Nghiên cứu hệ thống điều khiển xylanh biến thiên trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-----------***-----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
XYLANH BIẾN THIÊN TRÊN Ô TÔ

SVTH: PHẠM VĂN PHONG
MSSV: 13145191
SVTH: NGUYỄN THÀNH CƠNG
MSSV: 13145037
GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MƠN ĐỘNG CƠ

-----------***-----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chun ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ

ĐỀ TÀI

:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
XYLANH BIẾN THIÊN TRÊN Ô TÔ

SVTH: PHẠM VĂN PHONG
MSSV: 13145191
SVTH: NGUYỄN THÀNH CƠNG
MSSV: 13145037
GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. PHẠM VĂN PHONG

MSSV: 13145191

2. NGUYỄN THÀNH CƠNG

MSSV: 13145037

Chun ngành:

Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ

Mã ngành đào tạo:

Hệ đào tạo:

Đại Học Chính Quy

Mã hệ đào tạo:

Khóa:

2013-2017

Lớp: 131451A

1. Tên đề tài
Nghiên cứu hệ thống điều khiển xylanh biến thiên trên ô tô
2. Nhiệm vụ đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều khiển xylanh biến thiên trên động cơ đốt trong
- Phân tích ưu và nhược điểm, thời điểm ngắt xylanh
- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống ngắt xylanh trên các hãng xe khác nhau
trên thị trường

- Trình bày phương pháp kết hợp giữa ngắt xylanh với các công nghệ khác
3. Sản phẩm của đề tài
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 27/03/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/07/2017
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Động cơ

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên:

Phạm Văn Phong

MSSV: 13145191 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Thành Công

MSSV: 13145037 Hội đồng…………

Tên đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Xylanh Biến Thiên Trên Ơ tơ
Ngành đào tạo: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tô
Họ và tên GV phản biện (Mã GV):.......................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................


.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
..................................................................................................
6. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa
30

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học
xã hợi…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

5

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp
ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

3.
4.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

Điểm đạt
được

10
15
15
5
10
10
100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên:

Phạm Văn Phong

MSSV: 13145191 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Thành Công

MSSV: 13145037 Hội đồng…………

Tên đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Xylanh Biến Thiên Trên Ô tô
Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Họ và tên GV hướng dẫn:.......................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:


...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:

1.

2.

Điểm

tối đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm
đạt được

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,

khoa học xã hợi…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy
trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Xylanh Biến Thiên Trên Ơ Tơ
Họ và tên Sinh viên:

1. Phạm Văn Phong

MSSV: 13145191

2. Nguyễn Thành Công

MSSV: 13145037

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
……...

Chủ tịch Hội đồng:

……….………………………………..

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 20…


TÓM TẮT NỘI DUNG
Giảm tiêu thụ nhiên liệu là mục tiêu hàng đầu trong ngành công nghiệp ô tô nhằm đáp
ứng các yêu cầu về các tiêu chuẩn khí xả và nhu cầu thực tiễn của khách hàng. Điều khiển
xylanh biến thiên là một phương pháp tiềm năng trong việc cải thiện hiệu suất của động cơ
đốt trong. Việc ngắt hay kích hoạt xylanh giúp giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải gây
ơ nhiễm mơi trường của động cơ trong quá trình hoạt động trên đường. Kết quả nghiên cứu
cho thấy tính khả thi của cơng nghệ ngắt xylanh trên ô tô, những ưu nhược điểm của công
nghệ này mang lại. Nội dung nghiên cứu của đề tài này cho thấy sự khái quát về công nghệ
ngắt xylanh, tình hình áp dụng cơng nghệ cụ thể trên các hãng ơ tơ hiện nay. Tìm hiểu những
cách điều khiển ngắt xylanh của các hãng xe ô tô đang áp dụng. Bên cạnh đó đề tài này cịn

đề cập tới vấn đề ngắt xylanh kết hợp với những phương pháp khác để đạt được sự tối ưu về
mặt tiết kiệm nhiên liệu.

i


LỜI MỞ ĐẦU
Khi xã hội thay đổi từng ngày, nền cơng nghiệp thế giới trong đó có ngành ơ tơ đang
phát triển nhanh chóng và đạt được nhiều thành tựu quan trọng, góp phần vào sự thay đổi đời
sống con người. Ơ tơ đã trở thành phương tiện giao thơng khơng thể thiếu trong đời sống con
người, nó đóng vai trị quan trọng trong vận chuyển người và hàng hóa, chính những tiện ích
của ngành ơ tơ đã thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác.
Tuy nhiên, nhiên liệu ô tô đang sử dụng là nhiên liệu hóa thạch, đây là nguồn nhiên liệu
đang bị cạn kiệt và sau khi đốt cháy khí thải sinh ra gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới
đời sống của con người. Buộc các hãng sản xuất ô tô cần phải tìm ra giải pháp tìm nguồn nhiên
liệu thay thế, đồng thời làm giảm lượng khí thải sinh ra. Với sự phát triển vượt bậc của khoa
học công nghệ, ô tô hiện nay đã ứng dụng nhiều công nghệ mới nhằm đáp ứng các yêu cầu:
tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khí thải độc hại, tăng tính an
tồn của ơ tơ...
Một trong những cơng nghệ được đang được áp dụng giúp đáp ứng những mong muốn
của con người là công nghệ “điều khiển xylanh biến thiên”, nó khơng những giúp cho động
cơ sử dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu mà còn giúp giảm lượng khí thải sinh ra mơi trường.
Nhóm chúng em nhận thấy “đây là một cơng nghệ hay, nó là một giải pháp tốt giúp tăng hiệu
suất động cơ, đồng thời tiết kiệm được nguồn nhiên liệu và giảm khí thải” chính vì thế chúng
em đã chọn cơng nghệ này để nghiên cứu làm đề tài tốt nghiệp.
Thông qua đề tài này chúng em mong muốn sẽ giúp cho mọi người hiểu rõ hơn cơng
nghệ “điều khiển xylanh biến thiên” hay cịn gọi là “ngắt xylanh”, biết được cấu tạo và nguyên
lý hoạt động của công nghệ này. Đồng thời chúng em sẽ phân tích ưu điểm và những hạn chế
của cơng nghệ, ứng dụng cụ thể trên các hãng xe ô tô hiện nay.

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cơ giáo trong
khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt và chỉ bảo chúng em trong
suất những năm qua. Đó khơng chỉ là kiến thức khoa học kỹ thuật mà còn cả những kinh
nghiệm sống và làm việc rất quý báu, nó sẽ là hành trang tiếp bước chúng em ra với môi
trường làm việc thực tế. Chúng em xin kính chúc thầy cơ ln có nhiều sức khỏe để tiếp tục
công việc giảng dậy.
Trong bốn năm đại học, chúng em đã được thầy chỉ bảo nhiệt tình từ trong các buổi học,
từ môn chuyên ngành đầu tiên như: nhập môn ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, nguyên lý động
cơ đốt trong…, và bây giờ là hướng dẫn đồ án tốt nghiệp. Thầy đã cần mẫn chỉ bảo và hướng
dẫn chúng em để chúng em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Trong thời gian làm đồ án,
chúng em không chỉ học hỏi được kiến thức ngành mà còn học tập được tinh thần làm việc,
thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc và hiệu quả. Nhóm chúng em xin chúc thầy và gia
đình ln mạnh khỏe và hạnh phúc.

iii


MỤC LỤC
Tóm tắt nội dung………………………………………………………………..

Trang
i

Lời mở đầu……………………………………………………………………...

ii

Lời cảm ơn……………………………………………………………………...

iii

Mục lục................................................................................................................

iv

Danh mục từ viết tắt…………………………………………………………….

vii

Danh mục các hình……………………………………………………………...

viii

Danh mục các bảng……………………………………………………………..

xi

Chương 1: GIỚI THIỆU…………………………………….……………….....

1

1.1 Đặt vấn đề ……..……………………...…………………………………..

1

1.2 Mục tiêu đồ án………………………...…………………………………..

4

1.3 Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………….

4

1.4 Phương pháp nghiên cứu……………….…………………………………

5

1.5 Nội dung và hướng tiếp cận đề tài ………………………………………..

5

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………………….

6

2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển xylanh biến thiên trên ô tô …………….

6

2.1.1 Khái niệm về điều khiển xylanh biến thiên…………………..……….

6

2.1.2 Lịch sử phát triển công nghệ điều khiển xylanh biến thiên…..............

6

2.1.3 Giải pháp công nghệ ngắt xylanh trong chế độ tải nhỏ trên ô tô...........

8

2.1.4 Điều khiển ngắt xylanh động cơ…………….………………………..

14

2.1.5 Thời điểm ngắt xylanh động cơ…………………………….………...

17

2.2 Phân loại cách điều khiển xylanh biến thiên ……………………………...

19

2.2.1 Điều khiển ngắt xylanh bằng cách ngắt trục khuỷu…………………..

19

2.2.2 Điều khiển ngắt xylanh bằng cách sử dụng con đội thủy lực………….

20

2.2.3 Điều khiển ngắt xylanh bằng cách điều khiểu trục cam……………….

20

2.2.3.1

Điều khiển sử dụng cơ cấu chốt cò mổ…………………………..

20

2.2.3.2

Điều khiển bằng cách dịch chuyển vấu cam……………………..

21

iv


2.2.4 Điều khiển ngắt xylanh ở động cơ không trục cam……………………

21

2.3 Những ưu của công nghệ ngắt xylanh động cơ……………………………

22

2.3.1 Nâng cao công suất nhờ vào việc giảm công hao phí (pumping
loss)…………………………………………………………………..

22

2.3.2 Giảm tiêu hao nhiên liệu……………………………………………...

23

2.3.3 Giảm ơ nhiễm môi trường…………………………………………….

25

2.4 Nhược điểm của công nghệ ngắt xylanh động cơ …………………………

25

Chương 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NGẮT XYLANH CỦA CÁC HÃNG
XE……………………………………………………………………................

28

3.1 Hệ thống VCM của Honda……………......................................................

28

3.1.1 Cấu tạo của hệ thống VCM…………………………...………………

29

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống VCM..…………………………...

37

3.1.3 Ưu điểm của công nghệ VCM……………………..………………….

40

3.1.4 Nhược điểm của công nghệ VCM…………………………………….

40

3.2 Hệ thống MDS của Chryler và hệ thống AFM của GM……………..........

41

3.2.1 Cấu tạo của hệ thống MDS và AFM………………………………….

43

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống MDS và AFM……………………

45

3.2.3 Ưu điểm của hệ thống MDS và AFM…………………………………

49

3.2.4 Nhược điểm của hệ thống MDS và AFM…………………………..…

49

3.3 Hệ thống COD của Audi và hệ thống ACT của Volkwagen ………….....

49

3.3.1 Cấu tạo của hệ thống COD và ACT………………………………….

50

3.3.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống COD và ACT……………………..

51

3.3.3 Ưu điểm của hệ thống COD và ACT. ……………………………......

53

3.3.4 Nhược điểm của hệ thống COD và ACT……………………………..

53

3.4 Hệ thống MultiAir (UniAir) của FIAT…………………………………....

54

3.4.1 Cấu tạo của hệ thống MultiAir………………………………………..

54

3.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống MultiAir………………………….

56

3.4.3 Ưu điểm của hệ thống MultiAir………………………………………

58

v


3.4.4 Nhược điểm của hệ thống MultiAir…………………………………..

59

Chương 4: SỰ KẾT HỢP CỦA CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN XYLANH BIẾN
THIÊN VÀ NHỮNG CƠNG NGHỆ KHÁC…………………………...............

60

4.1 Cơng nghệ Start – Stop động cơ……………………………..…………….

60

4.1.1 Khái quát về công nghệ Start – Stop động cơ…………………………

60

4.1.2 Cấu tạo của hệ thống Start – Stop ……..…......………………………

62

4.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Start – Stop …………………….

62

4.1.4 Một vài lưu ý cho hệ thống Start-Stop ………………..……………...

63

4.1.5 Kết luận………………………………………………………………

64

4.2 Công nghệ CDA kết hợp với công nghệ VVA……………………………

64

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………………………………........

71

5.1 Kết luận………………………………………………………….................

71

5.2 Kiến Nghị…………………………………………………………...............

72

Tài liệu tham khảo……………………………………………………………...

73

vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ACC:

Active Cylinder Control - Điều khiển xylanh chủ động

ACEA:
AFM:

Association des Constructeurs Européens d’Automobiles - Hiệp Hội Các
Nhà Sản Xuất Ơ Tơ Châu Âu
Active Fuel Management - Quản lý nhiên liệu chủ động

ANC:

Active Noise Control - Điều khiển để triệt tiêu tiếng ồn

BMEP:

Brake Mean Effective Pressure - Áp suất hiệu dụng trung bình có ích

BSFC:

Brake Specific Fuel Consumption – Mức tiêu hao nhiên liệu có ích

COD:

Cylinder On Demand - Hệ thống ngắt giảm xylanh

ĐCD:

Điểm chết dưới

ĐCT:

Điểm chết trên

ECU:

Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử

ETC:

Electronics Throttle Control - Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử

FTP:

Federal Test Procedure - Thử nghiệm theo chu trình American

GDI:

Gasoline direct injector – Phun xăng trực tiếp

IMEP:

Indicated Mean Effective Pressure – Áp suất hiệu dụng trung bình chỉ
thị
Variable Valve Timing Lift Electronic Control – Thời điểm đóng mở
xupap biến thiên được kiểm soát bằng điện tử

VTEC:

MD:

Modulated Displacement – Thay đổi thể tích

MDS:

Multi Displacement System – Hệ thống xylanh đa dung tích

NEDC:

New European Driving Cycle – Chu trình thử nghiệm châu Âu

PZEV

Partial Zero Emissions Vehicle

SFC:

Specific Consumption – Đặc tính tiêu thụ nhiên liệu

SOHC:

Single Overhead Camshaft – Động cơ chỉ có một trục cam ở phía trên

Vactive:

Thể tích của các xylanh hoạt động

VCM :

Variable Cylinder Management – Hệ thống quản lý xylanh chủ động

VVA:

Variable Valve Actuation – Điều khiển đóng mở xupap biến thiên

VVT:

Variable Valve Timing – Thay đổi thời điểm đóng mở xupap

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1:

Đồ thị cơng P-V của chu trình lý tưởng và chu trình thực tế động
cơ đốt trong.....................................................................................

2

Hình 2.1:

Động cơ V6 có thể làm việc với 4 hoặc 3 xylanh.............................

6

Hình 2.2:

Cadillac Fleetwood V-8-6-4 1981 động cơ ngắt xylanh đầu tiên...

7

Hình 2.3:

Đồ thị cơng P-V ở chế độ tồn tải và chế độ tải nhỏ.......................

8

Hình 2.4:

So sánh 2 chế độ làm việc của động cơ.............................................

9

Hình 2.5:

Động cơ V-6, 3.5-lít của Honda và sự ngắt giảm xylanh.................

11

Hình 2.6:

Sự tiết kiệm nhiên liệu ở các chế độ tải khi thực hiện ngắt xylanh....

12

Hình 2.7:

Ngắt xylanh dùng cơ cấu thủy lực(a) và dùng hệ thống camless(b)..

14

Hình 2.8:

Các giải pháp đi kèm với hệ thống ngừng hoạt động xylanh...........

15

Hình 2.9:

Vị trí ngắt các xylanh trên các loại động cơ....................................

16

Hình 2.10: Vị trí ngắt xylanh trên đồ thị cơng...................................................

17

Hình 2.11: So sánh áp suất xylanh trong các thời điểm ngắt............................

17

Hình 2.12: Mơ phỏng so sánh áp suất nén giữa các thời điểm ngắt xylanh.......

18

Hình 2.13: Kết cấu trục khuỷu...........................................................................

19

Hình 2.14: Cơ cấu sử dụng con đội thủy lực......................................................

20

Hình 2.15: Cơ cấu chốt – cị mổ.........................................................................

20

Hình 2.16: Cơ cấu dịch chuyển vấu cam............................................................

21

Hình 2.17: Cơ cấu điều khiển khơng trục cam...................................................

22

Hình 2.18: Đồ thị cơng P-V của động cơ xăng...................................................

22

Hình 2.19: Biểu đồ đặc trưng hiệu suất động cơ ở các chế độ 1,2,3 và 4
xylanh..............................................................................................

24

Hình 2.20: Sự thay đổi của đặc tính tiêu hao nhiên liệu theo tải động cơ.........

25

Hình 2.21: So sánh mô-men xoắn giữa các chế độ hoạt động của động cơ.......

26

viii


Hình 2.22: Mức tiêu thụ nhiên liệu được tính trên số dặm cho mỗi gallon
(MPG)..............................................................................................

27

Hình 3.1

Cơ cấu VTEC...................................................................................

29

Hình 3.2:

Sơ đồ mạch dầu điều khiển..............................................................

29

Hình 3.3:

Chế độ hoạt động của VCM điều khiển ngắt 6 xylanh- 4 xylanh- 3
xylanh..............................................................................................

30

Hình 3.4:

Cấu tạo các cị mổ nạp.....................................................................

30

Hình 3.5:

Trạng thái điều khiển ở các chế độ..................................................

31

Hình 3.6:

Cơ chế truyền động 2 chiều VTEC...................................................

31

Hình 3.7:

Cấu tạo đường dầu...........................................................................

32

Hình 3.8:

Sơ đồ điều khiển mạch dầu chế độ hoạt động 6 xylanh....................

32

Hình 3.9:

Sơ đồ điều khiển mạch dầu ở chế độ hoạt động 4 xylanh..................

33

Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển mạch dầu ở chế độ hoạt động 3 xylanh................

33

Hình 3.11: Chế độ hoạt động của VCM ngắt 6 xylanh – 3 xylanh.....................

34

Hình 3.12: Cấu tạo trục cam thay đổi................................................................

34

Hình 3.13: Cấu tạo cị mổ nạp dãy sau..............................................................

35

Hình 3.14: Các chế độ điều khiển của hệ thống VCM .................................

35

Hình 3.15: Mạch dầu điều khiển........................................................................

36

Hình 3.16: VCM điều khiển bật tắt xupap theo các chế độ.................................

36

Hình 3.17: Chế độ hoạt động của VCM trên đường cao tốc EPA.......................

36

Hình 3.18: Sơ đồ điều khiển của ECM...............................................................

37

Hình 3.19: Xylanh hoạt động bình thường........................................................

38

Hình 3.20: Xylanh khơng khơng hoạt động.......................................................

39

Hình 3.21: Sơ đồ hoạt động của ANC...............................................................

40

Hình 3.22: Động cơ V8 5,7L HEMI với hệ thống MDS....................................

42

Hình 3.23: Động cơ Corvette LT1 V8 với hệ thống AFM..................................

43

Hình 3.24: Cấu tạo của hệ thống MDS và AFM.................................................

43

Hình 3.25: Cơ cấu điều khiển xupap .................................................................

44

ix


Hình 3.26: Cấu tạo con đội đặc biệt (Deactivating Lifter).................................

44

Hình 3.27: Hoạt động của con đội đặc biệt trong các chế độ............................

45

Hình 3.28: Bố trí hệ thống MDS trên động cơ...................................................

46

Hình 3.29: Trình tự quá trình chuyển đổi từ V8 sang V4 .................................

47

Hình 3.30: Trình tự quá trình chuyển đổi từ V4 sang V8....................................

48

Hình 3.31: Cấu tạo van điện từ và vấu cam đặc biệt...........................................

50

Hình 3.32: Cấu tạo của hệ thống COD của Audi...............................................

51

Hình 3.33: Quá trình dịch chuyển của vấu cam..................................................

51

Các chế độ làm việc của xe...............................................................

52

Hình 3.35: Cơng nghệ MultiAir bán camless.....................................................

54

Hình 3.36: Cấu tạo hệ thống MultiAir...............................................................

55

Hình 3.37: Những cánh điều khiển đóng mở xupap nạp của hệ thống MultiAir.

56

Hình 3.38: Sơ đồ các bộ phận điều khiển của hệ thống MultiAil.......................

57

Hình 3.39: Đường dầu trong các chế độ khác nhau của hệ thống MultiAir.......

57

Hình 3.34:

Hình 3.40

Điều khiển xupap nạp mở bổ xung(a) và đóng xupap nạp(b) khi
ngắt xylanh.....................................................................................

58

Hình 3.41: So sánh hiệu quả của cơng nghệ MultiAir(UniAir)..........................

59

Hình 4.1:

Hệ thống Star t– Stop hoạt động khi dừng đèn đỏ.............................

60

Hình 4.2:

Cấu tạo của hệ thống Star t– Stop.....................................................

62

Hình 4.3:

So sánh hiệu quả công nghệ CDA khi kết hợp những cơng nghệ
khác................................................................................................

Hình 4.3:

Hiệu suất CDA kết hợp với VVA so với động cơ chỉ dùng
CDA................................................................................................

Hình 4.4:

64

65

Mơ phỏng BSFC theo tốc độ và góc mở cánh bướm ga của động
cơ.....................................................................................................

66

Hình 4.5:

BSFC và BMEP trong chế độ tải một phần của động cơ thường.....

67

Hình 4.6:

BSFC và BMEP trong chế độ tải nhỏ khi kết hợp CDA + VVA.....

68

Hình 4.7:

Đồ thị về lợi ích (%) về suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC).................

68

x


Hình 4.8:

So sánh áp xuất hiệu dụng trung bình của bơm ở 1000 vịng/phút.

69

Hình 4.9:

So sánh áp xuất hiệu dụng trung bình của bơm ở 4000 vịng/phút.

69

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1:

Tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ (kg/giờ) trong chế độ bốn xylanh.....

Bảng 2.2:

Tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ (kg/giờ) trong chế độ hai xylanh......
...
Tỷ lệ giảm tiêu thụ nhiên liệu...........................................................

Bảng 2.3:
Bảng 2.4:

So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở các chế
độ......................................................................................................

Trang
13
13
13

23

xii

Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Các nguồn năng lượng khơng thể tái tạo như nhiên liệu hố thạch (xăng, dầu diesel...)
đang liên tục bị cạn kiệt. Mặc dù con người dần chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng
thay thế, nhưng việc sử dụng các nguồn năng lượng thay thế trên động cơ đốt trong đang còn
rất hạn chế và chi phí đầu tư cao. Do đó nhiên liệu hóa thạch sử dụng trên ơ tơ chưa thể được
thay thế hồn tồn trong thời gian tới, thay vào đó con người cần phải sử dụng nó một cách
hiệu quả. Nhiên liệu hố thạch cũng là nhiên liệu chính cho các động cơ đốt trong hoạt động
hiện nay. Từ khi được phát minh ra đến nay, động cơ đốt trong đã liên tục được cải tiến và đã
đạt được nhiều thành quả về mặt công nghệ. Tuy nhiên, con người vẫn chưa hài lòng do hiệu
suất động cơ vẫn còn thấp, sức tiêu hao nhiên liệu cao và đặc biệt là khí xả gây ơ nhiễm mơi
trường và vì vậy các kỹ sư và nhà thiết kế vẫn tiếp tục cải tiến để đạt được hiệu quả nhiên liệu,
hiệu suất và khí xả cao hơn nữa.
Động cơ đốt trong được sử dụng trên các phương tiện vận tải hiện nay trong đó có ơ tơ.
Việc phát triển động cơ đốt trong cũng chính là một trong các yếu tố thúc đẩy ngành ơ tơ phát
triển. Chính vì thế, động cơ trên ô tô ngày một thay đổi để đáp ứng những yêu cầu mà con
người đặt ra, sự phát triển đó địi hỏi cần có một q trình bền vững. Ln có nhiều vấn đề
quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau được đề cấp tới trong quá trình phát triển của ơ tơ
hiện này như:
• Cạn kiệt nguồn nhiên liệu hố thạch như xăng, dầu diesel,...
• Ảnh hưởng phát thải của động cơ tới môi trường và đời sống con người như khí
thải, tiếng ồn
• Khí thải và lãng phí nhiên liệu trong q trình xe vận hành đặc biệt trong chế độ
tải nhỏ
Khi xem xét các vấn đề cần được giải quyết, việc giảm tác động môi trường khơng chỉ
đơn giản là giảm lượng khí thải sinh ra mà còn cần giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu trong q
trình xe hoạt động. Hiện nay, lượng khí thải sinh ra và lượng tiêu thụ nhiên liệu là một chỉ tiêu
đánh giá được quy định trong tiêu chuẩn khí thải EURO- định mức khí thải và tiêu chuẩn CO2
1

140 (g/km) năm 2008, đã được EU và tổ chức các nhà sản xuất (ACEA) đồng ý. Tiêu chuẩn
khí thải EURO đã được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Trong bốn mươi năm qua, với
những khắt khe trong các chính sách của các quốc gia và kết quả của hoạt động nghiên cứu về
động cơ đã đã giảm đáng kể mức phát thải (NOx, CO và HC). Trong tương lai, dự kiến sẽ tiếp
tục giảm mức phát thải do cải tiến thêm về công nghệ áp dụng trên động cơ [1].
Hiệu quả của động cơ đốt trong phụ thuộc vào chế độ tải động cơ và hoạt động tốt nhất
ở chế độ toàn tải. Nâng cao hiệu suất động cơ là một trong những mục tiêu chính để phát triển
xe ô tô. Thông thường, khi xe lưu thông trên đường cao tốc hay những đại lộ, động cơ đốt
trong hoạt động hiệu quả hơn khi ở chế độ tải động cơ cao. Tuy nhiên, trong cuộc sống hàng
ngày, phần lớn thời gian xe ô tô hoạt động ở khu vực thành phố, động cơ chủ yếu hoạt động
trong chế độ tải nhỏ, công suất động cơ thấp và gây tổn hao nhiên liệu.

Hình 1.1: Đồ thị cơng P-V của chu trình lý tưởng và chu trình thực tế động cơ đốt trong

2


Như chúng ta đã biết, động cơ đốt trong có hiệu quả làm việc rất kém khi hoạt động
trong chế độ tải nhỏ do sức cản dịng khí nạp lớn, khi cánh bướm ga mở nhỏ tổn thất cơ giới
(do quá trình nạp và thải) tăng lên làm giảm khoảng 10% công suất của động cơ. Dựa vào đồ
thị công chỉ thị P–V (hình 1.1) ta thấy hiệu suất nhiệt động học chu trình thực tế chỉ đạt 60%
so với chu trình khí lý tưởng. Sự chênh lệch này là do tổn thất nhiệt, thời gian cháy trễ, công
tiêu hao để đẩy thải khí thải ngồi và hút khí nạp vào trong xylanh, rị rỉ khí cháy và q trình
cháy khơng hồn tồn,... Do đó, trên động cơ thực tế hiệu suất nhiệt tối đa chỉ đạt 35-40%.
Ngoài ra, hiệu suất thực tế trên trục khuỷu cần phải tính thêm các tổn thất do ma sát cơ khí
của các chi tiết và tổn thất này khoảng 10% công chỉ thị vì vậy hiệu suất có ích làm việc của
chu trình động cơ thực tế chế độ toàn tải chỉ khoảng 30-35 % [2-3].
Việc không đạt hiệu suất cao khi hoạt động ở chế độ tải nhỏ hay trung bình (chế độ hoạt
động thường xuyên) là một nhược điểm lớn của động cơ đốt trong. Để khắc phục nhược điểm

này các nhà chế tạo xe đã nghiên cứu và đưa ra nhiều giải pháp đang được áp dụng rộng rãi
trên các dòng xe hiện đại và sẽ còn tiếp tục phát triển trong tương lai. Một số giải pháp đang
áp dụng trên các dòng xe hiện nay nhằm cải thiện hiệu suất động cơ ở chế độ tải nhỏ như:
• Điều khiển phân phối khí thơng minh
• Thay đổi tỉ số nén
• Dùng turbo tăng áp
• Phun nhiên liệu trực tiếp
• Điều khiển xylanh biến thiên
• …
Ngồi ra, người ta cịn kết hợp các giải pháp này để tạo ra các chu trình như: chu trình
Otto-Atkinson (điều khiển phân phối khí thông minh kết hợp với thay đổi tỉ số nén), chu trình
Miller (điều khiển phân phối khí thơng minh kết hợp với dùng turbo tăng áp), …
Trong những giải pháp trên thì “điều khiển xylanh biến thiên” là một trong những giải
pháp tối ưu và cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ ở chế độ tải thấp. Chính vì thế, nhóm chúng

3


em đã quyết định chọn công nghệ điều khiển xylanh biến thiên để tìm hiểu và nghiên cứ sâu
hơn ứng dụng của cơng nghệ này trên các dịng xe hiện nay.
1.2 Mục tiêu đồ án
Mục tiêu ban đầu đặt ra của đề tài này là nghiên cứu tìm ra được những những điểm
mới về công nghệ dùng để tiết kiệm nhiên liệu đang được trang bị trên động cơ ô tô hiện nay.
Việc nghiên cứu thật cụ thể tất cả công nghệ mà động cơ ô tô đang sử dụng để giảm tiêu hao
nhiên liệu và khí thải sinh ra là một nhiệm vụ to lớn và đầy tham vọng của nhóm chúng em,
nhưng do hạn hẹp về mặt thời gian và kiến thức nên chúng em không thể làm được điều này.
Vì vậy, chúng em quyết định tập trung vào nghiên cứu một công nghệ mới và phải cải thiện
được nhiều nhất những yêu cầu của động cơ về mặt tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí
thải sinh ra, đó chính là cơng nghệ điều khiển xylanh hay ngắt xylanh động cơ. Ngắt xylanh
là một cơng nghệ có thể giảm khí thải và tăng hiệu quả động cơ rất tốt. Nội dung được nghiên

cứu cụ thể trong đề tài này sẽ phải giải quyết trả lời những câu hỏi như sau:
• Cơng nghệ ngắt xylanh là gì? Nó được hình thành ra sao ?
• Tại sao phải ngắt xylanh, khi nào thì ngắt, cách ngắt xylanh như thế nào ?
• Có bao nhiêu xylanh có thể bị ngắt và ngắt xylanh ở vị trí nào sẽ tốt nhất theo thứ tự
cơng tác của các xylanh ?
• Cơng nghệ ngắt xylanh mang lại những lợi ích gì về việc cải thiện cơng suất động
cơ ?
• Những ưu điểm và những hạn chế của việc xylanh ngừng hoạt động là gì ?
• Các hãng ơ tơ hiện nay sử dụng công nghệ này ra sao ?
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Trong đề tài này chúng em tập trung tìm hiểu cơ sở lý thuyết của công nghệ điều khiển
xylanh biến thiên, phân loại cách điều khiển ngắt xylanh, những ưu và nhược điểm của công
nghệ, thời điểm ngắt xylanh trong quá trình hoạt động của động cơ. Tìm hiểu cấu tạo và
nguyên lý hoạt động công nghệ điều khiển xylanh biến thiên của các hãng Honda, GM,
Volkswagen, Audi, Chrysler, Fiat. Chỉ nghiên cứ hệ thống điều khiển xylanh biến thiên trên
các dòng xe du lịch.
4


1.4 Phương pháp nghiên cứu
Trong q trình hồn thiện đề tài nhóm chúng em đã sử dụng nhiều phương pháp nghiên
cứu như:
• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• Phương pháp so sánh
• Phương pháp đánh giá tài liệu
• Phương pháp phân tích và tổng hợp dữ liệu
Ngồi ra chúng em còn tham khảo thêm các tài liệu chuyên ngành, các bài báo, các tạp
chí có liên quan đến đề tài này.
1.5 Nội dung và hướng tiếp cận đề tài
Đề tài này chủ yếu nghiên cứu về sử dụng công nghệ ngắt xylanh để giảm mức tiêu hao

nhiên liệu và giảm khí xả cho động cơ đốt trong. Tại sao phải nghiên cứu cải tiến động cơ
trong việc giảm mức tiêu hao nhiên liệu và khí thải, cùng với những vấn đề ô tô gặp phải khi
hoạt động trong chế độ tải nhỏ sẽ được đề cập trong chương 1.
Chương 2 sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ điều khiển xylanh biến thiên từ khái
niệm, lịch sử hình thành, đồng thời làm rõ vấn đề tại sao phải ngắt ngắt xylanh khi động cơ
hoạt động trong chế độ tải nhỏ, ngắt như nào thế nào và chỉ ra những ưu khuyết điểm của công
nghệ này.
Chương 3 là chương trọng tâm thảo luận về công nghệ ngắt xylanh của các hãng xe ơ tơ
hiện nay, họ đã sử dụng cách gì để ngắt và những hiệu quả mà các hãng ô tô đạt được khi áp
dụng công nghệ này.
Việc kết hợp công nghệ ngắt xylanh với các công nghệ khác sẽ giúp mang lại những hiệu
quả tối tối ưu ra sao sẽ được đề cập trong chương 4.
Chương 5 sẽ tổng kết và nêu nên các kiến nghị cho sự phát triển đề tài này.

5