Hcmute nghiên cứu thiết kế cơ cấu ngắt xy lanh trên động cơ xăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU NGẮT XY LANH TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014 - 25TĐ S KC0 Tp Hồ Chí Minh, 2015 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU NGẮT XY LANH TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG Mã số: T2014 - 25TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Lý Vĩnh Đạt TP HCM, Tháng 03 Năm 2015 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm T2014-25TĐ CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP THỰC HIỆN Chủ nhiệm đề tài: TS Lý Vĩnh Đạt Đơn vị phối hợp thực hiện: Bộ môn Động cơ, khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM i Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, Ngày tháng năm THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế cấu ngắt xy lanh động xăng” - Mã số: T2014-25TĐ - Chủ nhiệm: TS LÝ VĨNH ĐẠT - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 10/01/2014 đến 04/2015 Mục tiêu: Đề tài nghiên cứu với mục tiêu thiết kế cấu ngắt xy lanh ứng dụng động mà không ảnh hưởng đến điều khiển thời điểm đóng mở xú páp hệ thống phân phối khí truyền thống động Các chế độ ngắt xy lanh điều khiển tuỳ thuộc theo tải hoạt động xe, góp phần cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu theo chế độ hoạt động tải khác đường Tính sáng tạo: Đề tài thiết kế chế tạo thành công cấu ngắt xy lanh khác với cấu ngắt xy lanh có thị trường với phần cấu thêm vào hệ thống phân phối khí truyền thống để điều khiển ngắt xy lanh hay xy lanh động thẳng hàng xy lanh Cơ cấu hoạt động đáp ứng nhanh điều khiển chế độ ngắt xy lanh dễ dàng Kết nghiên cứu: Đề tài xây dựng thành cơng mơ hình tốn cấu ngắt xy lanh mô số chế độ ngắt xy lanh khác động Kết mô đánh giá cải tiến suất tiêu hao nhiên liệu chế độ ngắt xy lanh khác tuỳ thuộc chế độ tải hoạt động xe đường Đồng thời chế tạo thành công cấu ngắt xy lanh lắp đặt động hoạt đáp ứng nhanh điều khiển ngắt xy lanh dễ dáng Sản phẩm: - 01 cấu ngắt xy lanh lắp động - 01 báo khoa học quốc tế công bố (International Journal) Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Kết đề tài góp phần nâng cao hiệu suất động cơ, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiểm môi trường Cơ cấu ngắt xy lanh bước đầu cho hướng nghiên cứu ứng dụng ngắt xy lanh xe, góp phần cải tiến đáng kể suất tiêu hao nhiên liệu xe Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) ii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: “The study on designing of valve train system for cylinder deactivation in SI engines" Code number: T2014-25TĐ Coordinator: PhD LY VINH DAT Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: from 10/01/2014 to 04/2015 Objective(s): The purpose of research designs a mechanism that can cut off the cylinders Depend on engine loads, mechanism will control one-cylinder mode or two-cylinder deactivation mode One -cylinder deactivation mode will be peformed for medium engine load Twocylinder deactivation mode for low engine load This improves fuel consumption in SI engines Creativeness and innovativeness: A new valve train system, which differs to the existing design, has been proposed to control cylinder deactivation in SI engines The novel design is characterized by a simple structure, easy control and can fully meet the strategies of cylinder deactivation control The use of CDA results in several benefits in improving SI engine efficiency at low engine load Improvements resulting from CDA will degrade as engine load increases Research results: The study model a mathematical of cylinder deactivation The simulation results have showed the benefits of CDA in improving the fuel consumption Depend on the driving torque for various loads in vehicle, the cylinder deactivation modes will be executed to improve fuel consumption respectively Besides, the study also manufacters a improved valve train mechanism that can perform the controling of cylinder deactivation in engine fully and easily Products: - 01 cylinder deactivation mechanism that is installed in engine - 01 published paper (International Journal of Mechanical Engineering and Applications, Special Issue: Transportation Engineering Technology - Part II, Vol 3, No 1-3 2015, pp 17-21) Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The study results take part in reducing of fuel consumption, improving engine efficiency and reducing emiisions in SI engines iii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ MỤC LỤC Trang Danh sách thành viên tham gia đơn vị phối hợp thực i Thông tin kết nghiên cứu ii Mục lục iv Danh mục hình vi Danh mục bảng biểu ix Chương Tổng quan 01 1.1 Tính cấp thiết đề tài 01 1.2 Tổng quan đề tài nghiên cứu nước 01 1.3 Mục tiêu đề tài 02 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 03 1.5 Phương pháp nghiên cứu 03 1.6 Nội dung nghiên cứu 03 Chương Tổng quan hệ thống ngắt xy lanh động 04 2.1 Tổng quan hệ thống ngắt xy lanh 04 2.1.1 Khái quát hệ thống ngắt xy lanh 04 2.1.2 Lịch sử phát triển 05 2.1.3 Ưu nhược điểm hệ thống ngắt xy lanh 08 2.2 Các lợi ích hệ thống ngắt xy lanh 12 2.2.1 Nâng cao công suất động nhờ vào việc giảm cơng hao phí 12 2.2.2 Giảm tiêu hao nhiên liệu 13 2.2.3.Giảm ô nhiễm môi trường 14 2.3 Nguyên lý hoạt động 14 2.4 Thời điểm ngắt xy lanh 17 2.5 Một số hệ thống điều khiển ngắt xy lanh hãng xe 18 2.5.1 Hệ thống VCM – Variable Cylinder Management Honda 18 2.5.2 Hệ thống COD – Cylinder On Demand Audi 21 iv Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ 2.5.3 Hệ thống MDS - Multi-Displacement System DaimlerChrysler 24 Chương Mô hình hố hệ thống ngắt xy lanh động 29 3.1 Các tiêu đánh giá động đốt 29 3.1.1 Công thị 29 3.1.2 Ma sát 30 3.1.3 Mô ment xoắn công suất 30 3.1.4 Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu suất nhiên liệu 31 3.1.5 Hiệu suất nạp: ηv 32 3.2 Mơ hình hố động 33 3.2.1 Động lực ống gốp hút góp thải 33 3.2.2 Tổn thất ma sát 39 3.2.3 Động học xy lanh 40 3.2.4 Phát nhiệt trình cháy 40 3.2.5 Truyền nhiệt 42 3.3 Xây dựng mơ hình mơ động 43 Chương Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống ngắt xy lanh động 46 4.1 Khảo sát cấu phân phối khí động Hyundai G4EK 46 4.2 Thiết kế hệ thống ngắt xy lanh động Hyundai G4EK 48 4.2.1 Hệ thống khí điều khiển ngắt xy lanh 48 4.2.2 Nghiên cứu thiết kế cấu ngắt xy lanh động 51 Chương Mô hệ thống ngắt xy lanh 62 5.1 Ảnh hưởng ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu động 62 5.2 Chế độ tải thấp 62 5.3 Chế độ tải trung bình 64 5.4 Toàn dải tải động 65 Kết luận 68 Tài liệu tham khảo 69 v Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 Hệ thống điều khiển xy lanh biến thiên 04 Hình 2.2 Hình 2.2 Cơng nghệ ngắt xy lanh động xy lanh 05 Hình 2.3 Động bật tắt - hit and miss engine 06 Hình 2.4 Mitsubishi Lancer sử dụng công nghệ MD 07 Hình 2.5 So sánh chế độ làm việc động 09 Hình 2.6 Động V-6, 3.5-lít Honda ngắt giảm xy lanh 10 Hình 2.7 Sự tiết kiệm nhiên liệu chế độ tải thực ngắt xy lanh 11 Hình 2.8 Đồ thị cơng P-V động xăng 12 Hình 2.9 (a) biểu đồ đặc trưng cho hiệu suất động hoạt động chế độ 1,2,3 xy lanh (b) thay đổi đặc tính tiêu hao nhiên liệu theo tải động 14 Hình 2.10 Ngắt giảm xy lanh động thông thường 15 Hình 2.11 Ngắt giảm xy lanh động khơng trục cam 16 Hình 2.12 Kết cấu trục khuỷu 16 Hình 2.13 Vị trí ngắt xy lanh đồ thị công 17 Hình 2.14 Các chế độ hoạt động xe 18 Hình 2.15 Mạch dầu điều khiển ngắt xy lanh 18 Hình 2.16 Chế độ xy lanh hoạt động bình thường 19 Hình 2.17 Chế độ xy lanh bị ngắt (không hoạt động) 19 Hình 2.18 Cấu tạo hệ thống COD 22 Hình 2.19 Chế độ ngắt xy lanh Audi 22 Hình 2.20 Chế độ hoạt động ngắt giảm xy lanh 23 Hình 2.21 Động V8 5.7L HEMI với hệ thống MDS 25 Hình 2.22 Cấu tạo đội đặc biệt (Deactivating Lifter) 26 Hình 2.23 (a) Hoạt động đội xy lanh không hoạt động 27 (b) Hoạt động đội xy lanh hoạt động bình thường vi Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Hình 2.24 Bố trí hệ thống MDS động 28 Hình 3.1 Sơ đồ ống góp hút 33 Hình 3.2 Biên dạng khối lượng bị cháy 41 Hình 3.3 Biên dạng áp suất xy lanh tốc độ 2000 vòng 42 Hình 3.4 Mơ hình mơ động 44 Hình 4.1 Động Hyundai G4EK 46 Hình 4.2 Hệ thống phân phối khí động Hyundai G4EK 46 Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển ngắt xy lanh 47 Hình 4.4 Cơ cấu điều khiển xú páp hệ thống ngắt xy lanh 48 Hình 4.5 Cơ cấu ngắt xy lanh động 49 Hình 4.6 Khớp trượt chuyển hướng 50 Hình 4.7 Thiết kế sơ cấu điều khiển ngắt xy lanh động 50 Hình 4.8 Cấu tạo giá đỡ cấu 51 Hình 4.9 Gối đỡ nắp gối đỡ trục cam 52 Hình 4.10 Cấu tạo nửa trục cam để ngắt xy lanh số 52 Hình 4.11 Cấu tạo nửa trục cam để ngắt xy lanh số có chốt định tâm 53 Hình 4.12 Cấu tạo gối đỡ trục cị mổ 53 Hình 4.13 Cấu tạo cị mổ thứ cấp cớ cấu ngắt xy lanh 54 Hình 4.14 Bánh vít trục vít dẫn động trực tiếp trục cam 54 Hình 4.15 Gối đỡ trục vít dẫn động trực tiếp trục cam 55 Hình 4.16 Khố bánh vít trục cam 55 Hình 4.17 Khớp trượt nối bán trục cam 55 Hình 4.18 Càng chuyển hướng khớp trượt 56 Hình 4.19 Gối đở trục chuyển hướng 56 Hình 4.20 Đĩa lị xo hồi vị trục cam 57 Hình 4.21 Bánh vít trục vít giảm tốc từ mô tơ điều khiển 57 Hình 4.22 Trục bánh vít 57 Hình 4.23 Gối đỡ trục vít truyền 58 Hình 4.24 Hộp truyền bánh vít, trục vít từ mơ tơ 58 vii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Hình 4.25 Cấu tạo nắp máy trung gian 59 Hình 4.26 Mơ hệ thống điều khiển sau lắp ghép lại 59 Hình 4.27 Cơ cấu sau gia công 60 Hình 4.28 Động điện 12V DC dùng để điều khiển cấu ngắt xy lanh 60 Hình 4.29 Cơ cấu ngắt xy lanh gắn lên động Hyundai G4EK 61 Hình 4.30 Cơ cấu ngắt xy lanh động Hyundai G4EK sau gắn nắp trung gian 61 Hình 5.1 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC) chế độ tải thấp (2000v/p, 3.5 bar BMEP) 63 Hình 5.2 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh dải tải thấp động 2000 v/p 64 Hình 5.3 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh dến suất tiêu hao nhiên liệu tải truong bình (BMEP 8.6 bar) 64 Hình 5.4 Ảnh hưởng ngắt xy lanh dải tải động khác 2000 v/p 64 Hình 5.5 Các ảnh hưởng ngắt xy lanh toàn dải tải hoạt động 66 Hình 5.6 Suất tiêu hao nhiên liệu động ứng với trạng thái tối ưu ngắt xy lanh toàn tải hoạt độngt 67 viii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Hình 4.20 Đĩa lị xo hồi vị trục cam Hộp giảm tốc mô tơ thiết kế truyền bánh vít trục vít nhằm tăng momen động diện lên gấp nhiều lần Bánh vít có rảnh then hoa để hẳm với trục bánh vít chốt cavet Trên trục vít có lỗ rãnh để ăn khớp với chốt ngang từ trục truyền động mơ tơ hình 4.21 Hình 4.21 Bánh vít trục vít giảm tốc từ mơ tơ điều khiển Trục bánh vít có rãnh bên ngồi để hãm chốt cavet với bánh vít Mặt đầu có lỗ rãnh để ăn khớp vào trục truyền động trục vít truyền trục cam hình 4.22 Hình 4.22 Trục bánh vít 57 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Ngồi gối đỡ trục vít truyền có cấu tạo diễn tả hình 4.23 Hộp truyền bánh vít trục vít từ mơ tơ thiết kế hình 4.24 Hình 4.23 Gối đỡ trục vít truyền Hình 4.24 Hộp truyền bánh vít, trục vít từ mơ tơ Nắp máy trung gian gia công theo biên dạng nắp đậy động Nắp máy trung gian tạo khoang trống ta lắp đặt cấu điều khiển Sau lắp vào động tạo thành khoang kín để dầu bơi trơn khơng bị văng ngồi Trên nắp có kht lỗ dùng để lắp trục dẫn động từ mơ tơ điều khiển từ bên ngồi Trên lỗ gia công chén chứa phốt, nhằm làm kín khơng cho dầu bơi trơn rỉ ngồi hình 4.25 58 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Hình 4.25 Cấu tạo nắp máy trung gian Ta sử dụng hai truyền trục vít gắn liền với động điện 12V DC, truyền trục vít trụ truyền trục vít Globoid, hai trục vít cấu loại mối Ưu điểm để người thiết kế lựa chọn truyền trước hết có tỷ số truyền lớn, làm việc êm, có khả tự hãm có độ xác động học cao, điều phù hợp với cấu ngắt xy lanh động Bởi cấu cam tuý cấu nâng cần độ xác tương đối cao Cịn mơ tơ điều khiển khớp trượt gắn với truyền trục vít nhựa lực cần thiết để điều khiển khớp trượt không lớn Lắp ráp chi tiết thiết kế thành cấu điều khiển ngắt xy lanh minh hoạ hình bên Hình 4.26 Mơ hệ thống điều khiển sau lắp ghép lại 59 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Sau tiến hành thiết kế tối ưu hoá chi tiết cấu ngắt xy lanh động cơ, chi tiết gia công chế tạo diễn tả hình 4.27 Hình 4.27 Cơ cấu sau gia công Việc chọn lựa mô tơ điều khiển trượt để nối trục cam thứ cấp đặc biệt điều khiển trục cam để mở xú páp nạp đòi hỏi phải đáp ứng nhanh momen lớn để thắng lực lò xo xú páp Đồng thời phải dùng chung nguồn điện xe chiều 12 vôn Hai mô tơ điện DC sử dụng điện áp 12 vơn đáp ứng điều kiện lựa chọn để điều khiển việc ngắt xy lanh dễ dàng chế độ hình 4.28 Hình 4.28 Động điện 12V DC dùng để điều khiển cấu ngắt xy lanh Cơ cấu ngắt xy lanh thiết kế tối ưu hố cho điều khiển ngắt xy lanh động Cơ cấu chế tạo lắp đặt mô hình động Hyundai G4EK hình 4.29, 4.30 Cơ cấu thực nghiệm việc điều khiển ngắt xy lanh chế độ ngắt xy lanh ngắt xy lanh Cơ cấu đảm bảo việc 60 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ điều khiển mở xú páp cho máy số chế độ ngắt xy lanh, điều khiển nối trục cam thứ cấp điều khiển mở xú páp nạp xy lanh số xy lanh số chế độ ngắt xy lanh xe chạy tải thấp Hình 4.29 Cơ cấu ngắt xy lanh gắn lên động Hyundai G4EK Hình 4.30 Cơ cấu ngắt xy lanh động Hyundai G4EK sau gắn nắp trung gian 61 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Chƣơng MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NGẮT XY LANH 5.1 Ảnh hƣởng ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu động Ngắt xy lanh xem xét nghiên cứu thực mô hình mơ cách giữ cho xú páp nạp thải ln ln đóng Bên cạnh đó, nhiên liệu cung cấp ngừng cung cấp đến xy lanh bị ngắt toàn chu kỳ hoạt động Ảnh hưởng ngắt xy lanh đến hiệu suất xem xét chế độ tải khác xe Tải động sinh tải từ đến 12 bar áp suất hiệu dụng trung bình có ích (BMEP) Vì vậy, tải động phân thành loại: dải tải trọng thấp có áp suất hiệu dụng trung bình có ích (BMEP) hoạt động đến 5.2 bar, dải tải trọng trung bình có BMEP hoạt động 5.2 đến 8.6 bar, dải tải trọng cao có BMEP hoạt động từ 8.6 đến 12 bar Mơ hình động động không bướm ga (unthrotle engine) xú páp nạp đóng vai trị điều khiển tải động thời điểm đóng mở xú páp nạp xả tối ưu hoá trước xem xét ảnh hưởng ngắt xy lanh tất dải tải trọng hoạt động Chế độ xy lanh bị ngắt (50% CDA) xy lanh bị ngắt (25% CDA) xem xét dải tải động thấp trung bình Trong việc sử dụng ngắt xy lanh dải tải cao gây số bất lợi công suất xe ngắt xy lanh khơng thực chế độ 5.2 Chế độ tải thấp Để xem xét sửa ảnh hưởng ngắt xy lanh dải tải thấp, ngắt xy lanh xem xét chế độ: chế độ xy lanh bị ngắt, xy lanh bị ngắt động hoạt động với tất xy lanh lanh (chế độ hoạt động bình thường) Ở chế độ ngắt xy lanh xy lanh số số ngắt, xy lanh số ngắt chế độ ngắt xy lanh Kết mô ảnh hưởng chế độ thực 2000 vòng/phút 3.5 bar (BMEP) diễn tả hình 5.1 Kết mơ chế độ xy lanh bị ngắt đạt suất tiêu hao nhiên liệu tiết kiệm so với chế độ lại hoạt động chế độ tải nhỏ Ở chế độ ngắt xy lanh, xy lanh bị ngắt hoạt động với kỳ nén kỳ giãn nở (giống lị xo khí), xy lanh chủ động lại hoạt động chế độ tải cao (cao bình thường hoạt động xy lanh) để đạt tổng momen 62 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ xoắn đầu 35 N-m Ở chế độ ngắt xy lanh giảm cơng hao phí (pumping loses) tăng đáng kể hiệu suất động Chế độ ngắ xy lanh hoạt động tải thấp cải tiến suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 30 % so với chề độ hoạt động bình thường hình 5.1 Tương tự vậy, chế độ ngắt xy lanh dẫn đến áp suất hiệu dụng trung bình thị (IMEP) đạt giá trị cao so với chế độ động hoạt động bình thường (4 xy lanh), chế độ đạt hiệu suất động cao so với chế độ động hoạt động xy lanh chế độ ngắt xy lanh có hiệu suất thấp so vơi chế độ ngắt xy lanh hoạt động chế độ tải thấp 4-cylinder cylinder deactivation cylinder deactivation BSFC (kg/kw-h) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 30% 0.4 0.3 Crank angular speed (degree/sec) 10 12 x 10 Hình 5.1 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC) chế độ tải thấp (2000v/p, 3.5 bar BMEP) Kết mô chứng minh phụ thuộc suất tiêu hao nhiên liệu dải tải động chế độ ngắt xy lanh hình 5.2 Dựa kết đạt được, thấy việc sử dụng chế độ ngắt xy lanh chế độ hoạt động tối ưu dải hoạt động tải thấp xe (BMEP từ đến 5.2 bar) Hiệu việc ngắt số lượng xy lanh giảm mà tải động tăng lên Ví dụ: ngắt xy lanh đem lại hiệu (hiệu suất động, suất tiêu hao nhiên liệu) cao tải nhỏ (BMEP bar), tăng tải động lên (5.5 bar) hiệu thấp Khi tải động tăng lên, xy lanh chủ động (xy lanh không bị ngắt) chế độ ngắt xy lanh cần phải hoạt động áp suất hiệu dụng trung bình thị (IMEP) cao để đảm bảo công suất đầu động Vì cơng hao phí giảm khơng đáng kể xy lanh chủ động điều 63 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ dẫn đến cải tiến hiệu suất sử dụng chế độ ngắt xy lanh chế độ tải lớn thấp so với hoạt động chế độ tải nhỏ hình 5.2 0.9 cylinders cylinder deactivation cylinder deactivation 0.8 BSFC (kg/kw-h) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 2.5 3.5 4.5 5.5 BMEP (bar) Hình 5.2 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh dải tải thấp động 2000 v/p 5.3 Chế độ tải trung bình Ảnh hường ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu dải tải trung bình xem xét tương ứng với chế độ ngắt xy lanh chế độ động hoạt động bình thường Chế độ ngắt xy lanh không xem xét trường hợp chế độ ngắt xy lanh khơng đáp ứng công suất đầu xe hoạt động tải trung bình, điều dẫn đến ảnh hưởng xấu đến suất tiêu hao nhiên liệu xe Chế độ ngắt xy lanh sử dụng tối ưu mặt hiệu xe hoạt động chế độ tải trung bình so với chế độ hoạt động bình thường diễn tả hình 5.3 Mỗi xy lanh chủ động chế độ ngắt xy lanh phải hoạt động IMEP cao so với hoạt động chế độ bình thường để đạt momen xoắn đầu khoảng 90 N-m, điều giảm đáng kể cơng hao phí Vì vậy, chế độ ngắt xy lanh cải tiến đến 11.7 % suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải trung bình hình 5.3 64 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ 0.4 BSFC (kg/kw-h) 0.35 0.3 4-cylinder 11.7 % cylinder deactivation 0.25 0.2 10 12 x 10 Crank angular speed (degree/sec) Hình 5.3 Ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh dến suất tiêu hao nhiên liệu tải truong bình (BMEP 8.6 bar) Hình 5.4 so sánh cải tiến suất tiêu hao nhiên liệu chế độ ngắt xy lanh chế độ động hoạt động bình thường Như kết dự đoán trước, động hoạt động với chế độ xy lanh bị ngắt chế độ hoạt động tối ưu tải động tăng từ tải thấp đến tải trung bình Sự hiệu sử dung ngắt xy lanh giảm dần tải động tăng lên Như hình 5.4, chế độ ngắt xy lanh có hiệu cao xe hoạt động chế độ tải thấp, hiệu thấp xe hoạt động chế độ tải cao 0.9 cylinders cylinder deactivation 0.8 BSFC (kg/kw-h) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 BMEP (bar) Hình 5.4 Ảnh hưởng ngắt xy lanh dải tải động khác 2000 v/p 5.4 Toàn dải tải động Hình 5.5 ảnh hưởng chế độ ngắt xy lanh toàn dải tải động hoạt động Kết mô việc sử dụng chế độ ngắt xy lanh (50% CDA) giải pháp tối ưu hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu xe 65 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ chạy chế độ tải thấp Tương tự, chế độ ngắt xy lanh chủ động (25% CDA) chế độ tối ưu xe hoạt động cở chế độ tải trung bình Trong chế độ động hoạt động bình thường (cả xy lanh hoạt động) sử dụng chế độ tải lớn Chế độ ngắt xy lanh cải tiến hiệu suất động đáng kể chế độ tải thấp xy lanh chủ động chế độ phải hoạt động áp suất hiệu dụng trung bình cao, điều dẫn đến việc cải tiến đáng kể công tổn hao trình hút xả động Chế độ ngắt xy lanh lựa chọn việc cải tiến hiệu suất động chế độ tải trung bình Ở dải tải động này, việc sử dung ngắt xy lanh trước hết đảm bảo sinh công suất đầu thoả mãn cho xe hoạt động đường, xy lanh chủ động giảm đáng kể cơng hao phí hoạt động IMEP cao Do chế độ ngắt xy lanh cải tiến đáng kể hiệu suất động xe chạy chế độ tải trung bình Trái lại, chế độ ngắt xy lanh không áp dụng xe chạy chế độ tải cao, cơng suất phát sử dụng ngắt xy lanh không đáp ứng chế độ tải lớn, hiệu suất động mặt nhiệt động lực học lớn chế độ tồn tải Do sử dụng ngắt xy lanh chế độ toàn tải gặp số bất lợi mặt tiêu hao nhiên liệu Như kết hình 5.5, động xăng khơng bướm ga điều khiển hệ thống phân phối khí cho hoạt động chế độ ngắt xy lanh tải thấp để đạt tiết kiệm tiêu hao nhiên liệu xe Chế độ ngắt xy lanh điều khiển để đem lại kinh tế nhiên liệu tải động trung bình Cuối cùng, động xăng hoạt động chế độ hoạt động bình thường để đạt đáp ứng mặt cộng suất đầu tính kinh tề xe hoạt động chế độ tải cao 0.9 0.8 BSFC (kg/kw-h) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 cylinder deactivation cylinder deactivation cylinders 0.2 0.1 low load BMEP (bar) 10 11 high load 12 13 Hình 5.5 Các ảnh hưởng ngắt xy lanh toàn dải tải hoạt động 66 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ Đường in đậm hình 5.6 đường cải tiến hiệu suất động với kỹ thuật ngắt xy lanh hệ thống phân phối khí kết hợp với Theo trang thái hoạt động đề cập trên, đường cải tiến hiệu suất động ln ln cho suất tiêu hao nhiên liệu có giá trị thấp chế độ hoạt động cách sử dụng biện pháp ngắt xy lanh phù hợp với chế độ Kết cải tiến suất tiêu hao nhiên liệu từ 11 đến 25 % sử dụng phương pháp ngắt xy lanh Hình 5.6 Suất tiêu hao nhiên liệu động ứng với trạng thái tối ưu ngắt xy lanh toàn tải hoạt động 67 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ I Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đạt số kết sau: - Nghiên cứu hệ thống ngắt xy lanh ứng với chế độ tải khác động đốt - Nghiên cứu thiết kế chế tạo cấu ngắt xy lanh lắp đặt động thực - Mơ hình hóa việc ngắt xy lanh động đốt - Mô số, đánh giá hiệu chế độ ngắt xy lanh khác tương ứng với chế độ hoạt động tải khác xe - Thiết kế chế tạo hệ thống ngắt xy lanh hệ thống phân phối truyền thống mà không ảnh hưởng đến việc điều khiển thời điểm đóng mở xú páp động Sản phẩm nghiên cứu bao gồm: - Mơ hình chế tạo hệ thống ngắt xy lanh lắp đặt động Hyundai - 01 báo đăng tạp chí journal: International Journal of Mechanical Engineering and Applications, Special Issue: Transportation Engineering Technology - Part II, tháng năm 2015 - Hướng dẫn 01 HV cao học thực đề tài II Hƣớng phát triển đề tài Do thời gian, kinh phí trình độ có hạn nên đề tài tồn nhiều vấn đề chưa giải như: nghiên cứu chế tạo cấu điều khiển ngắt nhiên liệu đánh lửa đến xy lanh bị ngắt, thực nghiệm cấu điều khiển ngắt xy lanh ứng với chế độ tải hoạt động xe băng thử công suất Do hướng phát triển đề tài đánh giá mức tiết kiệm tiêu hao nhiên liệu chế độ ngắt xy lanh thực nghiệm băng thử ứng dụng xe chạy thực tế Hoàn thiện hệ thống chuyển đổi chế độ ngắt xy lanh ứng với chế độ tải khác hoàn toàn tự động Bên cạnh đó, đánh giá ảnh hưởng việc ngắt xy lanh đến động thông qua thông số như: tiếng ồn, khả mài mòn, tuổi thọ chi tiết, rung động 68 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BASSHUYSEN, R Zylinderabschaltung und ausblenden einzelner arbeitszyklen zur kraftstoffersparnis und schadstoffminderung MTZ 54 (1993) [2] G.F.A Peters, Eindhoven University of Technology (TU/e), February 15, 2007 [3] GHG-TransPoRD [4] Gilbert Peters - Cylinder deactivation on cylinder engines: A torsional vibration analysis – 2007 [5] http://vnexpress.net/tin-tuc/oto-xe-may/tu-van/cong-nghe-ngat-xi-lanh-chudong-tren-dong-co-oto-2224012.html [6] http://www.audi-technology-portal.de/de/antrieb/fsi-tfsi-motoren/cylinderon-demand [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Variable_displacement [8] J B Heywood, Internal Combustion Engines Fundamentals McGraw-Hill, 1988 [9] J Novak, “Simulation of the Breathing Process and Air-Fuel Ratio Distribution Characteristics of Three-Valve, Stratified Charge Engines,” SAE Paper No 770881, 1977 [10] Michael Knowling, "Cylinder Deactivation Reborn - Part 1& Part 2", Autospeed, Issue 342 [11] M S Ashhab, A G Stefanopoulou, J A Cook, and M B Levin, “Camless Engine Control for a Robust Unthrottled Operation,” SAE 981031, 1998 [12] M Takizawa, T Uno, T Oue, and T Yura, “A Study of Gas Exchange Process Simulation of an Automotive Multi -Cylinder Internal Combustion Engine,” SAE Transaction, vol 91, 1982 [13] Osman Akin Kutlar , Hikmet Arslan, Alper Tolga Calik - Methods to improve efficiency of four stroke, spark ignition engines at part load – 2005 69 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-25TĐ [14] V Giglio, B Iorio, G Police, and A Gaeta, “Analysis of Advantages and of Problems of Electromechanical Valve Actuators,” SAE 2002-01-1105, 2002 70 Luan van S K L 0 Luan van ... điều khiển ngắt xy lanh 48 4.2.2 Nghiên cứu thiết kế cấu ngắt xy lanh động 51 Chương Mô hệ thống ngắt xy lanh 62 5.1 Ảnh hưởng ngắt xy lanh đến suất tiêu hao nhiên liệu động 62... có nhiều cơng trình nghiên cứu đến hệ thống ngắt xy lanh chủ động, đa số nghiên cứu nước số lượng hạn chế Năm 2001, P Kreuter cộng nghiên cứu động xăng xy lanh thẳng hàng mà ngắt bớt xy lanh làm... việc ngắt xy lanh động - Đánh giá hiệu hiệu suất suất tiêu hao nhiên liệu hệ thống ngắt xy lanh thông qua cac kết mô số phần mềm, ứng với chế độ ngắt xy lanh khác - Nghiên cứu thiết kế cấu ngắt xy