<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO</b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC</b>

<b>TIỂU LUẬN</b>

<b>MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGĐỀ TÀI: TÌM HIỀU VỀ CƠNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO (VCR)</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

3.5. Lịch sử cải tiến của động cơ VC-Turbo...15

<b>CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO (VCR) ĐỐI VỚI CÁC CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT KHÁC...17</b>

<b>CHƯƠNG 5: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ VCR HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAIỞ VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI, NHẬN XÉT VỀ CÔNG NGHỆ...18</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>MỞ ĐẦU</b>

Tỉ số nén là một thuật ngữ kỹ thuật phổ biến. Nó góp phần quyết định tới công suất của động cơ mà xe sở hữu từ đó có sự lựa chọn dịng xe phù hợp, cũng như cách sử dụng hợp lý, tránh làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ.

Tỉ số né động cơ hiểu đơn giản là tỉ lệ giữa tổng thể tích buồng đốt xi lanh giữa hai thời điểm, khi piston đi xuống điểm chết dưới (BDC) - lúc thể tích đạt cực đại và thời điểm piston đi lên điểm chết trên (TDC) - lúc thể tích nhỏ nhất. 0Cụ thể là tỉ số nén bằng tích của tổng thể tích buồng đốt (A), thể tích xylanh (B) và thể tích buồng đốt (B) như hình sau:

Hình 1: Tỉ số nén

(Nguồn ảnh: Trang chủ Revzone Yamaha Morto)

Như đã nói trên, tỷ số nén có sự ảnh hưởng quan trọng đến công suất của động cơ đốt trong, tỉ số nén càng cao thì càng cho phép động cơ khai thác được nhiều năng lượng cơ học hơn từ một khối lượng nhất định của hỗn hợp khí - nhiên liệu do hiệu suất nhiệt cao hơn vì động cơ đốt trong là động cơ nhiệt và tỷ số nén cao hơn cho phép đạt được cùng nhiệt độ tốt với ít nhiên liệu hơn, đồng thời tạo ra chu kỳ giãn nở hơn, tạo nhiều công suất cơ học hơn và giảm nhiệt độ khí thải.

Dựa vào yêu cầu ngày càng đa dang của người dùng như:

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Đối với động cơ xăng tuy có thể đạt được tốc độ cao nhưng cơng suất động cơ thấp do tỉ số nén nhỏ dẫn đến hiệu suất kinh tế thấp hơn, vì thế cần tăng tỉ số nén lên để công suất đầu ra tăng lên tuy nhiên khả năng kích nổ sẽ cao hơn ,tỉ số nén thường gặp ở động cơ xăng ở khoảng 8 đến 13.

Đối với động cơ diesel tuy có hiệu quả kinh tế cao do tỉ số nén lớn nhưng khi tăng tốc phát ra tiếng ồn và khói đen, khả năng tăng tốc kém vì thế cần giảm tỉ số nén xuống để giúp động cơ hoạt động êm mượt hơn nhưng đánh đổi lại khả năng cháy sẽ giảm đi, khó cháy hơn do áp suất nhiệt độ thấp, tỷ số nén của động cơ diesel vào khoảng 14 đến 25.

Có thể thấy được khi có lợi về mặt này sẽ thiệt về mặt kia ,vì thế kỹ sư ơ tơ sẽ phải giới hạn tỷ số nén của động cơ ở những khoảng nhất định. Do đó đối với từng loại động cơ, từng dòng xe khác nhau cần thay đổi tỉ số nén của động cơ để giúp tăng công suất của động cơ, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu nhờ nâng cao hiệu suất chu trình cháy, giảm khí thải độc hại .

Tuy nhiên, đa số các dòng xe hiện nay thường có động cơ mang một tỷ số nén cố định để giải quyết vấn đề đó các kỹ sư ơ tô phát triển công nghệ động cơ biến thiên tỉ số nén - Variable Compression Ratio (VCR).

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU1.1. Khái niệm:</b>

<b> Động cơ biến thiên tỉ số nén là một bước tiến độ phá trong công nghệ động cơ</b>

đốt trong, là một công nghệ tiên tiến cho phép điều chỉnh tỉ số nén của động cơ đốt trong một phạm vi nhất định giúp tối ưu hoá hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu cho nhiều điều kiện khác nhau .

<b>1.2. Lý do sử dụng công nghệ: </b>

<b> Trong thời buổi khoa học - công nghệ phát triển vượt bậc như hiện nay, có lẽ</b>

điều mà cả thế giới lưu tâm đến có lẽ là vấn đề năng lượng và môi trường trong bôi cảnh mà cả thế giới đề ra chủ trương bảo vệ môi trường, hiện tượng nóng lên tồn cầu do hiệu ứng nhà kính. Trong đó, các phương tiện giao thơng đóng vai trị không nhỏ và là nguyên nhân chủ yếu gây ra khí thải làm gia tăng hiệu ứng nhà kính thì một trong những nguyên nhân chính gây nên vấn đề đó chính là động cơ đốt trong.

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật ngành công nghệ ô tô đã và đang phát triển một cách mạnh mẽ không chỉ trong hiện tại mà còn hứa hẹn trong tương lai, đa dạng và phức tạp .Rất nhiều công nghệ được tạo ra, đã và đang ứng dụng trên ô tô để giải quyết cho hai vấn đề trên.

Trong đó, phải nói đến là công nghệ biến thiên tỉ số nén (VCR) là một trong những giải pháp giúp tăng công suất động, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Như đã phân tích ở trên, ngồi lí do dựa vào các mặt có lợi của tỉ số nén nhỏ và lớn thì cịn dựa vào nhiều yếu tố khác mà các kỹ sư ô tô nghiên cứu và phát triển công nghệ VCR:

Thơng thường thì ơ tơ sẽ phải vận hành trong nhiều điều kiện khác nhau như khi khởi động, động cơ cần nhiều năng lượng hơn để vượt qua lực ma sát tĩnh cao và làm quay các bộ phận trong động cơ tỉ số nén lớn sẽ giúp giải quyết các vấn đề đó nó giúp tăng áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt tạo điều kiện thuận lơi cho q trình hồ khí cháy nhiên liệu nhờ thế mà động cơ dễ khởi động hơn và hoạt động ổn định hơn khi đã

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

ổn định chỉ cần tiếp cho xe một động năng vừa phải để duy trì tốc độ lúc này việc giảm tỷ số nén xuống sẽ giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại.

Khi di chuyển trơng thành phố, ơ tơ thường duy trì với tốc độ thấp, tải trọng nhẹ làm giảm hiệu suất của quá trình cháy dẫn đến tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Lúc này, chúng ta chỉ mong muốn động cơ có tỷ số nén cao để làm tăng hiệu suất của quá trình cháy. Và ngược lại khi di chuyển trên cao tốc di chuyển với tốc độ cao, tải trọng nặng sẽ dẫn đến hiện tượng của động cơ lúc này tỉ số nén thấp sẽ lại giải pháp hữu hiệu .

Vì vậy, giải pháp về một động cơ có tỷ số nén biến thiên theo điều kiện làm việc (VCR Engine) là cực kì tối ưu đối với tình thế hiện tại khi mà giá xăng dầu có xu hướng tăng cao và kèm theo đó là các tiêu chuẩn khí thải ngày càng bị giới hạn. Động cơ biến thiên tỉ số nén (VCR) hứa hẹn sẽ là công nghệ của tương lai, sẽ được ứng dụng phổ biến .

<b>1.3. Lịch sử :</b>

Động cơ VCR (tỷ số nén biến thiên) đầu tiên được chế tạo và thử nghiệm bởi kỹ sư Harry Ricardo vào những năm 1920. Chính cơng trình này đã dẫn đến việc ông phát minh ra hệ thống đánh giá chỉ số octan cho xăng, hệ thống vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Do thiết kế đầu xi lanh tương đối đơn giản (khơng có van nạp), việc áp dụng công nghệ tỷ số nén biến thiên (VCR) trên động cơ hai kỳ trở nên dễ dàng hơn. Từ cuối những năm 90, các mẫu xe mở rộng dựa trên ý tưởng này đã xuất hiện, chẳng hạn như của Yamaha, với khả năng thay đổi kích thước buồng đốt động cơ một cách linh hoạt. Trước Yamaha có động cơ Lohmann với dung tích khoảng 18cc trang bị cho xe đạp như một bản nâng cấp, được đưa vào thương mại nhưng không đủ mạnh để mang lại thành công.

Năm 2000, Saab Automobile giới thiệu một phiên bản về động cơ thay đổi tỉ số nén với tên gọi SCV hay sự nén thay đổi của Saab, ứng dụng công nghệ thay đổi buồng đốt (VC). Trong đó qua các phương tiện thay đổi tỉ số nén (CR). Saab Automobile đã khơi lại sự quan tâm đến công nghệ tỷ số nén biến thiên (VCR) khi giới thiệu động cơ SVC tại triển lãm ô tô Geneva năm 2000. Hợp tác với "Văn phịng

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Cơng nghệ Ô tô Tiên tiến", Saab đã phát triển động cơ xăng VCR hiện đại, cho hiệu suất sánh ngang với động cơ diesel. Động cơ Saab SVC là một bước tiến đáng kể trong thế giới động cơ VCR, nhưng nó chưa bao giờ được sản xuất hàng loạt do công ty Saab phá sản vào năm 2016, tuy vậy dự án SVC đã mang lại cho Saab được cả giải thưởng năm 2000 và 2001 .

Năm 2003, hãng mô tô Nissan đã giới thiệu với thế giới một hệ thống thay đổi hệ số nén của hãng hay cịn gọi là VCR nó sử dụng một liên kết gồm nhiều cơ cấu piston và tay quay để thay đổi tỉ số nén. Nhờ có những sáng kiến và sự tiên phong của các hãng đi trước việc thực hiện hố ý tưởng này một cách hồn hảo là khả thi đương nhiên điều này là không dễ dàng trên thực tế chỉ có một vài nhà sản xuất như Saab, FEV, Ford, Nissan đưa ra được những động cơ mẫu và thử nghiệm .

Cho đến nay ,công nghệ này đã và đang được đưa vào áp dung trên nhiều hãng xe với nhiều tên gọi khác nhau như là: Mercedes-Benz là ACC (Active Cylinder Control), Saab là SVC (Saab Variable Compression) và Lotus là Omnivore, Nissan (Infiniti) là VC-Turbo (Variable Compression-Turbo). Mẫu xe Infiniti QX50 2019 là mẫu ô tô thương mại đầu tiên được trang bị phiên bản sản xuất của động cơ tăng áp, tỷ số nén biến thiên.

Hình 2: Các thơng số của xe Infiniti QX50

(Nguồn ảnh: Robert Gritzinger ( 2019), 2019 Winner: Infinity QX50 2.0L DOHC VC-Turbo 4-Cyl)

<b>CHƯƠNG 2. CÁC HÃNG XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VARIABLECOMPRESSION RATIO</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>2.1. Nissan: </b>

VC-Turbo (Variable Compression-Turbo) đã được Nissan phát triển và sử dụng trên mẫu xe Infiniti QX50. Infiniti QX50 Động cơ có khối lượng ấn định 1,977cc tương đương với động cơ xăng thơng thường. Động cơ có thể cung cấp công suất tối đa 248 mã lực và momen xoắn tối đa 370 Nm. Hệ thống VC-Turbo của Nissan là một công nghệ động cơ mới, cho phép tỷ lệ nén thay đổi được trong quá trình hoạt động của động cơ, giúp cân bằng giữa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Hệ thống này bao gồm một bộ phận động cơ, được thiết kế để điều chỉnh tỷ lệ nén thông qua sự thay đổi vị trí của piston. Để làm điều này, hệ thống sử dụng một cơ chế dẫn động bằng dầu thủy lực, kết hợp với một bộ điều khiển điện tử để kiểm sốt động cơ. Khi động cơ cần nhiều cơng suất, piston được đẩy lên để giảm tỷ lệ nén và tăng áp suất khí thải, tăng hiệu suất của động cơ. Khi động cơ cần tiết kiệm nhiên liệu, piston được đẩy xuống để tăng tỷ lệ nén và giảm áp suất khí thải, giúp tiết kiệm nhiên liệu.

Động cơ này có dung tích xylanh 1,6 lít đồng thời sử dụng công nghệ Gdi (Gasoline Direct Injection) để phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt. Ngoài ra, còn được trang bị thêm hệ thống làm mát khí nạp, hệ thống van biến thiên, hệ thống khởi động tắt động cơ tự động (start-stop), và hệ thống tái sử dụng năng lượng khi phanh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>2.3. Saab SVC</b>

SAAB Automobile đã khơi dậy mối quan tâm đến khả năng nén biến thiên khi họ giới thiệu động cơ SVC của mình với thế giới tại triển lãm ô tô Geneva năm 2000. SAAB đã tham gia hợp tác với “Văn phịng Cơng nghệ Ơ tơ Tiên tiến” để sản xuất động cơ VCR chạy xăng hiện đại cho thấy hiệu suất vượt trội. Hiệu suất tương đương với động cơ Diesel. SAAB SVC là một sự bổ sung tiên tiến và khả thi cho thế giới động cơ VCR, nhưng nó chưa bao giờ được đưa vào sản xuất do công ty phá sản vào năm 2016.

<b>2.4. Công ty FEV</b>

Động cơ VCR Conrod được nghiên cứu và phát triển bởi công ty FEV ở Đức. Động cơ này có cấu tạo đơn giản hơn các động cơ VCR khác. Động cơ VCR Conrod được điều khiển bởi một bộ trục, cam được tích hợp trong động cơ. Cơ chế hoạt động của động cơ là điều chỉnh độ nén của hành trình piston bằng cách điều chỉnh chiều dài của thanh kết nối. Khi thanh thanh kết nối được kéo dài thì hành trình piston sẽ giảm từ đó sẽ giảm tỷ số nén và ngược lại khi thanh kết nối rút ngắn.

Hình 4: Động cơ VCR Conrod

<b>2.5 Peugeot MCE-5</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 5:

<i>Nguyên lý của MCE-5 ”Động cơ đa chu kỳ - 5 thông số”, động cơ có tỷ số nén thay đổido Peugeot sản xuất .</i>

Thiết kế của Peugeot hoạt động bằng cách thay đổi chiều dài hiệu dụng của các thanh truyền nối piston với tay quay. Khi thanh truyền ngắn hơn thì tỷ số nén thấp hơn và ngược lại. Phía bên trái của sơ đồ là piston thông thường của động cơ đốt trong. Bên phải là xi lanh thủy lực có piston tác dụng kép. Điều này hoạt động thông qua hệ thống tay quay với một bánh răng, chuyển động của nó sẽ điều chỉnh chiều dài thanh truyền hiệu dụng và do đó điều chỉnh tỷ số nén trong xi lanh bên trái.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ VC-TURBO CỦA NISSAN (INFINITI):</b>

Sau hơn 20 năm nghiên cứu và phát triển của công ty mẹ Nissan, động cơ xăng VC-T tăng áp bốn xi-lanh của Infiniti thể hiện một bước đột phá lớn trong công nghệ hệ truyền động đốt trong. Nissan là nhà sản xuất ô tô đầu tiên đưa động cơ tỷ số nén biến thiên vào sản xuất. Công nghệ VC-T (Variable Compression – Turbo) được áp dụng cho động cơ tăng áp 4 xi-lanh 2.0 lít và được tung ra thị trường vào năm 2018. Động cơ 2.0 Lít VC-Turbo mới (Variable Compression Turbo – Turbo nén biến thiên) cung cấp số liệu hiệu suất tương tự như động cơ V6 3.5 Lít 24 năm tuổi mà nó thay thế, đồng thời cung cấp khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ 4 xi-lanh. Chiếc xe đầu tiên nhận được động cơ này là Infiniti QX50 SUV 2019 và Nissan Altima SR 2019.

Cơng nghệ này đã có hơn 20 năm phát triển và là một bước đột phá trong thiết kế động cơ đốt trong khi nó liên tục điều chỉnh tỷ số nén để tối ưu hóa cơng suất và hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Nó được dự đốn sẽ cung cấp mức tăng tỷ lệ phần trăm hai con số trong tính kinh tế nhiên liệu. Nissan cịn cẩn thận hơn nữa khi chưa đưa trực tiếp các dịng xe Nissan phổ thơng mà ra mắt trên dòng sản phẩm Infiniti. Điều này cho thầy nhà sản xuất thận trọng, để kiểm tra trải nghiệm thực tế trên một mẫu xe mới nhỏ hơn và cũng gợi ý rằng chi phí có thể được tối ưu một cách đáng kể hơn .

Hình 6: Động cơ có tỉ số nén biến thiên - VC Turbo (Nguồn ảnh: Rashith .M (2023), Variable compression ratio)

Sự khéo léo của công nghệ động cơ VC-T được thể hiện một cách vượt bậc nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt độ cao của piston. Điều này dẫn đến sự thay đổi dung

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

tích của động cơ và tỉ số nén có thể dao động khoảng từ 8:1 (ứng với hiệu suất cao) đến 14:1 (ứng với hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu tối ưu). Bộ máy điều khiển động cơ tiên tiến sẽ tự động cung cấp tỉ số nén lý tưởng dựa trên các yêu cầu của tình huống lái xe.

<b>3.1. Cấu tạo:</b>

<b> Phải nói rằng thiết kế của là một thiết kế sáng tạo, một thiết kế làm thay đổi cuộc</b>

chơi về tỉ số nén. Thiết kế VC-T của Infiniti thay thế bộ thanh truyền thông thương bằng một hệ thống đa liên kết, được vân hành trơn tru bởi bộ truyền động “Harmonic Drive” - một bộ truyền động sóng hài. Bộ truyền động này làm quay trục điều khiển đặt ở chân đế động cơ. Trục điều này sẽ thay đổi gọc của hệ thống đa liên kết từ điều chỉnh khoảng cách hiệu dụng giữa trục khuỷu và piston. Kết quả là dung tích va tỷ số nén của động cơ thay đổi theo.

a) Kiểm sốt chính xác quá trình đốt cháy:

Động cơ VC-T sử dụng hệ thống điều khiển thời điểm đánh lửa riêng lẻ cho từng xi-lanh và điều khiển thời điểm đóng/mở van để kiểm sốt chính xác các đặc tính của q trình đốt cháy. Kiểm soát thời gian van điện tử (VVT) được sử dụng cho van nạp, giúp tăng tốc nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn trong điều kiện đốt cháy theo chu trình Atkinson (chu trình này ưu tiên hiệu suất hơn công suất). Van xả sử dụng hệ thống kiểm sốt thời gian van thủy lực thơng thường.

b) Chuyển đổi linh hoạt giữa các chu trình:

Động cơ VC-T có khả năng chuyển đổi liên tục giữa chu trình Atkinson và chu trình đốt cháy thơng thường, đảm bảo hiệu suất đốt cháy cao và hiệu suất động cơ tối ưu bất kể tỷ số nén thay đổi như thế nào.

c) Hiệu suất tối ưu trong mọi điều kiện:

Động cơ VC-T sử dụng kết hợp hai hệ thống phun xăng: phun xăng đa điểm (MPI) và phun xăng trực tiếp (GDI). Điều này giúp cân bằng giữa hiệu suất nhiên liệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

và công suất động cơ trong mọi điều kiện lái xe. GDI cải thiện hiệu suất và hiệu suất đốt cháy, đồng thời cho phép động cơ tránh kích nổ ở tỷ số nén cao hơn. MPI trộn nhiên liệu và khơng khí sớm hơn, cho phép đốt cháy hoàn toàn trong buồng để đạt hiệu quả cao hơn khi tải động cơ thấp, nó cũng giúp giảm cặn carbon trên van nạp vốn đã trở thành vấn đề lớn với một số động cơ phun nhiên liệu trực tiếp.

d) Giảm rung động:

Do lực ngang tác dụng của piston lên thành xi-lanh ở mức tối thiểu, động cơ VC-T 4 xi-lanh thẳng hàng không cần trục cân bằng để giảm rung động.

Hình 7: Động cơ VC-T 4 xi-lanh thẳng hàng (Nguồn ảnh: )

<b> 3.2. Nguyên lí hoạt động :a) Thay đổi tỉ số nén:</b>

Tỷ số nén đóng vai trị quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình cháy trong động cơ. Cụ thể, tỷ số nén càng cao quá trình cháy diễn ra càng triệt để, giúp tăng hiệu suất động cơ tiết kiệm nhiên liệu. Tuy vậy nếu tỷ số nén q cao, hỗn họp hồ khí có thể tự bốc cháy trước khi bugi đánh lửa, dẫn đến hiện tượng kích nổ. Hiện tượng này gây ra tiếng gõ lớn, làm rung động động cơ và có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng

</div>