Nghiên cứu động cơ thay đổi tỉ số nén VCR

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. Bài viết Nghiên cứu động cơ thay đổi tỉ số nén VCR giới thiệu động cơ VCR; Kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ VCRi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu động cơ thay đổi tỉ số nén VCR NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ THAY ĐỔI TỈ SỐ NÉN VCR Nguyễn Mạnh Khang, Phan Đức Huy, Ngô Thành Huy* *Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH) GVHD: ThS. Đỗ Nhật TrườngTÓM TẮTĐộng cơ có thể thay đổi tỷ số nén linh hoạt - Variable compression ratio (VCR) là một trong những giảipháp 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. Những điều này đạt được là nhờ khả năng thay đổi một cách linh hoạt tỷ số nénđể thay đổi thể tích buồng đốt của động cơ theo điều kiện vận hành của xe. Để hiểu rõ hơn về loại động cơnày nhóm đã nghiên cứu về chuyên đề: Thay Đổi Tỉ Số Nén Trên Động Cơ.Từ khóa: VCR, động cơ, tiêu thụ nhiên liệu, khí thải, tỉ số nén.1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ VCR Hình 1: Tổng quan động cơ VCRTỷ số nén là tỷ lệ thể tích của xi-lanh và buồng đốt ở hai thời điểm khi piston đi xuống điểm chết dưới vàđi lên điểm chết trên. Có thể cải thiện hiệu quả và khả năng tiết kiệm nhiên liệu bằng cách thiết kế động cơvới tỷ số nén cao. Tỷ số nén càng cao, càng có nhiều khí được nén trong xi-lanh. Khi không khí được nénlại, sẽ có sự kích nổ mạnh mẽ từ hỗn hợp khí-xăng và tiêu hao nhiều nhiên liệu. Nhờ sự cháy trong khônggian nhỏ hơn, lực tạo ra sẽ không tiêu tan nhanh chóng và được khai thác hiệu quả. Tăng tỷ số nén từ 8:1lên 9:1, thì tiết kiệm được 5-6% nhiên liệu. 327Những thông số trên là tỷ số nén tĩnh được đo khi van hút khí đóng lại. Tuy nhiên, trong hoạt động thực tế,việc này hầu như không bao giờ xảy ra. Động cơ vận hành rất nhanh, van hút khí có thể cần mở trước khipit-tông hoàn tất chu trình đóng mở. Khi đó, áp suất bên trong xi-lanh bị tiêu hao, làm giảm hiệu quả. Vềbản chất, đó là khi có nhiều không gian hơn cho không khí, khiến động cơ bị mất năng lượng từ quá trìnhđốt cháy khí-xăng. Hình 2:Cơ cấu thay đổi tỉ số nén của động cơChúng ta đều biết hiệu suất của quá trình cháy phụ thuộc rất lớn vào tỷ số nén, tỷ số nén càng cao thì quátrình cháy càng diễn ra triệt để. Tuy nhiên, đối với các động cơ xăng thì không thể tăng mãi tỷ số nén bởinếu tỷ số này lớn thì hỗn hợp xăng và nhiên liệu khi đi vào bên trong buồng đốt có thể sẽ tự bốc cháy màkhông cần bu-gi đánh lửa và gây ra hiện tượng cháy kích nổ của động cơ dẫn đến làm giảm công suất củađộng cơ và có thể làm hư hỏng động cơ. Biểu đồ đặc tính làm việc của động cơ ở các tỷ số nén khác nhau. Hình 3: Biểu đồ đặc tính làm việc của động cơ ở các tỷ số nén khác nhau. 328Thông thường thì ôtô sẽ phải vận hành trong nhiều điều kiện khác nhau: chế độ stop and go , đi với tốc độthấp khi di chuyển trong đô thị hay luôn duy trì tốc độ cao khi đi trên đường cao tốc…Tuy nhiên khi đitrong thành phố thường duy trì với tốc độ thấp, tải trọng thấp nên làm giảm giảm hiệu suất của quá trìnhcháy dẫn đến tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Lúc này, chúng ta chỉ mong muốn động cơ có tỷ số nén cao đểphát huy được hiệu suất của quá trình cháy.Ngược lại, khi di chuyển với tốc độ cao, tải trọng lớn sẽ dễ dẫn đến hiện tượng kích nổ của động cơ lúc nàytỷ số nén thấp mới là lựa chọn tối ưu. Tỷ số nén cao hay thấp cũng đều mang đến lợi thế cũng như kèmtheo đó là những bất lợi trong các điều kiện khác nhau vì vậy giải pháp về một động cơ có tỷ số nén có thểthay đổi theo điều kiện làm việc sẽ giúp giải quyết những vấn đề trên.Về mặt lý thuyết động cơ VCR là một thiết kế rất đáng để các nhà sản xuất quan tâm và thử nghiệm. Tuynhiên để có thể hiện thực hóa ý tưởng này là điều không dễ dàng, trên thực tế mới chỉ có một vài nhà sảnxuất như FEV, Ford, Sabb, Nissan đưa ra được những động cơ mẫu và thử nghiệm.* Ưu điểm của công nghệ VCRi :- Với công nghệ VCR giúp động cơ có thể thay đổi tỉ số truyền để đạt được hiệu quả tối ưu theo các điềukiện vận hành.- Động cơ có thể đạt được công suất lớn như động cơ có sử dụng máy nén khí nhưng với mức tiêu thụ nhiênliệu như của động cơ bình thường.- Giữa piston và thanh truyền, liên kết nhiều điểm giúp giảm rung động khi động cơ làm việc.2. CÁCH THAY ĐỔI TỈ SỐ NÉN CỦA ĐỘNG CƠ2.1 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ VCRi:Động cơ thay đổi tỉ số nén sử dụng hệ thống đa điểm của Nissan: Hình 4: Kết cấu động cơ VCRi 329+Nguyên lý làm việc:Sự khác biệt của công nghệ VCR là sự thay đổi tỷ số nén của động cơ theo các điều kiện vận hành, điềunày có được là nhờ cơ cấu liên kết tại nhiều điểm (multi-link mechanism) giữa trục khuỷu và pit-tông nhờvậy khi mà tạo ra khoảng cách khá lớn của đỉnh piston khi ở chế độ tỷ s ...