2. Các thành viên nhóm 6
Nguyễn Trung Kiên 20196617
Nguyễn Tuấn Hùng 20196597
Vũ Thế Vinh 20185963
Đỗ Quốc Trường 20196718
Vi Văn Tiến 20196706
Dương Minh Phụng 20196662
Hồ Sỹ Mạnh 20196634
Đỗ Khánh Toàn 20196711
Dương Minh Ngọc 20196653
Trần Trung Khánh 20171446
Nguyễn Văn Nguyên 20196656
Hoàng Minh Tùng 20185948
3. HỆ THỐNG ĐƯỜNG NẠP THAY ĐỔI TRÊN Ô TÔ
1. Khái niệm và nhiêm vụ của hệ thống nạp
2. Cơ sở thiết kế hệ thống nạp thay đổi
3. Các loại đường ống nạp thay đổi phổ biến-Variable Intake Manifold
(VIM)
3
4. 1. KHÁI NIỆM VÀ NHIÊM VỤ CỦA HỆ THỐNG NẠP
Chức năng chính của đường ống nạp:
Phân phối đều hỗn hợp hòa khí (hoặc chỉ
không khí trong động cơ phun trực tiếp)
đến từng cửa nạp trong (các) đầu xi lanh.
Việc phân phối đều là rất quan trọng để tối
ưu hóa hiệu quả và hiệu suất của động
cơ.
Dùng như một giá đỡ cho bộ chế hòa khí,
thân bướm ga, kim phun nhiên liệu và các
thành phần khác của động cơ.
Áp suất chân không từ đường nạp rất
đáng kể và có thể được sử dụng như một
nguồn năng lượng phụ trợ cho ô tô để dẫn
động các hệ thống phụ trợ: phanh trợ lực,
thiết bị kiểm soát khí thải,…
Hệ thống nạp là một trong những hệ thống
quan trọng nhất của động cơ đốt trong.
Trong kỹ thuật ô tô, đường ống nạp hay
bộ góp nạp là một bộ phận của động cơ
đốt trong có vai trò cung cấp hỗn hợp
nhiên liệu/không khí (hoặc chỉ không khí)
đến các xi lanh.
Hệ thống nạp của một động cơ xe Ferrari
5. 2. CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẠP THAY ĐỔI
Trước những năm 1950, các kỹ sư tin
rằng ống góp nạp ngắn là cách tốt nhất
để động cơ thở (nạp và xả).
Mercedes 300SL là chiếc xe đầu tiên có hệ thống đường nạp thay đổi
Sau đó, họ phát hiện ra rằng trong một
số điều kiện, các ống góp nạp dài thực
sự có thể cải thiện hiệu quả đầu ra của
động cơ, đó là nhờ vào hiệu ứng tăng
áp.
6. 2. CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẠP THAY ĐỔI
Hiệu ứng tăng áp trong họng nạp là gì ?
Khi không khí sạch được hút vào buồng đốt, nó tập hợp
tốc độ và động lượng trong đường ống nạp. Ngay sau
khi van nạp được đóng lại, không khí chuyển động
nhanh chạm vào van và nén, tạo ra áp suất cao sẽ dội
ngược trở lại, đi dọc theo đường ống nạp, va đập vào
khoang chứa sau đó dội ngược lại. Bằng cách này, áp
suất cao dội ngược lại dọc theo đường ống nạp cho đến
khi van nạp mở trở lại, tạo ra sóng áp suất.
Trường hợp đặc biệt: nếu van nạp mở lại chính xác khi
sóng áp suất quay trở lại, sóng áp suất sẽ giúp nạp vào
buồng đốt do áp suất cao của nó. Điều này không giống
như việc nạp buồng đốt bằng một bộ tăng áp nhẹ, do đó
chúng ta gọi đây là hiệu ứng tăng áp.
Như vậy để phù hợp với thời điểm mở van, tần số của
sóng áp suất phải đồng bộ với vòng quay của động cơ.
Tần số này phụ thuộc vào chiều dài của ống nạp (L trong
hình). Chiều dài càng dài, thời gian sóng áp suất bật trở
lại càng lâu, do đó tần số của sóng áp suất càng thấp.
Đường ống nạp dài hơn dẫn đến hiệu
quả tăng áp ở vòng tua động cơ thấp
hơn
Ống góp ngắn hơn dẫn đến hiệu quả
tăng áp ở vòng quay cao hơn
SUY RA
7. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
Ống nạp biến thiên đã phổ biến trên các động cơ hút
khí tự nhiên từ giữa những năm 1990. Nó chủ yếu
được sử dụng để mở rộng đường cong mô-men xoắn,
hoặc nói cách khác, cải thiện tính linh hoạt của động
cơ. Ống góp nạp điều chỉnh thông thường tập trung
vào dải vòng tua hẹp. Ngược lại, VIM cung cấp 2 hoặc
nhiều giai đoạn cấu hình ống nạp để đối phó với các
tốc độ động cơ khác nhau
Tuy nhiên, ống nạp biến thiên hiếm khi được sử dụng
trên động cơ tăng áp hoặc siêu nạp. Điều này là do
cảm ứng cưỡng bức đã mang lại hiệu ứng tăng áp
mạnh mẽ.
Có hai loại VIM: loại có độ dài thay đổi và loại cộng
hưởng.
Hình ảnh một số loại đường ống nạp trên ô tô
8. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
3.1. ỐNG NẠP CÓ CHIỀU DÀI BIẾN THIÊN (VLIM)
Hệ thống đường ống nạp có chiều dài biến thiên gồm 2
bộ ống nạp, một bộ có ống ngắn để phục vụ vòng tua
cao trong khi bộ khác có ống dài để phục vụ vòng tua
thấp.
Bằng cách sử dụng van bướm đơn giản, việc chuyển đổi
giữa các đường ống dài và ngắn rất dễ dàng.
Một số hệ thống VLIM đời đầu, như Ford 2.5 Duratec
V6, đã sử dụng ống dài và ống ngắn riêng biệt, có thể
dễ dàng nhìn thấy ở đây. Các ống ngắn đi đến dãy xi
lanh gần nhất trong khi các ống dài đi đến dãy đối diện.
Sự sắp xếp như vậy là ăn khớp không gian. Việc thiếu
không gian dẫn đến việc sử dụng các đường ống hẹp
hơn, do đó nó không phù hợp lắm với động cơ hiệu
suất cao.
Đó là lý do tại sao hầu hết các hệ thống VLIM, như hệ
thống này trên động cơ Honda K20C, có đường dẫn
khí nạp dài và ngắn chia sẻ cùng một ống góp. Ở vòng
tua máy thấp, không khí chạy qua ống góp dài; Ở vòng
tua máy cao, một van mở ra một đường cắt ngắn, do
đó không khí tham gia vào ống góp ở giai đoạn sau.
Động cơ Ford 2.5 Duratec V6
Động cơ Honda K20 series
9. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
3.2. ỐNG NẠP CÓ CHIỀU DÀI BIẾN THIÊN 3 GIAI ĐOẠN
Hình ảnh bên là của động cơ Audi V8 4.2 lít 40 van được sử
dụng vào cuối những năm 1990 đến giữa những năm 2000.
Hệ thống VLIM của nó được đặt bên trong đường rãnh chữ V
để tiết kiệm không gian. Có hai cánh bên trong hệ thống. Khi cả
hai đều đóng, không khí sạch chạy qua toàn bộ chiều dài của
ống góp. Với một cánh mở ra, không khí chạy qua một đường
cắt ngắn. Với một cánh khác mở ra, một con đường thậm chí
còn ngắn hơn sẽ được thiết lập.
Đường cong mô men xoắn sau đây cho thấy ảnh hưởng của 3 giai đoạn của VLIM trên động cơ này:
10. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
3.3. ỐNG NẠP CÓ CHIỀU DÀI BIẾN THIÊN LIÊN TỤC – BMW DIVA
Hệ thống DIVA (Differentiated Variable Air Intake
– Hệ thống hút khí biến thiên khác biệt) của
BMW lần đầu tiên được giới thiệu cho động cơ
N52 V8 trên 7-Series vào năm 2001. Đây là ống
góp nạp có chiều dài biến thiên liên tục đầu tiên
trên thế giới.
Mô phỏng hệ thống đường nạp DIVA của BMW
Nguyên tắc: Ống nạp của mỗi xi lanh được bố trí
hình tròn và nửa chìm vào rãnh chữ V. Bức
tường bên trong thực sự là một rôto, trên đó có
cửa hút gió. Khi rôto quay, vị trí của đầu vào
không khí di chuyển so với vỏ ngoài của ống
góp. Điều này thay đổi chiều dài hiệu quả của
ống nạp, từ tối đa 673 mm đến 231 mm.
Ở tốc độ dưới 3.500 vòng/phút, DIVA sử dụng
chiều dài ống góp tối đa để tối ưu hóa mô-men
xoắn cấp thấp. Trên 3.500 vòng/phút, chiều dài
được giảm dần theo vòng quay, giữ cho hiệu
quả tăng áp ở mức tối ưu.
Vì DIVA yêu cầu cấu trúc hình tròn, nó chiếm
nhiều không gian hơn (đặc biệt là chiều cao) so
với các hệ thống VLIM khác. Điều này ngăn cản
nó trở nên phổ biến.
11. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
3.4. KÈN BIẾN THIÊN (VARIABLE TRUMPETS) – FERRARI F12TDF
Các ống nạp biến thiên thông thường khá nặng và chiếm
nhiều không gian. Chúng cũng có khả năng làm cho các ống
nạp bị xoắn hoặc bị thu hẹp khiến công suất dải tốc độ cao bị
ảnh hưởng.
Ferrari F12tdf tránh được những vấn đề này bằng cách sử
dụng một loại ống nạp biến thiên khác. Động cơ V12 sử
dụng 2 bộ kèn (bộ màu đen trong hình bên dưới) có thể di
chuyển trong các khoang chứa hút khí, thay đổi chiều dài
hiệu quả của ống nạp. Kèn được chuyển động nhờ cơ cấu
truyền động thủy lực nằm giữa hai khoang chứa. Trong
F12tdf, kèn thay đổi giữa các vị trí dài và ngắn, nhưng về
mặt lý thuyết, thiết kế này có thể dễ dàng sửa đổi để thay đổi
liên tục giữa hai vị trí.
Nhược điểm: phạm vi điều chỉnh hạn chế. Vì kèn có thể di
chuyển được khá ngắn nên sự khác biệt giữa các chế độ dài
và ngắn không lớn như các hệ thống VIM thông thường.
12. 3. CÁC LOẠI ĐƯỜNG ỐNG NẠP THAY ĐỔI PHỔ BIẾN-VARIABLE INTAKE MANIFOLD (VIM)
3.5. ỐNG NẠP CỘNG HƯỞNG
Động cơ Boxer và động cơ chữ V có thể sử dụng ống nạp
cộng hưởng để mở rộng đường cong mô-men xoắn. Mỗi dãy xi
lanh được cấp bởi một buồng chứa chung thông qua các
đường ống riêng biệt. Hai khoang chứa thông nhau được nối
với nhau bằng hai đường ống có đường kính khác nhau. Một
trong các đường ống có thể được đóng lại bằng van được điều
khiển bởi hệ thống quản lý động cơ.
Thứ tự nổ được sắp xếp sao cho các xi lanh nạp xả luân phiên
từ mỗi buồng, tạo ra sóng áp suất giữa chúng. Nếu tần số của
sóng áp suất phù hợp với vòng quay, nó có thể giúp nạp đầy xi
lanh, do đó cải thiện hiệu quả nạp. Vì tần số cũng phụ thuộc
vào diện tích mặt cắt ngang của các ống kết nối với nhau, bằng
cách đóng một trong số chúng ở vòng quay thấp, diện tích
cũng như tần số giảm, do đó tăng cường công suất ở vòng
quay thấp hơn. Ở vòng tua cao, van được mở do đó cải thiện
tốc độ nạp đầy xi lanh ở tốc độ cao
Đông cơ boxer của chiếc Porsche 964 Carrera
có sử dụng hệ thống đường nạp cộng hưởng
A: dưới 5.000 vòng/phút: ống
dài; vô hiệu hóa nạp cộng
hưởng.
B: 5.000-5.800 vòng/phút: nạp
cộng hưởng ống dài với ống
ống ngắn, với một đường ống
nối liền với bộ nạp cộng hưởng
được đóng lại.
C: trên 5.800 vòng/phút: nạp
cộng hưởng ống dài với ống
ngắn, với cả hai đường ống
thông nhau của bộ nạp cộng
hưởng đều mở.
Mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống đường nạp cộng hưởng
tại các vòng tua máy khác nhau
