PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển và đã áp dụng nhiều công nghệ hiện đại Nhìn chung, ngành công nghiệp này hiện đang chuyển mình theo nhu cầu khách hàng và sự tiến bộ của công nghệ Với mong muốn hiểu biết rõ hơn về sự những cải tiến nổi bật này, em đã chọn công nghệ không trục cam (Camless engine)– một trong những công nghệ mang tính thay đổi vượt bậc trong tương lai.
Mục tiêu nghiên cứu
Giúp bản thân trang bị và hệ thống lại kiến thức, lý luận và đánh giá khách quan về môn học nguyên lý động cơ đốt trong Đồng thời vận dụng kiến thức vào việc học,liên hệ với thực tiễn từ đó nhìn lại và hoàn thiện bản thân hơn.
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng 2 phương pháp nghiên cứu chính:
- Phương pháp phân tích tài liệu.
PHẦN NỘI DUNG
Khái quát về camless engine
Cam đã là một phần không thể thiếu của động cơ IC kể từ phát minh của nó Cam điều khiển “các kênh thở” của động cơ IC, tức là các van mà qua đó hỗn hợp không khí nhiên liệu (trong động cơ SI) hoặc không khí (trong động cơ CI) được cung cấp và khí thải thoát ra ngoài Bị bao vây bởi nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, nhiều năng lượng hơn và ít ô nhiễm hơn, các kỹ sư động cơ trên khắp thế giới đang theo đuổi một thiết kế không cam triệt để hứa hẹn mang lại sự cải thiện hiệu suất lớn nhất cho động cơ đốt trong trong nhiều năm Camless engine sẽ sớm trở thành hiện thực cho xe thương mại.
Trong nên công nghiệp ô tô, trục cam là một bộ phận không thể thiếu trong mỗi động cơ đốt trong, vì vậy để tối ưu hóa hoạt động của các van nạp và van xả, các hãng xe lần lượt cho ra mắt công nghệ trục cam biến thiên (Variable camshaft) giúp tăng giảm thời gian đóng mở van tùy theo tình trạng làm việc của động cơ ( van mở lớn xe tăng tộc hoặc leo dốc và mở cửa phải khi trên đường bằng hoặc leo dốc ) Honda đi tiên phong với công nghệ VTEC, Toyota có VVT-i, BMW có VANOS, NISSAN có VVEL, Mitsubishi có MIVEC…. Đối với camless engine, mỗi van nạp và van xả sẽ được tích hợp một bộ phận bơm thủy lực được điều khiển bằng điện tử Hệ thống này cung cấp khả năng độc đáo để có thể kiểm soát độc lập các van nạp và xả.
Hình 2: Cấu tạo của xú-pap Đối với bất kì tải động cơ nào, thời gian nạp và xả có thể được lập trình độc lập Hệ thống quyết định dựa trên điều kiện lái xe, sủ dụng để tối đa hóa hiệu suất hoặc giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu và khí thải Điều này cho phép một mức độ kiểm soát lớn hơn đối với động cơ mà lần lượt cung cấp các lợi ích hiệu suất đáng kể.
Vào năm 2016 các kỹ sư Cargine AB hợp tác với Koenigsegg đã công bố việc phát triển một động cơ không sử dụng trục cam (Camless engine) và được gọi với cái tên là FreeValve
Hình 3: Động cơ không cam Freevalve của Koenigsegg
Hình 4: Cấu tạo hệ thống phân phối khí FreeValve
Freevalve còn được gọi là truyền động van biến thiên hoàn toàn, cung cấp khả năng độc nhất để kiểm soát độc lập các van nạp và van xả trong động cơ đốt trong.
Với công nghệ trên của công ty FreeValve đã giải quyết được 4 vấn đề:
Lượng tiêu hao nhiên liệu
Việc tạo ra một loại động cơ không cam là một điều cần thiết, trong thời buổi hiện đại một động cơ ít tốn năng lượng, giảm được tải trọng và khí thải, giảm được sự cố trong động cơ là một điều tuyệt vời.
Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng động cơ FreeValve vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và chưa được phổ biến rộng rãi trên các phương tiện Tuy nhiên, khi công nghệ tiếp tục phát triển, có khả năng chúng ta sẽ thấy nhiều động cơ FreeValve được sử dụng trên các phương tiện trên khắp thế giới.
Lịch sử cải tiến
FreeValve là một công ty Thụy Điển được thành lập vào năm 2000 bởi doanh nhân và nhà phát minh Christian von Koenigsegg Trọng tâm chính của công ty là phát triển và thương mại hóa một công nghệ mang tính cách mạng gọi là hệ thống
FreeValve, thay thế trục cam truyền thống trong động cơ đốt trong bằng bộ truyền động khí nén, cho phép điều chỉnh và nâng van biến thiên hoàn toàn.
Hình 5: Động cơ Freevalve - Engine đầu tiên được giới thiệu vào
(Nguồn: www.freevalve.com/about-us)
Hệ thống truyền động van không cam từ lâu đã được một số công ty nghiên cứu, bao gồm Renault , BMW , Fiat , Valeo , General Motors , Ricardo , Lotus Engineering , những công ty đã phát triển dẫn động van điện-thủy lực vào cuối những năm 1980 như một phần phụ của chương trình hệ thống treo chủ động của họ , cả hai đều sử dụng tương tự dẫn động và điều khiển điện-thủy lực, Ford , Jiangsu Gongda Power Technologies và công ty chị em FreeValve của Koenigsegg Một số hệ thống này đã có sẵn trên thị trường, mặc dù chưa có trong động cơ của các phương tiện giao thông đường bộ sản xuất Vào mùa xuân năm 2015, Christian von Koenigsegg nói với các phóng viên rằng công nghệ mà công ty ông theo đuổi đang "sẵn sàng cho kết quả", nhưng không nói gì cụ thể về thời gian biểu của công ty ông.
Hình 6: Christian von Koenigsegg giới thiệu động cơ không trục cam FreeValve với thế giới
Vào tháng 11 năm 2016, nhà sản xuất ô tô Trung Quốc Qoros Auto đã trưng bày chiếc hatchback Qoros 3 tại Triển lãm Ô tô Quảng Châu 2016, nơi trưng bày động cơ
Qoros 'Qamfree' mới Nhà thiết kế động cơ Thụy Điển FreeValve tuyên bố rằng động cơ tăng áp 1,6 lít (98 cu in) sẽ tạo ra công suất 170 kW (230 mã lực) và mô-men xoắn 320 N⋅m (240 lb⋅ft) Họ cũng tuyên bố rằng, so với động cơ truyền thống tương tự, nó giảm kích thước 50% (bao gồm chiều cao thấp hơn 50 mm (2,0 in), giảm trọng lượng 30%, cải thiện 30% công suất và mô-men xoắn, cải thiện 30% tiết kiệm nhiên liệu và giảm 50% lượng khí thải Christian von Koenigsegg tuyên bố trong một video rằng động cơ Qamfree với công nghệ không trục cam PHEA dựa trên động cơ Qoros hiện có được " được phát triển ở Đức và Áo năm, sáu năm trước "
Christian von Koenigsegg cũng tuyên bố rằng công nghệ không trục cam PHEA cho phép loại bỏ bộ chuyển đổi tiền xúc tác, bởi vì bộ chuyển đổi xúc tác tiêu chuẩn có thể được tăng nhiệt độ nhanh chóng bằng cách điều khiển chu trình xả.
Ngày nay, FreeValve vẫn đi đầu trong đổi mới công nghệ động cơ và hệ thống FreeValve của nó có tiềm năng cách mạng hóa ngành công nghiệp ô tô Với trọng tâm là cải thiện hiệu suất động cơ, giảm lượng khí thải và tăng sản lượng điện, FreeValve sẵn sàng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang một tương lai giao thông bền vững và thân thiện với môi trường hơn.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
a) Cấu tạo: i Bộ phận chấp hành:
Mỗi bộ truyền động điều khiển mỗi van động cơ và bao gồm một pít-tông truyền động , xi lanh, hai solenoids , hai spoolvalve, hai van cổng và một chốt thủy lực Solenoid
1, được gọi là solenoid thời gian (TS), điều khiển một van ống chỉ và chốt thủy lực. Solenoid 2, được gọi là solenoid nâng (LS), điều khiển một van ống chỉ khác Các van ống điều khiển không khí đi vào xi lanh bộ truyền động
Hình 7: Bộ phận chấp hành
Mỗi van động cơ được vận hành bởi một bộ truyền động riêng lẻ Các bộ phận lắp ráp cần thiết được xây dựng trong nhà và sản xuất bằng nhôm Bốn chân trung tâm mỗi thiết bị truyền động.
Hình 8: Thiết bị truyền động piston
Hình 9: Mô phỏng bộ truyền động
Các lò xo van động cơ tương đối mềm, với hằng số lò xo xấp xỉ 1/3 tiêu chuẩn Lực lò xo cao hơn có nghĩa là áp lực cao hơn cần thiết để mở các van, và kết quả là tiêu thụ không khí cao hơn Tuy nhiên, lực lò xo không đủ sẽ không thể chịu được chênh lệch áp suất và sau đó van có thể tự mở nếu đóng trong khi xuống Không có giới hạn nâng được tích hợp trong bộ truyền động, vì vậy để ngăn AP rời khỏi xi lanh - và ngăn quá nhiều van nâng - mỗi van được cung cấp một van nhôm dừng giới hạn nâng van xuống khoảng 9 mm (nâng tối đa bộ truyền động là khoảng 15 mm).
Hình 10: Lò xo khí nén ii ECU (Electronic Control Unit):
ECU sử dụng ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI với độ trễ 1/10ms trong điều khiển sự làm việc của xupap Đây là công nghệ điều khiển mở từng van độc lập mà không phụ thuộc vào bất kì yếu tố nào Là công nghệ duy nhất cho phép kiểm soát thời điểm, chiều dài, thời gian đóng mở của van.
Hình 11: ECU iii Các bộ phận cảm biến:
Hình 12: Cảm biến vị trí bướm ga (TPS sensor)
Vị trí: Nằm trên cụm bướm ga.
Hình 13: Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)
Vị trí: Nằm trên đường ống nạp ở trên cửa nạp.
Hình 14: Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)
Vị trí: Nằm trên đường ống dẫn không khí, giữa lọc gió và bướm ga.
Vị trí: nằm trên ống xả, thường là nằm ở chỗ nối chung cửa xả của các máy.
Hình 16: Cảm biến vị trí van
Vị trí: Thường gắn với thân piston (AP), nằm dưới bộ truyền động để đo chuyển động của piston. iv Khí nén:
Một áp kế thủ công được kết nối, cho phép điều chỉnh áp suất từ 0 đến 8 bar Từ bình tích áp, một đường ray không khí được nối với bốn ống khí, một đến mỗi bộ truyền động. v Các đường dầu và khí:
Hình 17: Các đường dẫn dầu và khí
Dầu có hai mục đích, cả hai như một chất bôi trơn, hoạt động như một khóa để giữ van ở độ cao nâng mong muốn Mỗi bộ truyền động được kết nối với hai ống dầu linh hoạt, mỗi ống dài 0,5 m Những ống này được kết nối với một bể chứa dầu điều áp Với thiết lập hiện tại, áp suất dầu giống như áp suất khí nén. b) Nguyên lý hoạt động:
Trong các động cơ có trục cam thông thường, trục cam có các vấu cam để thực hiện việc mở các xupap, với khoảng thời gian, lực và khoảng nâng van là cố định – một chu kỳ gồm 2 vòng quay trục khuỷu, 1 vòng quay trục cam và 1 lần đóng mở các van Các động cơ hiện đại sử dụng hệ đống đóng mở van biến thiên, nhưng việc điều chỉnh thời gian, lực và khoảng nâng van trong động cơ đang hoạt động là khó cũng như độ chính xác cần thiết không cao. Đối với động cơ Camless, các van sẽ được kích hoạt đóng mở bởi một cơ chế khác, chẳng hạn như điện, thủy lực hoặc khí nén (gọi là các bộ hay module truyền động) Thời gian và độ nâng của van được điều khiển điện tử bằng máy tính Máy tính nhận thông tin về trạng thái hiện tại của động cơ từ các tín hiệu về khí nạp, nhiên liệu, khí thải (oxy), điều kiện tải,… và cảm biến tại chính module nâng van, và tùy thuộc vào những gì mong muốn tại thời điểm này, chương trình điều khiển sẽ xác định thời điểm, khoảng, thời gian và lượng mở van tối ưu nhất Theo cách này, có thể dễ dàng thay đổi khoảng thời gian, lực và khoảng nâng van có thể được điều chỉnh tự do từ van này sang van khác và từ chu kỳ này sang chu kỳ khác Nó cũng cho phép nâng nhiều lần trên mỗi chu kỳ và cho phép không nâng mở van trong mỗi chu kỳ công suất — xilanh tắt hoàn toàn (tắt xả, tắt nạp hoặc tắt cả xả và nạp) Đây là một lợi thế lớn cho việc kiểm soát quá trình đốt cháy.
Hình 18: Bộ điều khiển điện tử ECU
Trong động cơ Camless hay Freevalve, thời gian, độ nâng và khoảng thời gian nâng van có thể được điều chỉnh thông qua một phạm vi gần như vô hạn để phù hợp với tất cả các điều kiện hoạt động, điều này không thể đạt được ở cùng một mức độ với hệ thống điều khiển van dựa trên cam Cũng vì lý do này, phương pháp truyền động, đóng mở van còn được gọi là truyền động van biến thiên hoàn toàn. i Quá trình hoạt động của FreeValve:
Khí nén cung cấp năng lượng để van động cơ được mở Để mô tả tốt hơn về động lực học của hệ thống quá trình đóng mở hoàn chỉnh được chia thành 3 phần:
Khi TS được kích hoạt, nó sẽ mở spoolvalve 1, khí nén với áp suất cao đi vào trong xy-lanh bộ truyền động.
Khi áp suất tăng lên nó đẩy AP xuống dưới và mở xú-pap động cơ.
Chốt 1 được kích hoạt cùng lúc với TS và thành van một chiều.
Hình 19: Quá trình nạp không khí
AP đi xuống 1 đoạn thì LS được kích hoạt, nó sẽ mở spool valve 2 ngừng khí vào.Lúc này S2 được mở cùng lúc với LS để không khí vào spool valve 1.
Chốt S1 ngăn cản dầu trở về bể và giữ 1 khoảng thời gian cho đến khi cân bằng.
Hình 20: Quá trình nâng và giữ
Xả khí: Đến lúc xả khí thì TS là LS ngừng kích hoạt các van spool valve trở về vị trí ban đầu.
Khí nén trong bộ truyền động thoát ra và trở về.
Lò xo đẩy AP về vị trí ban đầu Van động cơ đóng lại.
Hình 21: Quá trình xả khí ii Quá trình giảm chấn:
Ngoài ra trong bộ phần truyền động thì dầu thủy lực còn có chức năng là giảm chấn.
Dòng không khí với áp suất cao được đi vào, đấy piston A và xupap đi xuống thật nhanh, thì không khí và lo xò ở phần không gian phía dưới piston A bị nén lại Xupap được mở.
Tại địa điểm va chạm giữa pistion A và piston B, thì piston A tiếp tục đi xuống nó sẽ đẩy piston B đi về phía đường dầu cấp Dầu tiếp bị nén cho đo đến khi áp suất dầu tăng lên cao và cân bằng với lực khí nên bên trên piston A thì nó sẽ dừng lại, đó lại giảm chấn (damping).
Cuối cùng khí nén và lò xo khoang phía dưới piston đẩy piston A đi lên và đóng xupap lại
Hình 22: Quá trình giảm chấn Ở động cơ không cam cụ thể là hệ thống phân phối khí việc quan trọng nhất là thời gian kiểm soát bộ phận chấp hành Trọng tâm là thời gian nạp đầy năng lượng, thời gian nâng van và thời gian đóng van.
Các loại truyền động van trong công nghệ Camless
a Truyền động van điện từ (EVA):
Truyền động van điện từ (EMVA) mang lại sự linh hoạt về thời điểm, khoảng thời gian và lực nâng của van Hoạt động của van trong loại hệ thống này thường được thực hiện bằng sự kết hợp khác nhau của các solenoid điện từ và lò xo cơ học.
Hình 23: Bộ truyền động van điện từ
Với bộ truyền động này, van được trang bị một pít tông và được đặt bên trong vỏ có chứa nam châm vĩnh cửu và nam châm điện Khi van ở vị trí đóng, Lò xo A bị nén và van được giữ cố định bằng nam châm vĩnh cửu Để mở van, cuộn dây A phải được kích hoạt và triệt tiêu từ trường của cực từ vĩnh cửu Điều này cho phép lực do lò xo A tác dụng để tăng tốc van Khi van di chuyển về vị trí thấp hơn của nó, pit tông bị hút bởi cực từ trường khác và lò xo B bị nén Quá trình đóng van được thực hiện theo một quy trình ngược lại so với quá trình mở van.
Trong biểu đồ đóng mở van, so với kiểu nâng van thông thường, cấu hình nâng van điện từ có đường dốc mở van dốc hơn nhiều giúp thúc đẩy quá trình nạp đầy xi lanh tốt hơn ở tốc độ động cơ thấp và trung bình.
Hệ thống điện từ GM có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với hệ thống van dẫn động trục cam tiêu chuẩn ở cùng tốc độ Một điểm bất lợi với hệ thống của GM là vận tốc đặt van (vận tốc khi van tiếp xúc đến điểm tựa – đóng van) của van cao tạo ra tiếng ồn cao Một giải pháp cho các vấn đề về vận tốc đặt van là làm chậm van bằng lực cản gây ra bởi thân van đi vào khoang chứa đầy chất lỏng Do sức cản tăng lên, van sẽ tiếp đất mềm. b Truyền động van điện – thủy lực:
Một cách khác để truyền động van không cam là truyền động van điện thủy lực(EHVA) Bộ truyền động van điện thủy lực chuyển đổi áp suất chất lỏng thành chuyển động để phản ứng với tín hiệu Hệ thống không sử dụng cam hay lò xo, thay vào đó là đóng mở các van bằng lực thủy lực Trong suốt quá trình gia tốc của van, thế năng của chất lỏng nén được chuyển thành động năng của van Trong quá trình giảm tốc, năng lượng của chuyển động van được trả lại cho chất lỏng.
Trong khi van ở vị trí đóng, van điện từ áp suất cao được mở và chất lỏng áp suất cao được phép đi vào thể tích phía trên van Áp suất trên và dưới piston của van là bằng nhau nhưng vì diện tích ở phía trên của piston van lớn hơn, lực thủy lực hướng xuống dưới và do đó van sẽ mở ra Khi van di chuyển về vị trí thấp hơn của nó, van điện từ áp suất cao đóng lại dẫn đến việc cắt nguồn cung cấp áp suất cao Mặc dù áp suất phía trên piston của van giảm nhưng van vẫn tiếp tục hoạt động do động lượng của nó Khi van di chuyển về vị trí cuối của nó, van một chiều áp suất thấp sẽ mở ra và chất lỏng áp suất thấp đi vào thể tích theo cách mà van giảm tốc cho đến khi dừng lại ở mức nâng van mong muốn Trong thời gian dừng, cả hai van điện và van một chiều đều đóng, do đó van bị ngăn cản trở lại do áp suất thủy lực tác động lên cả hai mặt của piston van Quá trình đóng van được bắt đầu bởi sự kích hoạt của van điện từ áp suất thấp Van đẩy chất lỏng trở lại nguồn áp suất thấp đồng thời trở về vị trí đóng của nó Khi van tiếp cận vị trí đóng của nó,van một chiều áp suất cao sẽ mở ra và van bắt đầu chạy chậm lại.
Lotus đã phát triển một hệ thống truyền động van điện thủy lực từ đầu những năm
1990 Hệ thống này được gọi là hệ thống truyền động van chủ động Lotus (AVT) Nó bao gồm một pít-tông thủy lực gắn với xupap động cơ di chuyển bên trong xi lanh thủy lực. Chuyển động của van được điều khiển thông qua dòng chất lỏng bên trên hoặc bên dưới piston của bộ truyền động, và dòng chất lỏng lần lượt được điều khiển bởi van servo tốc độ cao Trong hệ thống AVT, biên dạng van được theo dõi liên tục bởi một bộ chuyển đổi dịch chuyển tuyến tính (LDT), giúp điều chỉnh profile van từ chu kỳ ‐ đến chu kỳ Hệ thống AVT có khả năng kiểm soát hoàn toàn linh hoạt toàn bộ quá trình đóng mở van Hệ thống cho phép điều khiển van riêng lẻ và có thể vận hành các cấu hình nâng van khác nhau trên các van khác nhau Ngoài ra, hệ thống có khả năng mở van nhiều hơn một lần trong một chu kỳ động cơ Tuy nhiên, công nghệ này chỉ cho mục đích nghiên cứu, chưa đưa được vào sản xuất vì tính phức tạp, đắt tiền của nó. c Truyền động van điện – khí nén:
Mặc dù các hệ thống được mô tả trước đây (EMVA và EHVA) cho kết quả tốt khi được sử dụng trong môi trường nghiên cứu, cả hai đều gặp phải các vấn đề khác nhau,khiến chúng trở thành lựa chọn kém hấp dẫn hơn cho động cơ sản xuất Hệ thống EMVA gặp phải các vấn đề cơ bản như mức độ ồn cao và các vấn đề về đóng gói, trong khi hệ thống EHVA rất đắt và có các vấn đề liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ Cơ cấu truyền động van điện – khí nén (EPVA) dường như là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho EMVA và EHVA, với các đặc điểm như tính linh hoạt hoàn toàn của VVA, tiêu thụ năng lượng thấp và vận tốc đặt van thấp (mức độ tiếng ồn thấp) Hệ thống EPVA có thể được sử dụng mạnh mẽ hơn vì không khí không nhạy cảm như chất lỏng thủy lực với sự thay đổi nhiệt độ Ngoài ra, rò rỉ khí ít nghiêm trọng hơn rò rỉ dầu và do đó yêu cầu về độ chính xác cao thấp hơn so với hệ thống thủy lực.
Hình 27: Camless engine AB đã phát triển một hệ thống EPVA
Camless engine AB đã phát triển một hệ thống EPVA cung cấp khả năng điều khiển van biến thiên hoàn toàn Bộ truyền động van khí nén bao gồm vỏ bộ truyền động, hai van điện từ, hai van ống, hai van cổng, một pít-tông truyền động, một hệ thống chốt/van điều tiết thủy lực và các kênh dòng khí bên trong vỏ Thông tin nâng van được cung cấp bởi cảm biến quang Outlet, Inlet gắn bên trong bộ truyền động.
Hình 28: Cấu hình nâng van EPVA cùng với các xung điện áp điện từ tương ứng
Ta có thể thấy chu trình van bao gồm 3 phần là giai đoạn mở, giai đoạn dừng và giai đoạn đóng Giai đoạn mở bắt đầu với sự kích hoạt của van điện từ 1, S1, lần lượt đẩy van ống tương ứng Vị trí mới của van ống bây giờ cho phép không khí có áp suất cao đi vào xi lanh cơ cấu chấp hành Không khí cao áp đẩy piston của bộ truyền động và vì van tiếp xúc trực tiếp với piston của bộ truyền động nên nó bắt đầu mở Van điện từ 2, S2, được kích hoạt để ngừng nạp khí vào xi lanh và chênh lệch thời gian giữa kích hoạt S1 và kích hoạt S2, δ1, do đó xác định lực nâng của van Không khí cao áp mở rộng bên trong xi lanh truyền động cho đến khi nó cân bằng với lực lò xo van Khi kết thúc thời gian mở, chốt thủy lực được kích hoạt và ngăn chặn van quay trở lại Chốt thủy lực hoạt động trong toàn bộ thời gian dừng
Khi S1 bị vô hiệu hóa, chốt sẽ bị vô hiệu hóa, từ đó bắt đầu xả khí ra khỏi xi lanh cơ cấu chấp hành và van bắt đầu thời gian đóng Chênh lệch thời gian giữa thời gian ngừng hoạt động của S2 và S1, δ2, phải luôn luôn dương để ngăn chặn sự nạp đầy không khí thứ hai vào xi lanh cơ cấu chấp hành vì điều này sẽ kích hoạt quá trình nâng van thứ hai Vào cuối thời kỳ đóng (khoảng 3 mm trước khi kết thúc nâng van) van điều tiết thủy lực được kích hoạt và bắt đầu làm chậm van Trong khoảng từ 1 mm đến 0 mm, vận tốc đặt van không đổi với độ lớn xấp xỉ 0,5 m/s Nhờ đó, van điều tiết đảm bảo đặt van mềm mại với mức độ ồn thấp.
Ưu và nhược điểm của camless engine
- Thời gian đóng mở van có thể điều chỉnh vô hạn
Sử dụng dữ liệu đầu vào từ một số cảm biến động cơ, ECU có thể điều chỉnh thời điểm, độ nâng và khoảng thời gian nâng của van trên cả van nạp và van xả một cách độc lập để tối đa hóa hiệu suất hoặc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu (và khí thải), dựa trên điều kiện vận hành.
- Giảm thời gian làm nóng bộ chuyển đổi xúc tác
Khi khởi động, dòng khí thải từ cả hai van xả có thể được dẫn vào hệ thống xả, giúp giảm đáng kể thời gian làm ấm bộ chuyển đổi xúc tác Trong thực tế, điều này có nghĩa là không cần phải xử lý trước xúc tác đối với dòng khí thải Tuy nhiên, lưu ý rằng trong thời gian bộ chuyển đổi xúc tác nóng lên, bộ tăng áp bị thiếu áp suất truyền động (khí xả), điều này chắc chắn sẽ làm tăng độ trễ turbo.
- Kiểm soát hiệu quả hơn áp suất truyền động turbo
Dòng khí xả được kiểm soát và điều chỉnh sao cho tối ưu hóa hoạt động của turbo tăng áp.
- Tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu
Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng tiết kiệm nhiên liệu là thực tế với trục cam thông thường, không thể thải tất cả các sản phẩm cháy ở dạng khí ra khỏi xi lanh Tuy nhiên, khác với những thiết kế hiện tại, trên động cơ không cam FreeValve, hai cổng xả trên mỗi xi-lanh có thiết kế hơi khác một chút và hai van xả trên xi lanh có thể được điều khiển độc lập với nhau, nên có thể xả toàn bộ khí thải ra khỏi xi lanh bằng cách tạo ra một xung áp suất cao trong ống xả “kéo” 100% lượng khí thải ra khỏi xi lanh.
- Tăng hiệu suất thể tích
Cũng như các cổng xả, các cổng nạp trên mỗi xi-lanh của động cơ FreeValve cũng hơi khác một chút Điều này làm tăng quán tính (động lượng) của khí nạp, thời gian đóng mở cũng được điều chỉnh độc lập và theo yêu cầu, do đó làm tăng quá trình phun nhiên liệu và cải thiện quá trình đốt cháy Hiệu suất thể tích có thể tăng 30% so với động cơ thông thường có cùng dung tích.
- Tăng sức mạnh cho động cơ
Tổng hợp lại, những ưu điểm của thiết kế không cam được liệt kê ở trên đã giúp tăng công suất tăng ít nhất 47%, mô-men xoắn tăng 45% và cải thiện 15% khả năng tiết kiệm nhiên liệu so với động cơ thông thường tương tự Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng những tuyên bố này có thể đúng hoặc không đúng hoặc không chính xác, vì chúng chưa được xác minh bởi những người đánh giá độc lập. b Nhược điểm: Độ phức tạp và chi phí: Động cơ không trục cam yêu cầu hệ thống điều khiển điện tử và bộ truyền động phức tạp, điều này có thể làm tăng chi phí và độ phức tạp của động cơ. Đóng mở van tốn nhiều thời gian.
Dễ xảy ra trục trặc do phụ thuộc khá nhiều vào máy tính điện tử để điều khiển sự đóng mở của xupap, có thể động cơ sẽ cho ra lượng khí độc hại lớn hoặc tệ hơn nữa, và thậm chí có thể sẽ phá vỡ đỉnh piston, hỏng động cơ nếu xupap đóng mở không đúng thời điểm.
Ứng dụng của camless engine trên các hãng ô tô
Tại triển lãm Geneva Online Motor Show cách đây không lâu, nhà sản xuất siêu xe thể thao Thụy Điển Koenigsegg đã trình làng mẫu xe 4 chỗ Mega-GT đầu tiên của mình.
Hình 29: Siêu xe Mega_GT
Koenigsegg Gemera, công suất 1.700 mã lực và mô-men xoắn 3.500 N•m, xe chỉ mất 1,9 giây để tăng tốc từ 0 đến 100 km/h và tốc độ tối đa vượt quá
400 km/h Đằng sau những dữ liệu chói lóa về xe này, điều thu hút nhất chính là động cơ TFG 3 xi-lanh 2.0 tăng áp kép được lắp trên Gemera.Không giống như động cơ truyền thống, động cơ TFG này không có trục cam, đây cũng chính là thứ mà Koenigsegg gọi là công nghệ Freevalve. Động cơ không có cam từ FreeValve, một tập đoàn chị em của Koenigsegg, sẽ chứng minh rằng công nghệ hoạt động bằng cách lái xe lên sân khấu trong buổi thuyết trình của Quoros tại Triển lãm ô tô Quảng Châu vào tháng 11 năm 2016 Đây sẽ là một bước tiến lớn đối với van cải tiến hệ thống kiểm soát thức sự đi vào sản xuất Công nghệ sẽ bước lên sân khấu trong động cơ tăng áp 1.6 lít trong chiếc hatchback Quoros 3 được sửa đổi đặc biệt Theo FreeValve, động cơ tạo ra công suất 230 mã lực ( 172 kilowatt) và mô-men xoắn 236 pound-feet ( 320 Newton-mét) Các con số được báo cáo tương đương với công suất cao hơn 47%, mô-men xoắn 45% và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn 15% so với cùng một động cơ với một valvetrain thông thường Christian von Koenigsegg, Chủ tịch của
FreeValve cho biết, việc này tiến gần hơn đến việc sản xuất hàng loạt công nghệ FreeValve cũng là bước đầu tiên hướng tới lời hứa giảm lượng khí thải CO2 quan trọng.
Hệ thống này cũng có nghĩa là động cơ không cần bất kỳ thiết bị đo thời gian truyền thống nào và thậm chí có thể loại bỏ một phần như thân van tiết lưu, chất thải và hệ thống phun trực tiếp Những thay đổi giải phóng 44 pound (20 kg) được yêu cầu ra khỏi một động cơ và làm cho nó nhỏ hơn bằng cách loại bỏ rất nhiều thành phần.
Trước khi động cơ không có cam thực sự có thể được bán, vẫn còn nhiều thử nghiệm nữa Qoros và FreeValve bây giờ sẽ bắt đầu đánh giá nó trong đội xe và họ sẽ tiến gần hơn để thực sự đưa một động cơ với công nghệ này được bán.
FreeValve đã làm việc trên động cơ không có cam từ năm 2000 Vào năm 2012, công ty thậm chí còn phát triển một phiên bản nguyên mẫu sử dụng
Koenigsegg chanh biturbo V8 Công ty cũng đã hiển thị một khái niệm về hệ thống với Qoros tại
Auto China vào đầu năm nay.
Quan điểm cá nhân
Thông qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, em thấy rằng camless engine đang và sẽ là một bước đột phá vượt bậc cho ngành công nghệ ô tô hiện nay bởi nhiều thuận lợi mà nó mang lại.
Như đã tìm hiểu, Camless engine sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn đối với các động cơ thông thường Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại những thách thức mà các nhà phát triển cần phải vượt qua để Camless engine có thể phát triển và sử dụng rộng rãi Ví dụ như các cảm biến và điều khiển điện tử phức tạp mà nó mang theo, có thể làm tăng độ phức tạp và chi phí cho một động cơ có thể sẽ khá cao Chúng cần đáng tin cậy và bền bỉ theo thời gian, vì chúng chịu một lượng nhiệt và áp suất cao trong quá trình vận hành.
Như vậy, ta có thể thấy Camless engine có khả năng cách mạng hóa động cơ đốt trong và mang lại nhiều cải tiến đáng kể về hiệu suất, nhưng cần phải nghiên cứu và phát triển thêm để hoàn thiện công nghệ và biến nó thành ứng dụng thực tế để sử dụng rộng rãi.