NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 VÀ MÔ PHỎNG 3D BẰNG PHẦN MỀM CATIA

Hiện nay, Ô tô là phương tiện phổ biến. Vì vậy, Nghành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển mạnh mẽ. Nói đến ô tô không thể không nói đến động cơ, nơi tạo ra công suất giúp xe hoạt động. Với yêu cầu ngày càng cao, động cơ không chỉ đáp ứng tiêu chí là công suất cao mà còn phải êm dịu, phải thân thiện môi trường và đặc biệt là tiết kiệm nhiên liệu. Với tiêu chí đó cá nhân em thấy động cơ ECOBOOST là dòng động cơ tốt đáp ứng tiêu chí trên nên em đã chọn động cơ ECOBOOST I3 1.0L làm đối tượng nghiên cứu chính trong luận văn tốt nghiệp. Và để hiểu sâu về hoạt động của động cơ 3 xy lanh em đã chọn đề tài NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 VÀ MÔ PHỎNG 3D BẰNG PHẦN MỀM CATIA để nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.

MỤC LỤC

Lời nói đầu 4

Lý do chọn đề tài: 6

Phương pháp nghiên cứu: 6

Đối tượng nghiên cứu: 7

Mục đích nghiên cứu: 7

Giới hạn đề tài 7

Dự kiến kết quả nghiên cứu: 8

Kết cấu của LVTN: 8

Chương 1 : TỔNG QUAN 10

1.1 Khái quát chung về dòng động cơ EcoBoost 10

1.1.1 Giới thiệu về động cơ EcoBoost 10

1.1.2 Lịch sử phát triển của thế hệ động cơ EcoBoost 10

1.1.3 Các giải thưởng đạt được của dòng động cơ EcoBoost 11

1.2 Các công nghệ ứng dụng trên động cơ EcoBoost thế hệ mới 11

1.3 Các dòng động cơ của EcoBoost và thông số cơ bản 13

1.3.1 Động cơ EcoBoost 3.5L V6 13

1.3.2 Động cơ EcoBoost 2.0L I4 14

1.3.3 Động cơ EcoBoost 1.6L I4 14

1.3.4 Động cơ EcoBoost 1.0L I3 15

Chương 2 : NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 I3 16

2.1 Giới thiệu 16

2.2 Đặc điểm nổi bật trên động cơ 17

2.2.1 Thông số kỹ thuật 17

2.2.2 Đặc điểm 17

2.2.3.1 Vị trí lắp đặt 18

2.2.3.2 Thân máy, trục khuỷu 19

2.2.3.3 Nắp máy, giăng nắp máy 19

2.2.3.4 Puly giảm chấn trục khuỷu (Crankshaft Mass Damper) 19

2.2.3.5 Bộ điều khiển cam thông minh VCT (Variable Camshaft Timing) 20

2.2.3.6 Bơm dầu bôi trơn 22

2.2.3.7 Làm mát piston 24

2.2.3.8 Xupap 24

2.2.3.9 Dây đai cam 24

2.3 Vài điểm nổi bật của các hệ thống trên động cơ EcoBoost 1.0L 25

2.3.1 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 25

2.3.1.1 Tính năng 25

2.3.1.2 bộ phận 25

2.3.2 Hệ thống tăng áp 29

2.3.3 Hệ thống làm mát động cơ 33

2.3.4 Hệ thống điều khiển điện tử PCM (Powertrain Control Module) 38

2.4 Kết luận 52

2.4.1 Những công nghệ được ứng dụng trên động cơ EcoBoost 1.0L 52

2.4.2 Những lợi ích của động cơ EcoBoost 1.0L 54

Chương 3 :THIẾT KẾ 3D CÁC CHI TIẾT VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM CATIA 55

3.1 Giới thiệu về phần mềm CATIA 55

3.1.1 Lịch sử ra đời của phần mềm CATIA 55

3.1.2 Tính năng của phần mềm CATIA 55

3.2 Mô hình hoá 3D các chi tiết chính trong động cơ 58

3.2.1 Giới thiệu về mođun part design 58

3.2.2 Mô hình hoá 3D nhóm thân máy, nắp máy 61

3.2.2.1 Thân máy ( block động cơ ) 62

3.2.2.2 Nắp máy 65

3.2.3 Thiết kế 3d nhóm piston, chốt piston 71

3.2.3.1 Piston 71

3.2.3.2 : Chốt piston 73

3.2.4 Thiết kế 3d nhóm trục khuỷu, thanh truyền 74

3.2.4.1 Trục khuỷu 74

3.2.4.2 Thanh truyền 77

3.2.5 Thiết kế 3d các chi tiết còn lại 79

3.2.5.1 Turbo tăng áp 79

3.2.5.2 Cổ nap 80

3.2.5.3 Cổ xả 81

3.3 Lắp ráp động cơ 81

3.3.1 Tính năng của Assembly Design 81

3.3.2 Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design 82

3.3.3 Lắp ráp động cơ 85

3.4 Mô phỏng lắp ráp động cơ 87

3.5 Mô phỏng chuyển động 89

Chương 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

4.1 Tóm tắt kết quả đề tài 94

4.2 Đánh giá kết quả đề tài 94

4.3 Đề nghị hướng phát triển của đề tài 95

Danh mục các từ viết tắt :

- AC (Alternating Current) : Điện xoay chiều

- APP (Accelerator Pedal Position) : Cảm biến vị trí bàn đạp ga

- CACT (Charge Air Cooler Temperature sensor ) : Cảm biến áp suất và nhiệt độ khí nạp

- CKP (CranKshaft Position Sensor) : Cảm biến vị trí trục khuỷu

- CMP (Camshaft Position Sensor) : Cảm biến vị trí trục cam

- DC (Direct Current) : Điện một chiều

- DOHC (Double Overhead Camshaft) : Trục cam đôi

- ECT (Engine Coolant Temperature Sensor) : Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

- ECU (Electronic Control Unit) : Hộp điều khiển điện tử

- EOP (Engine Oil Pressure sensor) : Cảm biến áp suất nhớt

- EPA (Environmental Protection Agency) : Tiêu chuẩn bảo vệ môi trường

- ETC (Electronic throttle control) : Bướm ga điều khiển bằng điện

- EVRV (Electronic Vacuum Regulating Valve) : Van điện từ chân không

- FRP (Fuel Rail Pressure Sensor) : Cảm biến áp suất ống phân phối nhiên liệu

- KS (Knock sensor) : Cảm biến kích nổ

- PCM (Powertrain Control Module) : Hộp điều khiển động cơ

- PWM (Pulse Width Modulation) : Tín hiệu điều khiển dạng chu kỳ

- TDC (Top dead center) : Điểm chết trên

- Ti - VCT (Twin Independent Variable Camshaft Timing) : Hệ thống xoay cam nạp xảbiến thiên theo thời gian

- VCT (Variable Camshaft Timing) : Bộ xoay cam đôi

- WG (Wastegate Flap) : Cổng đi tắt khí xả

- MAFT (Mass Air Flow And Temperature sensor) : Cảm biến nhiệt độ và lưu lượng khí nạp.

Lời nói đầu

Hiện nay, Ô tô là phương tiện phổ biến Vì vậy, Nghành công nghiệp ô tô ngàycàng phát triển mạnh mẽ Nói đến ô tô không thể không nói đến động cơ, nơi tạo racông suất giúp xe hoạt động Với yêu cầu ngày càng cao, động cơ không chỉ đáp ứngtiêu chí là công suất cao mà còn phải êm dịu, phải thân thiện môi trường và đặc biệt làtiết kiệm nhiên liệu Với tiêu chí đó cá nhân em thấy động cơ ECOBOOST là dòngđộng cơ tốt đáp ứng tiêu chí trên nên em đã chọn động cơ ECOBOOST I3 1.0L làm đốitượng nghiên cứu chính trong luận văn tốt nghiệp Và để hiểu sâu về hoạt động của

động cơ 3 xy lanh em đã chọn đề tài "NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 VÀ

MÔ PHỎNG 3D BẰNG PHẦN MỀM CATIA" để nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt

nghiệp của mình

Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũngnhư tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi luận văn này em không thể trình bày đượchết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn về toàn bộ các hệ thống Vì thếchắc chắn không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện Rất mong có được sựquan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thấy cô cùng các bạn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy CAO ĐÀO NAM cùng toàn thể thầy

cô khoa cơ khí và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ chỉ dẫn, góp ý kiến cho

em trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

TP HCM, ngày 7 tháng 3 năm 2015

sinh viên thực hiện

Trần Công Xuân

Lý do chọn đề tài:

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm.Trong nhữngnăm gần đầy, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong tuykhông thay đổi nhiều về mặt nguyên lý làm việc cơ bản nhưng nó luôn được hoàn thiện

và phát triển Nhiều loại động cơ đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội đã rađời, trong đó động cơ tăng áp đóng một vai trò rất đáng kể Để hiểu hơn về hiệu năngcũng như là ứng dụng và tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ xăng tăng áp hiện đại,

em đã chọn ĐỘNG CƠ ECOBOOST làm đối tượng nghiên cứu Và bên cạnh đó Đốivới chuyên ngành cơ khí ô tô thì việc áp dụng công nghệ thông tin càng ngày cấp thiết,ứng dụng phần mềm để mô phỏng, xuất bản vẽ hoặc là nghiên cứu nguyên lý hoạt độngcủa các hệ thống là cực kỳ thuận tiện Trong đó các phầm mềm CATIA được ứng dụngnhiều nhất trong nghành cơ khí ô tô Nhận thấy tầm quan trọng trên em đã chọn đề tàiNGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST VÀ MÔ PHỎNG 3D BẰNG PHẦN MỀMCATIA

Phương pháp nghiên cứu:

Trong quá trình thực hiện đề tài em sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

thiết kế 3D;

đánh giá và nhận xét của riêng mình

Đối tượng nghiên cứu:

Động cơ ECOBOOST và các hệ thống liên quan như hệ thống khởi động, hệthống phun xăng đánh lửa, hệ thống tăng áp EcoBoost là thế hệ động cơ mới nhấtvới công nghệ phun xăng trực tiếp và tăng áp tích hợp do Ford sản xuất, nên ở đâychúng ta chỉ nghiên cứu các hệ thống chính trên động cơ và những cải tiến để đạt được khả năng cung cấp một lượng công suất và mô-men xoắn ngang bằng với những loạiđộng cơ hút khí tự nhiên có kích thước và dung tích lớn hơn, đồng thời đem lại mứctiêu hao nhiên liệu hiệu quả hơn trên loạt động cơ này

Về phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽnhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển Ứng dụng vào cơ khí ô tô để vẽ và

mô phỏng động chuyển động cũng như lắp ráp động cơ, xuất bản vẽ 2D trong quátrình nghiên cứu Do thiếu về kích thước cũng như số liệu thực tế từ động cơ thật nêntrong bản vẽ còn chưa chính xác về kích thước, chỉ chú trọng đến kết cấu các chi tiết vàtổng thể về nguyên lý hoạt động

Mục đích nghiên cứu:

Luận văn tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên vừa ôn lại kiến thức đã học ở trườngqua 4 năm đại học, cũng là dịp để ứng dụng kiến thức vào thực tiễn để tìm hiểu và họchỏi những cái mới Theo tìm hiểu của bản thân em nhận thấy động cơ ECOBOOST làđộng cơ thế hệ mới của FORD, có nhiều cải tiến vượt bậc với mong muốn ứng dụngkiến thức đã học để khảo sát, tìm hiểu cập nhật cái mới Cùng với việc ứng dụng tinhọc để mang lại cái nhìn tổng quan về thiết kế mô phỏng các hệ thống Tạo tiền đề choviệc nghiên cứu sâu hơn các tính năng mà phần mềm hổ trợ, giúp cho người kỹ sư cócách nhìn mới về thiết kế, mô phỏng 3D một cách chính xác và trung thực

Dự kiến kết quả nghiên cứu:

Kết cấu của LVTN:

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

2 Phương pháp nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Mục đích nghiên cứu

5 Giới hạn đề tài

6 Dự kiến kết quả nghiên cứu

Chương 1 : TỔNG QUAN

1.1 Khái quát chung về dòng động cơ EcoBoost

1.2 Các công nghệ ứng dụng trên động cơ EcoBoost thế hệ mới

1.3 Các dòng động cơ của EcoBoost và thông số cơ bản

Chương 2 : NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 I3

2.1 Giới thiệu

2.2 Đặc điểm nổi bật trên động cơ

2.3 Vài điểm nổi bật của các hệ thống trên động cơ EcoBoost 1.0L

2.4 Kết luận

Chương 3 :THIẾT KẾ 3D CÁC CHI TIẾT VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM CATIA

3.1 Giới thiệu về phần mềm CATIA

3.2 Mô hình hoá 3D các chi tiết chính trong động cơ

1.1.1 Giới thiệu về động cơ EcoBoost.

EcoBoost là thế hệ động cơ mới nhất với công nghệ phun xăng trực tiếp và tăng

áp tích hợp do Ford sản xuất Thế hệ động cơ này vốn là thành quả hợp tác giữa hãng

xe Mỹ và FEV Engineering - một tập đoàn chuyên nghiên cứu, phát triển và chế tạođộng cơ đốt trong Động cơ EcoBoost được tích hợp khá nhiều công nghệ tiên tiến sovới các mô hình thiết kế động cơ truyền thống nhằm cải thiện hiệu suất vận hành và cảlượng nhiên liệu tiêu thụ Cụ thể, mục tiêu mà Ford hướng tới chính là tạo ra một hệđông cơ mới - trước mắt là động cơ xăng - có khả năng cung cấp một lượng công suất

và mô-men xoắn ngang bằng với những loại động cơ hút khí tự nhiên có kích thước vàdung tích lớn hơn, đồng thời đem lại mức tiêu hao nhiên liệu hiệu quả hơn Với mụctiêu đó, Ford hy vọng động cơ EcoBoost sẽ cắt giảm được khoảng 15% lượng khí thảigây nên hiệu ứng nhà kính so với các mẫu động cơ truyền thống có dung tích lớn hơnvới công suất vận hành tương đương

1.1.2 Lịch sử phát triển của thế hệ động cơ EcoBoost.

- 2009 : Ford ra mắt động cơ EcoBoost 3.5L V6 đầu tiên tại thị trường Bắc Mỹ và bắtđầu trang bị động cơ này trên những mẫu xe cỡ lớn

- 2010 : Các động cơ EcoBoost 4 xy-lanh có dung tích 2.0L và 1.6L cũng lần lượt rađời và bắt đầu được trang bị trên những mẫu xe cỡ nhỏ, cụ thể là dòng xe Ford Focus

- 2012 : Hãng xe Mỹ phát triển thành công động cơ EcoBoost 3 xy-lanh với dung tích1.0L tại trung tâm kỹ thuật Dunton của Ford ở Anh quốc Động cơ tí hon này được ứngdụng đầu tiên vào mẫu xe Ford Focus phiên bản facelift đời 2012 và gần đây nhất làtrên chiếc Fiesta phiên bản 2013 dành cho thị trường châu Âu

Hình 1.1 : Quá trình phát triển động cơ của Ford từ khi hãng ra đời cho đến nay.

1.1.3 Các giải thưởng đạt được của dòng động cơ EcoBoost.

- Ba giải thưởng : Động cơ dưới 1L tốt nhất năm 2012, động cơ tốt nhất năm

2012 và động cơ quốc tế tốt nhất năm 2012 ( dành cho động cơ EcoBoost 1.0 )

- Giải thưởng Dewar Trophy danh giá từ Hiệp hội ô tô Hoàng gia Anh trao tặngnăm 2012

- Giải thưởng động cơ quốc tế tốt nhất năm 2013

1.2 Các công nghệ ứng dụng trên động cơ EcoBoost thế hệ mới.

Động cơ EcoBoost có cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản dựa trên nhữngcông nghệ tiên tiến hàng đầu dành cho động cơ đốt trong:

- Được tinh giảm khoảng 25% số lượng các chi tiết và linh kiện, động cơEcoBoost là một trong những động cơ nhỏ nhất và nhẹ nhất so với các động cơ kháccùng dung tích ở thời điểm hiện tại Đây là một đặc điểm giúp Ford giảm thiểu chi phí

và thời gian sản xuất đồng thời cũng làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu do khối lượngcủa động cơ đã giảm xuống một cách đáng kể

- Lốc máy được làm hoàn toàn bằng hợp kim và được đúc ở áp suất cực thấp.Điều này không chỉ giúp các chi tiết trong động cơ có độ chính xác cao hơn mà cònkhiến quá trình làm nóng diễn ra nhanh hơn, giúp giảm hao phí nhiên liệu so với lốcđộng cơ nhôm truyền thống

biệt bên trong xy-lanh như vỏ pít-tông được tráng một lớp vật liệu đặc biệt có độ masát cực thấp tạo ra ít tiếng ồn hơn cũng như hạn chế tối đa rung lắc trong động cơ Xec-măng được lắp lỏng trong rãnh nên có thể tự xoay để giảm thiểu lực ma sát bên trongxy-lanh một cách tối đa.

- Hệ động cơ EcoBoost mới được trang bị công nghệ phun xăng trực tiếp đặcbiệt với kim phun được đặt trực tiếp vào chính giữa phần đầu của xy-lanh, làm tăngkhả năng hòa trộn giữa không khí và xăng, giúp quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn rahiệu quả hơn

- Những chiếc máy EcoBoost được trang bị hệ thống Turbo tăng áp gọn nhẹ cókhả năng hoạt động ở vòng tua rất cao lên đến 248.000 vòng/phút Kết hợp với côngnghệ điều khiển van biến thiên theo thời gian, động cơ EcoBoost có thể đạt được côngsuất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua thấp, điều này giúp giảm thiểu độ trễ và đápứng tối đa cho quá trình tăng tốc của chiếc xe

- Tất cả các động cơ EcoBoost thế hệ mới đều được trang bị hệ thống van biếnthiên theo thời gian Ti-VCT với hai trạng thái độc lập Hệ thống này sử dụng trục camkép DOHC với một trục dẫn động các van nạp và trục còn lại dẫn động các van xả.Trong quá trình vận hành, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ điều khiển hệ thống vandựa trên tác động vào dòng dầu áp suất cao nhằm làm xoay trục cam một góc nhỏ hơn

so với vị trí ban đầu, từ đó thay đổi thời điểm đóng/mở của các van nạp/van xả Haitrục cam này được điều khiển một cách độc lập với nhau giúp tối ưu hóa thời điểmđóng/mở của các van xả cũng như van nạp Điều này sẽ giúp động cơ giảm thiểu lượngtiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại mà vẫn không ảnh hưởng đến hiệu suất của độngcơ

- Hệ thống ống xả được làm mát bằng dung dịch với cổ góp được đúc liền khốivới đỉnh xy-lanh, giúp nhiệt độ khí xả luôn luôn hạ thấp ngay cả khi động cơ chạy ởvận tốc cao Thiết kế mới này không chỉ giúp động cơ chạy được ở dải tốc độ rộng hơn

với tỉ lệ không khí/nhiên liệu tối ưu mà còn góp phần giảm trọng lượng, giảm tiêu haonhiên liệu và cho phép động cơ vận hành êm ái hơn.

- Động cơ EcoBoost được trang bị hệ thống tản nhiệt kép với 2 cảm biến đonhiệt độ giúp cho động cơ khởi động nhanh hơn, giảm thiểu ma sát bên trong động cơcũng như tiêu hao ít nhiên liệu và thải ít khí CO2 hơn khi động cơ hoạt động ở điềukiện nhiệt độ môi trường xuống thấp

- Bên cạnh đó, EcoBoost còn có những chi tiết đặc biệt như trục cam được vậnhành bởi xích cam nhúng hoàn toàn trong dầu bôi trơn Thiết kế này tạo ra ít tiếng ồn,giảm thiểu mức ma sát và góp phần tiết kiệm nhiên liệu hơn

1.3 Các dòng động cơ của EcoBoost và thông số cơ bản.

- Mức tiêu hao nhiên liệu theo

tiêu chuẩn EPA: 14.7L/100km

đường đô thị, 10.7L/100km

đường cao tốc

- Những mẫu xe được trang bị:

Ford Explorer Sport, Ford Flex

- Công suất tối đa từ 148 - 197 mã lực

tại 6.000 vòng/phút

- Mô-men xoắn cực đại từ 200 - 274Nm

tại 4.200 vòng/phút

- Tỷ số nén: 11.0:1

- Mức tiêu hao nhiên liệu theo tiêu chuẩn

EPA: 9L/100km đường đô thị,

6.5L/100km đường cao tốc

- Những mẫu xe được trang bị: Ford

Fusion, Ford S-Max, Ford C-Max, Ford

Galaxy, Ford Focus, Ford Escape, Ford

Fiesta ST, Volvo S60, Volvo V60,

Volvo V40

Hình 1.3 : Động cơ EcoBoost 2.0L I4.

1.3.3 Động cơ EcoBoost 1.6L I4.

Công suất tối đa từ 148

- Mức tiêu hao nhiên liệu

theo tiêu chuẩn EPA:

9L/100km đường đô thị,

6.5L/100km đường cao tốc

- Những mẫu xe được trang

bị: Ford Fusion, Ford

S-Max, Ford C-S-Max, Ford

Galaxy, Ford Focus, Ford

Escape, Ford Fiesta ST,

Volvo S60, Volvo V60,

Hình 1.4 : Động cơ EcoBoost 1.6L I4.

Volvo V40.

1.3.4 Động cơ EcoBoost 1.0L I3.

- Công suất tối đa 100 - 125 mã lực

- Mức tiêu hao nhiên liệu theo tiêu

chuẩn EPA: 6.9L/100km đường đô

thị, 5.4L/100km đường cao tốc Thải

ra môi trường lượng CO2 khoảng

109g/km

- Những mẫu xe được trang bị: Ford

B-Max, Ford C-Max, Ford

Focus, Ford Fiesta, Ford EcoSport

Hình 1.5 : Động cơ EcoBoost 1.0L I3.

Động cơ EcoBoost có mặt tại Việt Nam mới chỉ duy loại 3 xi lanh dung tích 1.0L có công suất 125 mã lực và momen xoắn cực đại 170 Nm Nếu so sánh các loại động cơ trên các mẫu xe nhỏ tại Việt Nam thì đây là những con số thực sự ấn tượng, với Fiesta dùng động cơ 1.6L (121 mã lực/151Nm), Toyota Vios 1.5L (107 mã lực/144Nm), Honda City 1.5L (120 mã lực/145 Nm)…

Engine Fiesta

1.6L (MPFI)

Fiesta 1.0L (EcoBoost )

Vios 1.5 (MPFI)

Yaris 1.5L (MPFI)

City 1.5L (MPFI)

trên chiếcFiesta mới Đây là loại động cơ tiêu biểu cho cuộc cách mạng thiết kế động

cơ trong tương lai tại việt nam hội tụ đầy đủ những yếu tố mạnh mẽ, tiết kiêm nhiênliệu, bảo vệ môi trường và chất lượng tốt

Động cơ EcoBoost 1.0 là động cơ được đánh giá cao nhất trong dòng động cơ

mà ford sản xuất tính tới thời điểm hiện tại Vì vậy ta nghiên cứu tìm hiểu sâu thêm vềcác hệ thống trên mẫu động cơ này

Chương 2 : NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1.0 I3

2.1 Giới thiệu

Động cơ EcoBoost 1.0L là thế hệ

động cơ mới nhất, nhỏ nhất trong dòng

3 xylanh (I3) -Thân máy nhỏ gọn đặt

vừa trên tờ giấy khổ A4 (Giảm 25%

chi tiết & linh kiện) thân máy được

đúc bằng hợp kim gang

Động cơ EcoBoost 1.0L ba xi-lanh

đã được cấp 125 bằng sáng chế của

Ford nổi tiếng khắp toàn thế giới và đã

2 lần đạt giải động cơ của năm, được

coi là cuộc cách mạng về động cơ của

thế kỷ 21 Kích thước nhỏ gọn, dung

tích nhỏ và được trang bị hệ thống

tăng áp khiến EcoBoost luôn đạt công

với những động cơ dung tích lớn hơn.

Động cơ EcoBoost 1.0L có thể để gọn trong 1 trang giấy A4, nhưng lại có thểđạt mức công suất 125PS và 170Nm ở vòng tua cực đại, khiến nó trở thành động cơ cóhiệu suất mạnh nhất trong số các dòng xe Ford hiện nay

2.2 Đặc điểm nổi bật trên động cơ.

2.2.3.1 Vị trí lắp đặt.

Ghi chú:

1: bướm ga điện tử ;2: que thăm nhớt;

3: bôbin đánh lửa; 4: turbo tăng áp;

5: bơm nước cơ khí;6: Van điện từ VCTtrục cam xả ;

7: Van điện từ VCTtrục cam hút

Hình 2.3 : Động cơ EcoBoost 1.0L nhìn từ phía trước

Ghi chú :

1: Bơm chân không;

2: Bơm cao áp hệ thống nhiên liệu 3: cảm biến CMP trục cam xả;4: cảm biến áp suất nhiên liệu;5: cảm biến CMP trục cam hút;6: cảm biến MAP;

11: Cảm biến ECT; 12:Van điện từ chân không EVRV

Hình 2.4 : Động cơ EcoBoost 1.0L nhìn từ phía sau

2.2.3.2 Thân máy, trục khuỷu.

việc của động cơ trong thời gian nhanh nhất)

2.2.3.3 Nắp máy, giăng nắp máy.

2.2.3.4 Puly giảm chấn trục khuỷu (Crankshaft Mass Damper)

bị bên ngoài

tạo xung cho cảm biến CKP lắp ghép

chung một cụm

khuỷu bằng ma sát, nó không có rãnh then

sau mỗi lần tháo ra

Hình 2.5 : Puly giảm chấn trục

khuỷu

 Bộ xoay cam VCT trang bị cho cả cam hút và cam xả.

- Cấu tạo VCT :

Hình 2.6 : Cấu tạo bộ điều khiển cam thông minh VCT

- Điều khiển :

◦ Công suất động cơ và độ sạch khí xả đạt mức tối ưu

◦ Hệ thống tuần hoàn khí thải được thực hiện bởi chương trình xoay cam

được cố định (khóa) ở vị trí khởi động

◦ Cam xả ở vị trí – được đóng sớm

◦ Cam hút ở vị trí – được mở muộn

 Hoạt động của bộ xoay cam (VCT) theo nguyên lý mô tơ thủy lực nhờ dòng dầumáy có áp suất dẫn động.

mô-men dẫn động trục cam Lò xo này giúp cho bộ xoay cam trả về vị trí ban đầu khi tắt công tắc máy

động cơ làm việc có hiệu suất cao nhất

Hình 2.7 : Bánh răng cam và mạch dầu điều khiển

 Cung cấp dầu có áp đến các mạch bôi

trơn

độ và tải trong của động cơ

bộ điều khiển PCM thông qua cơ cấu cơ

khí

bôi trơn

suất dầu được xác định

chỉnh về phía bên trái

(maximum)

ở buồng áp suất bằng cách điều khiển

vành điều chỉnh quay vể phía phải

Hình 2.9: Bơm dầu bôi trơn.

*/ Bơm dầu được điều khiển bằng van điều khiển điện từ Nếu van điều khiển điện từ

bị lỗi, dung tích của bơm luôn ở giá trị lớn nhất

*/ Chương trình PCM.

- Tốc độ động cơ > 3000 v/p với tải trọng cao

- Tốc độ động cơ > 4750 v/p với tải trọng thấp

Hình 2.10 : Van điện từ đóng

khi đại tu động cơ

2.2.3.9 Dây đai cam.

so với xích cam:

- Giảm ma sát khoảng 20%

- Giảm tiếng ồn

- Bộ phận dẫn hướng áp dụng

như cho xích cam được loại bỏ

trong dầu so với dây đai cam khô là:

- Không bảo dưỡng

- Tăng đai tự động

Hình 2.13 : Dây đai cam.

2.3 Vài điểm nổi bật của các hệ thống trên động cơ EcoBoost 1.0L.

2.3.1 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp.

2.3.1.1 Tính năng.

2.3.1.2 Bộ phận.

Hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp bao gồm những bộ phận sau :

- Kim phun nhiên liệu

- Ống phân phối nhiên liệu

- Bơm cao áp

- Cảm biến áp suất ống phân phối nhiên liệu (FRP)

Hình 2.14 : Mặt dưới nắp máy, vị trí kim phun.

Hình 2.15 : Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp áp suất cao.

a) Kim phun

Hình 2.16 : Kim phun

b) Đường ống phân phối

Hình 2.19 : Cấu tạo bơm cao áp.

Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

Hình 2.20 : Nguyên lý hoạt động bơm cao áp.

Van định lượng không kích hoạt (van ở vị trí mở)

- Áp suất nhiên liệu bên trong buồng pit tông bằng áp suất nhiên liệu đến từ bơm thấp áp

- Khi cam quay, pit tông bơm chuyển động xuống dưới

- Nhiên liệu áp suất thấp được nạp vào xy lanh bơm

Van định lượng được kích hoạt (van đóng lại)

- Khi pit tông đi đến điểm chết dưới van định lượng đóng lại

- Sau khi van định lượng đóng một lượng nhiên liệu sẽ được nén (cung cấp) đến ống phân phối

- Pit tông đi lên, áp suất nhiên liệu sẽ tăng lên

- Khi áp suất trong buồng pit tông cao hơn áp suất của van một chiều

- Van một chiều mở, nhiên liệu được cấp cho ống phân phối

- Kết thúc quá trình bơm nhiên liệu khi pit tông đến điểm chết trên (TDC).Van định lượng mở lại, lập lại quá trình

- Tại điểm chết trên của pit tông, van định lượng mở, lập lại quá trình

- Van một chiều đóng

- Một lượng nhiên liệu rất nhỏ có thể lọt sang mạch thấp áp trong giai đoạn này Van định lượng điều khiển lưu lượng nhiên đến ống phân phối tùy thuộc vào áp suất nhiên liệu trên ống phân phối, được tích hợp trong bơm, điều khiển bởi PCM, và thời điểm điều khiển theo vị trí piston bơm

2.3.2 Hệ thống tăng áp.

Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất khí nạp, tăng khối lượng riêng của môichất, qua đó làm tăng mật độ không khí nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình,giúp tăng công suất và mô men cho động cơ Hệ thống tăng áp của động cơ EcoBoost1.0L được lắp trực tiếp ở nắp máy Bánh tuốc bin được dẫn động bằng năng lượng củakhí xả.Bánh tuốc bin dẫn động bánh bơm để nén khí nạp vào xy lanh

Hình 2.21 : Vị trí lắp đặt turbo tăng áp

- Áp suất khí nạp vào xy lanh (boost pressure) được điều khiển bởi một cổng đitắt của khí xả (WG)

- Cổng đi tắt của khí xả (WG) được điều khiển bởi cái dù (atuator) thông qua ápsuất chân không.

- Áp suất chân không được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ PCM qua vanđiện từ chân không (EVRV)

Hình 2.22 : Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh màn dù turbo tăng áp

thiểu

Hình 2.23: Hình ảnh hoạt động của cổng đi tắt khí xả

*/ Van đi tắc khí nạp (Bypass Valve)

Có hai loại van đi tắt trên động cơ EcoBoot:

- Loại 1 là loại điều khiển bằng điện tử trang bị cho những động cơ với số tự

động DPS6

- Loại 2 là loại điều khiển cơ khí, trang bị cho những động cơ với hộp số Ib5

trì tốc độ của turbo khi bướm ga

đóng nhanh

suất chân không

Hình 2.24 : Van đi tắt khí nạp.

*/ Nguyên lý hoạt động của van đi tắc khí nạp điều khiển bằng điện

Hình 2.25 : Hình ảnh van đi tắc khí nạp điều khiển bằng điện.

Để giảm thiểu ảnh hưởng xấu trên, việc làm mát hệ thống tăng áp là cần thiết

Có thể dẫn khí nén từ turbo tăng áp ra qua một cơ cấu trao đổi nhiệt trước khi nạp vàobuồng đốt, kiểu này gọi là làm mát sau

Hình 2.26 : Sơ đồ nguyên lý turbo tăng áp và làm mát sau turbo

2.3.3 Hệ thống làm mát động cơ.

Hệ thống làm mát động cơ nhằm giữ nhiệt cho các chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép Hệ thống làm mát giữ động cơ làm việc ở nhiệt độ hiệu quả nhất phù hợp với mọi chế độ tải của động cơ

Ở động cơ EcoBoost 1.0L hệ thống làm mát chia ra 3 mạch chính :

+ Mạch rất nhỏ (Mini) – bên phía xả của nắp máy (exhaust side of cylinder head)

+ Mạch trung bình (Small) – làm mát động cơ

+ Mạch lớn (Large) – hệ thống làm mát bên ngoài động cơ (entire cooling system)

*/ Mạch làm mát nhỏ (Mini cooling circuit):

- Bên phía cổ xả của nắp máy

- Hâm nóng động cơ nhanh

- Giảm ma sát trong thời gian hâm nóng động cơ

- Một bơm điện được trang bị thêm trong mạch làm mát nhỏ

Hình 2.27: Mạch làm mát nhỏ trên động cơ EcoBoost 1.0L

Nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn 70°C

- Nước làm mát chỉ đi qua bên phía cổ xả thuộc nắp máy

- Nước làm mát đi đến bộ sưởi và bộ làm mát dầu

Không có nước làm mát đi qua két nước

Hình 2.29 : Hướng di chuyển của dòng nước làm mát.

Nếu tốc độ động cơ vượt quá 3000 v/p, van đi tắt sẽ mở cho phép nước làm mát với áp suất tăng sẽ đi quay lại bên phía cửa hút của bơm

Hình 2.30 : Hướng nước làm mát quay lại của hút của bơm khi van đi tắt mở

+/ Giai đoạn 2 : Mạch làm mát trung bình

Hình 2.31 : Dòng nước đi trong mạch làm mát trung bình

 Van hằng nhiệt lốc máy bắt đầu mở ở 70°C và mở hoàn toàn ở 85°C.

- Nước làm mát đi vào toàn bộ phần động cơ

- Nước làm mát đi đến bộ sưởi và bộ làm mát dầu

- Không có nước làm mát đi ra két nước

+/ Giai đoạn 3 : Mạch làm mát tối đa

Nhiệt độ nước làm mát trên 92°C

- Nước làm mát đi vào toàn bộ động cơ

Hình 2.33 : Dòng nước bắt đầu đi vào két nước ở mạch làm mát tối đa.

2.3.4 Hệ thống điều khiển điện tử PCM (Powertrain Control Module).

PCM là hộp điều khiển điện tử, nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó tổng hợp phân tích và điều khiển các bộ chấp hành liên quan Trong ô tô ngày nay bộ điều khiển điện tử được xem như đầu não Trên động cơ EcoBoost 1.0L thì PCM :

- Đặt ở phía bên trái khoang động

cơ, bên cạnh bình ắc quy

- tên ký hiệu là MED 17.0.1

- Có hai loại : A= 76 chân , B= 84

*/ Các loại Cảm biến

Hình 2.35 : Vị trí các cảm biến.

+/ Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP).

- Giám sát nhu cầu về công suất của lái

xe

- Tích hợp trong chân ga

- Thông tin APP dùng tính toán cho:

- Vị trí trục cam (Camshaft Position)

- Lượng khí nạp (Mass air flow)

- Tốc độ không tải (Idle speed)

- Thời điểm đánh lửa (Ignition

timing)

- Lượng nhiên liệu phun (Injected fuel

quantity)

- APP gồm hai cảm biến tích hợp

- APP1 = tín hiệu số dạng PWM