Hệ thống phân phối khí VTEC honda

Vì vậy để khắc phục những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

******

TIỂU LUẬN

HONDA”

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

2 Nội dung chính

3 Mục đích nghiên cứu

PHẦN NỘI DUNG

1.Lịch sử phát triển

2.Công nghệ VTEC

3.Phân loại

3.1.DOHC VTEC

3.1.1.Cấu tạo

3.1.2.Nguyên lí hoạt động

3.1.2.1 Ở tốc độ thấp

3.1.2.1 Ở tốc độ cao

3.2.SOHC VTEC

4.Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống

5.Công nghệ mới i-VTEC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:

Trong sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp ô tô trên thế giới người ta luôn mong muốn có được một động cơ đốt trong luôn đảm bảo được tính hiệu quả và tính kinh tế cao Và để đạt được một loại động cơ như thế thì người ta cần nghiên cứu đến những yếu tố ảnh hưởng đến tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ Trong khi đó, hệ thống phân phối khí cổ điển còn nhiều hạn chế Vì vậy để khắc phục những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt

Để tăng hệ số nạp thêm (λ1) đối với mỗi hãng xe người ta điều có một công nghệ nhằm thay đổi góc phân phối khí sao cho phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ Trong đó hãng HONDA sử dụng công nghệ i-VTEC nhằm tối ưu quá trình nạp và thải của động cơ ở mọi chế độ làm việc

2. Nội dung chính:

Lịch sử phát triển của VTEC

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của VTEC

Ưu điểm và nhược điểm của VTEC

Các hãng xe sử dụng hệ thống VTEC

3. Mục đích nghiên cứu:

Nhằm hiểu rõ hơn về hệ thống phân phối khí VTEC của hãng Honda Bên cạnh đó

ta cũng biết được ưu và nhược điểm của hệ thống

PHẦN NỘI DUNG

1. Lịch sử phát triển:

VTEC trên động cơ có trục cam kép (DOHC) được giới thiệu vào năm 1989 trên chiếc Honda Integra bán ở Nhật Nó có công suất 160 mã lực Khách hàng Mỹ làm quen với VTEC từ 1991 trên Acura NSX, sử dụng động cơ DOHC VTEC V6

VTEC trên động cơ trục cam đơn SOHC

Để tăng sự phổ biến và giá trị của VTEC, Honda tích hợp hệ thống này trên động

cơ trục cam đơn SOHC Trên động cơ trục cam đơn, người ta chỉ sử dụng một trục cam để điều chỉnh cả van nạp lẫn van xả Trên thực tế, động cơ sử dụng SOHC chỉ hiệu quả khi hệ thống VTEC áp dụng trên van nạp Lý do là ở động cơ SOHC,

bu-gi đặt nghiêng với trục cam và nó nằm bu-giữa hai van xả nên việc ứng dụng VTEC ở van xả là không thể

2. Công nghệ VTEC:

VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ "Variable valve Timing and lift Electronic Control" Hệ thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua động cơ khác nhau VTEC của Honda là một trong nhiều công nghệ điều van biến thiên trên thế giới như VVT-i của Toyota hay VarioCam plus của Porsche VTEC được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo nên

Động cơ tích hợp i-VTEC của Honda Civic Ảnh: Honda.

Trong các động cơ đốt trong 4 kỳ thông thường, các van nạp và van xả được điều khiển thông qua các con đội trên trục cam Hình dáng của các con đội sẽ xác định thời điểm (timing), độ nâng (lift) và khoảng thời gian mở (duration) của từng van

Thuật ngữ timing dùng để chỉ khi nào van được mở/đóng so với chu trình của piston Từ lift dùng để chỉ van được mở ở mức độ như thế nào và duration thể hiện

van ở trạng thái mở trong thời gian bao lâu

Do tính chất của hòa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các van ở vòng tua thấp và vòng tua cao rất khác nhau Thông thường, khi thiết kế động cơ, các kỹ sư phải lưu ý tới điều kiện làm việc của từng xe và xác định chúng cần công suất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua nào Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các van ở vòng tua thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng thái vòng tua cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở số vòng tua cao thì động

cơ lại hoạt động không tốt ở vòng tua thấp

Từ những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt Trên thực tế, điều chỉnh một cách hoàn toàn cả 3 thông số của van là điều rất khó

Để làm điều này, có thời kỳ người ta sử dụng một cuộn cảm để điều chỉnh van thay

vì sử dụng cam Tuy nhiên, kỹ thuật trên không được sản xuất do quá phức tạp và rất đắt Cách tiếp cận ngược lại là điều chỉnh van sao cho động cơ hoạt động tốt ở vòng tua cao Điều này có nghĩa xe sẽ hoạt động rất yếu ở khi tốc độ vòng tua thấp (trạng thái mà hầu hết các xe luôn có) và hoạt động tốt ở vòng tua cao

Hệ thống điều khiển van biến thiên VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu quả của động cơ VTEC sẽ điều khiển các thông số của van nạp, xả hoặc cả hai sao cho hòa khí đi vào buồng đốt hay khí xả đi

ra một cách thích hợp nhất Đối với hệ thống nạp, biến đổi độ dài của các đường ống nạp được áp dụng có thể điều khiển được chiều dài tối ưu của đường ống nạp, nghĩa là làm cho độ dài của đường ống nạp lớn hơn

Ở công nghệ VTEC động cơ bố trí 4xupap cho mỗi xylanh, bao gồm 2 xupap nạp

và 2 xupap thải Điều khác biệt là trên mỗi trục cam có 3 vấu cam 2 vấu cam điều khiển cho động cơ làm việc ở chế độ thấp còn vấu cam còn lại đều khiển ccho động

cơ làm việc với tốc độ hai vấu cam làm việc với dãi tốc độ thấp có biên độ mở nhỏ, còn cam làm iệc với dãi vòng quay lớn thì có biên độ mở lớn Các piston lắp đặt bên trong cò mổ sẽ đẩy piston đồng bộ di chuyển cùng hướng để ép piston chặn

và lò xo hoàn lực lại tạo sự liên kết hai cò mổ lại với nhau Khi mất áp lực dầu, dưới sự hoàn lực của lò xo thông qua piston chặn sẽ được piston đồng bộ trở về làm tách 2 cò mổ mở riêng rẽ

Việc chuyển đổi giữa chế độ cam thấp và chế độ cam cao được thực hiện bằng cách

sử dụng dòng dầu để điều khiển chốt cò mổ giúp liên kết hoặc tách riêng các cò mổ với nhau ECU (bộ điều khiển điện tử) nhận biết và theo dõi sự biến thiên của tốc

độ động cơ, tải động cơ, tốc độ xe và nhiệt độ nước, để từ đó gửi các mệnh lệnh thích hợp

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, trục liên kết được nhả ra giúp tách kết nối giữa chốt cò giữa và các chốt cò còn lại Hệ thống van xả và nạp được vận hành bởi trục cam thấp ở phía ngoài cho độ mở của hệ thống van thấp

Ở chế độ hoạt động ở tốc độ cao, áp lực dầu được tăng lên đẩy chốt liên kết, giúp kết nối chốt cò giữa với các chốt còn lại Hệ thống van được điều khiển bởi trục cam cao ở giữa cho đô mở của hệ thống van cao

3. Phân loại:

Công nghệ VTEC có hai dạng: DOHC VTEC và SOHC VTEC:

3.1 DOHC VTEC:

Hệ thống VTEC HONDA là hệ thống đầu tiên trên thế giới mà thời điểm phân phối khí có sự thay đổi khi cần thiết, tạo nên một sự khả thi về kỹ thuật điều khiển supap tối ưu

3.1.1 Cấu tạo:

Động cơ trang bị hệ thống DOHC VTEC được bố trí bốn supap cho mỗi xylanh bao gồm : hai supap nạp và hai supap xả Ngoài hai vấu cam và hai cò mổ như động cơ thông thường, nó còn được trang bị thêm một cò mổ thứ ba (cò mổ giữa) và một vấu cam thứ ba (vấu cam trung tâm) Hai vấu cam bên ngoài điều khiển sự hoạt động ở tốc độ thấp, còn vấu cam trung tâm điều khiển sự phân phối khí ở tốc độ cao Để có thể chuyển đổi sự phân phối khí này, người ta bố trí hai piston thủy lực nằm bên trong cò mổ thứ nhất và cò mổ giữa với nhiệm vụ là kết nối các cò mổ thành một khối duy nhất hay tách chúng riêng rẽ với nhau dưới sự điều khiển của

áp lực dầu Ngoài ra, phía dưới cò mổ còn được trang bị thêm một lò xo phụ với chức năng giữ cho cò mổ giữa luôn luôn tiếp xúc với vấu cam trung tâm ở tốc độ thấp đồng thời tạo ra sự êm dịu hơn ở tốc độ cao

Chú thích :

1 – Trục cam 7 – Piston thủy lực A

2 – Vấu cam tốc độ thấp 8 – Piston thủy lực B

3 – Vấu cam tốc độ cao 9 – Chốt chặn

4 – Cò mổ thứ nhất 10 – Lò xo phụ

5 – Cò mổ giữa 11 – Supap thải

6 – Cò mổ thứ hai 12 – Supap hút

3.1.2.Nguyên lý hoạt động:

Đây là kiểu động cơ kết hợp ưu điểm về công suất ở số vòng quay động cơ cao của

xe đua và số vòng quay thấp của xe khách thông thường để tạo nên loại động cơ duy nhất Động cơ này có khả năng tạo ra một momen lớn ở tốc độ thấp, đồng thời còn phát ra một công suất rộng và tối đa ở tốc độ cao Hai điểm khác biệt chính giữa động cơ xe khách thông thường và xe đua là thời gian và biên độ mở của supap nạp và thải khác nhau Ở động cơ xe đua, thời gian

mở supap dài hơn và đồng thời biên độ mở cũng lớn hơn loại xe khách thông thường Hệ thống VTEC HONDA lấy cơ sở này tính toán để tạo ra động cơ tối ưu nhất Ngoài ra, các nhà chế tạo còn cải thiện sự phân phối khí của động cơ này để chúng hoạt động được tốt hơn, cụ thể là momen ở tốc độ thấp của loại động cơ này lớn hơn so với động cơ thông thường, đồng thời ở tốc độ cao thì công suất phát ra cũng được tận dụng đến một phạm vi tối đa như là động cơ xe đua

3.1.2.1 Ở tốc độ thấp :

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, áp lực dầu điều khiển không cung cấp đến các piston thủy lực nên cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời không liên kết với cò mổ giữa nhờ vào lò xo hoàn lực được đặt trong cò mổ thứ hai Lúc này hai vấu cam ở hai bên tác động đến các cò mổ thứ nhất và thứ hai để điều khiển sự đóng mở xupap Nên lưu ý rằng, mặc dù vấu cam trung tâm vẫn tác động vào cò

mổ giữa nhưng nó không ảnh hưởng đến việc đóng mở xupap ở thời điểm này

3.1.2.2 Ở tốc độ cao :

Khi động cơ vận hành ở tốc độ cao, dưới áp lực dầu điều khiển các piston sẽ di chuyển theo hướng mũi tên như hình vẽ Kết quả là cả ba cò mổ liên kết thành một khối duy nhất bởi các piston thủy lực Ở giai đoạn này, tất cả các cò mổ được điều

khiển bởi vấu cam C (vấu cam có biên độ mở lớn nhất) để điều khiển cho việc đóng

mở supap khi động cơ hoạt động ở tốc độ này

Chú thích :

1 Dòng dầu đến

2 Áp lực dầu

3 Piston thủy lực A

4 Piston thủy lực B

5 Chốt chặn

6 Biên dạng cam ở tốc độ cao

3.2 SOHC VTEC:

SOHC VTEC là công nghê sử dụng trục cam đơn trên động cơ Để tăng sự phổ biến và giá trị của VTEC, Honda tích hợp hệ thống này trên động cơ trục cam đơn SOHC Trên động cơ trục cam đơn, người ta chỉ sử dụng một trục cam để điều

chỉnh cả van nạp lẫn van xả Trên thực tế, động cơ sử dụng SOHC chỉ hiệu quả khi

hệ thống VTEC áp dụng trên van nạp

Quá trình hoạt động của SOHC cũng tương tự như DOHC

4. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống:

Tính ưu việt ở loại động cơ này là công suất động cơ cao đồng thời với việc tiết kiệm nhiên liệu Cơ cấu phân phối khí của động cơ này gần giống như kiểu phân phối khí của động cơ bốn xupap thông thường, nhưng nó được cải tiến sư phân phối tốt hơn Ơ tốc độ thấp, lượng hoà khí nạp vào trong xylanh được tiết kiệm do chỉ mở moat trong hai supap, nhưng ở tốc độ trung bình và cao, công suất phát ra lớn do mở đồng thời cả hai supap hút Kiểu động cơ VTEC –E được kết hợp từ hai loai động cơ hai supap và bốn supap để chế tạo thành loại động cơ mang ưu điểm của hai loại này

* Sau đây là một số phiên bản của hệ thống VTEC: 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

->Tầm quan trọng của hệ thống VTEC

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

5. Công nghệ mới i-VTEC:

i-VTEC là sự kết hợp giữa công nghệ VTEC và công nghệ VTC

Hệ thống i-VTEC hoạt động dựa trên 3 nguyên tắc: ổn định chạy không tải, cân bằng sự tiêu hao nhiên liệu và đầu ra lớn

i-VTEC có hai dạng: DOHC i-VTEC và SOHC i-VTEC:

DOHC i-VTEC: là sự kết hợp giữa công nghệ VTC và công nghệ DOHC VTEC SOHC i-VTEC: là sự kết hợp giữa công nghệ VTC và công nghệ SOHC VTEC i-VTEC cho phép điều khiển rất chính xác thời điểm mở van, độ nâng và toàn bộ các hoạt động của động cơ để đạt được sự cân bằng, công suất tối đa, tiết kiệm nhiên liệu và đạt được hiệu suất về khí xả Nhờ kết quả đó mà nâng cao được sự ổn định khi chạy không tải, mang lại một công suất lớn ở tốc độ thấp và trung bình, kể

cả ở tốc độ cao i-VTEC tạo cho 1 động cơ tốt hơn cho quá trình nạp ở mọi tốc độ i-VTEC (chữ i lấy từ từ Intelligent) là công nghệ điều van biến thiên liên tục trên van nạp ở các động cơ của Honda Công nghệ này xuất hiện lần đầu tiên năm 2001 trên mẫu K-series sử dụng 4 xi-lanh thẳng hàng Khoảng mở và khoảng thời gian

mở vẫn được điều chỉnh theo hai chế độ vòng tua thấp và vòng tua cao như trên VTEC Tuy nhiên, ở i-VTEC, trục cam điều khiển van nạp có thể thay đổi một góc trong khoảng từ 25 đến 50 độ (tùy thuộc vào cấu trúc động cơ) khi đang vận hành Các trạng thái của trục cam được máy tính điều khiển dựa trên các dữ liệu về tải trọng xe và vòng tua máy Tác dụng của i-VTEC là nâng mô-men xoắn của động

cơ, đặc biệt khi ở tốc độ vòng tua trung bình Trên mẫu Civic bán tại Việt Nam, Honda trang bị i-VTEC ở cả động cơ I4 trục cam kép DOHC và I4 trục cam đơn SOHC

Năm 2004, Honda giới thiệu công nghệ i-VTEC trên động cơ V6 Tuy nhiên, không giống như ở động cơ I4, i-VTEC áp dụng trên động cơ V6 có khả năng ngắt một nửa số xi-lanh khi xe có tải trọng nhẹ và vận tốc thấp nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu Công nghệ i-VTEC V6 được Honda tích hợp trên các mẫu Honda Odyssey và hiện tại có thể thấy công nghệ này trên Honda Accord Hybrid và Honda Pilot 2006

Một phiên bản i-VTEC khác được Honda giới thiệu trên Civic R-series 2006 lắp động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng Khi ở vận tốc thấp, tải trọng nhẹ, i-VTEC điều khiển