Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - ISSN 1859-0209
71
ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI
CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL R180 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL
BẰNG PHẦN MỀM GT-SUITE
Vũ Văn Phong1,*, Lương Đình Thi2
1Hệ Quản lý học viên sau đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn
2Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn
DOI: 10.56651/lqdtu.jst.v18.n02.688
Tóm tắt
Bi bo trnh by cc kt qu nghiên cu v tính năng kỹ thuật v pht thi của động cơ
diesel s dng h thng phun nhiên liu cơ khí (R180) khi s dng hn hp nhiên liu
biodiesel/diesel với cc tỉ l khc nhau. Mô hnh mô phỏng đưc xây dựng bằng phần mm
GT-Suite, trong đó có s dng cc dữ liu thực nghim để hiu chỉnh mô hnh chy, mô
hình ma sát và so sánh với kt qu mô phỏng. Kt qu nghiên cu cho thấy, mô hnh đã xây
dựng cho kt qu phù hp với s liu của nh sn xuất v dữ liu đo đưc từ thực nghim.
Khi pha trộn biodiesel với tỉ l nhỏ (tỉ l biodiesel 10%, B10) th tính năng kỹ thuật - phát
thi của động cơ thay đi trong phm vi nhỏ. Tuy nhiên, nu s dng tỉ l pha trộn của
biodiesel đn 20% (B20), do thnh phần v tính chất nhiên liu thay đi nên sẽ dẫn đn
thay đi tính năng kỹ thuật - pht thi của động cơ.
Từ khóa: Phn mm GT-Suite; động cơ R180; mô phỏng; biodiesel.
1. Mở đầu
Ngy nay, th giới đang phi đi mặt với một thực t l nguồn nhiên liu hóa
thch dầu mỏ đang có xu hướng ngy cng cn dần. Bên cnh đó, vấn đ ô nhiễm môi
trường do khí thi từ cc phương tin giao thông vận ti cũng đang trở nên đng bo
động. Để gii quyt cc vấn đ nêu trên, bên cnh vic ci tin trong công ngh động
cơ, vic thay th dần cc nhiên liu có nguồn gc từ dầu mỏ (hóa thch) đưc s dng
trong động cơ diesel - tc l nhiên liu diesel - bằng nhiên liu thay th đưc sn xuất từ
cc nguồn năng lưng sch, có thể ti to (alternative fuels) đưc xem l một gii php
đầy ha hẹn [1].
Biodiesel l một loi nhiên liu sinh hc có nguồn gc từ dầu thực vật (đậu nnh,
dừa, c, ci, ht cao su, to biển, jatropha...) hoặc mỡ động vật (ví d: mỡ c basa, c
tra, mỡ bò, mỡ ln, mỡ g...), đưc s dng rất thông dng trên thị trường châu Âu,
châu Mỹ v một s nước châu Á [2]. Biodiesel l cc mono ankyl ester của axit béo,
đưc sn xuất bằng cch ester hóa cc chất béo (tryglyceride) với methanol v chất xc
tc kim (KOH hoặc NaOH). Biodiesel có tính chất l-hóa gần tương tự diesel, dễ dng
* Email: vuphong2011@gmail.com
Journal of Science and Technique - ISSN 1859-0209
72
hòa trộn với diesel để dùng cho động cơ diesel m không cần thay đi nhiu v kt cấu
[2]. Vit Nam l một nước nông nghip có nguồn dầu thực vật v mỡ động vật phong
ph, vic nghiên cu s dng chng lm nguồn nhiên liu thay th cho cc loi nhiên
liu khong sẽ có gi trị khoa hc v thực tiễn cao. Ngoi ra, biodiesel còn có li th lớn
l thuận tin trong lưu trữ, s dng v không qu phc tp trong quy trnh sn xuất.
Hin nay, xu hướng chuyển dịch sang s dng xe đin đang đưc thể hin r trong
lnh vực giao thông, tuy nhiên đi với cc lnh vực truyn thng như nông nghip, lâm
nghip, giao thông nông thôn th vẫn s dng cc loi động cơ đt trong. Động cơ R180
l loi động cơ một xi lanh cỡ nhỏ, dùng nhiên liu diesel, đưc s dng rộng rãi trong
cc lnh vực ny do ưu th dễ s dng, sa chữa, kinh phí thấp. Cùng với nguồn nguyên
liu sinh hc đa dng, phong ph, n định nên vic nghiên cu ng dng nhiên liu
biodiesel cho động cơ cỡ nhỏ l một hướng có tim năng, có  ngha thực tiễn cao.
Bi bo ny nghiên cu đnh gitính năng kỹ thuật, pht thi của động cơ diesel
R180 khi s dng hn hp biodiesel/diesel bằng phương php mô phỏng để đnh gi
đưc những thay đi v tính năng kỹ thuật, kinh t, pht thi so với động cơ nguyên bn
v tim năng ng dng loi nhiên liu sinh hc ny để thay th cho nhiên liu diesel.
Nhiên liu biodiesel đã đưc nghiên cu để s dng cho động cơ diesel trên cc phương
tin giao thông đường bộ v đường thủy, tuy nhiên, vic nghiên cu s dng biodiesel
cho động cơ diesel trong lnh vực nông-lâm nghip th còn rất hn ch. Bi bo ny
cũng b sung vo cơ sở dữ liu để đnh gi nh hưởng của biodiesel khi thêm vo nhiên
liu diesel nguyên bn, để từ đó mở rộng nghiên cu vic b sung ph gia nhiên liu
nhằm có phương hướng s dng nhiên liu hiu qu hơn v gim pht thi của động cơ.
2. Xây dng mô hình mô phng
2.1. Cơ sở lý thuyết
Hin nay, có nhiu phần mm chuyên dng để mô phỏng chu trnh công tc, tính
năng kỹ thuật v pht thi cho động cơ đt trong như: AVL-Boost, Diesel-RK,
GT-Suite, AMESim… có kh năng đưa ra kt qu mô phỏng có độ chính xc v độ tin
cậy cao, dễ s dng. Cc phần mm ny đã v đang đưc s dng kh phbin ở trong
v ngoi nước, trong đó phần mm GT-Suite s dng mô hnh tính ton chu trnh công
tc (CTCT) cho động cơ theo phương php cân bằng năng lưng với gi thit môi chất
công tc trong thể tích công tc của xi lanh ti thời điểm bất kỳ đu ở trng thi cân
bằng (một h thng nhit cân bằng). Với phương php ny th môi chất trong xi lanh ở
cc qu trnh của CTCT luôn luôn tuân theo cc định luật nhit động v phương trnh
trng thi khí l tưởng [3].
Các mô hnh ton hc đưc s dng khi tính ton CTCT theo phương php cân
bằng năng lưng bao gồm: Định luật nhit động hc th nhất, mô hnh chy, mô hnh
thời gian chy trễ, mô hnh truyn nhit, mô hnh tn hao cơ giới, mô hnh tính ton
hm lưng cc chất ô nhiễm (NOx, soot) có trong khí x.
Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - ISSN 1859-0209
73
Phương trnh nhit động th nhất vit cho động cơ đt trong:
...
cw
F BB
c BB
d m u dQ
dQ dm
dV
ph
d d d d d
(1)
Mô hình cháy Vibe:
( 1)
.
.1 m
ay
dx
x d e
d
(2)
Mô hnh thời gian chy trễ Arrhenius:
*
3 2,5 1,04
, , 4, 0.10 exp
P P P
P
E
P T p T



(3)
Mô hnh truyn nhit Woschni:
0,8
,1
0,2 0,8 0,53
1 2 ,0
,1 ,1
.
130. . . .
Dc
w c c m c c
cc
VT
D p T C c C p p
pV





(4)
Mô hnh tn hao cơ giới Chen-Flynn:
Pm = a + b.Pmax + c.Cm + d.Cm2 (5)
Mô hnh tính ton hm lưng bồ hóng (Soot):
0,5 exp
g
sf sf
ff
dm E
A m P
dt RT



(6)
Mô hnh tính ton hm lưng NOx (Zeldovich):

2
22
12
1 2 2 3
1/
21/
NO K O N
dNO k O N
dt k NO k O k NO

(7)
2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng chu trình công tác của động cơ
Bảng 1. Thông số kỹ thuật của động cơ R180
TT
Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
1
Hành trình pít tông
S
80
mm
2
D
80
mm
3
i
1
-
4
ge
279
g/kWh
5
Thể tích công tc
Vh
0,402
lít
6
Ne
5,17
kW
7
ε
20
-
8
φ1
18°
Độ
9
φ2
41°
Độ
10
φ3
48°
Độ
11
φ4
15°
Độ
12
φs
22°
Độ
Journal of Science and Technique - ISSN 1859-0209
74
Đi tưng nghiên cu l động cơ diesel R180. Đây l động cơ diesel 4 kỳ,
1 xi lanh, không tăng p, lm mt bằng chất lỏng. Động cơ s dng buồng chy thng
nhất, h thng nhiên liu kiểu cơ khí truyn thng (bơm cao p có 1 phân bơm, vòi phun
cơ khí). Cc thông s cơ bn của động cơ R180 đưc trnh by trong bng 1 [4].
Sơ đồ trnh tự cc bước xây dựng mô hnh mô phỏng CTCT của động cơ diesel
R180 trong phần mm GT-Suite đưc trnh by trên hnh 1. Mô hnh mô phỏng CTCT
của động cơ R180 đưc xây dựng bằng phần mm GT-Suite như trên hnh 2. Để xây
dựng mô hnh mô phỏng CTCT của động cơ trong phần mm GT-Suite, cần xc định
thông s đầu vo v khai bo dữ liu theo cc nhóm [5], bao gồm:
- Nhóm cc thông s v động hc, động lực hc của động cơ (Engine Cranktrain);
Nhóm cc thông s v thuộc tính xi lanh v buồng chy (Engine v Cyl); Nhóm cc
thông s v h thng phun nhiên liu, tập trung vo vòi phun; Nhóm cc thông s v h
thng np, thi; Nhóm thông s v nhiên liu.
Hình 1. Trình tự tính toán CTCT trong phn mm GT-Suite.
Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - ISSN 1859-0209
75
Hình 2. Mô hình mô phỏng động cơ R180 trên GT-Suite
1 - Phn t kt cu của động cơ; 2 - Phn t buồng cháy;
3 - Phn t vi phun; 4 - Phn t hệ thống nạp, thải.
Cc thông s đầu vo đưc xc định dựa theo ti liu kỹ thuật của động cơ hoặc
đo trực tip trên động cơ thực; đo cc thông s vận hnh bằng th nghim trên b th;
một s thông s đưc xc định gin tip thông qua cc tính ton trung gian hoặc lựa
chn dựa theo khuyn nghị của phần mm GT-Suite. Cc mô hnh đưc lựa chn trong
mô hnh mô phỏng: Mô hnh chy DI-Jet, mô hnh truyn nhit WosniGT, mô hnh ma
st Chen-Flynn [5].
2.3. Hiệu chỉnh mô hình cháy
Để mô hnh mô phỏng CTCT của động cơ diesel R180 đt đưc độ chính xc v
có độ tin cậy cao, cần thit phi hiu chỉnh cho phù hp với ch độ vận hnh thực t của
động cơ theo dữ liu đo đưc từ thực nghim. Mô hnh mô phỏng đưc hiu chỉnh theo
cc kt qu đo đc thực t khi th nghim động cơ trên b th ti Trung tâm nghiên cu
cc Nguồn động lực v Phương tin tự hnh, Khoa Cơ khí động lực, Đi hc Bch khoa
H Nội ng với đặc tính ngoi của động cơ. Cc thông s dùng để hiu chỉnh gồm:
- Diễn bin p suất trong xi lanh (Pcyl); công suất có ích của động cơ (Ne); suất tiêu
hao nhiên liu có ích (ge);
Đầu tiên, mô hnh mô phỏng động cơ sẽ đưc hiu chỉnh theo kt qu thực
nghim v diễn bin p suất trong xi lanh Pcyl của động cơ dựa vo công c hiu chỉnh
Pcyl (sẵn có trong phần mm GT-Suite). Phương php hiu chỉnh như sau:
- Nhập s liu Pcyl đo th nghim vo phần mm;