Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ ECOBOOST

HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost Họ và tên Sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190 Trần Chính Lu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN LONG GIANG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MỚI TRÊN

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN LONG GIANG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các hệ thống mới trên động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các phương pháp chẩn đoán cơ khí trên động cơecoboost

3 Sản phẩm của đề tài:

- Thuyết minh đề tài

- File báo cáo

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 29/03/2017

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ đề tài: 25/07/2017

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNGDẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.

HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Trần Chính Luận MSSV: 13145154 Hội đồng:…………

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ và tên GV hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Long Giang Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung ĐỒ ÁN: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội

dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học,

khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng

hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống,

thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu

cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: Trần Chính Luận MSSV: 13145154Hội đồng:…………

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

T

Điể m tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội

dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa

học và kỹ thuật, khoa học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh

giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống,

thành phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu

đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần

mềm chuyên ngành…

5

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện

((Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboost

Họ và tên Sinh viên: Đồng Quốc Phong MSSV: 13145190 Trần Chính Luận MSSV: 13145154

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn,Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội động bảo vệ Đồ

án đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình học và rèn luyện nghiêm túc tại Khoa Cơ KhíĐộng Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minhcùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của Thầy ThS.NguyễnVăn Long Giang, chúng tôi đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy ThS.NguyễnVăn Long Giang, người thầy đã động viên và giúp đỡ chúng tôi vềmặt tinh thần cũng như kiến thức để chúng tôi vượt qua những ngàytháng khó khăn trong sự tìm tòi, hiểu biết về lĩnh vực các kỹ thuậtmới trên động cơ ecoboost để rồi cuối cùng hoàn thành được Đồ ántốt nghiệp ngày hôm nay Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn đến Thầy,chúc Thầy luôn khỏe mạnh và có những tháng năm công tác tốt

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong trườngcũng như các thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực ngành Công Nghệ KỹThuật Ô Tô và những người đã dìu dắt chúng tôi, cho chúng tôi nhữngkiến thức chuyên ngành và những kinh nghiệm quý báu để cùng với

sự nổ lực của chính bản thân chúng tôi đã hoàn thành Đồ án tốtnghiệp ngày hôm nay

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè vàtất cả những người thân của tôi đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng tôi

có được kết quả đồ án ngày hôm nay Một lần nữa tôi xin chân thànhcảm ơn tất cả mọi người

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng nghỉ trong lĩnh vực chế tạo động

cơ đốt trong Và những đòi hỏi khắt khe về vấn đề môi trường Thìviệc chế tạo ra một động cơ nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫnbảo đảm công suất đầu ra lớn để cho sự trãi nghiệm tuyệt vời sautay lái là một điều tất yếu Và động cơ Ecoboost của Ford ra đời và đãlàm được những điều đó Nó mang trên mình nhưng công nghệ tiêntiến và với hệ thống điều khiển thông minh cùng kết cấu vô cùngnhỏ gọn vì đã tinh giảm rất nhiều các chi tiết Động cơ Ecoboost củaFord đã mang lại cuộc cách mạng trong lĩnh vực chế tạo động cơ.Thay đổi hoàn toàn suy nghĩ trong chúng ta từ trươc đến nay là “Mộtđộng cơ mạnh mẽ thì đi đôi với dung tích động cơ lớn”

I Mục đích nghiên cứu

Đồ án nhằm nghiên cứu các kỹ thuật mới trên động cơ Ecoboostthông qua các hệ thống đã được Ford cải tiến Giúp hiểu rõ tại saođộng cơ Ecoboost có thể tiết kiệm nhiên liệu một cách tối đa nhưngvẫn cho công suất đầu ra lớn hơn so với các mẫu động cơ có dungtích lớn hơn hiện nay

Đồ án còn nghiên cứu về chẩn đoán các hư hỏng cơ khí chungtrên động cơ và chẩn đoán các hư hỏng cơ khí của các hệ thống kháctrên động cơ

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu là động cơ Ecoboost 1.0L

Nghiên cứu các hệ thống được cải tiến trên động cơ Ecoboost làcác hệ thống mới và khác so với các hệ thống trên những động cơthông thường khác hiện nay

Những hệ thống được nghiên cứu: hệ thống nạp và kiểm soátnhiên liệu với kim phun trực tiếp vào buồng đốt, hệ thống định thờitrục cam biến thiên TI-VCT, hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thốngTurbo tăng áp, hệ thống bơm nhớt biến thiên và hệ thống điều khiểncông suất động cơ.

III Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các hệ thống mới trên động cơ ecoboost

- Nghiên cứu các phương pháp chẩn đoán cơ khí trên động cơecoboost

IV Phương pháp nghiên cứu

Dịch và nghiên cứu tài liệu Petrol Engine Management – FordTraining APA, Fordtechservice – Ford Motor Company Từ đó tìmhiểu các ưu điểm vượt trội trên các hệ thống mới của động cơEcoboost

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Có được cơ sở lý thuyết chung về các kỹ thuật mới trên động cơEcoboost Hiểu

được lý do tại sao động cơ Ecoboost với thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệmnhiên liệu như vậy nhưng vẫn cho công suất đầu ra lớn như thế

Từ đó áp dụng vào việc tối ưu hóa cũng như phát triển động cơtheo hướng giảm kích thước động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu, khíthải, nhưng vẫn tăng được công suất cũng như cải thiện cảm giác lái.Biết được nguyên nhân hư hỏng cơ khí trên động cơ từ đó có thể

tự chẩn đoán các lỗi cơ khí của động cơ khi hư hỏng xảy ra

VI.Các nội dung chính của đề tài

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về về động cơ Ecoboost

- Chương 2: Các hệ thống cải tiến trên động cơ Ecoboost

- Chương 3: Chẩn đoán hư hỏng cơ khí trên động cơ Ecoboost

- Kết luận

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ x

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ECOBOOST 1

1 Giới thiệu 1

2 Quá trình phát triển của công nghệ EcoBoost 1

3 Phương án kỹ thuật của Ecoboost 6

4 Những ưu điểm vượt trội trên Ecoboost 7

5 Công nghệ EcoBoost trong tương lai 9

2 Thông số và vị trí các chi tiết trên động cơ Ecoboost 10

2.1 Các thông số trên động cơ 10

2.2 Vị trí các chi tiết trên động cơ 11

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG CẢI TIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ ECOBOOST 12

1 Hệ thống phun xăng trực tiếp 12

1.1 Khái quát hệ thống 12

1.2 Cấu tạo của hệ thống 12

1.2.1 Hệ thống áp suất thấp 12

1.2.2 Hệ thống áp suất cao 16

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng trực tiếp 24

2 Hệ thống TI-VCT (Twin Independent Variable Camshaft Timing) 26

2.1 Khái quát hệ thống 26

2.2 Cấu tạo của hệ thống 27

2.2.1 Van solenoid điều chỉnh 27

2.2.2 Cụm VCT 30

2.3 Nguyên lý hoạt động 34

2.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 34

2.3.2 Tính toán góc điều chỉnh trục cam 35

3 Hệ thống đánh lửa 37

3.1 Tổng quan hệ thống đánh lửa 37

3.2 Cấu tạo hệ thốnglửa 37

3.2.1 Cuộn COP không tích hợp bộ truyền động 38

3.2.2 Cuộn đánh lửa có tích hợp bộ điều khiển 38

3.2.3 Cảm biến kích nổ Knock Sensor 39

3.3 Nguyên lí hoạt động 40

3.3.1 Tính toán góc đánh lửa 40

3.3.2 Điều khiển kích nổ 41

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

4 Turbocharger 43

4.1 Tổng quan về turbocharger 43

4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của turbocharger 44

4.2.1 Cấu tạo 44

4.2.2 Nguyên lý hoạt động của turbocharger 45

4.2.3 Nguyên lý điều khiển áp suất tăng áp 46

4.2.4 Nguyên lý giảm áp suất khí nạp phía sau turbin nạp 48

5 Bơm dầu biến thiên 51

5.1 Giới thiệu chung 51

5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 51

5.2.1 Cấu tạo của bơm dầu 51

5.2.2 Nguyên lý hoạt động của bơm 52

6 Hệ thống điều khiển công suất động cơ 55

6.1 Bộ điều khiển dẫn động bướm ga điện (TAC) 55

6.2 Bộ điều khiển bướm ga điện (ETC) 57

6.3 Hệ thống quản lý động cơ 58

6.3.1 Tính lưu lượng khí nạp 59

6.3.2 Điều chỉnh lượng khí nạp 62

6.3.3 Ngắt khí nạp ở chế độ không tải 63

6.3.4 Các chế độ phun xăng trực tiếp 63

6.3.4 Điều chỉnh lượng nhiên liệu 65

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG CƠ KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ ECOBOOST 69

1 Triệu chứng gây ra tiếng ồn trên động cơ 69

2 Triệu chứng gây ảnh hưởng hiệu suất động cơ: 73

3 Chẩn đoán và kiểm tra turbocharger 75

3.1 Các bộ phận có thể kiểm tra bằng mắt thường 75

3.2 Sơ đồ triệu chứng hư hỏng 76

3.3 Kiểm tra rò dầu phía trong Turbocharger 79

3.4 Kiểm tra quay tự do turbocharger 79

4 Chẩn đoán hệ thống nhiên liệu 79

KẾT LUẬN 86

FRP Fuel Rail Pressure Áp suất nhiên liệu ở ống

phân phốiRWD Rear wheel drive Dẫn động bánh sau

Định thời trục cam biếnthiên độc lập

WOT Wide Open Throttle Bướm ga mở rộng

IPS Intake Phase Shifting Hệ thống chuyển dịch

Coil On Plug Cuồn đánh lửa

KS Knock Sensor Cảm biến kích nổ

TAC Electronic Throttle Actuator

Control

Bộ điều khiển dẫn độngbướm ga điện

ETC Electronic Throttle Control Bộ điều khiển bướm ga

IAT Intake Air Temperature cảm biến nhiệt độ không

khí

MAPT Manifold Absolute Pressure

and Temperature Sensor

cảm biến nhiệt độ và ápsuất tuyệt đối

TP Throttle Position Sensor Cảm biến vị trí bướm ga

APP Accelerator Pedal Position

Sensor

Cảm biến vị trí bàn đạpga

KAM Keep Alive Memory Bộ nhớ giữ lại

TWC Three Way Catalytic bộ chuyển đổi khí thải ba

chiềuSHRTFT Short term fuel trim Ngắt nhiên liệu ngắn

hạngLONGFT Long term fuel trim Ngắt nhiên liệu dài hạn

GTDI Gasoline turbochaged direct

injection

Động cơ tăng Áp PhunXăng Trực Tiếp

CAC Charge air cooler Bộ làm mát khí nén

EVRV Electronic vacuum regulator

valve

Van điện tử điều tiếtchân không

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU

Y

Hình 1.1: Động cơ EcoBoost 3.5L của Lincoln MKS 1 Hình 1.2: Lincoln MKS 2 Hình 1.3: Ford EcoBoost 2.0L 3 Hình 1.4: Ford EcoBoost 1.6L 4 Hình 1.5: Mô men xoắn của động cơ EcoBoost 1.0 khi so với các loại động cơ 1.6L .4 Hình 1.6: Ford EcoSport được trang bị động cơ EcoBoost 1.0L 5 Hình 1.7: Phương án kỹ thuật của Ecoboost 6 Hình 1.8: Hướng phát triển trong tương lai của Ecoboost 9 Hình 1.9: Mặt trước động cơ Ecoboost 1.0L 11 Hình 2.1: Hệ thống áp thấp 12 Hình 2.2: Mạch điều khiển FPCM của PCM 13 Hình 2.3: Mạch điều khiển cảm biến áp suất nhiên liệu 14 Hình 2.4: Bơm nhiên liệu 14 Hình 2.5: Bơm nhiên liệu trong bình nhiên liệu 15 Hình 2.6: Mạch điều khiển bơm áp thấp 15 Hình 2.7: Vị trí các chi tiết trên hệ thống áp cao 16 Hình 2.8: Cấu tạo Bơm áp cao 18 Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển quá trình mở van FMV 18 Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển đóng van FMV 19 Hình 2.11: Mạch kích hoạt van FMV của PCM 19 Hình 2.12: Tín hiệu điện áp trong quá trình điều khiển van FMV 20 Hình 2.13: Mạch điều khiển cảm biến FRP của PCM 21 Hình 2.14: Kim phun bố trí trên thân máy 21 Hình 2.15: Kim phun nhiên liệu trực tiếp 22 Hình 2.16: Tín hiệu điện áp trong quá trình PCM điều khiển kim phun 23 Hình 2.17: Mạch điều khiển kim phun của PCM 24 Hình 2.18: Sơ đồ hoạt động của hệ thống nhiên liệu 25 Hình 2.19: Vị trí các chi tiết của hệ thống VCT trên động cơ 27 Hình 2.20: Vị trí van solenoid VCT trên động cơ 28 Hình 2.21: Cấu tạo của Van solenoid tích hợp điều khiển dầu 28 Hình 2.22: Điều khiển van solenoid VCT tích hợp điều khiển thủy lực 29

Hình 2.23: Cấu tạo cụm VCT 29 Hình 2.24: Bên trong Cụm VCT 30 Hình 2.25: Cụm VCT của cam nạp 30 Hình 2.26: Cụm VCT của cam xả 31 Hình 2.27: Các loại cảm biến trục cam 32 Hình 2.28: Mạch điều khiển cảm biến trục cam 32 Hình 2.29: Tín hiệu điện áp đầu ra từ cảm biến CKP 33 Hình 2.30: Cảm biến CKP cho ra tín hiệu điện áp 33 Hình 2.32: Sơ đồ điều khiển hệ thống VCT của PCM 34 Hình 2.33: Các giai đoạn điều khiển của hệ thống Ti-VCT 34 Hình 2.34: Cấu tạo của cuộn đánh lửa COP không tích hợp bộ điều khiển 38 Hình 2.35: Mạch điều khiển cuộn đánh lửa COP không tích hợp mạch điều khiển 38 Hình 2.37: Vị trí cảm biến kích nổ 39 Hình 2.39: So sánh tín hiệu điện áp của cảm biến kích nổ trong điều kiện hoạt động

bình thường và khi kích nổ của động cơ 41

Hình 2.40: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống đánh lửa 42 Hình 2.41: Nhận và điều khiển xung đánh lửa của PCM 43 Hình 2.42: Các bộ phận của Turbocharger 44 Hình 2.43: Các chi tiết của turbocharger 44 Hình 2.44: Bộ làm mát khí nén (CAC: charge air cooler) 45 Hình 2.45: Nguyên lý hoạt động của turbocharger 45 Hình 2.46: Các bộ phận điều khiển áp suất tăng áp 46 Hình 2.48: Trạng thái cửa xả 47 Hình 2.49: Sơ đồ điều khiển áp suất tăng áp 47 Hình 2.50: Sơ đồ điều khiển van EVRV 48 Hình 2.52: Vị trí van rẽ và van điện từ 49 Hình 2.53: Cấu tạo van điện từ 49 Hình 2.54: Sơ đồ điều khiển van rẽ 50 Hình 2.55: Sơ đồ điều khiển van điều khiển van rẽ 50 Hình 2.56: Vị trí bơm dầu trên động cơ 51 Hình 2.57: Cấu tạo bơm dầu 52 Hình 2.58: Sơ đồ hoạt động của bơm lúc van solenoid đóng 53 Hình 2.59: Sơ đồ hoạt động của bơm lúc van solenoid mở 54

Hình 2.60: Bộ TAC 55 Hình 2.61: Cấu tạo TAC 55 Hình 2.62: Sơ đồ điều khiển motor điện TAC 56 Hình 2.63: Sơ đồ điều khiển bướm ga điện 57 Hình 2.64: Chiến lược điều khiển động cơ của PCM 58 Hình 2.65: Hiệu ứng khí nạp điền đầy 60 Hình 2.66: Hiệu ứng làm cạn khí nạp 61 Hình 2.67: Sơ đồ tính toán khối lượng khí nạp bằng cảm biến MAP 61

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ECOBOOST

1 Giới thiệu

Với sự phát triển không ngừng nghỉ cùng với những đột phá vượt bậc trong lĩnhvực công nghệ chế tạo động cơ đốt trong Đồng thời với những yêu cầu khắt khe vềkhí thải để đảm bảo vấn đề môi trường Từ đó yêu cầu làm sao phải chế tạo ra mộtmẫu động cơ vừa có khả năng tiết kiệm nhiên liệu, lại vừa cho ra công suất mạnh mẽ

để đáp ứng trãi nghiệm lái tuyệt vời Và các kỹ sư của Ford đã làm được điều đó Họ

đã cho ra đời mẫu động cơ Ecoboost, đặc biệt là phiên bản động cơ Ecoboost 1.0L 3 xilanh

2 Quá trình phát triển của công nghệ EcoBoost

EcoBoost là dòng động cơ tăng áp, phun nhiên liệu trực tiếp,

được Ford phát triển cách đây 10 năm, với mục tiêu tạo ra một thếhệ động cơ mới, cùng một lúc đạt được 3 yếu tố: giảm tiêu hao nhiênliệu, giảm mức độ phát thải khí ô nhiễm trong khi vẫn giữ vững sứcmạnh của động cơ Đây không phải là một công nghệ “diễu võ dươngoai”, chứng minh khả năng công nghệ hay áp dụng giới hạn trên một

số mẫu xe đặc biệt, mà theo chiến lược dài hạn của Ford thì động

cơ EcoBoost sẽ được áp dụng đại trà trên tất cả các dòng xe của

mình từ đây đến năm 2020

Ban đầu, Ford phát triển công nghệ động cơ này dựa trên nềntảng là động cơ Duratec V6 dung tích 3.5 lít, bởi vào thời điểm năm

2007, việc trang bị bộ turbo tăng áp kép trên các loại động cơ dungtích bé vẫn còn là chuyện không đơn giản

Hình 1.1: Động cơ EcoBoost 3.5L của Lincoln MKS

Đầu năm 2007, tại Triển lãm ô tô Bắc Mỹ, chiếc Lincoln MKRconcept được trưng bày với quả tim là loại động cơ V6 3.5L tăng ápkép, có tên tạm gọi là TwinForce Cũng tại triển lãm này một năm sau

đó, công nghệ động cơ mới của Ford được giới thiệu một lần nữa vàchính thức mang tên EcoBoost

Giữa năm 2009, Ford tung ra thị trường Bắc Mỹ mẫu xe Lincoln

MKS, trang bị động cơ V6 EcoBoost 3.5L Theo đại diện của Ford lúc

ấy thì cỗ máy này có công suất và mô-men xoắn tương đương cácloại động cơ V8 4.0L, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu chỉ ngang với 1

loại động cơ V6 thông thường EcoBoost V6 lúc ấy tạo ra công suất

cực đại 340 mã lực và mô-men xoắn tối đa lên đến 460Nm, khiếncho Lincoln MKS trở thành một trong những chiếc xe sang dẫn động

4 bánh mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu nhất ở thị trường Mỹ

Hình 1.2: Lincoln MKS

Không chỉ thành công qua doanh số, từ khi được giới

thiệu, EcoBoost của Ford cũng là một chủ đề được giới công nghệ

bàn tán rôm rả, tại các cuộc triển lãm ô tô cũng như trên một loạtcác kênh truyền thông Theo số liệu của Ford thì công nghệ động cơnày giúp các mẫu xe của họ tiết kiệm được 20% lượng nhiên liệu tiêuthụ, giảm 15% lượng phát thải CO2 khi so với các loại động cơ côngsuất tương đương nhưng có dung tích lớn hơn

Ngay sau khi hoàn thiện động cơ EcoBoost 3.5L, Ford đã nhanh

chóng triển khai ứng dụng công nghệ này trên các dòng động cơdung tích bé hơn, đây cũng là một phần của kế hoạch đã được vạch

ra từ đầu

Tháng 9 năm 2009, tại Triển lãm ô tô Frankfurt, Ford đã xác nhận

sẽ áp dụng công nghệ EcoBoost vào hai dòng động cơ 4 xi-lanh có

kích cỡ dung tích 2.0L và 1.6L

Hình 1.3: Ford EcoBoost 2.0L

Giữa năm 2010, phiên bản EcoBoost 2.0L với công suất cực đại

240 mã lực và mô-men xoắn cực đại 366Nm, chính thức được công

bố cùng với chiếc Ford Explorer So sánh về sức mạnh, EcoBoost 2.0

mặc dù có công suất và mô-men xoắn tương đương với các dòngđộng cơ V6 3.5 của các đối thủ, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu lạithấp hơn tới 30% Thậm chí, kết quả kiểm tra cho thấy, khi đặt cạnhđộng cơ V6 4.0L của chiếc Ford Explorer 2010, động cơ mới của Ford

còn nhỉnh hơn về mô-men xoắn EcoBoost 2.0L trong 2 năm sau đó

liên tục được điểm tên trong danh sách 10 động cơ tốt nhất năm doWardsAuto World bình chọn

Ông Drew Winter, Tổng biên tập của WardsAuto lúc ấy cho biết:

“Hiện nay có rất nhiều dòng động cơ turbo 2.0 trên thị trường Tuynhiên, loại ấn tượng nhất đối với chúng tôi trong năm nay chính

là EcoBoost Cỗ máy này rất thú vị khi được trang bị trên một mẫu xethể thao như Focus ST, nhưng cũng gây ngạc nhiên lớn cho chúng tôikhi được lắp trên mẫu sedan Taurus Ngay cả khi chạy với tải nặng,động cơ luôn tạo ra sức mạnh cần thiết, trong khi lại tiết kiệm nhiênliệu hơn nhiều so với động cơ V6.”

Không lâu sau đó, cuối năm 2010, phiên bản 1.6L

của EcoBoost cũng được giới thiệu, và Ford đã gọi động cơ mới này là

“Hero” Tương tự như các phiên bản 3.5 và 2.0 trước đó, về mặt sức

mạnh, với công suất cực đại 180 mã lực, EcoBoost 1.6 cũng bỏ xa

các đối thủ cùng dung tích, xếp ngang ngửa, thậm chí vượt trội cácđộng cơ 2.0 thông thường, trong khi tiết kiệm nhiên liệu tới hơn 20%

Hình 1.4: Ford EcoBoost 1.6L

Mặc dù thành công ngoài mong đợi, và Ford gần như cũng đãđặt cược tương lai của tập đoàn hoàn toàn vào công nghệ động cơnày Tuy nhiên, thành tích của 3 phiên bản nói trên vẫn chưa là gì sovới đàn em EcoBoost 1.0L

Cuối năm 2011, phiên bản EcoBoost dung tích bé nhất với 1.0Lchính thức được giới thiệu Dung tích “tí hon” và chỉ có 3 xi-lanh,nhưng "Baby" EcoBoost của Ford lại cho công suất cực đại lên tới 125

mã lực và mô-men xoắn cực đại 170Nm Đây cũng là dòng động cơ 3

xi lanh đầu tiên trong lịch sử của Ford

Hình 1.5: Mô men xoắn của động cơ EcoBoost 1.0 khi so với các loại

Xu hướng thị trường ngày càng ưa chuộng các loại động cơ dungtích bé, tiết kiệm nhiên liệu trang bị trên các mẫu xe cỡ nhỏ, đã vẽ ra

một tương lai rất tươi sáng cho EcoBoost 1.0 Và trong cả 2 năm 2012-2013, EcoBoost 1.0L đã liên tục giành giải International Engine

of the Year (Động cơ quốc tế của năm)

Riêng năm 2013, để giành được giải thưởng này, FordEcoBoost 1.0L (479 điểm) đã phải vượt qua các tên tuổi hàng đầucủa ngành công nghiệp ô tô như động cơ tăng áp kép TSI 1.4L củaVolkswagen (408 điểm), BMW 2-litre twin-turbo (247 điểm), Porsche2.7-litre DI (245 điểm), Ferrari 6.3-litre V12 (233 điểm)…

Điểm ấn tượng của EcoBoost 1.0 là mặc dù dung tích chỉ 999cc,

nhưng nhờ công suất lớn, loại động cơ này biến những chiếc xe nhỏnhư Fiesta trở nên rất mạnh mẽ, đồng thời khiến cho những chiếc xekích thước lớn hơn như Ford C-Max, B-Max và Focus trở nên tiết kiệm

nhiên liệu hơn EcoBoost 1.0 có thể phù hợp một cách hoàn hảo với

nhiều dòng xe như vậy

Với sự xuất hiện của EcoBoost 1.0, sản lượng kỳ vọng đối với

công nghệ EcoBoost của Ford đã bị phá vỡ Trước đó hãng xe Mỹ dự

kiến có thể sản xuất khoảng 1,3 triệu động cơ EcoBoost tính đến hếtnăm 2013, tuy nhiên đến tháng 9 năm 2013, Ford đã cán mốc 2 triệuchiếc

Hình 1.6: Ford EcoSport được trang bị động cơ EcoBoost 1.0L

Động cơ EcoBoost không chỉ dừng lại ở 4 phiên bản 3.5, 2.0, 1.6

và 1.0 Tháng 4 năm 2013, Ford cũng đã xác nhận rằng họ sẽ bổsung thêm loại dung tích 1.5L vào dòng động cơ EcoBoost, nâng

tổng số các phiên bản EcoBoost lên con số 5 Đến tháng 3/2014,

Ford lại công bố đầu tư số tiền 500 triệu USD vào nhà máy ở Ohio để

sản xuất động cơ EcoBoost 2.7L cho dòng xe F-150 Trước đó, phiên

bản EcoBoost 2.3L cũng đã được Ford đưa vào kế hoạch sản xuất đểtrang bị cho Ford Mustang 2015 Như vậy, Ford gần như đã lấp kíncác cỡ dung tích động cơ của mình bằng công nghệ EcoBoost

Đến lúc này, nhiều người đã không còn lưỡng lự khi cho

rằng, EcoBoost là công nghệ thế kỷ của Ford Ý nghĩa

của EcoBoost đối với Ford có thể được ví như mẫu xe Model T cáchmạng của hãng này cách đây hơn 100 năm Bởi trong suốt hơn 100năm qua, công nghệ động cơ của Ford chưa bao giờ có bước tiếnngoạn mục và triệt để như vậy

3 Phương án kỹ thuật của Ecoboost

Hình 1.7: Phương án kỹ thuật của Ecoboost

Trước khi quyết định lựa chọn hướng đi này, đội ngũ kỹ sư củaFord đã vẽ ra các phương án kỹ thuật khả dĩ nhất Theo đó, với mộtloại động cơ DOHC 4 van, phun nhiên liệu gián tiếp và nạp hút thôngthường, nếu áp dụng thêm kỹ thuật thay đổi biến thiên thời gianđóng mở van thì mức độ tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải CO2 cócải thiện nhưng chưa đáng kể Áp dụng thêm công nghệ phun nhiênliệu trực tiếp, mức tiêu hao nhiên liệu và lượng CO2 giảm nhưng vẫnchưa triệt để Tới đây, nếu tiếp tục cải thiện bằng kỹ thuật thay đổibiến thiên độ mở van thì tốc độ cải thiện hai yếu tố nói trên vẫnchậm Phương án cuối cùng mà đội ngũ kỹ thuật Ford và đối tác FEVengineering lựa chọn là phải tăng áp, kết hợp với việc giảm kíchthước và dung tích động cơ Đến nay, hướng đi này đã được chứngminh là đúng Giảm kích thước cộng với tăng áp (boost) để tiết kiệmnhiên liệu thân thiện với môi trường (eco-) cũng là lý do mà Ford gọidòng động cơ mới của mình là EcoBoost

Sức mạnh mà động cơ EcoBoost 1.0 tạo ra ấn tượng như vậy,nhưng mức tiêu hao nhiên liệu cũng ấn tượng không kém Ngay cảkhi được trang bị trên mẫu xe Ford Focus, EcoBoost 1.0 cũng chỉ tốn

5lít/100km, và lượng khí thải CO2 cũng hạ xuống còn 114g/km, tứcgiảm 22g/km khi so với Focus phiên bản động cơ 1.6 không tăng áptrước đó Còn nếu trang bị trên mẫu xe nhỏ hơn là Fiesta, mức tiêu

hao nhiên liệu trung bình của động cơ EcoBoost theo công bố của

Ford là dưới 4,9L/100km

Nói về độ nhỏ gọn, cụm 3 xi lanh bằng gang đúc của EcoBoost1.0 có kích thước 2 chiều dài và cao chỉ tương đương một tờ giấy A4(21x30cm) Trong đó, vách ngăn cách giữa 2 xi-lanh chỉ là 6,1mm,điều này khiến cho quá trình gia nhiệt động cơ để đạt đến nhiệt độhoạt động lý tưởng từ trạng thái nguội ban đầu diễn ra nhanh hơn,góp phần giảm hao phí năng lượng trong giai đoạn đầu Với các loạiđộng cơ xăng thông thường, thất thoát năng lượng trong giai đoạnnày vào khoảng 10-12%, tuy nhiên với EcoBoost là chỉ 7%

4 Những ưu điểm vượt trội trên Ecoboost

Động cơ Ecoboost 1.0L được cho là đã tạo ra một cuộc cách mạng của động cơ ô

tô toàn cầu, thay đổi quan niệm truyền thống về tỷ lệ thuận giữa dung tích động cơ vàcông suât Động cơ càng lớn, công suất càng cao Động cơ Ecoboost 1.0L đã chứngminh điều ngược lại Tuy nhỏ bé, nhưng nó có thể cho ra công suất tương đương, hoặcthậm chí lớn hơn cả những mẫu động cơ cồng kềnh trên thị trường

Tại sao động cơ Ecoboost 1.0L có kích thước nhỏ bé, tiết kiệm nhiên liệu nhưvậy nhưng vẫn sản sinh ra cộng suất lơn đến như thế? Và sau đây là những lý do giúpEcoboost 1.0L làm được những điều đó:

 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 cơkhác cùng dung tích ở thời điểm hiện tại Đây là một đặc điểm giúp Ford giảmthiểu chi phí và thời gian sản xuất đồng thời cũng làm giảm mức tiêu hao nhiênliệu do khối lượng của động cơ đã giảm xuống một cách đáng kể

 Thân 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

còn khiến quá trình làm nóng diễn ra nhanh hơn, giúp giảm hao phí nhiên liệu sovới lốc động cơ nhôm truyền thống.

 Ma sát bên trong động cơ được triệt tiêu một cách tối đa nhờ các cấu tạo đặcbiệt bên trong xy-lanh như vỏ pít-tông được tráng một lớp vật liệu đặc biệt có độ

ma sát 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 masát bên trong xy-lanh một cách tối đa

 Hệ động cơ EcoBoost mới được trang bị công nghệ phun xăng trực tiếp đặc biệtvới 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

ra hiệu 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 vớicông nghệ điều khiển van biến thiên theo thời gian, động cơ EcoBoost có thể đạtđược công suất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua thấp, điều này giúp giảm thiểu

độ trễ và đáp ứng tối đa cho quá trình tăng tốc của chiếc xe

 Động cơ EcoBoost thế hệ mới được trang bị hệ thống van biến thiên theo thờigian Ti-VCT với hai trạng thái độc lập Hệ thống này sử dụng trục cam kép DOHCvới một trục dẫn động các van nạp và trục còn lại dẫn động các van xả Trong quátrình vận hành, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ điều khiển hệ thống van dựa trêntác động vào dòng dầu áp suất cao nhằm làm xoay trục cam một góc nhỏ hơn sovới 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 thiểulượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại mà vẫn không ảnh hưởng đến hiệusuất của động cơ

 Bơm dầu biến thiên 2 cấp đảm bảo lưu lượng và áp suất dầu ở mức tối ưu tùythuộc vào chế động hoạt động của động cơ Tránh tổn hao công suất không cầnthiết giúp động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn mà vẫn đảm bảo bôi trơn cho động cơ

 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

ở vận tốc cao Thiết kế mới này không chỉ giúp động cơ chạy được ở dải tốc độrộng hơn với tỉ lệ không khí/nhiên liệu tối ưu mà còn góp phần giảm trọng lượng,giảm tiêu hao nhiên 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 đo nhiệt

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 ởđiều kiện 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

Và có một sự thật thú vị chắc hẳn ai cũng sẽ ngạc nhiên khi biết rằng động cơ

EcoBoost 1.0L 3 xy-lanh của hãng có thể gắn được trên chiếc xe đua Formula Ford vàhoàn thành một vòng tại đường đua danh tiếng Nurburgring trong thời gian chỉ 7 phút

22 giây - xếp thứ 11 trong số những chiếc xe có thể hoàn thành đường đua này nhanhnhất, nhanh hơn cả những siêu xe đình đám như Ferrari Enzo, Lamborghini Aventador

và Pagani Zonda Điều đó càng chứng tỏ được động cơ Ecoboost xứng đáng với nhữngdanh hiệu được dành cho nó

5 Công nghệ EcoBoost trong tương lai

Hình 1.8: Hướng phát triển trong tương lai của Ecoboost

Hiện tại, đội ngũ kỹ sư của Ford cũng đang lên kế hoạch về các

kỹ thuật mới, để cải tiến cho các thế hệ EcoBoost tiếp theo Với kế

hoạch này, công nghệ EcoBoost sắp tới có thể sẽ được thực hiện

theo hướng: tiếp tục tăng áp suất nạp, sử dụng bộ turbo hiệu quảhơn, giảm hiện tượng kích nổ, sử dụng hệ thống luân hồi khí thải, vàứng dụng turbo nhiều giai đoạn… Kế hoạch cải tiến này sẽ được thựchiện theo hai giai đoạn 2014-2016 và 2017-2020

Trong tương lai, sẽ là rất thú vị nếu có một động cơ EcoBoost ra

đời với dung tích 0.8 nhưng công suất lại 120 mã lực, hay động

cơ EcoBoost 1.0 có công suất tăng lên 140 mã lực trong khi mức tiêu

hao nhiên liệu không đổi hoặc giảm thêm

2 Thông số và vị trí các chi tiết trên động cơ Ecoboost

2.1 Các thông số trên động cơ

Thứ tự đánh lửa 1-2-3 1-2-4-3

Đường kính xy lanh 71,9 mm 79,0 mm

Hành trình pít tông 82 mm 76,4 mm

Dung tích động cơ 999 cm³ 1499 cm³

Công suất 92 kW (125 PS) /6000 vòng/phút 134 kW (182 PS) /6000 vòng/phút

Mô men 1500 - 4500 rpm170 Nm / 1500 - 4500 rpm240 Nm /Tốc độ tối đa cho phép

của động cơ (liên tục) 6450 vòng/phút 6500 vòng/phútTốc độ tối đa cho phép

của động cơ (ngắt quãng) 6675 vòng/phút 6675 vòng/phútTốc độ không tải 100 vòng/phút860 ± 750 vòng/phútLượng tiêu hao dầu bôi

trơn tối đa 0,5 l / 1000 km 0,5 l / 1000 kmKhe hở bu gi 0,7 mm

Khối lượng động cơ 96,5 kg

Dung tích dầu bôi trơn 4.0 lít 4.85 lít

2.2 Vị trí các chi tiết trên động cơ

1 Bướm ga điện; 2 Thước thăm dầu; 3.Cuộn dây đánh lửa; 4.Turbocharger; 5.Bơm nước; 6.Solenoid định thời cam xả; 7.Solenoid định thời cam nạp.

Hình 1.9: Mặt trước động cơ

Ecoboost 1.0L

1.Bơm chân không; 2.Ống phân phối nhiên liệu; 3.Cảm biến vị trí trục cam xả; 4.Cảm biến áp suất nhiên liệu; 5.Cảm biến vị trí trục cam nạp; 6.Cảm biến áp suất khí nạp; 7.Công tắc áp suất dầu máy; 8.Van điện khí; 9.Van điện từ điều khiển

áp suất dầu; 10.Bơm áp suất cao; 11.Van hằng nhiệt; 12.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 13.Van điện từ điều chỉnh áp suất tăng áp.

Hình 1.10: Mặt sau động cơ Ecoboost 1.0L

Để giúp cho động cơ Ecoboost 1.0L tạo nên cuộc cách mạng về động cơ nhỏ gọn,tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn cho công suất lớn thì Ford đã cải tiến những hệ thốngđáng chú ý sau giúp nó khác biệt với các động cơ thông thường khác: Hệ thống phunnhiên liệu trực tiếp, hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thống định thời cam nạp cam xảthay đổi, hệ thống turbocharger và hệ thống bơm dầu biến thiên

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG CẢI TIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ

Trên động cơ Ecoboost , hệ thống phun nhiên liệu là hệ thốngphun trực tiếp vào trong buồng đốt, sẽ làm giảm tắc nghẽn dòngnhiên liệu Từ đó, làm giảm hiện tượng tổn thất màng mỏng Điềunày làm cho việc tiêu thụ nhiên liệu và xả khí thải tốt hơn

Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp giúp làm giảm nhiệt độ củabuồng đốt Làm tăng được tỉ số nén của động cơ, tăng được hiệusuất động cơ Tuy nhiên, vì nhiên liệu không còn được đưa từ ốngphân phối qua supap nạp vào trong buồng đốt, nên nó không thể vệsinh miệng supap, làm cho muội than bám vào miệng của supapnạp Đặc biệt những lúc khởi động lạnh thì vấn đề này càng trở nêntồi tệ khi cần một lượng nhiên liệu lớn để khởi động động cơ

1.2 Cấu tạo của hệ thống

Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp bao gồm các hệ thống sau