He thong phan phoi khi thong minh cua cac hang xe

phân phối khí thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG

GVHD: NGUYỄN HUỲNH THI

SVTH: NGUYỄN THANH TUYẾN

MSSV: 008306018

TP MỸ THO , tháng 6 ,năm 2011

NHẬN XÉT CỦA CÁN HƯỚNG DẪN BỘ

Tên đề tài : Hệ Thống Phân Phối Khí Thông Minh VVT-I Trên ÔTÔ

Kết luận: Mỹ Tho , ngày …,tháng… ,năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên)

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÁC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG

MINH

Sau một thời gian thực hiện , với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Huỳnh Thi , đến nay đề tài của tôi đã được hoàn thành Mặc dù có nhiều nguồn tài liệu đặt biệt như là trên Internet rất nhiều , nhưng do kiến thức và thời gian có hạn khó tránh khỏi những say lầm thiếu sót , rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để bài tiểu luận của tôi được hoàn thiện hơn

Qua đây em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huỳnh Thi đã gới thiệu đề tài rất hay để chúng em học và nghiên cứu

Mỹ Tho , tháng 06/2011Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Tuyến

MỤC LỤC



Lời nói đầu

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Nhiệm vụ :

1.2 Yêu cầu :

1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong

1.4 Một số hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong ……

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÁC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH 2.1 Giới thiệu sơ lựơc : 2.2 Hệ thống phối khí VVT-I :

2.2.1 Lịch sử hình thành hệ thống phân phối khí VVT

2.2.2 Cấu tạo :

2.2.3Nguyên lý hoạt động .

2.2.4 Trục cam và hệ thống phối khí thông minh (VVT-i):

2.3 Công nghệ VVTL-I của HONDA

2.3.1 Cấu tạo

2.3.2 Nguyên lý hoạt động:

2.4 Cấu tạo và hoạt động của hệ thống VTEC (VARYABLE VALVE TIMING AND LIFT ELECTRONIC CONTROL ) công nghệ VTEC của HONDA :

2.4.1 Cấu tạo

2.4.2 Nguyên lý hoạt dộng

2.5 Tìm hiểu MVEC trên xe MISUBISHI :

2.5.1 Cấu tạo

2.5.2 Nguyên lý hoạt động .

2.6 Cơ cấu VARIO CAM PLUS của hang PORSCHE :

CHƯƠNG III : CÁC HƯ HỎNG , PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA VÀ SỬA CHỬA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

3.1 Hư hỏng của cơ cấu phối khí thường do 2 nguyên nhân :

Xu páp đóng không kín và Xu páp làm việc có tiếng gõ :

3.2 Các hư hổng của các bộ phận tay dổi hành trình xupap : 3.3 Phưong pháp kiểm tra hư hổng và cơ cấư phân phối khí : 3.4 Kiểm tra cảm biến :

Kết luận Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Với một đích củng cố và mở rộng kiếm thức chuyên môn , đồng thời làm quen với phong cách nhiên cứu khoa học góp phần nâng cao hiệu quả phối khí trên động cơ dốt trong Tôi đã chọn đề tài này làm tiểu luận tốt nghiệp

Người thực hiệnNGUYỄN THANH TUYẾN

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG

 1.1 Nhiệm vụ :

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí.thải sạch khí ra khỏi xylanh và nạp dầy hỗn hợp hoặc khí mới vào xylanh để động cơ làm việc liên tục

 1.2 Yêu cầu :

Đảm bảo thải sạch và nạp đầy

Các xupap phải đống mở đúng theo thời điểm quy định

Độ mở phải lớn để dòng khí dể lưa thông

Cá c xupap phải kín khít , tránh lọt khí trong quá trình nén va giản nở

Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy công chi phí thấp

Yêu cầu đối vói hệ thống nạp:

Các đường dẫn khí phải được thiết kế đặc biệt để điền khiển lưu lượng , tốc

độ và chiều dẫn không khí tốt nhất

Cung cấp không khí để quét

Cung cấp khí sạch cho từng xylanh theo yêu cầu cháy hoàn hảo

Giảm tiếng ồn dòng khí lưu động

Sáy nóng hỗn hợp khí _nhiên liệu đi vào các xylanh

Yêu cầu đối vói hệ thống xả:

Dẫn khí xả của động cơ ra ngoài không khí và giảm tiến ồn

Lộc và tiêu hủy khí xả độc

 1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong :

1) Cơ cấu phân phối khí dùng cam – xupap

2) Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt

3) Cơ cấu dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa xả cửa dộng cơ 2 kỳ

4) Cơ cấu phân phối khí dùng bộ phận điều khiển điện tử (ECM) tín hiệu đến cuộn solenoid ,các cuộn solenoid điện có nhiệm vụ mở các xupap

hơn so với dùng xupap đặt Cuấ tạo làm cho buồn cháy gọn, đây là điều kiện tiên quyết để có tỷ số nén cao và giảm khả năng kích nổ cưa động cơ xăng.các dòng khí lưu thông ít bị ngoặc tổn thất nhỏ tạo điều kiện cho việc thải sạch và nạp đầy hơn.

 1.4 Một số hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay khí: xả khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh trong quá trình làm việc của động cơ, đảm bảo đóng kín các cửa nạp, cửa xả trong quá trình

 1 Cơ cấu phân phối khí có xu páp treo:

Hình 1.1 Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo

Cơ cấu phân phối khí có xu páp treo (Hình 1), các xupáp được bố trí ở phía trên của nắp máy Hệ thống nạp xả này được dùng hầu hết trong động cơ diesel

và động cơ cơ xăng có tỷ số nén cao Cơ cấu xupáp treo gồm:

trục cam, con đội, đũa đẩy, đòn gánh, lò xo, ống đẫn hướng và đế xupáp.Đối với cơ cấu xupáp treo có trục cam đặt ở phía trên nắp máy Thì có thể không

có đũa đẩy mà thay vào đó là xích hoặc bánh răng Và có thể có hoặc không có đòn gánh

Khi trục cam quay, cam sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội làm cho đũa đẩy chuyển động tịnh tiến do đó làm cho đòn gánh quay quanh trục đòn gánh Đầu đòn gánh sẽ đè lên đuôi xupáp làm cho xupáp chuyển động tịnh tiến

đi xuống mở cửa nạp và xả để thực hiện quá trình trao đổi khí Vào lúc cam không đôi con đội thì lò xo xupáp sẽ giãn ra, làm cho xupáp chuyển động đi lên đóng cửa nạp và xả lại để thực hiện quá trình nén, cháy, giãn nở và sinh công Ở

tư thế này, lúc máy còn nguội, giữa đầu đòn gánh và đuôi xupáp sẽ có khe hở, gọi là “khe hở nhiệt” Nhờ nó, khi máy làm việc, do nóng lên, xupáp có giãn nở, buồng đốt cũng không bị hởn hiệt

 2.Cơ cấu phân phối khí có xu páp đứng (xupáp đặt):

Hình1 2 Cơ cấu phân phối khí có xu páp đứng.

1 –đế xupap; 2 – xupap; 3- ống dẫn huớng xupap; 4 – lò xo xupap;

truyền động cho xupap 2 Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông

7 và ốc hãm 8 sẽ điều chỉnh được khe hở nhiệt Loại hệ thống nạp xả có xupáp đứng này làm tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupáp treo do đó độ tin cậy khi làm việc của loại này cao hơn hệ thống nạp xả có xupáp treo Và an toàn hơn loại xupáp treo, vì giả sử móng hãm xupáp có tuột

ra, xupáp cung không rơi vào xylanh, không gây hư hỏngcho piston, xy lanh đặc biệt khi khi động cơ đang làm việc

 3 Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp:

Hình 1.3 Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp

1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh;6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo;

Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thể hiện trên hình vẽ (Hình 1.3) khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mở xupáp, không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh……

có ưu điểm là làm việc êm hơn, ít gây tiếng ồn Bởi vì cơ cấu này không có chi tiết làm việc theo chuyển động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp có đòn gánh và đũa đẩy Loại này có xupáp rỗng, ghép Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupáp, sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupáp) Tuy nhiên, đối với xupáp xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 – 400)0C vì vậy các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ, điều chỉnh bu lông 5 rấtkhó Lò xo xupáp ở đây có hai chiếc có độ cứng khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy tránh được sự cộng hưởng nên bền lâu hơn Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối, như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt Trong trường hợp này, nhà chế tạo để khe hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, àm việc an toàn.

 4 Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh:

Hình 1.4 Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh.

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh được thể hiện trên hình vẽ (Hình 4) Trục cam đặt trên nắp xylanh, nhưng cam không trực tiếp tỳ vào xupáp mà thông qua đòn gánh số Chuyển động từ

Hệ thống điều khiển đông cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt đông của động cỏ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cả biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán khi có sự cố xảy ra Điều khiển đông cơ bao gồm điều khiển phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển góc phối cam, điều khiển ra tự động.

Hình1 5 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình

b Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.6:Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển kiểu Valvetronic.

1:Mô tơ bước; 2:Bộ truyền trục vít bánh vít; 3:Cần dẫn hướng

4:Trục nắp cần dẫn hướng; 5: Đòn gánh; 6:Lò xo xupap; 7: Xupap

Hê thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họng bướm ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu Bướm ga mở càng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càngnhiều Tại vùng họng bướm ga, bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng, nhưng những piston vẫn còn hoạt động, không khí được lấy vào từ một phần của ống thông của đường ống phân phối đầu vào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga

và buồng đốt có độ chân không thấp ngăn cản tác động của sự hút vào và bơm vào của những piston, làm lãng phí năng lượng.Các kỹ sư ô tô nói đến hiện tượng này như sự bỏ phí năng lượng khi có sự bơm Động cơ hoạt động càng chậm thì các bướm ga đóng càng nhiều, và sự lãng phí năng lượng càng lớn Valvetronic giảm tối thiểu mất mát khi bơm bằng sự giảm bớt sự tăng lên của trục van và số lượng không khí đi vào buồng cháy So với những động cơ cam đôi kiểu cũ với sự xuất hiện của bánh con lăn có bộ phận định hướng, valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, một mô tơ điện và một số cần đẩy (đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của các xupáp Nếu đòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupáp lớn nhất và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất Như vậy, valvetronic

có khả năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳ thuộc vào

vị trí định trước trên động cơ

Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh

Hình 1.7 : Phối khí trục cam trên đỉnh, trong DOHC

Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh là thuật ngữ trong nghệ ô để chỉ cơ cấu điều hành sự chuyển động của các trong động cơ ô tô, nhờ vào các đặt trên đỉnh động cơ.Có một số cơ cấu thông dụng như SOHC, DOHC, SOHC

Hình 1.8 : Cơ cấu SOHC

Một cơ cấu SOHC SOHC (viết tắt cho từ Single Over Head Camshaft) dùng để chỉ cơ cấu phối khí một trục cam trên đỉnh Trong cơ cấu này, được bố trí trong cụm đầu xylanh (trên đỉnh piston), được dẫn động bởi xích cam và điều khiển xupap thông qua

Ưu điểm của cơ cấu là do giảm nhiều chi tiết dẫn động nên nó hoạt động

ổn định hơn, ngay cả ở tốc độ cao

Tuy nhiên cơ cấu này cũng có nhược điểm là khả năng đáp ứng của xupap không nhanh bằng cơ cấu DOHC

Hình 1.9 : Cơ cấu DOHC

Cơ cấu DOHC của một động cơ của OHC (viết tắt cho từ tiếng Anh Double Over Head Camshaft) dùng để chỉ cơ cấu phối khí hai trục cam trên đỉnh Trong cơ cấu này, xupap nạp và xupap xả được điều khiển bởi hai trục cam riêng biệt Có 2 loại cơ cấu phối khí hai trục cam: loại có sử dụng cò mổ và loại không sử dụng cò mổ

Cơ cấu DOHC cho phép thiết kế dạng buồng đốt ưu việt hơn loại SOHC Khả năng đáp ứng và hoạt động của xupap cũng nhanh hơn và chính xác hơn so với loại SOHC Do vậy, cơ cấu này được áp dụng cho các loại động cơ cần tính năng cao, tốc độ cao (thể , xe hơi)

Hình 2.1 : Xupap thông minh

Xu hướng phát triển của ô tô hiện đại ngày nay là gia tăng tốc độ cực đại

từ 180-250 km đến 250-330 km/h và giảm tiêu hao nhiên liệu Các giải pháp được đưa ra nhằm tăng tốc độ động cơ là điều khiển pha phối khí hoặc thay đổi hành trình xupáp thông minh Tiếp theo đó nhiều hãng xe lớn trên thế giới đã và đang áp dụng giải pháp thứ hai vào mục đích trên Các công nghệ như VVTL-i của Toyota; VTEC của Honda; MIVEC của Mitsubishi; VALVETRONIC của BMW; VVEL của Nissan lần lượt xuất hiện đã khẳng định tầm quan trọng của

vấn đề nêu trên Bài viết kỳ này chúng tôi sẽ lần lượt giới thiệu với các bạn về các công nghệ này.

Hiện nay trên động cơ ôtô có nhiều ký hiệu chữ cái viết tắt như: HONDA gọi là VTEC hay i-VTEC, VVT-i và VVTL-i của Toyota…Chúng nhằm quảng

bá cho các công nghệ mới nhất và tiên tiến của hãng nhưng bên cạnh đó khiến người tiêu dùng không thể hiểu hết được các kí hiệu phức tạp đó

Hình 2.2 : Hệ thống điền khiển bằng thủy lực

Dưới đây chúng tôi đưa ra một số giải thích cơ bản như sau:

- Trên ôtô, các loại động cơ 4 kỳ hiện đại ngày nay sử dụng cơ cấu phối khí thông minh ( cơ cấu điều khiển trục cam thông minh) nhằm điều chỉnh thời điểm đóng mở xupap, pha phối khí một cách tự động hoặc làm thay đổi độ nâng của xupáp tự động tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ

Hình 2.3 : Động cơ VVT-I

- HONDA có động cơ VTEC ( Variable Vale Timing and Lift Electronic Control ): Pha phối khí và độ mở van điều kiển điển tử , Hệ thống VTEC hoạt động giống như một thiết bị nén hay một tuốc bin tăng áp bằng cách tạo ra khả năng cuốn cao và hiệu suất tiếp nhiên liệu hiệu quả để tạo ra công suất lớn

Hình 2.4 : Hệ thống VTEC

- Ngoài ra HONDA còn có các thế hệ động cơ như :VTEC-E: là hệ thống

bộ truyền động van trong đó hai chế độ cam điều khiển van có kích thước khác nhau Cam ngắn hơn cho phép một van mở với độ mở ít và điều này làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu Giống hệ thống VTEC ban đầu, khi động cơ đạt số vòng/phút lớn hơn, chốt khóa khóa cam thiết kế cho vòng tua cao và thời gian

mở van được tăng lên để đạt được công suất lớn hơn

3STAGE VTEC: Hệ thống này sử dụng 3 chế độ cam khác nhau hoạt động

ở 3 pha Mỗi cam điều khiển một pha thời gian mở và nâng van khác nhau

i-VTEC: (Intelligent VTEC) là hệ thống điều khiển van thành công nhất từ trước tới nay của hãng HONDA và được ứng dụng trên nhiều mẫu xe Hệ thống i-VTEC được giới thiệu năm 2001 và sử dụng thiết bị điều chỉnh thời gian van nạp biến thiên liên tục và hệ thống quản lý do máy tính điều khiển để tối ưu hóa

mô men xoắn và hiệu suất sử dụng nhiên liệu

AVTEC: Advanced VTEC được hãng HONDA giới thiệu năm 2006 Hệ thống này kết hợp những lợi thế của hệ thống i-VTEC với hệ thống điều khiển pha biến thiên liên tục Hãng HONDA cho biết hệ thống AVTEC sẽ cho phép tiết kiệm 13% nhiên liệu so với hệ thống i-VTEC và giảm tới 75% khí thải so với tiêu chuẩn năm 2005 Tuy vậy, cho đến nay, hệ thống này vẫn chưa được trang bị cho các mẫu xe ô tô mới được sản xuất

Hệ thống VTEC của HONDA là dấu mốc quan trọng trong việc nghiên cứu

và phát triển động cơ đốt trong vì nó đã góp phần giải quyết thành công một vấn

đề đã được đặt ra từ lâu Đó là vấn đề về hiệu suất hoạt động của động cơ Hệ thống VTEC ra đời không chỉ giúp tăng hiệu suất của động cơ đốt trong mà còn mang đến cho khách hàng một chiếc xe công suất cao và tiết kiệm nhiên liệu

- Hãng xe Nhật TOYOTA thì có VVT-i (Variable Vale Timing – intelligent): thời điểm phối khí thay đổi – thông minh hay VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift – intelligent) thời điểm phối khí và hành trình xupáp thay đổi – thông minh

Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí

xả ô nhiễm

Hình 2.5 : Hệ thống VVTL-i

Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến, còn hệ thống VVTL-i dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng một cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình của xupáp nạp và xả Điều này cho phép được được công suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu hay ô nhiễm khí xả

- Cũng như thế BMW gọi công nghệ này phức tạp hơn là VANOS (Variable nockenwellen steuerung ) Hệ thống VANOS làm việc dựa trên nguyên tắc là điều khiển các cơ cấu của hệ thống, mà việc điều chỉnh đó có thể lam thay đổi vị trí tương đối của trục cam nạp đối với trục khuỷu

Hệ thống điều chỉnh kiểu VANOS giúp cho việc điều khiển hệ thống phân phối khí ở chế độ tối ưu nhất Hệ thống này điều chỉnh cả trục cam nạp và trục cam xả, điều chỉnh được thời điểm đóng, mở các xupáp nạp và xupáp xả theo từng chế độ yêu cầu của động cơ Nhờ việc điều chỉnh hợp lý cơ cấu xuppáp nạp

và xuppáp xả do đó để tiết kiệm được lượng nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở các chế độ khác nhau và lượng nhiên liệu thất thoát ra ngoài theo khí thải trong quá trình xả của động cơ kết quả là đã giảm được chi phí nhiên liệu khi vận hành động cơ Làm tăng công suất định mức của động cơ do đó hiệu quả kinh tế khi

sử dụng động cơ tăng

- Ngoài ra còn một số hãng khác như:

Mitsubishi có động cơ MIVEC ( Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ): hệ thống điều khiển van bằng hệ thống kiểm soát thời gian bằng điện tử

Nissan có động cơ VVL ( Variable Valve Lift and Timing): độ mở van và thời gian

Porsche goi là VarioCam Plus: van biến thời gian

GM gọi là VVT,

Subaru cũng không chịu kém phần đặt luôn cái tên là Dual AVCS Cập nhật 2:30pm 9/8/2010) Hiện nay trên động cơ ôtô có nhiều ký hiệu chữ cái viết tắt như: HONDA gọi là VTEC hay i-VTEC, VVT-i và VVTL-i của Toyota… Chúng nhằm quảng bá cho các công nghệ mới nhất và tiên tiến của hãng nhưng bên cạnh đó khiến người tiêu dùng không thể hiểu hết được các kí hiệu phức tạp đó

Được phát triển bởi Giovanni Torazza vào cuối những năm 1960, hệ thống này đã sử dụng áp suất bằng thủy lực để làm thay đổi điểm tựa của cam

cho phù hợp ( phát minh US 3.641.988 ).Áp suất thủy lư này thay đổi tuỳ theo

tốc độ động cơ và áp suất của van nạp Độ mở của van có thể thay đổi tới 37%

Hình 2.7: Cơ cấu thay dổi thời điểm của hãng FIAT- Distribution Torazza

(1970).

Hình 28 : Các loại cơ cấu thay đổi cổ điển.

Vào tháng 9 năm 1975, hãng General Motor phát minh ra hệ thống có ý định là thay đổi độ nâng van GM đã chú ý đến họng của van nạp nhằm giảm bớt lượng nhiệt thoát ra Bằng cách giảm đến mức tối thiểu lượng nâng van tại tải trọng thấp mà vẫn giữ được tốc độ nạp cao, do đó làm nhỏ lại họng nạp GM đã không giải quyết được vấn đề khi hoạt động ở độ nâng rất thấp nên dự án đã bị

bỏ dở Hãng Alfa Romeo là hãng sãn xuất xe đầu tiên đã sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm độ nâng van trong sản xuất xe (phát minh US 4.231.330) Chiếc xe Alfa Romeo Spider 2.0L năm 1980 đã sử dụng hệ thống VVT với hệ thống phun xăng Spica và được bán ở Mỹ Về sau nó cũng còn được sử dụng trên model xe Alfetta 2.0 Quandrifoglio Oro vào năm 1983 cũng như các loại xe khác Nissan cũng phát triển hệ thống VVT riêng của họ vớiđộng cơ VG30DE(TT) cho loại

xe Concept Mid-4 của họ Nissan đã tậptrung chính vào việc sản xuất hệ thống NVCS của mình (Nissan Valve- Timing Control System) tại tốc độ momen xoắn nhỏ và trung bình, bởi vì phần lớn động cơ không hoạt động nhiều ở tốc độ cao

Hệ thống NVCS này có thể đáp ứng được cả hai yêu cầu là tốc độ cầm chừng

đầu tiên sử dụng kỹ thuật điều khiển VVT bằng điện tử.

Hình 2.9 : Cơ cấu trên động cơ Nissan Maxima.

Với bước tiếp theo là vào năm 1989, Honda với hệ thống VTEC (Variable Valve Timing And Lift Electronic Control) Honda bắt đầu sản xuất hệ thống này nhằm làm cho động cơ có khả năng hoạt động trên các chế độ của cam khác nhau, bằng cách điều chỉnh lại trong việc thiết kế Một chế độ được thiết kế để

mở van tại tốc độ động cơ thấp, được quy định bởi một phương pháp có lợi khi cần sự tiêu hao nhiên liệu thấp và phát ra công suất nhỏ Ở chế độ nâng cao, chế

độ thời gian hoạt động dài, và hoạt động suốt khi tốc độ cao nhằm gia tăng công suất đầu ra Vào năm 1992 hãng BMW đã giới thiệu hệ thống VANOS (Variable

Nockenwellen Steuerung) Nó cũng tương tự như hệ thống NVCS của Nissan,

nó có thể cung cấp sự thay đổi về thời gian cho trục cam nạp theo từng bước hoặc theo từng giai đoạn Hệ thống VANOS này có sự khác biệt là nó có thể cung cấp thêm một bước cho cả ba giai đoạn

Hình 2.10 : Cơ cấu của hãng BMW.

Sau đó vào năm 1998, hệ thống Double VANOS được giới thiệu, nó có thể điều khiển sự tăng mức độ đốt cháy nhiên liêu một cách to lớn, tăng công suất, mômen xoắn và đưa ra mức độ không tải tốt hơn,tiết kiệm nhiên liệu hơn

Hệ thống Double VANOS này là hệ thống đầu tiên điều khiển bằng điện tử, điều khiển sự hoạt động liên tục của cả van nạp và van xả

Hình 2.11 : Cơ cấu Double VANOS của hãng BMW.

•

NNăm 2001, hãng BMW giới thiệu hệ thống Valvetronic,đây là hệ thống duy nhất

có thể làm thay đổi độ nâng van nạp một cách liên tục, cộng thêm thời gian cho

cả hai van nạp và xả Hệ thống điều khiển chính xác đã chú ý nhiều hơn đến nhiệm vụ của van nạp để điều khiển hoàn toàn van nạp, chú ý đến sự cần thiết của van tiết lưu và giảm sự tổn thất lớn của bơm

vào năm 2004 Động cơ được sử dụng là động cơ 5.4L 3 valve Triton.

Vào năm 2005 hãng General Motor đã đưa ra hệ thống Variable Valve Timing cho động cơ I-head V6, gồm có LZE và LZ4

Trên mỗi chiếc xe Toyota, chúng ta luôn thấy có dòng chữ VVT-i nằm ở vị trí hai bên cửa xe Dòng chữ viết tắt này có ý nghĩa là gì ? Chúng ta cùng tìm hiểu VVT-i.

VVT-i là chữ viết tắt của từ Variable Valve Timing with intelligence - một

hệ thống thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện – thủy lực

Cơ cấu này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc

của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động

Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động cung cấp nhiên liệu Hệ thống điều khiển hệ thống van nạp biến thiên VVT-i được thiết kế với mục đích nâng cao mô men xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu

và khí thải độc Các bộ phận của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit, bơm và đường dẫn dầu, bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện, các cảm biến: VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium

Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực

tế, ECU sẽ tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt Như vậy, thay cho

hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỉ lệ % nhiên liệu được đốt Thông tin từ đây được gởi về ECU và cũng được phối hợp

xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môi trường

phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm.Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi so vưới góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưucho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến Thời điểm phối

khí được điều khiển như sau.

Hình 2.12 :Hệ thống VVT-i

• Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ:Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động

• Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặngThời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng

• Khi tốc độ cao và tải nặng

Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam

Hinh 2.13: Biều đồ thề hiện thời điểm phối khí Cấu tạo

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và

Hình 2.14 : Bộ điều khiển VVT -I

1 Bộ điều khiển VVT-i

Hình 2.15 : Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi

để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động

cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i

để tránh tiếng gõ

Ngoài loại trên, cũng có một loại mà píttông dọc chuyển theo hướng trục giữa các then xoắn của bánh răng bên ngoài (tương ứng vưới vỏ) và bánh răng trong (gắn trực tiếp vào trục cam) để làm xoay trục cam

Hình 2.16 : Van điều khiển phối khí trục cam VVT - i

Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệ hiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn Khi động

cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.Hoạt động

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chon đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng

với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp,

vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và

điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.Hệ thống VVT-i là thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện - thủy lực Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng

áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm.Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

 2.2.3 Nguyên lý hoạt động:

1. Làm sớm thời điểm phối khí

Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí

Hình 2.17 :Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm

2 Làm muộn thười điểm phối khí