Tiểu luận đề tài tìm hiều về công nghệ variable compression ratio (vcr)

Vì thế, để có thể giải quyết vấn đề trên động cơ cần thay đổi tỷ số nén để giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn và từ đó đã cho ra đợi công nghệ Variable Compression Ratio VCR.. Nhược điể

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: TÌM HIỀU VỀ CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO (VCR)

GVHD: PGS TS Lý Vĩnh Đạt SVTH: Trần Thành Nhân

MSSV: 21145227

LỚP: ICEP330330_22_2_02CLC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Nguyên nhân sử dụng công nghệ VCR 1

1.2 Nhược điểm của công nghệ ô tô trước khi có công nghệ VCR 1

1.3 Lịch sử ra đời của công nghệ 2

CHƯƠNG 2 CÁC HÃNG XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO 3

2.1 Nissan 3

2.2 Kia 4

2.3 Sabb 4

2.4 Công ty FEV 5

2.5 Infiniti 6

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VCR TRÊN THƯƠNG HIỆU XE INFINITI 6

3.1 Cấu tạo 6

3.2 Nguyên lý hoạt động 8

3.3 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ VCRi đổi với các hãng xe khác 9

3.3.1 Ưu điểm 9

3.3.2 Nhược điểm 10

3.4 Lịch sử cải tiến 10

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO ĐỐI VỚI ĐẾN VỚI CÁC CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT KHÁC 11

CHƯƠNG 5 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI VÀ NHẬN XÉT VỀ CÔNG NGHỆ: 11

5.1 Việt Nam 11

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU:

1.1 Nguyên nhân sử dụng công nghệ VCR:

Ngày nay, một trong những thách thức lớn của công nghệ ô tô đấy là cải thiện hiệu suất nhiệt Động cơ đốt trong của ô tô chỉ sử dụng một phần lớn nhiên liệu để sản xuất năng lượng, trong khi đấy phần còn còn lại sẽ bị thải ra môi trường dưới dạng khí thải và nhiệt Chính vì thế mà việc tối ưu hóa được hiệu suất nhiệt của động cơ ô tô có thể giúp giảm được lượng nhiên liệu tiêu thụ và giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường

Tỷ số nén tác động lớn đến hiệu suất nhiệt của động cơ ô tô Vì thế, để có thể giải quyết vấn đề trên động cơ cần thay đổi tỷ số nén để giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn và từ đó đã cho ra đợi công nghệ Variable Compression Ratio (VCR).

1.2 Nhược điểm của công nghệ ô tô trước khi có công nghệ VCR:

Trước khi có mặt của công nghệ VCR thì các động cơ ô tô sử dụng tỷ số nén cố định để có thể tối ưu hóa được hiệu suất ở một tốc độ cụ thể Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn mang nhiều nhược điểm:

- Hiệu suất của động cơ giảm khi tốc độ cao hoặc thấp: Với tỷ số nén cố định thì động cơ chỉ làm việc hiệu quả ở chính tốc độ đã được các nhà thiết kế tính toán nên khi thay đổi tốc độ cao lên hay thấp đi trong các điều kiện thời tiết hoặc tải trọng nặng

sẽ dẫn đến việc tăng tiêu thụ nhiên liệu

- Không có tính linh hoạt: Động cơ sử dụng tỷ số nén cố định không có tính linh hoạt sẽ gây ảnh hưởng đến trãi nghiệm của tài xế

- Tiếng ồn và sự rung động: Động cơ xăng và diesel truyền thống thường gây ra tiếng ồn và rung động, đặc biệt là khi chạy ở tốc độ cao Điều này ảnh hưởng không tốt đến sự thoải mái của hành khách và cũng gây hại cho môi trường xung quanh

- Độ bền: Các động cơ truyền thống thường có tuổi thọ ngắn hơn do bị hao mòn nhanh hơn do sự tiếp xúc giữa các bộ phận trong động cơ

Ngoài ra còn gây ô nhiễm môi trường: Các động cơ truyền thống thường phát thải khí thải độc hại như CO2, SOx, NOx và các hợp chất hữu cơ bay hơi, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của con người và môi trường tự nhiên

Công nghệ VCR đã giải quyết một số vấn đề này bằng cách cung cấp cho động

cơ ô tô khả năng tăng cường hiệu suất nhiệt, giảm tiếng ồn và khí thải, tăng tính linh hoạt và tuổi thọ của động cơ

1.3 Lịch sử ra đời của công nghệ:

Vào năm 1920, công nghệ VCR đã được phát triển, tuy nhiên công nghệ này chỉ được ứng dụn rộng rãi trong những năm gần đây nhờ sự phát triển của công nghệ điện tử

Những năm 1980, Nissan đã phát triển công nghệ đầu tiên có thể thay đổi tỷ số nén, được gọi là NAPS-Z (Nissan Anti-Pollution System-Z)

Đến năm 2016, công ty Nissan đã giới thiệu một mô hình động cơ 4 xi-lanh VCR đầu tiên trên thế giới, được gọi là động cơ VC-Turbo Mô hình này cho phép tỷ lệ nén của động cơ thay đổi trong khoảng từ 8:1 đến 14:1, giúp tăng hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu

Hình 2: Động cơ VC-Turbo ( tỷ số nén 8:1 và 14:1 )

Sau đó, các công ty khác như Mitsubishi, Porsche, Saab, Mercedes-Benz, Audi

và BMW cũng đã phát triển công nghệ VCR của riêng mình và áp dụng vào các mẫu

2

Hình 1: Nissan Z engine

xe của họ Vào năm 2018, Infiniti trở thành hãng xe đầu tiên trên thế giới bán một mẫu

xe sử dụng công nghệ VCR trên toàn cầu

CHƯƠNG 2 CÁC HÃNG XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

VARIABLE COMPRESSION RATIO:

2.1 Nissan:

VC-Turbo (Variable Compression-Turbo) đã được Nissan phát triển và sử dụng trên mẫu xe Infiniti QX50

Hình 3: Infiniti QX50

Động cơ có khối lượng ấn định 1,977cc tương đương với động cơ xăng thông 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 soát động cơ

Khi động cơ cần nhiều công 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

2.2 Kia:

Sử dụng công nghệ VCR với tên gọi là Smartstream G1.6 T-Gdi

Hình 4: Smartstream G1.6 T-GDi

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

2.3 Sabb:

Sabb cho ra công nghệ VCR của mình tại triễn lãm Geneva Motoshow 2000 Công nghệ của Sabb thay đổi tỷ số nén bằng cách tạo ra khoảng không gian thay đổi giữa nắp xylanh và piston từ việc di chuyển nắp xylanh

4

Hình 5: Động cơ VCR của Sabb

2.4 Công ty FEV:

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

2.5 Infiniti:

Động cơ VCRi được nghiên cứu và phát triển bởi hãng Infiniti thuộc Nissan Motor Đây là động cơ tăng áp được trang bị công nghệ VCR kết hợp với bộ điều khiển hút van khí

Hình 6: Động cơ VCRi

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VCR TRÊN THƯƠNG

HIỆU XE INFINITI:

3.1 Cấu tạo:

- Động cơ cũng không khác động cơ đốt trong cũ nhưng các kỹ sư đã thiết kế lại cụm piston, thanh truyền và trục khuỷu Đồng thời thêm vào một cánh tay đòn có thể điều khiển bằng điện

- Hệ thống van biến thiên: chính là bộ phận quan trọng nhất của động cơ VC-Turbo, hệ thống van biến thiên có khả năng điều chỉnh tỷ số nén của động cơ từ 8:1 đến 14:1

- Hệ thống tăng áp kép: bao gồm một bộ tăng áp thông thường và một bộ tăng áp biến thiên

Ngoài ra còn trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử tiên tiến, hệ thống làm mát van và hệ thống làm mát bốn mạch

6

Hình 7: Cấu tạo động cơ VCRi

3.2 Nguyên lý hoạt động:

Động cơ Infiniti VC-Turbo sử dụng hệ thống đa điểm của Nissan

Hình 8: Hệ thống đa điểm Nissan

Ngay khi hệ thống máy tính nhận được thông tin cần tăng thêm công suất, thay đổi tỷ số nén thì ngay lúc này bộ điều khiển sẽ xoay cánh tay đòn để vị trí của piston được thay đổi ở bên trong xilanh Sau đó piston sẽ được hạ thấp hơn điểm chết trên dẫn đến tỷ số nén lúc này sẽ giảm xuống 8:1 và động cơ sẽ tạo ra nhiều momen xoắn hơn

Trong trường hợp xe cần đạt được hiệu suất cao thì ngay lập tức bộ điều khiển sẽ xoay cánh tay đòn giúp cho pistion di chuyển lên gần tới điểm chết trên Khi ấy tỷ số nén sẽ tăng lên tới 14:1 Bên cạnh đó, hệ thống máy tính sẽ thay đổi các chế độ phụ thuộc vào điều kiện di chuyển

8

Hình 8: Nguyên lý hoạt động của động cơ

3.3 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ VCRi đổi với các hãng xe khác:

Công nghệ VCRi có các ưu điểm và nhược điểm

3.3.1 Ưu điểm:

- Tăng hiệu suất động cơ: Công nghệ cho phép động cơ hoạt động ở tỷ số nén tối

ưu cho ở những điều kiện vận hành trong môi trường khắc nghiệt khác nhau và mong muốn của người sử dụng Điều này giúp tăng hiệu suất và mô-men xoắn của động cơ

- Bảo vệ môi trường: Động cơ giúp cho việc giảm tiêu thụ nhiên liệu và tăng hiệu suất động cơ Chính vì thế động cơ giúp giảm thiểu được khí thải ra môi trường, điều đấy đóng góp vô cùng lớn cho việc bảo vệ môi trường

- Các tính năng của động cơ làm cho xe ô tô hoạt động ổn định đem đến cho người lái được cảm giác thoải mái, êm ái hơn trong quá trình sử dụng (Đặc biệt là khi

di chuyển ở tốc độ cao)

Ngoài ra, giữa piston và thanh truyền có liên kết nhiều điểm giúp giảm rung động giúp giảm tiếng ồn và rung, tuổi thọ của động cơ được tăng lên và tiết kiệm nhiên liệu

3.3.2 Nhược điểm:

- Chi phí sản xuất cao: Các bộ phận và hệ thống phức tạp hơn Đồng thời, phải sử dụng những bộ phận cơ khí chuyên dùng để sản xuất Thêm vào đó, tốn nhiều chi phí cho việc nghiên cứu và thiết kế để cho ra động cơ VCR tốt nhất

- Phức tạp và khó sửa chữa, bảo trì: Do có nhiều bộ phận và chi tiết phức tạp nên phải cần sự chính xác trong việc bảo trì, sửa chữa bằng máy móc Chính điều ấy trở nên phức tạp Điều ấy làm cho chi phí dành cho sửa chữa, bảo trì tăng lên

Tóm lại, động cơ VCRi có nhiều ưu điểm song vẫn còn có một số nhược điểm cần phải cố gắng khắc phục để động cơ hoạt động tốt hơn

3.4 Lịch sử cải tiến:

Giai đoạn 1998-2002: Nissan đã phát triển một mô hình thử nghiệm động cơ VCRi và thử nghiệm trên một số mẫu xe Tuy nhiên, do những thử nghiệm này cho thấy chi phí sản xuất quá cao, nên hãng đã tạm ngừng phát triển

Giai đoạn 2007-2011: Sau khi hãng xe Infiniti được thành lập, hãng đã quay lại phát triển động cơ VCRi và sản xuất phiên bản đầu tiên của mẫu động cơ này vào năm

2008 Mẫu động cơ này được gọi là VC-T và được trang bị trên mẫu xe Infiniti QX50 Điểm nổi bật của mẫu động cơ này là khả năng tăng công suất và tiết kiệm nhiên liệu Giai đoạn 2016-2021: Hãng xe Infiniti đã tiếp tục cải tiến động cơ VCRi và sản xuất phiên bản thứ hai của mẫu động cơ này vào năm 2018 Mẫu động cơ này được gọi là VC-Turbo và được trang bị trên mẫu xe Infiniti QX50 Điểm nổi bật của mẫu động cơ này là khả năng tăng công suất và tăng cường hiệu suất động cơ

Giai đoạn từ năm 2021 trở đi: Hiện tại, hãng Infiniti đang tiếp tục phát triển động

cơ VCRi để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu cho xe

10

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ VARIABLE COMPRESSION RATIO ĐỐI VỚI ĐẾN VỚI CÁC CÔNG NGHỆ, KỸ

THUẬT KHÁC:

Công nghệ Variable Compression Ratio (VCR) không chỉ tạo ra những ý tưởng mới cho thiết kế động cơ mà còn ảnh hưởng tích cực đến sự thúc đẩy việc phát triển của nhiều công nghệ khác

Sử dụng hệ thống khởi động và tạo điện thông minh: Được cải tiến để đem lại sự tối ưu hóa về các hoạt động của công nghệ VCR Đồng thời giúp hiệu suất được tăng cường và tiết kiệm nhiên liệu

Hệ thống phun nhiên liệu thông minh: Để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống VCR, hệ thống phun nhiên liệu cũng phải được phát triển để đáp ứng yêu cầu điều khiển tỷ lệ nén của động cơ

Công nghệ hỗ trợ tăng áp (turbocharger): Hai loại công nghệ này kết hợp với nhau để tăng hiệu suất động cơ Việc kết hợp của hai công nghệ này đã tạo ra khả năng tăng công suất và tối ưu hóa việc tiết kiệm nhiên liệu

Hệ thống phun nhiên liệu: Hệ thống phun nhiên liệu cũng phải được phát triển để đáp ứng các yêu cầu thay đổi tỷ số nén của động cơ

Hệ thống làm mát động cơ: Với sự thay đổi tỷ số nén khác nhau sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ hoạt động của động cơ nên hệ thống làm mát cũng đã cải tiến theo

CHƯƠNG 5 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI VÀ NHẬN XÉT VỀ CÔNG

NGHỆ:

5.1 Việt Nam:

Công nghệ Variable Compression Ratio (VCR) hiện tại chưa được sử dụng phổ biến ở ngành công nghiệp ô tô Việt Nam Nguyên nhân chính là sự đắc đỏ trong sản xuất và khó tiếp cận những hãng xe nhỏ Tuy nhiên thì với mong muốn tiết kiệm nhiên liệu cũng như bảo vệ môi trường thì nhiều hãng cũng đã bắt đầu nghiên cứu về công nghệ để giảm bớt được sự phức tạp cũng như chi phí sản xuất công nghệ Theo bản thân em, công nghệ này có tiềm năng cực kỳ lớn để nghiên cứu đồng thời phát triển hơn giúp ích cho ngành công nghiệp ô tô hơn và trong tương lai khi các công nghệ mới

được đưa vào ứng dụng thì có thể mong đợi rằng tại Việt Nam công nghệ VCR sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn

5.2 Thế giới:

Trên thế giới hiện tại, công nghệ VCR đã được nhiều hãng xe như Nissan, Infiniti, Kia, Sabb,… sử dụng lên trên các loại xe của họ Tương lai của công nghệ VCR rất tiềm năng, đặc biệt chính là trong bối cảnh ngày nay thì việc quan tâm về môi trường và tiết kiệm năng lượng được ưu tiên Dự kiến, công nghệ VCR sẽ tiếp tục được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất ô tô và các loại động cơ khác trong tương lai

5.3 Nhận xét:

Theo nhận định của bản thân em, công nghệ VCR có những ưu điểm nhưng vẫn còn nhiều hạn chế Thế nhưng, công nghệ lại rất có tiềm năng trong tương lai và ảnh hưởng đến một phần không nhỏ đến ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam cũng như thế giới

12

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1 đàn, Diễn et al "Những Cách Thay Đổi Tý Số Nén Biến Thiên VCR?" OTO-HUI - Mạng Xã Hội Chuyên Ngành Ô Tô, 2021, https://oto-hui.com/threads/nhung-cach-thay-doi-ty-so-nen-bien-thien-vcr.133856/ Truy cập ngày 28 tháng 03 năm 2023

2 đàn, Diễn et al "Công Nghệ Tỷ Số Nén Linh Hoạt Trên Động Cơ Đốt Trong" OTO-HUI - Mạng Xã Hội Chuyên Ngành Ô Tô, 2018,

https://oto-hui.com/threads/cong-nghe-ty-so-nen-linh-hoat-tren-dong-co-dot-trong.116788/ Truy cập ngày 28 tháng 03 năm 2023

3 www.nissan-global.com n.d VC-Turbo Engine | Innovation | [ONLINE]

https://www.nissanglobal.com/EN/INNOVATION/TECHNOLOGY/ARCHIVE/VC_ TURBO_ENGINE/ Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023

4 "Tìm Hiểu Động Cơ VC-Turbo Của NISSAN (INFINITI) – Động Cơ Nén Biến Thiên - Xecov" Xecov, 2020, https://www.xecov.com/articles/tim-hieu-dong-co-vc-turbo-cua-nissan-infiniti-dong-co-nen-bien-thien Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023

5 News, OtoFun "Chi Tiết Về Động Cơ Tỉ Số Nén Biến Thiên VC-Turbo Của Infiniti" Otofun News, 2023, https://ofnews.vn/chi-tiet-ve-dong-co-ti-so-nen-bien-thien-vc-turbo-cua-infiniti-17704.html Truy cập ngày 30 tháng 03 năm 2023

6 "Saab Variable Compression Engine - Wikipedia" En.Wikipedia.Org, 2019,

https://en.wikipedia.org/wiki/Saab_Variable_Compression_engine Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023

7 chủ, Trang et al "Tìm Hiểu Động Cơ VC-T Của INFINITI - OTO HUI NEWS

- Tin Tức, Công Nghệ Và Kỹ Thuật Ô Tô" OTO HUI NEWS - Tin Tức, Công Nghệ

Và Kỹ Thuật Ô Tô, 2017, https://news.oto-hui.com/tim-hieu-dong-co-vc-t-cua-infiniti/ Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023

8 www.sae.org n.d The 2-Step VCR Conrod System - Modular System for High Efficiency and Reduced CO2

https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/2017-01-0634/ Truy cập ngày 02 tháng 04 năm 2023

9 chủ, Trang et al "VCR Conrod - Một Trong Những Công Nghệ Biến Thiên

Tỷ Số Nén - OTO HUI NEWS - Tin Tức, Công Nghệ Và Kỹ Thuật Ô Tô" OTO HUI NEWS - Tin Tức, Công Nghệ Và Kỹ Thuật Ô Tô, 2020,