọn đề tài .1

1.2 Đặc điểm và tình hình nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài .2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu………2

1.5 Phương pháp nghiên cứu………3

1.6 Nội dung đề tài……… 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ENGINE ANALYZER PRO V3.3…5 2.1 Tổng quan về tính năng ……… 5

2.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng động cơ ENGINE ANALYZER PRO 6

2.2.1 Các thanh công cụ trên màn hình chính……….6

2.2.2 Các chức năng của thanh công cụ……… 8

a Short Block Specs………8

b Cylinder Head Specs……… 9

c Intake System Specs………10

d Exhaust System Specs……….11

e Cam/Valve Train Specs……… 12

f Turbo/Supercharger Specs……… 13

g Calculate Performance Conditions……… 13

2.3 Ứng dụng của phần mềm ENGINE ANALYZER PROV3.3……… 14

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO……… 15

3.1 Cách khởi động chương trình……….15

3.2 Các thông số thân máy và cách thiết lập……… 16

3.3 Các thông số nắp máy cà cách thiết lập………24

3.3.1 Các thông số hệ thống cửa nạp (Intake Port Specs)………24

3.3.2 Các thông số hệ thống cửa xả (Exhaust Port Specs)……….34

3.4 Hệ thống phân phối khí ……….34

3.4.1 Các thông số của hệ thống nạp (Intake System Specs)………34

3.4.2 Các thông số của hệ thống xả (Exhaust System Specs)………… 43

3.4.3 Thông số về cam và xupap (Cam/Valve Train Specs)………51

3.4.3.1 Intake Cam Profile (Biên dạng cam nạp)………51

3.4.3.2 Exhausted Cam Profile (Biên dạng của cam thải)……….….56

3.4.3.3 Overall Cam Specs (Toàn bộ thông số của cam)……….… 56

3.4.3.4 Calculate Van Train Dynamics (Tính toán động học hành trình cam)……….……57

3.4.3.5 Tính toán động học xupap của động cơ có 4 xupap (Calculate Van Train Dynamics of Engine’s four xupaps)……… 61

3.5 Hệ thống tăng áp (Turbo/Supercharger Specs)……… 62

3.5.1 Không có tăng áp (None)………62

3.5.2 Loại siêu nạp Roots Supercharger……… 63

3.5.3 Loại siêu nạp Centrifugal Supercharger……… 67

3.5.4 Loại động cơ sử dụng tăng áp (Turbocharger)………69

3.5.5 Sử dụng tăng áp hổn hợp “Centrifugal into Roots S/C”………… 73

3.6 Tiến hành tính toán……….73

3.6.1 Điều kiện tính toán……… 73

3.6.2 Tiến hành quá trình tính toán……… 82

CHƯƠNG 4: XUẤT KẾT QUẢ ĐẦU RA ……….85

4.1 Chức năng cơ bản và các kết quả đầu ra……… 85

4.1.1 Chức năng cơ bản……….85

4.1.2 Dữ liệu đầu ra dạng data……… 91

a Các kết quả đầu ra dạng data liên quan đến dữ liệu số vòng quay động cơ RPM……… 91

b Các kết quả đầu ra liên quan đến hệ thống tăng áp hoặc siêu nạp được trang bị trên động cơ……… ……… 93

c Các kết quả đầu ra đặc biệt……….……… 93

d Các tính toán chung của động cơ……… 97

4.1.3 Các kết quả dạng đồ thị……….98

4.2 Báo cáo phân tích động cơ………102

4.3 Lưu dữ liệu ở dạng file ASCII……… 104

4.4 Xem xét động cơ……… 104

4.5 Thư viện dữ liệu………105

a Phần dữ liệu thông số động cơ mẫu có sẵn trong phần mềm……….106

b Phần dữ liệu bộ thông số động cơ đã lưu sau khi thiết lập xong……107

4.6 Thao tác lưu một động cơ vào Thư viện……… 108

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN MỘT ĐỘNG CƠ THỰC TẾ……… 111

5.1 Giới thiệu thông số đầu vào………111

5.1.1 Giới thiệu thông số đầu vào của động cơ “Toyota 1JZ-GTE”… 111

5.1.2 Thiết lập thông số đầu vào……….111

a Thông số đầu vào “ Short Bock Specs”……….………112

b Thông số đầu vào “Head Specs”……….……112

c Thông số đầu vào “Intake System Specs”……….113

d Thông số đầu vào “Exhausted System Specs”……… 113

e Thông số đầu vào “Cam/valve Train Specs”……….114

f Thông số đầu vào “Turbo/Supercharger Specs”……… 115

g Thiết lập điều kiện để tiến hành phân tích động cơ……… 115

5.2 Các kết quả đầu ra của thử nghiệm……… 116

5.3 Phân tích kết quả động cơ đang thử nghiệm ……… 120

5.4 Xem mô hình động cơ……… 121

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ……… ……… 122

6.1 Kết luận ……… 122

6.2 Đề nghị ………122

6.3 Tài liệu tham khảo……… ………123

Chương 1: DẪN NHẬP

1.1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay khoa học và công nghệ đã phát triển vượt bậc trong mọi lĩnh vực, máy móc hiện đại đang dần thay thế các công việc của con người từ đơn giản đến phức tạp Máy tính là công cụ số một trong những công cụ hữu ích để dùng trong việc sử dụng các chương trình phần mềm, phục vụ cho việc nghiên cứu hầu hết tất cả các lĩnh vực trong khoa học kỹ thuật nói chung và đối với lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô nói riêng ngày càng được cần thiết, phổ biến Thực tại đối với ngành công nghiệp ô tô đã đạt tới một thành tựu to lớn trên thế giới với việc tạo nên những phương tiện giao thông để di chuyển và chuyên chở con người, hàng hóa ngày càng hiện đại và an toàn

Đó là tất cả thành tựu của việc cải tiến công suất động cơ, sử dụng những hệ thống nạp nhiên liệu một cách hợp lí và tiết kiệm, tận dụng được công của hệ thống khí thải để tăng áp cho cho hệ thống nạp…, bên cạnh đó không thể phủ nhận rằng hiện tại công suất, hiệu suất động cơ chưa đạt mức mong muốn cao hơn, suất tiêu hao nhiên liệu còn chưa hoàn toàn tiết kiệm tối đa, việc cải tiến hệ thống khí nạp, cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, cũng như cải tiến hệ thống khí thải , để nâng cao hiệu suất động cơ luôn là đề tài nóng để các chuyên gia, nhà sản xuất ô tô nâng cấp và cải tiến ô tô ngày càng hoàn hảo Không những thế mà hầu như tất cả những thiết kế và chế tạo ô tô luôn quan tâm, tiếp cận và thực hiện việc nghiên cứu, thí nghiệm về hiệu suất của động cơ đốt trong cả trên lý thuyết và thực nghiệm để đạt mục đích cải thiện đối đa công suất động cơ cho tương lai Hiện tại với tình hình phát triển của ngành công nghệ kỹ thuật ô

tô đã có rất nhiều phần mềm được sử dụng để nghiên cứu, trong đó có hai kiểu phần mềm chính đã và đang được ứng dụng rất nhiều là phần mềm để thiết kế và phần mềm

sử dụng để mô phỏng động cơ Trong phần mềm thiết kế thì có những loại phần mềm như Catia, Solid Work, Autocard… Còn đối với phần mềm sử dụng để mô phỏng động cơ đã có những phần mềm tiện ích như Lotus, Kiva, Engine Analyzer Pro (EAP) của hãng Performance Trend, AVL boost, Matlab

Trong đó phần mềm Engine Analyzer Pro (EAP) của hãng Performance Trend được các chuyên gia nghiên cứu ngành ô tô đánh giá là một phần mềm vô cùng hữu ích dùng trong việc mô phỏng của động cơ đốt trong một cách gần đúng với thực nghiệm nhất Phần mềm EAP giúp chúng ta mô phỏng được các quá trình công tác của động cơ, quá trình nhiệt động học với độ chính xác và tin cậy cao, xác định được các thông số quá trình nhiệt động học, dòng chảy trong quá trình trao đổi khí, quá trình phun nhiên liệu, quá trình cháy cũng như quá trình thải…của động cơ Điều này giúp cho việc nghiên cứu các hiện tượng, các phản ứng diễn ra bên trong động cơ một cách chính xác, trực quan, hiệu quả mà trước đây phải sử dụng các phương pháp kỹ thuật đo

và thực nghiệm phức tạp tốn kém mới có thể thực hiện được Ngoài ra việc ứng dụng phần mềm này còn giúp rút ngắn thời gian thiết kế, giảm chi phí, công sức và số lượng sản phẩm mẫu để thực nghiệm Tối ưu hóa quá trình sản xuất và có được các sản phẩm

với tính năng tốt nhất Tính toán được các quá trình còn giúp loại trừ các trường hợp bất thường trên thực nghiệm thực tế, chẩn đoán được các rắc rối ban đầu nhằm giảm thiểu số lượng thí nghiệm thực tế, tối ưu về thời gian, chi phí hơn trong quá trình sản xuất sản phẩm

Vì vậy chúng em quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Engine Analyzer Pro trong mô phỏng động cơ đốt trong" với mục tiêu nghiên cứu về phần

mềm EAP nhằm xây dựng phương pháp sử dụng và ứng dụng các tính năng của phần mềm Với việc nghiên cứu cách sử dụng và giá trị của phần mềm chúng em hy vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích cho các đối tượng muốn ứng dụng phần mềm này

1.2 Đặc điểm và tình hình nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE

ANALYZER PRO V3.3

Mô phỏng là một công cụ được sử dụng một cách rộng rãi hiện nay, nhất là khi ngành công nghệ thông tin phát triển một cách nhanh chóng Mô phỏng là một công cụ hữu ích trong hầu hết các ngành, các lĩnh vực khác nhau như trong sinh học, trong công nghệ thông tin và trong kỹ thuật thì mô phỏng giúp cho chúng ta có cái nhìn trực quan hơn, sinh động hơn về các hệ thống, các chương trình tổng quát, các phản ứng

mà rất khó thực hiện và quan sát trong thực tế Các phần mềm mô phỏng giúp cho những người nghiên cứu, thiết kế có thể loại bỏ bớt các thí nghiệm không cần thiết, có thể dể dàng phân tích và nghiên cứu để có thể giảm bớt chi phí thực hiện Nói riêng trong ngành ô tô thì có một số phần mềm mô phỏng nhưng nổi bật vẫn là gói phần mềm của hãng Performance Trend trong đó có phần mềm Engine Analyzer Pro v3.3 phần mềm EAP V3.3 có một số tính năng nổi bật như : Mô phỏng các quá trình công tác của động cơ từ một xy lanh đến nhiều xy lanh, động cơ xăng, động cơ diesel hay một số loại động cơ sử dụng nhiên liệu khác một cách khá chính xác và độ tin cậy cao Phần mềm có thể cung cấp cho chúng ta tất cả các thông số về nhiệt động học của động cơ đốt trong

Phần mềm EAP V3.3 là một phần mềm được rất nhiều hãng động cơ trên thế giới

sử dụng như Toyota, Isuzu, Audi, và đặc biệt mới được đưa vào Việt Nam trong những năm gần đây và một số trường đại học đã áp dụng

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là phần mềm Engine Analyzer Pro V3.3, sử dụng phần mềm

để mô phỏng một động cơ cụ thể

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu cách dùng phần mềm Engine Analyzer Pro V3.3 để phân tích các thông số đầu vào của động cơ và thực hiện cách xuất kết quả đầu ra

- Nghiên cứu phương pháp xác định, cách nhập các thống số của động cơ

- Nghiên cứu cách xuất kết quả dữ liệu sau khi phần mềm phân tích xong cho một động cơ cụ thể

- Đánh giá, nhận xét các kết quả sau khi xuất dữ liệu thông số của một động cơ

1.4 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

Đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Engine Analyzer Pro trong mô phỏng

động cơ đốt trong" giải quyết được các vấn đề sau:

- Giúp sinh viên tiếp cận, sử dụng phổ biến phần mềm Engine Analyzer Pro V3.3

để củng cố lại kiến thức chuyên ngành ô tô cũng như kiến thức tiếng Anh chuyên

ngành ô tô

- Là công cụ để sinh viên có thể mở rộng tầm hiểu biết về các phương pháp nghiên cứu, cải tiến động cơ trong tương lai, từ đó việc hình thành các quá trình và giai đoạn

nghiên cứu động cơ trở nên dễ dàng và ít tốn thời gian hơn

- Tạo thêm sự hiểu biết sâu rộng và có cái nhìn tổng quát hơn khi chưa tiếp cận phần mềm này, giúp sinh viên có thêm ý tưởng thiết kế một số phần mềm hay và tiện

ích cho ngành công nghệ ô tô

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã sử dụng một số phương pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp tham khảo, sưu tầm tài liệu chuyên ngành kỹ thuật ô tô

- Phương pháp mô phỏng sử dung phần mềm Engine Analyzer Pro

- Phương pháp sư dụng tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm

- Phương pháp tra cứu internet, từ điển chuyên ngành kỹ thuật ô tô

1.6 Nội dung đề tài

Đề tài được thực hiện bao gồm 6 chương:

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP

Nội dung trình bày trong chương dẫn nhập nói về lí do chọn đề tài “nghiên cứu ứng dụng phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3”, ngoài ra trong chương này

cũng trình bày thêm về đặc điểm, tình hình nghiên cứu ứng dụng, đối tượng và phạm

vi nghiên cứu, ý nghĩa của đề tài nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu phần mềm nêu trên

Ý nghĩa của chương này giúp người nghiên cứu phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3 có cái nhìn chính xác, trực quan hơn để tiến hành nghiên cứu mà không mất

thời gian về công việc chuẩn bị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ENGINE ANALYZER PRO V3.3 Trong chương 2 sẽ trình bày về rõ ràng ba phần chính gồm tổng quan về tính năng, giới thiệu cách khởi động phần mềm, cách tạo file mới để thiết lập các thông số đầu vào cho một động cơ cụ thể, cũng như trình bày các thao tác chuột với máy tính để hiển thị tất cả các thanh công cụ và giải thích rõ ràng về ý nghĩa, cách dùng thanh công

cụ đó như thế nào, ứng dụng cụ thể của phần mềm dùng để làm gì

Mục đích của chương 2 giúp chúng ta hiểu rõ về tính năng hoạt động của phần mềm để xác định phạm vi nghiên cứu, cách thức nghiên cứu như thế nào, từ đó nắm được những hoạt động chính của chương trình thông qua phần giới thiệu chi tiết đã trình bày trong chương này nhằm mục đích giúp người nghiên cứu hiểu sâu hơn về nội dung, ý nghĩa, mục đích của các thanh công cụ và ứng dụng ra sao trong phần mềm CHƯƠNG 3: ĐỊNH NGHĨA VÀ THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

Các nội dung về phần dẫn nhập, khái quát toàn bộ về tính năng và giới thiệu về phần mềm, ứng dụng phần mềm đã trình bày trong chương 1 và chương 2 Khi vào đến chương 3, nội dung của phần này khá quan trọng, tại chương này bắt buộc người nghiên cứu phải hiểu một cách rõ ràng có bao nhiêu thanh công cụ và định nghĩa của những thông số đầu vào đối với một động cơ cụ thể trên tất cả các thanh công cụ đó ở trong phần mềm Có 7 thanh công cụ chính để thiết lập thông số đầu vào cho chương

này: Thông số các bộ phận trên nắp máy (Head Specs), Thông số của thân máy (Shost Block Specs), Hệ thống nạp (Intake System Specs), Hệ thống khí xả (Exhaust

System Specs), Hành trình Cam và Xupap (Cam/Valve Train Specs), Tăng áp

(Turbor/supercharge), Tiến hành tính toán (Calculate Performance)

Sau khi nắm rõ chương 3 sẽ giúp người nghiên cứu hiểu được cách thiết lập từng thông số đầu vào của một động cơ cụ thể trong các thanh công cụ trên phần mềm Chương 4: XUẤT KẾT QUẢ ĐẦU RA

Sau khi đã thiết lập xong các thông số đầu vào cho một động cơ cụ thể ở chương 3 thì trong chương 4 sẽ hướng dẫn cụ thể từng bước xuất kết quả đầu ra, cách lưu kết quả, cách in kết quả cho các thông số thiết yếu của một động cơ Trong chương này sẽ cho chúng ta thấy được tính năng mô phỏng động cơ một cách trực quan và chi tiết cho mỗi thông số đầu vào, tuy nhiên kết quả xuất ra ở hai dạng là dạng số và dạng đồ thị, yếu tố quan trọng để nhận biết được lí do tại sao kết quả được xuất ra ở dạng nào chúng ta cần phải kết hợp phương pháp nghiên cứu kiến thức chuyên ngành ô tô để nắm rõ hơn

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN MỘT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sau khi đã nắm chắc các phương pháp nghiên cứu để hiểu rõ phần mềm và sự hướng dẫn ở 4 chương trước, vậy chương 5 sẽ ứng dụng phần mềm để mô phỏng tính toán cho một động cơ cụ thể, thực hiện thao tác mô phỏng cho một động cơ trên phần mềm Công việc của chương này như sau:

- Thiết lập các thông số đầu vào cho một động cơ cụ thể mà phần mềm yêu cầu dựa trên hướng dẫn trong mục “định nghĩa và thiết lập các thông số đầu vào” ở chương 3, kết hợp với tài liệu tính toán động cơ đốt trong để thiết lập các thông số chính xác và hợp lệ trong khoảng giá trị cho phép

- Nhập các thông số đầu vào của động cơ trên phần mềm vào đúng vị trí từng thanh công cụ, từng thông số một cho động cơ

- Thực hiện xuất kết quả đầu ra: kết quả đầu ra ở hai dạng là dạng số và dạng đồthị, kèm theo là sự mô phỏng về thông số đó mà phần mềm sẽ thực hiện Chúng ta

sẽ thực hiện thao tác cuối cùng là lưu kết quả hoặc in kết quả để đánh giá

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Trong chương cuối cùng này sẽ là phần đánh giá về ưu nhược điểm của phần mềm, hướng phát triển, hướng đề nghị phát triển như thế nào để có một phần mềm hữu

ích nhất có thể cho ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nói chung và mô phỏng động cơ nói riêng một cách trực quan và gần đúng với thực tế, phần mềm đem lại hiệu quả về kinh

tế như thế nào, hiệu quả nghiên cứu mô phỏng ra sao Chương này cũng đề cập một số tài liệu tham khảo có ích nhất khi nghiên cứu phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ENGINE

ANALYZER PRO V3.3

2.1 Tổng quan về tính năng

ENGINE ANALYZER PRO V3.3 (EAP) là chương trình do tập đoàn Performance Trends sản xuất, nó là một phần mềm xây dựng và tính toán động cơ một cách chuyên nghiệp Các tay đua và kỹ sư có thể hiểu và dự đoán được nhiều khía cạnh về công suất động cơ một cách đầy đủ nhất EAP có nhiều tùy chọn giúp các chuyên gia có thể

mô phỏng thiết kế động cơ một các sáng tạo và khác lạ so với các động cơ phổ biến hiện nay, các tính năng chính của phần mềm được liệt kê dưới đây:

Tính năng đặc điểm :

- Tính toán các thông số mỗi bước nhảy mỗi 4 độ trục khuỷu, động lực học nâng

hạ xupap, diện tích cổng nạp, thải, áp xuất xy lanh, để có độ chính xác cao trong tính toán tổn thất nhiệt người ta chia 0.1 độ để tính toán

- Mô phỏng đồ thị lực tác dụng lên xupap nạp và xả chính xác hơn

- Cung cấp độ thị dòng khí nạp, xả một cách đầy đủ, chính xác với độ chia đồ thị lên đến 8 điểm hành trình

- Thay đổi các thời điểm đóng mở xupap thông qua việc điều chỉnh trục cam, có thể hỗ trợ điều chỉnh các loại xupap khác nhau (như cam Dr, cam loại Competition Cam, cam loại Doctor Dr và nhiều loại khác)

- Với tính năng “ Cycle plot” cho phép vẽ hành trình nâng hạ xupap tại mọi thời điểm trong một chu kỳ, lưu lượng qua xupap, áp suất trong xy lanh, áp suất tác dụng lên xupap trong kì nổ, gia tốc piston và nhiều thông số khác

- Chức năng “RPM plot” cho phép vẽ đồ thị công suất

- Cung cấp các thông số đầu vào để mô phỏng động cơ như kích thước ổ bi, các khớp một chiều, độ rò rỉ khí nạp, xả và độ rò rỉ của nhiên liệu trong xi lanh qua xéc măng, chiều dài thanh truyền, góc đánh lửa, chỉ số octan (xăng), xetan (diesel) của nhiên liệu…

- Thành lập Thư viện để lưu các kết quả của thí nghiệm, thay đổi thông số các tập tài liệu đã lưu một cách đơn giản và nhanh chóng

- Các thông số được xây dựng đầy đủ và cụ thể để người dùng lựa chọn như tỉ số nén, hành trình cam…

- Cho phép xuất các dữ liệu làm cơ sở dữ liệu để tính toán hoặc làm tài liệu cho các phần mềm khác

- Mô phỏng chi tiết về hệ thống tăng áp, siêu nạp trên động cơ

2.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng động cơ ENGINE ANALYZER PRO V3.3 2.2.1 Các thanh công cụ trên màn hình chính

Phần mềm mô phỏng động cơ ENGINE ANALYZER PRO V3.3 (EAP V3.3) là phần mềm của hãng Performance Trend, cửa sổ khởi động phần mềm được thể hiện trên hình 2.1 Các thanh công cụ này giúp chúng ta sử dụng các thao tác ban đầu như tạo file mới, lưu file đã thiết lập, mở các file mẫu để nhằm mục đích thực hiện các bước thiết lập tiếp theo cho các thông số của động cơ

Hình 2.1 Màn hình giao diện chính của phần mềm EAP V3.3

Cửa sổ giao diện của phần mềm EAP V3.3 khi khởi động xong, để chuẩn bị bước vào quá trình xây dựng mô hình mô phỏng được thể hiện ở hình 2.1 Thanh công cụ File (engine), calc HP, Help, Perferences Các chức năng được thể hiện như sau

Bảng 2.1 Các chức năng của thanh công cụ trên giao diện chính của màn hình

New Mở file mới

Open Example Engine from Performances Trends

Mở các file mẫu động cơ có sẵn trong thư viện phần mềm

Open one of saved Engines ( Ctrl + O)

Mở các file mẫu của động cơ

đã lưu ở các thiết lập trước

Save Egine (Ctrl + S) Lưu thông tin đã thiết lập xong

mà không cần chỉnh sửa thêm

Save Engine as (Ctrl + B) Lưu và muốn chỉnh sửa thông

tin của động cơ trước khi lưu

Open from Extrenal Drive (Floppy or CD)

Mở các file mẫu đã được thiết lập ở ngoài máy tính (USB,

Import individual File Các file cá nhân quan trọng

Import All Files from Earlier Engine Analyzer Pro

Nhập tất cả các file từ phần mềm

Unlock Program Option Mở khóa phần mềm để sử

Help on main screen Hướng dẫn ở màn hình chính

Introduction to Basic Window Commands

Giới thiệu cơ bản về các cửa sổ yêu cầu

About Engine Analyzer Pro Hướng dẫn các thông tin cơ

bản về phần mềm Engine Analyzer Pro

Display User’s Manual (with V3.3 Supplement

Hiển thị hướng dẫn cẩm nang

Hiển thị hướng dẫn để xem các file đã lưu (có thể muốn thay đổi các thông số hoặc không)

Display V2.1 readme.doc File (Changes in old V2.1)

Giới thiệu sơ bộ về phiên bản

Restart Display Help Tips Các thao tác hướng dẫn khởi

động lại màn hình giao diện

New Engine Mở file mới để thiết lập các

thông cho động cơ

Engine Ok Đồng ý lưu file

Cancel Hủy file

Help Hướng dẫn thiết lập thông số

2.2.2 Các chức năng của thanh công cụ

a Short Block Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Short Block Specs” ở góc trái của màn hình giao diện

chính, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số cho bộ phận thân máy như hình dưới:

Hình 2.2 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Short Block Specs” Bảng 2.2 Các chức năng của thanh công cụ “Short Block Specs”

Các nút lệnh Chức năng

Bore, in Đường kính piston

Stroke, in Hành trình piston

# of cylinder Số xy lanh của động cơ

Piston rings Số séc măng của piston

Rod length, in Chiều dài thanh truyền

Piston Skirt Kiểu váy piston

Bearing Size Kiểu bạc lót

Piston Top Kiểu đỉnh piston

Cyl leakage Độ lọt khí qua khe hở giữa xéc măng và xy lanh

Cooling Fan Type Kiểu quạt làm mát

Water Pump & Drive Bơm nước và cách dẫn động

Engine + Dyno inertia /

Crank Design

Động cơ và lực quán tính/ kiểu trục khuỷu

b Cylinder Head Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Cylinder Head Specs” ở góc trái của màn hình giao diện

chính, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số cho bộ phận nắp máy như

# Valve/Ports Số xupap nạp của một máy

Valve Diameter , in Đường kính xupap, inch

Avg Port Diameter, in Đường kính ống nạp nhiên liệu,

inch

Port Length, in Chiều dài cổng nạp, inch

Single Flow Coef Hệ số dòng khí

Anti-reversion,% Chống đảo chiều dòng khí nạp

Use Single flow Coef Sử dụng hệ số dòng khí nạp đơn

Use Flow Table Sử dụng bảng để tính toán cho hệ

số dòng khí nạp

Combustion Chamber Compression Ratio Chamber Design

Buồng đốt

Tỉ số nén Kiểu buồng đốt

Exhaust port

specs

# Valve/ Port Số xupap thải của một máy

Valve Diameter , in Đường kính xupap, inch

Avg Port Diameter, in Đường kính ống thải, inch

Port Length, in Chiều dài ống thải, inch

Single Flow Coef Hệ số dòng khí thải đơn

Anti-reversion,% Chống đảo chiều dòng khí thải

Use Single flow Coef Use Flow Table

Sử dụng hệ số dòng khí thải đơn

Sử dụng bảng để tính toán cho hệ

số dòng khí thải

Miscellaneous Material/ Coating Burn Rating

Độ tinh khiết của nhiên liệu Vật liệu/ phủ cách nhiệt

Tỉ lệ cháy của nhiên liệu

c Intake System Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Intake System Specs” trên màn hình giao diện chính, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số cho hệ thống nạp như hình dưới:

Hình 2.4 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Intake System Specs” Bảng 2.4 Các chức năng của thanh công cụ “Intake System Specs”

Các nút lệnh Chức năng

Runner Dia @ Head, in Đường kính đường ống nạp, inch

Design Kiểu dáng

Runner lengh, in Chiều dài ống nạp

Runner flow coef Hệ số dòng khí nạp

Runner taper, deg Độ côn của ống khí nạp hình nón cụt

Manifold type Kiểu đường ống góp chung

Intake heat Nhiệt độ không khí nạp vào

Total CFM rating Tổng nhiên liệu tiêu thụ trong một phút

Plenum specs Tính toán khoang chứa khí nạp

d Exhaust System Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Exhaust System Specs” trên màn hình giao diện chính,

phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số cho hệ thống khí thải như hình dưới:

Hình 2.5 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Exhaust System Specs” Bảng 2.5 Các chức năng của thanh công cụ “Exhaust System Specs”

Runner Flow Coef Hệ số dòng không khí của ống nạp

Exhaust/ muffler system:

e Cam/Valve Train Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Cam/Valve Train Specs” trên màn hình giao diện chính,

phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số cho hành trình cam và xupap như hình dưới:

Hình 2.6 Màn hình giao diện của thanh công cụ “Cam/Valve Train Specs” Bảng 2.6 Các chức năng của thanh công cụ “Cam/Valve Train Specs”

Các nút lệnh Chức năng

Centerline, deg ATDC Đường tâm của vấu cam

Duration @ 050” Khoảng mở của xupap

Open @ 050”, BTDC Góc mở sớm trước điểm chết trên, đơn vị

“độ”

Close @ 050”, ABDC Góc đóng muộn sau điểm chết dưới, đơn vị

“độ”

Max Lobe Lift, in Độ nhấc cực đại của mấu cam, đơn vị inch

Actual Valve Lash, in khe hở thực tế của xupap, đơn vị inch

Designed Valve Lash, in Khe hở thiết kế xupap

Rocker Arm Ratio Hiệu chỉnh cò mổ

Lifter ( profiel) type Kiểu con đội

Gross valve lift Tổng số xupap của động cơ

Dwell over nose Góc quét tối đa của các xupap

Duration @ 200” Khoảng mở

Use a Cam File Sử dụng các số liệu về cam

Total cam advance Góc mở sớm của cam

Lobe separation Khoảng hành trình của mấu cam

Lift for rating events Độ nhấc xupap từng thời điểm

f Turbo/Supercharger Specs

Khi nhấp chuột vào nút “Turbo/Supercharger Specs” trên màn hình giao diện

chính, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập những thông số cho các kiểu siêu nạp, tăng áp cho thông số của bô tăng áp, siêu nạp như hình dưới:

Hình 2.7 Giao diện của thanh công cụ “Turbo/Supercharger Specs” Bảng 2.7 Các chức năng của thanh công cụ “Turbo/Supercharger Specs”

Các nút lệnh Chức năng

None (naturally asperated) Không có tăng áp

Roots Supercharger Tăng áp kiểu máy nén

Centrifugal Supercharger Kiểu nạp máy nén ly tâm

Turbocharge Hệ thống tăng áp nhờ năng lượng khí thải

Centrifugal into Roots S/C Sử dụng máy nén hỗn hợp

g Calculate Performance Conditions

Khi nhấp chuột vào nút “Calculate Performance Conditions” trên màn hình giao

diện chính, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ để thiết lập các thông số nhằm mục đích đảm

bảo thực hiện các điều kiện tính toán như hình dưới

Hình 2.8 Giao diện của thanh công cụ “Calculate Performance Conditions” Bảng 2.8 Các chức năng của thanh công cụ “Calculate Performance Conditions”

Các nút lệnh Chức năng

Weather Thời tiết (nhiệt độ môi trường)

Barometric Pressure, “ hg” Áp suất khí trời

Intake Air Temp, deg F Nhiệt độ không khí nạp độ F

Dew Point, deg F Độ phun tơi của nhiên liệu

Elevation, feet Độ cao của địa hình, đơn vị là feet

Coolant Temp, deg F Nhiệt độ làm mát

Accel rate, RPM/ sec Số vòng quay trung bình của động cơ

RPMs to run Số vòng quay khởi động động cơ

Number of RPM Steps Số lượng bước nhảy tốc độ của động cơ

RPM Step Size Bước nhảy thay đổi tốc độ của động cơ

Fuel specs:

Type ( fuel)

Fuel octane ( RM)/2

Thông số của nhiên liệu:

Loại nhiên liệu Chỉ số octan của nhiên liệu (xăng), cetan (diesel)

Spark curve specs Thông số đánh lửa

2.4 Ứng dụng của phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3

Phần mềm ENGINE ANALYZER PRO V3.3 có nhiều tính năng và ứng dụng trên

cả lĩnh vực thiết kế cũng mô phỏng động cơ, đây là một số tính năng ứng dụng cơ bản:

- Mô phỏng được các quá trình công tác của động cơ với độ chính xác và tin cậy cao, tạo thuận lợi trong mục tiêu thiết kế động cơ hoặc phân tích các quá trình nhiệt và động học

- Có thể mô phỏng động cơ từ mộ xy lanh đến nhiều xy lanh, cho loại động cơ xăng, diesel hay các loại nhiên liệu khác nhau, động cơ hai kỳ hay động cơ bốn kỳ với

dãi công suất khác nhau từ động cơ cỡ nhỏ như xe máy đến các động cơ cỡ lớn như tàu thủy, mô phỏng được các chế độ làm việc của động cơ

- Xác định được chính xác các thông số nhiệt và động học, dòng chảy quá trình trao đổi khí, quá trình phun nhiên liệu, quá trình cháy, các kiểu làm mát, các kiểu nạp nhiên liệu

- Trong đào tạo có khả năng tái hiện được các hình ảnh gần như thực tế và trực qua, mổ xẻ các hiện tượng xảy ra bên trong mà không thể quan sát trực tiếp trên mô hình thực hoặc nếu quan sát được cũng phải dùng các thiết bị đắt tiền

- Trong sản xuất nó giúp rút ngắn thời gian thiết kế, giảm chi phí và số lượng sản phẩm mẫu trong quá trình thiết kế, tối ưu hóa được các quá trình công tác cũng như kết cấu để có được động cơ với tính năng cao

- Loại trừ được một số trường hợp bất thường có thể xảy ra trên thực tế mà không làm tổn hại đến động cơ thực, lựa chọn được khoảng an toàn thí nghiệm và giúp giảm bớt số lượng thí nghiệm thực tế, tiết kiệm được thời gian và tiền bạc

- Giúp chuẩn đoán được những hư hỏng ban đầu có thể xảy ra trong một số trường hợp, làm tăng nhanh tiến độ sữa chữa động cơ

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các thông số, các nút lệnh của chương trình và cách thiết lập các thông số đầu vào

3.1 Cách khởi động chương trình

Để khởi động chương trình ta có 2 cách như sau:

- Kích đúp chuột vào biểu tượng EAP trên màn hình

- Vào mục START→All programs→Perf.Trends→Engine Analyzer Pro

V3.3

Sau khi mở chương trình lên, tiếp theo chọn “File” → “New” để thiết lập động cơ

mới Lần lượt chọn các nút lệnh các cửa sổ mới sẽ hiện ra để thiết lập các thông số đầu vào cho động cơ

LƯU Ý KHI THIẾT LẬP: Đối với các thông số nhập trực tiếp vào phần mềm ta sẽ

nhập vào ô trống bên cạnh của thông số đó hoặc bấm vào “Clc” để tính toán cho thông

số đang thiết lập Đối với các thông số lựa chọn trực tiếp từ phần mềm ta nhấp chuột vào dấu mũi tên bên cạnh thông số để có danh sách các lựa chọn thông số cho động cơ đang thiết lập

Nếu các giá trị nhập vào không đúng hoặc không nằm trong giới hạn cho phép phần mềm sẽ hiện một cửa sổ thông báo để cảnh báo người dùng nhập vào các giá trị phù hợp trong phạm vi cho phép Ví dụ ta nhập chiều dài thanh truyền là 155 inch, phần mềm sẽ cảnh báo rằng giá trị này không phù hợp và chiều dài thanh truyền nên nằm trong khoảng 1 đến 16 inch như hình dưới

Hình 3.3 Cửa sổ cảnh báo về các sai phạm trong thiết lập

Để kết thúc chương trình nhấp chuột vào dấu x phía trên cùng bên phải của chương trình

3.2 Các thông số thân máy và cách thiết lập

Trong mục “Short Block Specs” trên cửa sổ phần mềm ta sẽ thiết lập và tính toán

các thông số như hình bên dưới:

Hình 3.4 Các thông số nắp máy trên cửa sổ Short Block Specs

 Rod Length, inch

Chiều dài thanh truyền tính từ tâm đầu to đến tâm đầu nhỏ thanh truyền

 Piston Skirt

Thông số này miêu tả kích thước váy piston

Hình 3.6 Chiều dài hiệu quả của váy piston (inch) và sự chọn váy piston

Với:

- Typiacal Skirt : Loại váy piston kiểu phổ thông

- Smaller Skirt : Loại váy piston cỡ nhỏ

- Very Small Skirt : Loại váy piston cỡ nhỏ hơn

- Large Diesel Skirt : Loại váy piston cho động cơ Diesel

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của chiều dài váy piston và đường kính piston đến độ hiệu quả làm việc của piston

 Bearing Size

Thông số này cho phép bạn lựa chọn kích thước bạc lót với 3 cách như sau:

- Nhập trực tiếp hệ số kích thước bạc lót đã có sẵn mà không cần phải tính toán

- Nhấp chuột vào mũi tên để chọn hệ số kích thước của bạc lót trong danh sách có sẵn

Hình 3.7 Danh sách các lựa chọn cho hệ số bạc lót

- Nhấp chuột vào nút “Clc” để tính toán hệ số kích thước bạc lót thực tế từ kích

thước bạc lót trong động cơ

Hình 3.8 Cửa sổ tính hệ số bạc lót động cơ

Bảng 3.3 Chú thích các giá trị cần nhập để tính hệ số bạc lót động cơ

# Main Bearings Số bạc lót cổ trục chính

Main Bearing Diameter, in Đường kính bạc lót cổ trục chính

Main Bearing Width, in Bề rộng bạc lót cổ trục chính

# Rod Bearings Số bạc lót thanh truyền

Rod Bearing Diameter, in Đường kính bạc lót thanh truyền

Rod Bearing Width, in Bề rộng bạc lót thanh truyền

# Cam Bearings Số bạc lót trục cam

Cam Bearing Diameter, in Đường kính bạc lót trục cam

Cam Bearing Width, in Bề rộng bạc lót trục cam

 Piston Top

Ở mục này chúng ta sẽ bạn lựa chọn lớp phủ cách nhiệt cho đầu piston

- No coating : Không có sơn cách nhiệt

- Typical insulating coating : Sơn cách nhiệt kiểu phổ biến

- Modern insulating coating : Sơn cách nhiệt kiểu hiện đại

 Cylinder Leakage

Để miêu tả sự rò rỉ tương đối giữa các xéc măng dầu và khí với xy lanh ta có các lựa chọn sau:

- High Leakage : Rò rỉ cao

- Typical Leakage : Rò rỉ vừa

- Low Leakage : Rò rỉ thấp

- Zero Leakage : Không rò rỉ

 Cooling Fan Type

Tại mục này ta có thể chọn loại quạt làm mát được sử dụng trên động cơ Nhấp chuột vào biểu tượng mũi tên bên phải ta sẽ có một danh sách các loại quạt được mô tả

cụ thể trong bảng bên dưới

Bảng 3.4 Các loại quạt và mô tả đặc điểm

None Không sử dụng quạt làm mát

Electric Quạt điện sử dụng điện từ ắc quy

Clutch Quạt ly hợp ướt, dùng ma sát để dẫn động Loại quạt được dùng

chung trục dẫn động với bơm nước

Flex Quạt có các cánh quạt được làm từ thép đàn hồi mỏng

Solid Steel Quạt có cánh quạt được làm bằng thép mỏng, chúng có thể duy trì

chiều nghiên cánh quạt hoặc góc cắt không khí ở mọi tốc độ của động cơ Loại quạt này thường được sử dụng vào thập niên 60

 Water Pump & Drive

Mục này mô tả loại máy bơm nước và hệ thống đai, puly giúp máy bơm nước hoạt động

Bảng 3.5.Các loại máy bơm nước và đặc điểm của nó

Các loại bơm Mô tả đặc điểm

None Không có bơm nước ( thường các loại động cơ không có hệ thống