Nghiên Cứu Động Cơ Skyactiv-X.pdf

MỤC LỤC PHẦN 1 TỔNG QUAN 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 2 3 Phương pháp nghiên cứu 2 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2 5 Nội dung nghiên cứu 2 PHẦN 2 NỘI DUNG 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ[.]

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nội dung nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.2 Phân loại CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HCCI 2.1 Khái niệm 2.2 Lịch sử phát triển động HCCI 2.3 Đặc tính cháy loại động 10 2.4 Hình thành hỗn hợp đồng 11 2.5 Cách bố trí kim phun 14 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ HCCI TRÊN SKYACTIV-X CỦA MAZDA 16 3.1 Công nghệ SPCCI 16 3.2 Cấu tạo động Skyactiv-x Mazda 18 3.3 Ưu-nhược điểm động Skyactiv-x 33 CHƯƠNG 4: SO SÁNH ĐỘNG CƠ SKYACTIV-X VÀ SKYACTIV-G 35 4.1 Tính kinh kế nhiên liệu 35 4.2 Mức độ phát thải 35 4.3 So sánh mô-men xoắn 36 PHẦN 3: KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHẦN TRẢ LỜI CÂU HỎI 40 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Động sử dụng hỗn hợp thuốc súng Hình 1.2 Động Lenoir chạy khí đốt Hình 1.3 Động Otto Hình 2.1 Động Otto Hình 2.2 Đặc tính cháy động xăng, diesel, HCCI 10 Hình 2.3 Hình thành hỗn hợp bên 11 Hình 2.4 Hình thành hỗn hợp bên 13 Hình 2.5 So sánh tia phun nhiên liệu động diesel thường động HCCI 14 Hình 2.6 So sánh bố trí kim phun động diesel thường động HCCI 15 Hình 3.1 Cơng nghệ SPCCI 16 Hình 3.2 Phân phối hỗn hợp nhiên liệu khơng khí 17 Hình 3.3 Cấu tạo động Skyactiv-x 18 Hình 3.4 Đỉnh piston động Skyactiv-x 19 Hình 3.5 Các thành phần hệ thống đánh lửa trực tiếp 19 Hình 3.6 Hệ thống đánh lửa trực tiếp 20 Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp 21 Hình 3.8 Bản đồ ESA 21 Hình 3.9 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI 22 Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động 23 Hình 3.11 Mạch điều khiển hệ thống nhiên liệu 24 Hình 3.12 Supercharger 26 Hình 3.13 Cấu tạo điều khiển trục cam 27 Hình 3.14 Cấu tạo van điều khiển phối khí dầu trục cam 28 Hình 3.15 Làm sớm thời điểm phối khí 28 Hình 3.16 Làm muộn thời điểm phối khí 29 Hình 17.Giữ ngun thời điểm phối khí 29 Hình 3.18 Hệ thống tuần hồn khí xả EGR 30 Hình 3.19 Hệ thống khí xả 4-2-1 31 Hình 3.20 Bốn kỳ hoạt động bốn xy lanh 32 Hình 3.21 Tác động áp khí thải xy lanh trước đến xy lanh sau 32 Hình 4.1 Biểu đồ so sánh kinh tế nhiên liệu 35 Hình 4.2 Xu hướng nhiệt độ đốt cháy phát thải NOx theo hệ số dư lượng khí 35 Hình 4.3 Mối quan hệ tỷ lệ nhiên liệu khơng khí lượng khí thải Nox 36 Hình 4.4 Biểu đồ so sánh mô-men xoắn 36 PHẦN 1: TỔNG QUAN Lý chọn đề tài Do phát triển không ngừng ô tô tính đến thời điểm tại, xe trang bị nhiều tiện nghi tính giúp cho trải nghiệm người lái hành khách có thoải mái an tâm chặng đường Vì nghiên cứu cải thiện nâng cao hiệu trình cháy xu hướng để phát triển động đốt Một công nghệ đốt cháy gọi nén cháy hỗn hợp đồng (HCCI) với hiệu suất nhiệt cao, hoạt động với lượng hỗn hợp nhạt giúp tiết kiệm nhiên liệu, với mức phát thải NOx, PM thấp mà không cần đến hệ thống xử lý khí thải đắt tiền, phức tạp không hiệu Kỹ thuật HCCI nghiên cứu từ lâu, nhiên, áp dụng vùng tải nhỏ nên khó triển khai động thực tế chạy với vùng tải thay đổi khác Một số hãng ô tô General Motors, Mercerdes-Benz, Huyndai cố gắng thương mại hóa kỹ thuật HCCI động xe thất bại Mazda hãng đưa động thương mại với kỹ thuật với tên gọi Skyactiv Mazda hệ động tảng Skyactiv với tên gọi Skyactiv-G (Gasoline) Skyactiv-D (Diesel) Năm 2019 Hãng giới thiệu Skyactiv X lắp Mazda Đây động lai động xăng động diesel Được quảng bá loại động có tính đột phá với hiệu suất nhiệt cao lên tới 56%, cao 30% so với hệ động xăng tại, Skyactiv-G (phun xăng trực tiếp) Có thể nói tương lai động lắp ô tô bên cạnh ô tô điện, ô tô lai hybrid, động HCCI Động HCCI chưa trang bị chương trình khóa ngành Động lực Nhờ nhóm lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI động skyactiv-x mazda ” để nắm bắt kiến thức cách thức hoạt động, có phân tích đánh giá xác về công nghệ HCCI mẫu xe để mang Và thơng qua phổ cập cho nhóm hiểu thêm kiến thức chuyên sâu công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI 2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI động skyactiv-x mazda tổng quan công nghệ HCCI cách thức HCCI ứng dụng thực tế động xăng xe nắm rõ cách thức kiểm sốt, tìm hiểu nguyên lý làm việc hệ thống làm việc cho động skyactiv-x xe Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng thực tế công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI động skyactiv-x Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu tài liệu + Phương pháp phân tích suy luận + Phương pháp thống kê mô tả, tổng hợp kết nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài Nghiên cứu công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI động skyactiv-x mazda cần thiết hữu ích cho sinh viên lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô tập trung vào phát triển cải thiện hiệu suất động đồng thời tiết kiệm nhiên liệu, giảm hiệu khí thải độc hại vào mơi trường Nghiên cứu giúp cho sinh viên hiểu rõ thành phần công nghệ HCCI ứng dụng thực tế vào động xăng, từ giúp sinh viên phát triển cải thiện cơng nghệ chưa thật tối ưu cho dòng xe khác Điều có ý nghĩa to lớn phát triển ngành công nghiệp ô tơ hiệu ứng nhà kính, lượng khống sản dần cạn kiệt, giúp giảm thiểu khí thải độc hại vào môi trường tiết kiệm nhiên liệu mang lại hiệu suất động tối ưu Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ đánh lửa nén nạp đồng HCCI: Chương Tổng quan động đốt Chương Tổng quan HCCI Chương Công nghệ HCCI skyactic-x mazda PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Nhà vật lý người Pháp Jean de Hautefeuille đề xuất thiết kế động đốt dùng để bơm nước vào năm 1678 Tuy nhiên, người xem phát minh động đốt Christiaan Huygens, nhà khoa học người Hà Lan Vào năm 1678 1679 (có tài liệu cho năm 1673), Huygens sử dụng ống hình trụ lớn với bề mặt nhẵn bóng bên làm xi lanh có piston di chuyển dọc trục xi lanh Piston nối với sợi dây ròng rọc để nâng vật nặng Bên ống trụ buồng đốt dùng để đốt nổ thuốc súng Khi thuốc súng nổ, khơng khí giãn nở thể tích đẩy piston Sau nổ xong, khơng khí nguội lại, giảm thể tích, tạo chân khơng bên ống trụ, di chuyển piston vị trí ban đầu, đồng thời kéo dây nâng vật nặng, thực trình sinh công "Động Huygens" (Huygens engine) cho rằng, với dram (tương đương 1/16 ounce 1,77 gram) thuốc súng, sử dụng ống trụ cao 7–8 feet (2,1–2,4 m), đường kính 15–16 in (khoảng 38–41 cm), tạo cơng đủ nâng khối lượng thiếu niên (tương đương 540 kg) Hình 1.1 Động sử dụng hỗn hợp thuốc súng Đến năm 1791, nhà khoa học người Anh John Barber đăng ký sáng chế cho động tuabin khí Trong động tuabin Barber, nhiên liệu than, dầu đốt, gỗ gia nhiệt, hòa trộn với khơng khí, nén đốt cháy Sản phẩm khí cháy có áp suất cao làm quay cánh quạt tuabin, làm sinh công Năm 1794, Thomas Mead Robert Street, hai kỹ sư người Anh, đồng thời đăng ký phát minh cho động đốt sử dụng khí cháy Thomas Mead sử dụng hỗn hợp khí nổ buồng đốt đẩy piston lên; sau trình cháy kết thúc, piston di chuyển xuống nhờ vào sức nặng piston áp suất chân khơng Cịn Robert Street sử dụng nhiên liệu lỏng (dầu hỏa nhựa thông) bay để tạo hỗn hợp khí cháy Nhựa thơng dầu hỏa phun lên đáy xi lanh đốt nóng, khiến nhiên liệu thể lỏng hóa thành hỗn hợp khí Hỗn hợp kích nổ lửa Q trình cháy–nổ hỗn hợp khí làm giãn nở thể tích xi lanh làm piston chuyển động, thực công Năm 1798, John Stevens, nhà phát minh người Mỹ, thiết kế động đốt sử dụng cồn (alcohol) làm nhiên liệu cháy Năm 1801, Philippe Lebon, kỹ sư người Pháp, đăng ký phát minh cho động khí (hỗn hợp khí ga nén buồng đốt kích nổ) Năm 1807, anh em kỹ sư người Pháp, Nicéphore Niépce (cũng người phát minh kỹ thuật nhiếp ảnh) Claude Niépce, chạy thử mẫu động đốt mang tên Pyréolophore Hai ông gắn động Pyréolophore để điều khiển tàu thủy chạy sông Saône, Pháp Cùng năm ú, k s ngi Thy S Franỗois Isaac de Rivaz phát minh động đốt dùng khí hydro làm nhiên liệu kích nổ tia lửa điện Ý tưởng sử dụng khí hydro làm nhiên liệu cho động đốt nghiên cứu độc lập kỹ sư người Anh William Cecil vào năm 1820 Năm 1823, Samuel Brown đăng ký phát minh động chân khơng đốt khí ứng dụng rộng rãi công nghiệp Động Brown sử dụng ô tô vào năm 1824, vận hành tàu chạy sông Thames vào năm 1827, bơm nước kênh đào Croydon, phía nam London Vào năm 1832 Động đốt có kỳ nén diễn trước kỳ nổ phát triển lần William Barnett, kỹ sư người Anh, vào năm 1838 Năm 1854, hai nhà phát minh người Ý, Eugenio Barsanti Felice Matteucci, phát minh động piston tự Năm 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir, kỹ sư người Bỉ, phát minh động đốt hai kỳ chạy khí đốt, cơng suất HP, hiệu suất 5% Đây xem động đốt có hiệu thực tế Động đốt Lenoir loại động hai kỳ, xi lanh, tác động kép, khơng có kỳ nén (hỗn hợp khí khơng nén trước kích nổ), hỗn hợp khí kích nổ khoảng 1/3 hành trình di chuyển piston Ưu điểm thiết kế tạo loại động vận hành nhanh hơn, ồn hơn, hiệu kinh tế cao động nước Do vậy, động Lenoir ưa chuộng, với khoảng 400 đến 500 động bán thời điểm Tuy nhiên, động Lenoir có hiệu suất khơng cao khơng có kỳ nén nên chủ yếu dùng cho động tĩnh Hình 1.2 Động Lenoir chạy khí đốt Năm 1872, George Brayton, kỹ sư người Mỹ, phát minh động đốt sử dụng dầu hỏa làm nhiên liệu Động Brayton cấu tạo gồm hai xi lanh piston tịnh tiến, xi lanh thực kỳ nén xi lanh lại thực kỳ giãn nở (sinh cơng) Hỗn hợp khơng khí khí đốt kích nổ lửa mồi, hỗn hợp cháy bơm từ xi lanh nén qua xi lanh nổ để thực q trình sinh cơng điều kiện đẳng áp Hiệu suất hoạt động động Brayton không cao phần lớn công sinh xi lanh kỳ nổ dùng để vận hành xi lanh kỳ nén Tuy vậy, phát minh Brayton có ý nghĩa quan trọng vì, nhờ sử dụng nhiên liệu lỏng (khác với nhiên liệu khí động Lenoir hoạt động tĩnh tại), động đốt Brayton ứng dụng để vận hành xe tơ Chu trình Brayton ngày ứng dụng tuabin khí Năm 1874, Siegfried Marcus, nhà phát minh người Đức, xem người thiết kế xe ô tô sử dụng động bốn kỳ Động Marcus sử dụng kích nổ điện, phun hịa khí, thiết bị tiết lưu ("bướm ga") Động Marcus, trưng bày Bảo tàng Kỹ thuật Công nghiệp Thương mại Vienna, xem mẫu xe động xăng cổ tồn đến ngày Dựa mẫu thiết kế động Lenoir, Nikolaus Otto, kỹ sư người Đức, phát minh động đốt bốn kỳ vào năm 1876 (Chu trình Otto) Động chạy khí than Otto khơng giảm tiếng ồn hơn, mà cịn hiệu cao gấp lần so với động Lenoir Năm 1879, Karl Benz chế tạo thành công động đốt hai kỳ chạy xăng Năm 1882, James Atkinson phát minh động đốt hoạt động theo chu trình Atkinson Năm 1885, Gottlieb Daimler, kỹ sư người Đức, đăng ký sáng chế cho động bốn kỳ chạy xăng Năm 1889, Daimler kỹ sư người Đức khác Wilhelm Maybach cho mắt động chữ V hai xi lanh Paris, Pháp Năm 1892, Rudolf Diesel phát triển thành cơng động kích nổ nhờ trình nén hỗn hợp nhiên liệu (Động Diesel) Động Diesel vận hành tốc độ 170 RPM, có cơng suất 18 HP hiệu suất 27% – hiệu suất cao động nước động kích nổ tia lửa điện thời điểm Năm 1926, Robert Goddard, kỹ sư người Mỹ, chế tạo tên lửa vận hành nhiên liệu lỏng Hình 1.3 Động Otto 1.2 Phân loại - Phân loại theo nhiên liệu sử dụng thì: + Động xăng + Động diesel + Động gas hay động khí đốt + Động sử dụng loại nhiên liệu khác cồn, khí hydro… - Bao gồm loại phổ biến nhất: Động xăng (Gasoline Engine): Động xăng sử dụng xăng làm nhiên liệu Trong động xăng, hỗn hợp nhiên liệu khơng khí hút vào buồng đốt qua van hút sau bị nén piston (pô) di chuyển lên Khi hỗn hợp bị nén, bugi tạo lửa để cháy hỗn hợp nhiên liệu khơng khí Q trình cháy tạo áp suất nhiệt độ cao, đẩy piston xuống tạo cơng suất Động xăng thường có hiệu suất cao thích hợp cho ứng dụng cần tốc độ cao Động diesel (Diesel Engine): Động diesel sử dụng dầu diesel làm nhiên liệu Trong động diesel, khơng khí hút vào buồng đốt bị nén piston Khác với động xăng, không cần bugi để tạo lửa Thay vào đó, dầu diesel phun trực tiếp vào khơng khí nén cao Do áp suất nhiệt độ cao buồng đốt, dầu diesel tự cháy Quá trình cháy tạo áp suất mạnh đẩy piston xuống tạo công suất Động diesel thường có khả tiết kiệm nhiên liệu phù hợp cho ứng dụng cần lực kéo mạnh 30 Khi nhiệt độ trình cháy lên 15000C khí N2 có khơng khí kết hợp với O2 tạo thành oxit nitơ khác NOx NO, NO2, N2O, N2O5,… Vì cách tốt giảm lượng NOx giảm nhiệt độ đốt cháy động Để giảm nhiệt độ buồng đốt cách đơn giản đưa phần khí xả định vào buồng đốt Lượng khí xả có chức : - Khí thải có nhiệt dung riêng lớn khơng khí làm giảm nhiệt độ buồng đốt lượng nhệt cung cấp cũ - Làm hỗn hợp có lượng oxi thấp - Làm bẩn hỗn hợp tốc độ cháy giảm Tuy nhiên lượng khí xả đưa vào phải kiểm sốt điều chỉnh phù hợp Vì đưa vào lượng lớn khí xả vào buồng đốt làm động hoạt động không ổn định giảm giảm công suất động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu… Hình 3.18 Hệ thống tuần hồn khí xả EGR Vì lý trên, lượng khí xả kiểm sốt van EGR, lượng khí xả đưa vào buồng đốt phụ thuộc vào hai thông số bản: tốc độ động cơ, tải động Nguyên lý hoạt động: Hệ thống EGR sử dụng đường ống nối đường nạp đường thải động cơ, van EGR có nhiệm vụ đóng mở kiểm sốt lượng khí xả, phận làm mát khí xả, hệ thống điều khiển ECU…Khí xả trích phần từ đường thải quay đường nạp để hòa trộn với khơng khí nạp qua ống dẫn tới phận làm mát qua van EGR vào đường nạp động Van EGR điều khiển điều khiển 31 điện tử ECU hoạt động tín hiệu đầu vào tốc độ tải trọng động tín hiệu cảm biến khác 3.2.7 Hệ thống khí xả Để tăng hiệu suất cho động việc tăng tỷ số nén lên cao ưu tiên hàng đầu nhà thiết kế Khi động có tỷ số nén cao đồng nghĩa với việc động cho hiệu suất nhiệt cao, mô men xoắn tạo lớn, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu Luôn kèm với việc tăng tỷ số nén lên cao vấn đề thách thức tượng cháy kích nổ động Phương pháp chống kích nổ truyền thống để chống kích nổ làm chậm thời gian đánh lửa nhiên việc làm cho giảm công suất động Các giải pháp mà mazda đưa để chống lại tượng hạ nhiệt độ buồng cháy cách sử dụng hệ thống khí xả 4-2-1 Nguyên nhân cháy kích nổ lượng khơng khí xả tồn dư xylanh làm cho nhiệt độ buồng đốt tăng cao cuối dẫn đến tượng cháy kích nổ động Nguyên nhân khiến lượng khí xả lưu lại buồng đốt nhiều áp suất khí xả pít tơng trước tác động lên đường ống pít tơng làm nhiệm vụ xả khí khiến phần khí xả ngồi buộc phải quay trở lại buồng đốt Nhận biết điều này, Mazda phát triển hệ thống ống xả dài 4-2-1 để giảm lượng khí dư hạ nhiệt độ buồng đốt từ chống lại tượng kích nổ Hình 3.19 Hệ thống khí xả 4-2-1 32 Hệ thống khí xả 4-2-1 có tên đầy đủ hệ thống khí xả 4-2-1-3 Đây xy lanh đánh số theo thứ tự kỳ xả Hệ thống gồm có ống xả lớn dài so với hệ thống khí xả cũ, ống bố trí cho đoạn kết nối ống xả 4-2, 2-1, 1-3, 3-4 dài Đoạn ống xả nối xy lanh số ngắn khơng phải xy lanh xả khí hai kỳ liên tiếp nên khơng có ảnh hưởng lớn Hình 3.20 Bốn kỳ hoạt động bốn xy lanh Hình 3.21 Tác động áp khí thải xy lanh trước đến xy lanh sau Vùng màu xám : áp suất khí xả tồn dư Các đường chéo: tốc độ động Ngoài tác động áp suất khí xả xy lanh trước đến xy lanh sau tùy thuộc vào tốc độ động Điển hình tác động áp suất khí xả xy lanh số đến xy lanh số Ở hệ thống ống xả kiểu cũ áp lực tối đa tốc độ động từ 2.000 33 đến 8.000 vòng/phút (rpm) Đối với hệ thống ống xả 4-2-1, áp lực tối đa khí xả xy lanh xả trước tác động lên xy lanh xả sau nằm khoảng từ đến 2.000vòng/phút, vùng mà động vận hành Ở tốc độ cao 2.000 vòng/ phút, vùng thường xuyên hoạt động động cơ, áp lực giảm đến mức tối thiểu Như việc sử dụng hệ thống khí xả 4-2-1 giúp cho khí xả tối đa giảm nhiệt độ hịa khí buồng đốt kỳ nạp qua ngăn tượng kích nổ Việc kéo dài ống xả giúp cho khí xả giảm nhiệt độ trước tiếp xúc với chất xúc tác bình lọc khí thải, giúp cho tuổi thọ chất xúc tác kéo dài nâng cao hiệu việc loại bỏ chất khí độc hại 3.3 Ưu-nhược điểm động Skyactiv-x - Ưu điểm: + Hiệu suất công suất cải thiện: Động SkyActiv-X kết hợp ưu điểm động xăng diesel Điều cho phép cung cấp hiệu suất công suất tốt so với động xăng truyền thống phạm vi tương tự + Tiết kiệm nhiên liệu: Một ưu điểm quan trọng động SkyActiv-X khả tiết kiệm nhiên liệu Thiết kế xử lý đốt cháy thông minh giúp tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu, giúp giảm lượng khí thải CO2 chi phí vận hành Ít khí thải: Động sử dụng cách thức đốt cháy làm giảm thiểu sản xuất khí nitơ (NOx) - chất gây ô nhiễm môi trường Điều giúp động SkyActiv-X đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe khí thải + Đáp ứng khả tăng tốc tốt: Động SkyActiv-X cung cấp mức đáp ứng tốt khả tăng tốc nhanh chóng, giúp cải thiện trải nghiệm lái xe Sự kết hợp công nghệ: Động SkyActiv-X kết hợp nhiều công nghệ tiên tiến phun nhiên liệu trực tiếp, tỷ lệ nén cao điều khiển điện tử thông minh, tạo nên kết hợp độc đạt hiệu suất tốt + Tích hợp hệ thống hỗ trợ lái: Mazda thường kết hợp động SkyActiv-X với tính hỗ trợ lái công nghệ i-Activsense, giúp cải thiện khả an tồn tiện ích lái xe 34 - Nhược điểm: + Giá thành cao: Công nghệ tiên tiến thường kèm với giá thành cao Điều khiến phiên sử dụng động SkyActiv-X có giá bán cao so với tùy chọn động khác + Phức tạp công nghệ: Công nghệ động SkyActiv-X kết hợp phức tạp phương pháp đốt cháy khác Điều làm cho việc bảo trì sửa chữa trở nên phức tạp tốn + Hiệu suất nhạy cảm với chất lượng nhiên liệu: Động SkyActiv-X đạt hiệu suất tốt sử dụng nhiên liệu có chất lượng cao Sự biến đổi chất lượng nhiên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu động + Hiệu suất thấp mức tốc độ cao: Mặc dù động SkyActiv-X cải thiện hiệu suất so với động xăng truyền thống, mức tốc độ cao, hiệu suất khơng thể so sánh với động thể thao động có dung tích lớn + Cần cân nhắc lựa chọn xe: Một số xe sử dụng động SkyActiv-X khơng phù hợp cho tình lái xe Người mua cần xem xét kỹ để đảm bảo động phù hợp với nhu cầu phong cách lái xe họ + Cần thời gian để thích nghi: Do động SkyActiv-X kết hợp nhiều công nghệ cách thức đốt cháy phức tạp, cần thời gian để người lái thích nghi hiểu cách tận dụng tốt hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu động 35 CHƯƠNG 4: SO SÁNH ĐỘNG CƠ SKYACTIV-X VÀ SKYACTIV-G 4.1 Tính kinh kế nhiên liệu Hình 4.1 Biểu đồ so sánh kinh tế nhiên liệu Mức độ tiêu thụ nhiên liệu SKYACTIV-X so với SKYACTIV-G MZR dung tích tốc độ quay 2000 vòng/phút SKYACTIVX cho thấy mức tiêu thụ nhiên liệu giảm đáng kể, tiết kiệm 20% so với SKYACTIV-G So với động diesel MZR đạt cải thiện vượt bậc chí đạt mức tiết kiệm nhiên liệu tương tự động diesel Mazda SKYACTIV-D Mức tiêu thụ nhiên liệu cải thiện đáng kể hoạt động với tải cao 4.2 Mức độ phát thải Hình 4.2 Xu hướng nhiệt độ đốt cháy phát thải NOx theo hệ số dư lượng khí 36 NOx sản sinh cao nhiệt độ đốt cháy cao hệ số dư lượng khí λ = hệ số dư lượng khí λ > nhiệt độ đốt cháy lượng khí thải Nox có xu hướng giảm Khi tỷ lệ khơng khí dư thừa tăng thêm lượng khí thải NOx mức thấp Hình 4.3 Mối quan hệ tỷ lệ nhiên liệu khơng khí lượng khí thải Nox Với việc sử dụng tỷ lệ khơng khí nhiên liệu đốt cháy gần 29,4:1 ( hệ số dư lượng khí λ = 2), Mazda cho thấy lượng khí thải Nox phát sinh mức thấp 4.3 So sánh mơ-men xoắn Hình 4.4 Biểu đồ so sánh mơ-men xoắn 37 Biểu đồ so sánh mômen xoắn theo tốc độ động SKYACTIV-X với động MZR2.0L động SKYACTIV-G Đường liền mảnh mô men động MZR2.0L Đường chấm mô men động xăng SKYACTIV-G 2.0L Hai đường đường cong mô men SKYACTIV-X sử dụng xăng 91 95 Ở tốc độ thấp, momen xoắn SKYACTIV-X tăng đáng kể so với SKYACTIVG Khi sử dụng nhiên liệu có số octan khác động cho thấy ưu việt tất nhiên hiệu suất sử dụng chúng khác Khi sử dụng nhiên liệu xăng 91 có số octan thấp động cho momen xoắn lớn điều kiện SPCCI tốc độ trung bình, đông hoạt động tốc độ cao với tỷ số nén cao momen bị giảm xuống tượng kích nổ xuất làm giảm công suất động nên việc SKYACTIV-X sử dụng xăng 95 tối ưu 38 PHẦN 3: KẾT LUẬN Với khả tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu nồng độ chất độc hại có khí thải cải thiện nhờ q trình đốt cháy hiệu đồng thời cải thiện công suất đặc biệt tốc độ thấp, khơng sai nói Skyactiv-X góp phần vào việc níu kéo sống động đốt giới ngày khắt khe tiêu chuẩn phát thải động tương lai động đốt truyền thống bị thay hoàn toàn xe điện phải khẳng định thành công Skyactiv-X bước chuẩn bị lâu dài cho tương lai, góp phần to lớn đưa động đốt tiến gần đến trình đốt cháy lý tưởng HCCI 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục [2] Khương Thị Hà (2017), Nghiên cứu thiết lập chế độ cháy nén hỗn hợp đồng (HCCI) động diesel, Luận án tiến sĩ - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [3]https://www.mazda.com.au/49e997/globalassets/idu/skyactivx/mazda3_skyactiv_flyer.pdf [4] H Bendu and S Murugan (2014), Homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion : Mixture preparation and control strategies in diesel engines, Renew Sustain Energy Rev., vol 38, pp 732–746 [5] Christian Schultze, SKYACTIV-X AN INNOVATIVE GASOLINE ENGINE WITH COMPRESSION IGNITION, DIRECTOR RESEARCH & OPERATION EUROPEAN R&D CENTRE MAZDA MOTOR EUROPE [6] Rudolf H Stanglmaier and Charles E Roberts (1999), Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits, Compromises, and Future Engine Application Southwest Research Institute [7] Website: https://xe.thanhnien.vn/kham-pha/dong-co-skyactivx-tren-mazda32019-se-doi-dau-xe-dien-nhu-the-nao-15962.html [8] Website: http://www.w-erc.com/services/rcci/ [9] Website: https://www.yanmar.com/vn/agri/products/engine/ 40 PHẦN TRẢ LỜI CÂU HỎI NHÓM 1: Tích hợp cơng nghệ khử nitơ (NOx) vào hệ thống HCCI yêu cầu giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu khí thải gây nhiễm? Đỗ Lê Khánh Hưng: Trong động HCCI, trình đốt cháy xảy nhiệt độ thấp so với động diesel thông thường, thiết bị xử lý khí thải khơng thể chuyển HC CO thành nước CO2 tương ứng không đủ nhiệt độ để hoạt động hiệu Tuy nhiên, số phương pháp khác bao gồm thay đổi hình dạng đỉnh píttơng, tăng áp suất phun thảo luận nghiên cứu để kiểm sốt lượng khí thải độc hại từ động HCCI Hình dạng rối xốy buồng cháy có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất đặc tính phát thải động HCCI [29, 30] Một số nghiên cứu thực với công cụ mô để đưa kết cấu đỉnh pít-tơng nhằm đạt hiệu suất cháy phát thải tốt động HCCI Các nghiên cứu Boyarski, Cao Goryntsev [31, 32, 33] kết luận cơng trình họ hình dạng píttơng với xốy có ảnh hưởng tích cực đến khí thải NHĨM 3: Tại lại tận dụng lại phần khí xả mà khơng loại bỏ hồn tồn khí xả Sử dụng lại luồng khí xả có lợi ích thường sử dụng lại phần khí xả gây tượng cháy kích nổ cho động xăng? Trần Quốc Huy: Van EGR (Exhaust Gas Recirculation) sử dụng động để tái sử dụng phần khí xả cách đưa trở lại q trình đốt cháy Mục tiêu việc sử dụng lại khí xả để kiểm sốt q trình đốt cháy giảm khí thải có hại, tác nhân gây nhiễm NOx (oxit nitơ) - Lợi ích sử dụng lại khí xả thơng qua van EGR là: Giảm nhiệt độ đốt cháy: Khí xả có khả hấp thụ nhiệt tốt so với khơng khí Khi đưa phần khí xả trở lại, làm giảm nhiệt độ đốt cháy buồng đốt, điều giúp kiểm sốt q trình đốt cháy hạn chế hình thành NOx, tác nhân gây nhiễm mơi trường Giảm độ cháy kích nổ: Trong động xăng, việc sử dụng phần khí xả giúp làm giảm độ cháy kích nổ, đặc biệt tình động hoạt động điều 41 kiện cao tải tốc độ quay Điều làm giảm khả xảy knocking, tượng gây hại cho động giới hạn hiệu suất Tăng hiệu suất nhiệt: Bằng cách tận dụng lại khí xả, động tận dụng lại phần lượng khí xả tăng hiệu suất nhiệt q trình đốt cháy NHĨM 4: Hạn chế lớn HCCI so với SPCCI? Trần Quốc Huy: Hạn chế lớn HCCI so với SPCCI kiểm soát ổn định đốt cháy Trong HCCI, ngun liệu nhiên liệu khơng khí pha trộn hoà quyện tỷ lệ định sau bị nén để kích hoạt đốt cháy Tuy nhiên, đốt cháy HCCI khó kiểm sốt phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiệt độ, áp suất tỷ lệ pha trộn Điều dẫn đến tượng đốt cháy không đều, khả tạo khí thải có hại NOx (oxit nitơ) HC (hydrocarbon) cao hơn, khả xuất đột ngột tượng knocking (quá trình đốt tự cường) Trong đó, SPCCI kết hợp hai nguyên tắc động xăng diesel Nó sử dụng điểm nổ từ điện cực để kích thích việc đốt cháy ban đầu, giống động xăng thông thường, sau sử dụng áp suất nhiệt độ cao động diesel để tiếp tục đốt cháy Điều giúp kiểm sốt tốt q trình đốt cháy, giảm thiểu khả knocking giúp tăng hiệu suất Tóm lại, hạn chế lớn HCCI so với SPCCI khó kiểm sốt q trình đốt cháy khả tạo khí thải có hại SPCCI, cách kết hợp yếu tố động xăng diesel, cải thiện khả kiểm soát ổn định đốt cháy hơn, đồng thời giảm thiểu vấn đề liên quan đến khí thải knocking NHĨM 5: Bugi hoạt động trường hợp ? Tại ? Trần Trung Hậu: Bugi động Skyactiv-X hoạt động theo nguyên lý tạo lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu khơng khí buồng đốt Điều đặc biệt động Skyactiv-X việc kết hợp hai phương pháp đốt cháy khác nhau: đốt cháy thông thường đốt cháy nén - Dưới nguyên tắc cách bugi Skyactiv-X hoạt động: Đốt cháy thông thường (Spark Ignition): Trong điều kiện tải nhẹ trung bình, động Skyactiv-X hoạt động giống động xăng thông thường Bugi tạo điện cực điện, tạo điện cực cực âm cực dương Khi lượng điện đưa 42 vào điện cực, tạo điện trường mạnh lửa bugi Khi nhiên liệu phun tán buồng đốt tiếp xúc với điện trường mạnh, tạo lửa, gây trình đốt cháy nhiên liệu khơng khí Đốt cháy nén (Compression Ignition): Trong điều kiện tải nặng động yêu cầu mạnh mẽ hơn, động Skyactiv-X chuyển sang chế độ đốt cháy nén Ở đây, nhiên liệu phun vào buồng đốt vào giai đoạn cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ tăng đáng kể Theo nguyên tắc đốt cháy nén, nhiên liệu tự cháy áp suất nhiệt độ cao, giống cách mà động diesel hoạt động Với việc kết hợp hai phương pháp đốt cháy, động Skyactiv-X đạt cân hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu Khi chạy điều kiện tải nhẹ trung bình, việc sử dụng đốt cháy thông thường giúp cải thiện hiệu suất khả phản ứng động Khi cần sức mạnh cao hơn, chuyển sang đốt cháy nén giúp tăng cường sức mạnh mà trì tính hiệu nhiên liệu Tóm lại, ngun lý hoạt động bugi động Skyactiv-X liên quan đến việc tạo lửa để khởi phát trình đốt cháy nhiên liệu khơng khí, hai phương pháp đốt cháy (thông thường nén) kết hợp để đạt cân hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu Vậy Bugi hoạt động lúc khởi động, điều kiện tải nhẹ trung bình cịn tải nặng cần mạnh mẽ không sử dụng bugi Tại sao? Động động hoạt động có chế độ đánh lửa bugi cháy nén nên tần suất hoạt động luân chuyển chế độ phụ thuộc vào điều kiện tải NHÓM 7: Động Skyactiv-x đánh lửa áp suất nén khơng kiểm sốt áp suất nén chuyện xảy ? Trần Trung Hậu: - Trước tiên giải thích chế độ hoạt động động skyactiv-x: Đốt cháy thông thường (Spark Ignition): Trong điều kiện tải nhẹ trung bình, động Skyactiv-X hoạt động giống động xăng thông thường Bugi tạo điện cực điện, tạo điện cực cực âm cực dương Khi lượng điện đưa 43 vào điện cực, tạo điện trường mạnh lửa bugi Khi nhiên liệu phun tán buồng đốt tiếp xúc với điện trường mạnh, tạo lửa, gây q trình đốt cháy nhiên liệu khơng khí Đốt cháy nén (Compression Ignition): Trong điều kiện tải nặng động yêu cầu mạnh mẽ hơn, động Skyactiv-X chuyển sang chế độ đốt cháy nén Ở đây, nhiên liệu phun vào buồng đốt vào giai đoạn cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ tăng đáng kể Theo nguyên tắc đốt cháy nén, nhiên liệu tự cháy áp suất nhiệt độ cao, giống cách mà động diesel hoạt động Câu hỏi khơng kiểm sốt áp suất sao? Điều khơng xảy điều khiển ECU tính tốn áp suất, thời điểm đánh lửa, nhiệt độ, v.v nên áp suất cao chuyển chế độ cháy nén CI thành đánh lữa bugi SI để dể kiểm soát áp suất NHÓM 8: Hiệu suất động Skyactiv-x sinh có chênh lệch với động đốt thông thường mà Mazda lại đưa sản xuất sử dụng ? Trần Trọng Hậu: Động Skyactiv-X có hiệu suất tốt động xăng thơng thường dung tích.Skyactiv-X cung cấp phạm vi rộng moment xoắn vòng tua thấp, giúp cải thiện khả tăng tốc đạt hiệu suất tốt tốc độ cao Bên cạnh Skyactiv-X cịn có ưu tiết kiệm nhiên liệu giảm lượng khí thải NOx mơi trường NHĨM 9: Có thể thay siêu nạp thành turbo khơng ? Có cần cảm biến kích nổ hay khơng ? Đỗ Lê Khánh Hưng: Việc thay siêu nạp thành turbo hay khơng khơng rõ, bạn cảm thấy khó đưa lựa chọn, việc sử dụng hai giải pháp song song hồn tồn Volkswagen hãng triển khai công nghệ Twincharging cho động 1.4 TSI triệt để nhiều hãng độ cung cấp giải pháp tương tự cho nhiều dòng xe thể thao Subaru Impreza WRX, Mini Cooper S, Ford Mustang, Toyota MR2… Có cần cảm biến lích nổ khơng xin trả lời CĨ 44 NHĨM 10: Động Skyactiv-X có hiệu suất tốt, tiết kiệm nhiên liệu, khí thải động Skyactiv-G Tại Mazda chưa thay hoàn toàn động hãng sang động Skyactiv-X Trần Trọng Hậu: Mặc dù động Skyactiv-X có ưu điểm vượt trội hiệu suất tốt hơn, tiết kiệm nhiên liệu khí thải so với động Skyactiv-G, việc thay hoàn toàn tất động hãng định đơn giản Có số yếu tố cần xem xét: Cơng nghệ mới: Động Skyactiv-X công nghệ cần thời gian để tối ưu hóa kiểm chứng độ tin cậy trước áp dụng rộng rãi Chi phí sản xuất: Cơng nghệ thường kèm với chi phí phát triển sản xuất ban đầu cao Việc thay toàn dây chuyền sản xuất động địi hỏi đầu tư lớn Sự thích ứng thị trường: Người tiêu dùng thị trường tơ cần thời gian để thích nghi chấp nhận cơng nghệ Lựa chọn đa dạng: Việc trì đa dạng danh mục động giúp Mazda đáp ứng yêu cầu khác khách hàng thị trường Hiệu suất thực tế: Mặc dù Skyactiv-X có hiệu suất tốt lý thuyết, nhiên hiệu suất thực tế nhiều điều kiện vận hành khác biệt Mazda muốn trì lựa chọn để đáp ứng nhu cầu khách hàng ( Chọn câu trả lời bóc thăm mai mắn )