BG động cơ ô tô hiện đại

... ngành công nghiệp tô non trẻ Mặc dù thất bại liên doanh sản xuất tô vào năm 1986 ông tin tưởng sư hậu thuẫn tài ông kiếm tiền ngành sản xuất tô Ông tiếp tục làm việc cho nhà sản xuất tô khác... có tô 40% số tô trang bị động nước, 38% động điện có 22% động đốt Vào cuối năm 1900 nước Mỹ có tới 13,824 xe tô Trên toàn giới có chưa đến 10,000 xe tô sản xuất Ransom Olds mở nhà máy tô. .. sản xuất tô nhượng quyền việc trì sản xuất tô thứ hàng hóa xa xỉ phẩm, giống ngành công nghiệp tô Anh năm sau 1898 Ngay nước Mỹ có gần 30 hãng sản xuất tô 1899 Hery Ford từ bỏ công việc ổn

Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  ĐỘNG CƠ Ô TÔ HIỆN ĐẠI Lịch sử phát triển động cơ sử dụng trên ô tô Chương 1. Điều khiển pha phối khí 1.1. Điều khiển pha phối khí thông minh 1.2. Điều khiển van thông minh Chương 2. Cân bằng động cơ và rung 2.1. Khái niệm về cân bằng động cơ và rung động 2.2. Các giải pháp cân bằng và giảm rung động cơ Chương 3. Hệ thống nhiên liệu 3.1. Hệ thống phun xăng điện tử 3.2. Hê thống phun Diesel điện tử Chương 4. Hệ thống tăng áp động cơ 4.1. Cơ sở về tăng áp cho động cơ đốt trong 4.2. Hệ thống tăng áp khí nạp 4.3. Hệ thống siêu nạp 4.4. Hệ thống làm mát khí nạp Chương 5. Hệ thống kiểm soát khí xả động cơ 5.1. Động cơ đốt trong và ô nhiễm môi trường 5.2. Quá trình cháy và khí xả 5.3. Hệ thống tuần hoàn khí xả 5.4. Điều khiển tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu Chương 6. Động cơ tương lai 6.1. Động piston quay 6.2. Động cơ dùng nhiên liệu thay thế Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Lịch sử phát triển động cơ sử dụng trên ô tô Những chiếc xe tự vận hành đầu tiên chạy bằng động cơ hơi nước, vào năm 1769 dựa trên nguyên lý đó một người Pháp tên Nicolas Joseph Cugnot đã chế tạo ra chiếc xe ôtô đầu tiên, chiếc xe này được câu lạc bộ (CLB) xe hơi Hoàng Gia Anh và CLB xe hơi Pháp xác nhận là chiếc xe hơi đầu tiên. Tóm tắt về lịch sử động cơ đốt trong bao gồm những sự kiện đáng chú ý như sau: - 1680: Nhà vật lý học người Đức Christian Huygens thiết kế loại động cơ chạy bằng thuốc súng (loại động cơ này không được đưa vào sản xuất) - 1807: Francois Isaac De Rivaz người Thụy Điển phát minh loại động cơ đốt trong dùng hỗn hợp khí Hydro và Ôxi làm nhiên liệu. Rivaz thiết kế riêng một chiếc xe sử dụng động cơ này (chiếc xe đầu tiên gắn động cơ đốt trong), tuy nhiên thiết kế của ông đã không thành công như mong đợi. - 1824: Kỹ sư người Anh, Samuel Brown cải tiến một động cơ hơi nước cũ Newcomen thành động cơ chạy gas và thử nghiệm trên một chiếc xe trên khu đồi Shooter ở Anh. - 1858: Jean Joseph, một Kỹ sư người Bỉ xin cấp bằng sáng chế chiếc xe động cơ đốt trong tác động kép, đánh lửa điện sử dụng nhiên liệu khí than (1860). Vào năm 1863, Lenoir gắn động cơ này (đã được cải tiến, sử dụng nhiên liệu xăng và bộ chế hòa khí đơn giản) vào một chiếc xe coòng ba bánh và thực hiện thành công chuyến đi mang tính lịch sử với quãng đường 50 dặm. - 1862: Kỹ Sư người Pháp ông Alphonse Beau De Rochas đệ đơn cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ số 52593 ngày 16 tháng 01 năm 1862 (nhưng đã không sản xuất). - 1864: Siegfried Marcus, Kỹ sư người Áo đã chế tạo một loại động cơ xi – lanh với bộ chế hòa khí rất thô sơ và sau đó gắn lên một chiếc xe ngựa và đã vận hành thành công trên quãng đường đá dài 500 foot (152,4m). Vài năm sau đó, Marcus thiết kế một chiếc xe có thể vận hành với tốc độ 10dặm/giờ và một số sử gia cho rằng đây mới chính là chiếc xe sử dụng động cơ xăng đầu tiên trên thế giới. - 1873: Kỹ sư người Mỹ, George Brayton phát triển (nhưng không thành công) loại động cơ 2 kỳ chạy dầu hỏa (loại động cơ này dùng hai xi- lanh bơm ngoài). Tuy vậy, loại động cơ này được coi như là động cơ dầu an toàn có giá trị ứng dụng đầu tiên. - 1866: Hai kỹ sư người Đức, Eugen Langen và Nikolas August Otto cải tiến các thiết kế của Lenoir và De Rochas và đã tạo ra được động cơ chạy gas có hiệu suất lớn hơn. - 1876: Nikolas August Otto phát minh thành công và được cấp bằng sáng chế động cơ bốn kỳ thì hai loại động cơ này thường được gọi là “Chu kỳ Otto” - 1876: Dougald Clerk chế tạo thành công động cơ hai kỳ đầu tiên - 1883: Kỹ sư người Pháp, ông Edouard Delamare – Deboutevile chế tạo động cơ 4 xy lanh chạy bằng gas đốt lò. Không thể chắc chắn rằng những gì ông làm có phải là việc chế tạo ôtô hay không. Tuy nhiên, thiết kế của ông khá tiến bộ vào thời điểm đó, về một phương diện nào đó còn tiên tiến hơn cả thiết kế của Daimler và Benz, ít nhất là về lý thuyết. - 1885: Gottlieb Daimler phát minh loại động cơ có thể được coi như là nguyên mẫu của động cơ xăng hiện với xi- lanh thẳng đứng và sử dụng bộ chế hòa khí (cấp bằng năm 1889). Daimler lần đầu tiên chế tạo xe hai bánh gắn động cơ có tên “Reitwagen”, một năm sau đó loại động cơ này ông chế tạo chiếc ôtô 4 bánh đầu tiên trên thế giới. - 1886: Vào ngày 29 tháng 01, Kar Benz nhận bằng sáng chế đầu tiên cho xe ôtô với động cơ xăng. - 1889: Daimler chế tạo động cơ 4 kỳ cải tiến có xu páp hình nấm và 2 xi- lanh nghiêng kiểu chữ V - 1890: Wilhelm Mayback chế tạo động cơ 4 kỳ, 4 xi- lanh đầu tiên. Thiết kế động cơ và thiế kế ôtô là việc làm không thể tách rời, hầu hết các nhà thiết kế động cơ được nhắc đến ở trên kiêm luôn việc thiết kế xe ôtô và một số đã trở thành nhà sản xuất ôtô lớn Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  nhất thế giới. Tất cả các nhà sáng chế và những phát minh của họ đều có đóng góp quan trọng trong tiến trình của ôtô với động cơ đốt trong. + Động cơ đốt trong Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, tạo ra công cơ học bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ. Hỗn hợp không khí và nhiên liệu được đốt trong xy lanh của động cơ đốt trong. Khi đốt cháy, nhiệt độ tăng, làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một piston, đẩy piston này di chuyển đi. Chuyển động tịnh tiến của piston làm quay trục cơ, sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích tải hoặc trục truyền động. Hình 1. Động cơ đốt trong Động cơ đốt trong được phát minh vào năm 1860 bởi kỹ sư người Pháp có tên Jean Joseph Etienne Lenoir . Chiếc động cơ đầu tiên mà Lenoir chế tạo sử dụng nhiên liệu khí than và được trang bị một xy-lanh nằm ngang. Sau đó, vào năm 1864, Siegfried Marcus, người Áo, đã cải tiến động cơ đốt trong của Lenoir từ sử dụng nhiên liệu khí than sang sử dụng gas. Chiếc động cơ này được gắn vào một một chiếc xe có thể vận hành với vận tốc 16km/h. + Động cơ chữ V Động cơ chữ V là loại động cơ đốt trong mà piston được xếp theo hình chữ V khi nhìn từ trục khuỷu. Cấu hình chữ V giúp giảm chiều dài và trọng lượng của động cơ so với động cơ 1 hàng xy-lanh có cùng công suất. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 2. Động cơ đốt trong chữ V Động cơ chữ V đầu tiên ra đời vào năm 1888, là sản phẩm của Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach. Động cơ có góc V (góc giữa 2 hàng xy-lanh) bằng 170C, dung tích 1050 cc, tạo công suất 4 mã lực tại 900 vòng/phút. + Động cơI4 Hình 3. Động cơ đốt trong I4 Động cơI4 là loại động cơ chữI có 4 xy-lanh. Ra đời vào năm 1922 trên xe hơi của Lancia. Động cơI4 đầu tiên có khoảng chạy piston dài 120 mm, với trục cam đơn được lắp trên đầu xilanh. Sau đó, loạiI4 cải tiến với hai lựa chọn dung tích 1633 cc và 1996 cc đã được Ford trang bị cho mẫu xe Ford Essex. Vào năm 1962, Ford giới thiệu mẫu động cơ V4 một trục cân bằng trên mẫu xe Ford Taunus. Từ đó trở đi, động cơ V4 ngày càng trở nên phổ biến trên nhiều mẫu xe của các hãng khác nhau. + Động cơ V6 Động cơ V6 là loại động cơ đốt trong với 6 xy lanh xếp theo hình chữ V. Đây là loại động cơ được dùng phổ biến thứ hai trong tất cả các mẫu xe hiện đại, sau động cơ 4 xy lanh thẳng hàng. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Nó rất phù hợp với các mẫu xe dẫn động cầu trước hiện nay, và ngày càng trở nên phổ biến hơn khi xe hơi có xu hướng có trọng lượng lớn hơn. Hình 4. Động cơ đốt trong V6 3.0L TFSI Supercharged DOHC V-6 (Audi A6) Động cơ V6 đầu tiên được công ty Lancia giới thiệu năm 1924, nhưng không để lại ấn tượng gì đặc biệt. Đến năm 1950, động cơ này lại xuất hiện với mẫu xe Lancia Aurelia, dần dần V6 càng trở nên phổ biến hơn. Thiết kế của V6 cũng được cải tiến nhanh chóng, đặc biệt sau khi mẫu Buick Special được tung ra thị trường năm 1962. Đây là lần đầu tiên, động cơ V6 được sản xuất hàng loạt. Năm 1983, Nissan sản xuất động cơ V6 đầu tiên tại Nhật cho dòng VG series. + Động cơ V8 Động cơ V8 là động cơ V có 8 xy lanh, rất phổ biến trong các mẫu xe hơi công suất lớn. Động cơ V8 thường có dung tích từ 4 đến 8.5 lít. Động cơ V8 đầu tiên do Rolls Royce phát triển, đó là động cơ 3.5 lít dành cho mẫu Rolls Royce Legalimit. Tuy nhiên, động cơ này được sản xuất hàng loạt lần đầu tiên bởi hãng Cadillac. Cho đến nay, hãng này đã sản xuất 8 thế hệ động cơ V8, trong đó thế hệ động cơ Cadillac V8 đầu tiên là Type 51. Type 51 được sản xuất năm 1914, là động cơ tiêu chuẩn cho các mẫu xe Cadillac của năm 1915. So với động cơ L-head, V8 Type 51 có những điểm mới mẻ riêng như hệ thống làm mát bằng nước được điều khiển nhiệt tĩnh hay phần động cơ, ly hợp và hộp số hợp lại thành một khối riêng. Trong chiến tranh thế giới I, Ủy ban Chiến tranh của Mỹ đã mua hơn 2000 động cơ V8 tiêu chuẩn của Cadillac để sử dụng tại châu Âu. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 5. Động cơ đốt trong V8 5.0L DOHC V-8 (Ford Mustang Boss 302) Động cơ V8 phát triển bởi một hãng xe hơi Pháp, Count De Dion Bouton. Tại thị trường Mỹ. nó được coi như một sự đổi mới, nhưng về nguyên lý hoạt động vẫn không có gì mới mẻ. Động cơ V8 mới của Cadillac nhẹ hơn so với động cơ 4 xy lanh thế hệ trước đó. Xe có gắn động cơ này có thể đạt tốc độ 90-100km/h. Tới năm 1923, động cơ này được phát triển thêm với công suất lớn hơn, 83,5 mã lực. Khi đó, động cơ L-head được đánh giá là một trong 10 động cơ tốt nhất của thế kỷ 20. Cadillac sản xuất loại động cơ V8 mới, động cơ 341 cho năm 1928 có công suất 90 mã lực. Cùng năm đó, hộp số đồng bộ ra đời. Động cơ 341 được trang bị cho các mẫu xe thuộc series 341 và 341B năm 1928 và 1929. Trong 5 năm, từ năm 1930 đến 1935, Cadillac lại tung ra phiên bản động cơ mới với dung tích 5,8lít. + Động cơ W8 + Động cơ V10 Động cơ V10 gồm 10 xy lanh xếp thành hai hàng, mỗi hàng 5 chiếc. Về hình dáng, 10 xy lanh của động cơ không được thiết kế cân bằng như động cơ V6. 10 xy lanh chỉ cân bằng với đối trọng trục khuỷu như động cơ Vee 90 độ (của mẫu BMW M5 hay Dodge Viper), hoặc với một trục thăng bằng như động cơ 72 độ. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 6. Động cơ đốt trong V10 Tuy nhiên, V10 không được sử dụng phổ biến cho xe hơi như động cơ V12, tuy hơi phức tạp nhưng chạy êm hơn. Còn động cơ V8 không quá phức tạp nhưng tiết kiệm nhiên liệu hơn. Từ năm 1994, động cơ V10 đã được đưa vào sử dụng trong mẫu Dodge Ram. + Động cơ V12 Về cơ bản, V12 là động cơ có 12 xy lanh, cũng giống như động cơ V6 với 6 xy lanh thẳng hàng, cấu trúc của loại động cơ này vốn tự cân bằng nên không cần dùng đến trục thăng bằng. Động cơ V12 đầu tiên được sử dụng vào năm 1912 cho model Packard “Double Six”, nhưng trước chiến tranh thế giới II, nó đã được trang bị cho nhiều mẫu xe hơi đắt tiền của Cadillac, Packard, Lincoln, Franklin, Rolls Royce và Hispano Suiza. Hình 7. Động cơ đốt trong V12 Sau chiến tranh thế giới II, khi động cơ V8 trở nên phổ biến hơn thì V12 không còn được ưa chuộng tại Mỹ nhiều như trước nữa. Những chiếc xe thể thao của các hãng xe Ý như Ferrari và Lamborghini lại chỉ sử dụng động cơ V12 cho các mẫu xe công suất cao của họ. Hãng xe Jaguar đã phát triển động cơ V12 và liên tục sử dụng động cơ này từ năm 1971 đến 1997. Lịch sử ra đời của xe ôtô qua các thời kỳ: Giai đoạn trước năm 1900: Ô tô được coi là phát minh mang tính cách mạng trong lịch sử giao thông kể từ khi bánh xe ra đời. Nguyên lý cơ bản của ôtô rất đơn giản: chỉ việc chọn bất cứ một loại xe có bánh nào như xe bò hay xe ngựa, gắn thêm động cơ vào là có thể tạo ra được một chiếc ôtô. Chiếc xe có thể gọi là chiếc ôtô đầu tiên là chiếc Fardier của Bộ Trưởng Bộ Quốc Phòng Pháp. Đây là một chiếc xe ba bánh, trang bị động cơ hơi nước tốc độ 2,3 dăm/giờ, do Nicolas Joesph Cugnot phát minh vào năm 1771. Cỗ máy kồng kềnh này chưa bao giờ được sản xuất bởi nó quá chậm chạp và nặng nề so với một chiếc xe ngựa. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Một người Pháp khác là Amedee Bollee đã cho ra đời một chiếc xe 12 chỗ, tuy động cơ có cải tiến hơn nhưng một lần nữa loại động cơ này chứng tỏ vẫn chưa phải là đối thủ của chiếc xe ngựa kéo. Tính khả thi của ôtô chỉ có được cho đến khi động cơ đốt trong ra đời. Sự ra đời của chiếc xe do Gottlied Daimler và Wilhelm Mayback sản xuất tại Đức năm 1889 đã đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử ngành ôtô thế giới, chiếc xe này được trang bị động cơ xăng 1,5 sức ngựa, hai xi lanh hộp số 4 tốc độ, và tốc độ tối đa 10 dặm một giờ. Cùng năm đó, người ta cũng chứng kiến sự ra đời của động cơ xăng cũng do một người Đức, Karl Benz phát minh. Ôtô với động cơ xăng do mới được sản xuất với số lượng rất ít tại Châu Âu và Châu Mỹ nên nó vẫn còn hết sức lạ lẫm với mọi người trong suốt những năm cuối của thế kỷ 19. Chiếc xe thương mại đầu tiên mang tên 1901 Curved Dash Oldsmobile do Ránom E. Olds sản xuất tại Mỹ. Công nghệ sản xuất đại trà và dây chuyền lắp ráp công nghiệp do Henry Ford ở Detroit, Michigan sáng chế đã cho ra lò chiếc xe động cơ xăng đầu tiên và năm 1896. Ford bắt đầu sản xuất mẫu xe “T” vào năm 1908 và vào thời điểm ngừng sản xuất năm 1927, đã có hơn 18 nghìn chiếc xe được xuất xưởng. * Trang sử ngành ôtô thế giới bắt đầu vào ngày 29 tháng 01 năm 1886 khi Karl Benz nhận bằng sáng chế số DRP 37435 cho chiếc xe ba bánh gắn máy của ông. * Ngày 08 tháng 03 năm 1886 Gottleb Daimler đặt hàng một chiếc xe từ nhà sản xuất xe ngựa kéo Wilhelm Wimpff & Sohn ở Stuttgart và sau đó gắn động cơ cho chiếc xe này. Đó là chiếc xe ôtô 4 bánh đầu tiên trên thế giới. * Ngày 29 tháng 09 năm 1888 sau khi Daimler cấp phép sản xuất trên thị trường nước Mỹ, nhà sản xuất đàn Piano William Steinway đã thành lập công ty Daimler Motor tại Long Island, New York. * Mặc dù George. Selden chưa bao giờ sản xuất ôtô nhưng bằng sáng chế đầu tiên về ôtô lại được trao cho George B. Selden vì ông ta là người đầu tiên đệ đơn dăng ký độc quyền vào ngày 08 tháng 05 năm 1879. Ngay sau đó Selden đã được cấp phép và thu tiền bản quyền từ tất cả các nhà sản xuất ôtô tại Mỹ cho đến khi có một phán quyết từ tòa án Mỹ vào năm 1911 bác bỏ quyền của Selden. Nicholas-Joseph Cugnot (1725- 1804) đã phát minh ra xe kéo pháo gắn động cơ hơi nước với tốc độ 2 dặm/ giờ, ngoài việc kéo một khẩu pháo thì xe này có thể trở được 4 người. Khả năng vận hành của chiếc xe này rất kém và nó đã trở thành thủ phạm trong vụ tai nạn giao thông đầu tiên trong lịch sử ngành ôtô thế giới. 1789 Bằng sáng chế đầu tiên tại Mỹ về gắn động cơ hơi nước được trao cho Oliver Eván. 1801:Richard Trevithick đã chế tạo một chiếc xe trở người cỡ lớn với động cơ hơi nước, nhưng nó đã nổ tung chỉ sau 4 ngày hoạt động, do ông đã rất bất cẩn để cho bình hơi cạn nước. 1879 George Selden đệ đơn cấp bằng sáng chế cho động cơ ôtô riêng của ông. Vào thời điểm này thì động cơ đốt trong tốc độ cao vẫn chưa được phát minh. Selden đã phải chờ đợi 15 năm và cuối cùng đã được cấp phép vào năm 1985. 1895 Nhà sản xuất ôtô người Pháp Emile Constant Levassor lái một trong nhữngchiếc xe của ông trong đường đua Paris- Bordeaux-Paris dài 1,1 km với tốc độ trung bình 24km/ giờ. Lần dừng lại dài nhất để sửa chữa chỉ mất có 22 phút. Levassor đã tham gia ngành sản xuất ôtô từ năm 1981. Vào thời điểm này thì ôtô đã trở thành một cảnh tượng hết sức bình thường trên đường phố Paris. Các hãng ôtô của Đức và Pháp bắt đầu bán xe qua Catalogues. Hai anh chàng sửa xe đạp tại Springfield Massachusetts là Charles và Frank Duyrea thành lập công ty đầu tiên tại Mỹ sản xuất ôtô. Chiếc xe đầu tiên của họ ra đời vào năm 1893, anh em nhà Duryea chế tạo chiếc xe này bằng cách gắn một động cơ xăng xy-lanh đơn lên một chiếc xe ngựa cũ giá 70 đôla. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  George Selden một luật sư về bản quyền, người chưa bao giờ sản xuất một chiếc xe nào được cấp phép độc quyền sản xuất ôtô với động cơ đốt trong, và ông ta cùng với Hiệp Hội những nhà sản xuất ôtô nhượng quyền đã thao túng ngành sản xuất ôtô cho đến khi tòa án ra phán quyết phủ nhận quyền của Selden vào năm 1911. Người vi phạm bản quyền nổi tiếng nhất là Henry Ford trong vụ tranh chấp pháp lý với Selden. Trong vụ kiện này, phán quyết của tòa án Mỹ bênh vực Ford đã phá vỡ thế độc quyền của Hiệp Hội những nhà sản xuất ôtô nhượng quyền trong việc duy trì sản xuất ôtô như một thứ hàng hóa xa xỉ phẩm, giống như ngành công nghiệp ôtô của Anh những năm sau đó. 1898 Ngay ở nước Mỹ đã có gần 30 hãng sản xuất ôtô 1899 Hery Ford từ bỏ công việc ổn định tại hãng Detroit Edison để cống hiến tất cả cho ngành công nghiệp ôtô non trẻ. Mặc dù thất bại trong một liên doanh sản xuất ôtô vào năm 1986 nhưng ông vẫn tin tưởng rằng nếu được sư hậu thuẫn về tài chính thì ông vẫn có thể kiếm tiền trong ngành sản xuất ôtô. Ông tiếp tục làm việc cho những nhà sản xuất ôtô khác nhưng sự quan tâm và những nỗ lực của ông trong một vài năm sau lại dành cho đua xe ôtô. Với chiếc xe mang số :999″, một trong những chiếc xe luôn dẫn đầu trong những cuộc đua năm 1900, Ford đã bỏ xa đối thủ đến 1/2 dặm trong cuộc đua năm dặm. Bản thân ông không những lái chiếc xe này mà còn thuê một tay đua rất dũng cảm là Barney Oldield cầm lái trong những cuộc đua 5 dặm vào năm 1900. Cục thống kê của Mỹ đã ghi nhận con số kỷ lục: Gần 30 nhà sản xuất đã cho xuất xưởng 25,000 chiếc xe và ngành sản xuất ôtô xếp hạng thứ 150 về giá trị sản phẩm trong nền kinh tế Mỹ. Trong suốt 4 tháng đầu năm có ít nhất 388 triệu đôla dành cho việc thành lập các hãng sản xuất ôtô. Có khoảng 8 nghìn xe gắn động cơ tại Mỹ. Anh em nhà Packard, chủ nhân của hãng Packard Electric tại Warren, Ohio từ 1890, đã giới thiệu chiếc xe đầu tiên 3 tốc độ, chuyển động bằng xích, trang bị động cơ 12 sức ngựa một xy-lanh. Packard trở thành người đứng đầu trong ngành sản xuất xe hơi sang trọng của Mỹ vào những năm 1920, trong khi công ty gặp khủng hoảng trong cuộc đại suy thoái những năm 1950 cho đến năm 1954 khi Packard sáp nhập với Studebaker. Nhãn hiệu Packard nhanh chóng biến mất và liên doanh này đã cố gắng duy trì hoạt động đến khi chấm dứt sản xuất hoàn toàn vào năm 1964. Cứ 9,500 nguời Mỹ thì có một người có ôtô trong đó 40% số ôtô được trang bị động cơ hơi nước, 38% động cơ điện và chỉ có 22% động cơ đốt trong. Vào cuối năm 1900 nước Mỹ đã có tới 13,824 chiếc xe ôtô. Trên toàn thế giới có chưa đến 10,000 xe ôtô được sản xuất Ransom Olds mở nhà máy ôtô đầu tiên tại Detroit. Trong năm đầu tiên đi vào sản xuất công ty đã cho xuất xưởng 425 chiếc xe. Chiếc xe Oldsmobile 3 sức ngựa, nhờ đó đã trở thành chiếc xe thương mại đầu tiên được bán trên thị trường Mỹ. Ransom E. Olds trở thành nhà sản xuất ôtô đầu tiên có thể tiến tới sản xuất hàng loạt. Với mục đích thu hút người tiêu dùng ông định giá cho mỗi chiếc Olds chỉ có 625 đôla. Chiến lược của ông tỏ ra có hiệu quả trong một vài năm, năm đầu tiên Olds đã bán được 425 chiếc xe và đến năm 1905 đã bán được 5,000 chiếc, nhưng khi Henry Ford đưa ra mẫu xe “T” thì sản xuất hàng loạt lại là một cạm bẫy nguy hiểm. Sự thay đổi về kiểu cách và thị hiếu người tiêu dùng đã nhanh chóng đưa Olds vào thế bế tắc với khoản đầu tư khổng lồ vào nhà máy và nâng cấp trang thiết bị để có thể bán được những chiếc “Olds” quê kệch. Vào năm 1908, người dân Mỹ hầu như không để tâm đến chiếc xe kiểu dáng cũ kỹ như Olds mà họ dành sự ưu ái cho mẫu xe hiện đại hơn là Model “T”. Đến năm 1927 khi GM đưa ra mẫu xe kiểu cách hơn thì lần này đến lượt mẫu xe “T” trở nên lỗi thời. Giai đoạn 1901 – 1910 1901 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Doanh số bán xe trong vòng 2 năm không vượt quá hai con số đã đưa hãng Detroit Automobile đến phá sản, những chủ nhân mới của công ty liền sa thải Kỹ Sư Trưởng Henry Ford. Khi anh chàng Ford thất nghiệp bắt đầu dành chiến thắng trong các cuộc đua ôtô thì các cổ đông cũ trong công ty Detroit liền hùn vốn để lập ra công ty Ford. Trong đó Ford được quyền sở hữu 1/6 lợi nhuận. Nhưng chẳng bao lâu sau đó Ford đã từ bỏ công ty và thành lập công ty riêng của mình là Ford Motor vào năm 1903. Những chiếc biển số xe đầu tiên xuất hiện ở Mỹ. 1902 Có ít nhất 50 hãng xe mới đi vào sản xuất tại Mỹ 1903 Với sự hậu thuẫn về tài chính của Alex Y. Malcomson, Henry Ford lúc này đã 40 tuổi, liền lập ra công ty Ford Motor tại Detroit, Michigan. Vào ngày 16 tháng 7 những chiếc xe đầu tiên của công ty bắt đầu xuất xưởng với mức giá rất hợp lý. Vào lúc này công ty có số vốn là 28,000 đôla và tổng giá trị cổ phiếu phát hành 100,000 đôla. Trong đó Ford và Malcomson mỗi người chiếm 25% số cổ phiếu. Và họ đã dành 11% cổ phiếu để thuê James Couzens làm giám đốc kinh doanh. Công ty này có số lượng công nhân rất ít chỉ khoảng hơn 10 người làm việc trên dây chuyền lắp ráp chỉ có 80m dài và 17m rộng. Lúc này Ford là một nhà lắp ráp hơn là một nhà sản xuất vì tất cả các linh kiện và phụ tùng đều do các công ty khác cung cấp. Một yếu tố then chốt dẫn đến sự thành công của Ford là thỏa thuận giữa Ford và John Horace Dodge, trong đó để chiếm giữ một số cổ phiếu trong công ty của Ford, anh em nhà Dodge đã đồng ý ngừng hợp đồng cung cấp động cơ cho công ty Ransom Olds và trở thành nhà cung cấp động cơ độc quyền cho Ford. Tiến Sỹ Horatio Nelson Jackson, một người con quả cảm của xứ Vermont đã thực hiện một chuyến đi mà một số người cho là chuyến đi xuyên lục địa đầu tiên bằng ôtô. Chuyến đi này kéo dài 6 ngày trên một chiếc xe mui trần, 2 xy-lanh hiệu Winton và bạn đường của ông là Cocker, một người thợ cơ khí cùng chú Bud. Sau khi kết thúc hành trình đầy gian khổ này thì bộ ba được xem như những người anh hùng dân tộc! Hiệp hội những nhà sản xuất ôtô nhượng quyền là tổ chức duy nhất được Selden nhượng quyền sản xuất ôtô. Khi Henry Ford từ chối gia nhập hiệp hội 10 thành viên này thì George Selden ngay lập tức kiện Ford Motor và trận chiến pháp lý này kéo dài trong vòng gần 8 năm, trong vụ kiện này James Couzens giữ vai trò quan trọng trong các đối sách pháp lý của Ford. Mỹ bỏ qua Pháp về số luợng ôtô sản xuất và trở thành nước sản xuất ôtô lớn nhất trên thế giới và tiếp tục duy trì vị trí này cho đến khi bị Nhật vượt qua vào năm 1980. Henry Leland tổ chức lại công ty Detroit Automobile và đặt lại tên là Cadillac Motor Car. Vào khoảng thời gian từ năm 1904 đến năm 1908 có ít nhất 240 công ty ôtô được thành lập tại Mỹ. Với việc đích thân cầm lái chiếc Ford Model 1904 lập kỷ lục 91dặm/giờ, Ford đã tạo lên danh tiếng cho một Ford Motor non trẻ luôn đồng nghĩa với kỹ thuật tiến bộ và tốc độ cao. Danh tiếng này thực tế là nhờ vào anh em nhà Dodge và những thành quả đó đã nhanh chóng giúp cho Ford Motor có được doanh thu khổng lồ. William C. Durant, một nhà sản xuất xe giầu có đã mua công ty phá sản Buick Motor Car tại Flint, Michigan quê hương ông. Là một thương nhân thành đạt, Durant luôn cố gắng thúc đẩy nền kinh tế địa phương phát triển và giảm thiểu thất nghiệp tại các nhà máy của Buick. Cho đến năm 1908 ông đã đưa Buick trở thành nhà sản xuất ôtô lớn nhất thế giới với sản lượng 9,000 xe một năm trong khi đó Ford chỉ bán được 6,000 chiếc. 1905 Giá của một số loại xe: Xe Brush mới – 800 đôla; Xe Ford Model k – 2,800; Một chú ngựa tốt – 150 đến 300 đôla. Số lượng ôtô Mỹ sản xuất hàng năm lên tới 25,000 chiếc Sylvanus F. Bowser phát minh ra bơm xăng và mở ra trạm xăng đầu tiên. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Trong năm đầu tiên hãng Ransom Olds tung ra thị trường một mẫu xe hết sức đơn giản và bán được 5,000 chiếc. 1906 Trị giá của Ford Motor lúc này là 1 triệu đôla. Với nỗ lực củng cố vị thế của mình trong công ty, Henry Ford mua hết số cổ phần của Alex Malcomson và chiếm giữ tới 55,2% sô cổ phiếu của công ty. Số lượng xe hàng năm sản xuất tại Mỹ đã lên tới con số 43,000 chiếc. Tờ nhật báo Paris tài trợ cho cuộc đua đường trường đầu tiên. Năm tay đua xuất phát từ Bắc Kinh, Trung Quốc vào ngày 10 tháng 07 với đích đến là Paris. Và người chiến thắng trong cuộc đua này trên một chiếc xe của Italia đã về tới Paris vào ngày 10 tháng 08. 1908 Khi Buick Motor phá sản vào năm 1904, William C. Durant liền mua công ty này và nhanh chóng đưa Buick Motor thành nhà sản xuất ôtô lớn nhất thế giới (Số luợng xe của Buick bán ra năm 1908 là 9,000 chiếc), nhưng Durant không hề thỏa mãn với những gì đã đạt được, cộng với cả sự thành công của Ford Model “T” đã thôi thúc ông lập ra General Motor bằng cách sáp nhập ba công ty Buick Cadillac và Oldsmobile. Sự phát triển như vũ bão của Ford trong vài năm sau đó chính là động lực giúp cho Durant đưa GM trở thành con bạch tuộc khổng lồ trong ngành công nghiệp ôtô: Liên tục mở rộng thị trường và thâu tóm sáp nhập tất cả các công ty yếm thế khác. Lợi nhuận trong hai năm đầu tiên ( 29 triệu và 49 triệu đôla) khiến Durant tin rằng việc mở rộng kinh doanh sẽ đem lại số vốn cần thiết để công ty có thể tiếp tục mở rộng và duy trì tốc độ tăng trưởng cao. Ngày 01 tháng 09, Henry Ford đưa ra thị trường mẫu xe “T” đầu tiên. Mẫu xe “T” trang bị động cơ 4 xi-lanh, 20 sức ngựa, khách hàng có hai mẫu để lựa chọn: mẫu “T” nhỏ giá 825 đôla, “T” touring lớn hơn giá 850 đôla. Trong 3 tháng cuối năm 1908, Ford bán được 6,000 chiếc, trong khi đó Durant chỉ bán được có 9,000 chiếc Buick trong cả năm 1908. Được đưa ra thị trường vào cuối năm, mẫu xe “T” của Ford bán được 10,000 chiếc trong năm đầu tiên (tính đến cuối năm 1909). Kể từ 1903, Ford đã đưa ra 8 mẫu xe khác nhau: A,B,C, F, K, N, R và S nhưng không một mẫu nào trong số mẫu này dành được thành công lớn, nhưng bù lại Ford có được danh tiếng là nhà sản xuất của những chiếc xe có chất lượng cao và động cơ rất mạnh mẽ. Bằng sự kết hợp giữa danh tiếng, chất lượng và giá rẻ, Ford đã đưa mẫu xe “T” trở thành chiếc xe hơi đầu tiên của tất cả người dân Mỹ. 1909 Tại thành phố Kansas, doanh nhân trẻ George Pepperdine lập ra công ty Western Auto Supply, một công ty chuyên bán phụ tùng của mẫu xe “T” qua thư. Công việc rất phát đạt vì xe “T” bán ra vẫn chưa có lốp, chắn bùn, mui, kính gió và cả đèn nữa! Mỗi chủ xe “T” phải tiêu tốn một số tiền thậm chí bằng cả giá của chính chiếc xe để mua sắm những phụ kiện này! Thành công của mẫu xe “T” (số lượng bán ra gần gấp đôi so với 10,000 chiếc trong năm sản xuất đầu tiên) khiến Ford phải dừng sản xuất những mẫu xe đắt tiền để tập trung vào mẫu xe “T”. 1910 Ôtô làm thay đổi cuộc sống người dân Mỹ: Những từ như “đỗ xe”, “hôn đuôi”, “chạy ngang ngửa” đã đi vào ngôn ngữ cuộc sống. Đã có khoảng 500,000 xe ôtô lăn bánh trên khắp các nẻo đường nước Mỹ. Động cơ V8 đầu tiên được lắp trên các chiếc xe thương mại tại Pháp do De Dion Bouton sản xuất (với sự giúp đỡ của Thomas Borchers, ở Oldenburg, Đức) Đã có 458,500 chiếc xe được đăng ký tại Mỹ và giá trị thương mại của ngành công nghiệp ôtô đứng thứ 21 trong bảng tổng sắp kinh tế Mỹ. Ngành công nghiệp ôtô đã vượt qua ngành sản xuất xe kéo và toa tầu để trở thành một trong những ngành sản xuất có ảnh hưởng lớn đến đời sống kinh tế xủa người dân Mỹ. Do doanh số bán xe sút giảm một cách bất ngờ, GM lâm vào tình trạng thếu hụt ngân sách nghiêm trọng khiến Durant phải cầu cứu tới các ngân hàng để có được Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  13 triệu đôla tiền mặt. Để đổi lại các ngân hàng dành được 6 triệu đôla giá trị cổ phiếu và 15 triệu đôla trái phiếu của GM. Các ngân hàng cũng chiếm luôn quyền bỏ phiếu của Durant và buộc ông rời khỏi vị trí chủ tịch GM. Nhằm thỏa mãn nhu cầu ngày một gia tăng của người tiêu dùng cho mẫu xe “T”, Ford khi khai trương nhà máy Highland Park vào ngày 01 tháng 01. Theo đuổi chiến lược sản xuất đại trà, Henry Ford loại bỏ các thiết bị cũ, đầu tư, cải tiến, nghiên cứu các thiết bị chuyên dụng, nâng cấp dây chuyền với tốc độ nhanh nhất có thể để có sản xuất với số lượng lớn đáp ứng nhu cầu một cách nhanh chóng. Với số lượng 18,200 chiếc được sản xuất trong năm 1910, Willy’s- Overland vươn lên vị trí thứ hai, chỉ sau Ford. Ford bán được 32,053 chiếc Model “T”. Sau khi buộc phải dời GM, William C. Durant cùng Louis Chevrolet lập ra Chevrolet Motor với sự hậu thuẫn về tài chính của Du Pont và John J. Raskob, chủ tịch ủy ban tài chính Du Pont. Với thành công của Chevrolet và sự hậu thuẫn của Du Pont, Durant bắt đầu mua lại cổ phiếu của GM. Cho đến năm 1915, Durant, Du Pont và công ty Chevrolet Motor đã chiếm giữ phần lớn cổ phiếu của GM, điều này đồng nghĩa với việc Durant trở thành thành viên hộ đồng quản trị. GM lại về tay Durant. Sau khi vợ của người bạn chết do khởi động xe bằng tay quay, Henry Leland ký hợp đồng với viện nghiên cứu lỹ thuật C.F Kettering’s Dayton (sau này là Delco) sản xuất 4,000 bộ khởi động điện. Leland lắp đặt hệ thống khởi động diện cho xe Cadillac vào năm 1912. Tòa án Mỹ đưa ra phán quyết với lợi thế thuộc về Ford, bác bỏ quyền độc quyền cấp phép của Selden, dẫn đến sự tan rã ngay sau đó của hiệp hội các nhà sản xuất ôtô nhượng quyền. Giai đoạn 1910 – 1917 1912 Dưới sự điều hành của Henry Ford, hàng tháng nhà máy Highland Park có thể xuất xưởng 26,000 chiếc Model “T” mà không phải viện đến dây chuyền lắp ráp. Tốc độ này giúp năng suất của Ford vượt quá ngưỡng 300,000 chiếc một năm. Cứ trong năm chiếc xe chạy trên đường thì có hơn một chiếc mang nhãn hiệu Ford (chiếm 22% thị trường) Chỉ sau 4 năm tung ra thị trường mẫu xe “T” đã chiếm tới 3/4 tổng số xe của Mỹ. Ford đã có tới 3,500 đại lý bán xe trên toàn nước Mỹ. Ford thuê Clarence Avery nghiên cứu, khảo sát nhà máy Highland Park, Michigan và sau đó lắp đặt một dây chuyền lắp ráp. Quy trình này ngược hẳn với dây chuyền lắp ráp thông thường – tất cả các chi tiết được chuyển tới lắp trên sát – xi. Những người thợ phải đi dọc theo dây chuyền đến từng sát-xi để lắp ráp chi tiết, chưa ai nghĩ đến việc di chuyển sát-xi trên dây chuyền. 1913 Vào giữa năm 1913, Ford Motor đưa dây chuyền vào để lắp ráp hệ thống đánh lửa, mô tơ và hộp số ở nhà máy Highland Park, Michigan. Trong dây chuyền này thời gian để lắp ráp hệ thống đánh lửa đã tiết kiệm được tới 75%, từ 20 phút cho một bộ giảm xuống chỉ còn 5 phút. Việc sử dụng dây chuyền hiệu quả tới mức những người lắp ráp sát -xi không thể đuổi kịp tiến độ. Vào cuối năm 1913, thay vì tất cả các chi tiết phải lắp trên sát-xi thì hệ thống ròng rọc được đưa vào sử dụng để di chuyển sát -xi đến công đoạn cuối của dây chuyền lắp ráp. Phương thức này nhanh chóng giảm thời gian lắp ráp cho một sát -xi từ 12 tiếng xuống còn 2 tiếng, và vào cuối tháng 12 năm 1913 thì thời gian được rút ngắn xuống còn 40 phút. Dây chuyền liên hoàn được đưa vào sử dụng tháng 01 năm 1914. Vào tháng 01, Ford lắp đặt dây chuyền liên hoàn vận chuyển sát -xi trong nhà máy Highland Park, Michigan. Dây chuyền này là thành quả của quá trình hoàn thiện không ngần nghỉ kể từ khi mẫu xe “T” được đưa ra thị trường vào năm 1908. Điều này đã không thể có được nếu như không có giai đoạn thử nghiệm hệ thống băng chuyền vận chuyển các chi tiết máy và đưa việc lắp ráp các chi tiết chính của xe vào dây chuyền liên tục vào năm 1913. Đến cuối năm 1914, những cải tiến trên dây chuyền vận chuyển sát -xi đã rút ngắn thời gian lắp ráp hoàn chỉnh một chiếc Model “T” xuống còn 1 tiếng rưỡi. Nỗ lực và cải tiến không ngừng tại nhà máy Highland Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Park dẫn đến chỉ riêng dây chuyền lắp ráp Model “T” đã có tới 15,000 máy móc và thiết bị hỗ trợ. Henry Ford có hứa nếu như trong năm sau số xe Model “T” bán vượt mức 300,000 chiếc, công ty sẽ giảm giá cho tất cả các khách hàng, và vào cuối năm thì Ford đã phải chi ra hơn 15 triệu đôla cho 308 313 chủ nhân của Model “T”. Có được sự ưu việt của dây chuyền lắp ráp liên hoàn, Ford áp dụng chính sách lao động ” một ngày làm việc 8 giờ lương 5 đôla”, mức luơng này cao gấp đôi mức bình thường, nhưng Ford thừa hiểu rằng làm như vậy ông sẽ tạo ra một cú huých cho thị trường mẫu xe “T”. Với dây chuyền liên hoàn, Ford đã đẩy sản lượng vượt quá mức 500,000 xe/năm trong khi hạ giá thành Model “T” xuống 440 đôla và tăng lương công nhân lên 5 đôla/ngày- gấp đôi mức tiêu chuẩn của nghành công nghiệp Mỹ và tương đương với 6 ngày làm việc của một công nhân tại Anh. Do đó sức mua của một công nhân làm việc cho Ford gấp đôi sức mua của một công nhân Mỹ khác và gấp sáu lần một công nhân Anh có cùng kỹ năng làm việc. Cadillac giới thiệu động cơ V8 đầu tiên của Mỹ 1915 Tính từ 1911, công ty Chevrolet của Durant đã xuất xưởng 16,000 chiếc. Durant đổi cổ phiếu của Chevrolet cho các cổ đông GM với tỷ lệ 5 cổ phần Chevrolet lấy 1 của GM. Western Auto supply một công ty chuyên sản xuất phụ kiện cho Model “T” tại thành phố Kansas với tổng trị giá hàng hóa 229,000 đôla vào thời điểm này, mở tiếp một nhà máy thứ hai ở Denver để đáp ứng nhu cầu ngày một tăng của khách hàng . Thời gian sử dụng của một chiếc lốp bình thường chỉ vào khoảng 09 tháng, đến năm 1930 tăng lên đến 2 năm rưỡi. Sản lượng ôtô của Mỹ hàng năm vượt qua mức 800,000 chiếc. Vào đầu tháng 12 Henry Ford thuê tầu chiến hạm SS Oscar II tới châu Âu và gọi nó là con tầu Hòa Bình. Cùng đi với ông là một nhóm nhà hoạt động chống chiến tranh với sứ mệnh kêu gọi chấm dứt chiến tranh cùng với khẩu hiệu “Hãy để những đứa trẻ rời chiến hào trước lễ Giáng Sinh”. Nhưng khi Ford trở về thất bại với vai trò của một sứ giả hòa bình thì sự ghẻ lạnh của công chúng khiến James Couzens phải từ bỏ vị trí quản lý, nhưng vẫn giữ lại cổ phiếu trong công ty. Đã có 2 triệu ôtô tại Mỹ Số lượng 91780 xe xuất xưởng đã đưa Willys-Overland trở thành nhà sản xuất ôtô lớn thứ 2 trên thế giới. 1916 Alfred P. Sloan bán công ty Hyatt Roller Bearing đang rất phát đạt với giá là 13,5 triệu đôla cho General Motor. Trở nên rất giầu có sau thương vụ này nhưng Sloan vẫn chưa thỏa mãn, viễn cảnh sự giầu sang được nhân lên gấp bội nếu ông có chân trong Ban Quản Trị của GM đã khiến ông gia nhập tập đoàn GM với chức danh giám đốc United Motors, một công ty nhỏ sản xuất phụ kiện. Nhưng đây lại là quãng thời gian đầy sóng gió khi bên cạnh ông là một Durant đầy tài năng và cao ngạo. Cho đến khi Pierre S.Du Pont ra tay giúp Gm thoát khỏi cuộc khủng hoảng vào năm 1920, thì Sloan mới được trọng dụng do Du Pont nhận thấy khả năng quản lý của Sloan là một trong những tài sản đáng giá nhất của GM. Trong những năm 20 sau đó chính Du Pont và Sloan là những người đem lại sự hùng mạnh cho GM. Anh em nhà Dodge (nắm giữ 55,2% cổ phiếu của Ford Motor) đưa Henry Ford ra tòa vì họ đã không nhận được lợi tức cho số cổ phiếu của công ty sau khi Ford đã dồn hết lợi nhuận cho việc mở rộng công ty. Anh em nhà Dodge thắng kiện và điều này làm cho Henry Ford nổi giận, dọa sẽ bỏ luôn Ford Motor để lập ra một công ty mới đương đầu với Ford Motor nếu như không để lại cho ông toàn bộ cổ phiếu . Anh em nhà Dodge, James Couzens cùng các cổ đông khác đành miẽn cưỡng chiều theo yêu cầu của Ford và tự an ủi rằng chắc chỉ có Chúa mới ngăn cản được Ford Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  không làm chuyện đó. Sau đó thì Ford cùng vợ và con trai đã thu hồi được tất cả số cổ phiếu trong công ty. Ford Motor lúc này trị giá một tỷ đôla. Không có khả năng cạnh tranh với Ford về giá cả và giá trị sản phẩm trong con mắt người tiêu dùng, các hãng sản xuất ôtô khác giới thiệu phương thức mua bán bằng thẻ tín dụng và xem đây là cách để lôi cuốn khách hàng. Lần đầu tiên sản xuất ôtô hàng năm ở Mỹ vượt quá con số 1 triệu chiếc, trong số đó phân nửa là Ford Model “T”. Ford đã bán được 734,811 chiếc Model “T” chỉ trong vòng có một năm. Ngày 01 tháng 08 năm 1916 mẫu xe “T” nhỏ được bán với giá 345 đôla còn mẫu xe “T’ touring bán với giá 360 đôla. Với 4,5 lít xăng Ford Model có thể chạy được tới 20 dặm Số xe ôtô được đăng ký tại Mỹ lên tới 4,8 triệu đôla, trong khi đó phần còn lại của cả thế giới chỉ đạt 720,000 chiếc. Một bằng chứng thể hiện sự ảnh hưởng của ôtô đối với cuộc sống ngừơi dân Mỹ là những khẩu ngữ như “Đi ẩu” đã trở thành những câu cửa miệng. Hẳn là các bạn đang băn khoăn làm sao những người thợ của Ford có thể lắp được tới 26,000 chiếc xe chỉ trong một tháng mà không hề có dây chuỳên lắp ráp? Đây là câu trả lời: Những chiếc khung được xếp ở giữa thành một hàng trên các gác gỗ trong nhà máy. Các chi tiết máy được chuyển tới từng Sát –xi. Các công nhân lắp ráp di chuyển dọc theo các Sát- xe và mỗi người chỉ thực hiện một thao tác lắp ráp. Chẳng hạn khi đến công đoạn lắp bánh xe thì sẽ có một người đưa bốn bánh xe tới vị trí lắp ráp. Khi những người thợ ráp bánh xe vào một sát –xi thì những bánh xe khác sẽ được đưa đến sát –xi tiếp theo để người thợ tiếp tục làm việc trên sát –xi thứ hai sau khi kết thúc sát- xi thứ nhất. Giai đoạn 1920 – 1930 1920 Hệ thống phanh thuỷ lực cho cả bốn bánh được giới thiệu. Sản xuất ôtô hàng năm ở Mỹ đạt gần 2,3 triệu chiếc. Pháp, nhà sản xuất lớn thứ hai trên thế giới với sản lượng 40 ngàn chiếc. Tổng sản lượng trên thế giới đạt gần 2,4 triệu chiếc. 1921 Khi William Durant buộc phải rời GM, Ford chiếm tới hơn 60% thị phần xe hơi nước Mỹ. Thị phần của GM chưa tới 12%. Về phần mình Durant ngay lập tức kiếm được 7 triệu đôla để thành lập Durant Motor nhờ việc mua lại tài sản của công ty phá sản Locomobile ở Bridgeport, Connecticut. Chưa dừng lại ở đây , Durant sau đó đã huy động được 5,25 triệu đôla để mua lại một nhà máy sản xuất tiên tiến bậc nhất tại Mỹ từ tay Willys-Overland. 1922 Dưới sự điều hành của Alfred P. Sloan, chỉ chưa đầy một năm General Motors đã bán được 457.000 xe, đạt 61 triệu đôla lợi nhuận. Chiểu theo ý của Edsel Ford, Ford Motor mua lại công ty Lincoln Motor do Henry Leland thành lập năm 1921. GM phó thác việc quản lý Chevrlet cho một cựu nhân viên của Ford là William Knudsen. Có trong tay một dây chuyền lắp ráp và mầu sơn sặc sỡ của Du Pont, Knudsen quyết tâm vực dậy một Chevrlet đang ngắc ngoải nhằm cạnh tranh với Ford Model T. Durant Motors giới thiệu mẫu xe ‘Star’ với giá 348 đôla nhằm cạnh tranh với Ford Model T. Henry Ford liền bán phá giá buộc Durant phải thoái lui. Lốp xe bơm hơi lần đầu tiên được giới thiệu. 1923 Chủ tịch hãng Yellow Cab, ông John D. Hertz mua lại một công ty nhỏ chuyên cho thuê xe và lập ra một công ty cho thuê xe tự lái mang tên Hertz Drive-Ur-Self System. Lần đầu tiên trong ngành công nghiệp ôtô Mỹ, doanh số bán ra của xe mui kín vượt qua doanh số bán xe mui trần. Phân nửa số xe trên nước Mỹ được mua bằng thẻ tín dụng. Sản lượng ôtô của Mỹ vượt qua con số 3.7 triệu chiếc. Đã có 13 triệu xe ôtô tại Mỹ, và 108 nhà sản xuất ôtô nhưng trong đó có 10 nhà sản xuất đã chiếm tới 90% sản lượng hàng năm. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  GM bán được 800.000 chiếc, đạt 80 triệu đôla lợi nhuận. 1924 Trong hai năm liên tiếp, số lượng xe Model T được sản xuất vượt qua ngưỡng 2 triệu chiếc/năm. Giá xe giảm xuống còn 290 đôla/chiếc. Quá nửa số xe trên toàn thế giới là Ford Model T. 1925 Nhà sáng chế Francis Davis tại Waltham, Mass phát triển hệ thống trợ lực lái có hiệu quả đầu tiên và sau đó lắp trên một chiếc Pierce-Arrow 1921. Hệ thống này được trang bị cho các xe quân sự trong Thế chiến thứ hai. Nhưng phải đến năm 1951 phát kiến này mới có mặt trên các xe Thương mại. Tiêu thụ nhiên liệu trung bình cho mỗi xe ôtô tại Mỹ là 473 gallons/năm. Giá xe Ford Model T Roadster giảm xuống còn 260 đôla. Đã có 10 000 đại lý bán xe Model T. Maxwell Motor được tổ chức lại và có tên mới Chrysler Corporation. 1926 Armory Haskell thành lập công ty kính an toàn Triplex dựa trên một bằng sáng chế từ năm 1910 về kính an toàn mà ông đã mua lại. Kính an toàn có giá là 8,80 đôla/1 foot vuông – để thay thế toàn bộ kính trên một chiếc Cadillac sẽ phải mất 200 đôla. Henry Ford rất quan tâm đến sản phẩm này và quyết định đầu tư để phát triển mở rộng. Tại Mỹ có 43 nhà sản xuất ôtô. Sau thời điểm này không có một nhà sản xuất mới nào chen chân được vào công ngành công nghiệp này. GM giới thiệu thương hiệu Pontiac, thực ra chỉ là thương hiệu Oakland được đặt lại tên. Sản lượng ôtô của Mỹ đạt 4 triệu chiếc/năm. Đối mặt với sự cạnh tranh quyết liệt của Chevrolet, Ford Model T với khởi động điện được bán với giá chỉ 350 đôla. Thanh toán bằng thẻ tín dụng đã trở thành tiêu chuẩn của ngành công nghiệp ôtô. Số xe mua bằng thẻ tín dụng chiếm 2/3 doanh số xe mới được bán ra. 1927 Vào giữa năm 1927 – 1930 Chevrolet đã mua và tiêu huỷ 650.000 xe cũ trong một nỗ lực nhằm vực dậy thị trường xe mới. Doanh số của Ford Model T giảm xuống chỉ còn 1/3 so với cùng kỳ năm 1926. Thậm chí với giá 200 đôla Ford cũng không thể duy trì được doanh số bởi vào thời điểm này khách hàng sẵn sàng mua xe đã sử dụng 4 đến 5 năm thay vì mua Model T vì họ cho rằng những chiếc xe cũ có giá trị và nhiều tính năng hơn. Vào thời điểm Ford chấm dứt sản xuất Model T, đã có 15.458.781 chiếc được bán ra thị trường. Đã có tới hơn 20 triệu xe hơi tại Mỹ. Chấm dứt sản xuất Model T đồng nghĩa với 100.000 công nhân mất việc làm. Ford dừng sản xuất khi doanh số tụt giảm, sau đó bắt đầu thiết kế và nâng cấp dây chuyền sản xuất để cho ra đời mẫu mới: Model A. Khi chấm dứt sản xuất Model T, doanh thu của ngành ôtô đã đứng thứ ba trong bảng tổng sắp hàng hoá xuất khẩu. Cứ 4,5 người Mỹ thì có một người có xe ôtô và 55% gia đình người Mỹ sở hữu một chiếc xe ôtô. Một năm kém may mắn cho các nhà sản xuất, từ 108 nhà sản xuất nay giảm xuống còn 44 nhà sản xuất chỉ trong một năm. Sự tăng trưởng mang tính chất đột biến trong vòng 20 năm qua đã chính thức chấm dứt. Thị trường trao đổi xe cũ (Trade-in) đóng một vai trò ngày một quan trọng trong doanh số của ngành công nghiệp ôtô. Thị trường cho những người mua xe lần đầu tiên ở Mỹ đã bão hoà. Lần đầu tiên, doanh số xe thay mới bán ra vượt qua doanh số của cả số xe được bán cho những người mua xe lần đầu tiên cộng với số xe bán cho các tổ chức kinh doanh (fleets). Một chiếc xe cũ còn tốt được bán ngang giá với Model T, và một chiếc xe kiểu cách hơn nhiều của Chevrolet đắt hơn Model T chỉ có 200 đô. Lần đầu tiên doanh số của Chevrolet vượt qua đối thủ Ford. 1928 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Chrysler quảng cáo mẫu Chrysler Imperial “80”, 112 mã lực là mẫu xe mạnh nhất của Mỹ. Đáp lại, Stutz đưa ra mẫu 113 mã lực. Chrysler Motors giới thiệu Plymouth để cạnh tranh với Chevrolet và Ford trong dòng xe bình dân. Những chiếc Plymuoth mới được trang bị động cơ có tỷ số nén cao và hệ thống phanh thuỷ lực cho cả 4 bánh. 1929 Các nhà sản xuất ôtô Mỹ đã bán được 4.5 triệu chiếc trong thị trường nội địa. GM bán được 1.9 triệu xe du lịch và xe tải nhẹ, đạt 248 triệu đôla lợi nhuận sau thuế. Doanh thu của GM bị ảnh hưởng nặng nề do cuộc Đại suy thoái, doanh thu của năm 1932 chỉ bằng 1/3 của năm 1929. Tuy nhiên, GM đã qua khỏi cơn sóng gió vẫn mang lại được lợi nhuận và lợi tức cho các cổ đông vào tất các năm. Cho đến năm 1939, doanh thu lại đạt mức như năm 1929. Sản xuất hàng loạt đòi hỏi một số vốn khổng lồ do đó các hãng nhỏ như thế gần như là không có đất sống. Chỉ ba hãng lớn General Motors, Ford, và Chrysler đã chiếm tới 80% doanh số bán ra của xe mới. Trong năm cuối của thời kỳ thịnh vượng của ngành xe hơi nước Mỹ đã có 5,3 triệu xe được xuất xưởng, một kỷ lục cho đến tận năm 1949 mới bị phá vỡ. Có tới 26,7 triệu chiếc xe được đăng ký tại Mỹ, tổng số quãng đường người dân Mỹ đi trong năm là 198 tỷ dặm. 1930 Sản lượng ôtô hàng năm của Mỹ đạt đỉnh điểm vào năm 1929 với 5,3 triệu chiếc và giảm xuống còn 2,4 triệu chiếc vào năm 1930. Trong khi xe hơi vẫn còn là một mặt hàng xa xỉ đối với đại đa số người dân Anh, thì Anh đã vượt qua Pháp để trở thành nhà sản xuất lớn thứ hai trên thế giới với sản lượng 230.000 chiếc. Nhật Bản, mới gia nhập làng ôtô thế giới cũng góp mặt với số lượng 500 xe vào năm 1930. Tổng sản lượng ôtô trên thế giới chỉ đạt 4,1 triệu chiếc. Tuổi thọ của một chiếc lốp xe điển hình tăng lên hai năm rưỡi. Tiêu hao nhiên liệu trung bình cho mỗi chiếc xe tại Mỹ là 599 gallons xăng mỗi năm. Giai đoạn 1931 – 1940 1931 Mỹ đã xây dựng được 830.000 dặm đường cao tốc. Với 26 triệu xe được đăng ký người dân Mỹ đã đi tổng cộng quãng đường 216 tỷ dặm. 1932 Tháng 6 năm 1932, Alfred Sloan triệu tập ban Giám đốc của GM nhằm thông qua kế hoạch chấm dứt dây chuyền sản xuất Cadillac vốn đã bị xuống cấp trầm trọng sau cuộc Đại suy thoái. Ý tưởng này nhằm theo chân Packard đang dẫn đầu thị trường với các mẫu xe sang trọng đang nhằm tới khách hàng có thu nhập thấp. Loại bỏ một Cadillac không thể mang lại lợi nhuận sẽ khiến cho nhãn hiệu rẻ tiền hơn là LaSalle trở thành nhãn hiệu đắt tiền nhất của GM. Một Kỹ sư trẻ, Nicholas Dreystadt xin 10 phút trong cuộc họp để trình bầy kế hoạch cứu vãn Cadillac. Giống như phần lớn các nhà sản xuất, GM cũng mang cả tính phân biệt chủng tộc vào trong kinh doanh – GM không bán Cadillac cho người da đen. Dreystadt để cho Ban quản trị biết rằng những người da đen giầu có đã sở hữu những chiếc Cadillac thông qua những người bạn da trắng của họ. Dreystadt đưa ra lý lẽ, tại sao không đưa cả người da đen giầu có vào nhóm Khách hàng mục tiêu của Cadillac, thậm chí một phần nhỏ của việc mở rộng thị trường cũng tạo ra sự khác biệt lớn Ban giám đốc GM cho Dreystadt 18 tháng để thử nghiệm. Cho đến năm 1934, thương hiệu Cadillac đã mang về lợi nhuận. Năm 1940, doanh số của Cadillac đã tăng 100%. Bên cạnh việc thể hiện một bước tiến nhỏ để xoá bỏ phân biệt chủng tộc trong kinh doanh, sáng kiến của Dreystadt đã dành được sự ủng hộ của những người da đen giầu có. Đây là một ví dụ điển hình của việc áp dụng Marketing trong ngành công nghiệp ôtô. 1934 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Tại Anh, Morris Motors là nhà sản xuất đầu tiên áp dụng dây chuyền sản xuất ôtô. Phân phối thu nhập, sự sẵn có của các phương tiện giao thông công cộng, tính bảo thủ của người Anh, tất cả điều này đã ngăn cản sự phát triển của công nghiệp ôtô. Trước thời điểm này không một nhà sản xuất nào của Anh có đựơc doanh số bán hàng đủ để đầu tư vào nhà máy và thiết bị để sản xuất ôtô với dây chuyền công nghiệp. Xác định ôtô là một thứ hàng hoá xa xỉ phẩm đã khiến cho ngành công nghiệp ôtô của Anh có xu hướng nghiêng về quy mô nhỏ, manh mún. 1935 Thành phố Oklahoma (Mỹ), trở thành thành phố đầu tiên trên thế giới lắp đặt các đồng hồ tự động tính tiền đỗ xe. Doanh số của thị trường ôtô Mỹ (tính từ 1900) vượt qua 50 triệu chiếc. Cứ 5 người Mỹ thì có một chiếc xe ôtô. Nghiệp đoàn Công nghiệp ôtô được thành lập (United Automobile Workers). 1936 William C. Durant, người sáng lập General Motors, bị phá sản với một khoản nợ lên tới 1 triệu đôla. Với 22% thị phần xe mới của Mỹ, Ford xếp hàng thứ ba trong số các nhà sản xuất ôtô Mỹ. General Motor chiếm 43%, Chrysler đứng thứ hai chiếm 25%. Chỉ ba Đại gia này đã chiếm giữ 90% thị phần xe hơi nước Mỹ. 1937 General Motor thừa nhận Nghiệp đoàn công nghiệp ôtô là đại diện hợp pháp cho Công nhân. 1938 Ngành công nghiệp ôtô của Mỹ vẫn chịu ảnh hưởng của cuộc Đại suy thoái với sản lượng chỉ dừng lại ở 2.5 triệu xe. Nước sản xuất ôtô đứng thứ hai là Anh với 445 ngàn chiếc, chiếm 9% tổng sản lượng thế giới là 4 triệu chiếc (ít hơn cả sản lượng của Mỹ trong năm 1929). Ngành công nghiệp ôtô non trẻ của Nhật Bản đóng góp 24.000 chiếc. 1939 General Motor giới thiệu hộp số tự động. General Motor, Ford và Chrysler chiếm 90% sản lượng ôtô của Mỹ. Trong khi đó 10% còn lại thuộc về ‘Middle Five’ bao gồm Hudson, Nash, Packard, Studebaker và Willys-Overland. 1940 Tiệu thụ nhiên liệu trung bình hàng năm cho mỗi xe là 773 gallon. Bộ Quốc Phòng Mỹ mời 135 nhà sản xuất dự thầu chế tạo một loại xe việt dã 4 bánh chủ động với trọng lượng không vượt quá 1300 pound và tải trọng 500 pound. Chỉ có hai công ty dự thầu: American Bantam và Willys-Overland. American Bantam dành được gói thầu nhưng ngay sau đó đã không đáp ứng được yêu cầu về thời gian và thiết kế do Bộ Quốc Phòng Mỹ đặt ra. WillysOverland được mời vào liên doanh. Các Kỹ sư của Willys-Overland sớm loại bỏ thiết kế nặng nề và yếu ớt của Bantam. Những nỗ lực của Willys đã mang lại thành quả là một chiếc xe việt dã hai cầu có trọng lượng rất nhẹ, trang bị động cơ 4 xi-lanh, 60 mã lực. Cho đến năm 1941, Willys nhận đơn đặt hàng đầu tiên từ Bộ Quốc Phòng Mỹ, những chiếc xe này có tên là ‘Jeep’ và có giá 740 đôla/chiếc. Lô xe ‘Jeep’ cuối cùng mà Quân đội Mỹ đặt hàng là vào năm 1982. Giai đoạn 1941 – 1950 1941 Nhà thiết kế hàng đầu của GM, Harley Earl trong một lần thăm quan nhà máy sản xuất máy bay Lockheed, khi tình cờ nhìn thấy chiếc phi cơ P-38 Lightning, hai động cơ, buồng lái kép và cánh đuôi kép, ông liền nảy ra ý tưởng đem những thiết kế này áp dụng vào xe hơi. Những mẫu xe đầu tiên của GM thời kỳ hậu chiến với thiết kế lấy cảm hứng từ chiếc phi cơ P-38 với phần cản trước có dáng dấp của hai động cơ máy bay đã trở nên nổi tiếng với tên gọi “Dagmars” trên các mẫu xe của GM trong suốt những năm 40 và đầu những năm 50. Những cánh đuôi kép xuất hiện lần đầu tiên với thiết kế của Earl trên chiếc xe Cadillac 1948. Trong vòng một thập kỷ, những thiết kế này đã trở thành dấu ấn riêng của xe hơi Mỹ vào những năm 50. Trào lưu này chấm dứt vào đầu những năm 60 khi người Kế nhiệm của Earl, Bill Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Mitchell khởi xướng một phong cách thiết kế mới với những đường nét khoẻ khoắn vuông vắn. Xu hướng thiết kế này được áp dụng trên các xe hơi của Mỹ trong suốt những năm 60 cho đến cuối thập kỷ 80. Ford buộc phải chấp nhận yêu cầu của Uỷ Ban Công Đoàn Quốc Gia về thành lập nghiệp đoàn trong công ty. 1942 Từ 1942 cho đến 1945, ngành công nghiệp ôtô của Mỹ đã đóng góp 20% tổng giá trị sản lượng hàng hoá và khí tài dành cho Thế Chiến thứ II. Tổng giá trị hàng hoá của ngành công nghiệp ôtô Mỹ trong giai đoạn này vượt qua 29 tỷ đôla. 1945 Chiếc Volkswagen Beetle đầu tiên xuất xưởng. Mẫu xe con “Bọ” được sản xuất cho đến năm 1977. Số lượng xe hơi của Mỹ giảm xuống đáng kể và trở nên già cỗi do đình trệ sản xuất trong chiến tranh. Trong số 25 triệu xe đăng ký tại Mỹ, thì phân nửa là số xe đã hơn 10 năm tuổi. 1946 Thế chiến thứ II kết thúc, có nghiã các sản phẩm phục vụ cho quân đội cũng chấm dứt sản xuất, Willys-Overland liền giới thiệu mẫu xe nổi tiếng CJ, phiên bản dân sự của mẫu xe nhà binh Jeep. Cho đến 1949, Willys đã gây dựng được vị thế của một nhà sản xuất xe việt dã thể thao lớn mà tên tuổi của nó đã gắn liền với dòng xe này cho tới 40 năm sau. 1948 Lốp không xăm lần đầu tiên được giới thiệu. 1950 Sản lượng xe hơi Mỹ chiếm 2/3 tổng sản lượng toàn thế giới.Thời kỳ bùng nổ xe hơi. Mỹ sản xuất hơn 8 triệu xe trong 10,5 triệu chiếc của toàn bộ nghành công nghiệp ô tô thế giới. Anh Quốc chiếm vị trí thứ 2 với sản lượng 784 ngàn xe. Nhật Bản vừa hồi phục sau Thế chiến cũng đã đóng góp 32 ngàn xe. Kinh tế thị trường hà khắc khiến cho mỗi mẫu xe muốn có được lợi nhuận phải đạt doanh số 200 ngàn xe được tiêu thụ. Giai đoạn 1945 – 1965 1954 Do sức ép đòi hỏi quy mô sản xuất lớn của thị trường Mỹ, các nhà sản xuất trong nhóm 5 nhà sản xuất hạng trung ‘Middle Five’ bắt buộc phải sáp nhập với nhau để tồn tại. Nash và Hudson liên kết lập ra American Motors. Studebaker và Packard nay cũng sáp nhập thành một Studebaker-Packard. 1955 Một năm được mùa cho ngành công nghiệp ô tô thế giới với tổng sản lượng hơn 13,7 triệu chiếc. Mỹ vẫn đóng vai trò chủ đạo trong nghành công nghiệp ô tô thế giới với sản lượng 9,2 triệu xe. Anh Quốc duy trì vị trí thứ 2 nhưng sản lượng đã lên tới gần 1,3 triệu chiếc. Sản lượng hàng năm của Nhật Bản đã tăng hơn gấp đôi so với năm 1950 với 69 ngàn xe được sản xuất. Lượng xăng tiêu thụ hàng năm cho một xe hơi tại Mỹ lên tới 3600 lít. Ford giới thiệu mẫu xe 2 chỗ Thunderbird đầu tiên. Chevrolet giới thiệu mẫu xe 265ci trang bị động cơ V8 mới (mẫu V8 đầu tiên của Chevrolet được sản xuất từ năm 1917-1918). Doanh số xe hơi hàng năm tại Mỹ lên tới mức kỷ lục gần 7,2 chiếc trong đó chưa tới 50 ngàn chiếc là xe nhập khẩu. 1957 Kỹ sư người Đức Fritz Wankel chế tạo mẫu động cơ rô-to đầu tiên và kiểu động cơ này được đặt tên theo tên ông: động cơ Wankel. Đây là bước đột phá về thiết kế động cơ đầu tiên kể từ khi động cơ điezel được phát triển vào năm 1895. 1958 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  8 % số xe hơi bán tại Mỹ là xe nhập khẩu, phân nửa số đó là mẫu xe con bọ Volkswagen Beetles. Sản lượng xe hơi Mỹ hàng năm giảm xuống còn 7,9 triệu chiếc. Sản lượng xe hơi toàn thế giới đã lên tới 16,4 triệu chiếc. Thời kỳ Mỹ thao túng nghành công nghiệp ô tô thế giới đã chấm dứt. Đối thủ cạnh tranh với Mỹ chủ yếu dến từ Châu Âu, Đức với sản lượng hơn 2 triệu xe đã soán ngôi thứ 2 của Anh Quốc với 1,8 triệu xe. Vị trí thứ 4 thuộc về Pháp với 1,4 triệu xe. Nhật Bản có tỷ lệ tăng trưởng mang tính hiện tượng, tăng 700% so với số liệu của năm 1955 với 482 ngàn xe được tiêu thụ. Tuy nhiên con số này mới chiếm 3 % sản lượng xe hơi của cả thế giới. 1964 Studebaker-Packard là nhà sản xuất xe hơi đầu tiên của Mỹ trang bị tiêu chuẩn dây đai an toàn cho tất cả các mẫu xe của mình. Trong nỗ lực tuyệt vọng để gia tăng doanh số, Ford giới thiệu mẫu xe thể thao Mustang. Đây không phải là một định hướng chiến lược của Ford mà là dự án của một nhà quản lý trẻ, năng động và tham vọng có tên Lee Iacocca. Thực chất Ford đã theo chân Chevrolet với thành công kỳ lạ của Chevrolet Monza, một phiên bản đắt tiền của mẫu xe ế ẩm Chevrolet Corvair. Các kỹ sư của Ford đã tập hợp tất cả các phụ kiện lắp ráp- rất nhiều phụ kiện dành cho mẫu Falcon- và bán cho khách hàng theo dạng phụ kiện lựa chọn. Với giá bán 2300 đô-la cho một chiếc Mustang nhưng khách hàng trung bình lại bỏ ra thêm 1000 đô-la cho các phụ kiện lựa chọn đã khiến Mustang mang lại lợi nhuận khổng lồ cho Ford. Không có khả năng cạnh tranh cho dù đã sáp nhập vào năm 1954, Studebaker-Packard không có lựa chọn nào khác ngoài việc chấm dứt sản xuất. 1965 Bộ luật Kiểm soát và Hạn chế khí thải ra đời tại Mỹ mở ra kỷ nguyên mới với các quy định hà khắc hơn cho nghành công nghiệp ô tô. Sản luợng xe hơi của Mỹ lên tới 11,1 triệu xe/năm, nhưng thị trường xe hơi thế giới đã phát triển trên diện rộng, có nghĩa Mỹ vẫn để mất thị phần vào tay các đối thủ cạnh tranh nước ngoài. Xe hơi Mỹ vẫn chiếm 45% sản lượng toàn cầu, nhưng thực tế là đã sụt giảm rất nhiều so với mức 48% của năm 1960, 67% của năm 1955 và 76% năm 1950. Nhật Bản đã nổi lên là nhà sản xuất có mức sản lượng đáng kể nhưng chưa đạt tới mức có thể gây ảnh hưởng lớn tới thị trường xe hơi thế giới. Sản lượng hàng năm đạt 1,9 triệu xe đã giúp Nhật Bản vượt qua Pháp để trở thành nước sản xuất ô tô lớn thứ 4 (xếp sau Mỹ, Đức, Anh), nhưng sản lượng của Nhật Bản vẫn chỉ chiếm 7% sản lượng xe hơi toàn cầu. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Chương 1. ĐIỀU KHIỂN PHA PHỐI KHÍ 1.1. Điều khiển pha phối khí thông minh Quá trình trao đổi khí trong động cơ rất quan trọng quyết định đến công suất sinh ra của động cơ và ảnh hưởng đến các chất phát thải gây ô nhiễm môi trường. Do vậy cần phải có hệ thống phân phối khí điều khiển hoạt động đóng mở các xupáp nạp, xả linh hoạt phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ. Hệ thống phối khí phải đảm bảo quá trình thay đổi khí là nạp đầy và thải sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt khí. Xác định thời điểm đóng, mở của xupáp nạp và xupáp xả được thể hiện theo góc quay của trục khuỷu, và được gọi là “sơ đồ định thời xupáp”. Các xupáp lần lượt đóng, mở không phải tại điểm chết trên (TDC: Top Dead Centre ) và điểm chết dưới (BCD: Bottom Dead Centre ). Thực ra, xupáp nạp mở ngay trước TDC và đóng sau BCD, còn xupáp xả thì mở trước BCD và đóng ngay sau TDC. Việc định thời van như trên nhằm làm tăng hiệu quả nạp và xả khí nhờ quán tính; vì thế xupáp được định thời đóng, mở sớm hơn và muộn hơn so với vị trí của piston. Gần đây, trong một số động cơ, việc định thời cho xupáp có thể thay đổi được, ví dụ VVT-i (Hệ điều khiển xupáp biến thiên thông minh), và những cơ chế không những chỉ kiểm soát định thời xupáp mà còn kiểm soát cả hành trình nâng xupáp, như VVTL-i (Hệ thống định thời biến thiên và nâng xupáp thông minh). Độ ổn định của chế độ chạy không tải, cải thiện công suất phát ra, hoặc hiệu quả của sự lặp về định thời xupáp đã được tận dụng bằng cách tạo ra được khả năng thay đổi định thời xupáp. Hình 1.1. Pha phối khí động cơ Hiện nay trên các động cơ ô tô hiện đại pha phối khí được điều khiển rất thông minh và linh hoạt tùy theo các chế độ làm việc của động cơ như dưới bảng 1.1 ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Bảng 1.1. Bảng thông thống số kỹ thuật của động cơ TOYOTA Động cơ No. Số xy lanh và bố trí Cơ cấu xu páp Trục cam nạp mở Trục cam nạp đóng Trục cam xả mở Trục cam xả đóng Dung tích xy lanh [cm3] Đường kính xy lanh X Hành trình [mm] Tỉ số nén Công suất tối đa [kW @ rpm] (HP @ rpm) Mô men xoắn tối đa [N·m @ rpm] ’07 CAMRY ’05 CAMRY 2GR-FE 1MZ-FE 6 xy lanh chữ V ← 24 xu páp DOHC, Dẫn động xích, VVT-i kép 24 xu páp DOHC, Dẫn động đai, VVT-i trục cam nạp -3o ~ 37o BTDC 71o ~ 31o ABTC 60o ~ 25o BBDC 4o ~ 39o ATDC Kiểu xe 3,456 2995 94.0 x 83.0 87.5 X 83 10.8 10.5 200 @ 6,200 (268 @ 6,200) (212 @ 5800) 336 @ 4,700 292 @ 4400 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  1.2. Điều khiển xupáp thông minh 1.2.1. Hệ thống điều khiển xupáp VVT-I Hệ thống điều khiền xupáp thông mình VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence) là hệ thống điều khiển góc phân phối khí được hãng xe ô tô Toyota áp dụng dựa theo nguyên lý điều khiển điện – thủy lực. Hệ thống này này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp, xả dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động. Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động cung cấp nhiên liệu. Hệ thống điều khiển xupáp biến thiên VVT-i được thiết kế với mục đích nâng cao mô men xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc. Cấu tạo của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit, bơm và đường dẫn dầu, bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện từ, các cảm biến: cảm biến VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát. Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, vòi phun nhiên liệu và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đánh lửa. Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ tổng hợp được và ra tín hiệu điều khiển phối khí tối ưu cho buồng đốt. Như vậy, thay cho hệ thống trục cam kiểu cũ với độ mở xupáp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các xupáp. Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ. Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỉ lệ % nhiên liệu được đốt. Thông tin từ đây được gửi về ECU và cũng được phối hợp xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môi trường. Hiện nay, VVT-i được áp dụng rộng rãi trên các mẫu xe hạng trung của Toyota, đặc biệt với thiết kế động cơ 4 xi-lanh cỡ vừa và nhỏ.VVT-I Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm. Như trên hình, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu các cảm biến. Thời điểm phối khí được điều khiển như sau. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 1.2:Hệ thống VVT-i • Khi nhiệt độ thấp, khi động cơ chạy ở tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ: Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tăng công suất động cơ • Khi tải trung bình, hay khi động cơ chạy ở tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hoàn khí xả) nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. • Khi tốc độ cao và tải nặng Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hinh 1.3: Biều đồ thề hiện thời điểm phối khí Cấu tạo Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu. Hình 1.4 : Bộ điều khiển VVT –I và van điều khiển dầu phối khí Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Bộ điều khiển VVT-i Hình 1.5 : Bộ điều khiển VVT-i Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp, xả. Áp suất dầu bơm từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp, xả sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp. Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ. Ngoài loại trên, cũng có một loại mà piston dọc chuyển theo hướng trục giữa các then xoắn của bánh răng bên ngoài (tương ứng vưới vỏ) và bánh răng trong (gắn trực tiếp vào trục cam) để làm xoay trục cam. Van điều khiển dầu phối khí trục cam Hình 1.6.Van điều khiển phối khí trục cam VVT - i Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệ hiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa. Hoạt độngVan điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp, xả tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí. ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn. Nguyên lý hoạt động ECU động cơ tính toán thời điểm phối khí tối ưu dựa trên tín hiệu được cung cấp từ các cảm biến ,sau đó so sánh với thời điểm phối khí thực tế( từ tín hiệu cảm biến VVT) và điều khiển van dầu để đạt đến vị trí cần chỉnh. Hệ thống VVT-i thay đổi góc phối khí của trục cam tối ưu theo các chế độ hoạt động của động cơ nhằm nâng cao mômen xoắn, tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm dựa vào các cảm biến: cảm biến vị trí trục khủy, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến VVT-I, cảm biến nhiệt độ nước,cảm biến lưu lượng khí nạp, tín hiệu về tốc độ xe. Hình 1.7. Hệ thống điều khiển VVT-i - Thay đổi thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.các chế độ làm việc của hệ thống. + Làm sớm thời điểm phối khí. Hình 1.8. Bộ điểu khiển VVT- i khi mở sớm Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp, xả để thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm. Khi van điều chỉnh được đặt ở vị trí hình vẽ, bộ ECU của động cơ điều khiển áp suất dầu tác động lên khoang cách gạt phía làm sớm thời điểm phối khí. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hoạt động của bộ điều khiển (mở sớm). Khi ECU động cơ điều khiển van dầu đến vị trí như hình vẽ , dầu áp lực được dẫn vào buồng phía mở sớm, mômen xoắn do then hoa xoắn tạo ra làm cho trục cam xoay theo hướng mở sớm. +Làm muộn thời điểm phối khí HÌnh 1.9. Sơ đồ hệ thống làm muộn thời điểm phân phối khí Hoạt động của bộ điều khiển (mở muộn). Khi ECU động cơ điều khiển van dầu đến vị trí như hình vẽ, dầu áp lực được dẫn vào buồng phía mở muộn, mômen xoắn do then hoa xoắn tạo ra làm cho trục cam xoay theo hướng mở muộn. + Giữ nguyên: Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống VVT-i giữ nguyên Khi ECU động cơ điều khiển van dầu đến vị trí trung gian, dầu được giữ nguyên trong cả hai buồng và trục cam được giữ nguyên tại vị trí cần điều chỉnh. * Điều khiển của ECU: Dựa trên các tín hiệu: Tốc độ động cơ, lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát, ECU điều khiển thời điểm mở xupáp theo chế độ khác nhau Bảng 2: Điều chỉnh thời điểm phối khí của hệ thống Góc phối khí Chế độ hoạt Mục tiêu điều chỉnh Hiệu quả động Xupap nạp : - Mở sớm : 60 - Đóng muộn : 470 ‐ Chạy ổn ‐ Chế độ đinh ở chế không tải độ không tải ‐ Tiết kiệm Thời điểm phối khí của trục cam nạp ‐ Tải nhẹ nhiên liệu được làm trễ nhất và độ trùng lặp hơn xupáp giảm đi , giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Xupap nạp : - Mở sớm : 60 - 390 - Đóng muộn : 190 ‐Tải trọng trung bình ‐Trong phạm vi từ tốc độ thấp tới trung bình ở tải nặng ‐ Cải thiện ô nhiễm khí xả ‐ Tiết kiệm nhiên liệu hơn ( tới phía làm sớm) Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Xupap nạp : - Mở sớm : 390 - Đóng muộn : 190 ( Tới phía làm sớm) Rút ngắn thời gian đóng xupap nạp để nâng cao hiệu quả nạp Mô men xoắn được cải thiện trong dải tốc độ thấp tới trung bình Xupap nạp : - Mở sớm : 60 - Đóng muộn : 470 ‐Trong phạm vi tốc độ coa với tải nặng Khí xả được cải thiện ( Tới phía làm muộn) Kéo dài thời gian đóng xupap nạp để nâng cao hiệu quả nạp Xupap nạp : - Mở sớm : 60 - Đóng muộn : 470 ‐ ‐Tại nhiệt độ thấp Độ trùng lặp xupáp giảm đi ,ngăn chặn khí xả chạy ngược lại phía nạp làm ảnh hưởng xấu tới quá trình cháy ‐Chế độ khởi động ‐Động cơ ở chế độ không hoạt động ‐Tốc độ chạy không tải nhanh thì ổn định ‐Tiết kiệm nhiên liệu hơn Xupap nạp : - Mở sớm : 60 - Đóng muộn : 470 ‐ Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ nhất và độ trùng lặp xupáp giảm đi , giảm khí xả chạy ‐Nâng cao khả năng khởi động Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  ngược lại phía nạp. 1.2.2. Hệ thống VVTL-i Cũng là hệ thống phân phối khí thông minh có cấu tạo gần giống với VVT-I, việc chuyển đổi giữa hai vấu cam có biên dạng khác nhau dẫn đến làm thay đổi hành trình của xupáp. Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECU động cơ điều khiển chuyển đổi giữa 2 vấu cam nhờ van điều khiển dầu VVT-L dựa trên các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu. Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-I gần giống như những bộ phận của hệ thống VVT-i. Đó là van điều khiển dầu cho VVTL, các trục cam và cò mổ. Van điều khiển dầu cho VVTL điều khiển áp suất dầu cấp đến phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển vị trí van ống do ECU động cơ thực hiện Trục cam và cò mổ Để thay đổi hành trình xupáp, người ta chế tạo trên trục cam 2 loại vấu cam, một loại vấu cam ứng với tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao cho mỗi xilanh. Hình 1.11. Trục cam Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xupáp và vấu cam. Áp suất dầu từ van điều khiển dầu của VVTL đến lỗ dầu trong cò mổ và áp suất này đẩy chốt hãm bên dưới chốt đệm. Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  HÌnh 1.12. Các chế độ làm việc của hệ thống VVTL-I Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo và chốt đệm được tự do. Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theo hướng thẳng đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao. Trục cam nạp và xả có các vấu cam với 2 hành trình khác nhau cho từng xylanh, và ECU động cơ chuyển những vấu cam này thành vấu cam hoạt động bằng áp suất dầu - Tốc độ thấp và trung bình (tốc độ động cơ: dưới 6000 vòng/phút) Như trên hình vẽ, van điều khiển dầu mở phía xả. Do đó, áp suất dầu không tác dụng lên cơ cấu chuyển vấu cam. HÌnh 1.13. Điều khiển ở Tốc độ thấp và trung bình Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  HÌnh 1.14. Cụm trục cam – cò mổ Áp suất dầu không tác dụng lên chốt chặn. Do đó, chốt chặn bị đẩy bằng lò xo hồi theo hướng nhả khóa. Như vậy, chốt đệm sẽ lặp lại chuyển động tịnh tiến vô hiệu hóa. Nó sẽ dẫn động xupáp bằng cam tốc độ thấp và trung bình. - Tốc độ cao (Tốc độ động cơ: trên 6000 vòng/phút, nhiệt độ nước làm mát: cao hơn 600C). Ở dải tốc độ thấp, thời gian mở xupáp được tối ưu hóa nhằm đạt được mômen xoắn cần thiết để xe có thể di chuyển tốt nhất ở vòng tua thấp, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu. Ở dải tốc độ cao, độ mở xupáp và thời gian mở xupáp được tăng lên, không khí được nạp vào nhiều hơn. Hệ thống cung cấp cho xe khả năng di chuyển tốt ở tốc độ thấp và tăng hiệu suất động cơ khi tốc độ xe tăng lên. Hình 1.15. Điều khiển ở tốc độ cao Như trên hình vẽ 1.15, phía xả của van điều khiển dầu được đóng lại sao cho áp suất dầu tác dụng lên phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam. Lúc này bên trong cò mổ, áp suất dầu đẩy chốt chặn đến dưới chốt đệm để giữ chốt đệm và cò mổ. Do đó, cam tốc độ cao ấn xuống cò mổ trước khi cam tốc độ thấp và trung bình tiếp xúc với con lăn. Nó dẫn động các xupáp bằng cam tốc độ cao. ECU động cơ đồng thời phát hiện rằng vấu cam đã được chuyển sang vấu cam tốc độ cao dựa trên tín hiệu từ công tắc áp suất dầu. 1.2.3. Công nghệ VTEC của Honda Hệ thống VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) nhằm cải thiện hiệu suất động cơ ở tốc độ thấp và cao bằng cách bố trí hai loại vấu cam ở mỗi xilanh, vấu cam tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao. Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của động cơ mà sử dụng loại vấu cam phù hợp. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  HÌnh 1.16. Cấu tạo vấu cam Qua nhiều năm phát triển, các động cơ của Honda đã sử dụng qua năm loại hệ thống VTEC khác nhau gồm: (1) VTEC có một trục cam đặt trên gọi là SOHC; (2) VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu; (3) VTEC có hai trục cam đặt trên DOHC; (4) VTEC có xilanh không tải và (5) công nghệ iVTEC thông minh. Kết cấu của 5 modun trên khác nhau nhưng nói chung chúng giống nhau về mặt nguyên lý vì tất cả đều sử dụng loại trục cam có vấu kép, một vấu dùng khi tốc độ thấp và một vấu dùng ở tốc độ cao. Ở dải tốc độ thấp, các xupáp mở ít và thời gian mở ngắn lại do tốc độ của vấu cam giảm. Hiệu quả thực tế của công nghệ VTEC phụ thuộc vào điều kiện chạy xe và kiểu xe. Bộ điều khiển trung tâm ECM/PCM liên tục theo dõi sự thay đổi tình trạng hoạt động của động cơ như tải trọng, số vòng quay và tốc độ chạy xe. Dựa vào các thông số đầu vào này, ECM/PCM sẽ xác định và tính toán để kích hoạt hoặc hủy bỏ chế độ VTEC Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Chương 2. CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ VÀ RUNG ĐỘNG 2.1. Khái niệm về cân bằng động cơ và rung động Khi động cơ làm việc ở trạng thái ổn định, nếu lực và mô men tác dụng trên bệ, gối đỡ của động cơ không thay đổi trị số và chiều tác dụng thì động cơ được coi là cân bằng. Khi động cơ làm việc ở trạng thái không cân bằng, lực truyền cho hệ động cơ luôn luôn thay đổi, làm tăng mức độ rung chấn và khiến cho bu lông bị lỏng ra, một số chi tiết bị quá tải, độ mài mòn tăng và xuất hiện nhiều hiện tượng xấu khác. Nguyên nhân khiến cho động cơ không cân bằng là do khi làm việc trong động cơ tồn tại các lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến, khối lượng chuyển động quay và các mô men do chúng sinh ra, nếu các lực quán tính và mô men quán tính này tự triệt tiêu lẫn nhau thì động cơ về lý thuyết được coi là cân bằng nhưng trong thực tế khó có thể cân bằng hoàn toàn các lực quán tính và mô men do chúng sinh ra nếu không có các biện pháp phù hợp. Một nguyên nhân khác làm cho động cơ rung động là trong động cơ luôn tồn tại mô men lật (MN). Rung động động cơ làm ảnh hưởng không tốt đến tính tiện nghi của ô tô, tạo ra tiếng ồn, tạo ra rung động thân xe ảnh hưởng đến hành khách ngồi trên xe. Nguyên nhân là do các lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến, khối lượng chuyển động quay và các mô me do các lực này sinh ra, Một nguyên nhân khác làm cho động cơ rung động là trong động cơ luôn tồn tại mô men lật (MN). 2.2. Các giải pháp cân bằng và giảm rung động cơ Muốn cho động cơ được cân bằng, phải thiết kế sao cho hợp lực của các lực quán tính cấp 1 và cấp 2 của khối lượng chuyển động tịnh tiến, lực quán tính của khối lượng chuyển động quay đều bằng không. Tổng mônmen do chúng cũng bằng không, Các lực quán tính bậc cao hơn cũng như mô men do chúng sinh ra đều được bỏ qua. Trên thực tế thì điều kiện cân bằng động cơ như sau: n n ⎧ 2 = = p m R ω cos α C cos α i = 0 ∑ ∑ j j i j 1 ⎪ i =1 i =1 ⎪ n n ⎪ 2 = = p m R ω λ cos 2 α λ C i j ∑ cos 2α i = 0 ⎪ j2 ∑ j i =1 i =1 ⎪ n ⎪ 2 ⎧ p j1 = 0(const ) ⎪ p r = ∑ m r Rω = 0 ⎪ i =1 ⎪ ⎨ n n ⎪ p j 2 = 0(const ) ⎪M = h m Rω 2 cos α = C ⎪ ∑ j1 i j i j ∑ hi cos α i =0 ⎪ i =1 i =1 ⎪ pr = 0(const ) ⎪ n n ⎨ ⎪M = h λm Rω 2 cos 2α = λC ⎪M j1 = 0(const ) ∑ j2 i j i j ∑ hi cos 2α i = 0 ⎪ i =1 i =1 ⎪ ⎪ n ⎪M j 2 = 0(const ) ⎪M = h m Rω 2 = 0 ⎪ i r ⎪⎩ r ∑ M r = 0(const ) i =1 ⇔⎩ (2.1) Trong đó: p j1 p j 2 p r , , : tổng lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp một, cấp hai và lực quán tính chuyển động quay. M j1 M j 2 M r , , : tổng mô men lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp một, cấp hai và chuyển động quay tương ứng. hi: Khoảng cách từ đường tâm xy lanh thứ i đến điểm lấy mô men. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  ai: Vị trí của pít tông xy lanh thứ i. mr = mr : Khối lượng chuyển động quay của khuỷu trục i (được coi là như nhau với tất cả các khuỷu trục). C j = m jω 2 R = const R: Bán kính quay của trục khuỷu. L: Chiều dài của thanh truyền. R λ= L : Thông số kết cấu của động cơ. mj : Khối lượng chuyển động tịnh tiến (được coi là như nhau với tất cả các xy lanh). Các biện pháp nâng cao tính tự cân bằng của động cơ Để nâng cao tính tự cân bằng, ngoài việc thoả mãn các biểu thức (2.1), cần chú ý tới những yêu cầu dưới đây khi thiết kế và chế tạo động cơ: - Khoảng cách giữa hai xy lanh kề nhau phải giống như nhau. - Lựa chọn bố trí các khuỷu kết hợp với thứ tự công tác hợp lý đối với động cơ nhiều xy lanh. - Khối lượng các nhóm piston lắp trên cùng một động cơ phải bằng nhau hoặc và cùng toạ độ trọng tâm. - Trọng lượng của các thanh truyền phải bằng nhau và cùng toạ độ trọng tâm. - Khối lượng và bán kính quay của các khuỷu trục phải giống nhau. - Các chi tiết tham gia chuyển động quay của cơ cấu TKTT và các chi tiết liên quan đều phải được tiến hành cân bằng tĩnh và cân bằng động trên các máy cân bằng chuyên dùng. - Cơ cấu phối khí của các xy lanh phải được điều chỉnh để có các thông số kỹ thuật giống nhau. - Tỷ số nén và hình dạng buồng cháy của các xy lanh phải giống nhau. - Góc đánh lửa sớm (với động cơ xăng) và góc phun sớm (với động cơ diesel) của các xy lanh phải giống nhau. - Thành phần hỗn hợp của các xy lanh phải giống nhau. Yêu cầu về lắp ráp động cơ. Khi lắp đặt phải tính toán và lựa chọn loại giảm chấn phù hợp, có khả năng giảm biên độ cộng hưởng. Chọn các bu lông đai ốc phải đủ bền, xiết chặt đều như nhau và có biện pháp phòng lỏng khi lắp động cơ lên giá đỡ (bệ) động cơ. Biện pháp sử dụng. Thường xuyên kiểm tra tránh không cho dầu mỡ chảy vào các đệm giảm chấn ở chân động cơ, gây biến dạng dãn nở cao su mất khả năng đàn hồi. Đảm bảo cho động cơ làm việc bình thường (ở miền tốc độ cho phép). Góc đánh lửa (động cơ xăng) và góc phun sớm (động cơ diesel) phải được điều chỉnh hợp lý. Tuy nhiên, tất cả các biện pháp nêu trên chỉ là những giải pháp nhằm đảm bảo độ cân bằng sẵn có của động cơ. Để tăng tính tự cân bằng của động cơ thì có các biện pháp sau: - Chọn số xy lanh và cách bố trí các xy lanh. Để tăng độ đồng đều mô men do động cơ phát ra Me, người ta thường tăng số xy lanh, cách bố trí các xy lanh, cách bố trí các khuỷu trục của trục khuỷu (lựa chọn góc công tác) hợp lý, đảm bảo các xy lanh làm việc cách quãng đều nhau. - Dùng đối trọng để cân bằng (Phương pháp lanchester). FW. Lanchester người Anh, một nhà chế tạo xe tiên phong, hàng đầu của Anh Quốc. Những xe của ông thết kế và cho xuất xưởng vào những năm 1896-1900 là những xe có động cơ hoàn thiện đầu tiên xuất hiện ở Anh. FW. Lanchester đã có rất nhiều phát minh sáng chế trong lĩnh vực ôtô động cơ, đó là hộp số hành tinh, bộ truyền (cơ cấu lái), kiểu trục-bánh vít, trong đó có động ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại cơ không rung chấn đặt nằm ngang. Việc giảm rung chấn được thực hiện bằng cơ cấu trục-khối lượng (đối trọng) để cân bằng mà ngày nay ta quen gọi là phương pháp Lanchester Các trục cân bằng được sử dụng trong các động cơ có dung tích làm việc lớn, với các xy-lanh bố trí trong một hàng, nhằm giảm bớt rung động. Trục cân bằng được trang bị đối trọng và quay với tốc độ gấp hai lần tốc độ trục khuỷu. Sự rung động của trục cân bằng được sử dụng để khử sự rung của trục khuỷu, bằng cách tạo ra rung động theo chiều ngược lại. Tốc độ quay của trục khuỷu dưới đường tâm “O” (va) và trên đường tâm “O” (vb) là như nhau. Tuy nhiên, nếu lấy đường tâm “O” làm chuẩn thì khoảng cách mà piston di chuyển (La) và (Lb) là khác nhau. Vì (La) và (Lb) cùng sử dụng một quãng thời gian như nhau cho một chu trình, nên tốc độ (Va) và (Vb) sẽ khác nhau. Vì tốc độ di chuyển của piston ở trên và dưới đường tâm “O” là khác nhau, nên xuất hiện một khoảng trong quán tính, vì thế làm cho động cơ rung động. Đối với động cơ bốn xy-lanh, thẳng hàng, khi các xy-lanh 2 và 3 ở ĐCD còn các xy-lanh 1 và 4 ở ĐCT, thì có chênh lệch vị trí là 1800 , tạo ra độ rung gấp hai lần khi trục khuỷu quay. Hình 2.1. Cấu tạo trục cân bằng Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Chương 3. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 3.1. Hệ thống phun xăng điện tử 3.1.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử a. Lịch sử phát triển Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap nạp nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic… Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng vòi phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp). Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng LJetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny. Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt. Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử b. Phân loại và ưu nhược điểm * Phân loại Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo vòi phun, ta có 2 loại: + Loại CIS (continuous injection system) Đây là kiểu sử dụng vòi phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản: - Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí. - Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy. - Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. - Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe châu âu model trước 1987. Do chúng đã lỗi thời nên quyển sách này sẽ không đề cập đến. + Loại AFC (air flow controlled fuel injection) Sử dụng vòi phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với vòi phun điện có thể chia làm 2 loại chính: − D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor). − L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt vòi phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại: + Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Vòi phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai vòi phun. Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp. + Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi vòi phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm). ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển vòi phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection). Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI - electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên là (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ. Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 2 loại: analog và digital. ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog). ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để, từ đó, hình thành xung điều khiển vòi phun. Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital). * Ưu điểm của hệ thống phun xăng − − − − Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Có thể đạt được tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga. Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. − Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao. − Do vòi phun được bố trí gần supap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được trộn tốt hơn. 3.2. Cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ phun xăng điện tử được mô tả trên hình 3.2 và 3.3. Hệ thống bao gồm: đầu vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; đầu ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như vòi phun, bobine, van điều khiển cầm chừng… ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại INPUT (SENSORS) OUTPUT (ACTUATORS) Tốc độ động Tải động cơ (MAP) Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ khí Nhiệt độ nhiên liệu E Kim phun nhiên liệ Hệ thống đánh lửa C Điều khiển cầm chừng Vị trí bướm Cảm biến oxy Điện áp accu Các cảm biến khác U Hệ thống chẩn đoán Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ Điều khiển hỗn hợp cầm chừng Hệ thống cấp khí Cảm biến lưu lượng gió Các cảm biến khác ECU Điều khiển tốc độ cầm chừng Cảm biến bướm ga ĐộNG Cơ Kim phun nhiên liệu Hệ thống cấp nhiên liệu Hình 3.3: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng 3.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình phun xăng ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa trên lập trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc tối ưu. a. Lý thuyết điều khiển Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển trên ô tô thường được thiết kế với liên hệ ngược (feedback control). Mặc dù trong một hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thống với một thông số. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trên hình 3.4a. r(t) Ve Xử lý VA tín hiệu U(t) Cơ cấu chấp hành Động cơ đốt trong ξ(t) Cảm biến Vξ(t) Hình 3.4a: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển phun xăng với liên hệ ngược Thông số điều khiển xuất hiện ở đầu ra (động cơ đốt trong) được ký hiệu ξ(t). Tín hiệu so r (t) đã được định sẵn. Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu Vξ(t) tỉ lệ thuận với ξ(t), tức là: Vξ (t) = ks.ξ (t) Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve (t): Ve (t) = r (t) - Vξ (t) Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ ở chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0. Trên thực tế, giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch này để hình thành xung VA(t) điều khiển cơ cấu chấp hành (chẳng hạn vòi phun). Việc thay đổi này sẽ tác động đến thông số đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ tỉ lệ hòa khí). b. Điều khiển phun xăng Việc lựa chọn thuật toán điều khiển phun xăng phụ thuộc vào các yếu tố mà nhà chế tạo ưu tiên như” - Điều khiển chống ô nhiễm Việc hòa trộn hỗn hợp có thể thực hiện bằng 2 cách phun trên đường ống nạp hoặc phun trong xylanh (GDI). Nếu đủ thời gian, hỗn hợp hòa khí sẽ phân bố đồng nhất trong xylanh với tỉ lệ thay đổi trong khoảng 0.9 < λ < 1.3. đối với động cơ phun trực tiếp GDI với tỉ lệ hòa khí rất nghèo λ > 1.3 cũng phải tạo ra vùng hỗn hợp tương đối giàu ở vùng gần bugi trong buồng cháy. Quá trình cháy bắt đầu từ khi có tia lửa và được đặc trưng bởi: • Ngọn lửa màu xanh đối với hỗn hợp đồng nhất và tỉ lệ lý tưởng. Trường hợp này không có muội than hình thành. • Ngọn lửa màu vàng đối với hỗn hợp phân lớp và tỉ lệ hòa khí nghèo. Muội than sẽ hình thành. Các chất độc trong khí thải như: CO, HC, NOX phụ thuộc mạnh vào tỉ lệ hòa khí: λ < 1: tăng lượng HC và CO. λ = 1: có đủ 3 chất CO, HC, NOX để phản ứng với nhau trong bộ xúc tác. Sau bộ xúc tác có rất ít chất độc. λ ≅ 1.1 : lượng NOX sẽ đạt giá trị cực đại do nhiệt độ buồng cháy cao và còn thừa oxy. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại λ > 1.1: giảm NOX và nhiệt độ buồng cháy, tăng hàm lượng HC do thỉnh thoảng không cháy được hỗn hợp. λ > 1.5: chế độ đốt nghèo với khí độc thấp trừ NOX. Hàm lượng O2 còn trong pô có thể được dùng để xác định tỉ lệ λ nếu λ ≥ 1 thông qua cảm biến oxy. - Công suất động cơ Hỗn hợp giàu λ < 1 : Hỗn hợp lý tưởng λ = 1 : Hỗn hợp tương đối nghèo 1 < λ< 1.5 : Hỗn hợp nghèo λ > 1.5 : công suất dung tích xylanh đạt cực đại nhờ lượng nhiên liệu tăng. Sử dụng phổ biến ở chế độ tải lớn trước 1970. Ngày nay chỉ được dùng trong chế độ làm nóng (warmup) động cơ. Hàm lượng chất độc trong khí thải cao. công suất tương đối cao. Được sử dụng để tăng hiệu suất của bộ xúc tác. hiệu suất tốt nhờ tăng lượng khí nạp nhưng hàm lượng NOX tăng. Sử dụng ở chế độ tải nhỏ trước 1980. hiệu suất rất cao nhưng hàm lượng NOX vẫn còn lớn, vì vậy phải có bộ xúc tác cho NOX. Lượng nhiên liệu tổng cộng được phun ra phụ thuộc vào các thông số sau: − − − − − − Lưu lượng khí nạp theo thời gian m’a. − − − − − − − − − Kiểm soát lượng xăng phun theo thời gian theo lượng khí nạp để đạt tỉ lệ mong muốn. Góc mở bướm ga αt. Tốc độ động cơ n. Nhiệt độ động cơ ϒe. Nhiệt độ môi trường (khí nạp) ϒa. Điện áp ắc quy Ub. c. Chức năng chính của điều khiển phun xăng Tăng lượng nhiên liệu ở chế độ làm nóng sau khởi động lạnh. Tăng lượng khí nạp lẫn nhiên liệu (tăng hỗn hợp) cho động cơ nguội vì ma sát lớn. Bù lượng nhiên liệu bám trên ống nạp. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc hoặc tốc độ quá cao. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và áp suất khí trời đối với L - Jetronic. Điều chỉnh tốc độ cầm chừng. Điều chỉnh λ. Điều chỉnh lưu hồi khí thải. d. Phun gián đoạn Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  So với kiểu phun liên tục (K-Jetronic), phun gián đoạn tiết kiệm nhiên liệu hơn nhờ độ chính xác cao hơn. Công suất động cơ thay đổi trong khoảng lớn. Tỉ lệ công suất động cơ toàn tải và cầm chừng là: PMAX = 100 PMIN Trong khi đó, tốc độ thay đổi trong một khoảng hẹp hơn. nMAX = 10 nMIN Ở một chế độ hoạt động cố định, lượng xăng phun ra theo thời gian m’f tỉ lệ với công suất hiệu dụng Pe của động cơ. Nếu phun gián đoạn, trong mỗi chu kỳ, một lượng nhiên liệu nào đó được phun ra. Số lần phun trên giây sẽ tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ. Thời gian phun theo một chu trình cháy phụ thuộc vào các thông số sau: − Lưu lượng không khí nạp tính bằng khối lượng m’a: có thể đo trực tiếp (trong L – Jetronic) hoặc gián tiếp (trong D – Jetronic). Ngoại trừ hệ thống phun nhiên liệu cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt, các hệ thống phun nhiên liệu khác phải kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp và áp suất khí trời. − Tỉ lệ hòa khí lựa chọn λo: tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng. Một bảng giá trị (look-up table) có thể chứa các giá trị λo=f (m’a,n) cũng có thể đưa vào EEPROM. − Tỉ lệ hòa khí thực tế λ: phụ thuộc vào các thông số như nhiệt độ động cơ trong quá trình làm nóng hoặc sự hiệu chỉnh để tăng đặc tính động học (tăng tốc, giảm tốc, tải lớn, cầm chừng). Trong động cơ diesel, λ luôn > 1.3 − Điện áp ắc quy: ảnh hưởng đến thời điểm nhấc vòi phun. Vì vậy, để bù trừ thời gian phun sẽ phải cộng thêm một khoảng thời gian tùy theo điện áp ắc quy: Tinj + ∆ t(Ub) Trong D-Jetronic (sử dụng MAP sensor) lượng khí nạp tính bằng khối lượng có thể suy ra từ áp suất đường ống nạp Pm hoặc góc mở bướm ga αt. Lưu lượng không khi nạp vào xylanh cũng phụ thuộc vào các thay đổi áp suất trên ống nạp p’m. m’a = f (pm ’ p’m ’ n) Lượng khí nạp trong một chu trình: m Hệ số nạp tương đối λa (λa = a ) ở tốc độ thấp có thể được tăng nhờ cộng hưởng âm trên math đường ống nạp đến mỗi xylanh, các cộng hưởng phát xuất từ việc đóng mở supap. Dạng hình học của ống nạp được thiết kế cho tốc độ thấp, sao cho áp suất cực đại cho cộng hưởng xảy ra ở supap hút đúng khi nó mở. Như vậy, có nhiều không khí đi vào buồng đốt và tăng hệ số nạp cũng như công suất động cơ. Tần số cộng hưởng thường nằm giữa 2000 rpm và 3000 rpm. Tần số càng thấp thì kích thước ống nạp càng lớn. Lưu đồ thuật toán điều khiển trình bày trên hình 3.4b. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Khởi động Nhập tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí xylanh Nhập t /h vị trí bướm ga Nhập tín hiệu tải động cơ Nhập t /h nhiệt độ ĐC Nhập t /h điện áp hệ thống False True Động cơ đang khởi động Nhập tín hiệu kích nổ Động cơ chưa hoạt động False True False True Động cơ vượt tốc True Tải hoặc tốc độ thay đổi False Tìm thời gian phun Điều chỉnh thời gian phun theo điện áp Cắt nhiên liệu False Động cơ bị kích nổ True Điều chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ ĐC Điều chỉnh thời gian phun theo vị trí bướm ga Điều chỉnh sớm 10 Tìm thời gian mở kim Tìm góc đánh lửa sớm Hiệu chỉnh lượng phun và đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ Tính góc ngậm điện cơ bản ở chế độ khởi động Tính góc đánh lửa sớm cơ bản ở chế độ khởi động Tính lượng phun cơ bản ở chế độ khởi động Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệi độ động cơ Xuất tín hiệu điều khiển kim phun và bobine Điều chỉnh trễ 20 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.4b: Thuật toán điều khiển động cơ 3.2.3. Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào 3.2.3.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh trong L-Jetronic, người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng ta có thể phân làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng khí (cánh trượt, Karman …) và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí (dây nhiệt). A. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (từ năm 80 đến 95) Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt được sử dụng trên hệ thống L-Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp đi vào xylanh động cơ. Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất. Tín hiệu thể tích gió được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Hoạt động của nó dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế có điện trở thay đổi kiểu trượt. a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Bộ đo gió kiểu trượt bao gồm cánh đo gió được giữ bằng một lò xo hoàn lực, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, cảm biến không khí nạp, vít chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trượt được gắn đồng trục với cánh đo gió và một công tắc bơm xăng. 1.Cánh đo 2.Cánh giảm chấn 3.Cảm biến nhiệt độ khí nạp 4.Điện áp kế kiểu trượt 5.Vít chỉnh CO 6.Mạch rẽ 7.Buồng giảm chấn Hình 3.5: Bộ đo gió kiểu trượt Lượng gió vào động cơ nhiều hay ít tùy thuộc vào vị trí cánh bướm ga và tốc độ động cơ. Khi gió nạp đi qua bộ đo gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo. Khi lực tác động lên cánh đo cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ đứng yên. Cánh đo và điện áp kế được thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  b. Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng (vít chỉnh CO) Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió chính đi qua cánh đo gió và mạch gió rẽ đi qua vít chỉnh CO. Lượng gió qua mạch rẽ tăng sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo gió, vì thế, góc mở của cánh đo gió sẽ nhỏ lại và ngược lại. Hình 3.6: Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng Vì lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, nên tỉ lệ xăng gió có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ. Nhờ chỉnh tỉ lệ hỗn hợp ở mức cầm chừng thông qua vít CO nên thành phần % CO trong khí thải sẽ được điều chỉnh. Tuy nhiên, điều này chỉ thực hiện được ở tốc độ cầm chừng vì khi cánh đo gió đã mở lớn, lượng gió qua mạch rẽ ảnh hưởng rất ít đến lượng gió qua mạch chính. Trên thực tế, người ta còn có thể điều chỉnh hỗn hợp bằng cách thay đổi sức căng của lò xo. c. Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn có công dụng ổn định chuyển động của cánh đo gió. Do áp lực gió thay đổi, cánh đo gió sẽ bị rung, gây ảnh hưởng đến độ chính xác. Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, người ta thiết kế một cánh giảm chấn liền với cánh đo để dập tắt độ rung. Hình 3.7: Cánh giảm chấn và buồng giảm chấn ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại d. Công tắc bơm nhiên liệu (chỉ có trên xe Toyota) Công tắc bơm nhiên liệu được bố trí chung với điện áp kế. Khi động cơ chạy, gió được hút vào nâng cánh đo gió lên làm công tắc đóng. Khi động cơ ngừng, do không có lực gió tác động lên cánh đo làm cánh đo quay về vị trí ban đầu khiến công tắc hở khiến bơm xăng không hoạt động dù công tắc máy đang ở vị trí ON. Các loại xe khác không mắc công tắc điều khiển bơm trên bộ đo gió kiểu trượt. Hình 3.8: Công tắc bơm xăng trong bộ đo gió kiểu trượt e. Mạch điện Có hai loại cảm biến đo gió cánh trượt chỉ khác nhau về bản chất mạch điện. Loại 1: Điện áp VS tăng khi lượng khí nạp tăng chủ yếu dùng cho L-Jetronic đời cũ. Loại này được cung cấp điện áp ắc quy 12V tại đầu VB. VC có điện áp không đổi nhưng nhỏ hơn. Điện áp ở đầu VS tăng theo góc mở của cánh đo gió. Voltage of battery FC E1 E2 VB VC VS THA VB E2 VC E2 VS E2 Hình 3.9: Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp tăng ECU so sánh điện áp accu (VB) với độ chênh điện áp giữa VC và VS để xác định lượng gió nạp Nếu cực VC bị đoản mạch, lúc đó G tăng, ECU sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun cực đại, bất chấp sự thay đổi ở tín hiệu VS. Điều này có nghĩa là: khi động cơ ở cầm chừng, nhiên liệu được phun quá nhiều và động cơ sẽ bị ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động. Nếu cực VS bị đoản mạch, VC sẽ luôn ở mức cực đại làm cho G giảm, lúc này ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù có sự thay đổi ở tín hiệu VS. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Loại 2: Điện áp VS giảm khi lượng khí nạp tăng. Loại này ECU sẽ cung cấp điện áp 5V đến cực VC. Điện áp ra VS thay đổi và giảm theo góc mở của cánh đo. FC E1 E2 VC E2 VC E2 VS E2 VS THA Hình 3.10: Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp giảm B. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (Karman): a. Nguyên lý làm việc: Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vật lý sau: Khi cho dòng khí đi qua một vật thể cố định khó chảy vòng (thanh tạo xoáy - Karman Vortex) thì phía sau nó sẽ xuất hiện sự xoáy lốc thay đổi tuần hoàn được gọi là sự xoáy lốc Karman. Lý thuyết về sự xoáy lốc khi dòng khí đi ngang qua vật cản đã được đưa ra bởi Struhall từ năm 1878. Nhưng mãi đến năm 1934, dụng cụ đo đầu tiên dựa trên lý thuyết này mới được chế tạo. Ngày nay có rất nhiều sáng chế trong lĩnh vực này được ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp trong hệ thống điều khiển phun xăng, nhưng trong khuôn khổ giáo trình này chỉ khảo sát hai loại chính: loại Karman quang và loại Karman siêu âm. Karman kiểu quang Là loại cảm biến đo lưu lượng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp. So với kiểu trượt, nó có ưu điểm là nhỏ gọn và nhẹ hơn. Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản sẽ giảm trở lực trên đường ống nạp. b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình 3.11, bao gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí nạp. Khi dòng khí đi qua, sự xoáy lốc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman. Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo - transistor. Như vậy, tần số đóng mở của transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp. Tần số f được xác định theo công thức sau: f = S. Trong đó: V: vận tốc dòng khí V d ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại d: đường kính trụ đứng S: số Struhall (S = 0, 2 đối với cảm biến này) Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào các xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Photo - transistor Đèn led Gương (được tráng nhôm) Mạch đếm dòng xoáy Lưới ổn định Vật tạo xoáy Cảm bíến áp suất khí trời. Dòng xoáy. Hình 3.11: Bộ đo gió kiểu Karman quang Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và photo - transistor sẽ đóng mở ở tần số f thấp. Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần số f cao. Photo - transistor LED Gương Gió vào ít Lưu lượng gió trung Bộ tạo xoáy Hình 3.12: Cấu tạo và dạng xung loại Karman Mạch điện VC KS LED E2 ECU E1 Photo - Hình 3.13: Mạch điện đo gió kiểu Karman quang Gió vào nhiều ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Bộ đo gió Karman kiểu siêu âm (ultrasonic) Cấu tạo Bộ đo gió Karman kiểu siêu âm được sử dụng trong hệ thống LU-Jetronic (Misubishi, Huyndai) có cấu trúc tạo xoáy tương tự như kiểu quang nhưng việc đo tần số xoáy lốc được thực hiện thông qua sóng siêu âm. Nó bao gồm các bộ phận sau: Lỗ định hướng : phân bố dòng khí đi vào. Cục tạo xoáy : tạo các dòng xoáy lốc Karman. Bộ khuếch đại : tạo ra sóng siêu âm. Bộ phát sóng : phát các sóng siêu âm. Bộ nhận sóng : nhận các sóng siêu âm. Bộ điều chỉnh xung : chuyển đổi các sóng siêu âm đã nhận được thành các xung điện dạng số. Sóng siêu âm 102 Khuếch đại 107 Nguồn cung ấ Loa phát Dòng xoáy KarmanD Đến bướm ga 5V Bộ nhận Bộ điều hỉ h 10 Hình 3.14: Cấu tạo cảm biến đo gió Karman kiểu siêu âm Phương pháp đo gió Khi dòng khí đi qua cục tạo xoáy dạng cột với mặt cắt hình tam giác, nó sẽ tạo ra 2 dòng xoáy ngược chiều nhau: một dòng theo chiều kim đồng hồ và dòng kia ngược chiều kim đồng hồ (dòng xoáy Karman). Tần số xuất hiện dòng xoáy tỉ lệ thuận với lưu lượng khí nạp tức phụ thuộc vào độ mở của cánh bướm ga. Hình 3.15: Cách tạo xoáy lốc Khi không có dòng khí đi qua thì cục tạo xoáy không thể phát ra dòng xoáy Karman, vì thế sóng siêu âm được lan từ bộ phận phát sóng (loa) đến bộ nhận sóng (micro) trong một thời gian cố định T được dùng làm thời gian chuẩn để so. (xem hình 3.16). ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại T1 Loa phát Thời gian chuẩn T1 T1 T T2 T2 Bộ nhận Xung đã hiệu chỉnh Hình 3.16: Bộ phát sóng và dạng xung Sóng siêu âm khi gặp dòng xoáy theo chiều kim đồng hồ đi qua sẽ truyền đến bộ nhận nhanh hơn tức thời gian để sóng siêu âm đi qua đường kính d của ống nạp T1 ngắn hơn thời gian chuẩn T. Loa phát Loa phát Bộ nhận Bộ nhận Hình 3.17: Dòng khí xoáy cùng chiều sóng Hình 3.18: Dòng khí ngược chiều sóng siêu âm siêu âm Trong trường hợp sóng siêu âm gặp dòng xoáy ngược chiều kim đồng hồ, thời gian để bộ nhận sóng nhận được tín hiệu từ bộ phát là T2 lớn hơn thời gian chuẩn T (Hình 3.18). Như vậy, khi không khí đi vào xylanh, do các dòng xoáy thuận và nghịch chiều kim đồng hồ liên tục đi qua giữa bộ phát và bộ nhận nên thời gian đo được sẽ thay đổi. Cứ mỗi lần thời gian sóng truyền thay đổi từ T2 đến T, bộ chuyển đổi sẽ phát ra 1 xung vuông. Khi gió vào nhiều, sự thay đổi về thời gian sẽ nhiều hơn và bộ điều chỉnh phát xung sẽ phát ra xung vuông với tần số lớn hơn. Ngược lại, khi gió vào ít, ECU sẽ nhận được các xung vuông có mật độ thưa hơn. Như vậy thể tích gió đi vào đường ống nạp tỉ lệ thuận với tần số phát xung của bộ điều chỉnh. T Khi có nhiều không khí đi Khi có ít không khí đi qua T1 T T2 Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi d l T2 Tín hiệu xung ra ở bộ biến đổi ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 3.19: Xung ra của bộ đo gió Karman siêu âm thay đổi theo lưu lượng khí nạp Mạch điện +5V +12V Bộ nhận sóngs Bộ tạo sóng Bộ điều chỉnh Bộ phát sóng CPU ECU Hình 3.20: Mạch điện cảm biến đo gió Karman siêu âm  C. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH - Jetronic). Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dưạ trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt W thoát ra từ một linh kiện được nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt) như: dây nhiệt, màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt (thermistor) được đặt trong dòng khí nạp vào khối lượng gió G đi qua và được tính theo công thức sau: W = K .∆t .G n Trong đó: K: hằng số tỉ lệ ∆t: chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí. n: hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và môi trường. Sơ đồ cảm biến đo gió dây nhiệt loại nhiệt độ không đổi được trình bày trên hình 3.21. Điện trở RH (được nung nóng) và điện trở bù nhiệt RK (làm bằng platin) được mắc vào hai nhánh của cầu Wheatstone. Cả hai điện trở này đều được đặt trên đường ống nạp. Khi nối các ngõ vào của khuếch đại thuật toán l (OP AMP) với đường chéo của cầu, OP AMP1 sẽ giữ cho cầu luôn được cân bằng (có nghĩa là VA –VB = 0) bằng cách điều khiển transitor T1 và T2 , làm thay đổi cường độ dòng điện chảy qua cầu. Như vậy, khi có sự thay đổi lượng không khí đi qua, giá trị điện trở đo RH thay đổi làm cho cầu mất cân bằng, OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu giữ cho giá trị RH không đổi và cầu sẽ cân bằng với bất cứ vận tốc vào của dòng không khí. Tín hiệu điện thế ra của mạch đo được lấy từ R2 có hệ số nhiệt điện trở rất nhỏ, do đó tỉ lệ thuận với dòng điện đi qua nó. Tín hiệu này sau khi đi qua cầu phân thế gồm R3 và R4 được đưa đến OP AMP2 giữ chức năng chuyển phát. Điện trở R4 dùng để điều chỉnh điện thế ở ngõ ra. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại + RB T1 RH +U RK + A A1 T2 –U + A2 B + Uo R3 RP R2 R1 R6 R5 R4 R7 + Hình 3.21: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt Việc xác lập khoảng chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa phần tử nhiệt RH và nhiệt độ dòng khí được điều chỉnh bởi RP . Nếu ∆t càng lớn thì độ nhạy của cảm biến càng tăng. U (V) ?t = 1160C 3 ?t = 560C 2 ?t = 300C 1 100 200 300 400 G (Kg/h) Hình 3.22: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế ngõ ra vào khối lượng khí nạp ở các mức chênh lệch nhiệt độ khác nhau. Khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi sẽ dẫn tới sự thay đổi ∆t. Vì vậy, vấn đề cân bằng nhiệt được thực hiện bởi RK mắc ở một nhánh khác của cầu Wheatstone. Thông thường trong các mạch tỉ lệ RH : RK =1:10. Trong quá trình làm việc, mạch điện tử luôn giữ cho sự chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa dây nhiệt và dòng không khí vào khoảng 1500C (air mass sensor BOSCH). Để làm sạch điện trở nhiệt (bị dơ vì bị bám bụi, dầu…), trong một số ECU dùng cho động cơ có phân khối lớn, với số xylanh Z ≥ 6 còn có mạch nung dây nhiệt trong vòng một giây, đưa nhiệt độ từ 1500C lên 10000C sau khi tắt công tắc máy, trong trường hợp động cơ đã chạy trên 1500 vòng/phút, tốc độ xe trên 20km/h và nhiệt độ nước dưới 1500C (air mass senssor NISSAN). Theo số liệu của một số hãng, độ ẩm của không khí gần như không ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Trên cảm biến hãng HITACHI, cảm biến đo gió loại dây nhiệt thường được đặt trên mạch gió rẽ, song song với đường gió chính. Nhờ vậy mà hoạt động của cảm biến ít phụ thuộc vào sự rung động của dòng khí. Thang đo của cảm biến từ 9 ÷ 360 kg/h sai số 5 ÷ 7% và có độ nhạy cao nhờ hằng số thời gian của mạch chỉ vào khoảng 20ms. Đối với các xe Mỹ (GM, FORD…) thay vì dây nhiệt, người ta sử dụng màng nhiệt. Cảm biến đo gió loại màng nhiệt khắc phục được nhược điểm chủ yếu của loại dây nhiệt là độ bền cơ học của cảm biến được tăng lên. Hình 3.23: Cảm biến đo gió loại màng nhiệt 1. Thân; 2. Cảm biến nhiệt độ không khí; 3. Lưới ổn định; 4.Kênh đo4; 5. Màng nhiệt; 6. Mạch điện tử Hình 3.23 trình bày cấu tạo cảm biến đo gió loại màng nhiệt của hãng GENERAL MOTORS. Màng 5 gồm hai điện trở: điện trở đo RH và điện trở bù nhiệt RK được phủ trên một đế làm bằng chất dẻo. Sự chênh lệch nhiệt độ của RH với dòng không khí được giữ ở 70oC nhờ mạch tương tự như hình 3.21. Thang đo của cảm biến trong khoảng 15÷470 kg/h. Khi thiết kế cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt, đặt trên đường ống nạp của động cơ cần lưu ý những đặc điểm sau: 1. Cảm biến bị tác động bởi dòng khí trong đường ống nạp, bất kỳ từ hướng nào nên có thể tăng độ sai số khi có sự xung động của dòng khí. 2. Trên các chế độ chuyển tiếp của động cơ, (tăng tốc, giảm tốc…) do cảm biến có độ nhạy cao nên có thể xảy ra trường hợp không ăn khớp giữa tín hiệu báo về ECU và lượng không khí thực tế đi vào buồng đốt. Điều đó sẽ xảy ra nếu không tính đến vị trí lắp đặt của cảm biến và các quá trình khí động học trên đường ống nạp, sẽ làm trễ dòng khí khi tăng tốc độ đột ngột. 3. Cảm biến đo gió kiểu nhiệt đo trực tiếp khối lượng không khí nên ECU không cần mạch hiệu chỉnh hòa khí theo áp suất khí trời cho trường hợp xe chạy ở vùng núi cao. 4. Vít chỉnh CO trên cảm biến không nằm trên đường bypass mà là biến trở gắn trên mạch điện tử. 5. Trên một số xe, cảm biến đo gió kiểu nhiệt được kết hợp với kiểu xoáy Karman. Khi dòng không khí đi qua vật tạo xoáy, sự xoáy lốc của không khí sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ dây nhiệt theo tần số xoáy lốc. Tần số này tỉ lệ thuận với lượng không khí và được đưa về ECU xử lý để tính lượng xăng tương ứng. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Cảm biến kiểu nhiệt trước đây thường gặp trên các động cơ phun xăng có tăng áp (Turbo charger), vì áp lực lớn trên đường ống nạp nên không thể sử dụng MAP sensor hoặc cảm biến đo gió loại cánh trượt. Nhờ có quán tính thấp, kết cấu gọn, nhẹ, không có phần tử di động và ít cản gió, nên cảm biến đo gió kiểu nhiệt đã được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển phun xăng hiện nay. D. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP - Manifold Absolute Pressure sensor) Khác với L -Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp đi vào xylanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp sẽ thay đổi và MAP sensor sẽ chuyển thành tín hiệu điện thế báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh. Sau đó, dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa. Có ba loại: • Loại áp điện kế a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở. Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (Piezoresistor). 1 1. 2. 3. 4. 5. Mạch bán dẫn Buồng chân không Giắc cắm Lọc khí Đường ống nạp Hình 3.24: Cảm biến áp suất đường ống nạp 2 3 4 5 Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheastone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại 5KΩ 5V ECU 15KΩ R1 R2 R4 R3 15KΩ Khuếch đại Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp xuất đường ống nạp b. Mạch điện IC VC VC PIM PIM E2 E2 ECU 5V E1 Hình 3.26: Mạch điện cảm biến áp xuất đường ống nạp ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Điện áp ngõ ra (PIM) c. Đường đặc tuyến 4 2 1 150 (20) 450 (60) 750 (100) mmHg (kPa) Hình 3.27: Đường đặc tuyến của MAP sensor Hiện nay trên các ô tô, tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện thế (TOYOTA, HONDA, DAEWOO, GM, CHRYSLER…) và tần số (FORD). ở loại MAP điện thế, giá trị điện thế thấp nhất (lúc cánh bướm ga đóng hoàn toàn) và giá trị cao nhất (lúc toàn tảil) cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn cho việc lắp lẫn. • Loại điện dung Cảm biến này dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung tụ điện. Cảm biến bao gồm hai đĩa silicon đặt cách nhau tạo thành buồng kín ở giữa. Trên mỗi đĩa có điện cực nối hai tấm silicon với nhau. áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm cong hai đĩa vào hướng bên trong, làm khoảng cách giữa hai đĩa giảm khiến tăng điện dung tụ điện. Sự thay đổi điện dung tụ điện sinh tín hiệu điện áp gởi về ECU để nhận biết áp suất trên đường ống nạp. Đường ống nạp Đĩa Đĩa Buồng ngăn E C U Hình 3.28: Sơ đồ cấu tạo cảm biến MAP loại điện dung ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại • Loại sai lệch từ tuyến tính Đường ống nạp Đường ống nạp VOUT VOUT E C U VIN VOUT VIN E C U VOUT Hình 6.29: Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính Cảm biến này bao gồm một cuộn dây sơ cấp, hai cuộn dây thứ cấp quấn ngược chiều nhau và một lõi sắt di chuyển. Một nguồn điện áp xoay chiều được cung cấp cho cuộn sơ cấp. Khi lõi ở vị trí giữa, chênh lệch điện thế giữa hai cuộn thứ cấp bằng không. Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, buồng khí áp sẽ hút lõi thép di chuyển phù hợp với tải động cơ, lúc này từ thông qua hai cuộn thứ cấp sẽ khác biệt gây nên sự chênh lệch điện thế. Tín hiệu điện thế từ các cuộn thứ cấp được gởi về ECU nhận biết tình trạng áp suất trên đường ống nạp. 3.3.2 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) Báo cho ECU biết vị trí điểm chết trên hoặc trước điểm chết trên của piston. Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí của piston xylanh số 1 (hoặc số 6) được báo về ECU, còn vị trí các xylanh còn lại sẽ được tính toán. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun. Vì vậy, trong nhiều hệ thống điều khiển động cơ, số xung phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào kiểu phun (độc lập, nhóm hay đồng loạt) và thường bằng số lần phun trong một chu kỳ. Trên một số xe, tín hiệu vị trí piston xylanh số 01 còn dùng làm xung reset để ECU tính toán và nhập giá trị mới trên RAM sau mỗi chu kỳ (2 vòng quay trục khuỷu). Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed ; crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín hiệu NE) Dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức. Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà, hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc độ trục khuỷu. Cảm biến vị trí xylanh và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall... A. Loại dùng cảm biến điện từ a. Cấu tạo ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 3.30: Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE trên xe TOYOTA Trên hình 3.30 trình bày sơ đồ bố trí của cảm biến vị trí xylanh và tốc độ động cơ dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm có rotor để khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh cửu đứng yên. Số răng trên rotor và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ. Phần tử phát xung G có thể có 1; 2; 4 hoặc 6, còn phần tử phát xung NE có thể có 4; 24 hoặc sử dụng số răng của bánh đà. ở đây ta xem xét cấu tạo và hoạt động của bộ tạo tín hiệu G và NE loại một cuộn cảm ứng – một rotor 4 răng cho tín hiệu G và một cuộn cảm ứng - một rotor 24 răng cho tín hiệu NE. Hai rotor này gắn đồng trục với bộ chia điện, bánh răng tín hiệu G nằm trên, còn bánh răng phát tín hiệu NE phía dưới. Nam châm vĩnh ử Cuộn dây cảm Rotor Hình 3.31: Sơ đồ nguyên lý của loại dùng cảm biến điện từ b. Nguyên lý hoạt động (xem hình 3.31) Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy loại dộng cơ. Khi cựa răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nên có từ trở cao. Khi một cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện mộ sức điện động cảm ứng. Khi cựa răng rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại. • Tín hiệu G Cuộn cảm nhận tín hiệu G, gắn trên thân của bộ chia điện. Rotor tín hiệu G có 4 răng sẽ cho 4 xung dạng sin cho mỗi vòng quay của trục cam. Xem hình 3.32. • Tín hiệu NE ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Tín hiệu NE được tạo ra trong cuộn cảm cùng nguyên lý như tín hiệu G. Điều khác nhau duy nhất là rotor của tín hiệu NE có 24 răng. Cuộn dây cảm biến sẽ phát 24 xung trong mỗi vòng quay của delco. Mạch điện và dạng xung 1. Tín hiệu G (1 cuộn kích 4 răng) Tín hiệu NE (1 cuộn kích 24 răng). G G NE Igniter NE Engine ECU G- Tín hiệu G 180o CA Tín hiệu NET Hình 3.32: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE. Một số mạch điện và dạng xung của tín hiệu G và NE với số răng khác nhau trên TOYOTA 2. Tín hiệu G (1 cuộn kích, 2 răng). Tín hiệu NE (1 cuộn kích, 24 răng). 180oC G G G- Tín hiệu G 180oCA Tín hiệu NE NE N Hình 3.33: Sơ đồ và dạng xung loại 2/24 3. Tín hiệu G1 và G2 (2 cuộn kích, 1 răng). Tín hiệu NE (1 cuộn kích, 24 răng). 720o CA G1 G2 G NE GNE Tín hiệu G2 Tín hiệu G1 Tín hiệu NE ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 3.34: Sơ đồ và dạng xung loại 1/24 4. Tín hiệu NE (1 cuộn kích, 4 răng). NE Igniter NE Engine ECU 180o CA Tín hiệu NE Hình 3.35: Sơ đồ và dạng xung loại 1 cuộn dây chung cho G và NE kết hợp với IC đánh lửa 5. Tín hiệu G (1 cuộn kích, 1 răng). Tín hiệu Ne (2 cuộn kích, 4 răng). G G Tín hiệu G- NE G Engine ECU NE 180o CA Tín hiệu NE NE- Hình 3.36: Sơ đồ và dạng xung loại 1/4 6. Tín hiệu NE (2 cuộn kích, 4 răng) NE NE- Engine ECU NE 180o CA Tín hiệu NE Hình 3.37: Sơ đồ và dạng xung loại 2 cuộn dây chung cho G và NE 7. Tín hiệu G (1 cuộn kích, 1 răng). Tín hiệu NE (2 cuộn kích, 4 răng). Igniter NE GNE Engine ECU G G Tín hiệu G 180o CA Tín hiệu NET ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 6.38: Sơ đồ và dạng xung của loại 4/4 kết hợp IC đánh lửa B. Loại dùng cảm biến quang a. Cấu tạo Hình 3.39: Cấu tạo cảm biến quang Rotor của cảm biến (được lắp với trục delco) là một đĩa nhôm mỏng khắc vạch. Vành trong có số rãnh tương ứng với số xylanh trong đó có một rãnh rộng hơn đánh dấu vị trí piston máy số 1. Nhóm các rãnh này kết hợp với cặp diode phát quang (LED) và diode cảm quang (photodiode) còn gọi là photocouple thứ nhất là bộ phận để phát xung G. Vành ngoài của đĩa có khắc 360 rãnh nhỏ, mỗi rãnh đều ứng với 2o góc quay của trục khuỷu. Diode phát quang và diode cảm quang thứ hai đặt trên quỹ đạo của rãnh nhỏ tạo thành bộ phận phát xung NE. b. Mạch điện Accu LED 5V Photo diodes 5V 5V CB vị trí piston 22 5V 21 5V CB tốc độ động cơ 02 vòng quay trục khuỷu CB tốc độ động cơ 5V 0V CB vị trí piston 5V Khi ánh sáng của LED đi qua rãnh 0V Hình 3.40: Mạch điện cảm biến quang và dạng xung ra Khi đĩa quay, các rãnh lần lượt đi qua photo -couple. Lúc này, ánh sáng từ đèn LED chiếu tới photodiode chúng trở nên dẫn điện. Khi đó điện áp ở ngõ vào (+)của OP AMP sẽ lớn hơn điện áp ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại ở ngõ vào c (-),vì thếv, ở ngõ ra OP AMP điện áp sẽ ở mức cao. Khi rãnh ra khỏi photo -couple, photo-diode không nhận được ánh sáng từ đèn LED, dòng điện bị ngắt đột ngột nên điện áp ở ngõ vào (+)của OP AMP bằng c. Kết quả là điện áp ở ngõ ra của OP AMP xuống mức thấp. Các xung G và NE ở đây đều là dạng xung vuông có giá trị cao nhất là 5V, thấp nhất là 0V. 3.3.3 Cảm biến bướm ga (throttle position sensor) Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gởi đến ECU. Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi tăng tốc và giảm tốc cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Trên một số xe, cảm biến vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động. Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ. Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bướm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trên các đời xe ta thường có các loại: a. Loại công tắc * Cấu tạo − − − − − Một cần xoay đồng trục với cánh bướm ga. Cam dẫn hướng xoay theo cần. Tiếp điểm di động di chuyển dọc theo rãnh của cam dẫn hướng. Tiếp điểm cầm chừng. Tiếp điểm toàn tải. Hình3.41: Cảm biến cánh bướm ga loại công tắc • Hoạt độngH − ở chế độ cầm chừng: Khi cánh bướm ga đóng (góc mở < 5o) thì tiếp điểm di động sẽ tiếp xúc với tiếp điểm cầm chừng và gởi tín hiệu điện thế thông báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động ở mức cầm chừng. − Tín hiệu này cũng dùng để cắt nhiên liệu khi động cơ giảm tốc đột ngột (chế độ cầm chừng cưỡng bức). Ví dụ, khi xe đang chạy ở tốc độ cao mà ta muốn giảm tốc độ, ta nhả chân bàn đạp ga thì tiếp điểm cầm chừng trong công tắc cánh bướm ga đóng, báo cho ECU biết động cơ đang ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại giảm tốc. Nếu tốc độ động cơ vượt quá giá trị nhất định tùy theo từng loại động cơ thì ECU sẽ điều khiển cắt nhiên liệu cho đến khi tốc độ động cơ đạt tốc độ cầm chừng ổn định. − ở chế độ tải lớn: Khi cánh bướm ga mở khoảng 500 – 700 (tùy từng loại động cơ) so với vị trí đóng hoàn toàn, tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải và gởi tín hiệu điện thế để báo cho ECU biết tình trạng tải lớn của động cơ. • Mạch điện: Có hai loại: • Loại âm chờ • Cảm biến vị trí bướm ga EC IDL +B or 5V PSW +B or 5V Hình 3.42: Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga loại âm chờ Điện áp 5V đi qua một điện trở trong ECU đưa đến cực IDL và cực PSW. ở vị trí cầm chừng điện áp từ cực IDL qua công tắc tiếp xúc IDL về mass. ở vị trí toàn tải điện áp từ cực PSW qua công tắc tiếp xúc PSW về mass. ∗ Loại dương chờ Cảm biến vị trí bướm ga IDL TL ECU +B or 5V PSW Hình 3.43: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại dương chờ b. Cảm biến vị trí cánh bướm ga loại biến trở Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.44: Cảm biến cánh bướm ga loại biến trở Loại này có cấu tạo gồm hai con trượt, ở đầu mỗi con trượt được thiết kế có các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga, có cấu tạo như hình 6.44. Mạch điện Hình 3.45: Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga loại biến trở Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga. Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2. Trên đa số các xe, trừ Toyota, cảm biến bướm ga loại biến trở chỉ có 3 dây VC, VTA và E2 mà không có dây IDL. c. Một số loại cảm biến vị trí cánh bướm ga có thêm các giắc phụ Trên xe có trang bị hộp số tự động, khi sang số cảm biến vị trí cánh bướm ga sẽ đồng thời bật sang vị trí L1, L2, L3 tương ứng với các vị trí tay số. Tín hiệu này được gởi về ECU để điều chỉnh lượng xăng phun phù hợp với chế độ tải. Hình 3.46: Cảm biến cánh bướm ga có thêm vị trí tay số Đối với loại cảm biến có công tắc ACC1 và ACC2. Khi động cơ tăng tốc ở các chế độ khác nhau, tín hiệu từ hai vị trí công tắc này được gởi về ECU điều khiển tăng lượng xăng phun đáp ứng được quá trình tăng tốc động cơ. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.47: Cảm biến có công tắc ACC1 và ACC2 Một số cảm biến có thêm công tắc cháy nghèo (lean burn). Hình 3.48: Cảm biến bướm ga có thêm công tắc cháy nghèo (LSW) ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại 3.3.4 Cảm biến nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp a. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water temperature sensor) Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt (thermistor) hay là một diode. Nguyên lý Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC –negative temperature co-efficient). Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gởi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp. B+ Bộ ổn áp Cảm biến nhiệt độ nước Bộ chuyển đổi A /D Điện trở chuẩn Hình 6.49: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Trên sơ đồ hình 6.49 ta có: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – analog to digital converter). Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng. Cấu tạo Thường là trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm. 3 2 1 Hình 3.50: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại 1. Đầu ghim; 2. Vỏ; 3. Điện trở (NTC) ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát. Trong một số trường hợp, cảm biến được lắp trên nắp máy. Mạch điện E C U Đến relay chính +B +B1 THW 5V Vcc ADC CPU E2 E1 E2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Hình 3.51: Mạch điện cảm biến nước làm mát Đường đặc tuyến R (kΩ) 20 10 5 2 1 0.5 0.3 0.2 0.1 - 20 0 -4 12 20 68 40 60 80 100 104 140 176 212 o C F o Hình 3.52: Đường đặc tuyến của cảm biến nước làm mát Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  3.2. Hê thống phun Diesel điện tử 3.2.1. Sơ lược về hệ thống Hệ thống phun Diesel bằng điện tử trong một thời gian dài chậm phát triển so với động cơ xăng. Sở dĩ như vậy là vì bản thân động cơ diesel thải ra ít chất độc hơn nên áp lực về vấn đề môi trường lên các nhà sản xuất ô tô không lớn. Hơn nữa, do độ êm dịu không cao nên diesel ít được sử dụng trên xe du lịch. Trong thời gian đầu, các hãng chủ yếu sử dụng hệ thống điều khiển bơm cao áp bằng điện trong các hệ thống EDC (electronic diesel control). Hệ thống EDC vẫn sử dụng bơm cao áp kiểu cũ nhưng có thêm một số cảm biến và cơ cấu chấp hành, chủ yếu để chống ô nhiễm và điều tốc bằng điện tử. Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển mới – hệ thống common rail với việc điều khiển vòi phun bằng điện đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi. + Lĩnh vực áp dụng Thế hệ bơm cao áp thẳng hàng đầu tiên được giới thiệu vào năm 1927 đã đánh dấu sự khởi đầu của hệ thống nhiên liệu diesel của hãng Bosch. Lĩnh vực áp dụng chính của các loại bơm thẳng hàng là: trong các loại xe thương mại sử dụng dầu diesel, máy tĩnh tại, xe lửa, và tàu thuỷ. áp suất phun đạt đến khoảng 1350 bar và có thể sinh ra công suất khoảng 160 kW mỗi xylanh. Qua nhiều năm, với các yêu cầu khác nhau, chẳng hạn như việc lắp đặt động cơ phun nhiên liệu trực tiếp trong các xe tải nhỏ và xe du lịch đã dẫn đến sự phát triển của các hệ thống nhiên liệu diesel khác nhau để đáp ứng các đòi hỏi ứng dụng đặc biệt. Điều quan trọng nhất của những sự phát triển này không chỉ là việc tăng công suất mà còn là nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm tiếng ồn và khí thải. So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống common rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel, như: - Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch và xe tải nhỏ có công suất đạt đến 30 kW /xylanh, cũng như xe tải nặng, xe lửa, và tàu thuỷ có công suất đạt đến 200 kW /xylanh. - Áp suất phun đạt đến khoảng 1400 bar. - Có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu. - Có thể phun làm 3 giai đoạn: phun sơ khởi (pilot injection), phun chính (main injection), phun kết thúc (post injection). - Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ. • Hoạt động và các chức năng Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống common rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp áp suất cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi tài xế, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó. Sau đó, ECU sẽ điều khiển các vòi phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiên liệu. Một hệ thống common rail (CR) bao gồm: ECU Vòi phun (injector) Cảm biến tốc độ trục khuỷu (crankshaft speed sensor) Cảm biến tốc độ trục cam (camshaft speed sensor) Cảm biến bàn đạp ga (accelerator pedal sensor) Cảm biến áp suất tăng áp (boost pressure sensor) Cảm biến áp suất nhiên liệu trong ống (rail pressure sensor) Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (coolant sensor) Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Cảm biến đo gió (air mass sensor) Động cơ diesel 4 xylanh với hệ thống nhiên liệu Common Rail được trình bày trên hình 7.1 với các chức năng sau: + Chức năng chính Chức năng chính là điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lượng, đúng áp suất, đảm bảo động cơ diesel không chỉ hoạt động êm dịu mà còn tiết kiệm. + Chức năng phụ Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vòng kín và vòng hở, không những nhằm giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làm tăng tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR - exhaust gas recirculation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống trộm. Hình 3.53: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail 1. Cảm biến đo gió, 2. ECU, 3. Bơm cao áp, 4. ống trữ nhiên liệu ở áp suất cao, 5. Vòi phun, 6. Cảm biến tốc độ trục khuỷu, 7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 8. Bộ lọc nhiên liệu - 9. Cảm biến bàn đạp ga. 3.2.2. Đặc tính phun a. Đặc tính phun của hệ thống phun dầu thông thường Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng (distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Hình 3.54: Đặc tính phun dầu thường Dựa vào ý tưởng của bơm phân phối sử dụng vòi phun điện, các cải tiến đã được thực hiện theo hướng đưa vào giai đoạn phun kết thúc. Trong hệ thống cũ, việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao áp. Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như sau: - Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun. - Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lực đóng của ty kim ở cuối quá trình phun. Hậu quả là: - Khi phun với lượng dầu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại. - Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình. Để quá trình cháy hiệu quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế có dạng tam giác. Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn động. ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp A /F trong buồng cháy. b. Đặc tính phun của hệ thống common rail So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng: - Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A /F lý tưởng). - Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ. Các yêu cầu trên đã được thoả mãn bởi hệ thống common rail, với đặc điểm phun 2 lần: phun sơ khởi và phun chính. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.55: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail. Hệ thống common rail là một hệ thống thiết kế theo moduleH, có các thành phần: - Vòi phun điều khiển bằng van solenoid được gắn vào nắp máy - Bộ tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao) - Bơm cao áp (bơm tạo áp lực cao) Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống: - ECU - Cảm biến tốc độ trục khuỷu - Cảm biến tốc độ trục cam Đối với xe du lịch, bơm có piston hướng tâm (radial-piston pump) được sử dụng như là bơm cao áp để tạo ra áp suất. áp suất được tạo ra độc lập với quá trình phun. Tốc độ của bơm cao áp phụ thuộc tốc độ động cơ và ta không thể thay đổi tỉ số truyền. So với hệ thống phun cũ, việc phân phối nhiên liệu trên thực tế xảy ra đồng bộ, có nghĩa là không những bơm cao áp trong hệ thống common rail nhỏ hơn mà còn hệ thống truyền động cũng chịu tải trọng ít hơn. Về cơ bản, vòi phun được nối với ống tích áp nhiên liệu (rail) bằng một đường ống ngắn, kết hợp với đầu phun và solenoid được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngưng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh van solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. * Phun sơ khởi (pilot INJECTION) Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 90o trước tử điểm thượng (BTDC). Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40o BTDC, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xylanh và làm loãng dầu bôi trơn. Trong giai đoạn phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1 - 4 mm3) được phun vào xylanh để “mồi”. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau: áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải. Quá trình phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất của động cơ. * Giai đoạn phun chính (main INJECTION) Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ. Với hệ thống common rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun. * Giai đoạn phun thứ cấp (secondary INJECTION) Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính và được định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay ở kỳ thải khoảng 200o sau điểm chết trên (ATDC). Ngược lại với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống pô. Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí thải thông qua supap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại vào buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Khi bộ hoá khử được lắp để làm giảm lượng NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải. 3.2.3. Chức năng chống ô nhiễm a. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việc hoà trộn hỗn hợp hoà khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, mà còn trong suốt quá trình cháy. Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất. Động cơ diesel luôn luôn hoạt động ở chế độ nghèo. Mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO và HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý. Tỉ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số: - Áp suất phun; - Thời gian phun; - Kết cấu lỗ tia; - Thời điểm phun; - Vận tốc dòng khí nạp; - Khối lượng không khí nạp. Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức độ tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng oxy nhiều sẽ làm tăng lượng NOx. Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo. b. Hệ thống nạp lại khí thải (EGR) Khi không có EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thải, ngược lại thì muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỉ lệ hoà khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào đường ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng oxy mà còn làm giảm quá trình cháy và nhiệt độ cực đại, kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu oxy. c. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự tán nhuyễn của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. + Thời điểm phun Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, và khói đen sinh ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1o khỏi giá trị lý tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 2o thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2o có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kỳ nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa. + Đường đặc tính phun Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun đến lúc dứt phun). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa, nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc tăng từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ ở mức thấp nhất. Nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để ngăn ngừa hiện tượng nhiên liệu không được tán nhuyễn – yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen, và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cháy cuối cùng của quá trình cháy. + Sự tán nhuyễn nhiên liệu Nhiên liệu được tán nhuyễn tốt thúc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa không khí và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm lượng HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia vòi phun giúp cho sự tán nhuyễn nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp vào. Điều này đòi hỏi lượng khí phải nhiều hơn ít nhất từ 10 – 40 % (λ =1.1 – 1.4). 3.2.4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trên hệ thống common rail a. Tổng quát về hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu trong một hệ thống common rail (hình 3.56) bao gồm 2 vùng: vùng nhiên liệu áp suất thấp và vùng nhiên liệu áp suất cao. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Thùng chứa nhiên liệu Lọc thô Bơm tiếp vận. Lọc tynh Đường nhiên liệu áp suất thấp Bơm cao áp Đường nhiên liệu áp suất cao ống trữ nhiên liệu áp suất cao Vòi phun. Đường dầu về ECU Hình 3.56 : Hệ thống nhiên liệu common rail b. Vùng áp suất thấp Vùng áp suất thấp bao gồm các bộ phận: -Bình chứa nhiên liệu Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải giữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường. Van an toàn phải được lắp để áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài. Nhiên liệu cũng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải nằm cách xa nhau để trong trường hợp tai nạn xảy ra sẽ không có nguy cơ bị cháy. -Đường nhiên liệu áp suất thấp Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ một lần nữa khỏi tác động của nhiệt độ. Đối với xe buýt, đường ống nhiên liệu không được đặt trong không gian của hành khách hay trong cabin xe cũng như không thể phân phối bằng trọng lực. -Bơm tiếp vận (presupply pump) Bơm tiếp vận bao gồm một bơm bằng điện với lọc nhiên liệu, hay một bơm bánh răng. Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa và tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp. -Lọc nhiên liệu Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và vòi phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết của bơm. 1. Nắp bầu lọc 2. Đường dầu vào 3. Phần giấy lọc 4. Bọng chứa dầu sau khi lọc 5. Phần chứa nước có lẫn trong dầu 6. Thiết bị báo mực nứơc trong bầu lọc khi vựơt mức cho phép 7. Đường dầu ra Hình 3.57 Lọc nhiên liệu Nước lọt vào hệ thống nhiên liệu cóự thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn. Tương tự với các hệ thống nhiên liệu khác, hệ thống common rail cũng cần một bộ lọc nhiên liệu có bình chứa nước, từ đó nước sẽ được xả. Một số xe du lịch lắp động cơ diesel thường có thiết bị cảnh báo bằng đèn khi lượng nước trong bình lọc vượt quá mức. c. Vùng áp suất cao Vùng áp suất cao của hệ thống common rail bao gồm: - Bơm cao áp với van điều khiển áp suất - Đường ống nhiên liệu áp suất cao tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, bộ giới hạn dòng chảy, vòi phun và đường ống dầu về. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Hình 3.58: Vùng áp suất cao 1. Bơm cao áp; 2. Van cắt nhiên liệu; 3. Van điều khiển áp suất; 4. Đường nhiên liệu áp suất cao; 5. ống trữ nhiên liệu ở áp suất cao; 6. Cảm biến áp suất trên ống; 7. Van giới hạn áp suất; 8. Lỗ tyết lưu; 9. Vòi phun; 10. ECU + Bơm cao áp Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1350 bar. Nhiên liệu được tăng áp này sau đó di chuyển đến đường ống áp suất cao và được đưa vào bộ tích nhiên liệu áp suất cao có hình ống. Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng ½ tốc độ động cơ, nhưng tối đa là 3000 vòng /phút) thông qua khớp nối (coupling), bánh răng xích, xích hay dây đai có răng và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm. Tùy thuộc vào không gian sẵn có, van điều khiển áp suất được lắp trực tiếp trên bơm hay lắp xa bơm. Bên trong bơm cao áp (hình 3.59), nhiên liệu đựơc nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120o. Do 3 piston bơm hoạt động luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này có nghĩa là hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong ống phân phối và tốc độ bơm. Đối với động cơ thể tích 2 lít đang quay ở tốc độ cao, thì áp suất trong ống phân phối đạt khoảng 1350 bar, bơm cao áp tiêu thụ 3.8kW. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  1. Trục dẫn động 2. Đĩa cam lệch tâm 3. Thành phần bơm với piston bơm 4. Buồng chưá của thành phần bơm4 5. Van hút 6. Van ngắt 7. Van xả 8. Tấm nêm 9. Nhiên liệu áp suất cao đến ống trữ 10. Van điều khiển áp suất cao 11. Van bi 12. Đường dầu về 13.Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận 14. Van an toàn 15. Đường nhiên liệu áp suất thấp đưa đến bơm 1. 2. 3. 4. 5. Trục dẫn động Đĩa cam lệch tâm Piston bơm Van hút Van thoát Cửa vào Hình 3.59. Bơm cao ápB Thông qua một bộ lọc có cơ cấu tách nước, bơm tiếp vận cung cấp nhiên liệu từ bình chứa đến đường dầu vào của bơm cao áp và van an toàn. Nó đẩy nhiên liệu qua lỗ khoan của van an toàn vào mạch dầu bôi trơn và làm mát bơm cao áp. Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 3 piston bơm lên xuống tuỳ theo hình dạng các mấu cam. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Ngay khi áp suất phân phối vượt quá mức thì van an toàn sẽ xả bớt áp suất (0.5-1,5 bar), bơm tiếp vận đẩy nhiên liệu đến bơm cao áp thông qua van hút vào buồng bơm, nơi mà piston chuyển động hướng xuống. Van nạp đóng lại khi piston đi ngang qua tử điểm hạ và từ đó nó cho phép nhiên liệu trong buồng bơm thoát ra ngoài với áp suất phân phối. áp suất tăng lên cao sẽ mở van thoát khi áp suất trên ống phân phối đủ lớn. Nhiên liệu được nén đi vào mạch dầu áp suất cao. Piston bơm tiếp tục phân phối nhiên liệu cho đến khi nó đến tử điểm thượng, sau đó, do áp suất bị giảm xuống nên van thoát đóng lại. Nhiên liệu còn lại nằm trong buồng bơm và chờ đến khi piston đi xuống lần nữa. Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa. Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình. Lượng nhiên liệu thừa này được đưa trở về thùng chứa thông qua van điều khiển áp suất. Nhiên liệu bị nén sẽ nằm trong thùng và gây ra tổn thất năng lượng. Hơn nữa lượng nhiệt tăng lên của nhiên liệu cũng làm giảm đi hiệu quả chung. ở mức độ nào đó thì tổn thất này có thể được bù bằng cách ngắt bớt một hoặc hai xylanh bơm. Khi một trong 3 xylanh bơm bị loại ra sẽ dẫn đến việc giảm lượng nhiên liệu bơm đến ống phân phối. Việc ngắt bỏ được thực hiện bằng cách giữ cho van hút ở trạng thái mở liên tục. Khi van solenoid dùng để ngắt thành phần bơm được kích hoạt, một chốt gắn với phần ứng sẽ giữ van hút sẽ mở ra. Kết quả là nhiên liệu hút vào xylanh này của bơm không thể bị nén được nên nó bị đẩy trở lại mạch áp suất thấp. Với một xylanh bơm bị loại bỏ khi không cần công suất cao thì bơm cao áp không còn cung cấp nhiên liệu liên tục màứ cung cấp gián đoạn. Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỉ lệ với tốc độ quay của nó. Và do đó, nó là một hàm của tốc độ động cơ. Trong suốt quá trình phun, tỷ số truyền được tính sao cho một mặt thì lượng nhiên liệu mà nó cung cấp không quá lớn, mặt khác, các yêu cầu về nhiên liệu vẫn còn đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy theo tốc độ trục khuỷu mà tỉ số truyền hợp lý là 1: 2 hoặc 1:3. + Van điều khiển áp suất (pressure control valve) Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối có áp suất thích hợp tùy theo tải của động cơ, và duy trì ở mức này. - Nếu áp suất trong ống quá cao thì van điều khiển áp suất sẽ mở ra và một phần nhiên liệu sẽ trở về bình chứa thông qua đường ống dầu về. - Nếu áp suất trong ống quá thấp thì van điều khiển áp suất sẽ đóng lại và ngăn khu vực áp suất cao (high pressure stage) với khu vực áp suất thấp (low pressure stage). 1. 2. 3. 4. 5. Van bi. Lõi. Nam châm điện. Lò xo. Mạch điện. Hình 3.60: Cấu tạo van điều áp Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Van điều khiển áp suất được gá lên bơm cao áp hay ống phân phối. Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín. Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ. Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh. Van điều khiển áp suất được điều khiển theo 2 vòng: - Vòng điều khiển đáp ứng chậm bằng điện dùng để điều chỉnh áp suất trung bình trong ống. - Vòng điều khiển đáp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự dao động lớn của áp suất. Khi van điều khiển áp suất chưa được cung cấp điện, áp suất cao ở ống hay tại đầu ra của bơm cao áp được đặt lên van điều khiển áp suất một áp suất cao. Khi chưa có lực điện từ, lực của nhiên liệu áp suất cao tác dụng lên lò xo làm cho van mở và duy trì độ mở tuỳ thuộc vào lượng nhiên liệu phân phối. Lò xo được thiết kế để có thể chịu được áp suất khoảng 100 bar. Khi van điều khiển áp suất được cấp điện: Nếu áp suất trong mạch áp suất cao tăng lên, lực điện từ sẽ được tạo ra để cộng thêm vào lực của lò xo. Khi đó van sẽ đóng lại và được giữ ở trạng thái đóng cho đến khi lực do áp suất dầu ở một phía cân bằng với lực của lò xo và lực điện từ ở phía còn lại. Sau đó, van sẽ ở trạng thái mở và duy trì một áp suất không đổi. Khi bơm thay đổi lượng nhiên liệu phân phối hay nhiên liệu bị mất đi trong mạch áp suất cao thì được bù lại bằng cách điều chỉnh van đến một độ mở khác. Lực điện từ tỷ lệ với dòng điện cung cấp trung bình được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ rộng xung (pulse-width-modulation pulse). Tần số xung điện khoảng 1 kHz sẽ đủ để ngăn chuyển động ngoài ý muốn của lõi thép và sự thay đổi áp suất trong ống. + Ống trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối) Ngay cả khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn phải không đổi. Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu. áp suất nhiên liệu được đo bởi cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 1500 bar. Hình 3.61: Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao  1. ống trữ; 2. Đường dầu vào từ bơm cao áp; 3. Cảm biến áp suất trên ống trữ; 4. Van giới hạn áp suất; 5. Đường dầu về; 6. Lỗ tuyết lưu; 7. Đường dầu đến kim. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối) trên hình 7.9 dùng để chứựa nhiên liệu có áp suất cao. Đồng thời, sự dao động của áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn (damped) bởi thể tích của ống. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xylanh. Do đó, tên nó là “đường ống chung” (“common rail”). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi. Điều này bảo đảm cho áp suất phun của kim không đổi ngay từ khi kim mở. Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. + Vòi phun (injectors) Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh bằng cách cho dòng điện qua các vòi phun. Các vòi phun này thay thế vòi phun cơ khí. Tương tự như vòi phun cơ khí trong các động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp, các bộ kẹp thường được sử dụng để lắp kim vào nắp máy. Vòi phun có thể chia làm các phần theo chức năng như sau: − Lỗ vòi phun; − Hệ thống dẫn dầu phụ; − Van điện. Theo hình 3.62, nhiên liệu từ đường dầu đến kim và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 8 thông qua lỗnạp 7. Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 6 được mở bởi van solenoid. Khi lỗ đóng, áp lực của dầu đặt lên piston 9 cao hơn áp lực dầu tại thân ty kim 11. Kết quả là kim bị đẩy xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt. Khi van solenoid có dòng điện, lỗ xả 6 được mở ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston cũng giảm theo. Khi áp lực dầu trên piston giảm xuống thấp hơn áp lực tác dụng lên ty kim, thì ty kim mở ra và nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. Kiểu điều khiển ty kim gián tiếp này dùng một hệ thống khuyếch đại thuỷ lực vì lực cần thiết để mở kim thật nhanh không thể được trực tiếp tạo ra nhờ van solenoid. Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh thông qua dòng qua các vòi phun. Tương tự như các vòi phun kiểu cũ trong các động cơ phun nhiên liệu trực tiếp, các bộ kẹp được ưu tiên sử dụng để lắp kim vào nắp máy. Vòi phun có thể chia làm các phần theo chức năng như sau: − Lỗ vòi phun; − Hệ thống trợ lực dầu (the hydraulic servo-system); − Van điện. Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đoạn chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao: − Vòi phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng); − Vòi phun mở (bắt đầu phun); Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  − Vòi phun mở hoàn toàn; − Vòi phun đóng (kết thúc phun). Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của vòi phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng vòi phun. − Vòi phun đóng (ở trạng thái nghỉ) − ở trạng thái nghỉ, van solenoid chưa được cung cấp điện và do đó vòi phun đóng. Khi lỗ xả đóng, lò xo đẩy van bi đóng lại. áp suất cao của ống tăng lên trong buồng điều khiển và trong buồng thể tích của ty kim cũng có một áp suất tương tự. áp suất của ống đặt vào phần đỉnh của piston, cùng với lực của lò xo ngược chiều với lực mở kim sẽ giữ được ty kim ở vị trí đóng. * Vòi phun mở (bắt đầu phun) Van solenoid được cung cấp điện với dòng kích lớn để bảo đảm nó mở nhanh. Lực tác dụng bởi van solenoid lớn hơn lực lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả ra. Gần như tức thời, dòng điện cao được giảm xuống thành dòng nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực điện từ để giữ ty. Điều này thực hiện được là nhờ khe hở mạch từ bây giờ đã nhỏ hơn. Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu có thể chảy vào buồng điều khiển van vào khoang bên trên nó và từ đó trở về bình chứa thông qua đường dầu về. Lỗ xả làm mất cân bằng áp suất nên áp suất trong buồng điều khiển van giảm xuống. Điều này dẫn đến áp suất trong buồng điều khiển van thấp hơn áp suất trong buồng chứa của ty kim (vẫn còn bằng với áp suất của ống). áp suất giảm đi trong buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên ty kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại a. b. 1. 2. 3. 4. Khi kim đóng Khi kim nhấc Đường dầu về Mạch điện Van điện Đường dầu vào (dầu có áp suất cao) từ ống trữ 5. Van bi 6. Van xả 7. ống cấp dầu 8. Van điều khiển ở buồng 9. Van điều khiển piston 10. Lỗ cấp dầu cho đầu kim 11. Đầu kim Hình 3.62: Cấu tạo vòi phun Tốc độ mở ty kim được quyết định bởi sự khác biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗ nạp và lỗ xả. Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía trên nơi mà nó vẫn còn chịu tác dụng của đệm dầu được tạo ra bởi dòng chảy của nhiên liệu giữa lỗ nạp và lỗ xả. Vòi phun giờ đây đã mở hoàn toàn, và nhiên liệu được phun vào buồng đốt ở áp suất gần bằng với áp suất trong ống. Lực phân phối trong kim thì tương tự với giai đoạn mở kim. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  * Vòi phun đóng (kết thúc phun) Khi dòng qua van solenoid bị ngắt, lò xo đẩy van bi xuống và van bi đóng lỗ xả lại. Lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp. * Đầu vòi phun Ty kim mở khi van solenoid được kích hoạt để nhiên liệu chảy qua. Chúng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy. Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim sẽ được đưa trở lại bình chứa thông qua đường ống dầu về. Nhiên liệu hồi về từ van điều áp và từ vùng áp suất thấp cũng đựơc dẫn theo đường dầu về cùng với nhiên liệu được dùng như để bôi trơn cho bơm cao áp. Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi: − Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam); − Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự tán nhuyễn nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Đầu phun loại P có đường kính 4 mm được dùng trong động cơ phun nhiên liệu trực tiếp common rail. Những đầu phun này gồm 2 loại: đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị dựa vào hình nón phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào: - Lượng nhiên liệu phun ra - Hình dạng buồng cháy - Sự xoáy lốc trong buồng cháy Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để làm giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của ty kim cần thiết phải giữ ở mức nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tuỳ thuộc vào thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hoặc bằng máy phóng điện (EDM - electrical-discharge machinin). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón. * Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đầu tròn Với hình dạng lỗ bao này bao gồm một hình ống và một phần hình bán cầu cho phép dễ dàng thiết kế với các điều kiện: - Số lượng lỗ. - Chiều dài lỗ tia - Góc phun Đỉnh của đầu phun là hình bán cầu và kết hợp với hình dạng của lỗ bao giúp các lỗ tia có chiều dài giống nhau. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  * Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình trụ và đỉnh của đầu phun hình nón Loại này được dùng riêng biệt với lỗ tia có chiều dài 0.6 mm. Đỉnh của đầu phun có hình nón cho phép tăng độ dày thành của đầu phun. Kết quả là tăng được độ cứng của đỉnh vòi phun. 1. Đầu ghim áp suất 2. Bề mặt chịu áp lục 3. Đường dầu vào 4. Mặt côn 5. Tín dụng kim 6. Đầu kim 7. Thân kim 8. Đế kim 9. Buồng áp suất 10. Trục định hướng 11. Vành kim 12. Lỗ định vị 13. Dấu trên bề mặt 14. Bề mặt công tắc áp suất Hình 3.63: Cấu tạo đầu kim lỗ tia hở * Đầu phun lỗ tia hở với lỗ bao hình nón và đỉnh hình nón Trong loại này, do có hình nón nên có thể tích lỗ bao nhỏ hơn đầu phun có lỗ bao hình trụ. Loại này là trung gian giữa đầu phun lỗ tia kín và đầu phun lỗ tia hở có lỗ bao hình trụ. Để có được bề dày đồng nhất của đỉnh kim thì nó phải có hình nón phù hợp với hình dạng của lỗ bao. * Đầu phun lỗ tia kín Để làm giảm thể tích có hại của lỗ bao và do đó để làm giảm lượng HC thải ra, lỗ tia nằm ngay trên phần côn và với lỗ phun kín, thì nó được bao quanh bởi ty kim. Điều này có nghĩa là không có sự kết nối trực tiếp giữa lỗ bao và buồng cháy. Thể tích có hại ở đây nhỏ hơn nhiều so với loại đầu phun lỗ tia hở. So với đầu phun lỗ tia hở, loại này có giới hạn tải trọng thấp hơn nhiều và do đó chỉ sản xuất loại P với lỗ tia dài 1 mm. Để đạt độ cứng cao, đỉnh của kim có hình nón. Lỗ tia luôn được tạo bởi phương pháp gia công bằng máy phóng điện EDM. + Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao Những đường ống nhiên liệu này mang nhiên liệu áp suất cao. Do đó, chúng phải thường xuyên chịu áp suất áp suất cực đại của hệ thống và trong suốt quá trình ngưng phun. Vì vậy, chúng được chế tạo từ thép ống. Thông thường, chúng có đường kính ngoài khoảng 6 mm và đường kính trong khoảng 2.4 mm. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Các đường ống nằm giữa ống phân phối và vòi phun phải có chiều dài như nhau. Sự khác biệt chiều dài giữa ống phân phối và các vòi phun được bù bằng cách uốn cong ở các đường ống nối. Tuy nhiên, đường ống nối này nên được giữ càng ngắn càng tốt. + Cảm biến áp suất ống (rail-pressure sensor) Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. 1. Mạch điện 2. Màng so 2 3. Màng của phần tử cảm biến3 4. ống dẫn áp suất4 5. Ren lắp ghép5 Hình 3.64: Cảm biến áp suất trên ống phân phối Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi một màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào một mạch khuyếch đại tín hiệu và đưa đến ECU. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc: − Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1mm ở 1500 bar) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở. − Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại đến 0.5V-4.5 V. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suấ ống phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hư thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn ECU. g. Van giới hạn áp suất (pressure limiter valve) Van giới hạn áp suất có chức năng như một van an toàn. Trong trường hợp áp suất vượt quá cao, thì van giới hạn áp suất sẽ hạn chế áp suất trong ống bằng cách mở cửa thoát. Van giới hạn áp suất cho phép áp suất tức thời tối đa trong ống khoảng 1500 bar. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  1. Mạch cao áp 2. Van 3. Lỗ dầu 4. Piston 5. Lò xo 6. Đế 7. Thân van 8. Đường dầu về Hình 3.65: Van giới hạn áp suất  Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí bao gồm các thành phần sau: − − − − Phần cổ có ren ngoài để lắp vào ống; Một chỗ nối với đường dầu về; Một piston di chuyển; Một lò xo; Tại phần cuối chỗ nối với ống có một buồng với một đường dẫn dầu có phần đuôi hình côn mà khi piston đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa 1350 bar), lò xo đẩy piston xuống làm kín ống. Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston bị đẩy lên trên do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng lò xo. Nhiên liệu có áp suất cao được thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu về trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy, áp suất trong ống giảm xuống. + Van hạn chế dòng chảy (flow limiter) Nhiệm vụ của bộ hạn chế dòng chảy là ngăn cho kim không phun liên tục ví dụ trong trường hợp kim không đóng lại được. Để thực hiện điều này, khi lượng nhiên liệu rời khỏi ống vượt quá mức đã được định sẵn thì van giới hạn dòng chảy sẽ đóng đường dầu nối với kim lại. 1. Mạch điện 2. Màng so 2 3. Màng của phần tử cảm biến3 4. ống dẫn áp suất4 5. Ren lắp ghép Hình 3.66: Van giới hạn dòng chảy Van giới hạn dòng chảy bao gồm một buồng bằng kim loại với ren phía trong để bắt với ống (có áp suất cao) và ren ngoài để bắt với đường dầu đến vòi phun. Van có một đường dẫn dầu tại mỗi đầu để nối với ống và với đường dầu đến kim. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Có một piston bên trong van hạn chế dòng chảy và được đẩy bằng một lò xo theo hướng bộ tích trữ nhiên liệu. Piston này làm kín với thành của buồng van và đường dầu theo chiều dọc thông qua lỗ dầu ở giữa thân piston dẫn dầu từ phía bên trong ra phía bên ngoài piston. Lỗ dầu theo chiều dọc có đường kính giảm dần ở phần cuối và đóng vai trò của một van tiết lưu. G/đ phun Rò rỉ G/đ nghỉ Góc quay trục khưỷu Hình 3.67: Van giới hạn dòng chảy ở chế độ hoạt động bình thường với lượng nhiên liệu rò rỉ nhỏ − ở chế độ hoạt động bình thường Ở trạng thái nghỉ, piston nằm ở vị trí gần chỗ nối với ống. Khi nhiên liệu được phun ra, áp suất phun giảm xuống tại phần cuối vòi phun và làm cho piston dịch chuyển theo hướng của vòi phun. Van giới hạn dòng chảy bù lại lượng nhiên liệu bị vòi phun lấy đi từ ống bằng cách thay thế thể tích nhiên liệu này bằng lượng thể tích dịch chuyển của piston và không phải bởi lỗ khoan ngang nếu lượng nhiên liệu này quá nhỏ. ở cuối quá trình phun, piston nhấc lên một chút mà không đóng đường dầu ra hoàn toàn. Lò xo sẽ đẩy piston lên và nằm ở trạng thái nghỉ và nhiên liệu có thể chảy qua lỗ khoan ngang. Lò xo và lỗ khoan ngang được định kích thước sao cho ngay cả với lượng nhiên liệu phun tối đa (cộng với một lượng dự phòng an toàn) thì piston vẫn có thể di chuyển trở về trạng thái nghỉ cho đến lần phun kế. − Ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ lớn Nhờ vào lượng nhiên liệu rời khỏi ống, piston của van giới hạn dòng chảy bị đẩy khỏi vị trí ở trạng thái nghỉ và làm kín đường dầu ra. Piston giữ ở vị trí này và ngăn nhiên liệu đến vòi phun. − ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ nhỏ Nhờ vào lượng nhiên liệu bị rò rỉ, piston của van giới hạn dòng chảy không thể trở lại vị trí của trạng thái nghỉ. Sau một số lần phun thì piston di chuyển tới vị trí làm kín đầu dầu ra. Piston giữ ở trạng thái này cho đến khi động cơ tắt đi và đóng đầu dầu vào của vòi phun. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Chương 4. HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 4.1. Cơ sở về tăng áp cho động cơ đốt trong Mục đích của tăng áp động cơ là làm tăng áp suất dòng khí nạp vào xy lanh để tăng hệ số nạp, từ đó nâng cao công suất cho động cơ. Do hệ số nạp là tỷ số lượng không khí được nạp vào xy lanh so với thể tích xy lanh. Hệ số nạp càng cao, thể tích không khí được nạp vào xy lanh càng lớn, khả năng đốt cháy sạch nhiên liệu càng cao, từ đó làm tăng công suất động cơ. Công tác tăng áp được thực hiện nhờ bố trí một máy nén khí, thổi không khí dưới áp suất khoảng 0,5 kG/cm2 vào đường ống nạp của động cơ. Máy nén khí này có thể được dẫn động nhờ một động cơ điện riêng biệt, nhờ chính động cơ hay nhờ turbine dẫn động bằng khí thải động cơ. Ngay trong qu¸ tr×nh thiết kế chiếc động cơ diesel đầu tiªn, Rudolf Diesel đ· đăng ký ph¸t minh số DRP 95680 về tăng ¸p cho ®éng c¬. Cã 2 giải ph¸p tăng ¸p chủ yếu lµ: thay đổi thể tÝch ống nạp vµ dïng m¸y nÐn. Giải ph¸p thứ nhất cã hiệu quả rất cao, nã lợi dụng dao động cộng hưởng của dßng khÝ trªn đường nạp để tăng ¸p suất hỗn hợp nhiªn liệu đưa vµo buồng đốt, ở thời điểm xu-p¸p nạp đãng lại. Sử dụng kết cấu ống nạp 2 cấp của động cơ Opel Astra: Khi tốc độ tua lớn, van V mở ra khiến đường nạp ngắn lại (từ B đến buồng đốt), cßn ở chế độ thường hỗn hợp nhiªn liệu đi qu·ng đường dµi hơn (từ A đến buồng đốt). Tuabin tăng áp và máy nén khí tăng áp là những thiết bị để nén không khí vào xy-lanh, với áp suất cao hơn áp suất khí quyển, để tăng công suất của động cơ Nhìn chung, công suất của động cơ được xác định bởi lượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu đốt cháy trong một quãng thời gian nhất định và lượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu càng tăng thì công suất động cơ càng lớn. Điều đó có nghĩa là, để tăng công suất động cơ thì phải tăng dung tích động cơ hoặc tăng tốc độ của động cơ. Vấn đề là ở chỗ, khi tăng dung tích động cơ thì trọng lượng của động cơ cũng tăng lên, và các yếu tố như là tổn thất do ma sát, rung động, và tiếng ồn lại hạn chế khả năng tăng tốc độ của động cơ. Vẫn trªn nguyªn tắc nµy, c¸c chuyªn gia cßn chế tạo loại động cơ cã chiều dµi ống nạp thay đổi 3 cấp (ống nạp 3 trạng th¸i của động cơ xăng Audi V8) hoặc thay đổi liªn tục như động cơ diesel N62B44 lắp trªn xe BMW 745 Thiết kế tăng ¸p b»ng m¸y nÐn cã thể dïng bơm cơ khÝ hoặc turbin khÝ tận dụng năng lượng của đường xả. M¸y nÐn cơ khÝ chạy bằng lực kÐo trÝch ra từ trục động cơ, do vậy nã cũng tiªu tốn một phần động năng cã Ých. Thiết kế nµy được ¸p dụng trªn động cơ xăng M271KE của Mercedes C200 model 2002 Bảng so sánh động cơ tăng áp với động cơ không tăng áp So s¸nh hiệu suất tiªu thụ nhiªn liệu của động cơ tăng ¸p vµ kh«ng tăng ¸p cã cïng th«ng số kỹ thuật Kh«ng Điều kiện thử nghiệm Tăng ¸p tăng ¸p 19,9 17,7 Xe chạy trong thµnh phố, chở 1 người, vận tốc 50 km/h (lÝt/100 km) 17,9 15,9 Xe chạy ngoµi thµnh phố, chở 1 người, vận tốc 50 km/h (lÝt/100 km) Ph©n tÝch thµnh phần khÝ xả (gram/chu tr×nh) HC 5,32 4,71 CO 116,19 68,90 NO 8,01 5,05 Vµo những năm 1970, chỉ tiªu c«ng suất/lÝt trung b×nh của động cơ chỉ đạt khoảng 60 ml/lÝt. Kỹ thuật tăng ¸p tuy được biết đến từ l©u nhưng lại gặp những khã khăn kh«ng nhỏ khi phải đối mặt với vấn đề gia tăng ¸p suất, nhiệt độ của động cơ vµ hỗn hợp nhiªn liệu. Đã chÝnh lµ lý do khiến hệ thống nµy ban đầu chỉ được thiết kế cho c¸c cỗ m¸y lớn, tốc độ chậm hoặc với c¸c mục ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại đÝch đặc biệt như qu©n sự, hµng kh«ng... Ngµy nay, với sự ph¸t triển của c«ng nghệ vật liệu, cơ khÝ vµ điện tử, cơ cấu tăng ¸p đã cã mặt trong nhiều lĩnh vực, trªn nhiều chủng loại động cơ. Đến năm 2000 chỉ số c«ng suất/lÝt trung b×nh của động cơ đã đạt tới 121 ml/lÝt nhờ những kỹ thuật tăng ¸p tiªn tiến. Kh«ng chỉ n©ng cao hiệu suất vµ c«ng suất động cơ, giải ph¸p nµy còng gióp cắt giảm đ¸ng kể lượng khÝ thải độc hại với m«i trường. Hình 4.1. Tăng áp động cơ 4.2. Hệ thống tăng áp khí nạp Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  H×nh 4.2. CÊu t¹o turbochanger. 1: Th©n turbine 6: Cöa ra cña dÇu b«i tr¬n 2: Th©n gi÷a 7: CÇn ®Èy 3: Th©n m¸y nÐn 8: Cöa van an toµn 4: §−êng èng dÉn khÝ cã ¸p suÊt 9: Cöa ra cña khÝ x¶ 5: Bé chÊp hµnh Turbo t¨ng ¸p ®−îc dÉn ®éng bëi n¨ng l−îng khÝ x¶ ®éng c¬. KhÝ x¶ nµy do ®éng c¬ x¶ ra vµ ®−îc sö dông l¹i ®Ó dÉn ®éng turbine kiÓu c¸nh g¹t. Turbine ®−îc nèi b»ng trôc víi mét c¸nh qu¹t kh¸c, khi c¸nh qu¹t quay hót kh«ng khÝ vµo turbine t¨ng ¸p vµ ®−a trùc tiÕp vµo xy lanh. L−îng khÝ x¶ ®Ó dÉn ®éng turbine tuú thuéc vµo tèc ®é ®éng c¬ vµ c¸c th«ng sè kh¸c. Mét nh−îc ®iÓm cña lo¹i nµy lµ khi ®éng c¬ ho¹t ®éng ë chÕ ®é kh«ng t¶i do l−îng khÝ x¶ Ýt nªn tèc ®é cña turbo thÊp nªn hiÖu suÊt n¹p kÐm. Nh−îc ®iÓm nµy cµng thÊy râ khi xe t¨ng tèc ë tr¹ng th¸i dõng xe. Cã mét kho¶ng thêi gian chËm t¸c dông rÊt ng¾n tr−íc khi turbine t¨ng ¸p b¬m mét l−îng kh«ng khÝ vµo ®éng c¬. Trong kho¶ng thêi gian chËm t¸c dông th× xe kh«ng thÓ nhËn ®−îc c«ng suÊt lín mµ turbine t¨ng ¸p cã thÓ cã ë tèc ®é cao. H×nh 4.2. S¬ ®å kÕt cÊu t¨ng ¸p. 1. R« to turbine m¸y nÐn 4. Bé lµm m¸t kh«ng khÝ 2. Vá turbine m¸y nÐn 5. èng n¹p 3. Cöa n¹p; 4. M¸y nÐn 7,8. Xu p¸p n¹p x¶ ;9. èng gãp x¶. Tuú theo lo¹i ®éng c¬ mµ ng−êi ta l¾p c¸c kiÓu turbo kh¸c nhau. C«ng suÊt cña ®éng c¬ cã thÓ t¨ng 35-60% so víi ®éng c¬ n¹p khÝ tù nhiªn cã cïng kÝch th−íc. Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Tuabin tăng áp đáp ứng được cả hai yêu cầu mâu thuẫn nhau này: tăng công suất động cơ mà vẫn giữ cho động cơ gọn nhẹ, bằng cách cung cấp khối lượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu lớn hơn mà không thay đổi kích thước động cơ. Hình 4.3. Sơ đồ hệ thống tăng áp động cơ 4.3. Hệ thống siêu nạp Hình 4.4. Động cơ có lắp máy nén siêu tăng áp. Cũng giống như turbo tăng áp, Hệ thống siêu nạp sử dụng máy nén tăng áp (superchanger) hoạt động như một máy nén khí và có nhiều đặc điểm giống như turbo tăng áp. Đặc điểm khác nhau chủ yếu là dẫn động bơm khí. Trong khi turbo tăng áp được dẫn động bằng động năng của khí xả thì máy nén siêu tăng áp được dẫn động từ trục khuỷu thông qua dây đai, bánh răng hoặc xích tải. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại KhÝ x¶ Kh«ng khÝ H×nh 4.5. S¬ ®å nguyªn lý m¸y nÐn siªu t¨ng ¸p. Còng chÝnh vÊn ®Ò ®ã nªn sù chËm t¸c dông cña m¸y nÐn lo¹i nµy kh«ng tån t¹i. Kh¸c víi turbo t¨ng ¸p, l−îng khÝ n¹p ®−îc ph©n phèi cña m¸y nÐn siªu t¨ng ¸p trªn thùc tÕ lµ nh− nhau ®èi víi mçi vßng quay cña ®éng c¬ bÊt kÓ c¸c th«ng sè. H×nh 4.6. Nguyªn lý m¸y nÐn siªu t¨ng ¸p. ¦u ®iÓm cña lo¹i nµy lµ l−îng khÝ n¹p æn ®Þnh ®−îc ph©n phèi víi ¸p suÊt theo èng n¹p gÇn nh− nhau ë tÊt c¶ c¸c tèc ®é cña ®éng c¬. ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại H×nh 4.7. M¸y nÐn siªu t¨ng ¸p. Nh−îc ®iÓm cña nã lµ sö dông mét phÇn c«ng suÊt trÝch ra tõ ®éng c¬. ë ®a sè c¸c tr−êng hîp, m¸y nÐn sö dông tõ 8% ®Õn 10% c«ng suÊt mµ nã cã thÓ sinh ra. Víi thÓ tÝch c«ng t¸c tuyÖt ®èi ®−îc ph©n phèi cïng mét l−îng khÝ n¹p cho mçi vßng quay cña ®éng c¬ th× c«ng suÊt cÇn ®Ó dÉn ®éng nã phô thuéc vµo tõng tèc ®é cña ®éng c¬. Tuy vËy ngay khi ®éng c¬ ch¹y ë chÕ ®é kh«ng t¶i nã vÉn sinh ra ®ñ c«ng suÊt ®Ó b¬m mét l−îng lín kh«ng khÝ vµo buång ®èt. H×nh 4.8. KÕt cÊu b¸nh nÐn. 4: DÊu l¾p r¸p 1: R«to 2: æ bi 5: B¸nh r¨ng dÉn ®éng d−íi 3: B¸nh r¨ng dÉn ®éng trªn 6: Trôc Khi xe t¨ng tèc ë tr¹ng th¸i dõng ®ç th× ®éng c¬ sÏ tiÕp nhËn ngay mét l−îng n¹p lín lµm t¨ng c«ng suÊt cña ®éng c¬. 4.4. Hệ thống làm mát khí nạp Bộ làm mát trung gian được lắp giữa bánh nén khí và động cơ, dùng để làm mát khí nạp (do tuabin tăng áp nén ép và làm nóng khí nạp). ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại H×nh 4.9. Kết cấu bộ làm mát khí nạp Nhiệt độ của không khí tăng lên do bị nén trong tuabin tăng áp. Hiệu suất nạp khí sẽ bị hạ thấp vì không khí giãn nở ở nhiệt độ cao. Bộ làm mát trung gian làm tăng mật độ không khí bằng cách giảm nhiệt độ của không khí, nhờ thế mà tăng hiệu suất nạp khí. Bộ làm mát trung gian còn có tác dụng kiểm soát tiếng gõ. Có hai kiểu Bộ làm mát trung gian: Kiểu làm mát bằng không khí và kiểu làm mát bằng nước. Hiện nay chỉ có kiểu làm mát bằng không khí là được sử dụng. Tuỳ theo kiểu động cơ mà vị trí lắp bộ làm mát trung gian có khác nhau. + Kiểu làm mát bằng không khí Kiểu này sử dụng luồng gió khi xe chạy hoặc gió từ quạt làm mát của động cơ để làm mát dòng khí nạp. + Kiểu làm mát bằng nước Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  H×nh 4.10. Kết cấu bộ làm mát khí nạp bằng nước Kiểu làm mát bằng nước sử dụng nước để làm mát dòng khí nạp. Mặc dù sử dụng nước để làm mát nhưng bộ làm mát trung gian là một hệ thống độc lập, nó không sử dụng nước làm mát của động cơ. Nó gồm có bộ làm mát, máy bơm nước chạy điện, bộ tản nhiệt phụ, và máy tính của bộ làm mát trung gian Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Chương 5. HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ 5.1. Động cơ đốt trong và ô nhiễm môi trường Hiện này ngành công nghiệp ôtô phát triển mạnh mẽ không ngừng, đóng góp rất nhiều vào sự phát triển của nên kinh tế. Tuy nhiên ôtô cũng là một trong những nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường (ô tô sử dụng nhiên liệu truyền thống), ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ và đời sống của con người. Hình 5.1a. Thành phần khí thải ô tô Để giảm lượng phát thải độc hại từ động cơ ôtô mà vẫn có thể duy trì được tốc độ phát triển của nền công nghiệp. Một số nước trên thế giới có nền công nghiệp phát triển đã đi đầu trong việc nghiên cứu, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại phát thải ra môi trường. Bên cạnh đó các nước này cũng đã đưa ra các tiêu chuẩn giới hạn về nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ, và bắt buộc các xe được sản xuất trong nước cũng như được nhập khẩu phải đảm bảo các tiêu chuẩn giới hạn phát thải này. Ở Châu Âu bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 1 vào năm 1992, EURO 2 năm 1996, EURO 3 năm 2000, EURO 4 năm 2005. Các tiêu chuẩn này ngày càng khắt khe hơn về nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ. Tại Việt Nam, trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, chúng ta cũng phải tuân theo xu hướng phát triển chung của thế giới đó là: Phát triển bền vững – tức là phát triển nhưng vẫn bảo vệ môi trường. Chính vì vậy, nhà nước ta áp dụng chu trình thử và tiêu chuẩn Châu Âu để thử nghiệm công nhận kiểu cho các dòng xe. Bắt đầu từ ngày 01/07/2007 nước ta sẽ áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 trên toàn quốc. Ngày nay vấn đề phát triển bền vững, là vấn đề bức xúc đối với mọi quốc gia và có ý nghĩa toàn cầu. Ba hội nghị thượng đỉnh toàn cầu lần đầu tiên về môi trường ở Rio Gia-de-ne-ro (Braxin-1992), Kyoto (Nhật Bản-1997) và Gio-han-ne-xbơc (9/2002) đã nói lên điều đó. Một trong những nguồn ô nhiễm chủ yếu là khí thải động cơ đốt trong- đông cơ cung cấp tới 80% tổng số năng lương tiêu thu trên thế giới.Theo số liệu thống kê tính đến năm 2003, trên thế giới có khoảng 750 triệu ôtô, hàng năm thải ra môi trường hàng trăm tấn độc hại. Ở Việt Nam tại thời điểm cuối năm 2004 cả nước có 523.509 ôtô và khoảng 13 triệu xe máy đang hoạt động, năm 2006 có 18 triệu xe và đến tháng 3/2007 là 18 triệu + 9000 xe, tốc độ tăng bình quân của các phương tiện trên khá cao, tốc độ tăng bình quân xe máy là 15%-17% có năm tăng 30%. Phần lớn số ôtô xe máy tập trung ở các thành phố lớn như Hà Nội (12%), thành phố Hồ Chí Minh (30%) . . . gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề. Tại đây nồng độ các chất độc hại tại một số nút giao thông gần khu dân cư giờ cao điểm đã đạt tới giới hạn cho phép. Vì vậy việc nghiên cứu để hạn chế ô nhiễm do khí thải của đông cơ là một yêu cầu cấp bách không chỉ riêng với quốc gia nào. Ngay từ những năm cuối của thập kỷ 50, đầu thập kỷ 60 Mỹ đã đưa ra nhưng Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  tiêu chuẩn hạn chế độc hại trong khí thải của ôtô. Châu Âu tiến hành việc này muộn hơn nhưng cũng bắt đầu vào những năm 70. Năm 1992 áp dụng tiêu chuẩn Euro 1 đến năm 2005 đã áp dụng tiêu chuẩn Euro 4 Các tiêu chuẩn khí thải trên thế giới ngày càng quy định ngặt nghèo hơn về nồng độ các chất độc hại như trên hình 5-1b. Hình 5.1b. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải cho xe con và xe tải nhẹ Năm 2000 Châu Âu áp dụng tiêu chuẩn Euro 3, theo tiêu chuẩn này : - Lượng PM cho phép là < 0,05 (g/km) giảm 81% so với tiêu chuẩn EEC - Lượng HC + NOx cho phép < 0,56 (g/km) giảm 90% so với tiêu chuẩn ECE R15/04 - Lượng CO cho phép < 0,64 % (g/km) giảm 97% so với tiêu chuẩn ECE R15/04 Năm 2005, theo tiêu chuẩn Euro 4 lượng khí thải độc hại đã giảm xuống đáng kể, cụ thể là: - Lượng PM cho phép là 1 và khá lớn (thừa ô-xy) nhưng vẫn có thành phần CO măc dù khá nhỏ là do vẫn có những vùng với λ [...]... tô với dây chuyền công nghiệp Xác định tô là một thứ hàng hoá xa xỉ phẩm đã khiến cho ngành công nghiệp tô của Anh có xu hướng nghiêng về quy mô nhỏ, manh mún 1935 Thành phố Oklahoma (Mỹ), trở thành thành phố đầu tiên trên thế giới lắp đặt các đồng hồ tự động tính tiền đỗ xe Doanh số của thị trường tô Mỹ (tính từ 1900) vượt qua 50 triệu chiếc Cứ 5 người Mỹ thì có một chiếc xe tô Nghiệp đoàn Công... việc áp dụng Marketing trong ngành công nghiệp tô 1934 Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Tại Anh, Morris Motors là nhà sản xuất đầu tiên áp dụng dây chuyền sản xuất tô Phân phối thu nhập, sự sẵn có của các phương tiện giao thông công cộng, tính bảo thủ của người Anh, tất cả điều này đã ngăn cản sự phát triển của công nghiệp tô Trước thời điểm này không một nhà sản xuất nào của Anh có... lượng tô của Mỹ vượt qua con số 3.7 triệu chiếc Đã có 13 triệu xe tô tại Mỹ, và 108 nhà sản xuất tô nhưng trong đó có 10 nhà sản xuất đã chiếm tới 90% sản lượng hàng năm Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  GM bán được 800.000 chiếc, đạt 80 triệu đôla lợi nhuận 1924 Trong hai năm liên tiếp, số lượng xe Model T được sản xuất vượt qua ngưỡng 2 triệu chiếc/năm Giá xe giảm xuống còn 290 đôla/chiếc... Motor thừa nhận Nghiệp đoàn công nghiệp tô là đại diện hợp pháp cho Công nhân 1938 Ngành công nghiệp tô của Mỹ vẫn chịu ảnh hưởng của cuộc Đại suy thoái với sản lượng chỉ dừng lại ở 2.5 triệu xe Nước sản xuất tô đứng thứ hai là Anh với 445 ngàn chiếc, chiếm 9% tổng sản lượng thế giới là 4 triệu chiếc (ít hơn cả sản lượng của Mỹ trong năm 1929) Ngành công nghiệp tô non trẻ của Nhật Bản đóng góp 24.000... định thời xupáp Hình 1.1 Pha phối khí động cơ Hiện nay trên các động cơ ô tô hiện đại pha phối khí được điều khiển rất thông minh và linh hoạt tùy theo các chế độ làm việc của động cơ như dưới bảng 1.1 ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Bảng 1.1 Bảng thông thống số kỹ thuật của động cơ TOYOTA Động cơ No Số xy lanh và bố trí Cơ cấu xu páp Trục cam nạp mở Trục cam nạp đóng Trục cam xả mở Trục... của ông thết kế và cho xuất xưởng vào những năm 1896-1900 là những xe có động cơ hoàn thiện đầu tiên xuất hiện ở Anh FW Lanchester đã có rất nhiều phát minh sáng chế trong lĩnh vực tô động cơ, đó là hộp số hành tinh, bộ truyền (cơ cấu lái), kiểu trục-bánh vít, trong đó có động ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại cơ không rung chấn đặt nằm ngang Việc giảm rung chấn được thực hiện bằng cơ cấu... nước sản xuất ô tô lớn thứ 4 (xếp sau Mỹ, Đức, Anh), nhưng sản lượng của Nhật Bản vẫn chỉ chiếm 7% sản lượng xe hơi toàn cầu ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Động cơ ô tô hiện đại Chương 1 ĐIỀU KHIỂN PHA PHỐI KHÍ 1.1 Điều khiển pha phối khí thông minh Quá trình trao đổi khí trong động cơ rất quan trọng quyết định đến công suất sinh ra của động cơ và ảnh hưởng đến các chất phát thải gây ô nhiễm môi trường Do... RUNG ĐỘNG 2.1 Khái niệm về cân bằng động cơ và rung động Khi động cơ làm việc ở trạng thái ổn định, nếu lực và mô men tác dụng trên bệ, gối đỡ của động cơ không thay đổi trị số và chiều tác dụng thì động cơ được coi là cân bằng Khi động cơ làm việc ở trạng thái không cân bằng, lực truyền cho hệ động cơ luôn luôn thay đổi, làm tăng mức độ rung chấn và khiến cho bu lông bị lỏng ra, một số chi tiết bị quá... Ford Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  không làm chuyện đó Sau đó thì Ford cùng vợ và con trai đã thu hồi được tất cả số cổ phiếu trong công ty Ford Motor lúc này trị giá một tỷ đôla Không có khả năng cạnh tranh với Ford về giá cả và giá trị sản phẩm trong con mắt người tiêu dùng, các hãng sản xuất tô khác giới thiệu phương thức mua bán bằng thẻ tín dụng và xem đây là cách để lôi cuốn khách... Bill Động cơ ô tô hiện đại ThS.Tr ương Mạnh Hùng  Mitchell khởi xướng một phong cách thiết kế mới với những đường nét khoẻ khoắn vuông vắn Xu hướng thiết kế này được áp dụng trên các xe hơi của Mỹ trong suốt những năm 60 cho đến cuối thập kỷ 80 Ford buộc phải chấp nhận yêu cầu của Uỷ Ban Công Đoàn Quốc Gia về thành lập nghiệp đoàn trong công ty 1942 Từ 1942 cho đến 1945, ngành công nghiệp tô của Mỹ