Môn học hệ thống điện – điện tử ô tô đề tài camless gasoline engine

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mơn học: Hệ thống điện – điện tử ô tô ĐỀ TÀI: Camless Gasoline Engine Giảng viên HD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Sinh viên thực hiện: Hoàng Gia Huy – 20145516 Nguyễn Văn Hậu - 20145498 Mail: 20145498@student.hcmute.edu.vn Hồ Chí Minh, tháng năm 20 Mục Lục I.Giới thiệu chung: -Khi sử dụng ứng dụng ô tô, động đốt hoạt động hiệu Nhiều động đua chạy xăng địi hỏi hiệu suất nhiệt lên đến 35% tốc độ tải cụ thể, số 25% - chí thấp 20% - thực tế đường đua Thực tế việc mở van nạp van xả phương pháp học đạt hiệu suất tối ưu, phần lớn điều kiện thời việc sử dụng van tiết lưu để kiểm sốt hiệu suất động -Vì vậy, có nhiều hệ thống nhiều động tiến lùi giai đoạn đầu vào xả trục cam để cải thiện trình đốt cháy, để tối ưu hóa hồn tồn địi hỏi phải phân phối hoàn toàn với trục cam Chỉ mở đóng van nạp van xả, đồng thời điều chỉnh lực nâng thời gian chúng cho phù hợp với điều kiện tối ưu xi lanh nhiều độc lập với việc phân kỳ trục khuỷu, đạt hiệu suất nhiệt tốt -Nếu thay van tiết lưu, động điều khiển cách điều chỉnh lực nâng thời gian kiện van nạp, hội tận dụng để giảm tổn thất bơm xi lanh trục cam truyền thống biết bị loại bỏ Bao gồm tiết lưu động bình thường - thuận tiện - làm tăng lượng công việc tiêu cực lên piston piston bơm chống lại áp suất đường ống nạp cao phần van tiết lưu đóng điều kiện bán tải Vì mức tiêu thụ khơng khí động cơng suất kiểm sốt hiệu việc đóng mở van, giống đánh lửa nén (diesel), nên cần phải điều tiết, trừ động chế độ khơng tải -Hơn nữa, hiệu suất chu trình cao đạt tốt trình đốt cháy xảy sớm hành trình giãn nở Việc kiểm sốt độc lập lực nâng thời gian van nạp tạo lượng lớn hỗn hợp hỗn hợp để hỗ trợ trộn, tốc độ đốt cháy nhanh tạo giảm thiểu thất thoát nhiệt qua thành xi lanh Ở tốc độ động thấp hơn, việc trì hỗn việc mở van nạp làm tăng vận tốc nạp, tạo hòa trộn tốt với hỗn hợp lỗng làm cho động sử dụng linh hoạt hơn, chúng cần tỷ số truyền để tăng tốc tối đa -Hiệu chu trình cao tạo cách tăng tỷ lệ mở rộng Động đốt chuyển hóa lượng thành cơng suất từ giãn nở khí thải Sự mở rộng lớn sản phẩm (và sức mạnh) tạo lớn Hạn chế công nghệ hệ thống van thông thường yêu cầu ống xả bắt đầu mở tốt trước tâm chết đáy Mặc dù hiệu ứng 'xả đáy' tốt cho hiệu suất tốc độ trung bình tốc độ cao, tốc độ thấp hơn, hiệu ứng tiêu cực lãng phí nhiên liệu Việc trì hỗn mở van xả gần tâm chết tốc độ động thấp tạo giãn nở lớn tác dụng lên piston -Nếu tất điều không đủ, động không cam chắn cải thiện phản ứng động - cho lợi lớn tất Hệ thống quản lý động điện tử nhiều xi-lanh đại có khả thay đổi thời điểm đánh lửa nhiên liệu phun vào xi-lanh Rất tiếc, khơng thể kiểm sốt khơng khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu nhanh Từ đầu vào trình điều khiển, phải thời gian để điều chỉnh góc ga Mất nhiều thời gian chạy đường ống nạp / nạp đầy đến áp suất yêu cầu, đó, phải nhiều chu kỳ động lượng khí nạp tương đương với yêu cầu người lái Do đó, khả phản ứng nhiên liệu đánh lửa xi-lanh bị -Với động khơng có cam, nhu cầu di chuyển bướm ga học bị phần lớn, đó, chậm trễ liên quan đến khơng cịn Trên thực tế, khơng cịn u cầu phải có lỗ thơng hơi, ngoại trừ việc thu thập khơng khí mát hướng phía cửa hút Do đó, vị trí tiết lưu lắp đâu, chế độ không điều tiết động khơng có cam, tất mát thời gian biến Do đó, q trình thay đổi nhanh chóng nhu cầu người lái, phí khơng khí thay đổi cho chu kỳ động cơ, tận dụng tối đa phẩm chất hệ thống quản lý đại cung cấp cho động phản ứng tốt -Nó trục cam truyền thống biết đường ra? Lần tới vào tùy chọn cho công nghệ camless II.Cấu tạo 1: Nam châm điện 2:Chén chặn 3: Phần ứng 4: Lò xo 5: Xupap 6: Lò xo giãn 7: Lò xo nén -Cấu tạo hệ thống xupap điều khiển không trục cam gồm nam châm điện (electromagnet) đặt phía đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai trị phần ứng kết nối với xupap, lị xo hoàn lực, chén chặn xupap -Khi nam châm điện phía kích hoạt tạo lực từ trường hút miếng sắt phần ứng lên làm cho xupap vị trí đóng -Khi từ tính nam châm điện phía bị ngắt, miếng sắt phần ứng kết nối với đuôi xupap bị kéo xuống lò xò Bộ chấp hành nam châm điện phía trì xupap vị trí mở -Tối ưu hóa hỗn hợp nhiên liệu khơng khí chuyển động -Mỗi van động hoạt động độc lập với độc lập với vị trí piston Valeo trình bày sản phẩm Van thơng minh khơng van (SVA) Triển lãm ô tô Frankfurt năm 2005 Trong động khơng có cam, van động vận hành riêng lẻ truyền động đặt bề mặt đầu xi lanh, phía van dẫn hướng Mỗi truyền động liên kết với Bộ điều khiển van gắn động (VCU) để đảm bảo định vị tối ưu tất van thực chức truyền động điện -Do đó, hệ thống SVA thay đai cam học thông thường, trục cam cam theo thủy lực -Bằng cách kiểm sốt khí dư, giảm thiểu tổn thất bơm vơ hiệu hóa xi lanh van, công nghệ giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu khí thải nhiễm tới 20% Người tiêu dùng hưởng lợi từ hiệu suất nâng cao thoải mái lái xe, gia tăng mô-men xoắn động cấp thấp -Valeo làm việc hai hệ thống không cam khác nhau, hệ thống bao gồm truyền động, Bộ điều khiển van (VCU), đường ray dây Bộ điều khiển điện tử (ECU) với chiến lược cụ thể dành cho khái niệm Van động cơ: -Piston van gắn vào đầu van van Piston trượt bên cánh tay Các khe hở tay áo van Piston cho phép chất lỏng thủy lực vào Một dấu phần cánh tay ngăn không cho chất lỏng thoát vào cổng tiêu thụ xả Van điện từ: -Các solen có cực từ hình nón Điều làm giảm khơng khí lan truyền lần chụp định Các van thường đóng cân thủy lực q trình chuyển động Chỉ có chút cân tồn nơi chưa mở hồn tồn đến nơi kín hồn tồn Một lị xo mạnh cần thiết để có clip tắt nhanh thấp lần kích hoạt Sự lượng thủy lực lớn trình tắt điện từ cao thấp đơn vị diện tích xảy tốc độ Piston cao Do đó, đóng cửa điện từ nhanh, phục hồi lượng tốt III Phân loại Khái niệm: -Động nhanh khơng hoạt động lớn tốc độ quay cao lị xo học khơng phù hợp để loại bỏ van nhanh chóng để cung cấp giải phóng mặt cho Piston Kỹ thuật van khí nén Renault lấy lị xo thép điểm địa hình với trọng lượng nhẹ ống thổi khí nén Những thứ loại bỏ van nhanh làm giảm khả can thiệp van Pít-tơng điều chỉnh lực đơn vị diện tích Ngồi ra, tổng độ căng vị trí cần thiết để trì van bung xoắn ốc hậu kiểm soát vận đơn nâng cực lớn với nhấn mạnh thêm vào tất tàu van Các hệ thống khí nén chia sẻ kho chứa lực chung đơn vị diện tích trì mức độ khơng hoạt động mạnh hơn, huy van cách hiệu mà không cần lực nâng cực đại phụ tải Hoạt động điện: -Nam châm điện sử dụng để tạo khe hở tắt van giữ nơi mà di chuyển -Các truyền động điện giống truyền động học ngoại trừ việc điều khiển thay động điện Cử quay động chuyển sang thay tuyến tính truyền động Có q nhiều thiết kế truyền động đại công ty sản xuất chúng để giữ phương pháp độc quyền họ Các tín đồ mơ tả tổng quát truyền động phụ gia điện thực -Phương pháp điều khiển van thường tìm thấy thiết kế động khơng có cam Một người ủng hộ kỹ thuật Valeo thiết kế sử dụng sản xuất hàng loạt năm 2009 Hoạt động thủy lực: Thiết bị truyền động thủy lực xi lanh thủy lực thường liên quan đến xi lanh giữ Piston Hai bên Piston điều áp khử áp suất để thực thay phụ gia xác có kiểm soát Piston uốn cong tất kết nối với Piston Van mở đóng bị ảnh hưởng chế van huy dòng chảy chất lỏng thủy lực từ xi lanh thủy lực Việc thay phụ gia vật lý đơn dọc theo trục Piston xi lanh Thiết kế dựa quy tắc học chất lỏng Minh họa tương tự thiết bị truyền động thủy lực vận hành thủ công động squat tự động thủy lực Thông thường, thuật ngữ thiết bị truyền động thủy lực trực tiếp, đại diện cho thiết bị điều khiển bơm thủy lực Các phương pháp khám phá để sử dụng chế thủy lực để di chuyển van động Một số mục đích để thành cơng vận tốc động thấp người tuyên bố thực kết thúc cách có ý nghĩa với nhu cầu RPM cao Hệ thống thủy lực có vấn đề từ cơng việc: 1) Chất lỏng di chuyển nhanh, có xu hướng di chuyển chất rắn Một hệ thống thủy lực di chuyển nhanh để ngắt van ô tô với vận tốc cần thiết xe cần lực lớn đơn vị diện tích với tất công việc đương nhiệm, bao gồm nhu cầu lượng dư thừa bơm thủy lực Ngay đạt vận tốc động cao hơn, chuyển động van viết tắt khơng hồn tồn theo mong muốn 2) Nhiệt độ thay đổi theo mùa phạm vi rộng Môi trường thủy lực thay đổi độ nhớt nhiệt độ thay đổi, điều làm cho khác biệt cách trình bày cơng khai hệ thống khó điều khiển Sử dụng lị xo van để giúp hệ thống thủy lực bên cạnh việc vận hành động đạt vận tốc cao -Để thực chỗ ngồi van mềm, hệ thống thủy lực phải kiểm soát cẩn thận Điều khiển giữ việc sử dụng máy tính trang bị máy dị thực xác IV.Nguyên lí hoạt động -Để loại bỏ cam, trục cam cấu kết nối khác, động camless làm việc với phận cảm biến - cảm biến, điều khiển điện tử truyền động cảm biến sử dụng liên quan đến hoạt động van Các cảm biến nhận biết gửi thông tin cảm biến tốc độ trục khuỷu, cảm biến xung kim phun, cảm biến vị trí van cảm biến khí xả cảm biến Cảm biến gửi tín hiệu đến phận điều khiển theo tín hiệu ECU gửi dòng điện để vận hành nâng van Bộ điều khiển điện tử bao gồm vi xử lý, cung cấp với thuật toán phần mềm Bộ vi xử lý ECU có khả thực q trình nâng thời gian tính tốn thời gian nâng van theo RPM động – Tín hiệu từ cảm biến – Xupap nạp – ECU – Nam châm điện xupap xả – Nam châm điện xupap nạp – Xupap xả -Hệ thống sử dụng nam châm điện để đóng mở xupap Tín hiệu nhập vào từ cảm biến thơng qua mạch giao tiếp nhập/xuất vị trí pittong, tốc độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạp…ECU liên tục nhận tín hiệu từ cảm biến sau tính tốn thời gian độ nâng xupap tối ưu để điều khiển chấp hành nam châm điện Sự xác tín hiệu đầu vào quan trọng để động hoạt động hiệu V Ưu điểm nhược điểm Ưu điểm -Giảm 20% lượng nhiên liệu tiêu thu, đồng thời giảm lượng khí thải độc mơi trường máy tính điện tử điều khiển xupap đóng mở xác, xupap xilanh đóng mở hồn tồn độc lập, điều khơng thể có loại động sử dụng trục cam -Kết cấu đơn giản khơng cịn phận truyền động, nắp máy đơn giản hóa, giảm phận chuyển động nên lực cản động ma sát giảm đáng kể, từ cơng suất, momen xoắn cải thiện động sinh công để làm bánh xe chuyển động, tăng khoảng 20% momen xoắn động tốc độ thấp Nhược điểm -Đóng mở van cần nhiều thời gian -Điện từ khơng thể chạy vịng / phút -Giá thành cao -Nhu cầu lượng tăng -Chiến lược kiểm soát vận tốc ghế van cần sửa đổi VI Lịch sử cải tiến -Các nhà nghiên cứu suốt thập kỷ trước đã đề xuất, tạo mẫu thử nghiệm phiên truyền động van cho bên động đốt Thiết kế họ thực nhiều hình thức, từ điện khí hóa (1) đến thủy điện (2), (3) Những thiết kế dựa solenoids điện mở đóng van khí nén thủy lực Các chất lỏng kiểm soát sau kích hoạt van động -Phần lớn tài liệu có sẵn liên quan đến việc kiểm sốt solenoids mơ hình máy tính hệ thống điều khiển (2), (3), (4), (5) (6) Nghiên cứu việc kiểm soát solenoids quan trọng độ xác phản ứng chúng hạn chế yếu tố để phát triển thiết bị truyền động van camless đáng tin cậy -Một dự án toàn diện sử dụng điều khiển điện từ truyền động khí nén hồn thành năm 1991 (1) Nghiên cứu bao gồm phát triển truyền động, 16 bitbộ vi xử lý để kiểm soát thử nghiệm so sánh Ford 1.9 lít tiêu chuẩn, đánh lửa, nhiên liệu cổng phun động bốn xi lanh động sửa đổi chocamless dẫn động Thử nghiệm so sánh động chưa sửa đổi với động tương tự,được thay đổi để bao gồm tám truyền động khí nén thay cho trục cam tiêu chuẩn Như Gouldet al bang, công việc họ coi khả thi để thực caoyêu cầu lượng truyền động -Hơn nữa, mối quan tâm liên quan đến việc thiếu nghiên cứucho động lực dịng khí thiết kế thời gian van biến đổi đưa tác giả.Các động -lực dịng chảy thay đổi góp phần vào kết thuận lợi khơng qn -Vì nghiên cứu đề xuất Đại học South Carolina sử dụng lĩnh vực thiết bị áp điện để thay solenoids thiết kế trước đó, nghiên cứu tài liệu áp điện - thiết bị truyền động thủy lực hoàn thành Thơng qua tìm kiếm, người ta thấy kết hợp độ xác, lực chuyển vị thách thức lớn phải đối mặt với thiết bị truyền động -Nghiên cứu gần hoàn thành Mauck et al (7) nhu cầu cánh thông minh công nghệ tập trung vào khả sản xuất bơm thủy lực lai chuyển vị lớn (0,1 đến 10 mm) với lực cao (10 đến 2000 N) Đây nội tuyến với đề xuất này; nhiên, tần số truyền động (1) giới hạn mức thấp trung gian tần số (0,1 đến 200 Hz) Điều không tương thích với yêu cầu tần số cao động khơng có cam -Cơng việc trước Yokota Akutu (8) dẫn đến loại van poppet tắt hoạt động tốc độ cao Tuy nhiên, truyền động bị giới hạn kHz nhị phân đơn giản chức - mở đóng Điều khơng tương thích với u cầu biến thời gian nâng cần thiết cho động camless -Một, gần hơn, tiến điều khiển áp điện cao tần thiết bị truyền động thủy lực hoàn thành Roberts et al (9) Hệ thống họ cung cấp truyền động tần số lên đến 24 kHz, hành trình van bị giới hạn tốc độ 40 VII Kết Luận -Theo quan điểm cá nhân, việc sử dụng động không trục cam tạo điều kiện cho kỷ nguyên ngành công nghiệp ô tô Mặc dù tất nghiên cứu động không cam sản phẩm khả thi chế tạo để phục vụ mục tiêu dự án Những nhược điểm thông thường việc sử dụng động khơng có cam biết đến trường hợp cần nghiên cứu Nghiên cứu sâu chủ đề chắn mang lại kết tốt Ta thấy động khơng trục cam phù hợp với loại nhiên liệu sinh học, nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học có khả ứng cử viên thay Đây xem lợi lớn mà xu tương lai sử dụng động điện Tài liệu tham khảo The camless engine - High Power Media (1) Gould, L; Richeson, W; and Erickson, F., 1991, “Performance Evaluation of a Camless Engine Using Valve Actuation with Programmable Timing,” SAE Paper No 910450 2) Dobson, N and Muddell, G., 1993, “Active Valve Train System Promises to Eliminate Camshafts,” Automotive Engineer February / March 1993 (3) Anderson, M; Tsao, T-C; and Levin, M., 1998, “Adaptive Lift Control for a Camless Electrohydraulic Valvetrain,” SAE Paper No 981029 (4) Kim, D; Anderson, M; Tsao, T-C; and Levin, M., 1997, “Dynamic Model of a Springless Electrohydraulic Valvetrain,” SAE Paper No 970248 (5) Ashhab, M-S; and Stefanopoulou, A., 2000, “Control-Oriented Model for Camless Intake Process – Part 1,” Transactions of the ASME Vol 122, March 2000 (6) Ashhab, M-S; and Stefanopoulou, A., 2000, “Control of a Camless Intake Process – Part II,” ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control – March 2000 (7) Mauck, L; Menchaca, J; and Lynch, C., 2000, “Piezoelectric Hydraulic Pump Development,” Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 3985 Mar 6-9, 2000 (8) Yokoat, S; and Akutu, K., 1991, “Fast-acting Electro-hydraulic Digital Transducer (A Poppet-type On-off Valve Using a Multilayered Piezoelectric Device),” JSME International Journal, Series 2: Fluids Engineering, Heat Transfer, Power, Combustion, Thermophysical Properties Vol 34 No 4, Nov 1991 (9) Roberts, D; Hagood, N; Su, Y-H; Li, H; Carretero, J., 2000, “Design of a Piezoelectrically-driven Hydraulic Amplification Microvalve for High Pressure, High Frequency Applications,” Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering 3985 Mar 6-9, 2000 ... động – Tín hiệu từ cảm biến – Xupap nạp – ECU – Nam châm điện xupap xả – Nam châm điện xupap nạp – Xupap xả -Hệ thống sử dụng nam châm điện để đóng mở xupap Tín hiệu nhập vào từ cảm biến thông... với nhu cầu RPM cao Hệ thống thủy lực có vấn đề từ cơng việc: 1) Chất lỏng di chuyển nhanh, có xu hướng di chuyển chất rắn Một hệ thống thủy lực di chuyển nhanh để ngắt van ô tô với vận tốc cần... xe, gia tăng mô-men xoắn động cấp thấp -Valeo làm việc hai hệ thống không cam khác nhau, hệ thống bao gồm truyền động, Bộ điều khiển van (VCU), đường ray dây Bộ điều khiển điện tử (ECU) với chiến