Tiểu luận đề tài tìm hiều về công nghệ variable compression ratio (vcr)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỀU VỀ CƠNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO (VCR) GVHD: PGS TS Lý Vĩnh Đạt SVTH: Trần Thành Nhân MSSV: 21145227 LỚP: ICEP330330_22_2_02CLC TPHCM, tháng năm 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Nguyên nhân sử dụng công nghệ VCR 1.2 Nhược điểm công nghệ ô tô trước có cơng nghệ VCR 1.3 Lịch sử đời công nghệ CHƯƠNG CÁC HÃNG XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO 2.1 Nissan 2.2 Kia 2.3 Sabb 2.4 Công ty FEV 2.5 Infiniti CHƯƠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VCR TRÊN THƯƠNG HIỆU XE INFINITI 3.1 Cấu tạo 3.2 Nguyên lý hoạt động .8 3.3 Ưu điểm nhược điểm công nghệ VCRi đổi với hãng xe khác 3.3.1 Ưu điểm 3.3.2 Nhược điểm 10 3.4 Lịch sử cải tiến 10 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO ĐỐI VỚI ĐẾN VỚI CÁC CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT KHÁC 11 CHƯƠNG TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI VÀ NHẬN XÉT VỀ CÔNG NGHỆ: 11 5.1 Việt Nam .11 5.2 Thế giới 12 5.3 Nhận xét 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 CHƯƠNG GIỚI THIỆU: 1.1 Nguyên nhân sử dụng công nghệ VCR: Ngày nay, thách thức lớn công nghệ ô tô cải thiện hiệu suất nhiệt Động đốt ô tô sử dụng phần lớn nhiên liệu để sản xuất lượng, phần cịn lại bị thải mơi trường dạng khí thải nhiệt Chính mà việc tối ưu hóa hiệu suất nhiệt động tơ giúp giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm khí thải gây nhiễm mơi trường Tỷ số nén tác động lớn đến hiệu suất nhiệt động tơ Vì thế, để giải vấn đề động cần thay đổi tỷ số nén để giúp động hoạt động hiệu từ cho đợi cơng nghệ Variable Compression Ratio (VCR) 1.2 Nhược điểm công nghệ tơ trước có cơng nghệ VCR: Trước có mặt cơng nghệ VCR động ô tô sử dụng tỷ số nén cố định để tối ưu hóa hiệu suất tốc độ cụ thể Tuy nhiên phương pháp mang nhiều nhược điểm: - Hiệu suất động giảm tốc độ cao thấp: Với tỷ số nén cố định động làm việc hiệu tốc độ nhà thiết kế tính tốn nên thay đổi tốc độ cao lên hay thấp điều kiện thời tiết tải trọng nặng dẫn đến việc tăng tiêu thụ nhiên liệu - Khơng có tính linh hoạt: Động sử dụng tỷ số nén cố định khơng có tính linh hoạt gây ảnh hưởng đến trãi nghiệm tài xế - Tiếng ồn rung động: Động xăng diesel truyền thống thường gây tiếng ồn rung động, đặc biệt chạy tốc độ cao Điều ảnh hưởng không tốt đến thoải mái hành khách gây hại cho môi trường xung quanh - Độ bền: Các động truyền thống thường có tuổi thọ ngắn bị hao mòn nhanh tiếp xúc phận động Ngoài cịn gây nhiễm mơi trường: Các động truyền thống thường phát thải khí thải độc hại CO2, SOx, NOx hợp chất hữu bay hơi, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người môi trường tự nhiên Công nghệ VCR giải số vấn đề cách cung cấp cho động ô tô khả tăng cường hiệu suất nhiệt, giảm tiếng ồn khí thải, tăng tính linh hoạt tuổi thọ động 1.3 Lịch sử đời công nghệ: Vào năm 1920, công nghệ VCR phát triển, nhiên công nghệ ứng dụn rộng rãi năm gần nhờ phát triển công nghệ điện tử Những năm 1980, Nissan phát triển cơng nghệ thay đổi tỷ số nén, gọi NAPS-Z (Nissan Anti-Pollution System-Z) Hình 1: Nissan Z engine Đến năm 2016, công ty Nissan giới thiệu mơ hình động xi-lanh VCR giới, gọi động VC-Turbo Mơ hình cho phép tỷ lệ nén động thay đổi khoảng từ 8:1 đến 14:1, giúp tăng hiệu suất động tiết kiệm nhiên liệu Hình 2: Động VC-Turbo ( tỷ số nén 8:1 14:1 ) Sau đó, cơng ty khác Mitsubishi, Porsche, Saab, Mercedes-Benz, Audi BMW phát triển cơng nghệ VCR riêng áp dụng vào mẫu xe họ Vào năm 2018, Infiniti trở thành hãng xe giới bán mẫu xe sử dụng công nghệ VCR toàn cầu CHƯƠNG CÁC HÃNG XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO: 2.1 Nissan: VC-Turbo (Variable Compression-Turbo) Nissan phát triển sử dụng mẫu xe Infiniti QX50 Hình 3: Infiniti QX50 Động có khối lượng ấn định 1,977cc tương đương với động xăng thơng thường Động cung cấp cơng suất tối đa 248 mã lực momen xoắn tối đa 370 Nm Hệ thống VC-Turbo Nissan công nghệ động mới, cho phép tỷ lệ nén thay đổi trình hoạt động động cơ, giúp cân hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống bao gồm phận động cơ, thiết kế để điều chỉnh tỷ lệ nén thơng qua thay đổi vị trí piston Để làm điều này, hệ thống sử dụng chế dẫn động dầu thủy lực, kết hợp với điều khiển điện tử để kiểm soát động Khi động cần nhiều công suất, piston đẩy lên để giảm tỷ lệ nén tăng áp suất khí thải, tăng hiệu suất động Khi động cần tiết kiệm nhiên liệu, piston đẩy xuống để tăng tỷ lệ nén giảm áp suất khí thải, giúp tiết kiệm nhiên liệu 2.2 Kia: Sử dụng công nghệ VCR với tên gọi Smartstream G1.6 T-Gdi Hình 4: Smartstream G1.6 T-GDi Động có dung tích xylanh 1,6 lít đồng thời sử dụng công nghệ Gdi (Gasoline Direct Injection) để phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt Ngồi ra, cịn trang bị thêm hệ thống làm mát khí nạp, hệ thống van biến thiên, hệ thống khởi động/ tắt động tự động (start-stop), hệ thống tái sử dụng lượng phanh 2.3 Sabb: Sabb cho công nghệ VCR triễn lãm Geneva Motoshow 2000 Cơng nghệ Sabb thay đổi tỷ số nén cách tạo khoảng không gian thay đổi nắp xylanh piston từ việc di chuyển nắp xylanh Hình 5: Động VCR Sabb 2.4 Công ty FEV: Động VCR Conrod nghiên cứu phát triển cơng ty FEV Đức Động có cấu tạo đơn giản động VCR khác Động VCR Conrod điều khiển trục, cam tích hợp động Cơ chế hoạt động động điều chỉnh độ nén hành trình piston cách điều chỉnh chiều dài kết nối Khi thanh kết nối kéo dài hành trình piston giảm từ giảm tỷ số nén ngược lại kết nối rút ngắn 2.5 Infiniti: Động VCRi nghiên cứu phát triển hãng Infiniti thuộc Nissan Motor Đây động tăng áp trang bị công nghệ VCR kết hợp với điều khiển hút van khí Hình 6: Động VCRi CHƯƠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VCR TRÊN THƯƠNG HIỆU XE INFINITI: 3.1 Cấu tạo: - Động không khác động đốt cũ kỹ sư thiết kế lại cụm piston, truyền trục khuỷu Đồng thời thêm vào cánh tay địn điều khiển điện - Hệ thống van biến thiên: phận quan trọng động VCTurbo, hệ thống van biến thiên có khả điều chỉnh tỷ số nén động từ 8:1 đến 14:1 - Hệ thống tăng áp kép: bao gồm tăng áp thông thường tăng áp biến thiên Ngồi cịn trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử tiên tiến, hệ thống làm mát van hệ thống làm mát bốn mạch Hình 7: Cấu tạo động VCRi 3.2 Nguyên lý hoạt động: Động Infiniti VC-Turbo sử dụng hệ thống đa điểm Nissan Hình 8: Hệ thống đa điểm Nissan Ngay hệ thống máy tính nhận thơng tin cần tăng thêm công suất, thay đổi tỷ số nén lúc điều khiển xoay cánh tay địn để vị trí piston thay đổi bên xilanh Sau piston hạ thấp điểm chết dẫn đến tỷ số nén lúc giảm xuống 8:1 động tạo nhiều momen xoắn Trong trường hợp xe cần đạt hiệu suất cao điều khiển xoay cánh tay đòn giúp cho pistion di chuyển lên gần tới điểm chết Khi tỷ số nén tăng lên tới 14:1 Bên cạnh đó, hệ thống máy tính thay đổi chế độ phụ thuộc vào điều kiện di chuyển Hình 8: Nguyên lý hoạt động động 3.3 Ưu điểm nhược điểm công nghệ VCRi đổi với hãng xe khác: Cơng nghệ VCRi có ưu điểm nhược điểm 3.3.1 Ưu điểm: - Tăng hiệu suất động cơ: Công nghệ cho phép động hoạt động tỷ số nén tối ưu cho điều kiện vận hành môi trường khắc nghiệt khác mong muốn người sử dụng Điều giúp tăng hiệu suất mô-men xoắn động - Bảo vệ môi trường: Động giúp cho việc giảm tiêu thụ nhiên liệu tăng hiệu suất động Chính động giúp giảm thiểu khí thải mơi trường, điều đóng góp vô lớn cho việc bảo vệ môi trường - Các tính động làm cho xe ô tô hoạt động ổn định đem đến cho người lái cảm giác thoải mái, êm trình sử dụng (Đặc biệt di chuyển tốc độ cao) Ngoài ra, piston truyền có liên kết nhiều điểm giúp giảm rung động giúp giảm tiếng ồn rung, tuổi thọ động tăng lên tiết kiệm nhiên liệu 3.3.2 Nhược điểm: - Chi phí sản xuất cao: Các phận hệ thống phức tạp Đồng thời, phải sử dụng phận khí chuyên dùng để sản xuất Thêm vào đó, tốn nhiều chi phí cho việc nghiên cứu thiết kế động VCR tốt - Phức tạp khó sửa chữa, bảo trì: Do có nhiều phận chi tiết phức tạp nên phải cần xác việc bảo trì, sửa chữa máy móc Chính điều trở nên phức tạp Điều làm cho chi phí dành cho sửa chữa, bảo trì tăng lên Tóm lại, động VCRi có nhiều ưu điểm song cịn có số nhược điểm cần phải cố gắng khắc phục để động hoạt động tốt 3.4 Lịch sử cải tiến: Giai đoạn 1998-2002: Nissan phát triển mơ hình thử nghiệm động VCRi thử nghiệm số mẫu xe Tuy nhiên, thử nghiệm cho thấy chi phí sản xuất cao, nên hãng tạm ngừng phát triển Giai đoạn 2007-2011: Sau hãng xe Infiniti thành lập, hãng quay lại phát triển động VCRi sản xuất phiên mẫu động vào năm 2008 Mẫu động gọi VC-T trang bị mẫu xe Infiniti QX50 Điểm bật mẫu động khả tăng công suất tiết kiệm nhiên liệu Giai đoạn 2016-2021: Hãng xe Infiniti tiếp tục cải tiến động VCRi sản xuất phiên thứ hai mẫu động vào năm 2018 Mẫu động gọi VC-Turbo trang bị mẫu xe Infiniti QX50 Điểm bật mẫu động khả tăng công suất tăng cường hiệu suất động Giai đoạn từ năm 2021 trở đi: Hiện tại, hãng Infiniti tiếp tục phát triển động VCRi để cải thiện hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu cho xe 10 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO ĐỐI VỚI ĐẾN VỚI CÁC CƠNG NGHỆ, KỸ THUẬT KHÁC: Cơng nghệ Variable Compression Ratio (VCR) không tạo ý tưởng cho thiết kế động mà ảnh hưởng tích cực đến thúc đẩy việc phát triển nhiều công nghệ khác Sử dụng hệ thống khởi động tạo điện thông minh: Được cải tiến để đem lại tối ưu hóa hoạt động công nghệ VCR Đồng thời giúp hiệu suất tăng cường tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu thơng minh: Để tối ưu hóa hoạt động hệ thống VCR, hệ thống phun nhiên liệu phải phát triển để đáp ứng yêu cầu điều khiển tỷ lệ nén động Công nghệ hỗ trợ tăng áp (turbocharger): Hai loại công nghệ kết hợp với để tăng hiệu suất động Việc kết hợp hai công nghệ tạo khả tăng cơng suất tối ưu hóa việc tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu: Hệ thống phun nhiên liệu phải phát triển để đáp ứng yêu cầu thay đổi tỷ số nén động Hệ thống làm mát động cơ: Với thay đổi tỷ số nén khác ảnh hưởng đến nhiệt độ hoạt động động nên hệ thống làm mát cải tiến theo CHƯƠNG TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI VÀ NHẬN XÉT VỀ CƠNG NGHỆ: 5.1 Việt Nam: Cơng nghệ Variable Compression Ratio (VCR) chưa sử dụng phổ biến ngành công nghiệp ô tô Việt Nam Nguyên nhân đắc đỏ sản xuất khó tiếp cận hãng xe nhỏ Tuy nhiên với mong muốn tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ mơi trường nhiều hãng bắt đầu nghiên cứu công nghệ để giảm bớt phức tạp chi phí sản xuất cơng nghệ Theo thân em, cơng nghệ có tiềm lớn để nghiên cứu đồng thời phát triển giúp ích cho ngành cơng nghiệp tơ tương lai công nghệ 11 đưa vào ứng dụng mong đợi Việt Nam công nghệ VCR ứng dụng rộng rãi 5.2 Thế giới: Trên giới tại, công nghệ VCR nhiều hãng xe Nissan, Infiniti, Kia, Sabb,… sử dụng lên loại xe họ Tương lai công nghệ VCR tiềm năng, đặc biệt bối cảnh ngày việc quan tâm mơi trường tiết kiệm lượng ưu tiên Dự kiến, công nghệ VCR tiếp tục phát triển ứng dụng rộng rãi ngành sản xuất ô tô loại động khác tương lai 5.3 Nhận xét: Theo nhận định thân em, công nghệ VCR có ưu điểm cịn nhiều hạn chế Thế nhưng, cơng nghệ lại có tiềm tương lai ảnh hưởng đến phần không nhỏ đến ngành công nghiệp ô tô Việt Nam giới 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO: đàn, Diễn et al "Những Cách Thay Đổi Tý Số Nén Biến Thiên VCR?" OTOHUI - Mạng Xã Hội Chun Ngành Ơ Tơ, 2021, https://oto-hui.com/threads/nhungcach-thay-doi-ty-so-nen-bien-thien-vcr.133856/ Truy cập ngày 28 tháng 03 năm 2023 đàn, Diễn et al "Công Nghệ Tỷ Số Nén Linh Hoạt Trên Động Cơ Đốt Trong" OTO-HUI - Mạng Xã Hội Chun Ngành Ơ Tơ, 2018, https://oto-hui.com/threads/cong-nghe-ty-so-nen-linh-hoat-tren-dong-co-dottrong.116788/ Truy cập ngày 28 tháng 03 năm 2023 www.nissan-global.com n.d VC-Turbo Engine | Innovation | [ONLINE] https://www.nissanglobal.com/EN/INNOVATION/TECHNOLOGY/ARCHIVE/VC_ TURBO_ENGINE/ Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023 "Tìm Hiểu Động Cơ VC-Turbo Của NISSAN (INFINITI) – Động Cơ Nén Biến Thiên - Xecov" Xecov, 2020, https://www.xecov.com/articles/tim-hieu-dong-covc-turbo-cua-nissan-infiniti-dong-co-nen-bien-thien Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023 News, OtoFun "Chi Tiết Về Động Cơ Tỉ Số Nén Biến Thiên VC-Turbo Của Infiniti" Otofun News, 2023, https://ofnews.vn/chi-tiet-ve-dong-co-ti-so-nen-bienthien-vc-turbo-cua-infiniti-17704.html Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023 "Saab Variable Compression Engine - Wikipedia" En.Wikipedia.Org, 2019, https://en.wikipedia.org/wiki/Saab_Variable_Compression_engine Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023 chủ, Trang et al "Tìm Hiểu Động Cơ VC-T Của INFINITI - OTO HUI NEWS - Tin Tức, Cơng Nghệ Và Kỹ Thuật Ơ Tơ" OTO HUI NEWS - Tin Tức, Công Nghệ Và Kỹ Thuật Ô Tô, 2017, https://news.oto-hui.com/tim-hieu-dong-co-vc-t-cuainfiniti/ Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023 www.sae.org n.d The 2-Step VCR Conrod System - Modular System for High Efficiency and Reduced CO2 https://www.sae.org/publications/technicalpapers/content/2017-01-0634/ Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023 chủ, Trang et al "VCR Conrod - Một Trong Những Công Nghệ Biến Thiên Tỷ Số Nén - OTO HUI NEWS - Tin Tức, Cơng Nghệ Và Kỹ Thuật Ơ Tơ" OTO HUI NEWS - Tin Tức, Công Nghệ Và Kỹ Thuật Ơ Tơ, 2020, https://news.oto-hui.com/vcr- 13 conrod-mot-trong-cong-nghe-bien-thien-ty-so-nen/ Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023 10 "Stackpath" Vehicleservicepros.Com, 2023, https://www.vehicleservicepros.com/service-repair/diagnostics-and-drivability/ article/21195234/variable-compression-ratio-a-future-technology-applied-today Truy cập ngày 03 tháng 04 năm 2023 11 "9 Cơng Nghệ Tân Tiến Bậc Nhất Trên Ơ Tơ Năm 2018 - Blog Xe Hơi Carmudi" Carmudi.Vn, 2018, https://www.carmudi.vn/blog-xe-hoi/9-cong-nghe-tantien-bac-nhat-tren-o-to-nam-2018/ Truy cập ngày 03 tháng 04 năm 2023 14