ĐONG CO VARIBLE COMPRESSION TURBO

đây là tài liệu động cơ có tỉ số nén biến thiên variable compression ritio giúp cho các bạn sinh viên và những ai đang nghiên cứu về động cơ này có thêm nguồn tài liệu để tham khảo , nâng cao độ hiểu biết và hoàn thành bài báo cáo của mình

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

- -

BÁO CÁO ĐỘNG CƠ VC-TURBO CỦA INFINITI QX50

Sinh viên thực hiện: Thới Ngọc Toàn Mssv : 17145374

I Vài nét về hang xe Infiniti

Được thành lập vào năm 1989, Infiniti mang theo tham vọng của Nissan nhằm cạnh tranh với thương hiệu xe cao cấp đến từ Nhật Bản như Acura và Lexus cũng như các hãng xe châu Âu như BMW, Audi, Mercedes-Benz Có những khó khăn

và thuận lợi, có thất bại và thành công, nhưng từ đó Infiniti dần tạo ra một mạng lưới toàn cầu và khẳng định vị trí thương hiệu của mình

1.Khó khăn bước đầu

Là một phần của làn sóng đến từ phương Đông, Infiniti tấn công thị trường Mỹ với tốc độ chóng mặt nhưng lại không đủ sức để lay động thị trường khó tính này vào khoảng thời gian đầu Vì là thương hiệu còn non trẻ nên Infiniti không gây được tiếng vang, ngoài ra chiến lược quảng cáo lúc đầu của hãng cũng dở tệ khiến cho người tiêu dùng thờ ơ với hãng Điều này khiến cho sản phẩm đầu tiên của hãng là chiếc Q45, có doanh số bán ra thật thảm hại

Chiến dịch quảng cáo đầu tiên của công ty hướng vào việc phổ biến thương hiệu

qua những địa danh Phật giáo và yếu tố Thiền, khiến cho hình ảnh của nhân vật chính là chiếc xe Infiniti trở nên mờ nhạt và không có đất diễn Người tiêu dùng

không nhận diện được thương hiệu và họ cũng không muốn mua sản phẩm của hãng xe Nhật này

Thấy được sai lầm trong nước đi đầu tiên, Infiniti đã thay đổi chiến lược Hãng tập trung nhiều công sức vào chiến dịch quảng cáo lần 2 và thay đổicác mẫu xe chất lượng cao hơn xứng đáng với số tiền người tiêu dùng bỏ ra hơn Chính bước thay đổi đúng lúc đã khiến cho nhãn hàng lấy lại danh tiếng và bán được nhiều sản phẩm hơn

Thời điểm này, các dòng xe của Infiniti đều dựa trên nền tảng khung gầm của Nissan và được thiết kế lại theo phong cách sang trọng hơn Tuy nhiên nỗ lực này không thay đổi được tính cách “hạng trung” phản phất trong các dòng xe Infinity cho tới khi hãng này quyết định xây dựng loại khung gầm riêng biệt dành cho mình Xuất hiện trong dòng xe thể thao G37 và SUV hạng sang FX, khung gầm

mới của Infiniti đã đánh dấu bước tiến mới trong nỗ lực tạo nên dấu ấn riêng của

mình

2.Chất lượng xe sang đã được khẳng định

Và dù chiến lược quảng cáo của Infiniti tốt hay dở thì cũng không thể nào che dấu được giá trị của những chiếc xe đến từ hãng này Chiếc Q45 là một ví dụ tốt cho cỗ máy được trang bị động cơ V8 có công suất 278 mã lực, hệ dẫn động 4 bánh và hệ thống treo linh động Tất cả những yếu tố này tạo nên đẳng cấp hàng đầu so với những chiếc xe cùng phân khúc với nó Infiniti Q45 có thể cạnh tranh với các dòng xe hạng sang như Mercedes S-Class, BMW 7 Series, Jaguar XJ và Cadillac Fleetwood Và doanh số cực khủng đã nói lên điều đó

Ra đời sau chiếc sedan Q45 là mẫu xe coupe 2 cửa M30 Dòng xe này được đi vào sản xuất chỉ sau 3 năm để có thể đối đầu với chiếc Lexus SC M30 có trọng lượng khá nhẹ, khoảng 1,540 kg và được trang bị động cơ VG30E có công suất

162 mã lực cùng hộp số tự động

Infiniti giới thiệu model thứ 3 là mẫu Infiniti G20 được thiết kế dựa trên model Nissan Primera - vốn là phiên bản hạng sang của chiếc Nissan Sunny với gói nội thất bằng da và động cơ SR20DE DOHC 150 mã lực cùng hệ thống phun nhiên liệu đa cổng giúp cải thiện hiệu suất vận hành

Tiếp đó Infiniti lại cho ra mắt mẫu J30 Mẫu xe này sử dụng động cơ đơn, 222

mã lực được vay mượn từ các model Nissan 300ZX, Credric, Gloria và Cima, và là phiên bản của chiếc Nissan Leopard thế hệ thứ 3 tại Bắc Mỹ

Tại Việt Nam, Infiniti cũng không còn xa lạ với người tiêu dùng bởi các mẫu xe G37, FX35, QX56 đã được các showroom nhập khẩu nhập về và phân phối tại Việt Nam từ lâu [1]

II Động cơ VC-Turbo

1.Động cơ VC-Turbo là gì

Động cơ VC-T(Variable Compression Turbo ) là khối động cơ tăng áp biến thiên tỉ

số nén linh hoạt nhờ cơ cấu trục khủy thông minh ứng dụng công nghệ VCR(Variable Compression ratio).Công nghệ VCR này lần đầu tiên trên thế giới cho phép một khối động cơ có 2 tỉ số nén hoàn toàn khác nhau đã được sản xuất

hàng loạt Cụ thể là động cơ xăng I4 2.0 lít có 2 tỉ số nén hoàn toàn khác nhau là 8:1 và 14:1 được Infiniti trang bị trên chiếc QX50 2018 Công nghệ biến đổi tỉ số nén VCR đại diện cho một bước đột phá trong thiết kế động cơ đốt, nhằm tối ưu hóa để đảm bảo cả 2 yếu tố là hiệu năng cao và tính tiết kiệm nhiên liệu cho xe, tùy thuộc vào từng điều kiện vận hành

2.Nguyên nhân sử dụng động cơ VC-T

Như đã biết, tỉ số nén là tỉ số thể tích buồng đốt xy-lanh tại hai thời điểm khi pít-tông đi xuống cực đại ở điểm chết dưới Bottom Dead Centre (BDC) tương ứng thể tích buồng đốt lớn nhất và khi pít-tông đi lên cực đại Top Dead Centre (TDC) lúc này thể tích buồng đốt nhỏ nhất

Đối với động cơ có thể thay đổi tỷ số nén linh hoạt – Variable Compression Ratio (VCR) là một trong những giải pháp giúp tăng công suất động cơ, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu nhờ nâng cao hiệu suất quá trình cháy, giảm mức khí thải độc hại Hiệu suất của quá trình cháy phụ thuộc rất lớn vào tỷ số nén Tỷ số nén càng cao thì quá trình cháy càng diễn ra triệt để Tuy nhiên đối với các động cơ xăng thì không thể tăng mãi tỷ số nén bởi nếu tỷ số này lớn thì hỗn hợp xăng và nhiên liệu khi đi vào bên trong buồng đốt có thể sẽ tự bốc cháy mà không cần bugi và gây ra hiện tượng kích nổ của động cơ dẫn đến làm giảm công suất của động cơ và có thể làm hư hỏng động cơ

Khắc phục tình trạng này, hãng Nissan (sở hữu thương hiệu Infiniti) nghiên cứu chế tạo thêm một hệ thống các liên kết đa điểm để nối giữa trục khủyu, thanh truyền, thông qua cơ cấu bánh lệch tâm mà nhà sản xuất gọi là Harmonic Drive

3 Cấu tạo

Động cơ này cũng không khác mấy so với các động cơ đốt trong truyền thống ngoại trừ cụm piston – thanh truyền – trục khuỷu đã được các kỹ sư của Infiniti thiết kế lại Ngoài trục khuỷu và thanh truyền, còn có thêm một cánh tay đòn được điều khiển bằng điện để thay đổi hành trình piston

Bên cạnh turbo tăng áp, động cơ này còn được nâng cấp thêm đáng kể ở hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, hệ thống làm mát van (xuppap), hệ thống làm mát bốn mạch và động cơ điện tác động trực tiếp vào trục khuỷu nhằm thay đổi hành trình

di chuyển của piston tăng tỉ số nén [2]

4.Nguyên lý hoạt động của cơ VC-T

Trong quá trình làm việc, động cơ điện được nối cơ cấu Harmonic Drive thông qua một cánh tay điều khiển Khi cơ cấu Harmonic Drive quay, trục điều khiển ở đáy của động cơ quay, di chuyển hệ thống liên kết đa điểm bên trong động cơ Khi góc của cánh tay đa liên kết thay đổi, nó sẽ điều chỉnh vị trí trung tâm của piston

và thay đổi tỷ số nén Một trục điều khiển bất thường làm thay đổi tỉ số nén của tất

cả các xi lanh cùng một lúc.

Khi hệ thống máy tính nhận thấy xe cần thêm công suất, bộ điều khiển sẽ xoay cánh tay đòn để thay đổi vị trí của piston bên trong xilanh Lúc này piston hạ thấp xuống hơn so với điểm chết trên vì vậy tỉ số nén giảm xuống chỉ còn 8:1, động cơ

sẽ sản sinh ra nhiều momen xoắn hơn

Khi xe cần hiệu suất cao thì bộ điều khiển sẽ xoay cánh tay đòn để di chuyển piston lên gần điểm chết trên hơn Từ đó làm tăng tỉ số nén lên 14:1 Tùy thuộc vào điều kiện di chuyển mà các chế độ sẽ được thay đổi theo sự điều khiển của hệ thống máy tính.[2]

Với mô hình này của Infiniti thì ngoài những ưu điểm về tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất nó còn giúp động cơ hoạt động êm dịu hơn nhờ mối liên kết giữa trục khủy và thanh truyền “mềm” hơn

Khi tỷ số nén giảm xuống, động cơ sẽ quay trở lại chu trình đốt thường Động cơ VC-Turbo kết hợp một số công nghệ INFINITI hiện có để nhận ra tính chất biến thiên của nó Động cơ sử dụng cả MPI (phun xăng đa điểm) và GDI (phun xăng trực tiếp) để cân bằng hiệu quả và sức mạnh trong mọi điều kiện: Đối với phun

xăng trực tiếp GDI giúp động cơ cải thiện hiệu suất đốt và hiệu suất làm việc, và cho phép động cơ tránh được va đập với tỷ lệ nén cao hơn Còn đối với kiểu phun xăng đa điểm MPI trộn nhiên liệu và không khí sớm hơn, cho phép đốt hoàn toàn trong buồng để đạt hiệu suất cao hơn với tải trọng thấp Động cơ này cho phép chuyển đổi giữa hai tốc độ động cơ thông thường, với cả hai bộ phun có thể làm việc kết hợp dưới tải cao hơn

Kết hợp cùng một turbo tăng áp đơn duy nhất tăng tối đa hiệu năng và hiệu suất, cho phép phản ứng ga ngay tại bất kỳ tốc độ hoặc tỷ lệ nén nào Hệ thống ống xả

được tích hợp trong đầu xi lanh nhôm nhằm tăng cường khả năng trao đổi và thải khí hiệu quả Điều này đảm bảo hiệu quả sử dụng nhiên liệu và hiệu suất trong khi giảm thiểu phát thải.[3]

5.Ưu điểm của động cơ VC-T

Chiếc Infiniti QX50 2018 trang bị động cơ VC-Turbo áp dụng công nghệ biến thiên tỷ số nén hoạt động hiệu quả với mức tiêu thụ nhiên liệu lần lượt cho 2 loại

hệ dẫn động là cầu trước và 4 bánh lần lượt là 8,7 và 9,04 lít/100 km Với con số này, QX50 2018 tiết kiệm nhiên liệu 35% so với động cơ xăng V6 của QX50 thế

hệ trước với hệ dẫn động cầu trước và 30% so với phiên bản dẫn động 4 bánh Bên cạnh đó, so với động cơ “đàn anh” VQ V6 3,5 lít của Infiniti, động cơ 2.0 lít VC-Turbo nhẹ hơn 18kg và đòi hỏi ít khoảng trống trong khoang động cơ hơn, nhưng sức mạnh và hiệu suất không hề thua kém

Ngoài khả năng vận hành linh hoạt, động cơ VC-Turbo cũng chạy mượt mà hơn

so với động cơ truyền thống, với độ ồn và độ rung thấp hơn động cơ V6 truyền thống Do liên kết đa điểm Harmonic Drive trong đó các thanh truyền piston gần như di chuyển thẳng đứng trong suốt quá trình đốt cháy chứ không phải di chuyển tịnh tiến theo chiều ngang và theo chiều dọc trục khuỷu, vì thanh truyền không quay vòng quanh trục khuỷu như động cơ truyền thống Kết quả là độ rung động

cơ thấp hơn

Theo nhà sản xuất, động cơ VC-Turbo còn được trang bị hệ thống giảm chấn động đầu tiên trên thế giới được gọi là Rod Active Torque (ATR) nhằm giảm tiếng

ồn động cơ Infiniti QX50 2018 là chiếc xe duy nhất trong phân hạng của nó được

áp dụng loại công nghệ này

Tích hợp vào block máy phía trên, nơi có tiếng ồn và độ rung cao nhất, hệ thống ATR có một cảm biến G phát hiện rung động và nó tạo ra các rung động đối nghịch nhằm triệt tiêu tiếng ồn phát ra, từ đó làm giảm độ ồn động cơ VC-Turbo Theo phân tích, độ ồn của động cơ VC-Turbo đã giảm tới 9dB so với động cơ tiền nhiệm Điều này giúp làm cho VC-Turbo trở thành một trong những động cơ êm

III Một vài công nghệ khác sử dụng trên động cơ VC-Turbo

1.Turbo tăng áp

1.1 Turbo tăng áp là gì

Turbo tăng áp là một hệ thống bơm không khí cưỡng bức vào buồng đốt động cơ, vận hành bằng cách lợi dụng luồng khí xả ra từ kì nén trước đó để làm quay cánh tua-bin Nhờ vậy không khí được nén ép vào trong xi lanh nhiều hơn, khiến nhiên liệu cũng được đưa vào nhiều hơn nên ở mỗi kỳ nổ, động cơ sẽ sản sinh công suất lớn hơn Một động cơ trang bị turbo tăng áp (gọi tắt là động cơ tăng áp) có thể tạo

ra công suất tương đương với động cơ hút khí tự nhiên có dung tích xi lanh lớn gấp đôi

Động cơ tăng áp giúp nhà sản xuất không chỉ tiết kiệm được chi phí sản xuất, nguyên vật liệu, cắt giảm trọng lượng mà còn giúp cho động cơ hoạt động với hiệu suất vượt trội so với loại hút khí tự nhiên Quan niệm về một mẫu xe với động cơ

sự chính xác tuyệt đối [5]

1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của turbo tăng áp

Bộ tăng áp gồm 2 chi tiết máy có hình dạng như 2 "vỏ ốc sên" được hàn chặt vào nhau, phía trong mỗi "vỏ ốc sên" có 1 cánh quạt được gọi là máy nén (Turbin) và một trục có trách nhiệm nối “chết” 2 cánh quạt này với nhau Bộ tăng áp được lắp trực tiếp ở cửa xả động cơ để lợi dụng luồng khí xả làm quay Turbin số 1, Turbin

số 2 sẽ quay theo và nén không khí sạch đưa qua cổ hút vào lại buồng đốt

Ngoài ra,Turbin 2 quay tạo ra luồng gió xoáy giúp trộn đều hỗn hợp không khí với xăng tạo điều kiện chu kỳ nổ diễn ra tốt hơn Tốc độ quay của Turbin đến 30.000 vòng/phút ở tốc độ không tải và có thể tăng lên 80.000 – 100.000 vòng/phút khi người lái nhấn ga, ngoài ra nó còn nhận trực tiếp khí xả nên nhiệt độ tỏa ra từ

bộ tăng áp là cực kỳ nóng, nó gây giãn nỡ không khí trong khoang máy làm giảm hiệu năng tăng áp (không khí lạnh sẽ chứa nhiều ô xi hơn) Vì vậy, các nhà chế tạo lắp thêm một lưới tản nhiệt dành riêng cho bộ tăng áp để giảm nhiệt độ không khí trước khi vào buồng đốt Do được lắp trên đường xả nên hệ thống Turbo sẽ tạo ra một áp suất ngược lên buồng đốt, vì vậy hệ thống cần thêm 1 van xả nhỏ để “tống” lượng hơi dư thừa nếu không có cửa xả này động cơ sẽ phát nổ khi áp suất vượt ngưỡng [6]

2 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI

2.1 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI là gì

Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn, Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén

của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường

2.2 Cấu tạo

Về cấu tạo hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất) Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:

- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh hút vào

- Cảm biến ôxy: đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết

-Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga

-Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.

-Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe

-Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ

Tài liệu tham khảo

1.http://infiniti-hanoi.com/tin-tuc/post-xe-infiniti-cua-hang-nao

2.http://news.oto-hui.com/tim-hieu-dong-co-vc-t-cua-infiniti/

3 http://xedoisong.vn/cong-nghe/sang-tao-infiniti-dong-co-vcturbo-voi-truc-khuyu-thong-minh-23118.html

4 https://www.oto-hui.com/diendan/threads/dong-co-co-ti-so-nen-bien-thien-cua-infiniti.116765/

5 https://xe.thanhnien.vn/kham-pha/cong-nghe-xe/tang-ap-turbo-cuoc-cach-mang-thay-doi-nganh-cong-nghiep-o-to-5504.html

6.https://www.carmudi.vn/blog-xe-hoi/he-thong-turbo-tang-ap-tren-dong-co-o-to/

7

http://toyotahadongvn.com/tim-hieu-cong-nghe-phun-xang-truc-tiep-gdi-gasonline-direct-injection-bid251.html