Công nghệ tăng công suất động cơ

Chia sẻ: Kdp Kd | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

181
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các hãng sản xuất xe luôn cố gắng cho ra đời những công nghệ nhằm cải thiện công suất, điển hình trong số đó là ống dẫn khí nạp biến đổi, hệ thống nghịch xả biến đổi và động cơ đa van.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ tăng công suất động cơ

Công nghệ tăng công suất động cơ [02/12/2009] Các hãng sản xuất xe luôn cố gắng cho ra đời những công nghệ nhằm cải thiện công suất, điển hình trong số đó là ống dẫn khí nạp biến đổi, hệ thống nghịch xả biến đổi và động cơ đa van. 1. Ống dẫn khí nạp biến đổi Ống dẫn khí nạp biến đổi ngày càng trở nên phổ biến t ừ giữa thập niên 1990. Nó đ ược dùng đ ể tăng mô men vòng tua từ thấp lên trung bình mà không ảnh h ưởng đến l ượng nhiên li ệu tiêu thụ hoặc công suất vòng tua cao, từ đó cải thiện sự linh hoạt của đ ộng c ơ. Loại ống d ẫn khí nạp cố định thông thường tối ưu hóa hình dạng của nó để tạo ra công suất vòng tua cao, mô men vòng tua thấp hoặc sự thỏa hiệp giữa chúng. Ống dẫn khí nạp bi ến đ ổi thêm vào m ột hoặc hai pha nữa để đối phó với các vòng tua động cơ khác nhau. Kết quả nghe có vẻ giống hệ thống cân cam biến đổi nhưng ống dẫn khí nạp bi ến đ ổi có l ợi cho mô men vòng tua thấp hơn là công suất vòng tua cao. Do đó, nó r ất h ữu ích cho dòng xe sedan vốn ngày càng “tăng cân”. Để cải thiện khả năng lái, ngày càng có nhi ều m ẫu xe th ể thao trang bị ống dẫn khí nạp biến đổi cùng với VVT, một trong số đó là Ferrari 360M và 550M. So với VVT, ống dẫn khí nạp biến đổi rẻ hơn hẳn. Tất cả những gì nó cần ch ỉ là m ột vài ống góp đúc và van điện. Ngược lại, VVT cần bộ dẫn động thủy l ực chính xác và tao nhã ho ặc thanh đẩy cam và trục cam chuyên dụng. Có hai loại ống dẫn khí nạp biến đổi là ống dẫn khí nạp chiều dài biến đổi và ống hút c ộng hưởng. Cả hai đều sở hữu hình dạng của ống dẫn khí nạp để đạt được mục tiêu gi ống nhau. Bạn có thể thấy rõ các ống góp bên trong động cơ Duratec 2,5 lit V6 c ủa Ford. M ỗi xi-lanh đ ều đi kèm một ống dài và một ống ngắn. Ống dẫn khí nạp chiều dài biến đổi Ống dẫn khí nạp chiều dài biến đổi thường được sử dụng trong dòng xe sedan. Ph ần lớn các thiết kế đều ứng dụng 2 ống dẫn khí nạp với chiều dài khác nhau phục vụ cho mỗi xi-lanh. Ống dài hơn được dùng cho vòng tua thấp và ngược lại với ống thứ hai. Ch ẳng có gì khó đ ể hi ểu t ại sao vòng tua cao cần ống góp ngắn. Lý do là vì nó t ạo ra quá trình x ả khí đ ơn gi ản và t ự do hơn. Trong khi đó, ống dài tạo ra tần số thấp cho khối không khí ch ạm vào xi-lanh, t ừ đó phù hợp với vòng tua máy thấp, giúp bơm đầy xi-lanh hiệu quả hơn và tăng mô men xoắn đ ầu ra. Bên cạnh đó, ống dẫn khí nạp dài hơn còn giảm t ốc độ của dòng không khí đ ồng thời c ải thi ện quá trình trộn giữa không khí và nhiên liệu. Một số hệ thống như trong động cơ V8 của Audi sở hữu 3 pha biến đ ổi chiều dài. Hãng Audi làm thế nào để gói gọn 3 ống góp cho mỗi xi-lanh và 24 ống trong một kh ối đ ộng c ơ? Trên th ực
tế, Audi không hề tách riêng các ống góp. Thay vào đó, hãng này s ử d ụng m ột ống d ẫn khí n ạp xoay với cửa nạp nằm giữa rô-to. Cửa nạp xoay theo các vị trí khác nhau đ ể t ạo ra chi ều dài biến đổi cho ống góp. Toàn bộ hệ thống nằm trong rãnh chữ V. Động cơ ống hút biến đổi 2 lit của Toyota cũng sở hữu một ống góp dài hơn. Hệ thống ống hút cộng hưởng Động cơ Boxer và chữ V (trừ loại nối tiếp) có thể ứng dụng ống hút cộng h ưởng để tăng hi ệu suất vòng tua từ trung bình đến cao. Mỗi khối xi-lanh đều được cung cấp nhiên li ệu b ằng buồng thông gió thường thông qua hệ thống ống riêng. Hai buồng thông gió đ ược nối v ới nhau bằng hai ống có đường kính khác biệt. Một trong hai ống có th ể đóng b ằng van đi ều khi ển b ởi hệ thống quản lý động cơ. Thứ tự đốt được sắp xếp sao cho xi-lanh xả khí luân phiên t ừ m ỗi buồng, tạo ra sóng nén giữa chúng. Nếu tần số của sóng nén khớp với vòng tua, nó s ẽ b ơm đầy xi-lanh đồng thời cải thiện hiệu suất xả khí. Do tần s ố phụ thuộc vào thi ết di ện c ủa hai ống nối nên diện tích cũng như tần số có thể giảm xuống trong khi vòng tua trung bình tăng lên khi một trong hai ống đóng lại tại vòng tua thấp. Tại vòng tua/phút cao, van đ ược m ở ra, t ừ đó c ải thiện quá trình bơm đầy xi-lanh vòng tua cao. Hệ thống ống hút cộng hưởng của Porsche 996 GT3 với 2 ống n ối giữa hai bu ồng thông gió. Hệ thống ống hút cộng hưởng được sử dụng trong rất nhiều mẫu xe Porsche tính t ừ 964 Carrera. Sau 993, Porsche kết hợp hệ thống này với ống góp chiều dài bi ến đ ổi đ ể t ạo ra h ệ thống ống hút 3 pha mang tên Varioram. Tuy nhiên, Varioram chi ếm rất nhiều di ện tích nên 996 chỉ trang bị hệ thống ống hút cộng hưởng. Honda NSX cũng là m ột “ứng viên” hi ếm có c ủa h ệ thống ống hút cộng hưởng.
Hệ thống Varioram của Porsche. 2. Hệ thống xả nghịch áp biến đổi Hiện nay, nhiều loại siêu xe đang ứng dụng hệ thống xả nghịch áp bi ến đổi. Về một mặt nào đó, nó cũng tương tự ống dẫn khí nạp biến đổi, chỉ khác ở vị trí. Ống xả thông thường dành cho siêu xe thường thu thập xung xả từ những xi-lanh riêng biệt và kết hợp chúng thành m ột xung lớn hơn với áp suất thấp tương ứng. Áp suất thấp này giúp h ỗn h ợp khí nhiên li ệu đ ược hút vào xi-lanh từ ống dẫn khí nạp nhiều hơn. Quá trình này được gọi là “tăng áp ng ược”. Quá trình tăng áp ngược đạt hiệu quả cao nhất t ại vòng tua máy nh ất định đ ược quy ết đ ịnh bởi chiều dài của ống xả. Ống xả càng ngắn thì quá trình tăng áp ng ược di ễn ra t ại vòng tua/phút càng thấp. Tất nhiên, đối với bất kỳ loại ống xả cố định nào, việc lựa ch ọn vòng tua/phút luôn cần sự sắp xếp. Hệ thống xả nghịch áp biến đổi thường đòi hỏi chiều dài ống xả khác nhau. S ự chuy ển đ ổi giữa chúng được thực hiện thông qua việc đóng và mở van. Nhờ đó, nó có th ể thỏa mãn yêu cầu của cả công suất vòng tua cao và thấp. Hơn thế nữa, nó giúp đ ộng c ơ đáp ứng đ ược những qui định về tiếng ồn dựa trên tốc độ của châu Âu. 3. Động cơ đa van Động cơ đa van bắt đầu xuất hiện vào năm 1912 trên chiếc xe đua Peugeot GP. Nó nhanh chóng được sử dụng cho dòng xe Bentley và Bugatti ti ền chiến. Tuy nhiên, nó không đ ược ứng dụng cho dòng xe sản xuất hàng loạt cho đến những năm 1960. Honda S600 có l ẽ là chi ếc xe sản xuất hàng loạt sử dụng động cơ 4 van ra đời sớm nhất. Vào thập niên 1970, có thêm m ột vài mẫu xe 4 van nữa ra đời, điển hình như Lotus Esprit (1976), Chevrolet Cosworth Vega (1975, động cơ do Cosworth chế tạo), BMW M1 (1979) và Triumph Donomite Sprint. Trong s ố đó, Triumph Donomite Sprint là mẫu xe đầu tiên gi ới thiệu đ ộng c ơ 4 van, cam đ ơn s ử d ụng m ỏ cò để điều khiển van. Đầu thập niên 1980, khi Ferrari ứng dụng Quattrovalvole V8, hãng Honda b ắt đ ầu trình làng loại động cơ 3 van cho dòng xe chủ đạo của mình. Đến gi ữa thập niên 1980, c ả Honda và Toyota đều trang bị động cơ 4 van cho toàn bộ mẫu xe chính. Phải 10 năm sau nh ững hãng sản xuất xe hơi phương Tây mới theo chân người Nhật. Cải thiện quá trình xả khí là một trong những yếu t ố cốt lõi đ ể tăng công suất. Ch ẳng còn nghi ngờ gì nữa, trong thời đại động cơ 2 van, người ta t ừng coi van là vật gây bế t ắc, d ẫn đến nhu cầu tăng số lượng van. Động cơ đa van sản xuất hàng loạt đầu tiên là loại 3 van vì nó có c ấu trúc đ ơn gi ản – ch ỉ c ần một trục cam đơn điều khiển cả hai van nạp và xả của mỗi xi-lanh. Ngày nay, v ẫn còn m ột s ố mẫu xe sử dụng loại thiết kế rẻ tiền nhưng kém hiệu quả này, ví dụ như Fiat Palio và toàn b ộ dòng Mercedes V6 cũng như V8. Hãng Mercedes dùng loại động cơ 3 van vì khí th ải ch ứ không phải vì chi phí. Trong động cơ 2 van điển hình, chỉ có 1/3 diện tích nắp buồng đốt đ ược ph ủ b ởi van. Động c ơ 4 van tăng con số đó lên 50%, từ đó tạo ra quá trình xả khí nh ịp nhàng và nhanh h ơn. Thi ết k ế 4 van còn có lợi cho quá trình đốt sạch và hiệu quả nhờ vị trí trung tâm c ủa bugi. 4 van được điều khiển bằng cam kép, một cho van nạp và một cho van xả. Các m ẫu xe c ủa Honda và Mitsubishi thường ứng dụng loại động cơ SOHC, điều khi ển van thông qua m ỏ cò
giống như Triumph. Lựa chọn này có thể rẻ hơn một chút nhưng l ại tăng l ực ma sát và ảnh hưởng đến công suất vòng tua cao. Do đó, những chiếc Honda và Mitsubishi “xì-po” nh ất v ẫn trang bị động cơ DOHC. Hình dạng bất thường của nắp buồng đốt trong động cơ 5 van. Liệu 5 van/xi-lanh có giúp cải thiện hiệu suất động cơ hay không vẫn còn là vấn đ ề gây tranh cãi. Hãng Audi cam đoan rằng điều này là đúng nhưng lại không đưa ra đ ược d ẫn ch ứng c ụ thể để chứng minh. Trên thực tế, động cơ 5V không cho công suất và mô men xoắn lớn h ơn nh ững đối thủ đến từ Đức với 4 van/xi-lanh. Trước hết, thiết kế 5 van không đảm bảo che phủ diện tích nắp nhiều h ơn 4 van. Dù sao, n ếu nắp buồng đốt có hình dạng bất bình thường như trong hình thì van có th ể che ph ủ di ện tích lớn hơn. Ferrari F355 tận dụng điều này để cải thiện quá trình xả khí vòng tua cao. Tuy nhiên, quá trình xả khí nhanh hơn cũng ảnh hưởng đến mô men vòng tua thấp nếu không có bi ện pháp chống hiệu quả. Do đó, nó phù hợp hơn cho dòng xe th ể thao. Toàn bộ động cơ 5 van hiện tại đều có 3 van nạp và 2 van xả trên m ỗi xi-lanh đ ược s ắp x ếp theo hàng ngang. Van xả có kích thước lớn hơn nhưng tính về t ổng diện tích thì van n ạp l ại vượt lên. Trong chiếc F355, bằng cách sắp xếp van nạp bên ngoài mở 10º so v ới van trung tâm đã tạo ra gió xoáy cần thiết để tạo ra hỗn hợp khí/nhiên liệu t ốt h ơn, t ừ đó tăng hi ệu qu ả cho quá trình đốt và giảm độ độc hại của khí thải. Ưu điểm của động cơ 5 van vẫn còn là một câu hỏi chưa có lời gi ải đáp. Không chỉ ít hãng s ản xuất xe hơi sử dụng (ví dụ tập đoàn VW, Ferrari và nhãn hiệu phá s ản Bugatti) mà ngay c ả dòng xe Công thức 1 cũng không còn ưa chuộng loại động cơ 5 van nữa. Th ậm chí, m ẫu xe F1 của Ferrari từng nổi tiếng một thời với động cơ 5V cũng đã chuyển sang thi ết k ế 4 van vài năm trước đây. Hạn chế và giải pháp Phần lớn động cơ 4 van đều không hoạt động hiệu quả t ại mô men xoắn vòng tua thấp và trung bình đơn giản là vì diện tích van nạp lớn làm ch ậm dòng không khí. Đ ặc bi ệt t ại vòng tua thấp, dòng không khí chậm trong ống dẫn khí nạp tạo ra hỗn h ợp khí/nhiên li ệu không hoàn hảo, từ đó giảm công suất và mô men xoắn. Vì vậy, động cơ 4 van t ừng bị li ệt vào hàng “kh ỏe” trong top trên và “yếu” trong top dưới cho đến khi công nghệ ống dẫn khí nạp bi ến đổi tr ở nên phổ biến. Ví dụ điển hình là chiếc Chevrolet Cosworth Vega sở hữu đ ộng cơ cực yếu t ại vòng tua thấp.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống T-VIS (ống hút biến đổi Toyota). Để giải quyết vấn đề này, hãng Toyota đã trình làng hệ thống T-VIS (hệ thống ống hút bi ến đ ổi Toyota) trong thập niên 1980. T-VIS tăng t ốc dòng khí vòng tua thấp t ới ống góp. Lý thuy ết ho ạt động khá đơn giản: ống dẫn khí nạp của mỗi xi-lanh được chia thành hai ống góp ph ụ riêng biệt nối với nhau gần van nạp. Một chiếc van bướm được thêm vào mỗi ống góp ph ụ. T ại vòng tua máy dưới 4.650 vòng/phút, van bướm sẽ đóng lại để tăng vận t ốc không khí trong ống góp. Kết quả là trong ống góp không khí được trộn lẫn với nhiên liệu hoàn h ảo hơn (không tính trường hợp động cơ phun nhiên liệu trực tiếp vì quá trình phun luôn di ễn ra trong ống góp). Tuy nhiên, đối với động cơ dành cho dòng sedan chính, hãng Toyota lại b ỏ qua ý t ưởng này và ứng dụng thiết kế cổng/ống dẫn khí nạp có đường kính nhỏ hơn. Rất nhi ều hãng s ản xuất xe hơi khác cũng đi theo con đường này, hi sinh công suất l ớn để cải thiện tính linh ho ạt vòng tua thấp. Ngày nay, sự xuất hiện của ống dẫn khí nạp biến đổi có thể giải quyết vấn đề này.