Nghiên cứu các phương pháp nâng cao hiệu suất động cơ xăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MƠN ĐỘNG CƠ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP NÂNG
CAOHIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG

GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT
SVTH: ĐỖ ĐÌNH PHỤC 12145134
ĐỖ VĂN ĐÍNH

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2017

12145045


TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên Sinh viên: 1. ĐỖ ĐÌNH PHỤC
2. ĐỖ VĂN ĐÍNH
Chun ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

MSSV: 12145134
MSSV: 12145045
Mã ngành đào tạo:52510205

Hệ đào tạo:

ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Mã hệ đào tạo:D510205

Khóa:

2012 - 2016

Lớp: 121452

1. Tên đề tài
CÁC PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG.
2. Nhiệm vụ đề tài
-

-

Nắm đƣợc cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phƣơng pháp.

Cung cấp tài liệu tham khảo trong công tác giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng
thực tế cho ngành công nghiệp ô tô.

3. Sản phẩm của đề tài
-

Tập tài liệu.

-

Đĩa CD.

3. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 19/10/2016
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 09/01/2017
TRƢỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
Tên đề tài: CÁC PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG.
Họ và tên Sinh viên: 1. ĐỖ ĐÌNH PHỤC
2. ĐỖ VĂN ĐÍNH

MSSV: 12145134
MSSV: 12145045

Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơtơ
I. NHẬNXÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .. ..........................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .... ..........................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2017

Giảng viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

1


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: CÁC PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG.
Họ và tên Sinh viên: 1. ĐỖ ĐÌNH PHỤC
2. ĐỖ VĂN ĐÍNH

MSSV: 12145134
MSSV: 12145045

Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơtơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1. Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không): . ...............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .... ...............................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2017

Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

2


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: CÁC PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XĂNG.
Họ và tên Sinh viên: 1. ĐỖ ĐÌNH PHỤC
2. ĐỖ VĂN ĐÍNH

MSSV: 12145134
MSSV: 12145045

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hƣớng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã đƣợc hoàn

chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hƣớng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2017


LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ đã trở thành phƣơng tiện quan trọng khơng thể thiếu trong cuộc sống ngày
nay, nó đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển ngƣời và hàng hóa. Nhƣng
ngồi những cơng dụng này thì nó vẫn tồn tại một số nhƣợc điểm cơ bản nhƣ tiêu hao
nhiên liệu cao trong khi nguồn năng lƣợng hóa thạch đang dần cạn kiệt và khí thải của
nó chiếm tỉ lệ cao nhất trong các nguyên nhân gây ô nhiễm mơi trƣờng. Để khắc phục
những nhƣợc điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong nhƣ hệ thống
phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử, cải tiến trong hệ thống nạp và thải của động
cơ… Chính vì lẽ đó, là sinh viên của ngành cơ khí động lực đang đứng trƣớc sự phát
triển khơng ngừng của nền công nghiệp ô tôchúng em quyết định chọn đề tài này nhằm
nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống phân phối khí và hệ thống cung cấp nhiên liệu
để làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trƣờng và giúp
cho các kỹ sƣ, kỹ thuật viên, thợ sủa chữa ô tô hiểu rõ hơn để giúp ích cho q trình
bảo dƣỡng, sửa chữa. Ngồi ra đề tài cịn có ý nghĩa trong việc giảng dạy giúp sinh
viên hiểu biết sâu hơn về hệ thống phân phối khí, hệ thống cung cấp nhiên liệu trên các
động cơ hiện đại ngày nay, qua đó chúng em hi vọng đƣợc góp sức vào cơng cuộc phát
triển ngành cơng nghiệp ơ tơ của nƣớc nhà.
Vì thời gian và vốn kiến thức còn giới hạn, nên trong q trình thực hiện đồ án

khơng tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong sự góp ý của thầy cơ và các bạn để đề
tài của chúng em có thể đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm sinh viên thực hiện

Đỗ Đình Phục – Đỗ Văn Đính

3


LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn Thầy Lý Vĩnh Đạt đã tận tình chỉ dạy
chúng em trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ trong thời gian thực hiện đề tài này.
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn, nhƣng
đƣợc sự giúp đỡ và động viên rất tận tình của q thầy cơ và bè bạn, nhất là các thầy
trong khoa Cơ Khí Động Lực nên đề tài của chúng em đã hoàn thành tốt đẹp theo
đúngkế hoạch.
Chúng em xin chân thành cảm ơn:
Tồn thể q thầy cơ trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã nhiệt tình
giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tại
trƣờng.
Quý thầy cô khoa Cơ khí Động Lực đã quan tâm dạy dỗ và tạo điều kiện thuận
lợi cho chúng em trong suốt thời gian học tập, đặc biệt là trong suốt thời gian thực hiện
đề tài này.
Đặc biệt chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Lý Vĩnh Đạt, Thầy
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hƣớng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài để chúng em có thể hồn thành đề tài một cách trọn vẹn và đúng thời
gian quy định.
Mặc dù đã cố gắng và nổ lực hết mình khi thực hiện đề tài, nhƣng do kiến thức
và thời gian có hạn nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Vậy nên chúng

em mong muốn có đƣợc ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của q thầy cơ và các bạn.
Cuối cùng chúng em xin kính chúc quý thầy cô Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật TP.HCM, đặt biệt là q thầy cơ khoa Cơ Khí Động Lực lời chúc sức khỏe,
thành cơng và hạnh phúc.

Nhóm sinh viên thực hiện

Đỗ Đình Phục – Đỗ Văn Đính

4


MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ............................................................1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT .......................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................3
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................4
CÁC CHÚ THÍCH VÀ KÝ HIỆU ............................................................................... 10
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ 12
Chƣơng 1: DẪN NHẬP................................................................................................ 20
I.

Khái quát ................................................................................................ 20
1.1.

Đặt vấn đề.................................................................................... 20

1.2.

Các phƣơng pháp cải thiện công suất và hiệu suất động cơ ....... 24

II.

Giới hạn đề tài ........................................................................................ 25

III.

Mục tiêu đề tài ........................................................................................ 25

IV.

Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 25

V.

Nội dung đề tài ....................................................................................... 26

Chƣơng 2: CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN ............... 27
I.

II.

Tổng quan hệ thống phân phối khíbiến thiên ......................................... 27
1.1.

Giới thiệu ..................................................................................... 27

1.2.

Lịch sử phát triển......................................................................... 28

1.3.

Ƣu điểm củahệ thống phân phối khí biến thiên .......................... 32

Các hệ thống điều khiển phân phối khí biến thiên ................................. 35
2.1.

Hệ thống điều khiển phân phối khí bằng thủy lực (camshaft
phasing) ....................................................................................... 35
2.1.1. Hệ thống phân phối khí thơng minh của Toyota ............... 35
2.1.2.Hệ thống VTECcủa Honda (camprofile switching) ........... 45
2.1.3. Hệ thống Vario Camplus của Porsche .............................. 48

2.2.

Hệ thống phân phối khí khơng trục cam (camless engine) ......... 50
2.2.1. Điều khiển xupap bằng điện từ Electromagnetic Valve
train (EMV) ...................................................................... 50
a. Cơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành solenoid ..................... 51
b. Cơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành nam châm .................. 52
5


c. So sánh hai hệ thống EMVA solenoid và EMVA nam
châm .................................................................................. 55
2.2.2. Điều khiển xupap bằng thủy lực điệnElectroHydraulic Camless Valve train (EHCV) ............... 56
III.

Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm phân phối khí đến hiệu suất

động cơ ................................................................................................... 58
3.1. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects
of Changes to Exhaust Valve Opening Timing – EVO) ........................ 59
3.2.Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Effects
of Changes to Exhaust Valve Closing Timing – EVC).......................... 60
3.3. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Effect
of changes to Intake Valve Opening Timing – IVO) ............................. 62
3.4. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp
(Effect of changes to Intake Valve Closing Timing – IVC) .................. 63
3.5. Ảnh hƣởng của việc thay đổi độ nâng xupap tới hiệu quả
động cơ (Công nghệ thay đổi độ nâng xupap VVA-Variable
Valve Actuation) .................................................................................... 65

Chƣơng 3: CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN XYLANH BIẾN THIÊN ................ 66
I.

Khái quát ................................................................................................ 66
1.1.

Lịch sử phát triển......................................................................... 68

1.2.

Ƣu điểm của công nghệ điều khiển xylanh biến thiên ................ 70
1.2.1. Cải thiện công suất động cơ ............................................. 71
1.2.2. Giảm tiêu hao nhiên liệu .................................................. 72
1.2.3. Giảm ô nhiễm môi trƣờng ................................................ 74

II.

Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 75
2.1.

Điều khiển cắt giảm xylanh chủ động ......................................... 75
2.1.1. Ngắt giảm xylanh trên động cơ điều khiển xupap
bằng phân phối khí truyền thống...................................... 75
2.1.2. Ngắt giảm xylanh trên động cơ không trục cam
(camless) .......................................................................... 77

III.

2.2.

Điều khiển cắt giảm xylanh bị động(ngắt kết nối trục
khuỷu).......................................................................................... 77

2.3.

Ngắt xylanh bằng cách ngắt chuyển động piston ........................ 79

Thời điểm ngắt xylanh ........................................................................... 80
6


IV.

V.

Ƣu điểm và nhƣợc điểm của công nghệ điều khiển xylanh biến
thiên ........................................................................................................ 84

4.1.

Ƣu điểm ....................................................................................... 84

4.2.

Nhƣợc điểm ................................................................................. 85

Tình hình ứng dụng hiện nay ................................................................. 86

Chƣơng 4: PHƢƠNG PHÁP NẠP PHÂN TẦNG (GDI) ................................. 91
I.

Tổng quan về phƣơng pháp nạp phân tầng GDI .................................... 91
1.1.

Giới thiệu chung .......................................................................... 91
1.1.1. Lịch sử phát triển ............................................................. 92
1.1.2. Sự hình thành hịa khí trong động cơ GDI ....................... 95
1.1.3. Các phƣơng pháp tạo hỗn hợp phân tầng ......................... 97
a. Quá trình cháy với định hƣớng thành buồng cháy
(Wall Guided) ............................................................. 98
b. Quá trình cháy với định hƣớng dịng khí nạp
(Air Guided) ............................................................... 99
c. Quá trình cháy với định hƣớng bởi tia phun
(Spray Guided) ......................................................... 101

1.2.

Ƣu điểm của công nghệ GDI .................................................... 103

1.2.1. Tính kinh tế và tính năng vận hành ................................ 103
1.2.2. Về ô nhiễm môi trƣờng .................................................. 108

II.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ GDI .............................. 109
2.1.

Cấu tạo....................................................................................... 109
2.1.1. Cấu trúc buồng đốt ......................................................... 109
a. Cấu trúc Pistons ........................................................ 109
b. Cấu trúc Xupap ......................................................... 110
2.1.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu ......................................... 116
a. Yêu cầu của hệ thống cung cấp nhiên liệu ............... 116
b. Hệ thống phân phối và ổn định áp suất phun ........... 117
c. Bơm nhiên liệu áp suất thấp ..................................... 120
d. Bơm nhiên liệu áp suất cao....................................... 121
e. Kim phun nhiên liệu ................................................. 123
2.1.3. Hệ thống phân phối khí .................................................. 125
7


a. Cơ cấu điều khiển hệ thống phân phối khí ............... 125
b. Kết cấu của ống góp hút, van nạp, van thoát ............ 126
2.2.

Nguyên lý hoạt động ................................................................. 127

2.3.

Nhƣợc điểm của công nghệ GDI ............................................... 129
2.3.1. Vấn đề muội than bám vào kim phun ............................ 129
a. Nguyên nhân gây ra muội than ................................. 129
b. Các loại muội than .................................................... 130
c. Ảnh hƣởng của muội than ........................................ 131
2.3.2. Vấn đề về khí thải NOx .................................................. 132

Chƣơng 5: PHƢƠNG PHÁP NẠP TĂNG ÁP................................................ 133
I.

II.

Tổng quan về phƣơng pháp nạp tăng áp .............................................. 133
1.1.

Lịch sử phát triển ...................................................................... 134

1.2.

Lí do chọn Phƣơng pháp nạp tăng áp ........................................ 135

1.3.

Phân loại .................................................................................... 136

Giải pháp tăng áp có máy nén .............................................................. 136
2.1.

Tăng áp dẫn động cơ khí ( superchager ) .................................. 136

2.2.

Tăng áp tuabine khí thải (turbochager) ..................................... 140
2.2.1. Cấu tạo của turbocharger ............................................... 140
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của turbocharger .......................... 141
2.2.3. Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí ..................... 143
2.2.4. Tăng áp bằng tuabine khí liên hệ khí thể ....................... 143
2.2.5. Tăng áp bằng tuabine khí có liên hệ thuỷ lực ................ 144
2.2.6. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của turbocharger ..................... 145
2.2.7. Giải pháp khắc phục nhƣợc điểm của turbocharger....... 146
2.2.8. Động cơ sử dụng turbo kép (Biturbo, Twin-turbo) ........ 147

III.

Tăng áp hỗn hợp ................................................................................... 151

IV.

Công nghệ tăng áp điều khiển cánh ( VGT ) ....................................... 155

V.

Công nghệ tăng áp Electric hybrid turbo (E-turbo) ............................. 159

Chƣơng 6: KẾT HỢP CÁC PHƢƠNG PHÁP ................................................ 163
I.

Công nghệ Ecoboost của Ford ............................................................. 163
1.1.

Giới thiệu chung ........................................................................ 163
8


II.

III.

IV.

1.2.

Ƣu điểm của động cơ Ecoboost ................................................ 166

1.3.

Nhƣợc điểm của động cơ Ecoboost .......................................... 171

Công nghệ Skyactiv của Mazda ........................................................... 171
2.1.

Giới thiệu chung ........................................................................ 171

2.2.

Ƣu điểm và nhƣợc điểm của công nghệ SkyActiv.................... 171

2.3.

Công nghệ SkyActiv trên động cơ xăng ................................... 174

Chu trình Atkinson ............................................................................... 179
3.1.

giới thiệu.................................................................................... 179

3.2.

Chu trình Atkinson kiểu cơ khí ................................................. 180

3.3.

Chu trình Atkinson thay đổi thời điểm đóng mở xupap ........... 183

Chu trình miller .................................................................................... 183

Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................... 184
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 185

9


CÁC CHƯ THÍCH VÀ KÍ HIỆU
-

BBC: Bottom Dead Center: Điểm chết dƣới.
ECU: Engine Control Unit: Hệ thống điều khiển động cơ.
ECM: Engine Control Module: Giống ECU- hệ thống điều khiển động cơ.
EDU: Bộ khuếch đại tín hiệu.
EGR: Exhaust Gas Recirculation: Hệ thống luân hồi khí xả.

EIVC: Early Intake Valve Close: Xupap nạp đóng sớm.
EEVO: Early Exhaust Valve Open: Xupap xả mở sớm.
EEVC: Early Exhaust Valve Close: Xupap xả đóng sớm.
EIVO: Early Intake Valve Open: Xupap nạp đóng sớm.
EHVA: Electrohydraulic Valve Actuator: Cơ cấu điều khiển xupap sử dụng
thủy lực điện từ.
EMVA: Electromagnetic Valve Actuator: Cơ cấu điều khiển xupap sử dụng
điện từ.
GDI: Gasoline Direct Injection: Phun xăng trực tiếp.
High Load: Chế độ tải.
IDE: Injection Direct Essence: kỹ thuật phun trực tiếp của hãng Renault.
IMEPgross: Gross Indicated Mean Effective Pressure: tổng áp suất trung
bình hiệu dụng chỉ thị sinh ra.
IMEPpumping: Pumping Indicated Mean Effective Pressure: áp suất trung
bình chỉ thị tiêu hao.
IMEPnet: Net Indicated Mean Effective Pressure: tổng áp suất trung bình
hiệu dụng chỉ thị của động cơ.
LIVC: Late Intake Valve Close: Xupap nạp đóng muộn.
LIVO: Late Intake Valve Open: Xupap nạp mở muộn.
LEVC: Late Exhaust Valve Close: Xupap xả đóng muộn.
LEVO: Late Exhaust Valve Open: Xupap xả mở muộn.
Low load: chế độ không tải.
MIVEC: Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system:
công nghệ động cơ với xupap nạp biến thiên của hãng Mitsubishi.
MPI: MultiPoint Injection: hệ thống phun nhiên liệu đa điểm
TDC: Top Dead Center: Điểm chết trên.
TSI: Turbo Stratified Injection: Phun xăng trực tiếp với tăng áp khí nạp của
hãngVolkswagen.
VANOS: Variable Nockenwellensteuerung: Hệ thống thay đổi thời điểm
xupap của hãng BMW.

VCM: Variable Cylinder Management: Hệ thống điều khiển ngắt xylanh của
hãng Honda.
VTC: Variable Timing control: Hệ thống điều khiển thay đổi thời điểm.
VTEC: Variable valve Timing and lift Electronic Control: Hệ thống điều
khiển thời điểm phân phối khí và khoảng nâng xupap.
10


-

VVT-i:Variable Valve Timing with Intelligence:Hệ điều khiển phân phối khí
thay đổi thông minh.
VVTL-i: Variable Valve Timing and Lift with Intelligence: Hệ điều khiển
phân phối khí và khoảng nâng xupap thay đổi thơng minh.
λ: tỉ lệ hịa khí giữa lƣợng khơng khí thực tế trên lƣợng khơng khí lý thuyết
cần để đốt cháy một đơn vị nhiên liệu.
VGT: Variable Geometry Turbochargers: Công nghệ turbo tăng áp điều
khiển cánh.

11


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đồ thị cơng P-V chu trình lý tƣởng và chu trình thực tế của động cơ đốt
trong .......................................................................................................................... 22
Hình 1.2. Sơ đồ so sánh hiệu suất của động cơ khi hoạt động ở chế độ tồn tải và
tải nhỏ ....................................................................................................................... 23
Hình 1.3. So sánh mức tiêu hao nhiên liệu thực tế và lý thuyết ở hiệu suất tối đa . 24
Hình 1.4. Các giải pháp cải thiện hiệu suất và công suất động cơ ........................... 25
Hình 2.1: Các bƣớc phát triển của VVT trong việc cải thiện nhiên liệu và khí xả .. 29

Hình 2.2: Cơ cấu thay đổi thời điểm của hãng FIAT- Distribution Torazza
(1970)........................................................................................................................ 30
Hình 2.3: Cơ cấu điều khiển phân phối khí thơng minh của Alfa Romeo ............... 30
Hình 2.4: Động cơ VG30DE .................................................................................... 31
Hình 2.5: Cơ cấu VTEC của Honda ......................................................................... 31
Hình 2.6: Cơng nghệ điều khiển phân phối khí thơng minh VANOS của BMW .... 32
Hình 2.7: Hệ thống Double VANOS của BMW ...................................................... 32
Hình 2.8: Động cơ 5.4L 3 valve Triton của Ford ..................................................... 33
Hình 2.9: Động cơ I-head V6 của GM ..................................................................... 33
Hình 2.10: So sánh momen xoắn của động cơ có phân phối khí biến thiên và
động cơ thơng thƣờng ............................................................................................... 34
Hình 2.11: hiệu quả cải thiện momen ở tốc độ thấp và tốc độ cao của động cơ
trang bị hệ thống VVT .............................................................................................. 35
Hình 2.12: Hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu của công nghệ VVT ................................ 35
Hình 2.13: Hệ thống VVT-i của Toyota ................................................................... 37
Hình 2.14: Biểu đồ thề hiện thời điểm phối khí Cấu tạo ......................................... 38
Hình 2.15: Bộ điều khiển VVT-i của Toyota ........................................................... 38
Hình 2.16: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống VVT..................................................... 39
Hình 2.17: VVT-i điều khiển xupap mở sớm ........................................................... 40
Hình 2.18: Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm ................................................ 40
Hình 2.19: VVT-i điều khiển xupap mở muộn ........................................................ 41
Hình 2.20: Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn .............................................. 41
Hình 2.21: Van điều phối dầu ở vị trí ổn định.......................................................... 42
Hình 2.22: Hệ thống VVTL-I ................................................................................... 42
12


Hình 2.23: Trục cam của hệ thống VVTL ................................................................ 43
Hình 2.24: Van điều khiển dầu VVTL, van điều khiển dầu mở phía xả .................. 44
Hình 2.25: Van điều khiển dầu VVTL, van điều khiển dầu đóng phía xả ............... 45

Hình 2.26: Động cơ tích hợp i-VTEC của Honda Civic .......................................... 46
Hình 2.27: Cấu tạo I-VTEC...................................................................................... 46
Hình 2.28: năm modun của cơng nghệ VTEC của HONDA ................................... 47
Hình 2.29: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống VTEC .................................................. 47
Hình 2.30: Mơ phỏng cơ cấu làm việc của VTEC ................................................... 48
Hình 2.31: Quá trình hoạt động của VTEC .............................................................. 48
Hình 2.32: Cấu tạo hệ thống phân phối khí kiểu VARIO CAM PLUS ................... 49
Hình 2.33: Quá trình thay đổi thời điểm phân phối khí của cơ cấu Vario Cam
Plus ........................................................................................................................... 50
Hình 2.34: Quá trình thay đổi độ nâng xupap của cơ cấu Vario Cam Plus ............. 50
Hình 2.35: Hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ ................................................ 51
Hình 2.36: cấu tạo cơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành solenoid .............................. 52
Hình 2.37: Cấu tạo đơn giản của xupap điều khiển bằng bộ chấp hành solenoid .... 52
Hình 2.38: Nguyên lý hoạt động củacơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành solenoid .. 53
Hình 2.39: Cơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành nam châm ....................................... 53
Hình 2.40: Cấu tạocơ cấu EMVA dùng bộ chấp hành nam châm ........................... 54
Hình 2.41: Xupap ở trạng thái đóng hồn tồn ........................................................ 54
Hình 2.42: Xupap bắt đầu mở .................................................................................. 55
Hình 2.43: Xupap mở hồn tồn .............................................................................. 55
Hình 2.44: Cơ cấu điều khiển xupap bằng thủy lực điện từ ..................................... 57
Hình 2.45: cấu tạo minh họa EHCV của Ford ........................................................ 57
Hình 2.46: đồ thị minh họa tín hiệu củaEHCV Ford ............................................... 58
Hình 2.47: Đồ thị cơng P-V có thời điểm và độ nâng xupap thay đổi .................... 59
Hình 2.48: Đồ thị cơng P-V xupap xả mở muộn ..................................................... 60
Hình 2.49: Đồ thị công P-V xupap xả mở sớm ....................................................... 61
Hình 2.50: Đồ thị cơng P-V xupap xả đóng sớm .................................................... 62
Hình 2.51: Đồ thị cơng P-V xupap xả đóng muộn .................................................. 62
Hình 2.52: Đồ thị cơng P-V xupap nạp mở muộn ................................................... 63
13

Hình 2.53: Đồ thị cơng P-V xupap nạp mở sớm ..................................................... 64
Hình 2.54: Đồ thị cơng P-V xupap nạp đóng muộn ................................................. 65
Hình 2.55: Đồ thị cơng P-V xupap nạp đóng muộn ................................................. 65
Hình 3.1: Hệ thống điều khiển xylanh biến thiên .................................................... 67
Hình 3.2: Cơng nghệ ngắt xylanh ............................................................................ 68
Hình 3.3: Chiếc Cadillac Eldorado L62 V8-6-4 của hãng GM ............................... 69
Hình 3.4: Mitsubishi lancer ứng dụng cơng nghệ MD ............................................ 70
Hình 3.5: So sánh đồ thị cơng P-V của động cơ hoạt động 2 xylanh và động cơ 1
xylanh bị ngắt, 1 xylanh hoạt động .......................................................................... 71
Hình 3.6: Đồ thị công P-V ứng với độ mở của cánh bƣớm ga ................................ 72
Hình 3.7: Động cơ ứng dụng cơng nghệ ngắt xylanh của Volkswagen ................... 73
Hình 3.8: Sự thay đổi đặt tính tiêu hao nhiên liệu theo tải ...................................... 73
Hình 3.9: Khả năng giảm tiêu hao nhiên liệu của công nghệ ngắt xylanh .............. 75
Hình 3.10: Điều khiển ngắt xylanh bằng thủy lực của GM .................................... 76
Hình 3.11: Hệ thống điều khiển ngắt xylanh của Audi ........................................... 77
Hình 3.12: Hoạt động ngắt giảm xylanh của hãng Audi ......................................... 77
Hình 3.13: Ngắt xylanh bằng van điện từ................................................................. 78
Hình 3.14: Kết cấu trục khuỷu của phƣơng pháp ngắt kết nối trục khuỷu .............. 78
Hình 3.15: Cơ cấu ly hợp trục khuỷu ...................................................................... 79
Hình 3.16: Cơ cấu ngắt xylanh bằng phƣơng pháp ngắt chuyển động piston ......... 80
Hình 3.17: Thay đổi khoảng dịch chuyển piston ..................................................... 80
Hình 3.18: Kết cấu thay đổi khoảng dịch chuyển piston trên động cơ V6 ............. 81
Hình 3.19: Đồ thị cơng P-V với ba vị trí chọn ngắt xylanh ..................................... 82
Hình 3.20: Sơ đồ ngắt giảm xylanh trên động cơ V6 của hãng Honda ................... 83
Hình 3.21: Cơng nghệ cắt giảm xylanh của động cơ 4 xylanh của Audi ................ 84
Hình 3.22: Cách bố trí ngắt xylanh của động cơ V8 ............................................... 84
Hình 3.23: So sánh động cơ hoạt động bình thƣờng và khi bị ngắt xylanh ............ 85
Hình 3.24: Khả năng tiết kiệm nhiên liệu ở các chế độ khi thực hiện ngắt xylanh 85
Hình 3.25: So sánh đồ thị xung kích thích của động cơ 4 xylanh hoạt động bình

thƣờng và hoạt động với 2 xylanh bị ngắt ............................................................... 86
Hình 3.26: động cơ Audi A1 ................................................................................... 87
14


Hình 3.27: động cơ Audi A1 .................................................................................... 88
Hình 3.28: động cơ Honda Accord Hybrid 2007 .................................................... 88
Hình 3.29: thơng số động cơ Honda accord ............................................................ 89
Hình 3.30: động cơ Acura TLX V6 ......................................................................... 89
Hình 3.32: Xe Chrysler 300C 2005 ......................................................................... 90
Hình 3.31: Động cơ Dodge Challenger 2009 ........................................................... 90
Hình 3.32: Động cơ Silverado XFE 6.2L V-8 ......................................................... 91
Hình 4.1: Các bƣớc phát triển của hệ thống cung cấp nhiên liệu trong việc cải
thiện nhiên liệu và khí xả.......................................................................................... 92
Hình 4.2: Động cơ Junker Fo.2 ............................................................................... 94
Hình 4.3: Động cơ Daimler-Benz 300SL ................................................................ 95
Hình 4.4: So sánh cơng suất khi tải lớn và tiêu thụ nhiên liệu giữa DB 300SL
dùng công nghệ GDI và GB 300 dùng cơng nghệ chế hịa khí ............................... 95
Hình 4.5: Động cơ GDI của Mitsubishi .................................................................. 96
Hình 4.6: hai chế độ hoạt động GDI ........................................................................ 97
Hình 4.7: Những chế độ hoạt động trên động cơ GDI ............................................ 98
Hình 4.8: Các dạng quá trình cháy với các dạng định hƣớng tia phun ................... 99
Hình 4.9: Sơ đồ khối định hƣớng dịng khí nạp .................................................... 100
Hình 4.10: Các chế độ hoạt động của động cơ Audi 2.0L FSI .............................. 101
Hình 4.11: Các khoảng hoạt động ứng với tỉ lệ của hịa khí của động cơ
Audi 2.0L FSI ........................................................................................................ 101
Hình 4.12: So sánh lƣợng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sử dụng FSI và
động cơ sử dụng MPI ............................................................................................ 102
Hình 4.13: So Sánh khả năng tiết kiệm nhiên liệu giữa động cơ GDI và
động cơ MPI (l/h) .................................................................................................. 104

Hình 4.14: So sánh khả năng tiết kiệm nhiên liệu ở tốc độ 40km/h giữa
động cơ GDI và động cơ MPI (l/h) ....................................................................... 105
Hình 4.15: kích thƣớc giọt nhiên liệu phụ thuộc vào áp suất phun ....................... 106
Hình 4.16: So sánh đồ thị momen và công suất của động cơ GDI và động cơ
PFI ......................................................................................................................... 107
Hình 4.17: So Sánh khả năng tăng tốc giữa động cơ GDI và động cơ MPI ......... 107
Hình 4.18: Động cơ Lexus 2GR FSE V6 với hai vòi phun ................................... 108
15


Hình 4.19: Động cơ Ecoboost Ford ....................................................................... 109
Hình 4.20: Sơ đồ khối động cơ GDI có tăng áp .................................................... 109
Hình 4.21: So sánh lƣợng khí xả NOx thải ra của động cơ GDI và động cơ
thơng thƣờng ........................................................................................................... 110
Hình 4.22: Các dạng bề mặt piston dùng trong buồng đốt động cơ GDI .............. 111
Hình 4.23: quá trình hình thành hỗn hợp nhiên liệu đậm xung quanh bugi ........... 111
Hình 4.24: Xupap, vòng ghép đế xupap và ống kềm xupap ................................. 112
Hình 4.25: Xupap trọng lƣợng nhẹ đƣợc trám đầy Natri ...................................... 113
Hình 4.26: Mối quan hệ giữa vị trí bugi và kim phun trong buồng cháy. .............. 114
Hình 4.27: Kim phun đặt thẳng đứng và bugi đặt nghiêng .................................... 114
Hình 4.28: Kim phun đặt thẳng nghiêng và bugi đặt đứng. ................................... 115
Hình 4.29: Vị trí đặt kim phun và bugi trong buồng đốt. ....................................... 115
Hình 4.30: Kết cấu bố trí kim phun, bugi và các xupap của động cơ GDI
FORD...................................................................................................................... 116
Hình 4.31: Kích thƣớc tối đa của xupap cho vị trí của kim phun và bugi. ............ 117
Hình 4.32: Cấu tạo các bộ phận hệ thống nhiên liệu GDI của Bosh ...................... 119
Hình 4.33: Cấu trúc đƣờng ống phân phối khí. ...................................................... 119
Hình 4.34: Van điều áp ........................................................................................... 120
Hình 4.35: Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu. .................................................... 120
Hình 4.36: tính hiệu điện áp của cảm biến áp suất nhiên liệu. ............................... 121

Hình 4.37: Cấu trúc bơm tiếp vận. ......................................................................... 121
Hình 4.38: Các loại bơm sử dụng phổ biến trên động cơ GDI............................... 122
Hình 4.39: Cấu tạo bơm 3 piston. ........................................................................... 122
Hình 4.40: Bơm một pistoncủa Huyndai trên động cơ Theta-2.4. ......................... 123
Hình 4.41: Cấu tạo bơm một piston. ...................................................................... 123
Hình 4.42: Sơ đồ mạch bơm cao áp. ...................................................................... 124
Hình 4.43: cấu tạo chung của kim phun GDI. ........................................................ 125
Hình 4.44: Phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt............................................... 126
Hình 4.45: Dual CVVT (Continuously Variable Valve Timing) của
Huyndai. ................................................................................................................. 127
Hình 4.46: Kết cấu của ống góp hút, van nạp, van thoát của hãng BOSCH. ......... 128
16


Hình 4.47: Phun nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ và tải lớn. ......................................... 129
Hình 4.48: Quá trình nạp ở chế độ nạp phân tầng .................................................. 129
Hình 4.49: Quá trình nạp ở chế độ nạp đồng nhất.................................................. 130
Hình 4.50: Muội than bám trên kim phun ............................................................. 131
Hình 4.51: So sánh lỗ phun của kim phun sạch và kim phun bị bám muội
than ......................................................................................................................... 132
Hình 4.52: Ảnh hƣởng của muội than đến khả năng phun nhiên liệu. ................... 133
Hình 5.1: Động cơ sử dụng công nghệ tăng áp bằng Turbo (Turbocharger)
và máy nén (Supercharger) giúp tăng công suất cho xe. ........................................ 135
Hình 5.2: Cấu tạo của supercharger ...................................................................... 137
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động của supercharger. ................................................. 138
Hình 5.4: Các loại bơm tăng áp. ............................................................................. 138
Hình 5.5: Bơm roots. .............................................................................................. 139
Hình 5.6: Biểu đồ so sánh công suất giữa động cơ khơng tăng áp và động
cơ supercharger ....................................................................................................... 140
Hình 5.7: Biểu đồ so sánh mô-men xoắn giữa động cơ không tăng áp và

động cơ supercharger. ............................................................................................. 140
Hình 5.8: Cấu tạo của tuabine tăng áp. ................................................................... 141
Hình 5.9: Cấu tạo hệ thống nén khí. ....................................................................... 142
Hình 5.10: Nén khí trong turbo tăng áp. ................................................................. 143
Hình 5.11: Ổ đỡ chất lỏng. ..................................................................................... 143
Hình 5.12: Nguyên lý hoạt động Turbochager. ...................................................... 144
Hình 5.13: Nén khí trong tuabine khí liên hệ khí thể. ............................................ 145
Hình 5.14: Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực. ................................................ 145
Hình 5.15: Hiệu suất tăng áp của động cơ tăng áp và động cơ thƣờng. ................. 146
Hình 5.16: Động cơ sử dụng turbo tăng áp kép...................................................... 148
Hình 5.17: Dƣới 1800 rpm. .................................................................................... 149
Hình 5.18: 1800-3000 rpm. .................................................................................... 149
Hình 5.19: Trên 3000 rpm. ..................................................................................... 150
Hình 5.20: Hệ thống làm mát trong turbo tăng áp.................................................. 151
Hình 5.21: Turbo tăng áp động cơ diesel. .............................................................. 152
17


Hình 5.22: Lắp nối tiếp nghịch. .............................................................................. 153
Hình 5.23: Lắp song song. ...................................................................................... 153
Hình 5.24: Sơ đồ hoạt động tại tua máy thấp. ........................................................ 154
Hình 5.25: Sơ đồ hoạt động tại tua máy trung bình. .............................................. 155
Hình 5.26: Sơ đồ hoạt động tại tua máy cao. ......................................................... 155
Hình 5.27: Bộ tăng áp điều khiển cánh (VGT) ...................................................... 156
Hình 5.28: Turbo có hình dạng biến đổi................................................................. 156
Hình 5.29: Cánh điều chỉnh của turbo khi động cơ hoạt động ở tốc độ
thấp. ........................................................................................................................ 157
Hình 5.30: Hoạt động của khí qua cánh điều chỉnh khi xe chạy tải nhỏ, số
vòng tua máy thấp................................................................................................... 157
Hình 5.31: Cánh điều chỉnh của turbo khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. ......... 158

Hình 5.32: Hoạt động của khí qua cánh điều chỉnh khi xe chạy tải nhỏ, số
vịng tua máy cao. ................................................................................................... 158
Hình 5.33: So sánh lƣu lƣợng/tỉ lệ áp suất của cánh hình học cố định
(BorgWarner KP39) và cánh hình học biến đổi (BorgWarner BV40) lƣu
lƣợng so với tỉ lệ áp suất ........................................................................................ 159
Hình 5.34: Ảnh hƣởng của biến tuabin hình vịi phun mở và tỉ lệ tốc độ
cánh vào hiệu quả tuabine ..................................................................................... 159
Hình 5.35: Cơng nghệ siêu tăng áp trên xe Audi. .................................................. 160
Hình 5.36: So sánh cơng suất và mơ-men xoắn của động cơ sử dung eturbo và động cơ không sử dụng E-turbo ............................................................... 161
Hình 5.37: Đồ thị cải thiện độ trễ của e-turbo. ....................................................... 161
Hình 5.38: Nguyên lý hoạt động của e-turbo. ........................................................ 162
Hình 5.39: Chế độ tăng tốc cho một HTT Turbocharger. ...................................... 162
Hình 5.40: Chế độ nạp cho một HTT Turbocharger. ............................................. 163
Hình 6.1: Các phƣơng pháp cải thiện hiệu suất động cơ ........................................ 164
Hình 6.2: Áp suất dầu làm thay đổi góc trục cam .................................................. 165
Hình 6.3: Xăng đƣợc phun trực tiếp vào trong buồng đốt ..................................... 166
Hình 6.4: Turbo tăng áp trên động cơ xăng............................................................ 166
Hình 6.5: Phần nạp khí của Turbo. ........................................................................ 166
Hình 6.69: Phần cánh tuabine bên khí xả. .............................................................. 167
18


Hình 6.7: So sánh mơ-men xoắn giữa các loại động cơ. ........................................ 167
Hình 6.8: Mức độ giảm phát thải CO2 của Focus qua các thế hệ. ......................... 169
Hình 6.9: So sánh công suất của các loại động cơ trên cùng loại xe bán tải
nửa tấn. ................................................................................................................... 170
Hình 6.10: So sánh mô-men xoắn của các loại động cơ trên cùng loại xe bán
tải nửa tấn. .............................................................................................................. 170
Hình 6.11: Đồ thị về mô men xoắn so với động cơ TiVCT V6 3.5. ...................... 171
Hình 6.12: Tăng tỉ số nén giúp tăng hiệu suất cháy. .............................................. 172

Hình 6.13: Cải thiện cơng suất (mơ-men xoắn) của động cơ Skyactiv với
các động cơ cùng dung tích .................................................................................... 173
Hình 6.14: so sánh mơ-men xoắn của động cơ skyactiv với các động cơ
cùng dung tích ....................................................................................................... 173
Hình 6.15: Tiêu thụ nhiên liệu động cơ skyactiv-G 2.0L và các loại động
cơ khác cùng dung tích .......................................................................................... 174
Hình 6.16: So sánh lƣợng khí thải động cơ skyactiv-G 2.0L với các loại
động cơ khác cùng dung tích ................................................................................. 174
Hình 6.17: Tỉ lệ nén 14:1 trên động cơ Skyactiv ................................................... 175
Hình 6.18: Cải tiến đƣờng ống xả trên động cơ Skyactiv ..................................... 177
Hình 6.19: Minh họa cơng nghệ chống hiện tƣợng nổ sớm ngồi ý muốn. ........... 178
Hình 6.20: Đồ thị Áp suất-Thể tích (P-V) mơ tả chu trình Atkinson trên
lý thuyết ................................................................................................................. 180
Hình 6.21: Tăng hành trình của piston .................................................................. 181
Hình 6.22: Sơ đồ nguyên lý động cơ Honda EXlink ............................................. 182
Hình 6.23: hành trình kỳ hút của EXlink ngắn hơn động cơ truyền thống,
nhiên liệu hút ít ...................................................................................................... 182
Hình 6.24: trong kỳ cháy giãn nở hành trình piston trong EXlink dài hơn ........... 182
Hình 6.25: giải pháp hạn chế góc lệch của thanh truyền trong kỳ cháy
giãn nở nhằm giảm ma sát ...................................................................................... 183

19


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Pha phân phối khí ở một số động cơ truyền thống ................................ 58
Bảng 3.1: So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở các chế
độ 1, 2, 3 và 4 xylanh ............................................................................................ 74
Bảng 3.2: Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/giờ) ở chế độ hoạt động 4 xylanh ............ 74
Bảng 3.3: Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/giờ) ở chế độ hoạt động có 2 xylanh bị

ngắt ......................................................................................................................... 74
Bảng 4.1: So sánh động cơ phun xăng trực tiếp GDI và động cơ phun xăng
trên đƣờng ống nạp PFI ........................................................................................ 104
Bảng 5.1: So sánh hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu giữa động cơ xăng tăng áp
và khơng tăng áp có cùng thơng số kỹ thuật. ....................................................... 133
Bảng 6.1: so sánh suất tiêu hao nhiên liệu của các loại động cơ trên loại xe
bán tải hạng nhẹ (Đơn vị: dặm/gallon). ................................................................ 165
Bảng 6.2: Thứ tự công tác của động cơ 4 xylanh. ................................................ 176

20


Chƣơng 1: DẪN NHẬP
Khái quát.

I.
1.1.

Đặt vấn đề.

Động cơ xăng bốn kỳ ngày nay đang đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ là nguồn động
lực chính cho các loại phƣơng tiện giao thông, vận chuyển và một số máy tĩnh tại
khác. Tuy nhiên, việc sử dụng động cơ bốn kỳ ngày càng nhiều dẫn đến các vấn đề ô
nhiễm môi trƣờng và cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, điều này trở thành vấn đề
quan trọng mà nền công nghiệp ô tô hiện nay cần giải quyết. Trong hơn bốn thập kỉ
qua với nhiều chính sách và các nghiên cứu về cải thiện lƣợng khí thải trong động cơ
đốt trong cho nên lƣợng khí thải (NOX, CO, HC) đã giảm đi đáng kể. Trong tƣơng lai
các phƣơng pháp cải tiến mới đƣợc kì vọng sẽ giúp làm giảm lƣợng khí thải gây ô
nhiễm phát thải ra môi trƣờng.
Một vấn đề quan trọng khơng thể thiếu đó là khí thải CO2, nó làm ảnh hƣởng đến

sự thay đổi khí hậu tồn cầu. Khí thải CO2 không gây hại trực tiếp đến sức khỏe con
ngƣời nhƣng nó là ngun nhân chính gây nên hiệu ứng nhà kính, làm cho trái đất
nóng dần lên. Bên cạnh đó nguồn nhiên liệu dầu mỏ trên thế giới đang ngày càng cạn
kiệt. Các nguồn năng lƣợng thay thế đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhƣng vẫn còn
nhiều bất cập và trong tƣơng lai vẫn chƣa có nguồn nhiên liệu nào có thể thay thế đƣợc
nhiên liệu hóa thạch. Vì vậy giải pháp duy nhất là phải làm sao giảm đƣợc mức tiêu
hao nhiên liệu của động cơ, đồng thời phải tận dụng tối đa công suất mà động cơ phát
ra.
Nhƣ chúng ta đã biết động cơ đốt trong thuộc loại động cơ nhiệt, hiệu quả của
động cơ đƣợc đánh giá bởi thông số đặc trƣng là hiệu suất ηt (là một hàm theo tỉ số nén
ε tỉ số nhiệt dung riêng k).

21


Hình 1.1. Đồ thị cơng P-V chu trình lý tưởng và chu trình thực tế của động cơ
đốt trong [11].
Dựa vào các tính tốn với tỉ số nén ε = 9 – 10 cho thấy hiệu suất nhiệt động học
(ηt) của một động cơ xăng với một chu kì khí lý tƣởng đạt xấp xỉ 60%.Do đặc tính hoạt
động của các lƣu chất rất cao và các giả định trong các chu trình tƣơng đối đơn giản,lý
tƣởng nên hiệu suất động cơ của chu trình khí lý tƣởng cao hơn hiệu suất của chu trình
thực tế. Chu trình khí lý tƣởng kết hợp các mơ hình thực tế của đặc tính hoạt động của
các lƣu chất và phần nhiệt cộng thêm, với phản ứng phụ của lƣu chất ở thể tích khơng
đổi thì đƣợc gọi là chu trình hỗn hợp khí lý tƣởng (khơng khí và nhiên liệu), hiệu suất
nhiệt tính tốn của chu trình hỗn hợp này với tỉ số nạp lý tƣởng đạt xấp xỉ 40-50%.
Hiệu suất này phụ thuộc vào tỉ số nén và tỉ số không khí trên nhiên liệu. Dựa vào đồ
thị P-V (hình 1.1) so sánh chu trình làm việc của chu trình thực tế với chu trình hỗn
hợp khí lý tƣởng của động cơ tƣơng đƣơng, chu trình làm việc của chu trình thực tế chỉ
chiếm khoảng 20% nhỏ hơn so với chu trình của động cơ hỗn hợp khí lý tƣởng.
Ngun nhân của sự sai lệch này là do tổn thất nhiệt, thời gian u cầu cho q trình

cháy, sự qt khí xả, các rò rỉ giữa các chi tiết và quá trình cháy khơng hồn tồn trong
động cơ thực tế.Vì vậy hiệu suất nhiệt chỉ thị (ηi) trong một động cơ thực tế khoảng
35-45%.
Việc tính tốn trên của các chu trình và biểu đồ của động cơ thực tế hoạt động ở
chế độ toàn tải (cánh bƣớm ga mở tối đa), cịn các chế độ khác thì hiệu suất nhiệt thấp
hơn nhiều do tổn thất q trình hút khơng khí nạp vào lớn (do sức cản của cánh bƣớm
ga). Hiệu suất thực tế của một động cơ bằng hiệu suất có ích trên trục khuỷu trừ đi các
22