CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tính cấp thiết của đề tài 1. Sơ lược lịch sử phát triển động cơ VTEC Thị trường xe máy bắt đầu có nhu cầu về động cơ xe máy thể thao công suất lớn vào đầu những năm 1980. Honda đã nỗ lực phát triển một động cơ có thể chạy trên toàn dải tốc độ và cung cấp nhiều công suất.
Đội ngũ kỹ thuật của Honda đã cố gắng tập trung vào việc tạo ra một động cơ có công suất 200 mã lực/1 lít và hoạt động không tải ổn định với mục tiêu này. Trong quá trình điều tra, họ nhận thấy rằng họ cần tìm ra cách khắc phục hạn chế luồng không khí từ tốc độ thấp đến trung bình để chế tạo một động cơ như vậy. Và vấn đề đó đã được giải quyết nhờ Hệ thống dừng van REV. Hệ thống này sẽ cưỡng chế các van dừng lại, nếu cần, để tối ưu hóa dòng không khí, đạt được độ nghỉ ổn định, giúp động cơ hoạt động dù ở vận tốc thấp hay vận tốc trung bình.
Chiếc mô tô đầu tiên được trang bị hệ thống REV này là chiếc CBR400F sản xuất năm 1989. Honda vẫn đang nỗ lực phát triển hệ thống VTEC cho ô tô, dựa trên hệ thống REV được sử dụng trong động cơ xe máy. Hệ thống VTEC bao gồm hai chế độ trục cam và cơ cấu điều khiển thời điểm mở van. Một cam hướng đến hiệu suất động cơ tối ưu ở vòng tua thấp, trong khi cam thứ hai xử lý nhiệm vụ này ở vòng tua cao.
JDM-spec Integra của Honda từ năm 1989 và Civic CRX SiR với động cơ B16A DOHC 160 mã lực là những chiếc xe đầu tiên sử dụng công nghệ VTEC. Hệ thống này được tạo ra cho siêu xe thể thao Acura NSX sử dụng cụm động cơ DOHC VTEC V6 công suất 270 mã lực tại 7. Nó lần đầu tiên được giới thiệu tới thị trường Mỹ vào năm 1991. Lý do chọn đề tài Đối với động cơ đốt trong (DCĐT), góc mở sớm và đóng muộn của van nạp và van xả thường được thiết kế nhằm phát huy tối đa công suất của động cơ trong việc nạp nhiên liệu tươi trong chu trình nạp và làm sạch khí thải trong chu trình xả.
Tuy nhiên, các chế độ khác không được tính toán chính xác cho các giá trị của góc đóng sớm và góc đóng muộn này; thay vào đó, chế độ vận hành phổ biến nhất của động cơ (thường là chế độ tải trung bình) được tối ưu hóa cho các góc này. Thời điểm và thời gian mở van phải được tối ưu hóa cho tất cả các chế độ vận hành của động cơ nhằm tối đa hóa hiệu suất động cơ và giảm lượng khí thải cũng như mức tiêu thụ nhiên liệu. gây ô nhiễm tối thiểu cho môi trường. Hiệu suất động cơ có thể được tối đa hóa thông qua việc sử dụng công nghệ phức tạp như cấu trúc phân phối không khí biến thiên linh hoạt.
Nhóm của chúng em đã chọn chương trình AVL Boost, chương trình mô phỏng các tính năng của động cơ VTEC của Honda, trong số phần mềm động cơ đốt trong chuyên dụng để nghiên cứu và sử dụng. Mục tiêu của nghiên cứu biến đổi pha trộn không khí của động cơ này là cung cấp thông tin cho việc xây dựng các cấu trúc trộn không khí tốt hơn giúp tăng hiệu suất động cơ và cho phép động cơ tuân thủ các quy định phát thải sắp được thực hiện. Hơn nữa, phương pháp mô phỏng-mô hình hóa đã được sử dụng rộng rãi và ngày càng được cải tiến để phù hợp với các xu hướng mới nổi trong nghiên cứu kỹ thuật điện. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng trong quá trình nghiên cứu giúp giảm thời gian cần thiết cho thiết kế, sản xuất, thử nghiệm và nghiên cứu.
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu Nhu cầu thiết kế mô phỏng ngày càng tăng khi khoa học và công nghệ (đặc biệt là công nghệ ô tô) tiếp tục phát triển nhanh chóng. Tuy vẫn đáp ứng được nhu cầu tính toán của người thiết kế, mô phỏng trong thiết kế giúp tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian trước khi phát triển sản phẩm cuối cùng trong lĩnh vực sản xuất nói chung và công nghiệp ô tô nói riêng. Nhóm chúng em chọn đề tài “Mô phỏng đặc tính động cơ VTEC của Honda bằng phần mềm AVL Boost” để nghiên cứu nhằm hiểu rõ hơn về vai trò mô phỏng thiết kế chức năng trong ngành công nghiệp ô tô.
Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đề tài dựa trên hướng dẫn sử dụng phần mềm. Tập trung vào các tài liệu nghiên cứu thông tin động cơ và hệ thống nhiên liệu trên xe Honda. Đối tượng nghiên cứu Trong đề tài này, nhóm chúng em tập trung nghiên cứu phần mềm AVL Boost và hệ thống phân phối khí VTEC trên xe Honda. Sau khi tìm hiểu rõ về phần mềm AVL Boost, nhóm sẽ tiến hành mô phỏng.
Từ đó đưa ra những nhận xét, phân tích.4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng AVL Boost để mô phỏng động cơ VTEC và đánh giá hiệu suất hoạt động của động cơ. Sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng của phần mềm, thông tin về động cơ và hệ thống nhiên liệu trên xe Honda và các nguồn tài liệu, bài báo khoa học có liên quan. Ý nghĩa của đề tài Đề tài nghiên cứu nhằm so sánh các chế độ làm việc của động cơ ở các tốc độ, thời điểm mở và khoảng thời gian mở các xupap sao cho động cơ hoạt động với hiệu quả cao nhất giảm tối đa mức tiêu hao nhiên liệu đồng thời khí thải phát ra ít gây ô nhiễm môi trường. Kết cấu của đề tài Nội dung chính của đề tài bao gồm những vấn đề sau: Chương 1: Xác định vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Tổng quan về phân phối khí VTEC và phần mềm AVL Boost. Chương 3: Mô phỏng hệ thống phân phối khí VTEC bằng phần mềm AVL Boost. Chương 4: Kết quả mô phỏng và bình luận. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ VTEC VÀ PHẦN MỀM AVL BOOST 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí VTEC 2. Cấu tạo VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ "Variable valve Timing and lift Electronic Control". Mục đích của hệ thống này là tăng hiệu suất động cơ đốt trong ở nhiều vòng tua máy khác nhau.
Một trong những hệ thống điều phối van biến thiên khác nhau hiện nay là VTEC của Honda, tương tự như VarioCam plus của Porsche và VVT-i của Toyota. Ông Kenichis Nagahiro, kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, đã phát minh ra VTEC. Bằng cách đặt hai loại vấu cam khác nhau trong mỗi xy lanh (vấu cam tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao) hệ thống VTEC tìm cách nâng cao hiệu suất động cơ ở cả tốc độ thấp và cao. Tùy thuộc vào hoàn cảnh vận hành riêng của động cơ mà xác định vấu cam nào sẽ được sử dụng.
Cấu tạo I-VTEC 6 Để tối đa hóa khả năng di chuyển của xe ở tốc độ vòng tua thấp và tiết kiệm nhiên liệu, thời gian mở van được điều chỉnh ở dải tốc độ thấp để tạo ra momen xoắn cần thiết. Cho phép nhiều không khí hơn và thời gian mở và mở van được tăng cường ở phạm vi tốc độ cao. Khi tốc độ xe tăng lên, công nghệ này sẽ tăng hiệu suất động cơ và duy trì khả năng linh hoạt tốt ở tốc độ thấp. Năm loại hệ thống VTEC Qua nhiều năm phát triển, các động cơ của Honda đã sử dụng qua 5 loại hệ thống VTEC khác nhau gồm: VTEC có một trục cam đặt trên gọi là SOHC; VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu; VTEC có hai trục cam đặt trên DOHC; VTEC có xy lanh không tải; Công nghệ i-VTEC thông minh.
7 Mặc dù năm modun được đề cập ở trên có thiết kế cấu trúc khác nhau, nhưng về cơ bản chúng đều giống nhau vì chúng đều có trục cam với hai vấu một cho tốc độ thấp và một cho tốc độ cao. Bởi vì tốc độ của vấu cam giảm đi ở dải tốc độ thấp nên các van mở ít thường xuyên hơn và làm như vậy trong khoảng thời gian ngắn hơn. Một trong những công nghệ tiên tiến giúp tiết kiệm động cơ tối đa đó là công nghệ VTEC của Honda. Cấu tạo của hệ thống VTEC 1: Trục cam; 2: Tấm định vị; 3: Cỏ mổ thứ cấp; 4: Cỏ mổ thứ hai; 5: Piston đồng bộ; 6: Piston tác động; 7: Xupap hút.
Mỗi xy lanh của động cơ có hai van nạp và hai van xả, tổng cộng có 4 van. Mô hình này và mô hình SOHC VTEC khác nhau ở chỗ mô hình trước chỉ có hai cách sắp xếp vấu cam nạp với biên độ mở riêng biệt một cam có biên độ mở lớn, trong khi mô hình sau có biên độ mở khiêm tốn. Hai cánh tay rocker sẽ được nối với nhau bằng các piston bên trong cánh tay rocker buộc piston đồng bộ chuyển động cùng chiều với piston chặn và lò xo. Hai tay cò mổ sẽ tách ra khi áp suất dầu giảm do piston sẽ quay trở lại đồng bộ do lực của lò xo tác dụng thông qua piston chặn.
Nguyên lý hoạt động Hình 2. 4 Quá trình hoạt động của VETC Do hai cò mổ tách ra ở tốc độ thấp, van hút thứ nhất điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu trong khi van hút thứ hai mở một phần để giữ cho xăng không tích tụ ở cổng nạp. Piston đồng bộ kết nối hai rocker thành một khối duy nhất ở tốc độ cao. Do đó, vấu cam có biên độ mở lớn nhất sẽ ảnh hưởng đến cả tốc độ van.
Động cơ sử dụng công nghệ thay đổi thời gian phân phối không khí và mức nâng van nhằm tối đa hóa công suất đầu ra của van trong khi tiêu thụ ít xăng nhất. Điều đáng chú ý ở hệ thống này là ngay cả ở tốc độ thấp, nó vẫn tạo ra rất nhiều momen xoắn nhờ tỷ lệ không khí-nhiên liệu hiệu quả và ở tốc độ cao, nó tạo ra nhiều công suất nhất có thể. Hoạt động của hệ thống VTEC 1 Hình 2. Hoạt động của hệ thống VTEC 2 Ở tốc độ thấp: Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và B điều khiển riêng biệt hai xupap, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở xupap (một xupap điều khiển sự phân phối khí chính).