MỤC LỤC

MỤC LỤC...........................................................................................................................................................................i

LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................................................................1

Chương 1. KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0 TRÊN XE ISUZU DMAX.......................................................................2

1.1. Khái quát về động cơ 4JH1 – T3.0.............................................................................................................................2

1.2. Đặc điểm kết cấu động cơ 4JH1- T3.0.......................................................................................................................7

1.3. Hệ thống bôi trơn.......................................................................................................................................................14

1.3.1. Sơ đồ mạch dầu bôi trơn........................................................................................................................................14

1.3.2. Bơm dầu, lọc dầu, vòi phun làm mát pít tông.........................................................................................................16

1.4. Hệ thống làm mát......................................................................................................................................................20

1.4.1. Sơ đồ làm mát.........................................................................................................................................................20

1.4.2. Bơm nước, van hằng nhiệt, két nước......................................................................................................................21

1.5. Hệ thống nạp, thải khí ...............................................................................................................................................23

1.5.1. Ống nạp và ống xả................................................................................................................................................. 23

1.5.2. Turbo tăng áp..........................................................................................................................................................23

1.6. Hệ thống tuần hoàn khí thải.......................................................................................................................................27

1.6.1. Hệ thống điều khiển EGR........................................................................................................................................27

1.6.2. Van EGR và bộ làm mát EGR.................................................................................................................................29

1.7. Hệ thống phân phối khí ..............................................................................................................................................31

1.7.1. Bộ truyền động xupap..............................................................................................................................................31

1.7.2. Xupap và lò xo xupap..............................................................................................................................................33

Chương 2. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0......................................................................35

2.1. Cơ sở lý thuyết hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1 – T3.0..........................................................................................35

2.1.1. Đặc điểm..................................................................................................................................................................35

2.1.2. Bơm cao áp, ống Rail, kim phun..............................................................................................................................36

2.1.3. Đường nhiên liệu phía áp suất thấp.........................................................................................................................44

2.1.4. Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu........................................................................................................................45

2.2. Giới thiệu phần mềm Simcenter Amesim....................................................................................................................47

2.2.1. Chức năng của Simcenter Amesim..........................................................................................................................48

2.2.2. Ứng dụng Simcenter Amesim...................................................................................................................................48

2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1 – T3.0 bằng phần mềm Simcenter Amesim..........54

2.3.1. Xây dựng mô hình....................................................................................................................................................54

2.3.2. Gán thông số kết cấu nhà sản xuất..........................................................................................................................58

2.3.3. Kết quả mô phỏng.....................................................................................................................................................61

Chương 3. KHẢO SÁT CƠ CẤU KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0............................................67

3.1. Mô phỏng động lực học cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền động cơ 4JH1 – T3.0 bằng phần mềm Inventor 2020.... 67

3.1.1. Mô phỏng các chi tiết cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền...........................................................................................67

3.1.2. Mô phỏng động lực học cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền.......................................................................................70

3.2. Kết quả khảo sát cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền động cơ 4JH1 – T3.0 ....................................................................73

3.2.1. Kết quả khảo sát bằng Dynamic simulation..............................................................................................................73

3.2.2. Kết quả khảo sát bằng Stress Analysis.....................................................................................................................74

3.3. Đánh giá điều kiện làm việc của động cơ 4JH1 – T3.0................................................................................................84

KẾT LUẬN..........................................................................................................................................................................86

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................................................87

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm qua, nền kinh tế của nước ta đã đạt những thành tựu to lớn, vị thế đất nước đã có nhiều thay đổi. Hiện nay, rất nhiều loại xe hiện đại đã và đang được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, với thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình Việt Nam. Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các hệ thống, cụm, cơ cấu cho xe là hết sức cần thiết nhằm đưa ra phương thức khai thác và sử dụng xe tối ưu.

Đồ án tốt nghiệp là một nội dung quan trọng cho việc củng cố, hoàn thiện những kiến thức đã được trang bị trong suốt quá trình học, từ đó nâng cao khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế công việc, khả năng tư duy khoa học, khả năng làm việc đòi hỏi cường độ cao, có kế hoạch. Qua đó giúp học viên hệ thống lại các kiến thức chuyên ngành đã tiếp thu, đồng thời bổ sung những kiến thức mà bản thân còn thiếu sót trong quá trình học.

Sau 5 năm học tập tại Trường Sĩ quan Kỹ thuật Quân sự, tôi đã được giao đồ án tốt nghiệp đại học với đề tài:

Nghiên cứu, khảo sát động cơ 4JH1-T3.0 trên xe ISUZU Dmax

Nội dung đồ án gồm 3 phần chính sau:

Chương 1: Khái quát về động cơ 4JH1-T3.0 trên xe ISUZU Dmax.

Chương 2: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1- T3.0.

Chương 3: Khảo sát cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền động cơ 4JH1- T3.0.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo: Thạc sĩ…………….. cũng như toàn thể các thầy giáo trong Khoa ô tô đã tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án, song do những hạn chế về kiến thức, thiếu sót về kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh được sai sót vì vậy tôi rất mong được sự đóng góp của các thầy cũng như toàn thể các bạn để đồ án của tôi được hoàn chỉnh hơn.

Chương 1

KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0 TRÊN XE ISUZU DMAX

1.1.Khái quát về động cơ 4JH1 - T3.0

1.1.1. Khái quát chung về động cơ

Isuzu D-Max là dòng xe bán tải được sản xuất bởi hãng xe Isuzu Motors, Nhật Bản từ năm 2002. D-max chia sẻ nền tảng với dòng SUV hạng trung ISUZU MU-X và cả các đối thủ như Chevrolet Colorado, GMC CanyonIsuzu Dmax. Isuzu Dmax là loại xe bán tải cỡ trung có động cơ mạnh mẽ, vận hành êm ái, là mẫu xe bán tải bán chạy hàng đầu tại Thái Lan.

Các chuyên gia và kỹ sư hàng đầu trong lĩnh vực xe tải đã theo dõi sự phát triển của công nghệ Blue Power. Và đưa ra kết luận về 4 sự vượt bậc mà công nghệ này mang tới, đó là:

+ Công suất động cơ tối đa

+ Mức phát thải thấp

+ Tiết kiệm nhiên liệu

+ Có độ bền vượt trội

Những đặc điểm nổi bật chính của động cơ 4JH1 – T3.0:

+ Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử (Common Rail)

+ Cơ cấu phân phối khí dùng đũa đẩy dẫn động bánh răng

+ Hệ thống xông buồng đốt động cơ điều khiển tự động

+ Van EGR điều khiển điện và tản nhiệt bằng nước làm mát

+ Điều khiển van bướm gió điện tử

+ Turbo tăng áp với bộ làm mát khí nạp

+ Bộ xúc tác oxi hóa

1.1.2. Các thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật động cơ 4JH1 như bảng 1.1.

1.2. Đặc điểm kết cấu động cơ 4JH1- T3.0

1.2.1. Nhóm chi tiết cố định

Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, ống lót xi lanh và nắp máy, đệm, có nhiệm vụ để gá lắp các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền, các hệ thống, cơ cấu và các chi tiết khác như các đường ống của hệ thống bôi trơn, làm mát và cơ cấu phối khí.v.v..

1.2.1.1.Thân máy

Thân máy động cơ 4JH1 có kết cấu kiểu thân xi lanh, hộp trục khuỷu, đây là chi tiết có kích thước lớn nhất động cơ. Trong hộp trục khuỷu có 4 ổ đỡ cổ trục chính. Tất cả 4 ổ đỡ cổ trục của thân máy được gia công theo từng bộ cho nên trong quá trình sửa chữa, thay thế không được đổi lẫn, vì vậy trên nắp ổ trục được đánh dấu bằng số. Trên thân máy có các khoang rỗng để chứa nước làm mát xung quanh xi lanh và khoan các đường dẫn dầu bôi trơn. 

1.2.1.2. Nắp máy

Nắp máy động cơ có nhiệm vụ cùng với pít tông và xi lanh tạo thành buồng cháy. Ngoài ra, trên nắp máy còn lắp trục cam và các chi tiết của các cơ cấu và hệ thống khác: Vòi phun, xu páp, các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dẫn dầu bôi trơn… 

1.2.2. Nhóm chi tiết chuyển động

1.2.2.1. Nhóm pít tông

Nhóm pít tông gồm có pít tông, chốt pít tông, xéc măng khí, xéc măng dầu, và các chi tiết hãm chốt pít tông.

Động cơ 4JH1 có 4 pít tông được làm bằng hợp kim nhôm. Chốt piston được làm lệch để làm giảm âm thanh va đập. Các piston phải chịu áp suất cao và nhiệt độ cao trong quá trình. Áp suất cháy được biến đổi và truyền tới trục khuỷu. Hầu hết nhiệt được truyền ra nước làm mát qua thành xy lanh. 

Pít tông động cơ 4JH1 có cấu tạo buồng đốt xoáy lốc với buồng tạo xoáy lốc được bố trí ở tâm đỉnh pít tông.

Khi nhiệt độ piston tăng lên, việc dãn nở piston sẽ tăng, gây kẹt piston và bó xéc măng dẫn đến độ mòn rãnh xéc măng và lọt khí sẽ tăng lên. Vì vậy, với pít tông hợp kim nhôm, ở rãnh xéc măng khí thứ nhất có đúc liền 1 vùng đệm rãnh xéc măng bằng gang đặc biệt để chịu tải trọng nhiệt lớn và cải thiện tính chịu mài mòn của rãnh xéc măng.

1.2.2.2. Nhóm thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết nối pít tông với trục khuỷu. Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên pít tông xuống trục khuỷu, biến chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu.

1.3. Hệ thống bôi trơn

1.3.1. Sơ đồ mạch dầu bôi trơn

Động cơ 4JH1 sử dụng hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức bằng dầu bôi trơn được cung cấp nhờ áp suất được tạo ra từ 1 bơm dầu. Hệ thống này gồm: các te dầu, bơm dầu, lọc dầu, bộ làm mát dầu và đường dầu trên thân máy.

1.3.2. Bơm dầu, lọc dầu, vòi phun làm mát pít tông

1.3.2.1. Bơm dầu

Bơm dầu bôi trơn loại bánh răng được sử dụng, nó được lắp trên thân máy và được dẫn động bởi bánh răng trên trục cam. Van an toàn nhớt được lắp trên thân bơm.

Bơm bánh răng có cấu tạo như hình 1.13. Bánh răng bị động (2) quay dọc theo mặt trong của vỏ bơm cùng với bánh răng chủ động (1) được dẫn động từ trục cam. Kết quả là, chân không được tạo ra giữa bánh răng và vỏ bơm hút dầu từ các te qua lưới lọc (từ A tới). 

1.3.2.2. Lọc dầu và bộ làm mát dầu

Dầu bôi trơn động cơ sẽ dần dần biến chất bởi các mạt kim loại sinh ra do ma sát khi các chi tiết động cơ làm việc và do muội các bon khi cháy nhiên liệu. Các chất cặn nặng sẽ đọng xuống dưới đáy các te còn các hạt nhẹ sẽ được bơm cùng với dầu đưa tới các chi tiết của động cơ, như vậy có thể làm tăng độ mài mòn và gây kẹt. Vì vậy, cần phải có lọc dầu để loại bỏ cặn bẩn.

Bộ lọc dầu bôi trơn sử dụng loại lọc toàn phần. Van an toàn bộ lọc được lắp lên lọc dầu. Van an toàn mở và chuyển dầu đến đường dầu nếu lọc bị nghẹt.

1.3.2.3. Vòi phun làm mát pít tông

Vòi phun dầu làm mát pít tông được lắp phía dưới pít tông và cố định vào thân máy động cơ. Pít tông được làm mát nhờ vào dầu bôi trơn động cơ, van một chiều sẽ mở khi áp suất dầu trong đường ống tăng, khi tăng tốc độ động cơ.

1.4. Hệ thống làm mát

1.4.1. Sơ đồ làm mát

Sơ đồ làm mát động cơ 4JH1 như hình 1.17.

1.4.2. Bơm nước, van hằng nhiệt, két nước

1.4.2.1. Bơm nước

Bơm nước là loại bơm cánh quạt ly tâm và được dẫn động bởi dây đai chữ V. Bơm nước hút nước làm mát từ két nước, và chuyển nó đến bộ làm mát dầu trong thân máy để làm mát bề mặt bên ngoài của xy lanh, và sau đó vào trong nắp máy. Nước trong nắp máy được dẫn thông qua áo nước để làm mát vỏ kim phun và xung quanh đế xupap. Sau khi làm mát nắp máy, nước được đưa ra ngoài vào két nước. 

1.4.2.2. Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt sử dụng là loại van sáp, và nhiệt độ hoạt động của van là 82℃ (180℉). Độ mở hoàn toàn của van này là hơn 9.5 mm tại 95°C (203°F).

Van hằng nhiệt mở và đóng đường nước làm mát thông với nước của két nước tùy thuộc vào nhiệt độ động cơ để điều khiển van và ngăn chặn việc động cơ quá nhiệt hoặc quá lạnh. 

Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, van hằng nhiệt mở ra để mở thông đường nước với két làm mát và lúc này đường nối tắt được đóng lại để nhiệt độ nước làm mát được giữ ở một giá trị thích hợp.

1.5. Hệ thống nạp, thải khí

1.5.1. Ống nạp và ống xả

Ống nạp làm từ nhôm đúc, van EGR được đặt trên phía đường ống nạp

Ống xả được làm bằng gang và cửa khí EGR được đặt phía sau của đường ống xả. Đệm lót được làm bằng thép không gỉ giúp tăng khả năng làm kín và tăng độ bền.

1.5.2. Turbo tăng áp

1.5.2.1. Turbo tăng áp

Turbo tăng áp được sử dụng để tăng lượng không khí đi vào xi lanh động cơ. Điều này cho phép tăng tỷ lệ nhiên liệu được phun vào xy lanh, dẫn đến tăng công suất, đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu.

Nhiệt năng và áp suất khí thải của động cơ được tái sử dụng để dẫn động cánh tua bin. Khí thải được đưa vào buồng tua bin. Vỏ tuabin đóng vai trò như một cổ họng để hướng khí đốt đến cánh tua bin. Máy nén khí được gắn trực tiếp vào trục tua bin, máy nén khí quay cùng vận tốc với tua bin dẫn động. Khí nạp sau khi lọc sạch sẽ được đưa vào vỏ turbo tăng áp. Không khí được nén và đưa qua một bộ làm mát khí nạp, sau đó vào trong các xy lanh.

1.5.2.2. Hệ thống điều khiển van khí thải Turbo

Van điều khiển khí thải turbocharger sử dụng loại kiểm soát áp suất chân không thông thường. Lượng áp suất không khí tăng lên và lượng khí nạp vào động cơ từ đầu ra của máy nén được điều chỉnh bởi một van cửa xả trong buồng tua bin dẫn động. Vị trí của van cửa xả được kiểm soát bởi áp suất được tạo ra ở phía bên trong của tua bin tăng áp. Màng ngăn bên trong bộ truyền động van cửa xả dùng để nhận biết áp suất chân không cung cấp và điều khiển vị trí của van bên trong turbo tăng áp.

Khi giá trị áp suất chân không thực tế cao hơn so với giá trị áp suất chân không mong muốn, van solenoid đóng lại để giảm áp suất chân không.

1.6.1. Hệ thống điều khiển EGR

Hệ thống EGR tuần hoàn lại một phần của khí xả trở lại ống dẫn khí nạp, làm giảm khí thải nitơ oxit (NOx). Hệ thống điều khiển EGR sử dụng hệ thống điều khiển điện tử để đảm bảo khả năng lái êm ái và lượng khí thải thấp.

ECM điều khiển mô tơ động cơ điện 1 chiều để kiểm soát độ nâng của van EGR dựa trên từng điều kiện hoạt động của động cơ. Bộ cảm biến vị trí van EGR phát hiện vị trí van hiện tại và truyền tín hiệu tới ECM để kiểm tra sự hoạt động của van EGR. Điều khiển EGR bắt đầu khi các điều kiện về tốc độ động cơ, nhiệt độ làm mát động cơ, nhiệt độ khí nạp và áp suất khí quyển được đáp ứng.

1.6.2. Van EGR và bộ làm mát EGR

Van EGR được lắp trên đường ống nạp, ECM điều khiển hoạt động của van EGR dựa trên từng điều kiện hoạt động của động cơ. ECM điều khiển van EGR bằng cách điều khiển động cơ điện 1 chiều. Mô tơ động cơ điện 1 chiều được điều khiển dựa trên tín hiệu độ rộng xung (PWM) được điều khiển từ ECM. Vị trí van EGR được xác định dựa trên cảm biến vị trí và đưa về ECM. 

Bộ làm mát EGR nằm trên đường ống tuần hoàn khí thải và làm giảm nhiệt độ khí thải bằng nước làm mát động cơ.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Isuzu Dmax trang bị động cơ 4JH1 – T3.0 được tích hợp nhiều thiết kế cải tiến, kết hợp công nghệ Blue Power và tiên phong đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 nên có khả năng tối ưu hóa năng suất, giảm tiếng ồn, an toàn và tiết kiệm nhiên liệu.

Chương 2

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0

2.1. Cơ sở lý thuyết hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1 - T3.0

2.1.1. Đặc điểm

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1 như hình 2.1.

Hệ thống phun nhiên liệu CommonRail sử dụng một khoang chứa nhiên liệu được gọi là ống rail để lưu giữ nhiên liệu đã được nén áp suất cao, các kim phun là loại sử dụng van điều khiển điện tử (cuộn dây solenoid) để phun nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt. Hệ thống phun (áp suất phun, tốc độ phun và thời gian phun) được ECM kiểm soát, và do đó hệ thống phun nhiên liệu có thể được kiểm soát độc lập, không bị ảnh hưởng của tốc độ và tải trọng của động cơ. 

2.1.2. Bơm cao áp, ống Rail, kim phun

2.1.2.1. Bơm cao áp

Thông số bơm cao áp HP3 như bảng 2.1.

Bơm này được lắp trên động cơ tương tự các loại bơm cao áp trước, tốc độ quay bằng với tốc độ của truc khuỷu.  Một van điều chỉnh áp suất ống rail (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (FT) được lắp tích hợp trên thân bơm. Nhiên liệu sẽ được chuyển từ thùng nhiên liệu đến buồng nén cao áp qua 1 bơm tiếp vận. Bơm tiếp vận sẽ cấp nhiên liệu vào 2 buồng nén cao áp. Lượng nhiên liệu vào buồng này có thể điều chỉnh bởi van FRP và được điều khiển bởi dòng điện cung cấp từ ECM. 

2.1.2.2. Đường ống nhiên liệu

Cùng với việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, ống rail được cung cấp để chứa nhiên liệu áp suất cao giữa bơm cao áp và kim phun. Một cảm biến áp suất được lắp trên đường ống rail. Cảm biến áp suất phát hiện áp suất nhiên liệu bên trong ống rail và gửi tín hiệu tới ECM. Dựa trên tín hiệu này, ECM điều khiển áp suất nhiên liệu bên trong đường ống rail thông qua điều chỉnh van (FRP) trên bơm cấp.

2.1.2.3. Kim phun

Kim phun điều khiển điện tử được điều khiển bởi ECM. So với kim phun thông thường, một piston, van solenoid được thêm vào. Các mã số hiển thị các đặc tính của kim phun khác nhau được đánh dấu bằng laser trong tấm ID thể hiện dưới dạng chữ số (24 chữ số được hiển thị). Hệ thống này sử dụng thông tin tốc độ dòng phun nhiên liệu (ID codes) để tối ưu hóa việc kiểm soát số lượng phun. Khi một kim phun mới được lắp đặt trong xe, cần phải nhập mã ID vào ECM. 

2.1.3. Đường nhiên liệu phía áp suất thấp

Hệ thống hồi nhiên liệu được bố trí để làm nóng nhiên liệu vào động cơ khi động cơ lạnh. Hệ thống này hoạt động (van mở) khi nhiên liệu dưới 32℃ (90℉), và một phần nhiên liệu hồi được đưa lại đường nhiên liệu vào tại lọc phụ.  

Lọc nhiên liệu sử dụng lâu dài sẽ gây ra tắc nghẽn bộ lọc nhiên liệu hệ thống nhiên liệu. Lọc thô được lắp đặt giữa thùng nhiên liệu và lọc tinh sẽ loại bỏ chất bẩn có kích thước tương đối lớn trong nhiên liệu trước khi đến lọc tinh và bơm cao áp. Lọc thô rất cần thiết đối với những quốc gia có chất lượng nhiên liệu thấp.

2.1.4. Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu

2.1.4.1. Kiểm soát lượng phun nhiên liệu

Kiểm soát và xác định lượng nhiên liệu phun bằng cách dựa vào thông tin nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ khí nạp, áp suất khí quyển và các sự điều chỉnh khác đến tỷ lệ nhiên liệu cơ bản được tính toán bằng ECM dựa trên điều kiện hoạt động của động cơ (tốc độ động cơ, tải trọng). Tỷ lệ nhiên liệu nhiều hơn nếu tải trọng của động cơ được tăng lên khi bàn đạp được tăng lên ở tốc độ động cơ không đổi.

2.1.4.2. Điều khiển tốc độ cầm chừng

ECM kiểm soát để đạt được tốc độ chạy không tải ổn định tại mọi thời điểm, bất kể sự thay đổi của động cơ hay thay đổi điều kiện hoạt động của động cơ. ECM đặt tốc độ chạy không tải và kiểm soát lượng nhiên liệu phun theo điều kiện động cơ (tốc độ động cơ thực tế, nhiệt độ nước làm mát và tải trọng động cơ) dựa vào tốc độ động cơ thực tế và tốc độ chạy không tải tối ưu để đảm bảo tốc độ chạy ổn định.

2.2. Giới thiệu phần mềm Simcenter Amesim

Phần mềm Simcenter Amesim™ là phần mềm mô phỏng tích hợp hệ thống cơ điện tử hàng đầu thế giới. Với nền tảng mô phỏng mở, các kỹ sư có thể đánh giá và tối ưu hiệu suất hệ thống, giúp tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống từ giai đoạn phát triển đến giai đoạn xác nhận hiệu suất và kiểm soát hiệu suất cuối cùng.

Các phát triển mới nhất trong Simcenter Amesim làm cho nó trở thành một sự lựa chọn vững chắc cho kỹ thuật hệ thống dựa trên mô hình. Hướng tới mô phỏng cơ điện tử, nền tảng Simcenter Amesim cung cấp cho người dùng một phương pháp tiếp cận phát triển mở từ yêu cầu chức năng đến mô hình và mô phỏng vật lý.

2.2.1. Chức năng của Simcenter Amesim

2.2.1.1. Nền tảng Simcenter Amesim

Nền tảng Simcenter Amesim là một nền tảng mở, mạnh mẽ và dễ sử dụng để mô hình hóa và phân tích các hệ thống đa ngành. Nó cho phép bạn điều tra hiệu suất của các hệ thống thông minh, cơ điện tử ở giai đoạn phát triển ban đầu.

2.2.1.2. Thư viện Simcenter Amesim

Simcenter Amesim bao gồm các thư viện toàn diện cho mô hình đa luồng cho dòng chảy, nhiệt động lực học, điện, cơ điện, xử lý tín hiệu, cũng như thư viện ứng dụng cho hệ thống làm mát, điều hòa không khí, động cơ đốt, hàng không vũ trụ và các hệ thống khác.

2.2.2. Ứng dụng Simcenter Amesim

2.2.2.1. Ô tô và phương tiện đường bộ

a, Tích hợp xe và cân bằng đa thuộc tính

Simcenter Amesim khắc phục vấn đề tích hợp công nghệ xanh vào quá trình phát triển hiện tại của người dùng trong khi vẫn tiếp tục cải thiện khả năng lái và hiệu suất của xe. Các giải pháp này thêm vào quá trình phát triển xe hiện tại và kết hợp các kỹ thuật cơ khí, nhiệt, điện và điều khiển trong một môi trường phần mềm.

b, Mô phỏng truyền động

Simcenter Amesim Powertrain Transmission cung cấp nền tảng chung cho việc phân tích và thiết kế hệ thống truyền tải tối ưu và các điều khiển tương ứng.

2.2.2.2. Mô phỏng động cơ đốt trong

Đánh giá, thiết kế và tối ưu hóa toàn diện hệ thống động cơ từ quản lý không khí, quá trình đốt cháy đến bơm nhiên liệu và điều khiển động cơ.

Các giải pháp mô phỏng động cơ đốt trong Simcenter Amesim Internal Combustion Engine giúp người dùng đánh giá, thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống động cơ toàn diện – từ quản lý không khí, đốt cháy và xử lý khí thải sau khi đốt cho đến phun nhiên liệu và kiểm soát động cơ bằng cách cung cấp các mô hình động cơ và các thành phần chính xác.

2.2.2.4. Mô phỏng hệ thống điện

Bộ giải pháp mô phỏng hệ thống điện Simcenter Amesim Electrical Systems giúp người dùng xác định các chiến lược đơn giản của các hệ thống điện hoặc cơ điện trong suốt quá trình thiết kế. Kỹ thuật hệ thống cơ điện tử là mối quan tâm phát triển chủ yếu do sự gia tăng sử dụng các hệ thống điện và điện tử trong ô tô và xe cơ giới.

Bộ giải pháp hệ thống điện cho phép người dùng:

+ Làm việc trên các mô hình chi tiết cho các thành phần cơ điện, ví dụ như van điện từ.

+ Thiết kế và đánh giá các quy định điều khiển động cơ điện và tác động của nó trong mạng điện.

2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ 4JH1 – T3.0 bằng phần mềm Simcenter Amesim

2.3.1. Xây dựng mô hình

Động cơ đốt trong của ô tô có nhiều hệ thống phức tạp. Từ thông số của nhà sản xuất, để thuận tiện trong việc tính toán, ta quy dẫn khối động cơ gồm các hệ thống phức tạp bằng một hệ thống tương đương, đơn giản hơn.

2.3.2. Gán thông số kết cấu nhà sản xuất

2.3.2.1. Thông số động cơ

Động cơ 4JH1 – T3.0 là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xy lanh thẳng hàng với chu trình công tác 1 – 3 – 4 – 2.

2.3.2.2. Thông số cơ cấu phân phối khí

- Hành trình xupap nạp:                  0,523mm

- Hành trình xupap xả:                    0,401mm

- Góc mở sớm xupap nạp:             24,5°

- Góc đóng muộn xupap nạp:        55,5°

- Góc mở sớm xupap xả:               54°

2.3.3. Kết quả mô phỏng

onghi hoàn thành các ong kết mô hình và thông số cần thiết, ta tiến hành mô phỏng với điều kiện biên như sau:

- Động cơ hoạt động ở vận tốc tối đa 2900 vòng/ phút tương đương với 17400 độ/ giây.

- Bướm ga mở 100%.

- Van EGR mở 20%.

a, Thay đổi thời điểm phun

Ta tiến hành thí nghiệm thay đổi thông số đầu vào là thời điểm phun của kim phun trong 3 trường hợp nêu trong bảng 2.4 để so sánh kết quả áp suất khí thể trong 1 xy lanh động cơ 4JH1 thay đổi như thế nào.

b, Thay đổi áp suất vòi phun

Khi ta tiến hành tăng dần áp suất vòi phun từ 1000 bar lên 1200 bar và giữ nguyên các thông số khác, kết quả áp suất khí thể cực đại trong quá trình cháy của động cơ cũng tăng lên.

Diễn biến áp suất trên đường ống cao áp của hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel phụ thuộc vào bơm cao áp và ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tia phun nhiên liệu, dẫn đến thay đổi quá trình hình thành hỗn hợp cháy, làm ảnh hưởng đến công suất động cơ. 

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Thông qua việc ứng dụng công cụ mô phỏng của phần mềm Simcenter Amesim, ta có thể kiểm nghiệm một cách tương đối chính xác các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ ô tô trong điều kiện hạn chế về cơ sở vật chất và các trang thiết bị phục vụ cho tính toán, thu thập kết quả. Các thông số thay đổi không chỉ dừng lại ở thời điểm phun, áp suất vòi phun mà còn thay đổi được nhiều thông số khác và thay đổi các thông số cùng một lúc. Kết quả tính toán cho phép nhanh chóng xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác động cơ 4JH1 – T3.0 để làm cơ sở cho việc tính toán, mô phỏng động lực học, tính toán sức bền các chi tiết bằng phần mềm Inventor được trình bày ở chương 3.

Chương 3

KHẢO SÁT CƠ CẤU KHUỶU TRỤC-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 4JH1-T3.0

3.1.Mô phỏng động lực học cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền động cơ 4JH1 – T3.0 bằng phần mềm Inventor 2020

Inventor là phần mềm tạo và chỉnh sửa các bản thiết kế cơ khí 3D. Nó cung cấp cho các kỹ sư những công cụ cần thiết để làm việc với bản thiết kế cơ khí từ mở rộng, mô phỏng chuyển động, quản lý một loạt các dữ liệu, nâng cao năng suất CAD tổng thể đến tạo tài liệu thiết kế. Inventor có thể giúp các kỹ sư cơ khí tiết kiệm thời gian và công sức bằng cách kiểm tra và mô phỏng thiết kế của mình trong môi trường CAD an toàn trước khi xây dựng các sản phẩm thực sự.

3.1.1. Mô phỏng các chi tiết cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền

- Pít tông

- Thanh truyền

- Trục khuỷu

- Khối động cơ

3.1.2. Mô phỏng động lực học cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền

3.1.2.1. Xác định lực khí thể tác dụng lên đỉnh pít tông

Từ kết quả tính toán ở chương 2, ta đưa lực khí thể tác dụng lên đỉnh pít tông là lực biến đổi theo chu kì trong thời gian 1s.

3.1.2.3. Xác định vận tốc góc trục khuỷu

Trục khuỷu quay ở số vòng quanh cực đại với vận tốc 2900 vòng/ phút, tương đương với 17400 độ/giây.

.1.2.4. Xác định thời điểm ban đầu, liên kết khớp và tiến hành chạy mô phỏng

Tại thời điểm t = 0, pít tông thứ nhất đang ở vị trí điểm chết trên.

Sau khi xác định thời điểm ban đầu, ta tiến hành chạy mô phỏng động lực học bằng công cụ Simulation player cho đến khi quá trình kết thúc (100%).

3.2. Kết quả khảo sát cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền động cơ 4JH1 – T3.0

3.2.1. Kết quả khảo sát bằng Dynamic simulation

Sau khi kết thúc quá trình mô phỏng động lực học, ta xác định lực tác dụng lên các liên kết bởi công cụ Output Grapher.

Sau khi xác định được thời điểm và giá trị lực lớn nhất tác dụng lên các chi tiết, ta chuyển kết quả đó sang môi trường khảo sát ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn bởi công cụ Export to EFA.

3.2.2. Kết quả khảo sát bằng Stress Analysis

3.2.2.1. Trên trục khuỷu

Trục khuỷu được làm từ thép cacbon và xử lý bằng nitơ có [9].

Ứng suất lớn nhất sau mô phỏng là 25,93 MPa nên trục khuỷu bảo đảm bền.

3.2.2.2. Pít tông – thanh truyền máy thứ nhất

Pít tông chịu ứng suất lớn nhất là 116 MPa tại vùng đỉnh pít tông và rãnh xéc măng khí đầu tiên; ứng uất nhỏ nhất là 0,4 MPa.

3.2.2.5. Pít tông – thanh truyền thứ tư

Pít tông động cơ 4JH1 – T3.0 làm từ hợp kim nhôm có ứng suất lớn nhất sau mô phỏng là 127,3 MPa, nhỏ hơn  nên pít tông bảo đảm điều kiện bền.

Thanh truyền làm từ thép cacbon có ứng suất lớn nhất sau mô phỏng là 11,24 MPa, nhỏ hơn [9] nên bảo đảm điều kiện bền.

3.3. Đánh giá điều kiện làm việc của động cơ 4JH1 – T3.0

Trong nhiều bài toán kiểm nghiệm bền trước đây, chúng ta chỉ mới xét đến tải trọng tĩnh, nghĩa là tải trọng tác động lên hệ được đặt tĩnh tại suốt quá trình làm việc của kết cấu; tải trọng có phương, chiều và độ lớn không thay đổi (hoặc thay đổi rất ít) theo thời gian, không làm phát sinh lực quán tính. Trong thực tế, nhiều khi tải trọng tăng lên đột ngột, như khi hệ bị va chạm, biến đổi theo thời gian hay trong các chuyển động có gia tốc. Những trường hợp đó ta gọi là tải trọng động.

Kết quả khảo sát bằng phần mềm Inventor chỉ ra, các chi tiết chịu ứng suất lớn nhất tại các vùng màu đỏ thể hiện như trên các hình mục 3.2. Đó là bề mặt chịu nhiệt độ và áp suất lớn (đỉnh pít tông), các bề mặt chịu ma sát, mài mòn cao (cổ trục, cổ chốt), các vị trí mối lắp ghép. Tuy nhiên, ứng suất và biến dạng của các chi tiết đều chưa vượt quá giới hạn bền mỏi của vật liệu làm chi tiết. Do vậy, các chi tiết bảo đảm bền để động cơ hoạt động tốt. Trong quá trình khai thác sử dụng, để động cơ làm việc ổn định, kéo dài tuổi thọ thì công việc bảo dưỡng, sửa chữa, khắc phục kịp thời các hư hỏng là nội dung quan trọng và cần phải quan tâm nhiều hơn tới các vùng được xem là “yếu” nhất đối với từng chi tiết.

KẾT LUẬN

Sau thời gian tích cực nghiên cứu, tìm hiểu qua tài liệu và kiến thức thực tế, đến nay tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, khảo sát động cơ 4JH1-T3.0 trên xe ISUZU Dmax” bao gồm đầy đủ các nội dung trong đề cương, nhiệm vụ đồ án và các yêu cầu giáo viên hướng dẫn.

Tính toán kiểm nghiệm bền các chi tiết máy giúp chúng ta có những phương pháp khai thác, sử dụng tốt ô tô quân sự nói riêng và với ngành ô tô nói chung. Là một kỹ sư, ngoài những kiến thức được học ở trường lớp, chúng ta cần phải học những công nghệ mới để đáp ứng được yêu cầu việc làm ngày càng cao trong thời đại công nghệ 4.0 như hiện nay. Phần mềm Simcenter Amesim giúp chúng ta tối ưu thời gian tính toán, phầm mềm thiết kế 3D Inventor giúp chúng ta thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm bền các chi tiết sát với điều kiện hoạt động thực tế.

Nghiên cứu, hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, giúp tôi nâng cao kiến thức chuyên môn, sử dụng thành thạo các phần mềm, hình thành tác phong làm việc, khả năng tư duy giải quyết một vấn đề và làm cơ cở nền tảng cho các mặt công tác sau này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy giáo Khoa Ô tô, đặc biệt là thầy giáo: Thạc sĩ……………… đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ và bảo đảm chất lượng.

                                                                                                                                                   TP.HCM, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                    Học viên thực hiện

                                                                                                                                                    …………………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đỗ Văn Dũng, Đinh Tấn Ngọc, Nghiên cứu ảnh hưởng của kim phun đến công suất động cơ Diesel, Tạp chí khoa học Giáo dục kỹ thuật số 57 – 2020.

2. PGS.TS Lại Văn Định, TS Vy Hữu Thành, Kết cấu tính toán động cơ đốt trong, Quân đội nhân dân 2003.

3. Hà Quang Minh, Nguyễn Hoàng Vũ, Phun nhiên liệu điều khiển điện tử trên động cơ đốt trong, HVKTQS 2010.

4. PGS.TS Nguyễn Hoàng Nam, Cơ sở khai thác xe quân sự, HVKTQS 2003.

5. Đỗ Kiến Quốc, Nguyễn Thị Hiền Lương, Sức bền vật liệu, NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh 2002.

6. TS Vy Hữu Thành, Th.S Vũ Anh Tuấn, Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong, HVKTQS 1999.

7. Phạm Đình Thọ, Nghiên cứu quá trình phun nhiên liệu động cơ Diesel 2006.

8. Đại tá, Th.S Trần Quốc Toản, Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong tập 2, Khoa Ô tô, Trường Sĩ quan Kỹ thuật quân sự 2010.

9. Lê Văn Uyển, Trịnh Chất, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam 2017.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"