Nghiên cứu ảnh hưởng của sự xoáy lốc trên hệ thống nạp đến đặc tính động cơ xe máy

58 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ XOÁY LỐC 
TRÊN HỆ THỐNG NẠP ĐẾN ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ XE MÁY 
A STUDY OF THE EFFECTS OF SWIRL AND TUMBLE RATIOS 
 ON ENGINE PERFORMANCE IN MOTORBIKE 
Lý Vĩnh Đạt1, Lê Thanh Quang2, Đỗ Tấn Thích3 
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam 
2Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, Việt Nam 
3Trường Đại học Lạc Hồng, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 25/3/2019, ngày phản biện đánh giá 05/4/2019, ngày chấp nhận đăng 22/4/2019. 
TÓM TẮT 
Hiện nay xe máy vẫn là phương tiện giao thông chủ yếu và [phổ biến ở các quốc gia 
Châu Á đặc biệt là Việt Nam. Việc thiết kế hệ thống nạp trên các xe máy tương đối đơn giản 
do đó làm giảm đặc tính công suất, tăng suất tiêu hao nhiên liệu trên xe máy. Bài báo này 
nghiên cứu cải tiến hệ thống nạp trên xe máy 125cc, góp phần cải thiện sự hoà trộn hỗn hợp 
hoà khí nhằm nâng cao đặc tính động cơ. Nghiên cứu sử dụng các phần mềm Ansys mô phỏng 
cải tiến hệ thống nạp thông qua các hệ số xoáy lốc dọc (tumble ratio) và xoáy lốc ngang 
(swirl ratio) tương ứng với các trường hợp khác nhau. Một mô hình mô phỏng sử dụng phần 
mềm Matlab Simulink cũng được thực hiện nhằm xem xét ảnh hưởng các hệ số xoáy lốc đến 
đặc tính cháy của động cơ, qua đó nghiên cứu ảnh hưởng của sự xoáy lốc đến công suất, 
momen xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở các số vòng quay khác nhau. Kết quả mô 
phỏng chỉ ra rằng ở góc nghiêng của cổ nạp 300 có hệ số xoáy lốc dọc và xoáy lốc ngang là 
tối ưu nhất. Đồng thời, đặc tính công suất, momen xoắn của động cơ có hệ thống nạp cải tiến 
(góc nghiêng 300) là cao nhất, trong khi suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ là thấp nhất so 
với các trường hợp khác. 
Từ khóa: Hệ thống nạp; hệ số xoáy lốc dọc; hệ số xoáy lốc ngang; công suất động cơ; suất 
tiêu hao nhiên liệu. 
ABSTRACT 
Nowadays, motorbike is a main and popular transport in Asia countries that includes 
Vietnam. Manifold intake system in motorbike has a simple structure. Hence it reduces engine 
performance and increases fuel consumption in a motorbike. The paper studies the improving 
of intake system in 125cc motorbike engine, this improves air-fuel mixture that increases 
engine performance. The study uses Ansys software to simulate the improving of intake system 
via tumble and swirl ratios at different cases. Besides, a model is also built by 
Matlab/Simulink that examines the effects of swirl and tumble ratios on engine performance 
and fuel consumption in an engine at various engine speeds. The simulation results show that 
the modified intake system (with 30
0
 angle) has an optimal tumble and swirl ratios. 
Additionally, power and torque in engine has high value with the modified intake system (with 
30
0
 angles). Whereas, the fuel consumption reduces comparing to the other cases. 
Keywords: Intake system; tumble ratio; swirl ratio; engine performance; fuel consumption. 
1. GIỚI THIỆU 
Hiện nay có rất nhiều công trình đã được 
công bố nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng 
đến đặc tính của động cơ. Đặc biệt là sự ảnh 
hưởng của xoáy lốc ảnh hưởng đến sự hoà 
trộn nhiên liệu, qua đó cải tiến đáng kể hiệu 
quả quá trình cháy trong động cơ. Kết quả là 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
59 
nâng cao hiệu suất cũng như giảm khí xả gây 
ô nhiễm môi trường do động cơ phát ra. Wu 
và các cộng sự [1] đã sử dung phần mềm 
Matlab để xây dựng mô hình mô phỏng động 
cơ xe máy 125cc. Nghiên cứu xem xét ảnh 
hưởng của các trường hợp hệ số xoáy lốc dọc 
và ngang (tumble and swirl ratios) khác nhau 
bằng cách thay đổi thời điểm mở của van 
điều khiển trên hệ thống nạp, nhằm tạo ra tốc 
độ chuyển động dòng không khí ở các trường 
hợp khác nhau. Kết quả mô phỏng được kiểm 
nghiệm từ thực nghiệm chỉ ra rằng: tốc độ 
chuyển độ dòng khí càng cao càng tạo ra 
nhiệt lượng toả ra của quá trình cháy càng 
nhanh. Vì vậy tốc độ cháy càng nhanh dẫn 
đến công suất đầu ra đáp ứng kịp thời đặc 
biệt ở chế độ tải nhỏ. Để xem xét ảnh hưởng 
của các hệ số xoáy lốc đến khí xả và quá 
trình cháy, S. Lee và các cộng sự [2] đã thực 
nghiệm trên động cơ 1 xy lanh phun xăng 
trực tiếp, tác giả đã so sánh các trường hợp 
động cơ nguyên thuỷ với 2 trường hợp: động 
cơ cải tiến có xoáy lốc dọc và xoáy lốc ngang. 
Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng đối với các 
trường hợp xoáy lốc dọc và ngang giảm đáng 
kể nồng độ HC trong khí thải, ảnh hưởng của 
xoáy lốc có thể giảm đến 10% nồng độ HC 
so với động cơ nguyên thuỷ ở chế độ hoạt 
động lạnh. Đồng thời, xoáy lốc dọc và ngang 
ảnh hưởng đến sự bay hơi, hoà trộn nhiên 
liệu, đặc biệt ảnh hưởng có lợi của xoáy lốc 
đến thời điểm đánh lửa sớm qua đó nâng cao 
tốc độ cháy cải thiện đáng kể đặc tính động 
cơ. Nghiên cứu của A Lakshman [3] đã chỉ ra 
rằng dòng khí bên trong buồng đốt là dòng 
rối, do đó việc tính toán hệ số xoáy lốc ngang 
và dọc là những hệ số ảnh hưởng trực tiếp 
đến hiệu suất động cơ, sẽ phụ thuộc vào sự 
thay đổi của đầu vào của dòng khí, cụ thể là 
hệ thống nạp khí trên động cơ. Ngoài ra, 
nghiên cứu của A. M. Mohd Shafie [4] cũng 
cho thấy dòng khí tại 45 độ sau điểm chết 
trên sẽ làm gia tăng hệ số rối, gây ra hiện 
tượng “squish” tại góc vào của cổ nạp khí, sự 
thay đổi tỉ số “squish” sẽ làm gia tăng hệ số 
xoáy dọc và ngang. 
Quá trình cháy và nhả nhiệt liên quan đến 
công suất động cơ. Quá trình nhả nhiệt của 
động cơ được đặc trưng bởi tốc độ cháy của 
các khối lượng các nhiên liệu đã cháy y, nhiệt 
trị của nhiên liệu QHV và khối lượng nhiên liệu 
trên 1 chu kỳ mf theo công thức sau [5]: 
.( ).hr HV f
dQ
y Q m
d
(1) 
Trong đó, thông số y bị ảnh hưởng của 
nhiều yếu tố như: phần khối lượng nhiên liệu 
bị cháy, góc quay của trục khuỷu khi bắt đầu 
đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu. Và quan 
trọng hơn là ảnh hưởng của xoáy lốc dọc và 
ngang theo qua2 thông số a, m được ước 
lượng qua mô hình cháy Wiebe function: 
10 01. ( ) exp( .( ) )m m
d d
dx mby a a
d
   
  
(2) 
Hệ số xoáy lốc ngang Rs của động cơ 
được định nghĩa bằng tốc độ quay của khí 
quanh trục dọc chính của xylanh chia cho tốc 
độ quay của trục khuỷu. Hệ số xoáy dọcRt 
được định nghĩa bằng tốc độ quay của khí 
quanh trục ngang đi qua trong tâm của xy 
lanh [6]. 
𝑅𝑠 =
Ω𝑠𝑤𝑖𝑟𝑙
ΩE
, 𝑅𝑡 =
Ω𝑇𝑢𝑚𝑏𝑙𝑒
Ω𝐸
 (3) 
Trong đó: 
Ω𝑠𝑤𝑖𝑟𝑙: Tốc độ quay quanh trục dọc (rad/s). 
Ω𝑇𝑢𝑚𝑏𝑙𝑒: Tốc độ quay quanh trục ngang (rad/s). 
Ω𝐸: Tốc độ quay khuỷu (rad/s). 
Đối với các hệ số xoáy lốc thì ta tính lại 
các hệ số a và m,đó chính là các thông số hiệu 
chỉnh của quá trình nạp khi tính đến hệ số 
xoáy lốc dọc và ngang (Swirl và Tumble). 
Công thức ảnh hưởng tới lốc xoáy bao gồm hệ 
số a, m có ảnh hưởng đến quá trình nhả nhiệt 
của động cơ được cho bởi công thức [7]: 
a= 5 + 0.1. Rst. exp(Rst -2) (4) 
m= 2+ 0.4. Rst. exp(Rst -2) (5) 
Trong đó: Rst: tổng hệ số xoáy lốc dọc và 
ngang. 
Trong nghiên cứu này, mô hình hình học 
dùng trong mô phỏng quá trình cháy của 
động cơ đốt trong đánh lửa 4 kỳ một xy lanh 
với các góc nghiêng cổ nạp khí khác nhau (từ 
15
o
 đến 45o với gia số là 5o) được xây dựng 
60 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
bằng phần mềm Catia, chia lưới và mô phỏng 
trong Ansys Fluent [8], dựa trên mô hình rối 
k-ε. Bằng cách sử dụng mô phỏng và phân 
tích động lực học chất lưu (CFD), ta có thể 
dễ dàng mô tả phổ vận tốc trong các kỳ nạp, 
nén, nổ, xả. Hơn thế, các đồ thị diễn tả độ 
xoáy lốc của động cơ đốt trong như đồ thị hệ 
số xoáy lốc dọc và ngang được thực hiện một 
cách dễ dàng và thuận tiện. Từ đó, chúng tôi 
đánh giá đặc tính động cơ của mô hình cải 
tiến của động cơ đốt trong dung tích 125 cc 
so với nguyên bản của nó nhờ vào phần mềm 
Matlab. 
Hình 1. Hệ thống nạp thực tế trên xe máy 125cc 
2. MÔ PHỎNG VÀ LỰA CHỌN GÓC 
NGHIÊNG PHÙ HỢP HỆ THỐNG 
NẠP 
2.1. Thiết lập mô phỏng hệ thống nạp 
Các thông số hình học của cấu trúc cổ 
nạp khí-xy lanh-pittông theo các tài liệu của 
hãng Honda dành cho xe Future và mô hình 
cải tiến được tiến hành thiết kế trên phần 
mềm CATIA V5. Phương pháp thiết kế mô 
hình là sử dụng kỹ thuật bề mặt (Surface), 
xây dựng từng cụm chi tiết (Part) và tiến 
hành lắp ráp (Assembly). Nghiên cứu sử 
dụng phần mềm để thiết kế theo các thông số 
được liệt kê trong bảng 1 
Bảng 1. Thông số động cơ Honda Future 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Độ dài thanh truyền 101,5 mm 
Đường kính xylanh 52,4 mm 
Thể tích xylanh 124,8 cm3 
Bán kính trục khủy 28,95 mm 
Đường kính cổ nạp khí 23,2 mm 
Tỉ số nén 9,3 -- 
Số xú páp 2 -- 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Công suất cực đại ở 
vòng/phút 
7,06 kW/ 7500 
vòng/phút 
Momen xoắn cực đại 
ở vòng/phút 
10,6 N.m/ 5500 
vòng/phút 
Vì chuyển động của pit tông làm biến 
dạng miền giải trong một chu kỳ động cơ đốt 
trong. Lưới tính toán tại một số điểm méo 
mó, dẫn đến lỗi tính toán. Một giải pháp để 
giải quyết vấn đề này là dùng lưới tính toán 
bao phủ toàn bộ chu kỳ nạp nén nổ xả của 
động cơ. 
Để mô phỏng đặc tính động cơ đốt trong 
4 kỳ, tác giả sử dụng phần mềm ANSYS 
Fluent. Tốc độ quay trục quay gia tăng 
từ1000 vòng/ phút đến 7000 vòng/ phút. 
Hình 2. Lưới tính toán cho mô hình động cơ 
125cc với góc nghiêng cổ nạp 25o, 30ovà350. 
Toàn bộ các thông số ảnh hưởng đến quá 
trình mô phỏng, góc quay trục khuỷu, tốc độ 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
61 
động cơ, tham số phun xăng [9] được định 
nghĩa trong bảng 2 
Bảng 2.Các điều kiện thiết lập mô phỏng hệ 
thống nạp 
Thông số Giá trị 
Đơn 
vị 
Tốc độ vòng quay trục 
khuỷu 
1000-
7000 
vòng/ 
phút 
Áp suất vào (tuyệt đối) 140 Pa 
Khối lượng không khí 324E-6 kg 
Khối lượng nhiên liệu 18,03E-6 kg 
Góc mở xú páp nạp 82 Độ 
Góc đóng xú páp hút nạp 212 Độ 
Độ mở xú páp nạp 0,2 mm 
Góc mở xú páp xả 521 Độ 
Góc đóng xú páp xả 640 Độ 
Độ mở xú páp xả 0,2 mm 
Loại xăng 
95 RON Octane 
(C8H18) và không 
khí (O2 + 3,773 
N2) 
Nhiệt độ nhiên liệu trước 
khi phun 
40 
o
C 
Đường kính ti kim phun 0,6 mm 
Góc bugi đánh lửa 345 Độ 
2.2. Kết quả mô phỏng 
2.2.1. Ảnh hưởng hệ thống nạp đến hệ số 
xoáy lốc 
Phổ vận tốc của lưu chất bên trong động 
cơ đốt trong trong toàn bộ chu kỳ được liệt kê 
bên dưới. Theo đó, giá trị phổ thay đổi dần 
theo chu trình lên xuống của pit tông, phổ vận 
tốc thể hiện quá trình lưu chuyển không khí 
trong xy lanh, từ khi xú páp nạp mở, xú páp 
nạp đóng cho đến khi xú páp xả mở và đóng, 
màu sắc phổ đặc trưng cho giá trị vận tốc 
trong xy lanh. Quá trình xoáy lốc dọc và xoáy 
lốc ngang của dòng khí cũng được thể hiện 
thông qua sự phân bố màu sắc, những nơi khí 
xoáy lốc dọc và ngang có vận tốc sẽ cao hơn 
so với miền lưu chất xung quanh. 
Hình 3. Hình dạng dòng lưu chất trong động 
cơ đốt trong được phần mềm ANSYS. 
Hình 4. Hình dạng dòng lưu chất trong xy 
lanh động cơ. 
Dựa vào đồ thị hệ số xoáy lốc theo 
phương ngang (xoáy lốc ngang) và theo 
phương đứng (xoáy lốc dọc) được thực hiện 
theo góc nghiêng các cổ nạp khác nhau được 
62 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
mô phỏng. Dựa vào hình dạng dòng khí, ta 
có thể quan sát được các khu vực xoáy lốc 
ngang (swirl) và dọc(tumble). 
Hình 5. Hệ số xoáy lốc ngangcủa mô hình 
động cơ khí thay đổi góc nghiêng (25o) (30o) 
và (35o) 
Hình 5 miêu tả hệ số xoáy lốc ngang của 
động cơ nguyên mẫu (góc nghiêng cổ nạp 
20
0
) và cải tiến góc nghiêng cổ nạp (300 và 
35
0
), ta thấy rằng mức dao động độ xoáy lốc 
ngang của động cơ xe máy Honda Future FI 
(Fuel Injection) 125cc khi chưa cải tiến đạt (-
0.1, 1,3) và của động cơ góc nghiêng 300 đạt 
(-0,1, 2,7) ở 300 và (-0,1, 1,25) ở 350. Kết quả 
cho thấy hệ số xoáy lốc ngang của góc 
nghiêng cổ nạp ở động cơ nguyên và góc 
nghiêng 350 hầu như có giá trị không thay 
đổi nhiều ở quá trình cháy. Bên cạnh đó hệ 
số xoáy lốc ngang ở góc nghiêng 300 là có độ 
xoáy lốc ngang dao động lớn hơn động cơ có 
góc nghiêng khác. Đồng thời, giá trị cực đại 
của hệ số xoáy lốc ngang của động cơ góc 
nghiêng 300 là 2,7 lớn hơn động cơ nguyên 
mẫu và góc nghiêng 350 là 1,25. Độ tăng của 
hệ số xoáy lốc là 1,4. Độ tăng hệ số xoáy lốc 
ngang khi cải tiến (300) lớn là tối ưu nhất, 
điều đó tỷ lệ hoà trộn hoà khí tốt hơn so với 
ban đầu, do đó quá trình cháy thường diễn ra 
hoàn hảo và động cơ sinh công lớn hơn. 
Hình 6. Hệ số xoáy lốc dọc của mô hình động 
cơ khi thay đổi góc nghiêng (25o) (30o) và (35o) 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
63 
Trong quá trình động cơ hoạt động thì có 
thành phần xoáy lốc dọc (tumble). Hệ số 
xoáy lốc dọc của các trường hợp được thể 
hiện ở hình 6. Mô hình động cơ nguyên mẫu 
có hệ số xoáy lốc dọc dao động từ -0,71 đến 
0,9 và mô hình động cơ góc nghiêng 300 
(30
0
) có hệ số xoáy lốc dọc dao động từ -1,3 
đến 1,3 và góc nghiêng 350 có hệ số xoáy lốc 
dọc từ -0,7 đến 0,6. Ngoài ra, giá trị cực đại 
của hệ số xoáy lốc dọc của động cơ góc 
nghiêng 300 là 1,35 cao hơn hẳn giá trị của 
động cơ ban đầu là 0,9 và góc nghiêng 350 là 
0,6. Như vậy, giá trị cực đại và độ dao động 
của hệ số xoáy lốc dọc của động cơ góc 
nghiêng 300 có hệ thống nạp lớn hơn so với 
động cơ xe máy Honda Future nguyên mẫu 
và góc nghiêng 350. Từ hệ số xoáy lốc dọc 
của động cơ nguyên mẫu góc nghiêng 250 và 
góc nghiêng cải tiến 300và 350 thì ta thấy 
rằng với hệ số xoáy lốc dọc của động cơ góc 
nghiêng 300 là lớn nhất ở cuối quá trình nén, 
điều đó hoà khí hoà trộn đều dễ tập trung tại 
bugi (do hợp hai hệ số xoáy lốc ngang và 
xoáy lốc dọc chính là hệ số xoáy lốc tổng Rst) 
nên đánh lửa tốt hơn, đồng thời giúp tốc độ 
cháy xảy ra nhanh hơn, quá trình toả nhiệt 
lớn hơn vừa đáp ứng nhanh công suất đầu ra, 
vừa nâng cao hiệu quả đặc tính động cơ. Giá 
trị các hệ số xoáy lốc dọc, xoáy lốc ngang và 
hệ số xoáy lốc tổng ở các trường hợp góc 
nghiêng cổ nạp khác nhau được diễn tả trong 
bảng 3. Trái lại, giá trị cực đại của hệ số xoáy 
lốc ngang ở góc nghiêng 250và 350 lớn ở cuối 
quá trình cháy điều này không có ý nghĩa về 
mặt làm tăng hiệu quả cháy ở động cơ mà chỉ 
nâng cao hiệu quả cháy rớt trên động cơ. 
Bảng 3. Hệ số xoáy lốc ở các trường hợp góc 
nghiêng cổ nạp khác nhau 
Góc nghiêng cổ nạp 
Hệ số xoáy lốc 
25
0 
30
0 
35
0 
Hệ số xoáy lốc dọc Rt 1,3 2,7 1,2 
Hệ số xoáy lốc ngang Rs 0,9 1,3 0,6 
Tổng hai hệ số xoáy lốc Rst 2,2 4 1,8 
2.2.2. Ảnh hưởng hệ số xoáy lốc đến đặc 
tính động cơ 
Hình 7. Đồ thị áp suất trong xy lanh theo 
góc quay trục khuỷu của động cơ khi thay đổi 
góc nghiêng (25o) và(30o) 
Đồ thị 7 thể hiện ảnh hưởng của góc 
nghiêng của cổ góp nạp lên thông số quan 
trọng nhất của động cơ là áp suất trong xy 
lanh, theo đó giá trị của áp suất cực đại là 
0,8Mpa đối với góc nghiêng ban đầu và 
1,1Mpa đối với góc nghiêng sau khi cải tiến 
là 300 (trường hợp góc nghiêng 350 có hệ số 
xoáy lốc tổng nhỏ nên áp suất xy lanh có giá 
trị nhỏ hơn). Từ kết quả trên ta thấy hiệu quả 
của xoáy lốc dọc và ngang ảnh hưởng đến 
quá trình cháy: giúp quá trình cháy hiệu quả 
hơn, nhiệt lượng toả ra lớn hơn trong 1 chu 
trình hoạt động của động cơ, qua đó nâng cao 
đặc tính công suất của động cơ. 
Hình 8. Công suất động cơ tương ứng với 
các góc nghiêng 250, 300 và 350 
Theo tốc độ vòng quay trục khuỷu từ tốc 
độ thấp đến tốc độ cao công suất của động cơ 
ứng với góc nghiêng 300 là luôn lớn hơn với 
các góc nghiêng còn lại, trong dãy tốc độ từ 
2000 (vòng/phút) đến 8000 (vòng/phút) thì 
công suất của động cơ với góc nghiêng 300 
có sự phân hoá rõ rệt, đường công suất này là 
cao nhất và công suất đạt cực đại khoảng 7,2 
64 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
kW ở số vòng quay 6500 (vòng/phút) so với 
góc nghiêng của động cơ nguyên mẫu 250 
6.8kW ở tốc độ 6500 (vòng/phút) và luôn lớn 
hơn so với góc nghiêng 350 đạt khoảng 6,7 ở 
số vòng quay 6400 (vòng/phút). Kết quả này 
là do ảnh hưởng của sự xoáy lốc dọc và 
ngang ở góc nghiêng 300 có giá trị cao ở cuối 
quá trình nén, điều giúp quá trình hoà trộn tốt 
khiến tốc độ toả nhiệt của quá trình lớn. 
Trong khi các hệ số xoáy lốc của trường hợp 
góc nghiêng 250 và 350 hầu như có giá trị 
giống nhau nên công suất 2 trường hợp này 
hầu như tương đương nhau. Tuy nhiên khi 
tốc độ cao trên 7500 vòng/phút thì ảnh ảnh 
hưởng của sự xoáy lốc sẽ làm cho công suất 
động cơ giảm (như trường hợp góc nghiêng 
30
0
 so với các trường hợp khác). Vì lúc này 
quá trình xoáy lốc diễn ra lớn nên tổn hao 
năng lượng của tỷ lệ hoà khí chưa kể lúc này 
quy luật xoáy lốc bị ảnh hưởng của nhiều yếu 
tố nên tỷ lệ hoà khí lúc này có thể phân bố 
không đều, nghĩa là có khu vực hỗn hợp hoà 
khí đậm, khu vực khác nhạt nên quá trình 
cháy diễn ra không hoàn hảo nên hiệu quả 
cháy thấp dẫn đến công suất động cơ giảm 
dần. 
Hình 9. Momen xoắn động cơ tương ứng với 
các góc nghiêng 250, 300 và 350 
Tương tự momen xoắn của động cơ 
tương ứng với các góc nghiêng khác nhau 
được diễn tả trên hình 9. Kết quả cho thấy 
rằng góc nghiêng cải tiến 300 thì giá trị 
momen là cao nên tính cơ động của động cơ 
lớn, do đó khả năng tăng tốc của xe là tốt. 
Giá trị xoáy lốc của góc nghiêng 300 là lớn 
nên nâng cao tỷ lệ hoà trộn hoà khí điều này 
dẫn đến quá trình cháy hoàn hảo sinh công 
lớn. Trên động cơ nghiên cứu, góc nghiêng 
cổ nạp 300 là tối ưu nhất. Giá trị cực đại của 
momen động cơ ở góc nghiêng 300 là cao 
nhất đạt 9,2 N.m ở số vòng quay 4000 
(vòng/phút), còn hai giá trị momen của hai 
góc nghiêng kia thì đạt giá trị nhỏ hơn. 
Hình 10. Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ 
tương ứng với các góc nghiêng 250, 300 và 350 
Xét nhìn tổng quát theo số vòng quay 
trục khuỷu thì suất tiêu hao nhiên liệu có xu 
hướng giảm dần tới một giá trị nào đó và sau 
đó tăng dần, giá trị suất tiêu hao nhiên liệu 
của góc nghiêng 250 và 350 là luôn lớn hơn 
góc nghiêng 300 . Do đó góc nghiêng cải tiến 
30
0
 là tối ưu nhất và giá trị của suất tiêu hao 
nhiên liệu ở góc nghiêng 300 đạt 110 
(g/kW.h) còn suất tiêu hao nhiên liệu của hai 
góc nghiêng có giá trị lớn hơn. Với góc 
nghiêng 300 thì hệ số xoáy lốc dọc và xoáy 
lốc ngang phù hợp, dẫn đến sự hoà trộn hỗn 
hợp hoà khí tốt hơn. Vì vậy quá trình cháy 
hoàn thiện hơn nâng cao được đặc tính công 
suất, momen xoắn của động cơ, đồng thời 
giảm suất tiêu hao nhiên liệu góp phần cải 
tiến hiệu suất động cơ 
3. KẾT LUẬN 
Quá trình nghiên cứu đã thành công 
trong việc sử dụng phần mềm CATIA xây 
dựng mô hình hình học dùng trong mô phỏng 
quá trình cháy của động cơ đốt trong đánh 
lửa 4 kỳ một xy lanh trên xe Honda Future FI 
125cc với các góc nghiêng cổ nạp khí khác 
nhau (25
0
, 30
0
, 35
0
). Vận dụng được phần 
mềm ANSYS Fluent với mô đun ICE 
(Internal Combustion Engine) đặc trưng cho 
phân tích động cơ đốt trong. Kỹ thuật lưới 
động được vận dụng thành công vào bài toán 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
65 
nhằm mô phỏng chu trình của động cơ bốn 
kỳ. Hơn thế, các đồ thị mô tả độ xoáy của 
động cơ đốt trong như đồ thị hệ số xoáy lốc 
dọc và xoáy lốc ngang đã phản ánh đúng ứng 
xử của hệ thống động cơ đốt trong ứng ới 
từng góc nghiêng cổ nạp khí. Mô phỏng quá 
trình cháy của động cơ bốn thì bằng phương 
pháp động lực học lưu chất giúp thu được kết 
quả nhanh chóng, tiết kiệm chi phí chế tạo 
thử nghiệm. Kết quả mô phỏng cho thấy sự tỉ 
lệ của hệ số xoáy lốc dọc và xoáy lốc ngang 
theo góc nghiêng không đồng biến và không 
hoàn toàn tuyến tính. Đỉnh cực đại của đường 
cong đáp ứng của mô men xoắn và công suất 
đạt tại 30o, suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ 
nhất. Nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất của 
mô hình cải tiến của động cơ đốt trong dung 
tích 125cc so với nguyên bản của nó nhờ vào 
phần mềm Matlab với mô đun Simulink và 
lựa chọn ra được thiết kế tối ưu cho cổ nạp 
khí. Như vậy, giá trị để cải tiến cổ nạp tối ưu 
nhất là 300 . 
LỜI CẢM ƠN 
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu 
này, nhóm tác giả chân thành cảm ơn trường 
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí 
Minh đã ti trợ kinh phí thực hiện. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Yuh-Yih Wu, Bo-Chiuan Chen, Yaojung Shiao, Feng-Chi Hsieh,Engine Modeling With 
Inlet And Exhaust Wave Action For Real Time Control, ASME International 
Mechanical Engineering CongressWashington, D.C., November 15–21, 2003 
[2] Sihun Lee, Kun Tong, Bryan D. Quay, James V. Zello and Domenic A. 
Santavicca,Effects of Swirl and Tumble on Mixture Preparation During Cold Start of a 
Gasoline Direct-Injection Engine, SAE 2000-01-1900, 2000. 
[3] A Lakshman, 643D In-cylinder Cold Flow Simulation Studies in an IC Engine using 
CFD, International Journal of Research in Mechanical Engineering, Volume 1, Issue 1, 
July-September, 2013, pp. 64-69. 
[4] A. M. Mohd Shafie, Intake Analysis On Four-Stroke Engine Using CFD, ARPN Journal 
of Engineering and Applied Sciences, VOL. 10, NO. 17, SEPTEMBER 2015. 
[5] Yuh-Yih Wu, Yaojung Shiao, and Bo-Chiuan Chen,Motorcycle Engine Modeling for 
Real Time Control, 6th International Symposium on Advanced Vehicle, 2002 
[6] Stefan Gundmalm, CFD modeling of a four stroke S.I. engine for motorcycle 
application, Master of Science Thesis, Stockholm Sweden, 2009. 
[7] Heywood, Internal Combustion EngineFundamental, Mc Graw-Hill, 1998 
[8] Internal Combustion Engines in Workbench, Ansys Inc, 2013 
[9] Introduction to CFD, Fluent Inc, 2002. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Lê Thanh Quang 
Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM 
Email: lethanhquangtg@gmail.com