Ngoăi động cơ vă bânh răng điều khiển van, động cơ đốt trong hiện đại còn có một số lượng lớn chất trợ. Đđy lă những yíu cầu cần thiết để vận hănh chính xâc động cơ đốt trong vă cũng để cung cấp thím
Hình 3. 16 Sự cố ma sât trong bộ truyền động đai.
câc chức năng như an toăn vă lăm sạch khí thải hoặc đâp ứng nhu cầu tiện nghi ngăy căng tăng nhanh của xe những chủ sở hữu. Ví dụ về chức năng của câc chất phụ trợ lă:
• Đảm bảo chức năng cơ học thích hợp của động cơ ở tất cả câc trạng thâi hoạt động của ô tô: bơm dầu, bơm lăm mât, hệ thống cung cấp nhiín liệu, bộ tản nhiệt quạt, tăng âp cơ khí.
• Đảm bảo cung cấp năng lượng điện thích hợp cho động cơ vă ô tô ở tất cả câc trạng thâi hoạt động bằng câch sử dụng một mây phât điện.
• Tạo thím một cơ sở lăm sạch khí thải: Bơm không khí thứ cấp, bộ lăm nóng sơ bộ bộ chuyển đổi xúc tâc.
• Cung cấp năng lượng phụ trợ để đâp ứng câc yíu cầu nđng cao về sự thoải mâi vă an toăn của hănh khâch: Bơm trợ lực lâi, mây nĩn điều hòa không khí, bơm chđn không, khởi động, hệ thống chống bó cứng phanh, hệ thống kiểm soât lực kĩo, hệ thống điều khiển mức.
Tùy thuộc văo trạng thâi hoạt động, ổ đĩa của những phụ trợ tiíu thụ một tỷ lệ lớn của cơ khí năng lượng được cung cấp bởi động cơ đốt trong trong ứng dụng loạt hiện đại. Công suất ổ đĩa cần thiết cho câc chất trợ năy do đó thể hiện sự -mất mât cơ học vă có thể được gân cho sự mất mât ma sât. Câc định nghĩa khâc nhau tạo nín trợ cấp cho câc chất trợ năy theo những câch khâc nhau. Mục đích của chúng tôi ở đđy không phải lă xem xĩt câc định nghĩa mă lă xem xĩt câc mối quan hệ cơ bản đối với sự xích mích của câc chất trợ. Vì điều năy đóng một vai trò quan trọng trong tiíu thụ nhiín liệu của xe, khía cạnh năy đang trở thănh ngăy căng quan trọng hơn khi sự gia tăng đâng kể trong nhu cầu năng lượng sẽ được mong đợi trong tương lai do người tiíu dùng bổ sung hoặc mạnh mẽ hơn.
Phần năy cung cấp một câi nhìn tổng quan về câc chất phụ trợ của một động cơ đốt trong hiện đại. Theo quan điểm của lớn số lượng câc chất phụ trợ như vậy, chúng ta chỉ có thể xem ở đđy phụ trợ cần thiết cho hoạt động của động cơ vă phụ trợ với công suất truyền động cao nhất. Chúng tôi cũng có một Sơ lược về số lượng lớn câc thănh phần được dẫn động bằng điện chứ không phải bằng động cơ đốt trong trực tiếp. Không được bỏ qua việc cung cấp điện cho câc thănh phần năy khi xem xĩt công suất truyền động của mây phât điện.
Trong câc động cơ hiện đại, câc phụ trợ được điều khiển gần như độc quyền với một tỷ số truyền không đổi cho trục khuỷu; điều năy có nghĩa lă tốc độ của câc chất trợ riíng lẻ lă tỷ lệ với tốc độ trục khuỷu. Sự lan rộng của tốc độ phụ trợ (tỷ lệ phụ trợ tối đa vă tối thiểu tốc độ) được xâc định bằng sự lan truyền tốc độ của động cơ đốt trong do truyền cố định câc tỷ lệ. Công suất đầu ra phù hợp của câc bộ phụ trợ riíng lẻ thậm chí gần với tốc độ không tải của động cơ xâc định tỷ số truyền. Mặt khâc, công suất do trục khuỷu phât ra thông qua bộ truyền động dđy đai hoặc xích tăng lín với tốc độ động cơ, ngay cả khi năng lượng được cung cấp bởi phụ trợ ở phía thứ cấp lă không cần thiết. Tuy nhiín, nhu cầu năng lượng riíng của câc phụ trợ lă không phụ thuộc trực tiếp văo tốc độ động cơ. Trực tiếp do đó ổ đĩa thể hiện sự thỏa hiệp giữa câc lợi ích vă chi phí.
Trong câc đânh giâ dưới đđy, có sự phđn biệt giữa câc định nghĩa sau về quyền lực:
• Công suất phụ: Công suất động cơ cần thiết để điều khiển chất phụ trợ
• Công suất đầu ra: Công suất đầu ra của câc phụ trợ (ví dụ: năng lượng điện hoặc năng lượng thủy lực)
• Nhu cầu điện năng: Sản lượng điện của câc phụ trợ cần thiết để đâp ứng nhu cầu năng lượng của động cơ hoặc ô tô
Hình 3-17 cho thấy âp suất ma sât trung bình của phụ trợ cần thiết cho hoạt động của động cơ: Dầu vă mây bơm nước lăm mât phđn phối theo động cơ hoạt động điểm, mây phât điện được điều khiển nhưng không tạo ra bất kỳ công suất điện năo. Tổng câc giâ trị riíng lẻ thuận lợi nhất cho câc động cơ khâc nhau cho thấy rằng vẫn có đủ tiềm năng tối ưu hóa.
Hình 3. 17 Ma sât của câc phụ trợ cần thiết cho động cơ hoạt động.
Bơm dầu
Động cơ bốn kì hiện nay được bôi trơn bằng hệ thống bôi trơn cưỡng bức. Câc thănh phần chính sau được cung cấp dầu bôi trơn bởi mây bơm dầu:
• Ổ trục chính vă ổ trục thanh kết nối
• Vòi phun pít tông
• Bộ truyền động vă dẫn động van (trục cam, tappets, bânh răng bânh xe, v.v.)
• Tăng âp
Câc điểm bôi trơn khâc theo dạng động cơ -Nhiệm vụ của mạch dầu động cơ ở đđy lă
• Đảm bảo có măng dầu hỗ trợ trín tất cả câc bề mặt trượt trong mọi điều kiện hoạt động để ngăn chặn hiệu quả ma sât hỗn hợp vă sự măi mòn liín quan
• Ngăn chặn tình trạng quâ nóng cục bộ của câc bộ phận vă thiệt hại do đảm bảo đủ nhiệt sự bay hơi
• Nhặt câc hạt (muội than vă / hoặc câc hạt măi mòn) vă giữ lại
• Ngăn ngừa sự ăn mòn
Câc mây bơm dầu thường được sử dụng trong xe có động cơ lă kiểu lưỡi liềm hoặc mây bơm khớp ròng rọc được điều khiển trực tiếp bằng trục khuỷu hoặc câc mây bơm bânh răng bín ngoăi vă khớp ròng rọc mây bơm được truyền động thông qua một bânh răng bước xuống vă truyền động phụ.
Công suất truyền động của câc mây bơm khâc nhau đâng kể, tùy thuộc văo hệ thống truyền động vă loại mây bơm. Câc bước tối ưu hóa khâc nhau được mô tả trong Refs. [12], [13], vă [14] cho phĩp câc mây bơm được cải tiến riíng vă thích ứng với câc yíu cầu của động cơ. Một đặc điểm chung cho tất cả câc loại mây bơm, như được minh họa bởi sự lan truyền của dầu âp suất ma sât trung bình của mây bơm trong Hình 3-18, sự gia tăng trong công suất truyền động ở tốc độ động cơ cao. Trong phần lớn dầu phạm vi hoạt động của mây bơm, được sử dụng rộng rêi nhưng mạnh mẽ kiểm soât bỏ qua không thuận lợi dẫn đến hiệu quả thấp hơn.
Hình 3. 18 Ma sât của câc loại dầu khâc nhau mây bơm.
Bôi trơn đầy đủ, nói câch khâc, một âp suất dầu tối thiểu nhất định, phải tồn tại trong tất cả câc hoạt động của động cơ điều kiện bởi vì không có âp suất tối thiểu năy, động cơ có thể bị hư hỏng trong một thời gian rất ngắn. Do đó, mây bơm được thiết kế cho trường hợp ít thuận lợi nhất, có nghĩa lă nhiệt độ dầu cao vă động cơ có tuổi thọ dăi vă do đó, khe hở lớn. Thím nữa tiíu chí thiết kế lă tốc độ thấp để đảm bảo cung cấp dầu cho câc yếu tố điều chỉnh đòn van thủy lực (không tải nhanh) vă để thiết bị truyền động điều khiển âp suất dầu (ví dụ, trục cam bộ điều chỉnh), vă tốc độ cao để cung cấp đủ dầu cho câc vòng bi của thanh kết nối có khả năng chịu lực cao tải động.Hình 3-19 cho thấy thể tích dầu lưu lượng vă âp suất dầu trong hệ thống bôi trơn. Đđy, nó lă thiết yếu lă âp suất dầu tối thiểu cần thiết để đảm bảo đạt được nguồn cung cấp chất bôi trơn theo định hướng nhu cầu hoặc vượt quâ trong quâ trình hoạt động của động cơ ở tất cả câc hoạt động câc điểm, ví dụ, không có tiếng kíu của con
rối vă nguy cơ xđm thực trong câc ổ trục của thanh kết nối. Hình 3-19 Âp suất dầu vă lưu lượng thể tích dầu trong mạch bôi trơn.
Hình 3. 19 Âp suất dầu vă lưu lượng thể tích dầu trong mạch bôi trơn
Sự dịch chuyển dầu của động cơ tăng ít hơn mạnh với tốc độ động cơ ngăy căng tăng so với việc cung cấp bơm dầu tăng nhiều hơn hoặc ít hơn tương ứng với sự gia tăng tốc độ động cơ. Vì lý do năy, một phần của giao hăng được trả lại ở tốc độ động cơ trung bình vă cao qua một van rẽ nhânh, nói chung lă phía đầu văo của mây bơm. Ngoăi sự thích ứng theo định hướng nhu cầu của hệ thống bôi trơn vă sự tối ưu hóa chi tiết của bơm dầu theo yíu cầu của động cơ, thay đổi thay đổi mây bơm có tiềm năng lớn để giảm công suất truyền động của bơm dầu. Khả năng điều chỉnh việc phđn phối mây bơm dầu cho nhu cầu cần thiết lă khâi niệm với một thể tích buồng phđn phối thay đổi, tuy nhiín, nói chung lă rất phức tạp vă đắt tiền, cũng như điều khiển tốc độ bằng câch tâch tốc độ bơm khỏi tốc độ động cơ.
Bơm nước lăm mât
Bơm chất lăm mât cho động cơ đốt trongchủ yếu lă mây bơm ly tđm được thiết kế để cung cấp thông lượng chất lăm mât thích hợp để tiíu tân lăm nóng cả ở tốc độ
động cơ thấp vă tải động cơ cao (ví dụ, lâi xe lín dốc bằng xe kĩo) vă ở đầu ra được đânh giâ.
Với điều khiển tốc độ của mây bơm phụ thuộc văo nhiệt độ của câc bộ phận hoặc của chất lăm mât, ví dụ, thông qua một ổ đĩa điện, mức nhiệt độ của câc bức tường xung quanh buồng đốt vă do đó, hiệu quả của động cơ ở mức bân tải có thể được tăng lín, thời gian khởi động của động cơ bị rút ngắn, vă công suất truyền động của bơm nước lăm mât giảm ngay cả ở tốc độ động cơ cao. Câc truyền động tỷ lệ với tốc độ động cơ dẫn đến phđn phối cao ở tốc độ động cơ cao, với thiết kế thuận lợi mạch lăm mât, dẫn đến tổn thất âp suất cao (vă do đó, sang công suất ổ đĩa cao). Điều năy cung cấp một tiềm năng tối ưu hóa trong thiết kế của mạch với bơm nước lăm mât cải tiến.
Bộ phât điện
Câc loại đầu nối cực có hiệu suất cao vă ít bảo trì (mây phât điện) với điện âp danh định lă 14 V gần như lă được sử dụng độc quyền để cung cấp năng lượng điện trong điện thoại di động tự động ngăy nay. Hiệu suất của mây phât điện được giới hạn cho thuí tối đa từ 60% đến 70% vă đạt được ở tốc độ động cơ thấp vă tải cao trín mây phât điện. Tuy nhiín, thường xuyín, câc mây phât điện thay thế được vận hănh ở mức cao tốc độ động cơ vă tải thấp vă do đó, với hiệu suất thấp từ 20% đến 40%. Câc yíu cầu về tải điện được lắp đặt trong thiết bị di động tự động đê tăng mạnh trong 40 năm qua kể từ khoảng 0,2 đến 2,5 kW vă dự kiến sẽ tăng trong 20 năm tới lín khoảng 4 kW. Câc dự bâo dựa trín Câc dự ân của Prometheus còn tiến xa hơn nữa. Ở đđy, khoảng 8 kW điện sẽ phải được cung cấp trong năm Năm 2010, khi giới hạn công suất của câc cuộn dđy thay thế 14 V thông thường khoảng 3 đến 5,5 kW sẽ bị vượt quâ.19 Hình 3-20 cho thấy ma sât của câc mây phât điện khâc nhau khi không có công suất điện. Hệ thống khởi động-mây phât điện với sản lượng điện cao hơn vă điện âp đầu ra 42 V lă dự kiến cho câc phương tiện của tương lai. Đâng kể
công suất điện cao hơn lă điều kiện tiín quyết để chuyển đổi sang động cơ điện cho câc bộ phận khâc nhau (ví dụ: mây bơm dầu, bơm nước lăm mât, tău van điện). Mức tiíu thụ điện năng của người tiíu dùng cần duy trì chức năng của động cơ ít nhiều không phụ thuộc văo hoạt động của xe. Nhu cầu điện năng cho mặt khâc, tất cả những người tiíu dùng khâc, đặc biệt đối với câc chức năng tiện nghi, phụ thuộc rất nhiều văo câc điều kiện hoạt động (mùa hỉ, mùa đông, ngăy hoặc đím). Nhìn chung, có sự chính lệch trong tổng nhu cầu điện năng từ khoảng 300 W đến 1200 W cho xe hạng trung, tùy thuộc văo điều kiện hoạt động vă tần suất của hoạt động.Do câc mối quan hệ vật lý, không thể xâc định công suất phât ra ở tốc độ không tải của động cơ vă mây phât điện tối đa đặt ra với trọng lượng mây phât điện không đổi độc lập với nhau.20 Kịch bản bất lợi năy căng trở nín trầm trọng hơn do sản lượng điện ngăy căng tăng nhu cầu ở tốc độ nhăn rỗi vă mong muốn giảm hơn nữa tốc độ không tải vì lý do tiíu hao nhiín liệu.Như một hệ quả của điều năy, cần phải suy nghĩ về khâi niệm mây phât điện vă quản lý ổ đĩa của
mây phât điện. Một tham số đặc trưng trong mây phât điện thiết kế lă 2/3 tốc độ động cơ mă tại đó mây phât điện có thể xuất ra 2/3 công suất tối đa của nó. Tỷ số truyền giữa mây phât điện vă động cơ thường được chọn để mây phât điện chạy bằng 2/3 tốc độ động cơ ở động cơ tốc độ không tải vă do đó đảm bảo cung cấp điện cho động cơ vă ô tô. Mục tiíu tối ưu hóa mây phât điện lă hiệu quả cao trong tất cả câc phạm vi hoạt động, tốc độ bắt đầu thấp vă cao sản lượng điện. Do đó, dòng điện nín tăng mạnh trín tốc độ bắt đầu (1000 đến 1500 vòng / phút) để năng lượng có thể được cung cấp cho người tiíu dùng đang chạy ngay cả trong dải tốc độ động cơ thấp hơn. Tỷ lệ lớn nhất của Tổn thất mây phât điện trong quâ trình hoạt động đầy tải, cụ thể lă tổn thất sắt vă đồng trong stato vă ma sât vă tổn thất quạt, trong khi tổn thất diode vă kích từ lă tương đối nhỏ. 21 Vì sản lượng điện chỉ tăng cao hơn một chút so với tốc độ mây phât điện lă 5000 vòng / phút, nín vận hănh ở tốc độ mây phât điện từ giữa 2000 vă 5000 vòng / phút.
Bơm phun nhiín liệu
Bơm phun phục vụ để phun nhiín liệu thông qua một vòi phun trực tiếp văo buồng đốt về cuối hănh trình nĩn. Tùy thuộc văo thiết kế của lượng phun vă điểm hoạt động của động cơ, âp suất phun nằm trong khoảng từ 50 đến 200 bar cho động cơ SI với phun trực tiếp vă hơn 2000 bar đối với động cơ diesel. Hình 9-21 mô tả lực ma sât của bộ phđn phối bơm phđn phối của động cơ diesel phun trực tiếp. Giữa không tải vă vị trí tối đa của nhiín liệu bộ định vị số lượng, câc giâ trị ma sât được tăng lín bốn lần. Câc giâ trị ma sât xảy ra ở tải đầy đủ tạo nín một một phần của tổng ma sât trong động cơ diesel vă lă một trong những lý do chính lăm tăng ma sât của động cơ giữa không tải vă đầy tải trong động cơ diesel.
Mây nĩn điều hòa không khí
Sự phât triển của điều hòa không khí trong ô tô bắt đầu ở Hoa Kỳ văo những năm 1960. Trong khi chỉ 20% ô tô tại thị trường Bắc Mỹ
được trang bị mây lạnh văo năm 1965, con số năy đê tăng lín 80% văo năm 1980. Mong muốn của Câc nhă sản xuất ô tô Nhật Bản chinh phục miền Bắc Thị trường Mỹ đê dẫn đến việc người Nhật phât hiện ra mây điều hòa không khí cho riíng mình, do đó, văo đầu năm 1985, Tỷ lệ ô tô có mây lạnh ở Nhật Bản cao hơn ở Hoa Kỳ. Một mặc dù tương tự sự phât triển chậm trễ đê được quan sât thấy kể từ cuối những năm 1980 ở chđu Đu cũng vậy, nhưng không có sự thđm nhập thị trường của Hoa Kỳ đê đạt được cho đến bđy giờ. Nhu cầu công suất lạnh đối với điều hòa không khí