2.1.5 Hệ thống bôi chơn
2.1.5.1 Sử dụng hệ thống hâm nóng dầu bơi chơn
Các thử nghiệm thực nghiệm đã được hoàn thành để đánh giá khả năng tiết kiệm nhiên liệu tối đa của việc làm nóng dầu động cơ thường bắt đầu với giả định rằng chênh lệch tiêu thụ nhiên liệu 10–15% giữa thử nghiệm NEDC lạnh và nóng là
khả năng tiết kiệm nhiên liệu tối đa khi làm nóng bất kỳ. các biện pháp và mặc dù khả năng làm nóng của động cơ là một yếu tố chính góp phần vào yếu tố lạnh hoặc nóng, nhưng cũng có một số yếu tố khác góp phần vào yếu tố lạnh-nóng. Điều quan trọng nhất trong số các yếu tố này là sự khởi động của hộp số (đặc biệt là hộp số tự động có hiệu suất thấp hơn hộp số tay), các hiệu ứng hiệu chuẩn cần thiết để làm nóng chất xúc tác để đáp ứng các quy định pháp luật về khí thải (ví dụ: tăng tốc độ khơng tải hoặc khởi động nguội chậm), nhiệt độ lốp, ma sát của trục truyền động còn lại và ổ trục bánh xe. Điều đó thường dẫn đến giả định chung rằng việc làm nóng dầu có thể phù hợp cụ thể đối với các chu kỳ truyền động ngắn bao gồm khởi động nguội nhưng sẽ không phù hợp lắm đối với các chu kỳ truyền động ấm hơn và dài hơn như EUDC. Farrant [34] đã dự đoán khả năng cải thiện mức tiết kiệm nhiên liệu tối đa chỉ là 2% đối với EUDC nếu thử nghiệm hoàn chỉnh sẽ được tiến hành với nhiệt độ dầu động cơ 94° C. Vì vậy, hầu hết các cách tiếp cận đều tập trung vào việc tăng nhiệt độ động cơ trong phần đầu tiên của chu trình truyền động nhưng khơng q nhiều ở phần thứ hai, cũng bởi vì chất làm mát - khác với dầu - đạt nhiệt độ vận hành sớm trong EUDC.
Để khảo sát tiềm năng chung của việc tăng nhiệt độ bôi trơn bằng cách sử dụng các thử nghiệm xe thải nhiệt bị lãng phí với bộ trao đổi nhiệt khí thải đã được thực hiện. Kết quả ban đầu đã được trình bày trong [35], [36]. Năm cuộc thử nghiệm xe của NEDC đã được thực hiện ở hai cấu hình khác nhau, có và khơng có bộ trao đổi nhiệt khí xả hoạt động. Xe đã được kiểm tra lực kế khung xe trong phịng thí nghiệm khí thải được cơng nhận theo tiêu chuẩn ISO9000 và ISO17025, chi tiết của thiết bị thử nghiệm đã được mô tả chi tiết trong nhiều ấn phẩm khác nhau [21], [42]. Kết quả của năm bài kiểm tra NEDC được tính trung bình cho mỗi cấu hình hệ thống và so sánh cho hai cấu hình khác nhau. Mức tiêu thụ nhiên liệu đã giảm 7,3% đối với chu trình truyền động kết hợp, và đối với phần đơ thị, mức tiêu thụ nhiên liệu thậm chí cịn giảm 7,8% (Hình 2). Đối với phần đơ thị, kết quả thấp hơn nhiều so với mơ phỏng của Farrant bởi vì mặc dù nhiệt độ đầu vào động cơ với bộ trao đổi nhiệt khí xả (HE) cao hơn tới 60°C so với khơng có HE, nhưng đối với hầu hết các phần của chu trình truyền động, nhiệt độ dầu là vẫn thấp hơn nhiều so
với nhiệt độ làm ấm hoàn toàn của Farrant là 94°C. Mối quan tâm đặc biệt là các cải thiện tiết kiệm nhiên liệu cao ở mức 6,9% đối với EUDC. Kết quả này chứng minh rằng tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu tối đa thông qua việc tăng nhiệt độ dầu động cơ lớn hơn nhiều so với chỉ yếu tố lạnh / nóng nếu nhiệt độ dầu có thể được tăng lên mức cao hơn, ví dụ lên đến 120° C như trong ví dụ này. Nhiệt độ dầu cao hơn ở EUDC có thể do tốc độ dịng khí thải cao hơn nhiều so với phần đơ thị của chu trình lái xe do tốc độ xe cao hơn nhiều. Do tác dụng bậc hai của tốc độ xe trên đường tải của xe mà tốc độ và tải trọng động cơ cũng cao hơn nhiều. Tốc độ động cơ cao hơn làm tăng ma sát tuyệt đối nhưng cũng theo tỷ lệ phần trăm của tổng năng lượng sử dụng và do đó, mang lại tiềm năng tối ưu hóa hiệu quả hơn với nhiệt độ dầu cao hơn.
Hình 2.23 Biểu đồ Cải thiện tiết kiệm nhiên liệu với bộ trao đổi nhiệt dầu và khí thải 2.1.5.2 Cấu hình hệ thống bơi trơn mới
Việc phân tích trước đó kết hợp với kết quả thử nghiệm với bộ trao đổi nhiệt khí xả đã dẫn đến một cấu hình hệ thống mới để việc truyền nhiệt đến dầu động cơ có thể được điều chỉnh và kiểm sốt tùy thuộc vào các thơng số nhất định [38]. Nó có thể được tối đa hóa trong điều kiện vận hành mà độ nhớt của dầu quá thấp để giảm ma sát và nó có thể được giảm xuống đối với tải và tốc độ động cơ cao khi nhiệt độ dầu cần được giới hạn để ngăn hiện tượng kết dính, do đó nhu cầu về bộ làm mát dầu động cơ có thể đã bị loại trừ. Một ưu điểm khác của cấu hình này là khối lượng nhiệt của các phần dầu khác nhau được tách ra một phần, giúp làm nóng dầu trong các phòng chứa dầu nhanh hơn nhiều. Sơ đồ hệ thống được trình bày trong Hình 8. Tương tự như một số máy bơm dầu biến đổi, hệ thống có một đường dẫn dầu được điều khiển bởi một van. Sự khác biệt là nó là một vịng tránh bên
ngồi khơng được tích hợp trong bơm dầu. Đường vòng nối bộ chứa dầu đầu xi lanh với đầu vào của bơm dầu.
Hình 2. 24 Cấu hình hệ thống bơi trơn mới - bỏ qua dầu đầu xi lanh với bộ trao đổi nhiệt
khí/dầu
Khi van được mở, áp suất dầu giảm và tốc độ dòng dầu qua đầu xi lanh tăng lên. Cấu hình trong Hình 2.24 cũng cho thấy một bộ trao đổi nhiệt khí thải/dầu tương tự như bộ trao đổi nhiệt đã được thử nghiệm trong [35], [36], mặc dù hệ thống mang lại những lợi ích mà khơng có bộ trao đổi nhiệt như vậy. Các thành phần được thêm vào cấu hình tiêu chuẩn như được mơ tả trước đây được hiển thị trong màu đỏ.
Các lợi ích tiết kiệm nhiên liệu được kỳ vọng sẽ tương tự như các kết quả được thảo luận trong [35], [36]. Nền tảng lý thuyết sẽ được thảo luận trong trường hợp nghiên cứu sau. Tổng nhiệt cần thiết để làm nóng dầu trong quá trình thử nghiệm NEDC đã được chứng minh [44].
2.1.5.3 Các lợi ích và rủi ro
Lợi ích của cấu hình đường vòng mới là độ phức tạp rất thấp để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tương đối lớn. Các bộ phận bổ sung duy nhất được yêu cầu là một ống rẽ nhánh - cũng có thể được tích hợp trong đầu và khối xi lanh nếu động cơ mới được thiết kế - và van chuyển tiếp bao gồm bộ điều khiển và chiến lược điều khiển. Lợi ích tối đa có thể đạt được nếu một bộ trao đổi nhiệt khí xả cũng được lắp đặt trong ống dẫn dầu đầu xi lanh mới. Cấu hình như vậy có lợi thế là khí thải lạnh hơn sau HE có thể được sử dụng làm khí tuần hồn khí thải (EGR) để giảm phát thải NOx hơn nữa. Tuy nhiên, nếu sự ngưng tụ nước nên được sử dụng ở mức độ lớn hơn, các tác động khác như ăn mòn tiềm ẩn và tắc nghẽn bộ trao đổi nhiệt cần phải được xem xét cẩn thận trong quá trình thiết kế. Bởi vì bộ trao đổi nhiệt được đặt phía sau chất xúc tác nên các tác động gây tắc nghẽn dự kiến sẽ nhỏ hơn so với bộ làm mát EGR hút khí thải ngược dịng chất xúc tác và các bộ lọc hạt tiềm năng và bẫy NOx nơi ống xả chứa nhiều khí thải.
Nhiệt độ dầu cao hơn cũng làm giảm lượng khí thổi - đặc biệt là nước và nhiên liệu - ngưng tụ trong cacte và làm loãng dầu động cơ. Đối với nhiệt độ dầu trên nhiệt độ sôi của nước là 100° C, nước và nhiên liệu ngưng tụ trực tiếp hóa hơi một lần nữa để chúng khơng làm lỗng dầu. Việc giảm hàm lượng nước trong dầu có thể cho phép khoảng thời gian thay dầu dài hơn và giảm mài mịn [39]. Điều này đặc biệt có lợi cho các xe sử dụng động cơ hybrid thường yêu cầu giảm khoảng thời gian thay dầu [40] vì các động cơ này nóng lên kém nhanh hơn do chúng thường bị tắt trong khi lái xe.
Một rủi ro tiềm ẩn liên quan đến nhiệt độ dầu cao hơn là q trình oxy hóa dầu và có thể xảy ra hiện tượng luyện cốc. Điều đó xảy ra trong quá trình dầu q nóng cục bộ, ví dụ như trong buồng đốt nơi dầu trong các khoang mài tiếp xúc trực tiếp với khí cháy rất nóng. Sự kết tụ cũng có thể xảy ra trong bộ sạc tuabin nếu dòng dầu quá nhỏ.
Đối với hệ thống rẽ nhánh có HE, các chiến lược vận hành van thích hợp sẽ tránh được khả năng quá nhiệt của dầu. Một vấn đề nghiêm trọng hơn có thể là dầu bị rị rỉ vào hoặc vào hệ thống xả nóng. Đối với rị rỉ vào hệ thống xả, khí thải sẽ bị
ảnh hưởng và các bộ phận từ hệ thống xả như bộ giảm thanh cũng có thể bị hỏng. Rị rỉ vào ống xả có thể gây ra hỏa hoạn.
Cả hai đều cần được ngăn chặn cẩn thận bằng cách áp dụng các nguyên tắc thiết kế thực hành tốt nhất như Chế độ hư hỏng và Phân tích hiệu ứng tương tự như đối với các ống dầu khác gần ống xả như đối với bộ bơi trơn bộ sạc turbo. Về mặt tích cực, hiệu suất của động cơ ở nhiệt độ lạnh và khởi động nguội sẽ được cải thiện rất nhiều, ổ nguội chậm chạp là một vấn đề nan giải của các động cơ cỡ nhỏ hiện đại. Hiệu ứng làm ấm cabin sẽ phụ thuộc vào cấu hình hệ thống. Khơng có khí thải / dầu HE có thể có tác động tiêu cực vì lượng nhiệt hao phí ít hơn do giảm tải động cơ. Với HE, hiệu suất của lò sưởi sẽ được cải thiện. Tiếng ồn của động cơ cũng có thể bị ảnh hưởng tùy thuộc vào giải pháp thiết kế chi tiết. Một số bài báo đề xuất giảm tiếng ồn của động cơ và đặc biệt là giảm thứ tự thống trị so với mức ồn tổng thể với việc giảm áp suất dầu [41], điều tương tự cũng được mong đợi với một phụ tùng bên ngoài cũng làm giảm áp suất dầu xuống mức tương tự.
2.1.6 Hệ thống phun xăng điện tử
2.1.6.1 Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống gồm có 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử ECU, và thành phần cơ cấu chấp hành.