Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại hệ thống Mechanical Valvetrain của hãng xe Toyota

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM

MỤC LỤC

I PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do sử dụng công nghệ

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

3 Mục tiêu nghiên cứu

4 Đối tượng nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

II NỘI DUNG

Chương 1: Khái Niệm

1.1 Khái niệm về, OHV, SOHC, DOHC

1.2 Lịch sử phát triển DOHC trên xe Toyota

1.3 Đặc điểm DOHC………

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động DOHC trên xe Toyota Vios 1.5E MT……….

2.1 Cấu tạo DOHC

2.2 Nguyên lý hoạt động DOHC

2.3 Ưu điểm của DOHC trên Toyota……….

2.4 Nhược điểm của DOHC trên Toyota……….

2.5 So sánh DOHC của xe Toyota Vios và SOHC của Honda City…

Chương 3: Tình hình sử dụng hiện tại và tương lai ở Việt Nam và thế giới Tình hình sử dụng hiện tại ở Việt Nam và thế giới………

Phát triển trong tương lai ở Việt Nam và thế giới……….

III KẾT LUẬN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

I.PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do sử dụng công nghệ.

Công nghệ van cơ khí vẫn được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi trên các ô tô hiện đại vì nhiều lý do Một trong những lý do chính đó là độ tin cậy cao mà nó mang lại Hệ thống van cơ khí thường được thiết kế đơn giản và ít phức tạp, giúp giảm thiểu nguy cơ sự cố và hỏng hóc Khi điều khiển bằng cơ khí, các thành phần của hệ thống van như camshaft, lifter và rocker arms có thể hoạt động một cách đáng tin cậy trong nhiều năm mà không cần sự can thiệp hoặc bảo trì đặc biệt.

Thêm vào đó, công nghệ van cơ khí cũng được ưa chuộng vì hiệu suất tốt của nó Trong một số trường hợp, các hệ thống van cơ khí có thể cung cấp hiệu suất cao và đáp ứng nhanh chóng ở các tốc độ động cơ cao mà không gặp các vấn đề phức tạp liên quan đến điều khiển và điều chỉnh.

Bên cạnh đó, chi phí và bảo dưỡng của hệ thống van cơ khí thường thấp hơn so với các công nghệ van điện tử hoặc khí nén Việc bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa cũng dễ dàng hơn, giúp giảm thiểu chi phí sửa chữa và tiết kiệm thời gian cho người sử dụng.

Tóm lại, dù có sự tiến bộ của các công nghệ van điện tử và khí nén, nhưng công nghệ van cơ khí vẫn được ưa chuộng trên ô tô hiện đại vì tính đáng tin cậy cao, hiệu suất tốt và chi phí bảo dưỡng thấp, đặc biệt là trong các ứng dụng tiêu chuẩn và chi phí thấp hơn.

2 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Nhằm hiểu rõ về hệ thống van cơ khí.3 Mục tiêu nghiên cứu.

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại hệ thống Mechanical Valvetrain của hãng xe Toyota.

4 Đối tượng nghiên cứu.

Hệ thống van cơ khí DOHC trên xe Toyota Vios 1.5E MT

5 Phương pháp nghiên cứu.

Dựa trên những kiến thức được học trên trường, trong sách và những tài liêu liên quan trên Internet.

II NỘI DUNGChương 1: Khái niệm

1.1 Khái niệm về Mechanical Valvetrain, OHV, SOHC, DOHC.

Hệ thống valvetrain cơ khí, hay còn được gọi là mechanical valvetrain, là một phần quan trọng của động cơ đốt trong Nó bao gồm các thành phần cơ khí như trục cam, van, lò xo van, vòi xả (hoặc thanh), ống truyền động (pushrods), và cần trục (rocker arms) Các thành phần này hoạt động cùng nhau để điều khiển việc mở và đóng của van trong động cơ, quyết định lưu lượng nhiên liệu và không khí vào buồng đốt cũng như lưu lượng khí thải ra khỏi động cơ.

Trục cam (camshaft) là thành phần chính trong hệ thống valvetrain cơ khí, được quay bởi động cơ để sinh ra các đợt lệnh mở và đóng cho van thông qua các cam hoặc các lobe được gắn trên trục Các lò xo van được sử dụng để đóng chặt van khi không có áp suất được áp dụng, đảm bảo tiết lưu chất lỏng hoặc khí qua van.

Cơ cấu truyền động bao gồm các bộ phận như pushrods và rocker arms hoạt động như là các trung gian truyền động chuyển động từ trục cam đến van Các bộ phận này giúp chuyển động xoay của trục cam thành chuyển động đẩy hoặc kéo để mở và đóng van theo lịch trình cụ thể.

OHV là viết tắt của "Overhead Valve" (Van trên đầu) Đây là một kiểu thiết kế cho hệ thống van (valvetrain) trong động cơ đốt trong Trong kiểu thiết kế này, trục cam được đặt dưới đầu của động cơ và sử dụng các cơ cấu truyền động như pushrods và rocker arms để điều khiển hoạt động mở và đóng của van.

Cụ thể, các van được đặt trên đầu của buồng đốt, trong khi trục cam được đặt dưới đầu động cơ Khi trục cam quay, các lobe trên trục cam tác động lên các pushrods, sau đó các pushrods truyền động chuyển động đến rocker arms Rocker arms tiếp tục chuyển động này sang van, mở và đóng chúng tùy thuộc vào lịch trình cam.

Hệ thống OHV thường được sử dụng trong các động cơ có kiến trúc đơn giản, như động cơ dạng V6 hoặc V8, do nó có thể cung cấp sự linh hoạt trong thiết kế và dễ

bảo trì Tuy nhiên, so với các hệ thống van trên đầu (OHC), hệ thống OHV thường có giới hạn về hiệu suất và khả năng kiểm soát van, đặc biệt ở các tốc độ động cơ cao.

SOHC là viết tắt của "Single Overhead Camshaft" (Trục cam đơn trên đầu) Đây là một loại kiến trúc hệ thống van (valvetrain) trong động cơ đốt trong Trong kiểu thiết kế này, chỉ có một trục cam được đặt trên đầu động cơ để điều khiển hoạt động mở và đóng của van.

Cụ thể, trong hệ thống SOHC, trục cam được đặt trên đầu của động cơ và được kết nối trực tiếp với các van bằng cơ cấu truyền động như các pushrod hoặc rocker arms Mỗi lobe trên trục cam sẽ điều khiển một cặp van, một cho van hút và một cho van xả, thông qua các cơ cấu truyền động này.

Hệ thống SOHC thường được sử dụng trong các động cơ có thiết kế đơn giản hơn, với ít van hơn mỗi xi lanh và ít yêu cầu về công nghệ kiểm soát van so với hệ thống DOHC (Double Overhead Camshaft - Trục cam đôi trên đầu) Mặc dù có thể không cung cấp sự kiểm soát van tốt như DOHC, nhưng SOHC thường dễ bảo trì và chi phí thấp hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng hàng ngày.

DOHC là viết tắt của "Double Overhead Camshaft" (Trục cam đôi trên đầu) Đây là một kiểu kiến trúc hệ thống van (valvetrain) trong động cơ đốt trong Trong hệ thống DOHC, có hai trục cam được đặt trên đầu của động cơ để điều khiển hoạt động mở và đóng của van.

Cụ thể, trong hệ thống DOHC, mỗi xi lanh có thể có hai trục cam hoặc một trục cam đôi, mỗi trục cam điều khiển một nhóm van riêng biệt: một cho van hút và một cho van xả Các trục cam này thường được kết nối trực tiếp với van mà không cần cơ cấu truyền động trung gian như pushrod hoặc rocker arms.

Hệ thống DOHC thường được sử dụng trong các động cơ có yêu cầu cao về hiệu suất và kiểm soát van, đặc biệt là trong các ứng dụng thể thao hoặc hiệu suất cao Bằng cách có hai trục cam độc lập, hệ thống này cung cấp khả năng kiểm soát van tốt hơn và cho phép sử dụng nhiều van hơn trên mỗi xi lanh Tuy nhiên, hệ thống DOHC thường phức tạp hơn và đắt đỏ hơn trong việc sản xuất và bảo trì so với các hệ thống SOHC (Single Overhead Camshaft - Trục cam đơn trên đầu).

1.2 Lịch sử phát triển DOHC.

Trước khi hệ thống van trục cam kép (DOHC) trở nên phổ biến, các động cơ thường sử dụng hệ thống van trục cam đơn (SOHC) hoặc hệ thống van trên đầu (OHV -Overhead Valve) Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về các hệ thống này:

Hệ thống van trục đơn (SOHC):

SOHC sử dụng một trục cam duy nhất để điều khiển cả van hút và van xả trong mỗi xi lanh.

Hệ thống này thường đơn giản hơn và ít phức tạp hơn SOHC, giúp giảm chi phí sản xuất và trọng lượng động cơ.

Mặc dù có thể hiệu quả trong một số ứng dụng, nhưng SOHC thường hạn chế trong việc kiểm soát van và đạt được hiệu suất cao.

Hệ thống van trên đầu (OHV - Overhead Valve):

Trong hệ thống OHV, trục cam nằm dưới mặt đất và dùng que tappet để chuyển động van.

Hệ thống này thường được sử dụng trong các động cơ có thiết kế cổ điển hoặc động cơ V8.

Mặc dù OHV có thể đơn giản và đáng tin cậy, nhưng thường không hiệu quả trong việc kiểm soát van và đạt được hiệu suất cao so với DOHC hoặc SOHC.

Trước sự phổ biến của DOHC, SOHC và OHV là hai hệ thống chính được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để điều khiển van và đạt được hiệu suất cao Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu người tiêu dùng, DOHC trở thành lựa chọn phổ biến hơn do khả năng kiểm soát van và hiệu suất vượt trội.

1.3 Đặc điểm DOHC trên xe Toyota.

Trên một số mẫu xe Toyota, hệ thống DOHC (Double Overhead Camshaft - Trục cam đôi trên đầu) thường được sử dụng để cung cấp hiệu suất cao và kiểm soát van tốt hơn Dưới đây là một số đặc điểm chung của hệ thống DOHC trên các mẫu xe Toyota:

 Hiệu suất cao.

 Kiểm soát van chính xác  Độ tin cậy và bền bỉ  Công nghệ tiên tiến.

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động DOHC trênToyota Vios 1.5E MT

.2Cấu tạo về DOHC.

DOHC được cấu thành từ hai bộ phận chính, gồm: cánh tay thủy lực và hai trục cam Ngoài ra còn một số bộ phận khác như bugi, xi lanh, van,…

Cấu tạo của động cơ Dohc bao gồm cánh tay rocker và trục cam Có thể nói đây là hai bộ phận chính cực kỳ quan trọng đối với Dohc Động cơ Dohc sẽ có hai trục cam, một trục dùng để điều khiển các van nạp, trực còn lại sẽ điều khiển các van xả Vì là một trục cam đôi nên khả năng hoạt động cực kỳ linh hoạt Hơn nữa còn giúp tăng cường mã lực tối đa Từ đó, khả năng tiêu thụ năng lượng cũng sẽ lớn hơn.

Cánh tay thủy lực (cánh tay rocker): Là một phần quan trọng của cơ cấu truyền động hệ thống van Cánh tay tiếp điểm được sử dụng để truyền động từ trục cam đến van để mở và đóng chúng.

Hai trục cam: Trong DOHC có hai trục cam (camshaft) được đặt ở phía trên đầu xi lanh Mỗi trục cam điều khiển một nhóm van tương ứng (van hút và van xả) cho một bộ xi lanh Trục cam có nhiệm vụ mở các van để khí vào và khí thải ra khỏi động cơ Trục cam sử dụng các thùy quay, được gọi là cam, đẩy các van để mở chúng.

.2 Nguyên lý hoạt động DOHC

Nguyên lý hoạt động của DOHC chủ yếu liên quan đến quản lý hoạt động mở và

đóng của các van trong động cơ để kiểm soát luồng không khí và nhiên liệu vào và ra khỏi xi lanh.

Trục Cam: Động cơ DOHC sử dụng hai trục cam riêng biệt, mỗi trục cam điều khiển một nhóm van (van hút và van xả) cho một bộ xi lanh Trục cam chứa các

vấu cam (lobe) có hình dáng đặc biệt Khi trục cam quay, các vấu cam tiếp xúc với cơ cấu truyền động Mỗi vấu cam được thiết kế để tạo ra một lực đẩy hoặc kéo tại các điểm cụ thể trong vòng quay của trục cam.

Van hút và van xả: Van hút hút hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí vào buồng đốt, van xả mở ra để đẩy khí thải ra ngoài.

Mở/đóng van: Khi vấu cam (lobe) tiếp xúc với cơ cấu truyền động, van tương ứng (van hút hoặc van xả) sẽ mở hoặc đóng Việc mở và đóng van xảy ra theo lịch trình và thời gian được xác định bởi hình dáng của vấu cam và cơ cấu truyền động  Như vậy, động cơ DOHC hoạt động bằng cách sử dụng các trục cam riêng biệt để điều khiển van trong các xi lanh Các vấu cam (lobe) được thiết kế đặc biệt để đạt được lịch trình mở và đóng van tối ưu nhất cho hiệu suất và hiệu quả của động cơ.

.2Ưu điểm của DOHC.

Hiệu suất cao: DOHC cho phép van mở và đóng nhanh chóng và chính xác hơn, giúp tối ưu hóa luồng khí và nhiên liệu vào và ra khỏi xi lanh Điều này cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ.

Kiểm soát van tốt hơn: Bằng cách sử dụng các trục cam riêng biệt cho van hút và van xả, DOHC cung cấp kiểm soát chính xác hơn về thời gian mở và đóng của các van, giúp tối ưu hóa hoạt động của động cơ.

Khả năng tăng tốc và phản ứng nhanh: DOHC cho phép van phản ứng nhanh chóng với các yêu cầu về công suất và tốc độ, cung cấp sức mạnh và động lực linh hoạt trong điều kiện lái xe khác nhau.

Hiệu quả nhiên liệu: Bằng cách tối ưu hóa luồng khí và nhiên liệu vào và ra khỏi xi lanh, DOHC có thể cải thiện hiệu suất nhiên liệu của động cơ, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

Tiếng ồn và rung ít hơn: Sự kiểm soát chính xác của van và thiết kế đặc biệt của DOHC giúp giảm tiếng ồn và rung của động cơ trong khi hoạt động.

Thiết kế linh hoạt: DOHC thường cho phép thiết kế đa dạng hơn, cho phép các nhà sản xuất tinh chỉnh động cơ cho nhiều ứng dụng khác nhau từ xe hạng nhẹ đến xe thể thao và xe đua.

 Tóm lại, hệ thống van trục kép (DOHC) cung cấp hiệu suất, kiểm soát và hiệu quả nhiên liệu cao, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong các động cơ hiện đại.

.2Nhược điểm của DOHC.

Mặc dù hệ thống van trục kép (DOHC) có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có một số nhược điểm cần xem xét:

Chi phí sản xuất cao: Thiết kế phức tạp của DOHC đòi hỏi quy trình sản xuất chính xác và các bộ phận chất lượng cao, điều này có thể làm tăng chi phí sản xuất và mua động cơ.

Trọng lượng nặng hơn: DOHC thường có thêm các bộ phận như trục cam và cơ cấu truyền động phức tạp hơn, điều này có thể làm tăng trọng lượng của động cơ so với các hệ thống van đơn giản hơn.

Khả năng bảo dưỡng: Vì sự phức tạp của hệ thống, việc bảo dưỡng và sửa chữa DOHC có thể đòi hỏi kỹ thuật cao và chi phí cao hơn so với các hệ thống đơn giản hơn.

Khả năng hỏng hóc: Các bộ phận phức tạp và hoạt động với tần suất cao có thể dễ dàng hỏng hóc, đặc biệt là trong điều kiện vận hành cực đoan hoặc khi không được bảo dưỡng đúng cách.

Khả năng giảm hiệu suất ở tốc độ cao: Mặc dù DOHC cung cấp hiệu suất tốt ở tốc độ cao, nhưng có thể gặp phải vấn đề về tuần hoàn khí thấp tại tốc độ quay cao, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và công suất của động cơ.

 Mặc dù có nhược điểm này, DOHC vẫn được coi là một trong những lựa chọn phổ biến và hiệu quả cho các động cơ hiện đại, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất và kiểm soát cao.

.2So sánh DOHC của xe Toyota Vios và SOHC của Honda City.

o Hiệu suất và công suất:

 DOHC trên Toyota Vios thường cung cấp một mức công suất cao hơn ở tốc độ cao và có khả năng phản ứng nhanh hơn khi cần.

 SOHC trên Honda City có thể cung cấp một mức công suất tốt ở tốc độ thấp và trung bình, thích hợp cho điều kiện đô thị và lái xe hàng ngày.

o Tính linh hoạt và độ nhanh nhạy:

 DOHC thường có thể đạt được hiệu suất vận hành tốt hơn ở tốc độ cao và có khả năng phản ứng nhanh hơn khi cần.

 SOHC có thể cung cấp một trải nghiệm lái êm dịu hơn ở tốc độ thấp, nhưng có thể ít nhanh nhạy hơn ở tốc độ cao so với DOHC.

o Tiết kiệm nhiên liệu:

 DOHC thường có khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn ở tốc độ cao do khả năng kiểm soát van và nhiên liệu tốt hơn.

 SOHC có thể cung cấp hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu tốt trong điều kiện đô thị và tốc độ thấp.

o Độ bền và độ tin cậy:

 Cả hai hệ thống đều có thể đạt được mức độ độ bền và đáng tin cậy cao nếu được bảo dưỡng đúng cách.

 Tuy nhiên, DOHC có thể có sự ổn định và độ tin cậy cao hơn do khả năng kiểm soát van tốt hơn và ít hao mòn hơn.

 Tóm lại, DOHC thường cung cấp hiệu suất vận hành cao hơn ở tốc độ cao và có khả năng phản ứng nhanh hơn, trong khi SOHC thích hợp cho điều kiện lái xe hàng ngày và cung cấp trải nghiệm lái êm dịu hơn ở tốc độ thấp Sự lựa chọn giữa hai hệ thống này phụ thuộc vào ưu tiên cá nhân và điều kiện sử dụng của người lái.

Chương 3: Tình hình sử dụng hiện tại và tương lai ở ViệtNam và thế giới

.2Tình hình sử dụng hiện tại ở Việt Nam và thế giới.

Hiện nay, việc sử dụng hệ thống van trục kép (DOHC) đang phổ biến cả trong ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam và trên toàn thế giới Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về tình hình sử dụng DOHC hiện tại:

Ở Việt Nam:

Trong thị trường ô tô Việt Nam, các hãng sản xuất như Toyota, Honda, Ford, Hyundai và Kia đều sử dụng DOHC trên một số mẫu xe của họ.

Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, các mẫu xe mới thường được trang bị các công nghệ hiện đại như DOHC để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Trên toàn thế giới: