Đang tải... (xem toàn văn)
Ô tô đã trở thành phương tiện quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Nhưng ngoài những công dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì nó vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần và nhất là gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục những nhược điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong như hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống nạp và thải của động cơ…Gần đây những cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ thường liên quan tới hệ thống nạp và đó là lý do em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứ, khai thác một số hệ thống phân phối khí thông minh và xây dựng mô hình điện thân xe ” do Thầy ThS. Dương Minh Thái hướng dẫn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thực Các số liệu kết luận nghiên cứu trình bày luận văn chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 Nguyễn Văn Nhựt Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT MỤC LỤC Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT LỜI NĨI ĐẦU Ơ tơ trở thành phương tiện quan trọng thiếu sống ngày Nhưng ngồi cơng dụng vận chuyển người hàng hóa tồn số nhược điểm tiêu hao nhiên liệu cao nguồn dầu mỏ cạn kiệt dần gây ô nhiễm môi trường Để khắc phục nhược điểm có nhiều cải tiến động đốt hệ thống phun nhiên liệu đánh lửa điện tử , cải tiến hệ thống nạp thải động cơ…Gần cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động thường liên quan tới hệ thống nạp lý em định chọn đề tài “Nghiên cứ, khai thác số hệ thống phân phối khí thơng minh xây dựng mơ hình điện thân xe ” Thầy ThS Dương Minh Thái hướng dẫn Trong đề tài em tập trung nghiên cứu sở lý thuyết hệ thống phân phối khí sâu vào việc tối ưu hóa thời gian, thời điểm, độ nâng góc đóng mở xupap để làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với mơi trường Phần sau em phân tích kết cấu nguyên lý hoạt động hệ thống phân phối khí thơng minh hãng xe phổ biến thị trường Việt Nam TOYOTA, HONDA, MITSUBISI, BMW mục đích giúp cho kỹ sư, kỹ thuật viên thợ sủa chữa ô tô việc bảo dưỡng, sửa chữa Ngồi đề tài cịn có ý nghĩa việc giảng dạy giúp sinh viên hiểu biết sâu hệ thống phân phối khí động đại ngày Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hịa khí động xăng hay khơng khí động diesel vào xylanh kỳ nạp thải khí thải xylanh kỳ xả 1.1.2 Yêu cầu Đóng mở xupap lúc, thì, thứ tự hoạt động động cơ, đóng kín nạp cửa thải kỳ nén, cháy giãn nở Đảm bảo việc nạp đầy nghĩa hệ số nạp ηv phải lớn việc xả nghĩa hệ số khí sót γ r phải nhỏ Đảm bảo trị số “thời gian - tiết diện” thơng qua phải lớn để dịng khí dễ lưu thông Làm việc êm dịu, độ tin cậy tuổi thọ cao, thuận tiện việc chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa 1.1.3 Phân loại Hệ thống phân phối khí dùng cam xupap dùng phổ biến ĐCDT kết cấu đơn giản dễ dàng điều chỉnh Loại lại phân nhiều loại: • Kiểu xupap treo: dùng phổ biến động đại Loại OHV (OverHead Valve): trục cam đạt thân máy, xupap bố trí nắp máy điều khiển qua đội, đũa đẩy cị mổ Loại OHC (OverHead Camshaft): loại có trục cam đặt nắp máy SOHC (Single OverHead Camshaft) hai trục cam đặt nắp máy DOHC (Double OverHead Camshaft) điều khiển trực tiếp xupap thông qua cị mổ • Kiểu xupap đặt: ngày sử dụng nên không đề cập đề tài Hệ thống phân phối khí dùng pittơng đóng mở cửa nạp cửa thải thường dùng động kỳ, có ưu điểm kết cấu đơn giản khơng phải điều chỉnh sửa chữa chất lượng trao đổi khí khơng tốt Hệ thống phân phối khí dùng van trượt xe đặc chủng xe đua có tiết diện thơng qua lớn, chất lượng trao đổi khí cao giá thành chế tạo mắc Hệ thống điều khiển xupap điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT Systems) ECU nhận tín hiệu từ cảm biến điều khiển cuộn solenoid hay nam châm điện đóng mở trực tiếp xupap, hệ thống khơng sử dụng trục cam thay đổi thời điểm, thời gian độ nâng xupap cách tối ưu tùy thuộc vào chế độ hoạt động động 1.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động số hệ thống phân phối khí phổ biến ĐCDT 1.2.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV Hình 1.1 Kết cấu xupap treo loại OHV 1-Ống dẫn hướng 2-Lị xo xupap 3-Đĩa lị xo 4-Móng hãm 5-Xupap 6-Cị mổ 7-Vít chỉnh xupap 8-Đế xupap 9-Đũa đẩy 10-Con đội 11- Cam Nguyên lý làm việc: Trục cam 11 nằm thân máy dẫn động trực tiếp bánh qua xích Khi trục cam quay làm cho bề mặt làm việc cam tác động vào đội 10 đẩy đũa đẩy lên làm cị mổ xoay quanh trục Đầu cị mổ ấn xupap xuống, lúc lị xo bị nén lại Xupap xuống làm thông nạp với xylanh động kỳ hút cửa thải với xylanh động kỳ xả Khi cam 11 quay hết hành trình tác dụng lị xo dãn đóng xupap lại kết thúc trình hút thải Quá trình diễn liên tục động Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT hoạt động, chu kỳ xupap hút xả mở lần Ưu điểm: có ưu điểm loại xupap treo tăng tí số nén động buồng đốt có kết cấu nhỏ lại, diện tích truyền nhiệt giảm nên giảm tổn thất nhiệt, tăng hệ số nạp giảm hệ số khí sót kết cấu đường nạp thải thơng thống Nhược điểm: thân máy nắp máy có kết cấu phức tạp hơn, tăng chiều cao động cấu dẫn động phức tạp 1.2.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC Hình 1.2 Kết cấu xupap treo loại OHC 1-Xupap 2-Ống dẫn hướng 3-Lò xo xupap 4-Đĩa lò xo 5-Con đội 6-Cam 7-Móng hãm 8-Đế xupap Nguyên lý làm việc: trục cam đặt nắp máy dẫn động trục khuỷu thông qua dây đai xích Nguyên lý làm việc chia làm hai trình sau: trình vấu cam đẩy mở xupap q trình lị xo giãn đóng kín xupap Quá trình vấu cam đẩy mở xupap: động làm việc trục khuỷu quay làm cho bánh xích dẫn động cấu phân phối khí lắp đầu trục khuỷu quay theo, thơng qua truyền động xích đai trung gian dẫn động bánh xích bánh đai lắp đầu trục cam làm cho trục cam đóng mở xupap quay Khi vấu cam tiếp xúc với đội làm đội bắt đầu chuyển động xuống tác động vào đĩa lò xo ép lò xo xupap nén lại đồng thời xupap chuyển động xuống làm mở cửa nạp giai đoạn nạp khí vào xylanh động cửa thải trình thải thực q trình nạp mơi chất thải khí cháy ngồi Q trình lị xo giãn đóng kín xupap: trục cam tiếp tục quay, vấu cam di Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT chuyển theo đỉnh vấu cam vượt qua đường tâm đội Lúc đội bắt đầu di chuyển lên, lò xo xupap từ từ giãn nhờ vào đĩa chặn lò xo với móng hãm đẩy xupap tịnh tiến vị trí ban đầu thực q trình đóng kín xupap Chu trình đóng mở lặp lặp lại tuân theo chu kì làm việc pha phân phối khí Ưu điểm: giống loại xupap treo OHV, trục cam nằm nắp máy thuận tiện việc bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ghép Nhược điểm: dẫn động trục cam phức tạp hơn, nắp máy khó đúc 1.2.3 Hệ thống phân phối khí khơng trục cam (Camless) Gồm có loại điện từ, điện–thủy lực loại thủy lực Dưới trình bày loại điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems) Nam châm điện Phần ứng Chén chặn Lị xo giãn Lị xo nén Lị xo Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống điều khiển xupap điện từ EVA Trục cam Xupap cấu phức tạp, làm tăng trọng lượng động tiêu hao nhiều công suất mát ma sát Do kết cấu vật lý nên cam điều khiển chuyển động xupap với thông số thời điểm độ nâng hạn chế khơng tối ưu cho tất chế độ hoạt động động Những tiến công nghệ điều khiển thay đổi thời gian độ nâng xupap VVT năm gần cải thiện hiệu suất hiệu động nhiên hệ thống phức tạp chưa tối ưu Hệ thống phân phối khí khơng trục cam phát minh mang lại bước đột phá động đốt Với công nghệ động không cần sử dụng bướm ga làm giảm cản đường ống nạp tổn thất bơm, việc điều khiển lượng hịa khí vào xylanh việc thay đổi thời gian hành trình xupap Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT Cấu tạo cấu chấp hành gồm nam châm điện (electromagnet) đặt phía đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai rị phần ứng kết nối với xupap, lị xo hồn lực, chén chặn xupap Khi nam châm điện phía kích hoạt tạo lực từ trường hút miếng sắt phần ứng lên làm cho xupap vị trí đóng Khi từ tính nam châm điện phía bị ngắt, miếng sắt phần ứng kết nối với đuôi xupap bị kéo xuống lò xo Bộ chấp hành nam châm điện phía trì xupap vị trí mở Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống 1-Tín hiệu từ cảm biến 2- ECU 3- Bộ chấp hành điều khiển xupap hút 4-Xupap hút 5- Bộ chấp hành xupap xả 6- Xupap xả Hệ thống sử dụng nam châm điện để đóng mở xupap Tín hiệu nhập vào từ cảm biến thông qua mạch giao tiếp nhập/xuất vị trí pittơng, tốc độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạp…ECU liên tục nhận tín hiệu từ cảm biến sau tính tốn thời gian độ nâng xupap tối ưu để điều khiển chấp hành nam châm điện Sự xác tín hiệu đầu vào quan trọng để động hoạt động hiệu Ưu điểm: giảm 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, 20% khí thải ô nhiễm tăng 20% mômen xoắn tốc độ thấp, giảm ma sát dễ bôi trơn kết cấu đơn giản khơng cịn phận truyền động, nắp máy đơn giản hóa Nhược điểm: có nhiều ưu điểm động với xupap điều khiển điện tử có khiếm khuyết khả xảy trục trặc lớn lệ thuộc nhiều vào thiết bị điện tử Nếu máy tính điện tử gặp cố hệ thống điện có trục trặc, động cho lượng khí thải độc hại lớn tệ xupap đóng mở khơng thời điểm phá vỡ đỉnh pittông, hư hỏng động Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT 1.3 Ảnh hưởng việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu động (Cơng nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing) Trước sâu nghiên cứu thay đổi pha phân phối khí hệ thống phân phối khí thơng minh tới hiệu động ta tìm hiểu ảnh hưởng pha phân phối khí tới q trình thải nạp động bốn kỳ cổ điển Theo lý thuyết đơn giản với 7200 góc quay trục khuỷu kỳ tương ứng với 1800 xupap xả bắt đầu mở pittơng điểm chết đầu kỳ xả đóng lại pittông tới điểm chết lúc xupap hút mở pittông tới điểm chết kỳ nạp đóng lại Tuy nhiên động đốt thực tế có thay đổi thời điểm mở khoảng thời gian mở xupap cho động hoạt động với hiệu cao đồng thời khí thải phát gây nhiễm mơi trường Hình 1.5 Pha phân phối khí động bốn kỳ khơng tăng áp ϕ1 - góc mở sớm xupap nạp ϕ2 - góc đóng trễ xupap nạp ϕ3 - góc mở sớm xupap xả ϕ4 - góc đóng trễ xupap xả - góc đánh lửa phun dầu sớm Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT 1.3.1 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects of Changes to Exhaust Valve Opening Timing – EVO) Xupap thải bắt đầu mở làm cho áp suất cao xylanh trình đốt cháy ngồi qua hệ thống xả Xupap thải mở sớm trước pittông tới điểm chết (điểm b’ hình) tạo điều kiện thuận lợi cho trình thải cách cho sản vật cháy tự ngồi nhờ chênh áp xylanh đường thải Với mục đích giảm tải trọng động cho xupap cần phải cho xupap mở đóng đường thơng cách từ từ Chính việc mở sớm xupap thải nhằm tạo giá trị “thời gian-tiết diện” đủ để áp suất xylanh giảm tới mức yêu cầu pittông ngược từ điểm chết lên điểm chết Khi mở sớm xupap thải vào thời điểm hợp lý làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải ngồi Nhưng mở xupap thải sớm làm giảm công giãn nở đồ thị cơng qua làm giảm công suất động Hai yêu cầu mâu thuẫn với Trên động đốt cổ điển pha phân phối khí chọn cố định nên phải cân đối lợi ích hai yếu tố Cịn động có trang bị hệ thống phân phối khí thơng minh hệ thống thay đổi thời điểm mở xupap thải cho động đạt hiệu suất cao tốc độ tải động Trong chế độ tải nhỏ hay phần tải động đạt hiệu suất cao thời điểm mở xupap thải gần ĐCD tốt chế độ áp lực khí cháy xylanh nhỏ nên cần thời gian để đẩy khí cháy Ngược lại động chế độ toàn tải cần mở xupap thải sớm tức trước pittơng tới ĐCD cần có đủ thời gian để đẩy khí cháy ngồi, cơng đồ thị p-v bù vào q trình nạp chu kỳ có lợi ích lớn nên nhìn chung động đạt hiệu cao Xupap xả ĐCT ĐCD Cải thiện mômen xoắn tốc độ cao Trước Cải thiện mômen xoắn tốc độ thấp hiệu tải nhỏ ĐCD Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT Khi bật xuống chân (3) nối chân (6), chân (5) nối chân (7), cho dòng điện chạy từ (+) ắc quy chân (6)chân (3) motor lên/xuống chân (5) chân (7) mass Motor quay theo chiều ngược lại làm lịng kính hướng xuống Tương tự điều khiển gương bên phải, bật công tắc phải lên nguyên lý bên công tắc trái Hình 8.16: Sơ đồ mạch điện điều khiển gương điện 8.3.2 Sơ đồ mạch điện hoạt động hệ thống nâng hạ kính Nguyên lý làm việc: Khi tài xế ngắt cơng tắc cơng tắc hành khách khơng thể điều khiển Vì motor điện chiều nên ta đổi chiều dòng điện, motor quay theo chiều ngược lại Khi bật cơng tắc máy, dịng qua cầu chì, cung cấp nguồn cho cụm công tắc điều khiển nơi người lái Bật cơng tắc sang vị trí down: lúc nối với 3’, motor quay kính hạ xuống Khi bật sang vị trí Up: nối với 3, nối với 0, dòng qua motor ngược ban đầu nên kính nâng lên Tương tự, người lái điều khiển nâng hạ kính tất cịn lại theo ngun lý Khi cơng tắc mở, người ngồi xe điều khiển thơng thống theo sợ thích cách điều khiển công tắc Trang 153 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT hành khách theo nguyên lý Hình 8.17: Sơ đồ mạch điện hệ thống nâng hạ kính 8.3.3 Sơ đồ mạch điện hoạt động hệ thống giải trí Radio Các chức radio Nghe CD Nghe đĩa nhạc CD/CD-R/CD-RW Nghe dạng tập tin MP3: Có thể nghe dạng tập tin MP3 thu đĩa CD-ROM/CD-R/CD-RW từ máy nghe nhạc USB cầm tay/bộ nhớ USB Nghe dạng tập tin WMA: Có thể nghe dạng tập tin WMA thu đĩa CD-ROM/CD-R/CD-RW từ máy nghe nhạc USB cầm tay/bộ nhớ USB Nghe dạng tập tin AAC: Có thể nghe dạng tập tin AAC thu đĩa CD-ROM/CD-R/CD-RW từ máy nghe nhạc USB cầm tay/bộ nhớ USB Các chức tương thích iPod : Có thể điều khiển iPod, iPod classic, iPod nano, iPod touch,iPhone sử dụng máy Chức nghe FM Những phòng ngừa sử dụng Không sử dụng dàn âm lái xe Không bật âm lớn lái xe, khơng thể nghe âm từ bên ngồi Khơng dược dùng dàn âm nhiệt độ bên nóng Chỉ sử dụng sau nhiệt độ bên xe mát Không tháo rời hay đổi dàn âm trường hợp Để hổ trợ kỹ thuật, lien lạc với đại lý Toyota Trang 154 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT Dàn âm làm việc công tắc vị trí ON ACC Nếu muốn nghe âm chưa nổ máy vặn chìa khóa xe vị trí ACC Cách sử dụng chức đầu radio Đài: Điều hỉnh ăng ten để thu đượ sóng tốt nhất, thường sử dụng ăngten có chiều dài ngắn thành phố ăng ten dài ngoại để bắt sóng tốt Bắt sóng đài FM: Điều kiện tiếp sóng FM nghe xe chuyển khơng ổn định cản trở tịa nhà, điều kiện địa hình, khoảng cách từ trung tâm phát sóng tiếng ồn phát từ xe khác Đĩa CD: Phải chắn đĩa CD thu âm hồn chỉnh Sẽ khơng thể nghe đĩa nhạc có lỗi cách thu âm lỗi thiết bị thu âm gây Nghiêm cấm bỏ vật khác ngồi loại đĩa CD 12 cm Tránh sử dụng máy nghe nhạc CD đoạn đường gồ ghề, không phẳng, rung lắc làm cho đĩa nhảy gây vấn đề khác Trong thời tiết lạnh hay ẩm ướt, hay cần mặt kiếng có đọng sương hay nước bên máy nghe CD bị tượng ngưng tụ tương tự Nếu tượng xảy chức phát lại bị trục trặc thực Ổ đĩa rât dể bị dơ Thỉnh thoảng lau chùi đĩa giúp tránh tích tụ bụi lại gây chổ tray xước đĩa Đĩa bị cong để chúng lại lâu ổ đĩa sau nghe Nên bảo quản đĩa hộp đĩa để tránh nhiệt độ độ ẩm cao Hình 8.18: Các chức đầu radio Không bỏ đĩa bị trày xước cong vào ổ đĩa Đĩa bị cong bị kẹt Trang 155 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT máy nghe nhạc Không dán băng keo hay nhãn dán lên đĩa CD gây trày xước chúng Tránh chạm vào bề mặt ghi đĩa CD tay Chú ý lấy đĩa khỏi ổ đĩa, kéo chúng thẳng khỏi ổ đĩa, không kéo rìa đĩa theo chiều xuống Khơng sử dụng đĩa khơng phải dạng hình trịn Những đĩa gây hại cho máy nghe CD Các chức khác: Dù máy trang bị chức USB, AUX MIC, thiết bị hoạt động sử dụng phận nối MIC máy Hình 8.19: sơ đồ mạch điện hệ thống giải trí Radio mơ hình KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp sâu nghiên cứu hai vấn đề : • Tối ưu hóa thời điểm, thời gian phân phối khí động đốt • Thay đổi độ nâng xupap để phù hợp với điều kiện hoạt động động Kết giúp động : • Tiết kiệm nhiên liệu • Thời điểm phân phối khí phù hợp giúp giảm nhiễm khí thải • Thay đổi độ nâng xupap hợp lý giúp tăng công suất mômen xoắn động Những hạn chế chưa đạt : thời gian có hạn nên đề tài chưa sâu nghiên cứu hết hệ thống tất hãng xe thị trường, đồ án nghiên Trang 156 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT cứu lý thuyết mà chưa có thí nghiệm mơ hình thực tế nên chưa thấy rõ kết đạt Hướng đề xuất phát triển đề tài tương lai : xây dựng mơ hình thí nghiệm, thực hành thực tế giúp đề tài có tính trực quan dễ hiểu Áp dụng nghiên cứu lý thuyết vào ứng dụng động để đề tài thực mang lại hiệu thực tiễn cao TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyên lý động đốt trong, Nguyễn Tất Tiến, Nhà xuất Giáo Dục, 2007 Ngun lý tính tốn kết cấu động đốt trong, Nguyễn Tấn Quốc, ĐHSPKT Tp HCM, 2000 The impact of valve events upon engine performance and emissions, 2006 Tài liệu đào tạo hãng Honda, Toyota, Mitsubishi, Fiat http://www.oto-hui.com http://www.mechadyne-int.com http://www.pattakon.com http://asia.vtec.net/article/k20a http://www.mitsubishi-motors.com 10 http://en.wikipedia.org Trang 157