THÔNG TIN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tên luận án: Nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm động cơ đốt trong không trục khuỷu
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116
Nghiên cứu sinh: Nguyễn Huỳnh Thi
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Huỳnh Thanh Công
2. TS. Nguyễn Văn Trạng
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
1. Tóm tắt nội dung
Động cơ không trục khuỷu (FPE) được coi là giải pháp thay thế tiềm năng cho động cơ đốt trong truyền thống nhờ khả năng điều chỉnh tỷ số nén linh hoạt thông qua việc loại bỏ trục khuỷu. FPE nổi bật với thiết kế đơn giản, ít bộ phận chuyển động hơn, giúp động cơ gọn nhẹ, giảm ma sát, chi phí bảo trì và nâng cao hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu. Cấu trúc này còn giúp tiết kiệm không gian, giảm khối lượng động cơ, góp phần tăng hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc triển khai rộng rãi công nghệ FPE gặp thách thức lớn về ổn định vận hành, thiết bị hỗ trợ đảo chiều piston phức tạp và vị trí đổi chiều của piston thay đổi liên tục. Điều này đòi hỏi hệ thống kiểm soát phức tạp hơn để duy trì sự đồng bộ và tránh rung động khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Đây là rào cản lớn trong việc áp dụng FPE vào các phương tiện vận tải và thiết bị công nghiệp.
Luận án giới thiệu nguyên mẫu FPE kép hai kỳ, hai xylanh, dùng xăng và đánh lừa cưỡng bức, với điểm mới là cơ cấu khởi động cơ khí dựa trên nguyên lý cộng hưởng cơ học, thay vì động cơ điện tuyến tính. Cơ cấu này giúp khởi động nhanh hơn, ổn định hơn và giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện. Để tối ưu hóa quá trình khởi động, bộ điều khiển dẫn hướng piston di chuyển theo quỹ đạo cố định 22 mm. Cơ cấu Culit khai thác dao động tự nhiên để khởi động nhanh chóng, giảm thời gian khởi động và tăng độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu hiệu suất và ổn định của FPE. Vì xử lý PIC 18F4550 đóng vai trò trung tâm trong điều khiển đánh lửa và khởi động, đảm bảo hoạt động hiệu quả. Kết hợp với bộ điều khiển NI USB 6212 và phần mềm LabVIEW, hệ thống này kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu và các thông số động cơ, giúp nâng cao hiệu suất tổng thể.
Mô phỏng bằng Matlab Simulink cho thấy động cơ khởi động ở tốc độ 0,7 m/s với tỷ số nén 3, đạt áp suất cháy từ 8 đến 12 bar trong 2 – 5 ms. Thực nghiệm áp dụng lực kéo trong 1,4 giây giúp piston đạt tốc độ 0,7 m/s, đạt tỷ số nén 3 và áp suất cực đại 10 bar, đáp ứng yêu cầu hiệu suất của FPE.
Thử nghiệm cho thấy áp suất nén 4 bar đạt trong 1,4 giây, đủ cho quá trình cháy, chứng minh tính khả thi của cơ cấu khởi động cơ khí. Hệ thống này giảm phụ thuộc vào động cơ điện tuyến tính và mở ra hướng nghiên cứu mới cho động cơ không trục khuỷu, tập trung vào tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí. Đồng thời, sau khi khởi động FPE có thể tự vận hành bằng cách sự dụng áp suất cháy để đảo chiều piston của xylanh đối diện, chứng minh được giả thiết nghiên cứu.
2. Những đóng góp mới của đề tài
Luận án góp phần tổng hợp, phân tích các công trình khoa học liên quan và bổ sung lý thuyết về mô phỏng và mô hình mô phỏng quá trình cháy động cơ không trục khuỷu FPE.
Luận án phát triển và giới thiệu một giải pháp kỹ thuật mới, khả thi về cơ cấu khởi động FPE theo nguyên tắc cộng hưởng cơ học, thiết kế phù hợp với FPE kiểu piston kép, hai kỳ hai xylanh. Chứng minh được giả thiết FPE này có thể tự duy trì hoạt động ổn định mà không cần thiết kế hệ thống hỗ trợ đảo chiều phức tạp.
Luận án cũng đề xuất phương pháp điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử cho FPE dựa trên các cơ sở lý thuyết về quá trình cháy và đối sánh với kết quả thực nghiệm.
Luận án đã thiết kế và chế tạo một mô hình FPE hiệu quả, có khả năng khởi động và hoạt động phù hợp (thời gian hoạt động liên tục trên 10s) cho công tác nghiên cứu đặc tính dòng động cơ FPE. Các phương pháp được trình bày trong luận án này có thể được sử dụng làm cơ sở cho các thiết kế, mô hình hóa và điều khiển FPE.
