Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia vi nhũ thế hệ mới chế tạo tại Việt Nam tới tính năng kinh tế, kỹ thuật, phát thải và tương thích vật liệu động cơ diesel

u gốc khi bắt đầu thử nghiệm ngâm và sau khi kết thúc thử 
nghiệm ngâm là tương đồng nhau. Đồng thời, cả hai loại nhiên liệu đều không có tác 
động đáng kể đến các chi tiết tiếp xúc với nhiên liệu của phương tiện. Các kết quả 
này cho phép khẳng định, phụ gia vi nhũ thế hệ mới khi được pha vào nhiên liệu sẽ 
không gây ra bất kỳ ảnh hưởng nào đối với nhiên liệu. Một cách cụ thể hơn, phụ gia 
vi nhũ thế hệ mới, khi được pha vào nhiên liệu diesel đạt yêu cầu chất lượng sẽ không 
 48 
có bất kỳ tác động xấu nào đến các chi tiết tiếp xúc với nhiên liệu có chất lượng đạt 
yêu cầu. 
 DO DO-Phụ gia 1/8000
 10
 8
 6
 4
 Khối lượng tăng tăng với (mg) 0h lượngso Khối 
 2 
 0
 Gioăng làm kín Phao nhiên liệu Giấy lọc
 Chi tiết 
 Hình 2.14 Đồ thị tăng khối lượng chi tiết so với 0h 
2.7 Kết luận chương 2 
 Phụ gia vi nhũ thế hệ mới cho nhiên liệu diesel, được kết hợp từ phụ gia vi nhũ 
nước trong dầu và phụ gia nano oxit kim loại đã được chế tạo có tính chất và đặc 
điểm phụ gia như sau: (1) Chất hoạt động bề mặt (HĐBM): Hỗn hợp ethoxylated từ 
dầu dừa/Hydroxyethyl imidazoline/ polyethylen glycol este của axit béo theo tỷ lệ 
3/2/1; (2) Tỷ lệ chất HĐBM: 10,3 %; (3) Hàm lượng nước: 20% và phụ gia nano oxit 
sắt 220ppm. Kết quả khảo sát và đánh giá tác động của việc pha phụ gia vi nhũ thế 
hệ mới ở tỷ lệ thể tích 1/8000 cho thấy các chỉ tiêu hàm lượng nhựa thực tế, hàm 
lượng Fe - Mn sai khác không đáng kể so với nhiên liệu không pha phụ gia. Nhiên 
liệu sau khi pha phụ gia hoàn toàn đáp ứng các TCVN 5689:2018 về nhiên liệu diesel. 
 Luận án đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu pha phụ gia tới một số chi tiết chính 
trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. Kết quả cho thấy tác động của nhiên liệu 
pha và không pha phụ gia tới các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu là tương 
đương. Như vậy tỷ lệ pha phụ 1/8000 bước đầu cho thấy phù hợp về các tiêu chí đối 
với nhiên liệu. Trên cơ sở các kết quả nhận được, luận án tiếp tục thực hiện nghiên 
cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu pha phụ gia vi nhũ thế hệ mới khi sử dụng 
trên động cơ diesel ở các chương tiếp theo. 
 49 
 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ 
 DỤNG NHIÊN LIỆU PHA PHỤ GIA VI NHŨ THẾ HỆ MỚI 
 Để nghiên cứu sơ bộ ảnh hưởng của phụ gia vi nhũ thế hệ mới được giới thiệu ở 
chương 2 tới các thông số của quá trình cháy cũng như tính năng kỹ thuật và phát thải 
động cơ diesel. Luận án thực hiện tính toán mô phỏng bằng phần mềm AVL - Boost. 
Trong nghiên cứu mô phỏng, tỷ lệ pha phụ gia nhiên liệu là 1/8000, đây là tỷ lệ đảm 
bảo chất lượng nhiên liệu trong quá trình bảo quản được trình bày ở chương 2 và các 
tỷ lệ lân cận. 
3.1 Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL – Boost 
3.1.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất 
 Trong động cơ đốt trong quá trình 
 cháy là quá trình không thuận nghịch 
 biến năng lượng hoá học trong nhiên 
 liệu thành nhiệt năng và sau đó một 
 phần chuyển thành cơ năng. Trạng 
 thái của môi chất trong xy lanh có thể 
 được xác định dựa vào sự kết hợp của 
 định luật nhiệt động học thứ nhất, Đường biên 
 phương trình cân bằng khối lượng và 
 phương trình trạng thái của chất khí. 
 Theo định luật nhiệt động học thứ 
 nhất, sự thay đổi nội năng của môi 
 chất trong xy lanh bằng tổng lượng 
 nhiệt cấp cho môi chất trừ đi công 
 sinh ra trên piston, nhiệt truyền cho 
 thành vách buồng cháy và nhiệt lượng 
 tổn thất do khí lọt cácte [46]. Hình 3.1 Cân bằng năng lượng trong xy lanh 
 ( ) 푄퐹 푄푤 𝑖 푒 푒푣
 = − + − ∑ − ℎ + ∑ ℎ − ∑ ℎ푒 − 푞 . . (3.1) 
 𝑖 푒푣 훼
 Trong đó: 
 d mc .u 
 d : biến đổi nội năng bên trong xy lanh (J/độ) 
 dV
 p . : công sinh ra trên đỉnh piston (J/độ) 
 c d 
 dQF
 d : nhiệt lượng cấp vào (J/độ) 
 dQ
  w
 d : tổn thất nhiệt qua vách J/độ) 
 50 
 dmBB
 hBB.
 d : tổn thất enthalpy do lọt khí (J/độ) 
 mc : khối lượng môi chất bên trong xy lanh (kg) 
 u : nội năng riêng (J/kg) 
 2
 pc : áp suất bên trong xy lanh (N/m ) 
 3
 V : thể tích xy lanh (m ) 
 QF : nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp (J) 
 Qw : nhiệt lượng tổn thất cho thành (J) 
 : góc quay trục khuỷu (độ) 
 hBB : trị số enthalpy của khí lọt cácte (J/kg) 
 dmBB
 d : biến thiên khối lượng dòng khí lọt cácte (kg/độ) 
 dmi : dòng đi vào động cơ (kg) 
 dme : dòng đi ra động cơ (kg) 
 hi : enthanpy riêng của dòng vào (J/kg) 
 he : enthanpy riêng của dòng ra (J/kg) 
 qev : nhiệt lượng bay hơi của nhiên liệu (J/kg) 
 f : phần nhiệt bay hơi từ diện tích xy lanh 
 mev : khối lượng nhiên liệu bay hơi (kg) 
 dm
 ev : tốc độ bay hơi (kg/độ) 
 d 
 Thay đổi khối lượng môi chất trong xy lanh động cơ được mô tả bởi phương trình 
bảo toàn khối lượng giữa tổng khối lượng môi chất đi vào và tổng khối lượng môi 
chất đi ra khỏi xy lanh: 
 dm dm dm dm dm
 c i e BB ev (3.2) 
 d  d  d d d 
 Quá trình hòa trộn môi chất trong xy lanh được giả thiết như sau: 
 + Nhiên liệu cấp vào trong xy lanh được đốt cháy tức thì; 
 + Hỗn hợp cháy được hoà trộn tức thì với khí trong xy lanh tạo thành hỗn hợp đồng 
nhất; 
 + Tỷ lệ A/F giảm liên tục từ giá trị cao ở điểm bắt đầu tới giá trị thấp ở điểm kết 
thúc quá trình cháy. 
 Kết hợp cùng với phương trình trạng thái 
 1
 p .m .R .T (3.3) 
 c V c c c
 Giải phương trình (3.1) bằng phương pháp Runge-kutta để xác định nhiệt độ trong 
xy lanh. Sau khi tính toán được nhiệt độ sẽ xác định được áp suất trong xy lanh thông 
qua phương trình trạng thái. 
3.1.2 Mô hình cháy 
 Mô hình cháy mô tả tốc độ tỏa nhiệt trong xy lanh theo thời gian/góc quay trục 
khuỷu. Mô hình cháy có thể được định nghĩa trước quy luật (mô hình cháy Vibe) 
hoặc tính toán tức thời dựa trên lượng nhiên liệu cung cấp và các đặc trưng động lực 
 51 
học dòng chảy của quá trình hòa trộn nhiên liệu với không khí. Luận án sử dụng mô 
hình cháy AVL MCC để thực hiện nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình của động 
cơ diesel. 
 Quá trình cháy trong động cơ diesel gồm 4 giai đoạn: cháy trễ (Ignition delay 
period), cháy nhanh (Premixed combustion phase), cháy chính (Mixingcontrolled 
combustion phase) và cháy rớt (Late combustion phase) (Hình 3.2) [47]. Tuy nhiên 
nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra chủ yếu ở giai đoạn cháy nhanh và cháy chính, 
còn giai đoạn cháy rớt hầu như không có sự tỏa nhiệt và giai đoạn cháy rớt tốc tỏa 
nhiệt rất thấp, nhiệt này không sinh công mà chỉ làm nóng các chi tiết. 
 Hình 3.2 Các giai đoạn quá trình cháy [47] 
 Theo mô hình cháy AVL MCC, tốc độ tỏa nhiệt trong quá trình cháy được mô tả 
như sau: 
 푄 푄 푄
 푡표푡 푙 = + 푃 (3.4) 
 훼 훼 훼
 trong đó : dQtotal/d : tốc độ tỏa nhiệt tổng trong xy lanh 
 dQPMC/d : tốc độ tỏa nhiệt trong giai đoạn cháy nhanh (cháy lượng hỗn hợp được 
hòa trộn trước) 
 dQMCC/d : tốc độ tỏa nhiệt trong giai đoạn cháy chính 
 Giai đoạn cháy nhanh diễn ra ngay sau cháy trễ, phần hòa khí được chuẩn bị trong 
giai đoạn trước bốc cháy rất nhanh làm cho áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng 
vọt. Tốc độ tỏa nhiệt rất lớn trong khi thể tích xy lanh thay đổi ít nên giai đoạn cháy 
nhanh gần với cấp nhiệt đẳng tích. Tốc độ tỏa nhiệt của giai đoạn này được tính toán 
theo công thức Vibe: 
 52 
 푄푃 
 푄 +1
 푃 = . ( + 1). . 푒− . (3.5) 
 훼 ∆훼 
 훼−훼
 Với = 𝑖 (3.6) 
 ∆훼 
 Trong đó: 
 QPMC : tổng lượng nhiệt trong giai đoạn cháy nhanh: QPMC = mfuel, id.CPMC 
 mfuel, id : lượng nhiên liệu phun vào trong giai đoạn cháy trễ 
 CPMC : hệ số cháy (-) 
 Δαc : tổng thời gian cháy nhanh 
 CPMC – Dur: hệ số giai đoạn cháy hỗn hợp hòa trộn trước 
 m : thông số hình dạng, m = 2,0 
 a : thông số Vibe, a = 6,9 
 - Giai đoạn cháy chính: 
 Giai đoạn này diễn ra tiếp sau giai đoạn cháy nhanh, hòa khí vừa được hòa trộn 
vừa cháy nên quá trình cháy diễn ra từ từ theo dạng khuếch tán. Tốc độ cháy được 
quyết định bởi tốc độ hòa trộn nhiên liệu và không khí hay tốc độ chuẩn bị hòa khí, 
vì vậy quá trình cháy diễn ra êm dịu hơn. Giai đoạn này gần giống với quá trình cấp 
nhiệt đẳng áp, tốc độ cháy giảm do nồng độ oxy giảm dần. Như vậy, tuy quá trình 
này diễn ra êm nhưng hiệu quả biến đổi nhiệt thành công không cao (tính kinh tế 
giảm). Trong thực tế, khoảng 50  60% lượng nhiên liệu của chu trình cháy trong giai 
đoạn này. 
 Tốc độ tỏa nhiệt trong giai đoạn này được tính toán theo (3.7): 
 푄
 = . ( , 푄 ). ( , ) (KJ/độ) (3.7) 
 훼 표 1 퐹 2
 Trong đó: 
 푄 
 ( , 푄 ) = ( − ) (푤 ) 푅 
 1 퐹 퐹 퐿 푒푛, 푣 푖푙 푙푒
 √ 
 2( , ) = 푅 푡푒. 3 
 √ 
 QMCC : lượng nhiệt tích lũy trong giai đoạn (kJ) 
 CComb : hằng số cháy (kJ/kg/độ) 
 CRate : hằng số tốc độ hoà trộn (s) 
 2 2
 k : mật độ năng lượng động học rối (m /s ) 
 mF : khối lượng nhiên liệu phun (kg) 
 LCV : nhiệt trị thấp (kJ/kg) 
 3
 V : thể tích xy lanh tức thời (m ) 
 : góc quay trục khuỷu (độ) 
 wOxygen,available : khối lượng oxy ở có sẵn tại thời điểm bắt đầu phun (-) 
 CEGR : hệ số luân hồi khí thải (-) 
 Hàm số f1 phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào và lượng nhiên liệu đã cháy, 
hàm số f2 đánh giá sự hòa trộn của không khí - nhiên liệu trong giai đoạn này nên 
chịu ảnh hưởng lớn bởi năng lượng động học. 
 Năng lượng động học sinh ra bởi tia phun phun xoáy lốc vào buồng đốt. Năng 
lượng động học của tia phun gồm: năng lượng rối động học và năng lượng tiêu hao. 
Năng lượng rối động học là phần năng lượng có ích giúp cho sự hòa trộn không khí 
– nhiên liệu tốt hơn. Năng lượng tiêu hao là phần bị mất đi do có sự trao đổi năng 
lượng của bề mặt hạt nhiên liệu với không khí bao phủ quanh nó. 
 Tổng năng lượng động học sinh ra bởi tia phun được tính toán theo: 
 53 
 = 𝑖 − 𝑖푠푠 (3.8) 
 훼 훼 훼
 Trong đó: 
 Eu : năng lượng động học rối sinh ra bởi tia phun tại một thời điểm góc 
 quay trục khuỷu 
 Ediss : năng lượng động học tiêu hao 
 Ei : năng lượng động học tổng 
 1
 = . . . 푣2 − . 1,5 (3.9) 
 푖 푡 2 푆푆 푖푛
 Hay 
 2
 𝑖 푛 1 
 = 푡 . 18. 휌 . ( ) ( ) (3.10) 
 훼 푛 휌 훼
 Trong đó: 
 𝑖
 : năng lượng động học của tia nhiên liệu khi phun vào xy lanh (J/độ) 
 훼
 Cturb : hằng số đặc trưng cho năng lượng rối động học của tia phun 
 n : tốc độ động cơ 
 f : khối lượng riêng của nhiên liệu 
 Cd : hệ số dòng chảy 
 An : diện tích tiết diện lỗ phun 
 1 
 : lượng nhiên liệu phun vào xy lanh theo góc quay trục khuỷu 
 휌 훼
 Năng lượng động học tiêu hao: 
 𝑖푠푠 = 𝑖푠푠 . (3.11) 
 훼 6푛 
 -1
 Với Cdiss : hằng số tổn thất, Cdiss = 0,01s 
 Mật độ năng lượng động học rối k tính bằng: 
 = (3.12) 
 퐹(1+휆 𝑖 퐹푅푠푡표𝑖 ℎ)
 Trong đó: 
 AFRstoich : tỷ lệ nhiên liệu / không khí theo lý thuyết của động cơ diesel 
 Diff : hệ số lambda cháy khuếch tán = 1,4 
 mf : lượng phun nhiên liệu vào 
 - Mô hình giai đoạn cháy trễ: 
 Thời gian cháy trễ được tính toán dựa trên phương trình sau: 
 − 
 𝑖 = 푈 푒 (3.13) 
 훼 푄 푒 
 Trong đó: 
 Iid : tổng tích phân thời gian cháy trễ 
 Tref : nhiệt độ tham chiếu, Tref = 505 (K) 
 TUB : nhiệt độ vùng chưa cháy (K) 
 Qref : năng lượng hoạt động tham chiếu (J) 
 id : thời gian cháy trễ (s) 
 αSOI : thời điểm bắt đầu phun (độ) 
 αid : góc cháy trễ (độ) 
 Khi tổng tích phân Iid = 1, nghĩa là khi năng lượng hoạt động của môi chất trong 
xy lanh bằng với năng lượng cần thiết để hỗn hợp tự cháy, thì góc id được xác định 
và thời gian cháy trễ được tính theo công thức: 
 휏푖 = 훼푖 − 휏푆 (3.14) 
 54 
 Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ là thời gian cháy trễ (s) hay góc cháy 
trễ (độ), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất của nhiên liệu như trị số 
cetan, độ nhớt Ngoài ra, thời gian cháy trễ còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác 
như nhiệt độ và áp suất trong xy lanh tại thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển 
động rối của môi chất,Do vậy thực tế khó khảo sát cháy trễ bằng tất cả các hệ số, 
các phương trình liên quan trong quá trình tính toán mô phỏng vì quá phức tạp. Đơn 
giản hơn với các nhiên liệu khác nhau có thể thay đổi hệ số hiệu chỉnh thời gian cháy 
trễ (Ignition Delay Calibration Factor), tham số cháy (Combustion Parameter) và hệ 
số cháy nhanh (Premix Combustion Parameter), tuy nhiên cần kết hợp với kết quả 
thực nghiệm để lựa chọn các hệ số này một cách hợp lý. 
 Nói chung, các hệ số của các mô hình kể trên đều cần được hiệu chỉnh trên cơ sở 
các kết quả thực nghiệm. 
3.1.3 Mô hình truyền nhiệt 
3.1.3.1 Truyền nhiệt trong xy lanh 
 Quá trình truyền nhiệt từ trong buồng cháy qua thành buồng cháy như nắp xy lanh, 
piston, và lót xy lanh được tính dựa vào phương trình truyền nhiệt sau (3.15): 
 Qwi Ai . w. Tc Twi (3.15) 
 Trong đó: 
 Qwi : nhiệt lượng truyền cho thành (nắp xy lanh, piston, lót xy lanh) 
 Ai : diện tích truyền nhiệt (nắp xy lanh, piston, lót xy lanh) 
 w : hệ số truyền nhiệt 
 Tc : nhiệt độ môi chất trong xy lanh 
 Twi : nhiệt độ thành (nắp xy lanh, piston, lót xy lanh) 
 Đối với hệ số truyền nhiệt thì phần mềm AVL-Boost cho phép lựa chọn một trong 
4 mô hình sau: Woschni 1978; Woschni 1990; Hohenberg; Lorenz (chỉ dùng cho 
động cơ có buồng cháy ngăn cách). 
 Qua phân tích các mô hình tính toán hệ số truyền nhiệt, mô hình Woschni 1978 
phù hợp cho động cơ diesel. Vì vậy mô hình này thường được lựa chọn cho việc tính 
toán hệ số truyền nhiệt trong bài toán mô phỏng chu trình công tác của động cơ. 
 Hệ số truyền nhiệt của mô hình Woschni 1978 được tính theo phương trình sau: 
 0,8
 0,2 0,8 0,53 VD .Tc,1 
 W 130.D .pc .Tc . C1.cm C2 . . pc pc,0 
 p .V
 c,1 c,1 (3.16) 
 Trong đó: 
 C1 = 2,28 + 0,308 .cu/cm 
 C2 = 0,00324 đối với động cơ phun trực tiếp 
 C2 = 0,00622 đối với động cơ phun gián tiếp 
 D : đường kính xy lanh 
 cm : tốc độ trung bình của piston 
 cu : tốc độ tiếp tuyến; (cu = .D.nd/60; với nd : tốc độ xoáy của môi chất, 
 nd = 8,5.n) 
 VD : thể tích công tác của 1 xy lanh 
 55 
 pc : áp suất môi chất trong xy lanh 
 pc,o : áp suất trong xy lanh khi động cơ quay không (không xảy ra quá trình 
 cháy) 
 Tc,l : nhiệt độ môi chất trong xy lanh tại thời điểm đóng xupáp nạp 
 pc,l : áp suất môi chất trong xy lanh tại thời điểm đóng xupáp nạp 
3.1.3.2 Trao đổi nhiệt trên thành xy lanh 
 Trong quá trình làm việc của động cơ luôn có sự trao đổi nhiệt giữa môi chất 
trong xy lanh và thành vách các chi tiết. Có thể coi trong quá trình nạp, lượng trao 
đổi nhiệt giữa thành vách xy lanh và khí nạp mới làm giảm thể tích làm việc của động 
cơ. Từ lượng nhiệt truyền cho môi chất làm mát ta có thể xác định được lượng nhiệt 
truyền từ sản vật cháy tới thành xy lanh. 
 Để mô phỏng được quá trình trao đổi nhiệt tức thời, thì phương trình cân bằng 
năng lượng có thể được xác định cho nắp máy, áo nước và piston. Ngoài ra, còn phải 
kể tới trao đổi nhiệt ở đế xupáp. Để giải phương trình truyền nhiệt 1 chiều, sử dụng 
lượng nhiệt trao đổi trung bình trong 1 chu kỳ làm điều kiện biên ở thành buồng cháy 
và là lượng nhiệt truyền cho môi chất làm mát ở bên ngoài. Với những giả thiết trên 
có thể giải được phương trình truyền nhiệt. 
 휆 2푡
 = (3.17) 
 푡 휌 2
 Trong đó: 
 T : nhiệt độ thành xy lanh 
 λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thành xy lanh 
 ρ : khối lượng riêng của vật liệu 
 c : nhiệt dung riêng của vật liệu 
 Điều kiện biên có dạng sau: 
 푡
 푞 = −휆 (3.18) 
 푖푛 
 Trong đó: qin : nhiệt lượng trung bình truyền cho buồng cháy 
 푞표 푡 = 훼 ( 푊 − ) (3.19) 
 Trong đó: 
 qout : nhiệt truyền cho môi chất làm mát 
 Αcm : hệ số truyền nhiệt ra bên ngoài 
 TWO : nhiệt độ bên ngoài thành buồng cháy 
 TCM : nhiệt độ của môi chất làm mát 
3.1.3.3 Trao đổi nhiệt tại cửa nạp và cửa thải 
 Trong AVL-Boost quá trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải được mô tả bằng mô 
hình Zapf. 
 A p 
 w  
 T T T .e m.c p T (3.20) 
 d u w w 
 Hệ số trao đổi nhiệt p phụ thuộc vào hướng của dòng chảy vào xy lanh theo 
phương trình (3.21) và dòng chảy ra theo phương trình (3.22): 
 56 
 2 0.44 0.5 1.5 hv 
 p C4 C5 .Tu C6 .Tu .Tu .m .dvi . 1 0.797. 
 dvi 
 (3.21) 
 2 0.33 0.68 1.68 hv 
 p C7 C8 .Tu C9 .Tu .Tu .m .dvi . 1 0.765. (3.22) 
 dvi 
 Trong đó: 
 p : hệ số trao đổi nhiệt tại cửa nạp hoặc thải 
 Td : nhiệt độ sau cửa 
 Tu : nhiệt độ trước cửa 
 Tw : nhiệt độ thành cửa 
 Aw : diện tích bề mặt cửa 
 m : lưu lượng khối lượng 
 cp : nhiệt dung riêng đẳng áp 
 hv : độ nâng xupáp 
 dvi : đường kính trong của đế xupáp 
 Các hệ số sử dụng trong các phương trình trên được tra theo Bảng 3.1. 
 Bảng 3.1 Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải [46] 
 Xupap thải Xupap nạp 
 C4 1,2809 C7 1,5132 
 C5 7,0451.10-4 C8 7,1625.10-4 
 C6 4,8035.10-7 C9 5,3719.10-7 
3.1.4 Mô hình tính chuyển vị piston 
 Chuyển vị piston trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền lệch tâm với khoảng cách 
e, góc lắc  và góc quay bán kính tay quay (Hình 3.3) xác định theo phương trình 
(3.23) [48]: 
 휆 휆2 2
 = 푅 [(1 − 표푠휑) + ] (1 − 표푠2휑) − 휆푠𝑖푛휑 + (3.23) 
 푙푡 4 2(1+휆)
 xlt : chuyển vị của piston từ điểm 
 chết trên 
 R : bán kính trục khuỷu 
 L : chiều dài thanh truyền 
 =R/L: hệ số kết cấu 
 e : khoảng lệch tâm (e>0 lệch 
 tâm dương và ngược lại) 
 k =e/R : hệ số lệch tâm (thường 
 có giá trị trong khoảng 0,05÷0,28) 
 : góc quay của trục khuỷu 
 1 : góc quay của trục khuỷu khi 
 piston ở ĐCT 
 2 : góc quay của trục khuỷu khi 
 piston ở ĐCD 
  : góc lắc Hình 3.3 Sơ đồ tính chuyển vị piston 
 57 
 Với cơ cấu khuỷu trục thanh truyền loại trùng tâm (e=0), chuyển vị của piston 
được tính theo phương trình (3.24): 
 휆
 = 푅 [(1 − 표푠휑) + (1 − 표푠2휑)] (3.24) 
 4
3.1.5 Mô hình nạp thải 
 Lượng khí nạp thải được tính toán dựa trên phương trình dòng chảy tiết lưu qua 
khe hẹp có kể đến các hệ số bóp dòng như sau: 
 2
 = 푒 . 01. √ . 휓 (3.25) 
 푡 푅0. 01
 dm/dt : lưu lượng khí nạp, thải 
 Aeff : diện tích thông qua 
 p01 : áp suất môi chất trước khi tiết lưu 
 R0 : hằng số chất khí 
  : hệ số bóp dòng 
 Đối với dòng dưới âm: 
 2 휅+1
 휅 
 휓 = √ . [( 2 )휅 − ( 2 ) 휅 ] (3.26) 
 휅−1 01 01
 p2 : áp suất môi chất sau tiết lưu 
  : tỷ số nhiệt dung riêng 
 Đối với dòng âm và trên âm: 
 1
 2 휅
 휓 = ( )휅−1 √ (3.27) 
 휅+1 휅+1
3.1.6 Mô hình lọt khí 
 Lượng khí lọt được tính toán theo khe hở piston – xy lanh và áp suất trung bình ở 
hộp trục khuỷu dựa trên các công thức từ (3.25) đến (3.27). Diện tích lọt khí được 
tính theo công thức: 
 푒 = . . 훿 (3.28) 
 Aeff : diện tích lọt khí 
 D : đường kính xy lanh 
  : khe hở piston – xy lanh 
3.1.7 Mô hình tính toán hàm lượng các thành phần phát thải 
 Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với không khí chỉ sinh ra CO2, 
H2O và N2. Do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tưởng cũng như do tính 
chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả 
động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như ô 
xyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monô xyde carbon (CO), các 
hydrocarbon chưa cháy (HC). Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào 
 58 
loại động cơ và chế độ vận hành. Phần mềm AVL - Boost cung cấp các mô hình tính 
phát thải CO, NOx và soot được trình bày dưới đây, tuy nhiên mô hình tính HC thì 
phần mềm chưa đề cập. 
3.1.7.1 Mô hình tính lượng phát thải NOx 
 Quá trình hình thành NOx diễn ra chủ yếu ở nhiệt độ trên 2000K. NOx hình thành 
từ phản ứng oxy hóa nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao của quá trình cháy. Thành phần 
NOx phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư lượng không khí  và nhiệt độ của quá trình 
cháy. Nồng độ NOx đạt giá trị cực đại tại  = 1,05 1,1 [4]. Tại đây, nhiệt độ của quá 
trình cháy đủ lớn để oxy và nitơ phân hủy thành nguyên tử có tính năng hoạt hóa cao 
và nồng độ oxy đủ lớn cho phản ứng oxy hóa, do đó NOx đạt cực đại. 
 Trong khí thải của động cơ đốt trong, mono ô xyde nitơ (NO) chiếm tỷ lệ lớn nhất 
trong họ ô xyde nitơ (NOx). Cơ chế hình thành phát thải NOx trong động cơ đốt trong 
dựa trên mô hình động lực học phản ứng cơ sở Pattas và Hafner [46]. Quá trình hình 
thành NOx được thể hiện qua sáu phương trình phản ứng theo cơ chế Zeldovich (Bảng 
3.2). Quá trình tính toán bắt đầu từ thời điểm xảy ra quá trình cháy. 
 Bảng 3.2 Phản ứng hình thành phát thải NOx [46] 
 T Tốc độ 
 Ph