Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
PHAN ĐẮC YẾN 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC 
B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG 
VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI – NĂM 2015 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
PHAN ĐẮC YẾN 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC 
B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG 
VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực 
Mã số: 62 52 01 16 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS, TS Nguyễn Hoàng Vũ 
2. TS Nguyễn Trung Kiên 
HÀ NỘI – NĂM 2015 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
 Tôi xin cam đoan Luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. 
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong 
bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và 
ghi đúng quy định. 
 Tác giả luận án 
 Phan Đắc Yến 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Trước hết, Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Phòng sau 
Đại học, Khoa Động lực, Bộ môn Động cơ - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi 
điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận án. 
Tôi xin chân thành biết ơn Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Công nghiệp và 
Xây dựng đã dành cho tôi những điều kiện thuận lợi trong quá trình làm luận án. 
 Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn 
Hoàng Vũ, TS Nguyễn Trung Kiên – Bộ môn Động cơ – Học viện KTQS về những 
hướng dẫn khoa học và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để nghiên cứu sinh hoàn 
thành luận án. 
Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà máy Z153/Tổng cục Kỹ thuật, Phòng thí 
nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc-hóa dầu/Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, 
Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng 1 (Quatest 1), Trung tâm Quốc 
gia thử nghiệm khí thải Phương tiện cơ giới đường bộ (NETC)/Cục Đăng kiểm Việt 
Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu thực 
nghiệm và hoàn thành phần thực nghiệm của luận án. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy thuộc Bộ môn Động cơ- Khoa Động 
lực- Học viện KTQS và các chuyên gia thuộc lĩnh vực Cơ khí – Động lực trong và 
ngoài Học viện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho NCS trong quá trình thực 
hiện và hoàn thành luận án. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp và những người 
thân trong gia đình đã động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện 
luận án. 
 Nghiên cứu sinh 
 Phan Đắc Yến 
iii 
MỤC LỤC 
 Trang 
LỜI CAM ĐOAN i 
LỜI CẢM ƠN ii 
MỤC LỤC iii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii 
MỞ ĐẦU 1 
Mục đích và phạm vi nghiên cứu 2 
Đối tƣợng nghiên cứu 2 
Loại nhiên liệu sử dụng 2 
Phƣơng pháp nghiên cứu 2 
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 
Bố cục của luận án 4 
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 6 
1.1. Biodiesel là một loại nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel dầu mỏ 6 
1.2. Sự thay đổi thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel dầu mỏ 11 
1.3. Ảnh hƣởng của thuộc tính nhiên liệu đến quá trình tạo hỗn hợp và cháy 
của động cơ diesel 
14 
1.3.1. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong 
động cơ diesel 
14 
1.3.2. Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến QLCCNL, quá trình tạo hỗn hợp 15 
1.3.3. Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến quá trình cháy và hình thành các 
chất ô nhiễm 
17 
1.4. Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel cho động cơ 19 
1.4.1. Mức pha trộn và kinh nghiệm sử dụng thực tế 19 
1.4.1.1. Với mức pha trộn nhỏ (≤ 5%) 19 
1.4.1.2. Với mức pha trộn trung bình (từ 6 đến 20%) 19 
1.4.1.3. Với mức pha trộn lớn (trên 20%) 20 
1.4.2. Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel với mức pha trộn trung bình 20 
1.5. Tình hình nghiên cứu ảnh hƣởng của biodiesel đến các chỉ tiêu kinh tế, 
năng lƣợng, môi trƣờng của động cơ diesel 
 21 
1.5.1. Trên thế giới 21 
iv 
1.5.2. Tại Việt Nam 24 
1.6. Kết luận chƣơng 1 29 
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG 
LƢỢNG, MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 
30 
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel 30 
 2.1.1. Mô hình hệ thống phun nhiên liệu dùng BCA kiểu cơ khí truyền thống 30 
2.1.2. Tính toán quá trình truyền sóng áp suất trên đường ống cao áp 31 
2.1.3. Các phương trình điều kiện biên tại bơm cao áp và vòi phun 32 
2.1.3.1. Phương trình điều kiện biên tại bơm cao áp 32 
2.1.3.2. Phương trình điều kiện biên tại vòi phun 34 
2.1.3.3. Hệ phương trình vi phân điều kiện biên 35 
2.1.4. Xác định quy luật cung cấp nhiên liệu 36 
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác các chỉ tiêu kinh tế, năng 
lƣợng, của động cơ 
37 
2.2.1. Mô hình vật lý dùng để tính toán chu trình công tác của động cơ 37 
2.2.2. Các phương trình cơ bản tính diễn biến áp suất, nhiệt độ trong xi lanh 
động cơ diesel 
37 
2.2.3. Mô hình tính toán quá trình cháy 39 
2.2.3.1. Khái quát chung 39 
2.2.3.2. Mô hình cháy đa vùng Razleitsev - Kuleshov 40 
2.2.4. Mô hình tính trao đổi nhiệt của môi chất với thành vách 47 
2.2.5. Tính toán các thông số đánh giá chu trình và chỉ tiêu kinh tế, năng lượng 48 
2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán NOx và độ khói k của động cơ 49 
2.3.1. Xác định thành phần NOx trong khí thải động cơ 49 
2.3.2. Tính toán độ khói khí thải k 51 
2.4. Lựa chọn phần mềm tính toán 53 
2.4.1. Lựa chọn phần mềm tính toán QLCCNL 53 
2.4.2. Lựa chọn phần mềm tính toán chu trình công tác và các chỉ tiêu kinh tế, 
năng lượng, môi trường của động cơ 
55 
2.5. Kết luận chƣơng 2 56 
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA 
BIODIESEL B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƢỢNG, MÔI 
TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ B2 
57 
3.1. Lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu 57 
v 
3.2. Tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ B2 bằng phần mềm 
mô phỏng Inject32 
58 
3.2.1. Hệ thống phun nhiên liệu của động cơ B2 58 
3.2.2. Xây dựng mô hình và xác định các thông số đầu vào 59 
3.2.3. Thuộc tính của nhiên liệu dùng cho phần mềm Inject32 60 
3.2.4. Chế độ, trình tự tính toán và phương pháp đánh giá tác động của B10, 
B20 đến quy luật cung cấp nhiên liệu 
61 
3.2.5. Đánh giá, hiệu chỉnh mô hình tính quy luật cung cấp nhiên liệu 61 
3.2.6. Kết quả tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu 63 
3.3. Tính toán các quá trình nhiệt động, các chỉ tiêu kinh tế, năng lƣợng, môi 
trƣờng của động cơ B2 bằng phần mềm mô phỏng Diesel-RK 
70 
3.3.1. Xây dựng mô hình tính và xác định các thông số đầu vào 70 
3.3.2. Chế độ, trình tự tính toán và phương pháp đánh giá tác động của B10, 
B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2 
72 
3.3.3. Đánh giá, hiệu chỉnh mô hình tính chu trình công tác 73 
3.3.4. Kết quả tính toán và nhận xét 75 
3.3.4.1. Quá trình hình thành và phát triển tia phun 75 
3.3.4.2. Diễn biến quá trình tạo hỗn hợp và cháy 76 
3.3.4.3. Kết quả tính toán các thông số nhiệt động trong xi lanh 82 
3.3.4.4. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng 86 
3.3.4.5. Tính toán mức phát thải NOx và độ khói k 91 
3.4. Kết luận Chƣơng 3 95 
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 96 
4.1. Mục đích, chế độ, điều kiện và đối tƣợng thử nghiệm 96 
 4.1.1. Mục đích 96 
 4.1.2. Chế độ thực nghiệm 96 
4.1.2.1. Xác định các thuộc tính của nhiên liệu 96 
4.1.2.2. Xác định lượng nhiên liệu cấp cho chu trình 96 
4.1.2.3. Xác định các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường 96 
 4.1.3. Điều kiện thực nghiệm 96 
 4.1.4. Đối tượng thực nghiệm 97 
4.2. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm 97 
4.2.1. Trang thiết bị xác định các thuộc tính của nhiên liệu 97 
4.2.2. Trang thiết bị xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình 101 
vi 
4.2.3. Trang thiết bị xác định ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh 
tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2 
102 
4.2.3.1. Bệ thử động cơ AVL-ETC 102 
4.2.3.2. Các hệ thống chính của bệ thử 103 
4.3. Kết quả thực nghiệm và nhận xét 110 
4.3.1. Xác định các thuộc tính của nhiên liệu 110 
4.3.2. Xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình 114 
4.3.3. Xác định các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ 116 
4.3.4. Xác định mức phát thải NOx và độ khói k của động cơ 117 
4.3.5. Nhận xét chung 119 
4.4. Đánh giá độ chính xác, tin cậy của các mô hình đã xây dựng 119 
4.4.1. Mô hình tính quy luật cung cấp nhiên liệu 119 
4.4.2. Mô hình tính các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng 121 
4.4.3. Mô hình tính NOx; độ khói k 123 
4.5. Kết luận Chƣơng 4 126 
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 127 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN 
ĐẾN LUẬN ÁN 
129 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 
PHỤ LỤC 139 
vii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
Ký hiệu Diễn giải Đơn vị 
AEA Tổ chức dầu khí 
ASTM Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ (American 
Society for Testing and Materials) 
AVL-
ETC 
Phòng thử nghiệm động cơ hạng nặng (Heavy Duty Engine 
Test Cell) 
B0 (DO) Nhiên liệu diesel dầu mỏ 
Biodiesel Nhiên liệu diesel sinh học 
Biofuel Nhiên liệu sinh học 
Bx Nhiên liệu diesel nguồn gốc hóa thạch được hòa trộn với 
nhiên liệu diesel sinh học, trong đó, B thể hiện là hỗn hợp 
diesel/biodiesel, x thể hiện tỷ lệ % theo thể tích của diesel 
sinh học trong hỗn hợp. 
BCA Bơm cao áp 
CCKTTT Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 
CFR Động cơ diesel thử nghiệm trị số xê tan 
CNG Khí thiên nhiên 
CO Ô xít các bon 
CTCT Chu trình công tác 
cn Vận tốc pít tông BCA m/s 
d32 Đường kính trung bình (Sauter) của hạt nhiên liệu 
ĐCD Điểm chết dưới 
ĐCĐT Động cơ đốt trong 
ĐCT Điểm chết trên 
DME Dimetyl Ete 
EGR Tuần hoàn khí thải 
EU Liên minh Châu Âu (European Union) 
FAME Este metyl a xít béo (Fatty acid methyl esters) 
gct Lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình mg/ct 
ge Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g/kW.h 
GPS Góc phun sớm độ 
GQTK Góc quay trục khuỷu độ 
GQTC Góc quay trục cam độ 
HC Hydrocacbon 
viii 
HTPNL Hệ thống phun nhiên liệu 
ISO Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (International Organization 
for Standardization) 
k Độ khói khí thải 1/m 
KH&CN Khoa học và công nghệ 
LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng 
Me Mô men xoắn có ích N.m 
n Tốc độ vòng quay của trục khuỷu vg/ph 
nc Tốc độ vòng quay của trục cam bơm cao áp vg/ph 
NCKH Nghiên cứu khoa học 
NCS Nghiên cứu sinh 
Ne Công suất có ích kW 
NETC Trung tâm quốc gia thử nghiệm khí thải phương tiện cơ 
giới đường bộ (National Emission Testing Center for 
Vehicle) 
NLSH Nhiên liệu sinh học 
NOx Các Ô xít Ni tơ 
PM Chất thải dạng hạt (Particulates Matter) 
PTCGĐB Phương tiện cơ giới đường bộ 
PTCGQS Phương tiện cơ giới quân sự 
PTCN Phát triển công nghệ 
PTN Phòng thí nghiệm 
QCVN Quy chuẩn Việt Nam 
QLCCNL Quy luật cung cấp nhiên liệu 
QTCN Quy trình công nghệ 
Quatest 1 Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 
TCCS Tiêu chuẩn cơ sở 
TCKT Tổng cục kỹ thuật 
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 
TSKT Tiến sĩ kỹ thuật 
VP Vòi phun 
hp Độ nâng pít tông BCA mm 
hk Độ nâng van cao áp mm 
y Độ nâng kim phun mm 
p
’
 Áp suất phun nhiên liệu (áp suất khoang miệng vòi phun) MPa 
ix 
q Tốc độ phun nhiên liệu ml/s 
Vinj Vận tốc nhiên liệu ở đầu ra lỗ phun của vòi phun m/s 
pinj Áp suất nhiên liệu trước lỗ phun bar 
SDllute Phần nhiên liệu trong vùng loãng ngoài vỏ tia phun và 
trong vùng loãng bên ngoài dòng sát vách buồng cháy 
% mass 
SSprCore Phần nhiên liệu trong lõi tia phun % mass 
SFront Phần nhiên liệu phía trước lõi tia phun % mass 
SCoreNWF Phần nhiên liệu trong lõi tia phun sát thành buồng cháy % mass 
SCrosNWF Phần nhiên liệu vùng ngoài lõi của tia phun sát thành 
buồng cháy 
% mass 
SHead Phần nhiên liệu của tia phun bắn lên nắp xi lanh % mass 
SLiner Phần nhiên liệu của tia phun trên thành xi lanh % mass 
 Hệ số dư lượng không khí 
 id Thời gian cháy trễ Độ GQTK 
 z Khoảng thời gian cháy Độ GQTK 
dx/d Tốc độ cháy 1/độ GQTK 
xb Quy luật cháy 
Tburn Nhiệt độ vùng cháy K 
dQc/d Tốc độ tỏa nhiệt J/độ GQTK 
pxl Áp suất trong xi lanh bar 
pxl max Áp suất lớn nhất trong xi lanh bar 
Txl Nhiệt độ trong xi lanh K 
Txl max Nhiệt độ lớn nhất trong xi lanh K 
dp/d Tốc độ tăng áp suất trong xi lanh Bar/độ 
GQTK 
pi Áp suất chỉ thị trung bình bar 
pe Áp suất có ích trung bình bar 
m Hiệu suất cơ khí của động cơ % 
i Hiệu suất chỉ thị của động cơ 
e Hiệu suất có ích của động cơ % 
dk/d Tốc độ hình thành độ khói 1/độ GQTK 
Ngoài ra, còn một số từ viết tắt và ký hiệu được sử dụng và diễn giải 
trong các Chương tương ứng của luận án và phần Phụ lục 
x 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 
Ký hiệu Tên bảng Trang 
Bảng 1.1 Lượng tiêu thụ biodiesel trên toàn cầu (năm 2009) 8 
Bảng 1.2 Kết quả phân tích các thuộc tính của mẫu biodiesel gốc B100 10 
Bảng 1.3 Sự thay đổi thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của biodiesel theo tỷ lệ 
pha trộn (với B100 có cùng nguồn gốc) 
12 
Bảng 1.4 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp B10, B20 theo 
nguồn gốc của B100 
13 
Bảng 3.1 Các thông số về nhiên liệu cần cho Inject32 60 
Bảng 3.2 So sánh lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình ở chế độ 100% tải 
giữa tính toán và thực nghiệm 
62 
Bảng 3.3 Kết quả tính toán áp suất lớn nhất trong khoang xi lanh BCA pH max; 
khoang đầu nối p’H max; khoang vòi phun p max tại n = 2000 
vg/ph, khi sử dụng B0, B10 và B20 
65 
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán các thông số chính của QLCCNL khi sử 
dụng B0, B10 và B20 tại n= 2000 vg/ph 
68 
Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả tính toán ảnh hưởng của B10, B20 đến gct trên toàn 
dải tốc độ vận hành 
68 
Bảng 3.6 Các thông số về nhiên liệu cần nhập vào phần mềm Diesel-RK 71 
Bảng 3.7 So sánh kết quả tính toán và thực nghiệm về Me; ge ở chế độ 100% 
tải, khi sử dụng B0 
74 
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của B10, B20 đến hệ số dư lượng không khí 76 
Bảng 3.9 Ảnh hưởng của B10, B20 đến thời gian cháy trễ id 77 
Bảng 3.10 Ảnh hưởng của B10, B20 đến tốc độ chát lớn nhất dx/d tại n= 2000 
vg/ph 
79 
Bảng 3.11 Ảnh hưởng của B10, B20 đến khoảng thời gian cháy z 79 
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của B10, B20 đến nhiệt độ vùng cháy Tburn max và tốc độ 
tỏa nhiệt dQc/d max ở n=2000 vg/ph 
81 
Bảng 3.13 Sự thay đổi áp suất lớn nhất trong xi lanh pxl max khi dùng B0, B10, B20 83 
Bảng 3.14 Sự thay đổi nhiệt độ xi lanh lớn nhất Txl max khi sử dụng B0, B10, B20 85 
Bảng 3.15 Sự thay đổi áp suất chỉ thị trung bình pi khi sử dụng B0, B10, B20 86 
Bảng 3.16 Sự thay đổi hiệu suất chỉ thị i khi sử dụng B0, B10, B20 87 
Bảng 3.17 Sự thay đổi áp suất có ích trung bình pe khi sử dụng B0, B10, B20 88 
Bảng 3.18 Tổng hợp ảnh hưởng của B10, B20 đến Me; ge của động cơ B2 89 
Bảng 3.19 Tổng hợp ảnh hưởng của B10, B20 đến mức phát thải NOx 91 
xi 
Bảng 3.20 Tổng hợp ảnh hưởng của B10, B20 đến độ khói k của động cơ B2 94 
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị xác định tỷ trọng 97 
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị xác định đường cong chưng cất 98 
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật của thiết bị xác định độ nhớt 98 
Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật của thiết bị xác đ ... kính ngoài của đường ống cao áp mm 7 
3 Chiều dài hiệu dụng của đường ống cao áp mm 295 
4 Đường kính trong của rãnh dẫn nhiên liệu ở vòi phun mm 2 
5 Đường kính ngoài của rãnh dẫn nhiên liệu ở vòi phun mm 8 
6 Chiều dài hiệu dụng của rãnh mm 220 
143 
7 Tổng khối lượng kim phun g 35,14 
8 
Độ cứng lò xo vòi phun 
mm
N
 2696 
9 Đường kính kim phun mm 3,2 
10 Hành trình nâng kim phun lớn nhất mm 0,45 
11 Áp suất bắt đầu phun MPa 20 
12 Góc phun sớm theo góc quay trục khuỷu trước ĐCT độ 32 
13 Đường kính đường tiếp xúc mặt côn của kim phun mm 3,1 
14 Đường kính lớn nhất của mặt côn kim phun mm 3,2 
15 ½ góc mặt côn của kim phun độ 32,5 
16 ½ góc mặt côn đầu vòi phun độ 30 
144 
PHỤ LỤC 2 
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ DÙNG CHO MÔ HÌNH TÍNH 
CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG PHẦN MỀM DIESEL-RK 
1. Các thông số chung của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 
 Phần mềm Diesel-RK đòi hỏi phải khai báo các thông số kết cấu của cơ cấu 
khuỷu trục thanh truyền (CCKTTT) như: chiều dài thanh truyền, số lượng, và vị trí 
của các xéc măng, vật liệu chế tạo pít tông,... 
Thông số kích thước của thanh truyền, số lượng xéc măng trên 1 pít tông của 
động cơ B2 được trình bày trong Bảng 1 
Bảng 1. Kích thước thanh truyền, xéc măng của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
1 Chiều dài thanh truyền chính 320 mm 
2 Chiều dài thanh truyền phụ 238,4 mm 
3 Số xéc măng phía trên chốt pít tông 04 Cái 
4 Số xéc măng phía dưới chốt pít tông 01 Cái 
2. Xác định các thông số về hệ thống nạp, thải 
 Hình dáng thiết kế và kích thước của hệ thống nạp, thải của các loại động cơ 
là khác nhau. Để nhập thông số về hệ thống nạp, thải vào mô hình Diesel-RK cần 
lựa chọn hình dạng và vị trí các kích thước của hệ thống nạp, thải theo Hình 1. 
Hình 1. Lựa chọn và khai báo các thông số về hệ thống nạp, thải động cơ B2 
145 
- Đường ống nạp: các thông số kết cấu đường ống nạp cần nhập vào Diesel- 
RK bao gồm chiều dài ống, đường kính trong của ống nạp, số cửa nạp của xi lanh 
kết nối với ống nạp... Các thông số này được xác định thông qua các bản vẽ chế tạo, 
tài liệu kỹ thuật của đông cơ [13, 114] và được trình bày chi tiết trong Bảng 2. 
Bảng 2. Kết cấu đường ống nạp của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
1 Chiều dài đường ống nạp 1114 mm 
2 Đường kính trong của ống nạp 90 mm 
3 Chiều dày thành ống 2,5 mm 
4 Chu vi của mặt cắt ngang ống nạp 282,6 mm 
5 Số xi lanh kết nối với cùng 1 ống nạp 06 
6 Đường kính ống tại đoạn nối với ống nạp (hình e líp 
có đường kính dài: Da; đường kính ngắn Db) 
Da = 125 
Db = 51 
mm 
 - Đường ống thải: các thông số kích thước đường ống thải được xác định 
theo bản vẽ chế tạo đường ống thải [13] và được trình bày chi tiết trong Bảng 3. 
Bảng 3. Kết cấu đường ống thải của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
1 Chiều dài toàn bộ tính từ mặt đầu ngoài nắp bịt kín 
đến mặt đầu mặt bích nắp ống giảm âm 
1051,5 
mm 
2 Đường kính trong ống thải 92 mm 
3 Chiều dày thành ống 5 mm 
4 Số xi lanh kết nối với cùng 1 ống nạp 06 
5 Đường kính dài Da tại đoạn nối với ống xả 118 mm 
6 Đường kính ngắn Db tại đoạn nối với ống xả 87 mm 
- Các thông số về cửa nạp, cửa thải: trước hết, cần căn cứ kết cấu thực tế 
của cửa nạp, thải của động cơ B2 để chọn dạng cửa nạp, cửa thải (theo định dạng có 
sẵn trong RK, Hình 1). Thông số kích thước cửa nạp, thải cần xác định là chiều dài 
cửa Lp; đường kính Dp; chu vi Pp. Các thông số này được xác định dựa theo Bản vẽ 
chế tạo nắp máy của động cơ B2 [13] và được trình bày trong Bảng 4. 
Bảng 4. Kết cấu cửa nạp, cửa thải của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
I Cửa nạp 
1.1 Số cửa nạp trên 1 xi lanh 02 
146 
1.2 Chiều dài cửa nạp Lp 138 mm 
1.3 Đường kính để tính diện tích đoạn ống ngang Dp 53 mm 
1.4 Chu vi đoạn ống ngang Pp 166 mm 
II Cửa thải 
2.1 Số cửa thải trên 1 xi lanh 02 
2.2 Chiều dài cửa thải Lp 80 mm 
2.3 Đường kính để tính diện tích đoạn ống ngang Dp 53 mm 
2.4 Chu vi đoạn ống ngang Pp 166 mm 
3. Xác định các thông số về xu páp 
 Các thông số kết cấu của xu páp được xác định theo bản vẽ chế tạo, thời 
điểm mở xu páp xác định theo thông số kỹ thuật của động cơ [13,114] và được trình 
bày chi tiết trong Bảng 5. 
Bảng 5. Kết cấu xu páp nạp, thải của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
I Xu páp nạp 
1.1 Đường kính thân lắp với ống dẫn hướng 18 mm 
1.2 Đường kính thân trong khoang cửa hút 13,2 mm 
1.3 Đường kính phần nấm tiếp xúc với đế xu páp 52 mm 
1.4 Đường kính ngoài nấm xu páp 54 mm 
1.5 Chiều dày phần nấm 5 mm 
1.6 Góc mở sớm xu páp nạp 20 Độ GQTK 
1.7 Góc đóng muộn xu páp nạp 48 Độ GQTK 
II Xu páp thải 
2.1 Đường kính thân lắp với ống dẫn hướng 18 mm 
2.2 Đường kính thân trong khoang cửa thải 15,2 mm 
2.3 Đường kính phần nấm tiếp xúc với đế xu páp 48 mm 
2.4 Đường kính ngoài nấm xu páp 50 mm 
2.5 Chiều dày phần nấm 6,5 mm 
2.6 Góc mở sớm xu páp thải 48 Độ GQTK 
2.7 Góc đóng muộn xu páp thải 20 Độ GQTK 
147 
4. Xác định các thông số của hệ thống phun nhiên liệu và buồng cháy 
Các thông số thuộc HTPNL nhập vào mô hình gồm: các thông số về kết cấu 
và vị trí các lỗ phun của vòi phun, QLCCNL. Các thông số kết cấu của vòi phun 
được lấy từ tài liệu [114] và được trình bày trong Bảng 6; cửa sổ nhập dữ liệu các 
thông số của vòi phun được trình bày trên Hình 2. 
Bảng 6. Các thông số kết cấu vòi phun của động cơ B2, [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
1 Đường kính lỗ phun 0,25 mm 
2 Số lỗ phun trên 1 vòi phun 7 
3 Khoảng cách giữa tâm vòi phun và tâm đỉnh pít tông 0 mm 
4 Khoảng cách giữa đầu vòi phun với mặt phẳng nắp máy 3 mm 
Hình 2. Khai báo kết cấu vòi phun động cơ B2 trong Diesel-RK 
a) Dạng bảng b) Dạng đồ thị 
Hình 3. Giao diện khai báo QLCCN trong Diesel-RK 
148 
Dữ liệu về QLCCNL được nhập vào mô hình tính CTCT theo kết quả tính 
toán HTPNL trong Inject 32. QLCCNL nhập vào Diesel-RK có thể ở dạng bảng 
hoặc đồ thị như trên Hình 3. 
Các thông số về buồng cháy cần nhập vào Diesel-RK được xác định trên cơ 
sở bản vẽ chế tạo các chi tiết thuộc nhóm pít tông, nắp máy của động cơ B2 [13]. 
Cửa sổ nhập dữ liệu các thông số buồng cháy được trình bày trên Hình 4a. Các 
thông số kích thước buồng cháy động cơ B2 được trình bày trong Bảng 7. 
a) Cửa sổ nhập dữ liệu kết cấu buồng cháy b) Kết cấu đỉnh pít tông động cơ B2 
Hình 4. Khai báo kích thước buồng cháy của động cơ B2 
Bảng 7. Thông số kết cấu buồng cháy của động cơ B2 [13,114] 
TT Tên thông số Giá trị Đơn vị 
1 Chiều cao từ tâm buồng cháy đến mặt phẳng đỉnh pít tông 
(kích thước hc trong Hình 3.20.a) 
3,9 mm 
2 Bán kính đỉnh lồi đáy ( rc) R35 mm 
3 Bán kính đỉnh lõm đáy (rp) R20 mm 
4 Chiều cao từ đỉnh lõm đến mặt đỉnh pít tông (hp) 18,4 mm 
5 Đường kính miệng buồng cháy trên đỉnh pít tông (dc) 124 mm 
6 Khoảng cách giữa đầu lỗ phun và mặt phẳng nắp máy (hi) 17 mm 
7 Khe hở đỉnh pít tông với mặt phẳng buồng cháy lắp đế xu 
páp khi pít tông ở ĐCT 
03 mm 
8 Khoảng cách từ xéc măng thứ nhất trên đỉnh pít tông đến 
mặt đầu xi lanh 
10 mm 
9 Chiều cao phần gờ lắp đệm phần đầu xi lanh 02 mm 
10 Chiều dày đệm nắp máy 03 mm 
3
.9
149 
PHỤ LỤC 3 
ẢNH HƢỞNG CỦA B10, B20 ĐẾN DIỄN BIẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH 
VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TIA PHUN 
Diễn biến sự phân bố nhiên liệu tức thời của tia phun thuộc các vùng trong 
buồng cháy (phần nhiên liệu trong vùng loãng ngoài vỏ của tia phun và trong vùng 
loãng bên ngoài dòng sát vách buồng cháy SDilute , [% mass]; phần nhiên liệu trong 
lõi tia phun SSprCore, [% mass]; phần nhiên liệu phía trước lõi tia SFront, [% mass]; 
phần nhiên liệu trong lõi tia phun sát thành buồng cháy SCoreNWF, [% mass]; phần 
nhiên liệu vùng ngoài lõi của tia phun sát thành buồng cháy SCrosNWF, [% mass]; 
phần nhiên liệu của tia phun trên nắp xi lanh SHead, [% mass]; phần nhiên liệu của 
tia phun trên thành xi lanh SLiner, [% mass]) theo GQTK, khi sử dụng B0, B10, B20 
ở chế độ n=2000 vg/ph của động cơ B2 được trình bày tương ứng trên các Hình 1, 
2, 3, 4, 5, 6 và 7. 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
320 330 340 350 360 370 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20
Hình 1. Diễn biến phân bố nhiên liệu 
 trong vùng loãng ngoài vỏ của tia phun và trong vùng loãng bên ngoài 
dòng sát vách buồng cháy SDilute khi sử dụng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
S
D
il
u
te
[%
 m
a
ss
] 
SDilute 
SDilute 
SDilute 
150 
0
5
10
15
20
25
30
320 330 340 350 360 370 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20 
Hình 2. Diễn biến phân bố nhiên liệu 
trong lõi tia phun SSprCore khi sử dụng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20 
Hình 3. Diễn biến phân bố nhiên liệu 
phía trước lõi tia SFront khi sử dụng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
S
S
p
r
C
o
r
e
[%
 m
a
ss
] 
SSprCore 
SSprCore 
SSprCore 
SFront 
S
F
ro
n
t 
 [
%
 m
a
ss
] 
SFront 
SFront 
151 
0
10
20
30
40
50
60
320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380
GQTK [độ]
 - B0
 - B10
 - B20
Hình 4. Diễn biến phần nhiên liệu trong lõi tia phun 
sát thành buồng cháy SCoreNWF khi dùng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
0
5
10
15
20
25
30
320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20
Hình 5. Diễn biến phần nhiên liệu vùng ngoài lõi của tia phun 
sát thành buồng cháy SCrosNWF khi dùng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
S
C
o
re
N
W
F
[%
 m
a
ss
] 
SCoreNWF 
SCoreNWF 
SCoreNWF 
S
C
r
o
sN
W
F
[%
 m
a
ss
] 
SCrosNWF 
SCrosNWF 
SCrosNWF 
152 
0
1
2
3
4
5
320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20 
Hình 6. Diễn biến phần nhiên liệu của tia phun 
trên nắp xi lanh SHead khi sử dụng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380
GQTK [độ]
 - B0 
 - B10 
 - B20 
Hình 7. Diễn biến phần nhiên liệu của tia phun 
trên thành xi lanh SLiner khi dùng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
 So sánh giá trị đạt max của sự phân bố tia phun thuộc các vùng trong buồng 
cháy khi sử dụng nhiên liệu B0, B10, B20 ở 100% tải, n=2000 vg/ph được trình bày 
trong Bảng 1. 
S
H
ea
d
 [
%
 m
a
ss
] 
SHead 
SHead 
SHead 
S
L
in
e
r
[%
 m
a
ss
] 
SLiner 
SLiner 
SLiner 
153 
Bảng 1. So sánh giá trị đạt max của sự phân bố tia phun 
thuộc các vùng khi sử dụng B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
TT Thông số 
Loại nhiên liệu 
B0, 
[%mass] 
B10, [%mass] B20, [%mass] 
Giá trị 
Thay đổi 
 so với 
B0, [%] 
Giá trị 
Thay đổi 
so với 
B0, [%] 
1 SDilute max 44,44 44,32 -0,27 43,99 -1,01 
2 SSprCore max 22,87 22,79 0,53 25,20 11,16 
3 SFront max 2,13 2,0 -6,10 1,09 -48,83 
4 SCoreNWF max 50,06 49,49 -1,14 47,55 -5,01 
5 SCrosNWF max 21,65 21,73 0,37 22,82 5,40 
6 SHead max 2,1 2,14 1,90 2,56 21,90 
7 SLine max 0,190 0,195 2,63 0,,23 21,05 
Từ kết quả trong Bảng 1 cho thấy: sự phân bố nhiên liệu ở các vùng khi sử 
dụng B10, B20 có sự thay đổi so với B0: 
+ SDilute max khi sử dụng B10 giảm 0,27% so với B0; khi sử dụng B20 giảm 
1,01% so với B0. 
+ SSprCore max khi sử dụng B10 tăng 0,53% so với B0; khi sử dụng B20 tăng 
11,16% so với B0. 
+ SFront max khi sử dụng B10 giảm 6,1% so với B0; khi sử dụng B20 giảm 
48,83% so với B0. 
+ SCoreNWF max khi sử dụng B10 giảm 1,14% so với B0; khi sử dụng B20 
giảm 5,01% so với B0. 
+ SCrosNWF max khi sử dụng B10 tăng 0,37% so với B0; khi sử dụng B20 
tăng 5,40% so với B0. 
+ SHead max khi sử dụng B10 tăng 1,9% so với B0; khi sử dụng B20 tăng 
21,9% so với B0. 
+ SLine khi sử dụng nhiên liệu B10 tăng 2,63% so với B0; khi sử dụng 
B20 tăng 21,05% so với B0. Tuy nhiên phần này chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ về khối 
lượng của tia phun. 
 Hình ảnh về quá trình hình thành và phát triển tia phun khi sử dụng nhiên liệu B0, 
B10, B20 ở chế độ 100% tải, n=2000 vg/ph được trình bày trên Hình 8 
Quan sát các ảnh trên Hình 8 cho thấy khi sử dụng nhiên liệu B10, B20, tia 
phun có xu hướng phát triển chậm hơn, thời điểm chạm thành buồng cháy muộn 
hơn so với khi dùng B0. 
154 
Kết quả này được giải thích là do biodiesel B10, B20 có khối lượng riêng, sức 
căng mặt ngoài, độ nhớt cao hơn so với B0. 
GQTK 
[độ] 
Loại nhiên liệu 
B0 B10 B20 
330 
335 
340 
345 
350 
155 
355 
360 
365 
370 
375 
Hình 8. Một số hình ảnh về sự hình thành 
và phát triển tia phun khi sử dụng nhiên liệu B0, B10, B20 tại n= 2000 vg/ph 
156 
PHỤ LỤC 4 
TRANG THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 
XÁC ĐỊNH THUỘC TÍNH CỦA NHIÊN LIỆU 
a) Thiết bị thí nghiệm b)Tiến hành thí nghiệm 
Hình 1. Xác định độ ăn mòn tấm đồng 
a) Thiết bị thí nghiệm b) Tiến hành thí nghiệm 
Hình 2. Thực nghiệm xác định cặn Các bon 
a) Thiết bị thí nghiệm b) Tiến hành thí nghiệm 
Hình 3. Xác định điểm chớp cháy cốc kín 
Nguồn lửa 
157 
a) Thiết bị thí nghiệm b) Tiến hành thí nghiệm 
Hình 4. Thực nghiệm xác định điểm đục 
a) Thiết bị thí nghiệm b) Tiến hành thí nghiệm 
Hình 5. Thực nghiệm xác định độ nhớt động lực 
a) Thiết bị thí nghiệm b) Hiển thị kết quả tính 
Hình 6. Xác định đường cong trưng cất 
158 
a) Thiết bị sấy mẫu b) Thiết bị đốt mẫu 
c) Mẫu sau khi đốt d) Cân xác định hàm lượng tro 
Hình 7. Thực nghiệm xác định độ tro 
a) Thiết bị xác định hàm lượng nước b) Thiết bị xác định nhiệt trị. 
Hình 8. Thiết bị xác định hàm lượng nước vi lượng và nhiệt trị 
159 
Hình 9. Động cơ Diesel CFR dùng để xác định trị số Xêtan 
Hình 10. Pha mẫu biodiesel B10, B20 
160 
Hình 11. Thực nghiệm xác định trị số Xêtan của biodiesel B10, B20 
 tại Phòng Thí nghiệm Xăng, Dầu, Khí – Quatest 1 
161 
PHỤ LỤC 5 
THỬ NGHIỆM SƠ BỘ BCA VÀ ĐỘNG CƠ B2 KHI SỬ DỤNG B10, B20 
TẠI NHÀ MÁY Z153/TCKT 
a) Băng thử BCA nhà máy Z153/TCKT b) Thử nghiệm sơ bộ BCA trên băng thử 
c)Lắp đặt động cơ B2 tại Phòng thử lực/Nhà máy Z153 
d)Vận hành động cơ, đo các thông số 
Hình 1. Quá trình thử nghiệm sơ bộ BCA và động cơ B2 tại nhà máy Z153/TCKT 
162 
PHỤ LỤC 6 
TRANG THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 
TẠI PHÒNG THỬ ĐỘNG CƠ HẠNG NẶNG AVL-ETC/NETC 
Hình 1. Sơ đồ phòng thử AVL–ETC (HeavyDuty Engine TestCell) tại NETC
163 
a). Bộ kéo ga THA 100 b). Thiết bị AVL 553 
c)Thiết bị đo nhiên liệu AVL 735S d) Thiết bị đo độ khói AVL 439 
e). Phanh điện APA/404/6PA (1) và thiết bị AVL 554(2) 
Hình 2. Một số Thiết bị của phòng thử nghiệm AVL- ETC 
1 2 
164 
Hình 3. Lắp đặt các hệ thống phụ trợ và hoàn thiện động cơ thử nghiệm 
165 
a) Thùng chứa nhiên liệu thử nghiệm 
b) Chuyển nhiên liệu từ kho lên thùng chứa 
Hình 4. Chuyển nhiên liệu từ kho lên thùng chứa nhiên liệu 
166 
Hình 5. PGS.TS Đào Trọng Thắng-Chủ nhiệm BM Động cơ – HVKTQS 
giới thiệu công việc thí nghiệm của NCS 
Hình 6. NCS báo cáo kế hoạch và nội dung thực nghiệm 
167 
Hình 7. Quá trình thực nghiệm tại phòng điều khiển trung tâm