Tóm tắt Luận án Nghiên cứu khả năng tăng áp động cơ diesel đang lưu hành

- 1 - 
MỞ ĐẦU 
Để đáp ứng nhu cầu về tính năng vận hành của các phương tiện 
lắp động cơ, nhiều giải pháp hiệu quả đã được áp dụng. Trong đó, tăng 
áp cho động cơ đốt trong (ĐCĐT) là một giải pháp công nghệ cho thấy 
hiệu quả rõ rệt. Phần lớn các loại ĐCĐT thế hệ mới nói chung, trong đó 
có động cơ diesel nói riêng đều được trang bị hệ thống tăng áp, điển hình 
là tăng áp tuabin khí thải. 
Đối với Việt Nam, ĐCĐT thế hệ cũ hiện đang được sử dụng rất 
nhiều, đặc biệt là các động cơ diesel không tăng áp. Những động cơ này 
có đặc điểm là độ bền khá lớn. Mặc dù sau một thời gian làm việc có suy 
giảm về tính năng nhưng có thể cải tiến thành động cơ tăng áp để tận 
dụng khả năng khai thác và phần nào cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật 
của động cơ. 
Đề tài “Nghiên cứu khả năng tăng áp động cơ diesel đang lưu 
hành” hướng tới góp phần giải quyết các yêu cầu trên đây của thực tiễn. 
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 
*) Mục đích nghiên cứu 
Đưa ra các quy trình công nghệ cải tiến cường hóa động cơ diesel 
không tăng áp đang lưu hành bằng tăng áp tuabin khí thải. 
*) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Động cơ D243 được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu, như một 
ví dụ áp dụng quy trình trên. Đây là động cơ diesel thế hệ cũ, hiện đang 
được sử dụng phổ biến trên các máy nông nghiệp, vận tải đường sông và 
đường bộ. 
Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Phòng thí 
nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách 
khoa Hà Nội và tại Công ty Diesel Sông Công (Thái Nguyên). 
ii. Phương pháp nghiên cứu 
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 
Nghiên cứu lý thuyết được thực hiện trên các công cụ mô phỏng chuyên 
sâu trong lĩnh vực ĐCĐT. Qua đó phân tích, đánh giá và lựa chọn giải 
pháp kỹ thuật khả thi cải tiến tăng áp tuabin khí thải cho động cơ diesel 
đang lưu hành. 
Thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm để đánh giá 
kết quả tăng áp cũng như các ảnh hưởng của tăng áp đến các thông số 
làm việc của động cơ. 
- 2 - 
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
Lần đầu tiên ở Việt Nam đưa ra được một quy trình công nghệ 
hợp lý, toàn diện và khả thi để cải tiến động cơ không tăng áp có hệ dự 
trữ bền cao đang lưu hành thành động cơ tăng áp dùng tuabin khí thải 
nhằm tăng công suất có ích. 
Quy trình vừa có tính tổng quát, tức là có thể áp dụng cho bất kỳ 
động cơ diesel không tăng áp có hệ số dự trữ bền đủ lớn, đồng thời vừa 
có tính đơn lẻ do tính đến tình trạng kỹ thuật cụ thể của từng động cơ. 
Việc áp dụng thành công quy trình cho động cơ D243 chứng tỏ 
tính đúng đắn của giải pháp tổng thể cũng như của các giải pháp kỹ thuật 
đã thực hiện trong quy trình. 
Do đó, luận án không những có giá trị về mặt lý luận mà còn là 
một đóng góp thực tiễn trong việc tận dụng khả năng khai thác của động 
cơ đang lưu hành có hệ dự trữ bền cao. 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 
1.1. Xu hướng phát triển động cơ đốt trong 
Trải qua hơn một thế kỷ, ngành ĐCĐT đã liên tục phát triển và đạt 
được nhiều thành tựu rực rỡ. Các nhà sản xuất đã ứng dụng nhiều các 
công nghệ tiên tiến để đưa ra các mẫu động cơ phù hợp, phục vụ cho nhu 
cầu vận tải và các ngành kinh tế khác cũng như trong đời sống. 
Các xu hướng nghiên cứu phát triển chủ yếu hướng tới mục tiêu 
chế tạo động cơ tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường để làm 
nguồn động lực cho các máy công tác mà điển hình là các động cơ lắp 
trên các phương tiện vận tải. 
Ở Việt Nam, do hiện nay các động cơ diesel thế hệ cũ vẫn còn sử 
dụng khá nhiều nên một trong những xu hướng được quan tâm là cải tiến 
các các động cơ thế hệ cũ nhằm nâng cao hiệu suất và tận dụng hết năng 
lực làm việc của động cơ trước khi bị thay thế bởi các dòng động cơ hiện 
đại hơn. 
1.2. Thành quả đạt được trong công nghệ phát triển động cơ 
đốt trong 
Để đáp ứng các chỉ tiêu về công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và 
mức độ phát thải, các nhà chế tạo động cơ đã không ngừng cải tiến, tối 
ưu hóa sản phẩm của mình. Một số thành tựu điển hình như cải tiến kết 
cấu động cơ, ứng dụng điều khiển điện tử, sử dụng nhiên liệu thay thế... 
1.2.1. Cải tiến kết cấu động cơ 
- 3 - 
1.2.1.1. Cơ cấu phân phối khí thông minh 
Hiện nay, trên động cơ ôtô hiện đại sử dụng các công nghệ như 
VVT-i (Variable Valve Timing Intelligence) của Toyota hay VTEC của 
Honda Đây là cơ cấu phối khí thông minh của hãng Toyota theo 
nguyên lý điện - thủy lực. Cơ cấu này tối ưu hóa góc phối khí của trục 
cam nạp tùy theo chế độ làm việc của động cơ. 
1.2.1.2. Hệ thống luân hồi khí thải EGR 
EGR (Exhaust Gas Recirculation) là một biện pháp hữu hiệu để 
giảm sự hình thành NOx trong buồng cháy. Khí thải gồm chủ yếu là CO2, 
N2 và hơi nước, sau khi ra khỏi động cơ sẽ được lấy một phần đưa trở lại 
xylanh để làm giảm nồng độ ôxy và do đó giảm nhiệt độ cháy. 
1.2.1.3. Động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất HCCI 
Mô hình cháy HCCI (Homogeneous Charge Compression 
Ignition) ra đời trên cơ sở kết hợp các ưu điểm của động cơ cháy do nén 
mà đại diện là động cơ diesel và động cơ hình thành hỗn hợp ngoài và 
cháy cưỡng bức mà đại diện là động cơ xăng. 
Ưu việt của mô hình HCCI là hiệu suất tương tự với động cơ phun 
xăng trực tiếp, kiểu cháy tương tự động cơ diesel nhưng thành phần phát 
thải NOX giảm đáng kể và độ khói gần như bằng không. 
1.2.2. Ứng dụng công nghệ điều khiển điện tử trong động cơ 
đốt trong 
Những động cơ xăng truyền thống chủ yếu sử dụng hệ thống nhiên 
liệu dùng bộ chế hòa khí đã dần được thay bằng hệ thống phun xăng điện 
tử, qua đó đã nâng cao đáng kể tính kinh tế, tính hiệu quả và chất lượng 
khí thải của động cơ. 
Đối với động cơ diesel, những nhược điểm của HTNL cơ khí đã 
được khắc phục bằng hệ thống nhiên liệu tích áp CR (Common Rail). 
1.2.3. Sử dụng nhiên liệu thay thế 
Hiện nay, sự gia tăng nhanh chóng số lượng các phương tiện vận 
tải và các thiết bị động lực sử dụng ĐCĐT chạy bằng nhiên liệu xăng và 
diesel đang gây ô nhiêm môi trường và tăng nguy cơ cạn kiệt nguồn 
nhiên liệu hóa thạch. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu 
thay thế để giảm ô nhiễm môi trường và bù đắp phần nhiên liệu thiếu hụt 
là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. 
Các nhiên liệu thay thế được ưu tiên nghiên cứu sử dụng là các 
loại nhiên liệu có trữ lượng lớn và có thể sử dụng cho các động cơ đang 
lưu hành mà không cần thay đổi nhiều về kết cấu. Đáp ứng các yêu cầu 
- 4 - 
này, có thể sử dụng các loại nhiên liệu như nhiên liệu sinh học như 
ethanol, biodiesel hay hydro, LPG và khí thiên nhiên 
1.3. Tăng áp cho động cơ đốt trong 
Tăng áp là dùng biện pháp nén không khí nạp vào xylanh, qua đó 
tăng được khối lượng không khí nạp vào xylanh trong mỗi chu trình 
công tác, cùng với tăng lượng nhiên liệu cấp sẽ làm tăng công suất của 
động cơ và có thể giảm được suất tiêu hao nhiên liệu. 
1.3.1. Xu hướng phát triển và các biện pháp tăng áp cho 
động cơ 
Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt nên hiện nay các dòng 
động cơ hiện đại hầu hết đều được trang bị hệ thống tăng áp. Trên thực 
tế các phương pháp tăng áp cho 
động cơ cũng rất đa dạng được 
ứng dụng linh hoạt cho từng mục 
đích sử dụng khác nhau. Dựa vào 
nguồn năng lượng để nén không 
khí, tăng áp được chia thành các 
nhóm như tăng áp cơ khí, tăng 
áp tuabin (TB) khí thải, tăng áp 
dao động cộng hưởng 
Tăng áp bằng năng lượng 
khí thải là phương pháp dùng TB 
làm việc nhờ năng lượng khí thải 
của ĐCĐT để dẫn động máy nén (MN). Khí thải của động cơ có áp suất 
và nhiệt độ khá cao nên năng lượng của nó tương đối lớn, chiếm tới 30-
40% tổng năng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Để tận dụng 
năng lượng khí thải, người ta cho giãn nở và sinh công trong TB, sơ đồ 
nguyên lý tăng áp bằng TB khí thải được thể hiện trên Hình 1.2. 
1.3.2. Tình hình nghiên cứu tăng áp cho động cơ diesel đang 
lưu hành tại Việt Nam 
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về cường hóa động cơ 
diesel bằng tăng áp có một số điểm nổi bật như sau: 
a. Trên thế giới: 
Các động cơ diesel thế hệ cũ do các nước XHCN như Liên Xô, 
CHDC Đức, Tiệp Khắc chế tạo có khả năng chịu tải trọng cơ, nhiệt 
cao, dự trữ sức bền lớn cũng như khả năng đáp ứng của HTNL dư thừa 
so với công suất thiết kế. Do đó, những động cơ này có khả năng cường 
1-Máy nén, 2-Thiết bị làm mát trung gian, 
3-Động cơ, 4-Bình xả, 5-Tuabin 
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng 
tuabin khí thải 
3
2 4
1 5
- 5 - 
hóa bằng tăng áp để tăng công suất lên khá cao mà vẫn đảm bảo làm việc 
ổn định, lâu dài. 
Phần lớn các động cơ diesel thế hệ mới như động cơ ЯMZ, 
Huyndai đã được trang bị hệ thống tăng áp để cải thiện tính năng kinh 
tế, kỹ thuật. Các hệ thống của động cơ đã được tính toán và cải tiến để 
tối ưu ở các chế độ làm việc của động cơ. 
b. Trong nước: 
Nghiên cứu cải tiến nâng cao công suất của động cơ diesel đang 
lưu hành bằng TB khí thải là giải pháp hiệu quả đã được quan tâm ở Việt 
Nam. 
Luận án tiến sỹ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Đại An, Đại học Hàng 
Hải. Tác giả đã xây dựng mô hình mô tả quá trình dao động áp suất trên 
đường ống để xác định được chiều dài tối ưu của đường ống trong phạm 
vi làm việc thường xuyên của động cơ khi thủy hóa. Kết quả nghiên cứu 
thực nghiệm trên động cơ D50 đã nâng cao được 10% công suất và giảm 
khoảng 8% suất tiêu hao nhiên liệu. 
Luận án tiến sỹ kỹ thuật của tác giả Lê Đình Vũ, Học viện Kỹ 
thuật Quân sự, đã tính toán thiết kế cải tiến tăng áp dựa vào kinh nghiệm 
của các tác giả nước ngoài để lựa chọn tỷ số tăng áp nhằm tăng công suất 
khoảng 30%. Tuy nhiên các hệ thống như bôi trơn, làm mát, cơ cấu phối 
khí vẫn chưa được tính toán cải tiến nên động cơ nóng, phát thải khói 
đen cao. 
Các đề tài nghiên cứu trong nước về tăng áp bằng TB khí thải chủ 
yếu tập trung giải quyết các vấn đề riêng rẽ của bài toán tăng áp cho 
động cơ như: tính toán cụm TB-MN; thiết kế cải tiến đường nạp, thải, 
kiểm tra bền piston, thanh truyền, trục khuỷu, cải tiến hệ thống nhiên 
liệu 
Cho đến nay, chưa có đề tài nghiên cứu nào giải quyết tổng thể 
các vấn đề liên quan khi thực hiện cải tiến tăng áp cho một loại động cơ 
đang lưu hành. Vì vậy, nhiệm vụ đặt ra của đề tài này là nghiên cứu một 
cách đầy đủ, bài bản các vấn đề khi tiến hành cường hóa động cơ đang 
lưu hành bằng phương pháp tăng áp TB khí thải. Trên cơ sở quy trình cải 
tiến này, có thể áp dụng trên bất kỳ động cơ diesel chưa tăng áp nhưng 
có hệ số dự trữ bền cao. 
1.4. Kết luận Chương 1 
Nội dung Chương 1 có thể được tóm lược như sau: 
Tăng công suất riêng, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải 
độc hại là mục tiêu chính mà các hãng sản xuất động cơ trên thế giới 
- 6 - 
hướng tới, vì vậy đã có nhiều công nghệ mới được ứng dụng. Trong đó 
tăng áp bằng tuabin máy nén được coi là một trong những giải pháp hiệu 
quả mà nhiều hãng sản xuất động cơ trên thế giới vẫn đang rất quan tâm. 
Không chỉ áp dụng trên các động cơ thế hệ mới, biện pháp tăng áp 
đã cho thấy hiệu quả rõ rệt khi trang bị trên các loại động cơ thế hệ cũ. 
Các nghiên cứu trong nước liên quan tới tăng áp đều cho thấy tính năng 
kinh tế, kỹ thuật của động cơ được cải thiện đáng kể. 
Thông qua một số phân tích nêu trên cho thấy, việc tận dụng khai 
thác triệt để các loại động cơ diesel đang lưu hành bằng cách trang bị 
thêm hệ thống tăng áp không những đáp ứng được nhu cầu về tính năng 
sử dụng mà còn góp phần đa dạng hóa loại hình động cơ, giảm thiểu tiêu 
hao nhiên liệu. 
Mục đích hướng tới của đề tài là đánh giá khả năng tăng áp cho 
các dòng động cơ diesel không tăng áp đang lưu hành ở Việt Nam, từ đó 
đề xuất quy trình công nghệ nhằm giải quyết vấn đề này. 
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CẢI TIẾN TĂNG ÁP BẰNG TB-MN CHO 
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 
2.1. Quan điểm và điều kiện để thực hiện cải tiến tăng áp 
bằng TB-MN 
2.1.1. Quan điểm cải tiến 
Cải tiến tăng áp cho các động cơ diesel đang lưu hành cần được 
thực hiện với tiêu chí không phải thay đổi nhiều về kết cấu, tiến hành 
thuận lợi, phù hợp với điều kiện Việt Nam và chi phí thấp. 
2.1.2. Điều kiện để thực hiện tăng áp 
Để có thể thực hiện tăng áp thì động cơ được lựa chọn để tăng áp 
cần phải có độ bền dư lớn để đáp ứng đủ bền sau tăng áp; HTNL, cụ thể 
là bơm cao áp cần có hệ số dự trữ lưu lượng đủ lớn. 
2.1.3. Xây dựng quy trình thực hiện tăng áp bằng TB-MN cho 
động cơ diesel đang lưu hành 
Hình 2.1 thể hiện quy trình thực hiện cải tiến tăng áp bằng TB-
MN cho động cơ diesel đang lưu hành. Quy trình gồm các phần sau: 
Phần 1, đánh giá khả năng tăng áp cho động cơ đã chọn: lựa chọn 
động cơ để thực hiện tăng áp; tính toán mô phỏng trên phần mềm AVL-
Boost và AVL-Excite Designer. 
Phần 2, xác định tỷ số tăng áp cho động cơ: tỷ số tăng áp ban đầu 
được tính toán lựa chọn trên cơ sở kết quả tính thừa bền ở phần 1. 
- 7 - 
Phần 3, tính toán 
cải tiến các hệ thống cho 
động cơ sau khi thực hiện 
tăng áp theo tỷ số tăng áp 
đã được chọn: tính toán 
lựa chọn cụm TB-MN; 
tính toán và thiết kế cải 
tiến hệ thống nhiên liệu; 
hệ thống đường nạp và 
thải; hệ thống làm mát; 
hệ thống bôi trơn. 
2.2. Cơ sở lý thuyết 
xác định khả năng 
tăng áp 
2.2.1. Cơ sở lý thuyết 
mô phỏng trên phần 
mềm AVL-Boost 
Trong tính toán cải 
tiến tăng áp cho động cơ, 
tác giả đã 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 đánh giá được các 
thông số làm việc của 
động cơ ở các tỷ số tăng 
áp khác nhau làm cơ sở 
để tính toán kiểm nghiệm 
bền cho động cơ, từ đó 
lựa chọn được tỷ số tăng 
áp phù hợp. Cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL-Boost dựa trên các 
phương trình sau: 
Quá trình trao đổi nhiệt và chất bên trong động cơ được xác định 
theo định luật nhiệt động học thứ nhất: 
(2.1) 
 d
dmh
d
dQ
d
dQ
d
dVp
d
umd BB
BB
wF
c
c ..
.
  
Hình 2.1 Quy trình cải tiến tăng áp bằng TB-MN cho động cơ 
diesel đang lưu hành 
- 8 - 
Mô hình động cơ-TB-MN được tính toán dựa theo phương trình 
cân bằng năng lượng giữa TB và MN: 
 (2.2) 
Công tiêu thụ cho cụm TB-MN được xác định thông qua tốc độ 
lưu động dòng môi chất qua MN và chênh lệch enthalpy ở cửa vào và 
cửa ra của MN. 
 (2.3) 
1..1
1
1
2
1
,
12
k
k
P
cs p
pTchh

(2.4) 
 Công do TB cung cấp được xác định thông qua tốc độ lưu động 
dòng môi chất qua TB và chênh lệch enthalpy ở cửa vào và cửa ra của 
TB. 
 (2.5) 
k
k
PTs p
pTchh
1
3
4
3,43 1...
(2.6) 
2.2.2. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL-Excite 
Designer 
Phần mềm AVL-Excite Designer là phần mềm chuyên dụng, bao 
gồm các mô đun tính toán động học, động lực học, tính cân bằng, tính 
điều kiện hình thành màng dầu tại các ổ đỡ, tính dao động và tính bền cơ 
cấu trục khuỷu thanh truyền và CCPPK của động cơ bằng phương pháp 
phần tử hữu hạn. 
Cơ sở lý thuyết tính bền trục khuỷu trong AVL-Excite Designer 
được thực hiện theo một số giả thiết như sau: 
- Độ bền mỏi được đánh giá tại các vùng chịu ứng  ... ng truyền động bơm dầu 
từ 1,3125 lên 1,7407. 
- Tăng giới hạn làm việc của 
van an toàn trên mạch dầu chính. 
- Bổ sung thêm đường cấp 
dầu bôi trơn cho cụm TB-MN. 
Các bước thực hiện trong 
quá trình tính toán cải tiến HTBT 
động cơ khi tăng áp được thể 
hiện trên lưu đồ Hình 3.15 và thực hiện bằng Matlab – Simulink. 
Điều kiện để đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường khi tăng 
áp đó là nhiệt độ dầu bôi trơn tại các ổ trục (ttb), hệ số an toàn ma sát ướt 
(K), lưu lượng dầu bơm cung cấp (Vbơmct) và áp suất dầu vào lọc (p1) phải 
nằm trong giới hạn cho phép. 
Kết quả tính toán HTBT khi tăng áp thể hiện trong Bảng 3.2. 
Bảng 3.2. Kết quả tính hệ thống bôi trơn cho động cơ D243 khi tăng áp 
TT Thông số/kí hiệu Đơn vị Giá trị Giới hạn 
1 Nhiệt độ dầu bội trơn tại chốt khuỷu đạt cực đại (ttb-chốt) 
0C 90,88 110 
Hình 3.15. Lưu đồ tính toán cải tiến HTBT 
- 17 - 
2 Nhiệt độ dầu bội trơn tại cổ khuỷu đạt cực đại (ttb-cổ) 
0C 87,9 110 
3 Hệ số an toàn ma sát ướt tại chốt khuỷu đạt giá trị nhỏ nhất (Kchốt) 
- 1,87 1,5 
4 Hệ số an toàn ma sát ướt tại cổ khuỷu đạt giá trị nhỏ nhất (Kcổ) 
- 1,54 1,5 
5 Lưu lượng dầu cần cung cấp cho hệ thống (Vbơmct) 
l/ph 37,4 Vb 
6 Áp suất dầu vào lọc ly tâm (p1) N/m2 0,55.106 0,6.106 
3.6.4. Tính toán cải tiến HTLM động cơ D243 khi tăng áp 
Các bước thực hiện 
trong quá trình tính toán cải 
tiến HTLM động cơ D243 khi 
tăng áp được thể hiện trên lưu 
đồ Hình 3.16 và thực hiện trên 
Matlab – Simulink. 
Lưu lượng nước làm mát 
trong hệ thống (Gbơm) và lưu 
lượng gió qua két (Gquạt) được 
xác định theo Qlm. Do đó, khi 
Qlm tăng thì Gbơm và Gquạt sẽ 
phải tăng để đảm bảo điều kiện 
nhiệt độ nước ra khỏi két (tnr) và nhiệt độ không khí sau két (tkr) nằm 
trong giới hạn cho phép. Như vậy, mức độ tăng Gbơm và Gquạt được xác 
định trên cơ sở giải pháp tăng tốc độ của bơm nước và quạt gió bằng 
cách thay đổi tỷ số truyền từ puly dẫn động đến puly bơm nước và quạt 
gió từ 1,563 đến 1,957. Kết quả tính toán cải tiến HTLM được thể hiện 
trên Bảng 3.3. 
Bảng 3.3. Kết quả tính hệ thống làm mát cho động cơ D243 
TT Thông số/kí hiệu 
Giá trị 
Đơn 
vị Chưa 
t/áp 
Dự kiến 
t/áp 
1 Nhiệt lượng truyền cho hệ thống làm mát tại chế độ Nemax (Qlm) 
38,693 49,586 kW 
2 Nhiệt lượng truyền cho hệ thống làm mát tại chế độ Memax (Qlm) 
30,975 45,361 kW 
Hình 3.16. Lưu đồ tính toán cải tiến HTLM 
- 18 - 
3 Lưu lượng bơm nước cấp tại chế độ Nemax (Gb) 
204,85 247,2 l/ph 
4 Lưu lượng bơm nước cấp tại chế độ Memax (Gb) 
130,44 163,4 l/ph 
5 Tỷ số truyền bơm nước (k) 1,563 1,957 - 
6 Đường kính puly dẫn động (Dd) 186 mm 
7 Đường kính puly bơm nước (Db) 119 95 mm 
3.7. Kiểm nghiệm bền chi tiết piston, thanh truyền và nắp 
máy động cơ D243 sau tăng áp 
Sau khi tăng áp, tải trọng cơ và nhiệt đều tăng, do đó phải tính 
toán kiểm nghiệm độ bền của các chi tiết chính khác (trừ chi tiết trục 
khuỷu đã tính ở mục 3.3.2) của động cơ. 
a) Xây dựng mô hình 
Hình 3.17. Mô hình chi tiết nắp máy 
Hình 3.18. Mô hình chi tiết piston 
Mô hình các chi tiết nắp 
máy, piston và thanh truyền được 
xây dựng trên phần mềm Ansys 
như thể hiện trên Hình 3.17 đến 
Hình 3.19. 
b) Các giới hạn khi tính toán 
kiểm nghiệm bền 
- Khi tính bền cho nắp 
máy, chỉ tính trong trường hợp chịu áp suất khí thể lớn nhất và xem xét 
đến ảnh hưởng của tải trọng nhiệt. 
- Khi tính bền cho chi tiết thanh truyền, chỉ cần tính cho trường 
hợp chịu áp suất nén lớn nhất. Bỏ qua ảnh hưởng của ứng suất lắp ghép 
ở 2 nửa đầu to thanh truyền. 
- Khi tính bền cho chi tiết piston chỉ cần tính toán trong trường 
hợp chịu áp suất khí thể lớn nhất và xem xét đến ảnh hưởng của tải trọng 
nhiệt. Bỏ qua ma sát giữa piston và xylanh. 
Hình 3.19. Mô hình chi tiết thanh truyền 
- 19 - 
c) Kết quả kiểm nghiệm 
 Kết quả tính toán kiểm 
nghiệm các chi tiết sau tăng áp 
được thể hiện từ Hình 3.20 đến 
3.22. 
Kết quả cho thấy, ứng 
suất tương đương lớn nhất trên 
các chi tiết sau tăng áp đều nhỏ 
hơn nhiều so với giới hạn bền 
của vật liệu chế tạo. Do đó, các 
chi tiết vẫn đảm bảo sức bền. 
Hình 3.21. Ứng suất tác dụng lên piston Hình 3.22. Ứng suất tác dụng lên thân thanh truyền 
3.8. Kết luận Chương 3 
Nội dung thực hiện Chương 3 có thể được tóm tắt như sau: 
Đã tính toán, xác định được tỷ số tăng áp hợp lý πk = 1,5 cho động 
cơ D243 đang lưu hành bằng quy trình như đã đưa ra ở Chương 2. Trên 
cơ sở đó đã tính toán lựa chọn được cụm TB-MN Garrett (GT2554R) 
phù hợp. 
Động cơ sau khi thực hiện tăng áp đã được tính toán kiểm nghiệm 
lại bằng phần mềm AVL-Boost và AVL-Excite Designer, kết quả cho 
thấy các tính năng làm việc và tính bền của động cơ đều đạt yêu cầu. 
Đã thực hiện tính toán kiểm nghiệm và thiết kế cải tiến các hệ 
thống của động cơ sau khi thực hiện tăng áp, kết quả cho thấy: Hệ thống 
nhiên liệu nguyên bản của động cơ vẫn hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu 
dự trữ lưu lượng sau khi đã điều chỉnh thanh răng theo yêu cầu. Đường 
nạp và thải của động cơ đã được thiết kế cải tiến với kích thước và biên 
dạng phù hợp khi lắp cụm TB-MN. HTBT được bổ sung thêm đường 
dầu cấp cho cụm TB-MN và tăng tăng tỷ số truyền dẫn động bơm dầu từ 
1,31 đến 1,74 đủ để đáp ứng lưu lượng dầu bôi trơn trong hệ thống và 
đảm bảo điều kiện bôi trơn. HTLM được tăng tỷ số truyền dẫn động puly 
Hình 3.20. Ứng suất cơ tác dụng lên nắp máy 
- 20 - 
bơm nước từ 1,563 đến 1,957 đủ để đáp ứng lưu lượng nước và lưu 
lượng gió làm mát động cơ. 
Đã tính toán kiểm nghiệm độ bền các chi tiết nắp máy, thanh 
truyền, piston sau khi tăng áp bằng phương pháp phần tử hữu hạn, kết 
quả cho thấy các chi tiết trên đều đủ bền. 
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 
4.1. Mục tiêu và phạm vi thử nghiệm 
a. Mục tiêu thử nghiệm 
 Quá trình thử nghiệm động cơ trên băng thử nhằm mục đích đánh 
giá tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ sau khi tăng áp. Kết 
quả thử nghiệm được so sánh với động cơ nguyên bản và mô hình động 
cơ D243 tăng áp trong phần mềm AVL-Boost, để từ đó khẳng định lại 
tính chính xác của mô hình mô phỏng. 
 Trong quá trình thực nghiệm, các thông số kỹ thuật của HTLM, 
HTBT, hệ thống nạp thải được theo dõi để từ đó đánh giá hiệu quả làm 
việc của các hệ thống này sau khi được cải tiến. 
 b. Phạm vi thử nghiệm 
Thực hiện đo đặc tính của 
động cơ sau khi tăng áp tại phòng 
thử động lực của Công ty Diesel 
Sông Công (Thái Nguyên). 
4.2. Trang thiết bị thử nghiệm 
Băng thử động cơ được trang 
bị tại Công ty Diesel Sông Công là 
băng thử điện Meiden. Tổng thể hệ 
thống thử nghiệm sau khi đã lắp đặt 
động cơ được thể hiện trong Hình 
4.1. 
Ngoài ra, một số các thiết bị khác được sử dụng trong thử nghiệm 
như: thiết bị xác định khói đen Dismoke 4000, cảm biến áp suất PSA-1 
đường nạp, thiết bị đo nhiệt độ TM-902C, cảm biến đo lưu lượng 
không khí Flow Meter 735. 
4.3. Điều kiện thử nghiệm 
Động cơ phải được bảo dưỡng và hiệu chỉnh trước khi thử nghiệm 
như: thay dầu bôi trơn, kiểm tra hệ thống nhiên liệu nhằm đảm bảo độ 
ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm. 
Hình 4.1. Lắp đặt động cơ trên băng thử 
Meiden 
- 21 - 
Băng thử phải tiến hành hiệu chỉnh trước khi thử nghiệm nhằm 
đảm bảo kết quả đo được chính xác. 
4.4. Bố trí lắp đặt và hiệu chỉnh động cơ trên băng thử 
Sau khi hoàn thành các công 
việc lắp đặt và hiệu chỉnh (Hình 
4.2), động cơ được chạy ấm máy 
cho tới khi nhiệt độ các chi tiết, 
nhiệt độ dầu bôi trơn và nhiệt độ 
nước làm mát ổn định. 
Để đảm bảo sự an toàn cũng 
như tính chính xác của phép đo thì 
hệ thống luôn luôn được kiểm tra 
tình trạng làm việc thông qua tủ 
điều khiển. Các thiết bị đo lưu 
lượng khí nạp, đo độ khói được 
hiệu chỉnh trước khi lắp đặt vào hệ thống. 
4.5. Kết quả thử nghiệm và thảo luận 
4.5.1. Đánh giá tính năng của động cơ trước và sau khi tăng áp 
Hình 4.3 thể hiện so sánh 
công suất và tiêu hao nhiên liệu 
của động cơ trước và sau khi tăng 
áp. Tại chế độ định mức n = 2200 
v/ph công suất đạt giá trị lớn nhất 
76,64 kW, tăng 41,7% so với động 
cơ chưa tăng áp. Trên toàn dải tốc 
độ, công suất tăng trung bình 
khoảng 42%. Suất tiêu hao nhiên 
liệu của động cơ tăng áp cũng được cải thiện rõ rệt với mức giảm suất 
tiêu hao nhiên liệu trung bình 8,9% 
trên toàn dải tốc độ. 
4.5.2. Đánh giá các thông số làm 
việc trước và sau khi tăng áp 
a. Tỷ số tăng áp 
Kết quả nghiên cứu cho 
thấy, cụm TB-MN làm việc đạt 
hiệu quả cao tại các tốc độ vòng 
Hình 4.3. So sánh CS và STHNL 
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
ge
 (g
/k
W
h)
C
ôn
g 
su
ất
 (k
W
)
Tốc độ (v/ph)
Ne_KTA
Ne_TA
ge_KTA
ge_TA
Hình 4.2. Lắp đặt và chuẩn bị thí nghiệm 
Két nước làm mát
Đường nước vào két
Đường nước ra két
Quạt gió
Hình 4.4. Tỷ số tăng áp theo tốc độ động cơ 
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5
1.55
1.6
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
T
ỷ 
số
 t
ăn
g 
áp
 (
-)
Tốc độ (v/ph)
- 22 - 
quay lớn, do lúc này năng lượng khí 
thải lớn. Tuy nhiên, tại chế độ vòng 
quay thấp hiệu quả làm việc của cụm 
TB-MN giảm, cụ thể tại tốc độ nhỏ 
hơn 1200 v/ph, tỷ số tăng áp chỉ đạt 
khoảng 1,32 do cụm TB-MN không 
hoàn toàn phù hợp với đặc tính của 
động cơ (Hình 4.4). 
b. Lưu lượng không khí nạp 
Lượng khí nạp tăng lớn nhất 
53,10% tại tốc độ 1400 v/ph và tăng 
trung bình 46,46% trên toàn dải tốc 
độ làm việc (Hình 4.5). Như vậy cụm 
TB-MN đã chọn về cơ bản đáp ứng 
được yêu cầu tăng áp. 
c. Hệ số dư lượng không khí 
Nhìn chung động cơ D243 sau khi tăng áp, lượng khí nạp đã tăng 
lên, đồng thời lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình đã được hiệu 
chỉnh. Do đó hệ số λ thay đổi ít trên toàn dải tốc độ của động cơ (Hình 
4.6). Điều này cho thấy, việc điều 
chỉnh tăng thêm lượng nhiên liệu cung 
cấp sau khi động cơ được tăng áp là 
phù hợp. 
d. Áp suất dầu bôi trơn 
Nhìn chung, áp suất dầu trong 
trường hợp tăng áp vẫn được duy trì 
đảm bảo áp suất làm việc 3,2 kG/cm2. 
e. Nhiệt độ nước làm mát 
 Kết quả thử nghiệm nhiệt độ 
nước làm mát trước và sau khi tăng áp 
được thể hiện trên Hình 4.8. Đồ thị 
cho thấy, sau khi tăng áp với HTLM 
được cải tiến, nhiệt độ động cơ gần 
như không thay đổi, chỉ tăng lên chưa 
tới 1%. Như vậy giải pháp cải tiến đã 
áp dụng đáp ứng yêu cầu. 
f. Độ khói 
Hình 4.5. So sánh lưu lượng khí nạp 
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
L
ư
u
 lư
ợ
n
g 
k
h
í n
ạp
 (
k
g/
h
)
Tốc độ (v/ph)
Gkk_KTA
Gkk_TA
Hình 4.7. So sánh áp suất dầu bôi trơn 
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Á
p 
su
ất
 d
ầu
 b
ôi
 tr
ơn
 (k
G
/c
m
2 )
Tốc độ (v/ph)
KTA
TA
Hình 4.6. So sánh hệ số dư lượng không khí 
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
H
ệ 
số
 d
ư
 lư
ợn
g 
kh
ôn
g 
kh
í (
-)
Tốc độ (v/ph)
Lamda_KTA
Lamda_TA
Hình 4.8. So sánh nhiệt độ nước làm mát 
60
65
70
75
80
85
90
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
N
h
iê
t đ
ộ 
n
ư
ớ
c 
là
m
 m
át
 (
oC
)
Tốc độ (v/ph)
T nước_KTA
T nước_TA
- 23 - 
Hình 4.9 thể hiện so sánh độ 
khói trong khí thải của động cơ trong 
hai trường hợp tăng áp và chưa tăng 
áp. Kết quả cho thấy quá trình cháy 
của động cơ sau khi tăng áp đã được 
cải thiện do đó làm giảm độ khói của 
động cơ do λ được cải thiện một chút 
ở vùng tốc độ cao. 
4.6. Kết luận Chương 4 
Kết quả thực nghiệm cho thấy động cơ D243 sau khi tăng áp bằng 
TB-MN đã thể hiện nhiều ưu điểm, cụ thể như sau: 
Tại tốc độ định mức n = 2200 v/ph công suất động cơ đạt 76,64 
kW, tăng 41,7% và tăng trung bình khoảng 42% so với động cơ D243 
không tăng áp. Đồng thời tính năng kinh tế cũng được cải thiện rõ rệt, 
thể hiện qua tiêu hao nhiên liệu giảm trung bình khoảng 8,9%. 
Cụm TB-MN làm việc đạt yêu cầu, thể hiện qua lượng khí nạp 
tăng lớn nhất là 53,10% tại n = 1600 v/ph và tăng trung bình 46,46% trên 
toàn dải tốc độ làm việc. 
Hệ số dư lượng không khí được duy trì ổn định sau khi tăng áp. 
Kết quả này càng thể hiện sự phù hợp của cụm TB-MN cũng như việc 
điều chỉnh BCA khá hợp lý để đảm bảo tỷ lệ không khí-nhiên liệu phù 
hợp. 
Phát thải khói đen của động cơ có cải thiện ở vùng tốc độ cao, còn 
tại tốc độ thấp thì vẫn rơi vào vùng khói đen do đặc tính của cụm TB-
MN và động cơ chưa phù hợp ở vùng tốc độ thấp. 
Kết luận chung 
Tăng áp cho động cơ có độ bền cao đang lưu hành là một giải 
pháp kỹ thuật hợp lý ở Việt Nam nhằm tận dụng khả năng khai thác hiệu 
quả những động cơ này. 
Đề tài đã đưa ra quy trình công nghệ khả thi thực hiện tăng áp cho 
động cơ đang lưu hành và áp dụng quy trình cho một động cơ diesel 
D243 cũ đang lưu hành với kết quả thể hiện như sau: 
– Đã mô phỏng chu trình công tác của động cơ và kiểm nghiệm 
bền trục khuỷu ở các tỷ số tăng áp khác nhau, từ đó xác định 
được tỷ số tăng áp hợp lý là πk = 1,5. Từ kết quả này đã tính 
Hình 4.9. So sánh độ khói trước-sau TA 
40
50
60
70
80
90
100
110
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Đ
ộ 
kh
ói
 (F
S
N
)
Tốc độ (v/ph)
KTA
TA
- 24 - 
toán lựa chọn được cụm TB-MN Garett (GT2554R) đáp ứng yêu 
cầu tăng áp. 
– Thiết kế cải tiến và chế tạo hoàn chỉnh đường nạp và thải cho 
động cơ với kích thước và biên dạng phù hợp khi lắp cụm TB-
MN 
– Tính toán kiểm nghiệm BCA nguyên bản của động cơ cho thấy 
đảm bảo khả năng cung cấp nhiên liệu sau khi tăng áp mà không 
cần thay đổi các thông số kết cấu. 
– Tính toán cải tiến HTLM, HTBT bằng công cụ Matlab Simulink. 
Kết quả cho thấy cần phải tăng tỷ số truyền tới puly bơm nước 
từ 1,563 lên 1,957, và tăngtỷ số truyền của cặp bánh răng bơm 
dầu từ 1,3125 lên 1,7407 cũng như thiết kế mới đường dầu bôi 
trơn cho cụm TB-MN. 
Kết quả thử nghiệm động cơ D243 sau khi thực hiện tăng áp tại 
Công ty Diesel Sông Công đã cho thấy: 
– Công suất đạt 76,64 kW tại 2200 v/ph, tăng 41,4%, suất tiêu thụ 
nhiên liệu nhỏ nhất 245,23 g/kWh, giảm 8,6% và giảm trung 
bình 8,9% trên toàn dải tốc độ. 
– Cụm TB-MN làm việc hiệu quả ở vùng tốc độ cao, tăng được 
lượng khí nạp vào xylanh trung bình là 46,46%. 
– Độ khói giảm tối đa 16,7% và giảm trung bình là 7,9%. 
– Nhiệt độ làm mát ổn định tại 80oC, chứng tỏ phương án cải tiến 
HTLM là hợp lý. 
– Áp suất dầu bôi trơn duy trì ổn định 3,2 kG/cm2, chứng tỏ 
phương án cải tiến HTBT là hợp lý. 
Phương hướng phát triển 
Đề tài đã đưa ra giải pháp trang bị tăng áp trên động cơ diesel 
đang lưu hành khả thi trong điều kiện thực tế ở Việt Nam. Tuy nhiên, các 
thử nghiệm đánh giá hiệu quả tăng áp và ảnh hưởng của tăng áp tới các 
hệ thống mới dừng lại ở phạm vi PTN. Để có thể đưa kết quả nghiên cứu 
này ứng dụng vào thực tiễn, cần thiết phải bổ sung các nghiên cứu sau: 
Đánh giá độ ổn định của các hệ thống nạp, thải, bôi trơn, làm mát. 
Thử nghiệm bền động cơ và thử nghiệm hiện trường để đánh giá 
khả năng làm việc của hệ thống trong thời gian dài và trong môi trường 
thực tế.