Nội dung nghiên cứu bao gồm các phần chính: ▪ Xây dựng mô hình động cơ VTEC của Honda Civic 1.5l ▪ Cơ sở lý thuyết sử dụng trong quá trình tính toán và mô phỏng ▪ Nghiên cứu momen xoắn,
Sơ lược lịch sử phát triển động cơ VTEC
Thị trường xe máy bắt đầu có nhu cầu về động cơ xe máy thể thao công suất lớn vào đầu những năm 1980 Honda đã nỗ lực phát triển một động cơ có thể chạy trên toàn dải tốc độ và cung cấp nhiều công suất Đội ngũ kỹ thuật của Honda đã cố gắng tập trung vào việc tạo ra một động cơ có công suất 200 mã lực/1 lít và hoạt động không tải ổn định với mục tiêu này Trong quá trình điều tra, họ nhận thấy rằng họ cần tìm ra cách khắc phục hạn chế luồng không khí từ tốc độ thấp đến trung bình để chế tạo một động cơ như vậy Và vấn đề đó đã được giải quyết nhờ Hệ thống dừng van REV Hệ thống này sẽ cưỡng chế các van dừng lại, nếu cần, để tối ưu hóa dòng không khí, đạt được độ nghỉ ổn định, giúp động cơ hoạt động dù ở vận tốc thấp hay vận tốc trung bình Chiếc mô tô đầu tiên được trang bị hệ thống REV này là chiếc CBR400F sản xuất năm 1989
Honda vẫn đang nỗ lực phát triển hệ thống VTEC cho ô tô, dựa trên hệ thống REV được sử dụng trong động cơ xe máy Hệ thống VTEC bao gồm hai chế độ trục cam và cơ cấu điều khiển thời điểm mở van Một cam hướng đến hiệu suất động cơ tối ưu ở vòng tua thấp, trong khi cam thứ hai xử lý nhiệm vụ này ở vòng tua cao JDM-spec Integra của Honda từ năm 1989 và Civic CRX SiR với động cơ B16A DOHC 160 mã lực là những chiếc xe đầu tiên sử dụng công nghệ VTEC Hệ thống này được tạo ra cho siêu xe thể thao Acura NSX sử dụng cụm động cơ DOHC VTEC V6 công suất 270 mã lực tại 7.100 vòng/phút Nó lần đầu tiên được giới thiệu tới thị trường Mỹ vào năm 1991
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Nhu cầu thiết kế mô phỏng ngày càng tăng khi khoa học và công nghệ (đặc biệt là công nghệ ô tô) tiếp tục phát triển nhanh chóng Tuy vẫn đáp ứng được nhu cầu tính toán của người thiết kế, mô phỏng trong thiết kế giúp tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian trước khi phát triển sản phẩm cuối cùng trong lĩnh vực sản xuất nói chung và công nghiệp ô tô nói riêng Nhóm chúng em chọn đề tài “Mô phỏng đặc tính động cơ VTEC của Honda bằng phần mềm AVL Boost” để nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về vai trò mô phỏng thiết kế chức năng trong ngành công nghiệp ô tô.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu đề tài dựa trên hướng dẫn sử dụng phần mềm Tập trung vào các tài liệu nghiên cứu thông tin động cơ và hệ thống nhiên liệu trên xe Honda.
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng AVL Boost để mô phỏng động cơ VTEC và đánh giá hiệu suất hoạt động của động cơ
Sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng của phần mềm, thông tin về động cơ và hệ thống nhiên liệu trên xe Honda và các nguồn tài liệu, bài báo khoa học có liên quan
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài nghiên cứu nhằm so sánh các chế độ làm việc của động cơ ở các tốc độ, thời điểm mở và khoảng thời gian mở các xupap sao cho động cơ hoạt động với hiệu quả cao nhất giảm tối đa mức tiêu hao nhiên liệu đồng thời khí thải phát ra ít gây ô nhiễm môi trường.
Kết cấu của đề tài
Nội dung chính của đề tài bao gồm những vấn đề sau:
Chương 1: Xác định vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Tổng quan về phân phối khí VTEC và phần mềm AVL Boost
Chương 3: Mô phỏng hệ thống phân phối khí VTEC bằng phần mềm AVL Boost Chương 4: Kết quả mô phỏng và bình luận
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ VTEC VÀ PHẦN MỀM
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí VTEC
VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ "Variable valve Timing and lift Electronic Control" Mục đích của hệ thống này là tăng hiệu suất động cơ đốt trong ở nhiều vòng tua máy khác nhau Một trong những hệ thống điều phối van biến thiên khác nhau hiện nay là VTEC của Honda, tương tự như VarioCam plus của Porsche và VVT-i của Toyota Ông Kenichis Nagahiro, kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, đã phát minh ra VTEC
Bằng cách đặt hai loại vấu cam khác nhau trong mỗi xy lanh (vấu cam tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao) hệ thống VTEC tìm cách nâng cao hiệu suất động cơ ở cả tốc độ thấp và cao Tùy thuộc vào hoàn cảnh vận hành riêng của động cơ mà xác định vấu cam nào sẽ được sử dụng
7 Để tối đa hóa khả năng di chuyển của xe ở tốc độ vòng tua thấp và tiết kiệm nhiên liệu, thời gian mở van được điều chỉnh ở dải tốc độ thấp để tạo ra momen xoắn cần thiết
Cho phép nhiều không khí hơn và thời gian mở và mở van được tăng cường ở phạm vi tốc độ cao Khi tốc độ xe tăng lên, công nghệ này sẽ tăng hiệu suất động cơ và duy trì khả năng linh hoạt tốt ở tốc độ thấp
Hình 2 2 Năm loại hệ thống VTEC
Qua nhiều năm phát triển, các động cơ của Honda đã sử dụng qua 5 loại hệ thống VTEC khác nhau gồm:
VTEC có một trục cam đặt trên gọi là SOHC;
VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu;
VTEC có hai trục cam đặt trên DOHC;
VTEC có xy lanh không tải;
Công nghệ i-VTEC thông minh
Mặc dù năm modun được đề cập ở trên có thiết kế cấu trúc khác nhau, nhưng về cơ bản chúng đều giống nhau vì chúng đều có trục cam với hai vấu một cho tốc độ thấp và một cho tốc độ cao Bởi vì tốc độ của vấu cam giảm đi ở dải tốc độ thấp nên các van mở ít thường xuyên hơn và làm như vậy trong khoảng thời gian ngắn hơn
Một trong những công nghệ tiên tiến giúp tiết kiệm động cơ tối đa đó là công nghệ VTEC của Honda
Hình 2 3 Cấu tạo của hệ thống VTEC
1: Trục cam; 2: Tấm định vị; 3: Cỏ mổ thứ cấp; 4: Cỏ mổ thứ hai; 5: Piston đồng bộ; 6: Piston tác động; 7: Xupap hút
Mỗi xy lanh của động cơ có hai van nạp và hai van xả, tổng cộng có 4 van Mô hình này và mô hình SOHC VTEC khác nhau ở chỗ mô hình trước chỉ có hai cách sắp xếp vấu cam nạp với biên độ mở riêng biệt một cam có biên độ mở lớn, trong khi mô hình sau có biên độ mở khiêm tốn Hai cánh tay rocker sẽ được nối với nhau bằng các piston bên trong cánh tay rocker buộc piston đồng bộ chuyển động cùng chiều với piston chặn và lò xo Hai tay cò mổ sẽ tách ra khi áp suất dầu giảm do piston sẽ quay trở lại đồng bộ do lực của lò xo tác dụng thông qua piston chặn
Hình 2 4 Quá trình hoạt động của VETC
Do hai cò mổ tách ra ở tốc độ thấp, van hút thứ nhất điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu trong khi van hút thứ hai mở một phần để giữ cho xăng không tích tụ ở cổng nạp Piston đồng bộ kết nối hai rocker thành một khối duy nhất ở tốc độ cao Do đó, vấu cam có biên độ mở lớn nhất sẽ ảnh hưởng đến cả tốc độ van Động cơ sử dụng công nghệ thay đổi thời gian phân phối không khí và mức nâng van nhằm tối đa hóa công suất đầu ra của van trong khi tiêu thụ ít xăng nhất Điều đáng chú ý ở hệ thống này là ngay cả ở tốc độ thấp, nó vẫn tạo ra rất nhiều momen xoắn nhờ tỷ lệ không khí-nhiên liệu hiệu quả và ở tốc độ cao, nó tạo ra nhiều công suất nhất có thể
Hình 2 5 Hoạt động của hệ thống VTEC 1
Hình 2 6 Hoạt động của hệ thống VTEC 2 Ở tốc độ thấp: Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và
B điều khiển riêng biệt hai xupap, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở xupap (một xupap điều khiển sự phân phối khí chính)
Hình 2 7 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp
1: Piston tác động; 2: Piston đồng bộ; 3: Piston chặn; 4: Cò mổ thứ nhất; 5: Cò mổ thứ hai; 6: Cam thứ nhất; 7: Cam thứ hai
Các cò mổ ở tốc độ thấp và tốc độ cao được nối thành một khối duy nhất khi PCM/ECM kết nối VTEC ở dải tốc độ cao Điều này được thực hiện bằng cách di chuyển các piston kết nối chịu ảnh hưởng của dầu thủy lực Các van hiện đang mở rộng hơn và mất nhiều thời gian hơn để mở Khi càng có nhiều không khí được hút vào, công suất của động cơ càng tăng nhanh
Piston tác động được đặt bên trong cánh tay đòn đầu tiên và di chuyển theo hướng mũi tên, như đã thấy ở trên, để phản ứng lại những thay đổi của áp suất dầu Cả hai đều có một piston đồng bộ kết nối hoạt động thứ nhất và thứ hai Để hỗ trợ hoạt động ở tốc độ cao như a, ở tốc độ này, biên độ mở của van thứ hai bằng biên độ mở của van thứ nhất
Hình 2 8 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao 1
1: Áp lực dầu đến; 2: Cam thứ nhất
Hình 2 9 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao 2
2.1.3 Một số phiên bản của VTEC
VTEC-E: Là hệ thống dẫn động van sử dụng hai chế độ cam để vận hành các van có kích cỡ khác nhau Van có thể mở với độ mở tối thiểu do cam ngắn hơn sẽ giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu Giống như công nghệ VTEC nguyên bản, vòng tua động cơ cao hơn sẽ khóa cam ở vòng tua cao, khiến thời điểm van tăng lên và tạo ra công suất lớn hơn.
3 STAGE VTEC: Hệ thống này sử dụng 3 chế độ cam khác nhau hoạt động ở 3 pha Mỗi cam điều khiển một pha thời gian mở và nâng van khác nhau i-VTEC (Intelligent VTEC): Hệ thống điều khiển van phổ biến nhất của Honda, được sử dụng trên nhiều mẫu ô tô Được giới thiệu vào năm 2001, công nghệ i-VTEC tối ưu hóa momen xoắn và tiết kiệm nhiên liệu thông qua việc sử dụng hệ thống quản lý do máy tính điều khiển và liên tục thay đổi thời điểm van nạp
AVTEC (Advanced VTEC): Hệ thống này kết hợp hệ thống điều khiển pha biến thiên liên tục với những lợi ích của công nghệ i-VTEC Theo Honda, hệ thống AVTEC sẽ tiết kiệm tới 75% lượng khí thải so với quy định năm 2005 và tiết kiệm 13% lượng xăng khi so sánh với hệ thống i-VTEC.Tuy vậy, cho đến nay, hệ thống này vẫn chưa được trang bị cho các mẫu xe ô tô mới được sản xuất
2.1.4 Những cải tiến về hệ thống phân phối khí VTEC của HONDA
Các van của trục cam điều chỉnh van nạp và van xả của động cơ đốt trong truyền thống Độ cao, chiều dài mở và thời gian đóng mở của mỗi van được xác định bởi hình dạng của nó Do toàn bộ hệ thống phân phối không khí trên ô tô đời cũ được cung cấp năng lượng và điều khiển bởi các bộ phận cơ khí (khớp và khớp nối) nên việc đóng mở van được cố định theo thiết kế của nhà sản xuất và không thể thay đổi được việc điều chỉnh dẫn đến luồng không khí nạp không đổi, giúp công suất động cơ không bị tăng lên (nó chỉ được điều chỉnh khi các bộ phận bị mòn)
Ba thông số về thời gian, độ nâng và thời gian mở van ở vòng tua thấp và cao thay đổi đáng kể do đặc tính của điều hòa và sau khi đốt Khi chế tạo động cơ, các kỹ sư thường phải xem xét hoàn cảnh vận hành của từng phương tiện và tìm ra vòng tua máy cần thiết để có công suất và momen xoắn lớn nhất Tổng công suất của động cơ sẽ bị hạn chế nếu điều kiện làm việc lý tưởng của van được đặt ở vòng tua thấp vì điều này sẽ ngăn cản quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra khi động cơ đang chạy ở vòng tua cao Ngược lại, động cơ sẽ không hoạt động hiệu quả ở vòng tua thấp nếu điều kiện lý tưởng được thiết lập ở vòng tua cao
Câu trả lời được hãng xe HONDA đưa ra để khắc phục nhược điểm này là phải tìm ra cách tác động khi van đóng mở cũng như thời gian mở van để nó mở phù hợp với từng vòng tua máy khác nhau Khoảng cách mở và thời gian mở đủ để cho phép đủ không khí đi vào buồng đốt vào thời điểm thích hợp.
Hệ thống phân phối khí
2.2.1 Giới thiệu chung về cơ cấu phân phối khí Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí
Van xả mở khi bắt đầu hành trình xả và đóng lại khi piston chạm tới điểm chết trên Tại thời điểm này, van nạp mở và đóng lại khi piston chạm tới điểm chết dưới, bắt đầu một chu trình đóng mở mới Đây là lý thuyết đơn giản cho biết mỗi khi trục khuỷu quay 720 độ, hay 1800 vòng, van xả sẽ mở và đóng Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap thải (EVO)
Xupap thải bắt đầu mở sẽ làm giảm áp suất cao trung xy lanh, đẩy khí thải ra ngoài hệ thống xả Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap thải (EVC)
Mặt khác, van xả luôn đóng muộn hơn để đảm bảo khí thải sạch sau khi piston đi qua điểm chết trên Nó thực hiện điều này bằng cách tận dụng sự chênh lệch áp suất để cho phép các sản phẩm cháy được giải phóng xa hơn, làm giảm lượng khí còn lại trong xy lanh Hơn nữa, mục đích của việc đóng muộn van xả là sử dụng quán tính trên đường để mang lại điều kiện xả sạch hơn Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (IVC)
Thời điểm đóng van nạp liên quan đến từng tốc độ và tải trọng của động cơ quyết định hiệu quả của lượng khí nạp Hiệu suất và hiệu suất của động cơ bị ảnh hưởng bởi thời gian đóng của van nạp, điều này cũng kiểm soát lượng không khí bị đẩy vào xy lanh.
Sự điều khiển thông minh Cơ cấu phân phối khí
Như đã trình bày trước đây, góc quay của trục khuỷu tính bằng độ có thể được sử dụng để dễ dàng xác định thời gian đóng sớm và đóng muộn của các van, tạo nên giai đoạn phân phối khí của động cơ Để đảm bảo tỷ lệ nạp tối đa, động cơ vận chuyển chạy ở nhiều tốc độ khác nhau, mỗi tốc độ tương ứng với một giai đoạn phân phối không khí lý tưởng
Nguyên lý điều chỉnh trên các Cơ cấu phân phối khí thông minh Động cơ ô tô chạy với tốc độ thay đổi liên tục, trong đó mỗi thông số tốc độ tương ứng với một thông số thời gian Điều này gây ra sự khác biệt đáng kể trong việc nâng và đóng mở van Khi sử dụng động cơ truyền thống, tốc độ quay động cơ tốt nhất trong giai đoạn phân phối không khí sẽ được xác định bởi các yếu tố như mức sử dụng động cơ và độ nâng van cố định
2.2.2 Chức năng và nhiệm vụ
I-VTEC hiện đại: Honda đề cập đến tất cả các động cơ hiện đại của họ bằng cách sử dụng ký hiệu này Chỉ có ba trong số bốn tính năng của hệ thống i-VTEC có thể được sử dụng trên một động cơ Đó là:
Thay đổi độ mở và thời gian mở của xupap (VLD): Chức năng này đã trình bày trong hệ thống VTEC nguyên thủy ban đầu; Điều khiển thời điểm mở xupap (VTC): Chức năng này đã trình bày trong hệ thống i-VTEC; Điều khiển thông minh hoạt động của xupap (PVD): Tính năng này cho phép chặn một van xả động cơ hoặc một van nạp hoạt động ở vòng tua thấp để tạo ra hiệu ứng xoáy giúp tăng cường hòa trộn và tăng hiệu suất đốt cháy
Vô hiệu hóa hoạt động của xupap (DVO): Công nghệ này có thể giảm mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi vận hành ở chế độ tải thấp bằng cách mở và tạm dừng toàn bộ van của xy lanh để đóng hoàn toàn
2.2.3 Cơ cấu phân phối khí VTEC trên động cơ Honda
Cơ cấu VTEC Động cơ tiết kiệm nhiên liệu đầu tiên được Honda phát triển tại Nhật Bản là cấu trúc phân phối không khí VTEC, ứng dụng công nghệ thay đổi dần dung tích buồng cháy của động cơ đốt trong 4 thì Thiết bị này chọn dòng đốt nhiên liệu thích hợp theo thời gian bằng cách sử dụng hai trục cam Ông Ikuo Kajitani, người làm việc cho Honda với tư cách là nhà nghiên cứu về sự tiến bộ và cải tiến công nghệ ô tô, là người phát minh ra phương pháp này
Các loại cơ cấu VTEC đang được Honda sử dụng:
DOHC VTEC: Sử dụng nhiều loại cấu hình cam, công nghệ DOHC VTEC của Honda cung cấp một phương pháp đơn giản để tối ưu hóa hiệu suất động cơ cho cả hoạt động ở tốc độ thấp và tốc độ cao
SOHC VTEC: Van nạp và van xả của động cơ SOHC được đặt trên một trục đo duy nhất Một trục cam được sử dụng trong động cơ này Việc bố trí VTEC của động cơ này được giới hạn ở hai van nạp do bugi được đặt giữa hai van xả
I-VTEC là sự tiến triển và phát triển của VTEC được các nhà phát triển tạo ra bằng cách thêm các tính năng bổ sung vào nó Thời gian đóng và mở cam nạp có thể được điều chỉnh liên tục trong phạm vi tốc độ động cơ do thiết kế trục cam độc đáo của động cơ Trục cam, cảm biến oxy, thời điểm đánh lửa, vị trí bướm ga đều phối hợp với nhau để phối hợp nhiều yếu tố, giúp nâng thời gian mở van lên 50 độ thay vì 25 độ như trên Honda
Giới thiệu về phần mềm avl boost
2.3.1 Tổng quan về phần mềm AVL BOOST
Phần mềm AVL Boost bắt đầu được phát triển từ năm 1992, qua một giai đoạn phát triển từ đó đến nay, phần mềm này đã và đang ngày càng được phát triển hơn nữa Phiên bản mới nhất của phần mềm AVL Boost hiện nay là AVL Boost 2023
Về mặt chức năng, AVL Boost hỗ trợ tính toán thiết kế và tối ưu hóa các quy trình vận hành của động cơ, bao gồm quá trình trao đổi và đốt khí cũng như hàm lượng khí thải độc hại trong khí thải Nó cũng có khả năng thiết lập liên kết động với phần mềm khác để mô phỏng dữ liệu động Hơn nữa, có thể tính toán các chế độ tĩnh và động bằng cách sử dụng AVL Boost Tối ưu hóa tĩnh của hệ thống nạp và xả, đóng và mở van, đồng bộ hóa bộ tăng áp và ước tính hiệu suất của động cơ mới đều có thể được thực hiện bằng cách sử dụng AVL Boost Mặc dù động cơ vẫn chưa được chế tạo nhưng AVL Boost là một công cụ hoàn hảo để tối đa hóa các đặc tính nhất thời của động cơ ban đầu trong khi vẫn lưu ý đến hệ thống truyền động của xe Ngoài ra, AVL Boost có khả năng xây dựng mô hình điều khiển động cơ các chức năng quan trọng của hệ thống điều khiển động cơ mà không cần tới các phần mềm bên ngoài AVL Boost có thể dễ dàng kết nối với Matlab, Simulink và phần mềm CFD 3D AVL Fire
8 ứng dụng sau đây là cách sử dụng tiêu biểu của phần mềm AVL Boost:
Xác định mức tiêu hao nhiên liệu và đặc tính momen xoắn
Thiết kế đường ống nạp và ống xả
Tối ưu hóa thời gian đóng mở van Đồng bộ hóa với cụm van xả và bộ tăng áp
Mức độ tiếng ồn trên đường ống nạp và ống xả trong quá trình kiểm tra âm thanh
Kiểm tra sự phát sinh khí thải và quá trình cháy
Khả năng thích ứng của bộ tăng áp
2.3.2 Cách thiết lập phần mềm Để đánh giá và tính toán dữ liệu đầu vào cho các chương trình tính toán chính, AVL Boost bao gồm bộ tiền xử lý Các kết quả phân tích sẽ được tính toán lại bởi bộ xử lý sau Công cụ chuẩn bị một tính năng tạo nên sự khác biệt cho giao diện người dùng đồ họa không gian làm việc AVL là mô hình kết hợp lệnh được tạo bằng dữ liệu đầu vào Người ta có thể tạo mô hình tính toán VTEC bằng cách nhấp đúp vào các thành phần trong cây thư mục trên giao diện chương trình Tiếp theo, các phần tử đường ống được sử dụng để liên kết các phần tử với nhau Có sẵn các phương pháp mô phỏng sử dụng chương trình tính toán chính để tối ưu hóa mọi khía cạnh
Vấn đề về sự thoải mái của người dùng cũng đã được xem xét trong các phiên bản gần đây nhằm tận dụng và triển khai đầy đủ các khả năng của phần mềm Đặc biệt hơn, cấu trúc giao diện của phần mềm đã được các lập trình viên tự tạo ra Các quy trình sau được sử dụng để mô phỏng VTEC và các sự cố khác với phần mềm AVL Boost:
Bước 1: Xác định các thành phần của phần mềm
Bước 2: Lắp ráp các thành phần
Bước 3: Nhập dữ liệu phần tử, điều kiện biên và dữ liệu điều khiển chung Bước 4: Điều chỉnh độ chính xác của mô hình
Bước 5: Sử dụng mô hình
Thanh công cụ liệt kê các mục sau: Chương trình, Tệp, Chỉnh sửa, Thành phần, Mô hình, Mô phỏng, Tùy chọn, Tiện ích và Trợ giúp Chức năng của từng thanh công cụ được giải thích chi tiết trong phần Trợ giúp Ở bên trái màn hình là các tính năng của chương trình hiện có sẵn
Việc xây dựng mô hình được hiển thị ở phía bên phải của màn hình Các phần tử được dịch chuyển từ phía bên trái của màn hình (danh mục phần tử) sang phía bên phải (khu vực xây dựng mô hình) Để sắp xếp lại các mục, điều chỉnh kích thước và sửa đổi hướng của chúng, hãy sử dụng các phím chức năng khác nhau.
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ VTEC BẰNG PHẦN MỀM
Xây dựng mô hình động cơ VTEC bằng AVL BOOST
3.1.1 Thông số cơ bản của động cơ VTEC trên xe Honda Civic
Civic phiên bản 1.5 TC và 1.5 TC-P được trang bị động cơ VTEC mã L15B7 4 xy-lanh tăng áp, cho công suất cực đại 171 mã lực và momen xoắn 220 Nm Cả 2 loại động cơ đều kết hợp với hộp số CVT và hệ dẫn động cầu trước
Bảng 3 1 Thông số động cở của Honda Civiv 1.5l VTEC
Xupap hút Mở sớm: 32 độ Đóng muộn: 48 độ
Xupap thải Mở sớm: 50 độ Đóng muộn: 20 độ Động cơ vận hành 1.5 VTEC Turbo
Công suất tối đa 171/7000 (hp/vòng)
Momen xoắn cực đại 220/1700-4500 (Nm/vòng)
Hệ dẫn động Cầu trước
Dung tích bình nhiên liệu 47 (lít)
Nguồn gốc xuất xứ Honda - Nhật Bản
Góc quay trục khuỷu Van nạp: 260 độ
Van thải: 250 độ Khe hở nhiệt Xupap hút: 0.18 – 0.22 mm
3.1.2 Thiết lập thông số cho động cơ
+ Kí hiệu trong phần mềm của động cơ là: E1
Hình 3 1 Thiết lập động cơ cho mô phỏng
+ Tốc độ động cơ tối đa: 7000 RPM
+ Chế độ điều khiển áp xuất hiệu dụng trung bình của phanh: Bật
Hình 3 2 Thiết lập thông số cho động cơ
+ Thiết lập về góc cháy cho 4 xy lanh
Hình 3 3 Thiết lập về góc cháy cho 4 xy lanh
+ Thiết lập về độ ma sát động cơ :
Hình 3 4 Thiết lập về độ ma sát động cơ
3.1.3 Thiết lập thông số cho cụm 4 xy lanh
Ta chỉ cần xác định các thông số kỹ thuật cho xy lanh thứ nhất Tất cả các xy lanh sẽ có thông số kỹ thuật giống hệt nhau Hướng lệch dương của chốt pis đến n được xác định là hướng quay của trục khuỷu tại Điểm chết trên
+ Kí hiệu trên phần mềm cho xy lanh thứ nhất tới xy lanh thứ bốn lần lượt là: C1, C2 , C3 và C4
Hình 3 5 Thiết lập thông số cho xy lanh
+ Đường kính xy lanh: 86mm
+ Độ dài hành trình xy lanh: 85.9mm
+ Chiều dài thanh truyền: 143.4mm
+ Áp xuất trục khuỷu: 1 bar
+ Mô hình thu hồi khí: Trộn khí hoàn hảo
Hình 3 6 Nhập thông số cho xy lanh chính
+ Điều kiện lúc đầu cho van xả về áp xuất: 5 bar
+ Điều kiện lúc đầu cho van xả về áp xuất: 726.85 0 C
+ Thiết lập 1 số thông số về buồng đốt như sau:
Hình 3 7 Thiết lập 1 số thông số về buồng đốt
+ Thiết lập về quá trình truyền nhiệt cho xy lanh :
Hình 3 8 Thiết lập về quá trình truyền nhiệt cho xy lanh
+ Thiết lập thông số cho xupap nạp:
Hình 3 9 Thiết lập thông số cho xupap nạp
Hình 3 10 Nhập tỉ số nén của xy lanh
Hình 3 11 Độ nhấc của kim phun
+ Độ nhấc van tối đa: 11,99mm
+ Bảng nhấc van với góc trục khuỷu tương ứng:
Độ nhấc tương ứng với góc trục khuỷu : Độ nhấc van của xupap nạp theo góc tương ứng của trục khuỷu được tính bởi công thức sau Độ nhấc van = độ 𝑛ℎấ𝑐 𝑚𝑎𝑥
Bảng 3 2 Độ nhấc van nạp thông qua góc của trục khuỷu
Góc trục khuỷu ( độ ) Độ nhấc van ( mm )
+ Thiết lập thông số cho xupap thải:
Hình 3 12 Thiết lập thông số cho xupap thải
Hình 3 13 Độ nhấc van của xy lanh ở dòng thấp
+ Độ nhấc van tối đa: 11.99mm
Hinh 3 14 Nhập thông số cho xy lanh
+ Bảng nhấc van với góc trục khuỷu tương ứng : Ta cũng tiến hành tính đến án với cùng công thức như đã tính với xupap nạp và ta có bảng số liệu:
Bảng 3 3 Độ nhấc van thải phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu
Góc trục khuỷu ( độ ) Độ nhấc van ( mm )
3.1.4 Thiết lập cho cụm kim phun của các xy lanh Để xem xét tổn thất áp suất cụ thể do hiện tượng dòng chảy đa chiều mà chương trình không thể dự đoán được, phần mềm AVL đã yêu cầu thông số kỹ thuật về hệ số dòng chảy tại kim phun nhiên liệu Các hệ số dòng chảy được định nghĩa là tỷ số giữa lưu lượng khối lượng thực tế và lưu lượng khối lượng đẳng entropy không tổn thất đối với cùng một áp suất trì trệ và cùng một tỷ lệ áp suất
Việc cung cấp nhiên liệu được xác định bằng tỷ số A/F
Nếu sử dụng kiểu Bộ chế hòa khí, lưu lượng khối lượng tức thời tại vị trí bộ chế hòa khí được sử dụng cùng với tỷ lệ A/F quy định để tính lượng nhiên liệu được cung cấp
+ Kí hiệu trên phần mềm cho các kim phun là: I1, I2, I3 và I4
+ Loại phương thức phun: Liên tục
+ Tỉ số Air/Fuel của kim phun: 13,34
Hình 3 15 Nhập thông số cho kim phun cho các xy lanh
Hình 3 16 Nhập thông số cho lưu lượng
3.1.5 Thông số cho máy lọc không khí của mô hình VTEC
Các đặc tính hiệu suất tại điểm thiết kế phải được xác định cùng với dữ liệu hình học Phần mềm AVL Boost đã tự động tạo ra một mô hình tính đến án tinh tế hơn về kiểu ống thông gió-ống dẫn khí cho máy lọc không khí Điều này được sử dụng để mô hình hóa hiệu suất động khí của máy lọc không khí cũng như độ giảm áp suất trên máy lọc không khí tùy thuộc vào điều kiện dòng chảy thực tế
+ Kí hiệu trên phần mềm: CL1
Hình 3 17 Thông số cho máy lọc không khí của mô hình VTEC
+ Kí hiệu trên mô hình: CAT1
Hình 3 18 Nhập thông số cho chất xúc tác
Hình 3 19 Nhập thông số ma sát
Hình 3 20 Chọn chế độ dòng chảy lưu lượng trong ống
+ Kí hiệu trên phần mềm là PL Ta có tổng cộg là 4 buồng thông gió cho đến toàn bộ mô hình động cơ VTEC tương ứng với PL1, PL2, PL3 và PL4 Ta lần lượt thiết lập mức lưu lượng và dung tích chứa cho từng buồng thông gió
Bảng 3 4 Mức lưu lượng và dung tích chứa cho từng buồng thông gió
Dung tích (l) Thiết lập chung
PL 1 ống 2 lưu lượng vào 0.9 ống 2 lưu lượng ra 0.9
PL 2 ống 6 lưu lượng vào 0.95 ống 6 lưu lượng ra 0.95 ống 7 lưu lượng vào 0.95 ống 7 lưu lượng ra 0.95
PL 3 ống 32 lưu lượng vào 0.6 ống 32 lưu lượng ra 0.6 ống 33 lưu lượng vào 0.65 ống 33 lưu lượng ra 0.65
PL 4 ống 33 lưu lượng vào 0.9 ống 33 lưu lượng ra 0.9 ống 34 lưu lượng vào 0.9 ống 34 lưu lượng ra 0.9
Hệ số dòng chảy giảm ở Ống 4 kèm theo giải thích cho tổn thất dòng chảy của van tiết lưu đã mở Van tiết lưu không được mô hình hóa rõ ràng trong mô hình này
Bộ giảm âm kiểu PL 3 và PL 4 Hệ số dòng chảy được giảm xuống để tính đến tổn thất áp suất do bên trong bộ giảm âm gây ra
Trong mô hình này ta sẽ có 2 ranh giới hệ thống kí hiệu lần lượt là SB1 và SB2 Chúng tượng trưng cho điểm bắt đầu và điểm kết thúc của mô hình
Ranh giới hệ thống cung cấp kết nối của mô hình tính đến án với môi trường xung quanh do người dùng xác định Các điều kiện xung quanh (áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ không khí/nhiên liệu, hơi nhiên liệu và sản phẩm cháy) phải được xác định dưới dạng giá trị không đổi hoặc dưới dạng hàm số của thời gian hoặc góc quay
Nếu việc chuẩn bị hỗn hợp bên trong được xem xét, đầu vào của hơi nhiên liệu và sản phẩm đốt sẽ bị vô hiệu hóa Trong trường hợp này, tỷ lệ A/F biểu thị tỷ lệ A/F của hỗn hợp không khí và các sản phẩm cháy trong môi trường xung quanh và không cho phép nhiên liệu chưa cháy hết trong môi trường xung quanh
Nếu xem xét việc chuẩn bị hỗn hợp bên ngoài, tỷ lệ A/F thể hiện tỷ lệ A/F của khí đốt trong môi trường xung quanh Ngoài ra, phần khối lượng của sản phẩm cháy và hơi nhiên liệu phải được xác định
Bảng 3 5 Khối lượng của sản phẩm cháy và hơi nhiên liệu Áp suất
Sản phẩm đốt Loại tỉ số
Giá trị của tỉ số
+ Thiết lập điều chỉnh lưu lượng cho các ranh giới hệ thống :
SB 1 ống 1 lưu lượng vào 0.95 ống 1 lưu lượng ra 0.95
SB 2 ống 34 lưu lượng vào 1 ống 34 lưu lượng ra 1
+ Kí hiệu trên phần mềm là J ( J1, J2 ,J3 ,J4 ,J5, J6 ) Tổng cộng ta có 6 nút giao trong mô hình động cơ VTEC Ta cũng đi thiết lập lần lượt thông số cho 6 điểm giao này
Mô hình yêu cầu hệ số dòng chảy cho từng đường dòng chảy trong từng kiểu dòng chảy có thể Đối với điểm nối ba chiều, hệ số này cộng tới hai lần sáu hệ số dòng chảy Hình dưới đây cho thấy xu hướng định tính của các hệ số dòng chảy này so với tỷ lệ khối lượng dòng chảy trong một nhánh đơn lẻ đến dòng chảy khối trong nhánh chung để tạo ra mô hình dòng chảy nối Các giá trị thực tế phụ thuộc vào hình dạng của điểm nối, tức là tỷ lệ diện tích và góc giữa các đường ống, cơ sở dữ liệu chứa các hệ số dòng chảy của sáu điểm nối, bao gồm nhiều tỷ lệ diện tích và góc Dữ liệu thu được bằng các phép đo trên thiết bị kiểm tra dòng chảy ở trạng thái ổn định
Bảng 3 6 Dữ liệu thu được bằng các phép đo trên thiết bị kiểm tra
Góc giữa ống 2 and 3 45 Góc giữa ống 3 and 1 180
Thiết lập mô hình VTEC hoàn chỉnh
Sau khi đã thiết lập được các thông số cơ bản của 11 thành phần như ở trên, ta đi xây dựng mô hình như sau Ta sẽ chia làm 3 phần:
3.2.1 Thiết lập mô hình VTEC phần đầu
Phần đầu tiền của mô hình ta sẽ nối các thành phần như ranh giới hệ thống thứ nhất (SB1) cùng máy lọc không khí (CL1), 8 ống nối ( từ ống 1 đến ống 8), 4 điểm đo
(từ MP1 đến MP4), 3 điểm giới hạn ( từ R1 đến R3), 1 nút giao (J1) và 2 buồng thông gió (PL1 và PL2) lại với nhau như hình dưới:
Hình 3 21 Thiết lập mô hình VTEC phần đầu tiên
Ngoài ra ta nên đưa động cơ (E1) để riêng ra ngoài phần thứ nhất được nối như trên cùng với 1 chức năng đo công suất (kí hiệu MNT1) như trên
3.2.2 Thiết lập mô hình VTEC tiếp theo
Phần thứ hai ta sẽ đi lắp ráp các thành phần lại thành hệ thống phân phối khí Các thành phần được nối với nhau bao gồm: cụm 4 xy lanh (C1 đến C4) và 4 kim phun (I1 đến I4), ống thứ 9 đến ống thứ 30, các điểm đo từ điểm đo thứ 5 đến điểm đo thứ 14 (MP 5 đến MP 14), điểm giới hạn từ 4 đến 10 (R4 đến R10), các nút giao từ nút giao 2 đến nút giao 6 (J2 đến J6)
Hình 3 22 Thiết lập mô hình VTEC phần thứ hai Đồng thời ta cũng đi nối 1 đường từ xy lanh thứ nhất (C1) với MNT1 và động cơ (E1) để tiến hành đo công suất động cơ khi chạy mô hình
3.2.3 Thiết lập mô hình VTEC phần 3
Phần thứ 3, ta đi xây dựng các thành phần còn lại thành điểm kết thúc hoàn chỉnh của động cơ VTEC Các thành phần còn lại gồm có: Điểm ranh giới hệ thống thứ 2 (SB2), ống nối từ ống thứ 31 đến ống thứ 34, điều chỉnh chất xúc tác ( CAT1) các điểm đo từ 15 đến điểm đo 18 (MP15 đến MP18) và 2 buồng thông gió còn lại (PL3 và PL4)
Ta kết hợp như hình dưới:
Hình 3 23 Thiết lập mô hình VTEC phần thứ ba
3.2.4 Mô hình động cơ VTEC hoàn chỉnh
Từ 3 bước xây dựng trên ta đã có 1 mô hình động cơ VTEC hoàn chỉnh, ta sẽ đi thiết lập các trạng thái làm việc và phân tích hiệu quả làm việc của mô hình ở chương tiếp theo
Hình 3 24 Thiết lập mô hình VTEC hoàn chỉnh
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ BÌNH LUẬN
Thiết lập các chế độ mô phỏng
Đầu tiên, ta đi thiết kế ra 5 thông số có thể tùy chỉnh trên mô hình động cơ VTEC như sau:
+ Tốc độ động cơ: tốc độ động cơ sẽ bắt đầu từ 700 RPM, và tùy chỉnh tăng dần hoặc giảm dần theo các trường hợp ta thiết lập
+ Góc điều chỉnh mở sớm và góc điều chỉnh đóng muộn cho xupap nạp
+ Góc điều chỉnh mở sớm và góc điều chỉnh đóng muộn cho xupap thải
Hinh 4 1 Thiết lập và điều chỉnh các thông số trên thành 3 Case chính
Ta sẽ đi thiết lập và điều chỉnh các thông số trên thành 3 Case chính:
+ Case 1: Mục tiêu của case 1 là để quan sát chế độ làm việc của động cơ lúc không có VTEC dựa trên biểu đồ về momen xoắn, công suất và tiêu thụ nhiên liệu Ta sẽ chia thành 14 trường hợp nhỏ trong Case 1 và điều chỉnh thông số tốc độ động cơ tăng dần từ 700 đến 7000 RPM Các góc dịch chuyển mở sớm và đóng muộn của 2 xupap nạp và thải ta tạm thời không điều chỉnh mà cho chúng bằng 0 Nghĩa là ta chỉ xét động cơ làm việc ở góc mở sớm và đóng muộn mặc định như lúc đầu cho 2 xupap nạp và thải
Hinh 4 2 Thay đổi tốc độ động cơ ở Case 1
+ Case 2: Case 2 sẽ là 1 trường hợp rất khác so với Case 1 Nếu ở Case 1 ta chỉ quan sát được chế độ làm việc bình thường của động cơ thì ở Case 2 ta sẽ đi phân tích chế độ làm việc của động cơ khi có VTEC, hãy xem chúng khác nhau những gì Ta xây dựng bằng cách chia nhỏ Case 2 thành 15 trường hợp nhỏ khác nhau với thông số tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh tăng dần, và ở đây ta bắt đầu điều chỉnh góc dịch chuyển đóng muộn và mở sớm của 2 xupap nạp, thải 7 trường hợp nhỏ đầu tiên ta sẽ đi gắn chúng với mốc cam nhỏ, tức là mốc cam này chuyên dùng cho khoảng tốc độ thấp, cầm chừng đến tốc độ động cơ làm việc trung bình và chúng sẽ tương ứng với góc dịch mở sớm và đóng muộn như sau:
Xupap nạp: góc mở sớm xupap nạp lúc đầu là 32 độ, ta dịch thêm khoảng
2 độ, tức là góc mở sớm xupap nạp lúc này là 30 độ Góc đóng muộn lúc đầu là 48 độ, ta cũng dịch khoảng 2 độ, góc đóng muộn lúc sau là 50 độ Vì khoảng chọn góc mở sớm và đóng muộn cho xupap nạp lúc đầu là khá hoàn hảo nên ta điều chỉnh dịch biên độ ít như vậy để chúng luôn rơi vào khoảng có lợi cho tốc độ động cơ thấp
Xupap thải: góc mở sớm xupap thải lúc đầu là 50 độ, ta điều chỉnh biên độ thêm 35 độ, góc mở sớm lúc sau là 15 độ Góc đóng muộn lúc đầu cũng rơi vào khoảng chọn gần như hoàn hảo cho tốc độ thấp nên chúng ta sẽ giữ nguyên tức là góc đóng muộn lúc này cho xupap thải vẫn là 20 độ
Hinh 4 3 Thay đổi tốc độ động cơ ở Case 2
8 trường hợp sau ta sẽ làm điều ngược lại là đi gắn chúng với mốc cam lớn, mốc cam này chuyên dùng cho tốc độ động cơ khá cho tới tốc độ động cơ cực đại Và góc đóng muộn và mở sớm của 2 xupap nạp và thải sẽ được điều chỉnh có sự khác biệt so với mốc cam nhỏ như sau:
Xupap nạp: Góc mở sớm cho 7 trường hợp đầu tiên của xupap nạp là 30 độ, ta sẽ điều chỉnh biên độ góc mở sớm lên thêm 10 độ tức là góc mở sớm lúc sau cho xupap nạp là 20 độ Góc đóng muộn ta cũng điều chỉnh tương tự với biên độ được cộng thêm 10 độ so với 7 trường hợp trước đó Góc đóng muộn xupap nạp trước đó là 50 độ, sau khi thêm 10 độ thì góc đóng muộn xupap nạp là 60 độ
Xupap thải: Góc mở sớm lúc trước của 7 trường hợp trước đó là 15 độ, ta tiến hành giảm góc mở sớm cho xupap thải đi 40 độ tức là góc mở sớm của xupap thải ở 8 trường hợp sau sẽ là 55 độ Góc đóng muộn của xupap thải trước đó vẫn là 20 độ, ta giảm biên độ dịch đi 10 độ, góc đóng muộn của xupap thải lúc sau là
+ Case 3 ta đã quan sát được sự khác biệt giữa chế độ làm việc ở Case 1 và 2, ở Case 3 ta chủ yếu sẽ đi cải thiện ở khoảng tốc độ động cơ trung bình của động cơ Vì trước đó ở Case 2 ta chỉ có 2 mốc cam lớn và nhỏ chuyên dùng cho khoảng tốc độ động cơ cao và thấp, nhưng chúng vẫn chưa thật sự giúp động cơ làm việc ở chế độ tối ưu
57 hơn Nhất là ở khoảng giữa khoảng cao và khoảng thấp của tốc độ động cơ Ta sẽ đi đề xuất và thiết kế 1 mốc cam trung bình chuyên dành riêng cho khoảng tốc độ động cơ trung bình Ta sẽ chia Case 3 cũng thành 15 trường hợp nhỏ với sự tăng dần của tốc độ động cơ và cũng điều chỉnh góc dịch cho sự đóng muộn và mở sớm của 2 xupap nạp và thải
5 trường hợp đầu tiên của Case 3, ta làm tương tự như Case 2 ở trên Chúng ta sẽ gán 5 trường hợp này vào mốc cam nhỏ và thông số đóng muộn và mở sớm của 2 xupap nạp, thải cũng giống hệt như Case 2
Hinh 4 4 Thay đổi tốc độ động cơ ở Case 3
5 trường hợp kế tiếp ta bắt đầu điều chỉnh và chọn khoảng góc dịch cho mở sớm, đóng muộn có lợi cho tốc độ động cơ trung bình Có lợi ở đây tức là momen xoắn và công suất động cơ ở khoảng trung bình này sẽ được cải thiện hơn so với ở Case 2 Ta đi điều chỉnh cụ thể như sau :
Xupap nạp: Góc mở sớm ở 5 trường hợp đầu tiên là 30 độ, ta đi điều chỉnh lên 5 độ tức góc mở sớm lúc sau cho xupap nạp là 25 độ Góc đóng muộn của xupap nạp theo 5 trường hợp trước đó là 50 độ, ta cũng đi điều chỉnh góc dịch lên 5 độ Góc đóng muộn xupap nạp lúc sau là 55 độ
Xupap thải: Góc mở sớm trước đó cho mốc cam thấp là 15 độ, ta điều chỉnh góc mở sớm của xupap thải xuống 17.5 độ tức góc mở sớm lúc này là 32.5 độ Góc đóng muộn xupap thải ở mốc cam nhỏ là 20 độ, ta giảm biên độ xuống
5 độ thì góc đóng muộn lúc sau là 15 độ
5 trường hợp sau cùng ta thiết lập cho chúng mốc cam lớn như ở Case 2 với góc mở sớm và đóng muộn cho 2 xupap nạp và thải có cùng giá trị như 8 trường hợp sau của Case 2.
Kết quả mô phỏng
4.2.1 Chế độ làm việc Case 1(Cố định góc mở sớm đóng muộn của xupap) Ở chế độ làm việc này, chúng ta sẽ cho động cơ chạy với xupap nạp và xupap thải có chế độ mở sớm, đóng muộn được tính toán từ trước cùng với độ nâng nhấc tương ứng cho góc quay của trục khuỷu Những thông số này đã được tính toán ở chương 3, ta có như sau:
Xupap thải : 130 0 - 380 0 với góc mở sớm là 50 0 và góc đóng muộn là 20 0
Xupap nạp : 328 0 - 588 0 với góc mở sớm là 32 0 và góc đóng muộn là 48 0
Hình 4 5 Thiết lập cho giá trị tốc độ động cơ thay đổi Case 1
Thiết lập cho giá trị tốc độ động cơ lúc bắt đầu là 700 RPM, tăng dần tốc độ động cơ qua mỗi trường hợp cho đến khi tốc độ cực đạt cực đại tại 7000 RPM Các trường hợp sẽ được chia nhỏ thành 14 case để thuận tiện cho việc phân tích các biểu đồ về công suất, momen xoắn cũng như lượng tiêu thụ xăng của động cơ
Hình 4 6 Đồ thị của momen xoắn của động cơ ở Case 1
Từ đồ thị trên ta nhận thấy được là cái momen xoắn của động cơ đạt cực đại 192.27 N.m khi tốc độ của động cơ đạt 4000 RPM Cực tiểu 113.691 khi đạt tốc độ 7000 RPM Đây chính là momen xoắn của riêng động cơ
So với thông số động cơ VTEC của Honda Civic thì momen xoắn của của Case 1 này nhỏ hơn cụ thể là nhỏ hơn 220-193' N.m
Bởi vì ở chế độ trên chỉ có cố định góc mở sớm đóng muộn của van nạp và xả nên momen xoắn không được tối ưu Để đạt được momen xoắn tối đa thì cần phải có sự can thiệp của VTEC giúp cho việc điều chỉnh van nạp xả được đóng mở phù hợp để cải thiện momen xoắn động cơ
Các giá trị này cho thấy việc cố định góc đóng sớm mở muộn của các van nạp và xả chỉ nhận được việc đạt được momen xoắn tạm chấp nhận được nhưng chưa có sự tối ưu
Hình 4 7 Đồ thị công suất của động cơ Case 1
Như trên hình ta nhìn thấy công suất của động cơ tăng từ tốc độ của động cơ từ 700 RPM đến tốc độ cực đại 7000 RPM Công suất đạt cực đại của động cơ là 89948.8W xắp xỉ 90 kW tại lúc tốc độ của động cơ là 6000 v/p Và nhỏ nhỏ nhất 9007.31 xắp xỉ 9 kW tại lúc có vận tốc cầm chừng
So sánh với công suất của nhà sản xuất đưa ra thì công suất của trường hợp này nhỏ hơn cụ thể đó là 128-908 kW
Cũng giống với momen xoắn thì ở chế độ này chỉ có cố định góc mở sớm đóng muộn của van nạp và xả nên momen xoắn không được tối ưu Để đạt được momen xoắn tối đa thì cần phải có sự can thiệp của VTEC giúp cho việc điều chỉnh van nạp xả được đóng mở phù hợp để cải thiện momen xoắn động cơ
Hình 4 8 Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở Case 1
Từ đồ thị trên ta nhìn thấy động cơ tiết kiệm nhất 7.03e-8 kg/(W.s) là lúc xe chạy ở tốc 2500 RPM Còn xe chạy tiêu hao nhiên liệu nhiều nhất là 9.69 e-8 kg/(W.s) ở tốc độ đông cơ là 7000 RPM
Xét điều kiện tiêu thụ là điều kiện hoàn hảo có nghĩa là chạy đường bằng, lên ga đều ở tốc độ RPM và tốc độ thực tế, đường không có vật cản Thì ta mới so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực tế của động cơ VVT thì gần bằng so với thực tế
Hệ thống VVT giúp điều chỉnh thời điểm đóng/mở của các van nạp sao cho phù hợp với tình trạng vận hành của động cơ Nhờ đó mà hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể, xe tiết kiệm nhiên liệu hơn
Hinh 4 9 Đồ thị khí thải NOx của động cơ ở Case 1
Từ đồ thị trên ta thấy được mức độ khí thải thay đổi vào tốc độ động cơ Cụ thể khí thải ra nhiều nhất là vào lúc động cơ đạt 4000 RPM Và khí thải nhỏ nhất là khi đạt
NOx bao gồm NO và NO2 Trong đó, NO2 là khí được quan tâm quản lý do khí
NO trong khí quyển sẽ nhanh chóng chuyển hóa thành NO2 Các nghiên cứu về phơi nhiễm ngắn hạn cho thấy nồng độ NO > 200 kg/m' sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu lên hệ hô hấp Một số nghiên cứu cho sự phơi nhiễm trong vòng 1h với nồng độ NO >500 mg/m” gây ảnh hưởng cấp tính đến sức khỏe Mặc dù ngưỡng NO thấp nhất có tác động trực tiếp lên chức năng của phổi của những người bị hen là 560 kg/mẻ, phơi nhiễm NO với nồng độ >200 kg/mẻ đã cho thấy những phản ứng của phổi trong nhóm những người bị hen
Hình 4.10 Đồ thị khí thải CO của động cơ ở Case 1
Từ đồ thị trên ta thấy lượng khí CO từ động cơ thải ra thấp nhất là ở tốc độ 2500 RPM với 1 lượng là 2.4e-08 kg/(W.s) Còn lượng khí thải CO cao nhất 3.42e-08 kg/(W.s) là khi động cơ có tốc độ cao nhất 7000 RPM
Ngoài ra khi từ 3500 RPM là rơi vào dải tốc độ cao thì lượng khí thải CO tăng mạnh đến cực đại
Hình 4.11 Đồ thị khí thải HC của động cơ ở Case 1
Từ đồ thị trên ta thấy lượng khí HC từ động cơ thải ra thấp nhất là ở tốc độ 4500 RPM với 1 lượng là 3.53e-10 kg/(W.s) Còn lượng khí thải HC cao nhất 4.8e-10 kg/(W.s) là khi động cơ có tốc độ cao nhất 1000 RPM
4.2.2 Chế độ làm việc Case 2 (Sử dụng VTEC vào động cơ)
Khi thiết lập ở chế độ VTEC, ta lần lượt thay đổi các góc mở sớm, đóng muộn của xupap nạp và xupap thải Ta chia làm 2 mốc cam khác nhau:
