Luận văn Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ngắt xi lanh trên động cơ xăng (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ngắt xi lanh trên động cơ xăng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN PHẠM HUỲNH ANH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG NGẮT XI LANH TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 9 8 8 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016
2. Dán hình LÝ LỊCH KHOA HỌC 3x4 & đóng (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) mộc giáp lại hình I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Phạm Huỳnh Anh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1983 Nơi sinh: Vĩnh Long Quê quán: Mỹ Hưng, Thiện Mỹ, Trà Ôn, Vĩnh Long Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Mỹ Hưng, Thiện Mỹ, Trà Ôn, Vĩnh Long. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0932882979 Fax: E-mail: nguyenanhckdl@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính qui tập trung Thời gian đào tạo từ 08/2002 đến 06/2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 04/2006 Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Người hướng dẫn: Thầy Hà Văn Trọng 3. Đại học: Hệ đào tạo: không chính qui Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2012 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Cấu trúc chức năng hộp số Powershift Caterpillar”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 10/2012 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Văn Toàn 4. Thạc sĩ: Trang i
3. Hệ đào tạo: Chính qui tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2014 đến 10/2016 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Tên luận văn: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ngắt xi lanh trên động cơ xăng” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 30/10/2016 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: TS. Lý Vĩnh Đạt 5. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ 6. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn (Trình độ B1) 7. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN/ĐỊA PHƢƠNG Ngày 09 tháng 11năm 2016 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên Nguyễn Phạm Huỳnh Anh Trang ii
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 10 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Phạm Huỳnh Anh Trang iii
5. LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Thầy TS.Lý Vĩnh Đạt. Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng Thầy vẫn dành nhiều sự quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu, phòng Đào tạo Sau Đại Học, các Thầy khoa cơ khí Động lực, các anh và các bạn trong lớp cao học CKD14B – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí minh đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn Thầy phản biện đã dành thời gian và công sức để đọc và đóng góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thiện nội dung của đồ án luận văn. Con xin gửi lời biết ơn chân thành đến Cha Mẹ và gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ, hết lòng động viên, tạo điều kiện tốt nhất để con có thể yên tâm học tập, làm việc và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể, nhưng không tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến và kinh nghiệm của quý Thầy, Cô cùng các anh, các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và phát triển ở mức cao hơn. Xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày 30 tháng 10 năm 2016 Học viên thực hiện Nguyễn Phạm Huỳnh Anh Trang iv
6. TÓM TẮT Việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ mới đang là xu hướng chung của nhiều hãng sản xuất ô tô trên thế giới nhằm đảm bảo sử dụng tiết kiệm nhất nguồn nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường. Các trạng thái tối ưu nhất là việc điều khiển mô men xoắn phù hợp với từng điều kiện hoạt động khác nhau nhằm cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu trong động cơ. Điều này được thực hiện bằng phương pháp ngắt một số xi lanh, do đó mang lại nhiều ưu điểm trong việc cải thiện khí thải và suất tiêu hao nhiên liệu ở các dải tải trọng khác nhau trong động cơ xăng. Nghiên cứu đề xuất thiết kế cơ cấu điều khiển xú páp được cải tiến từ hệ thống phân phối khí truyền thống trên động cơ xăng 4 xi lanh thẳng hàng nhằm điều khiển ngắt xi lanh trên động cơ. Trên thiết kế đề xuất có thể ngắt 1 hoặc 2 xi lanh phụ thuộc vào các chế độ hoạt động của xe. Kết quả thực nghiệm cho thấy, ngoài việc có thể điều khiển một cách linh hoạt công suất động cơ phát ra theo từng chế độ hoạt động, phương pháp điều khiển ngắt xi lanh còn có thể giảm được khoảng 13% đến 15% lượng nhiên liệu tiêu hao so với động cơ thông thường. Đồng thời lượng khí phát thải CO cũng giảm được khoảng 15%, hàm lượng khí HC sinh ra cũng giảm được khoảng 8%. Từ khóa: Điều khiển xi lanh chủ động (CDA); tải động cơ; hệ thống điều khiển xú pap; khí thải; tiêu thụ nhiên liệu. Trang v
7. ABSTRACT The research development and application of new technologies is a trend of many automobile manufacturers in the world. To ensure the most economical use of fossil fuel resources and reduce environmental pollution. The optimal strategies about driving torque at different operating conditions can improve the fuel consumption in engine. This is performed by cylinder deactivation method that brings many advances in improving emissions and fuel consumption at various load ranges in SI engines. The study proposes a design valve train, which is improved from the conventional valve train system in an inline SI engine with 4 cylinders, to control for deactivating cylinder. The proposed design, which is improved on the conventional valve train in the engine, can deactivate one or two cylinder modes that depend on part or medium loads in vehicle. The results show that cylinder deactivation can reduce about 13% to 15% of fuel consumption compared with the conventional engine. The concentration of CO reduces about 15%, whereas HC decreases about 8% when SI engine operates with different cylinder deactivation modes. Keywords: cylinder deactivation (CDA); engine load; valve train system; emissions, fuel consumption. Trang vi
8. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN x LỜI CẢM ƠN x TÓM TẮT x ABSTRACT x MỤC LỤC x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii DANH MỤC HÌNH xiii CHƢƠNG 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Các nghiên cứu trong nƣớc 2 1.3 Các nghiên cứu ngoài nƣớc 2 1.4 Tổng quan hệ thống điều khiển ngắt xi lanh 6 1.5 Mục đích nghiên cứu 19 1.6 Đối tƣợng nghiên cứu 19 1.7 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đề tài 19 1.8 Phƣơng pháp nghiên cứu 20 1.9 Nội dung nghiên cứu 21 1.10Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 21 CHƢƠNG 2 22 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 Trang vii
9. 2.1 Lịch sử phát triển 22 2.2 Điều khiển ngắt giảm xi lanh chủ động 26 2.3 Thời điểm ngắt giảm xi lanh 28 2.4 Phƣơng pháp điều khiển ngắt xi lanh của một số nhà sản xuất ô tô 29 2.5 Đề xuất cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh trên động cơ Hyundai G4EK 38 2.6 Tổng quan cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh 39 2.7 Kết luận 43 CHƢƠNG 3 44 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NGẮT XI LANH TRÊN ĐỘNG CƠ HYUNDAI G4EK 44 3.1 Khảo sát cơ cấu phân phối khí động cơ Hyundai G4EK. 44 3.2 Hệ thống điều khiển động cơ Hyundai G4EK. 45 3.3 Nghiên cứu thiết kế cơ cấu ngắt xi lanh trên động cơ 47 3.4 Chế tạo và lắp đặt lên động cơ hoàn chỉnh 58 CHƢƠNG 4 61 CHẾ TẠO BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN NGẮT XI LANH ĐỘNG CƠ HYUNDAI G4EK 61 4.1 Thiết kế board mạch để điều khiển hệ thống. 61 4.2 Lƣu đồ thuật toán điều khiển cơ cấu ngắt xi lanh 74 4.3 Lắp đặt board mạch điều khiển ngắt xi lanh trên động cơ Hyundai G4EK 81 CHƢƠNG 5 83 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 83 5.1 Thiết lập thử nghiệm. 83 Trang viii
10. 5.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm 86 5.3 Kết luận. 92 CHƢƠNG 6 93 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 93 6.1 Kết luận 93 6.2 Hƣớng phát triển của đề tài: 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 1 97 PHỤ LỤC 2 101 Trang ix
11. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ANC Active Noise Control -Điều khiển tiếngồn chủ động. AFM Active FuelManagement – Quản lý nhiên liệu chủ động. ACC Active CylinderControl – Điều khiển xi lanh chủ động. BMEP Brake Mean Effective Pressure - Áp suất hiệu dụng trung bình cóích. CAI Controlled Auto Ignition – Điều khiển đánh lửa tự động. CDA Cylinder Deactivation- Công nghệ ngắt xi lanh chủđộng. COD Cylinder On Demand- Hệ thống ngắt giảm xi lanh. DC Direct Current- Dòng điện mộtchiều. DSF Dynamic Skip Fire– Điều khiển ngắt đánh lửa. ĐCT Điểm chết trên. ĐCD Điểm chếtdưới. ECU Electronic Control Unit- Bộ điều khiển điệntử. ED Engine Displacement- Công nghệ thay đổi thể tích công tác. EMV Electro Magnetic Valve Actuation- Điều khiển xú páp điệntừ. ETC Electronics Throttle Control- Hệ thống điều khiển bướm ga điệntử. FTP Federal Test Procedure- Thử nghiệm theo chu trình của Mĩ. GM General Motor - Hãng ô tô GM của Mỹ Trang x
12. GDI Gasoline direct injector – Phun xăng trựctiếp. MPI MultiPoint Injection – Hệ thống phun xăng đa điểm. MD Modulated Displacement – Thay đổi thểtích. Mivec Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system– Thời điểm đóng mở xú páp được điều khiển bằng điệntử. MDS Multi Displacement System – Hệ thống xi lanh đa dung tích. NEDC New European Driving Cycle – Chu trình thử nghiệm châuÂu. i-VTEC Intelligent - Variable Valve Timing Lift Electronic Control – Thời điểm đóng mở xú páp biến thiên được điều khiển bằng điệntử. IMEP Indicated Mean Effective Pressure – Áp suất hiệu dụng trung bình chỉthị TFSI Turbo Fuel Stratified Injection Tengine Mô men xoắn động cơ[Nm]. SFC Specific Fuel Consumption – Đặc tính tiêu thụ nhiênliệu. SOHC Single Overhead Camshaft – Động cơ chỉ có một trục cam ở phía trên. VCM Variable Cylinder Management – Hệ thống quản lý xi lanh chủ động. Vactive Thể tích của các xi lanh hoạtđộng. VVT Variable Valve Timing – Hệ thống điều khiển thời điểm xú páp biến thiên. Trang xi
13. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 2.1: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu SFC: Specific Fuel Consumption 16 Bảng 4.1: Bảng thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3. 66 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của Rotary Volume Encoder 72 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của động cơ Hyundai Accent G4EK. 83 Trang xii
14. DANH MỤC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Ngắt xi lanh trên động cơ thông thường 3 Hình 1.2: Ngắt xi lanh thông qua con đội thuỷ lực 4 Hình 1.3: Cơ cấu ngắt xi lanh của K. J. DOUGLAS 5 Hình 1.4: Điều khiển ngắt xi lanh trực tiếp bằng điện 6 Hình 1.5: Công nghệ ngắt xi lanh trên động cơ V6 7 Hình 1.6: Solenoid điều khiển các xú páp đóng hoàn toàn 8 Hình 1.7: (a) Không ngắt xi lanh, (b) ngắt xi lanh 9 Hình 1.8: Ngắt xi lanh bất kỳ trên động cơ V8 của hãng GM 10 Hình 1.9: Các chế độ hoạt động ngắt xi lanh động cơ 11 Hình 1.10: Sự tiết kiệm nhiên liệu khi ngắt xi lanh động cơ 12 Hình 1.11: So sánh hai chế độ làm việc của động cơ 13 Hình 1.12: So sánh tổn hao cơ giới trong 2 chế độ làm việc của động cơ 14 Hình 1.13: So sánh hiệu quả kinh tế nhiên liệu khi ngắt xi lanh 15 Hình 1.14: Biểu đồ đặc trưng cho hiệu suất của động cơ 17 Hình 1.15: Đồ thị công P-V của động cơ xăng 18 Hình 2.1: Động cơ bật – tắt (hit and miss engine) 22 Hình 2.2: Mẫu xe Cadillac Eldorado 1981 23 Hình 2.3: Mẫu xe Mitsubishi Lancer sử dụng công nghệ MD 24 Hình 2.4: Động cơ V6 3.5L của Honda Accord 25 Hình 2.5: Động cơ V6 của Honda Acura 25 Hình 2.6: Ngắt các xú páp bằng dầu thủy lực 26 Hình 2.7: Ngắt các xú páp bằng điện từ 27 Hình 2.8: Ngắt xi lanh bất kỳ trên động cơ V8 của hãng GM 27 Hình 2.9: Vị trí ngắt xi lanh trên đồ thị công 28 Hình 2.10: Đồ thị đặc tính công suất-mô men động cơ V6 3.5L của Honda 30 Trang xiii
15. Hình 2.11: Các chế độ hoạt động của xe 30 Hình 2.12: Mạch dầu điều khiển ngắt xi lanh 31 Hình 2.13: Chế độ xi lanh hoạt động bình thường 31 Hình 2.14: Chế độ ngắt xi lanh 32 Hình 2.15: Điều khiển ngắt xi lanh bằng điện của Audi. 33 Hình 2.16: Các chế độ ngắt xi lanh của Audi 34 Hình 2.17: Ngắt phun xăng và đánh lửa trên xi lanh ngừng hoạt động 34 Hình 2.18: Động cơ V8 5.7L HEMI với hệ thống MD 36 Hình 2.19: Cấu tạo con đội thủy lực 37 Hình 2.20: Sơ đồ khối điều khiển ngắt xi lanh 39 Hình 2.21: Cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh 40 Hình 2.22: Thiết kế phần cơ khí cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh 40 Hình 2.23: Thiết kế sơ bộ cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh 41 Hình 2.24: Mô phỏng hệ thống điều khiển sau khi lắp ghép 42 Hình 3.1: Động cơ Hyundai G4EK. 44 Hình 3.2: Cơ cấu phân phối khí trên động cơ Hyundai G4EK. 45 Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ. 45 Hình 3.4: Cấu tạo bệ đỡ cơ cấu ngắt xi lanh. 47 Hình 3.5: Gối đỡ trục cam, nắp đỡ trục cam. 48 Hình 3.6: Nửa trục cam ngắt xi lanh số 1. 49 Hình 3.7: Nửa trục cam ngắt xi lanh số 4. 50 Hình 3.8: Cấu tạo các gối đỡ trục cò mổ. 51 Hình 3.9: Cấu tạo cò mổ thứ cấp 51 Hình 3.10:Bánh vít và trục vít dẫn động trực tiếp trục cam. 52 Hình 3.11:Gối đỡ trục vít dẫn động trực tiếp trục cam. 52 Hình 3.12: Khoá bánh vít trên trục cam. 53 Hình 3.13: Khớp trượt nối 2 bán trục cam 53 Hình 3.14: Càng chuyển hướng khớp trượt. 54 Hình 3.15:Gối đỡ trục càng chuyển hướng. 54 Trang xiv
16. Hình3.16: Đĩa lò xo hồi vị trục cam. 55 Hình 3.17: Bánh vít và trục vít của bộ giảm tốc từ mô tơ điều khiển 55 Hình 3.18: Trục của bánh vít. 56 Hình 3.19: Gối đỡ trục vít bộ truyền. 56 Hình 3.20: Gối đỡ trục bánh vít bộ truyền 56 Hình 3.21: Hộp bộ truyền bánh vít, trục vít từ mô tơ 57 Hình 3.22: Cấu tạo nắp máy trung gian. 57 Hình 3.23: Cơ cấu sau khi đã gia công. 58 Hình 3.24: Cơ cấu sau khi đã lắp ráp lại. 58 Hình 3.25:Động cơ điện 12V DC dùng để điều khiển cơ cấu ngắt xy lanh. 59 Hình 3.26: Cơ cấu ngắt xi lanh được lắp lên động cơ. 59 Hình 4.1: Nguyên lý hoạt động mạch cầu H sử dụng để điều khiển mô tơ. 61 Hình 4. 2: Mạch cầu H điều khiển động cơ – giả lập trên Proteus. 62 Hình 4.3: Mạch nguồn 5V cho vi xử lí và cảm biến. 63 Hình 4. 4: Mạch điều khiển ngắt kim phun. 63 Hình 4. 5: Vi xử lý Arduino UNO R3. 64 Hình 4. 6: Các chân Analog và Digital trên Arduino UNO R3. 68 Hình 4. 7: Lập trình Arduino và xuất giá trị trên Arduino IDE. 70 Hình 4. 8: Rờ le 5 chân điều khiển nhấn xú páp. 70 Hình 4. 9: Rờ le 5 chân điều khiển gài khớp. 71 Hình 4.10: Encoder quay. 71 Hình 4.11: Encoder gắn trên trục cam. 73 Hình 4.12: Mô phỏng mạch điều khiển ngắt xi lanh trên Proteus. 74 Hình 4.13: Lưu đồ thuật toán điều khiển bướm ga. 74 Hình 4.14: Lưu đồ thuật toán điều khiển nhấn xú páp. 76 Hình 4.15: Lưu đồ thuật toán đo tốc độ động cơ. 77 Hình 4.16: Lưu đồ thuật toán đếm xung từ Encoder. 78 Hình 4.17: Lưu đồ thuật toán điều khiển ngắt kim phun. 79 Hình 4.18: Lưu đồ thuật toán chính. 80 Trang xv
17. Hình 4.19: Board mạch điều khiển gắn trên động cơ thực tế. 82 Hình 5.1: Màn hình hiển thị và thiết bị đo khí thải Maha MGT5 84 Hình 5.2: Kết nối động cơ với thiết bị đo khí thải Maha MGT5. 85 Hình 5.3: Kết nối thiết bị đo. 85 Hình 5.4: Kết nối động cơ thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu LPS 2000. 86 Hình 5.5: Quá trình thử nghiệm xác định suất tiêu hao nhiên liệu ge. 86 Hình 5.6: Kết quả thử nghiệm suất tiêu hao nhiên liệu ge. 87 Hình 5.7: Diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu ge tương ứng với các chế độ hoạt động khác nhau. 87 Hình 5.8: Quá trình thử nghiệm đo nồng độ khí thải CO. 88 Hình 5.9: Kết quả thử nghiệm nồng độ khí thải CO. 89 Hình 5.10: Diễn biến phát thải khí CO tương ứng với các điều kiện hoạt động khác nhau. 89 Hình 5.11: Kết quả thử nghiệm nồng độ khí thải HC. 90 Hình 5.12: Diễn biến phát thải khí HC tương ứng với các điều kiện hoạt động khác nhau. 91 Trang xvi
18. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay do sự phát triển của các ngành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ trong cơ cấu kinh tế, dẫn tới nhu cầu về việc vận chuyển hàng hóa và con người ngày càng lớn. Điều này buộc các ngành liên quan đến ngành giao thông vận tải phải phát triển để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Ngành công nghiệp ô tô cũng là một trong những ngành như vậy. Những năm trở lại đây vấn đề ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nhức nhối và là mối quan tâm của toàn thế giới. Khí thải các phương tiện giao thông với mật độ ngày càng lớn cũng là một trong những tác nhân chính ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh. Vấn đề hiện nay là làm thế nào để giảm lượng khí thải độc hại như: CO, CxHy,SOx, CO2, NOx, , thải ra môi trường. Có rất nhiều nghiên cứu được các nhà khoa học thực hiện, một trong số đó là cơ cấu điều khiển xi lanh biến thiên trên động cơ. Nghiên cứu này có ưu điểm giảm được công hao phí của động cơ, làm giảm lượng nhiên liệu tiêu hao và làm giảm lượng khí thải độc hại thải ra một trường, góp một phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường đang ngày càng trở nên cấp bách. Các công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ đốt trong như: Công nghệ Hybrid, công nghệ xi lanh biến thiên, .Vấn đề trước tiên nhất là giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khí xả độc hại gây ra ô nhiễm môi trường, đảm bảocác chế độ tải khác nhau của động cơ. Vì vậy, nếu chúng ta có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử sao cho có thể gắn vào động cơ, nhằm mục đích can thiệp vào quá trình vận hành của các xi lanh, nhằm ngắt tạm thời các xi lanh đang công tác, đây là một cách làm hiệu quả, đáp ứng được mục tiêu sao cho vừa tiết kiệm được nhiên liệu, vừa đáp ứng được mô Trang 1
19. men vận hành của ô tô ở những chế độ tải hoạt động khác nhau, và đây cũng là mục tiêu được tập trung nghiên cứu trong đề tài này. 1.2 Các nghiên cứu trong nƣớc Hiện nay thì tình hình nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm hệ thống điều khiển ngắt xi lanh trên động cơ ô tô ở trong nước là một hướng nghiên cứu còn khá mới mẻ. Tuy nhiên trước thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng cũng như nguồn nhiên liệu đang dần cạn kiệt thì đây là một đề tài cần thiết được nghiên cứu và thử nghiệm. Tình hình nghiên cứu trong nước tác giả Lê Nam Anh với công trình nghiên cứu “Thiết kế cơ cấu điều khiển ngắt xi lanh chủ động trên động cơ xăng” đã tạo tiền đề cho các công trình nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm môi trường. Do đó để góp phần giảm bớt lượng khí thải độc hại ra môi trường cũng như giảm lượng nhiên liệu tiêu hao nên việc nghiên cứu thử nghiệm hệ thống ngắt xi lanh trên động cơ là rất cần thiết. Đây cũng chính là lý do chủ nhiệm đề tài lựa chọn nghiên cứu này. 1.3 Các nghiên cứu ngoài nƣớc Đối với các nhà sản xuất ô tô trên thế giới việc chế tạo ra một chiếc xe ô tô tiết kiệm nhiên liệu và ít gây ô nhiễm môi trường là mục tiêu cần đạt đến. Vì vậy đã có khá nhiều các công trình nghiên cứu như sau: Tác giả Gilbert Peters[2]với công nghệ “ CYLINDER DEACTIVATION ” ra đời vào năm 2005, đã thực hiện ngắt các xú páp thông qua việc điều khiển dòng dầu thủy lực.Ở trạng thái hoạt động bình thường (deactivation off) dòng dầu thủy lực được cấp cho con đội để điều khiển các xú páp đóng mở theo góc phối khí. Ở trạng thái vô hiệu hóa xi lanh (deactivation on) dòng dầu trong con đội được xả để các xú páp đóng hoàn toàn. Cơ cấu điều khiển được mô tả như trên hình 1.1. Trang 2
20. Hình 1.1: Ngắt xi lanh trên động cơ thông thƣờng  Kết quả đạt đƣợc sau quá trình thử nghiệm nhƣ sau: - Trên động cơ 4 xi lanh thẳng hàng (I4) ở chế độ không tải kết quả thử nghiệm cho thấy khi ngắt hai xi lanh có thể giảm từ 20% đến 30% lượng nhiên liệu tiêu hao. - Trên động cơ 6 xi lanh thẳng hàng khi thử nghiệm ở chế độ không tải theo chu trình thử nghiệm Châu Âu (NEDC: New European Driving Cycle) kết quả thử nghiệm cho thấy có thể giảm khoảng 25,4% lượng nhiên liệu tiêu hao ở chế độ không tải. - Trên động cơ V8 - 5.0L của Mercedes Benz khi thử nghiệm theo chu trình thử nghiệm Châu Âu (NEDC) kết quả thử nghiệm cho thấy ở chế độ ngắt 4 xi lanh có thể giảm 6,5% lượng nhiên liệu tiêu hao và khi thử nghiệm theo chu trình Mỹ (American FTP: Federal Test Procedure) có thể giảm 10,3% lượng nhiên liệu tiêu hao. Tác giả Martni Rebbert, Gerhard Kreusenvà Sven Lauer[3] với công nghệ “ A New Cylinder Deactivation ” ra đời vào năm 2008. Việc điều khiển các xú páp đóng mở thông qua dòng dầu thủy lực, với cơ cấu điều khiển được thể hiện như trên hình 1.2. Trang 3
21. Hình 1.2: Ngắt xi lanh thông qua con đội thuỷ lực  Kết quả thử nghiệm đạt đƣợc nhƣ sau: - Trên động cơ V8 của hãng Daimler Chrysler’s ở chế độ tải thấp (2000rpm) kết quả thử nghiệm đạt được mức tiêu hao nhiên liệu là 325g/kwh và áp suất hiệu dụng trung bình có ích (BMEP: Brake Mean Effective Pressure) là 2 bar. - Khi thử nghiệm theo chu trình thử nghiệm Châu Âu (NEDC) kết quả thử nghiệm ở chế độ không tải lượng tiêu hao nhiên liệu giảm được khoảng 7%. - Ngoài việc giảm được lượng nhiên liệu tiêu hao công nghệ này còn giảm được đáng kể lượng CO2 ra môi trường. Các tác giả K. J. Douglas, N. Milovanovic, J. W. G. Turnervà D. Blundell[4]với công nghệ “Controlled Auto Ignition”điều khiển đánh lửa tự động kết hợp với (CAI: Controlled Auto Ignition) điều khiển ngắt xi lanh chủ động (CDA: Cylinder Deactivation) ra đời vào năm 2008. Việc điều khiển các xú páp đóng mở thông qua dòng dầu thủy lực, với cơ cấu điều khiển được thể hiện như trên hình 1.3 . Trang 4
22. S K L 0 0 2 1 5 4