Đề Tiểu Luận Tìm Hiểu Động Cơ VTEC Tìm hiểu hệ thống VTEC thuật ngữ viết tắt cụm từ "Variable Valve Timing- intelligent" Honda

Hệ thống này sẽ cưỡng chế các van dừng lại, nếu cần, đểtối ưu hóa dòng không khí, đạt được độ nghỉ ổn định, giúp động cơ hoạt động êm dù ở vận tốc thấp hay vận tốc trung bình.. Hệ thống

Tìm hiểu hệ thống VTEC thuật ngữ viết tắt của cụm từ " Variable Valve

Timing- intelligent" của Honda.

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

Và vấn đề đó đã được giải quyết nhờ Hệ thống dừng van REV

(Revolution-modulated valve control) Hệ thống này sẽ cưỡng chế các van dừng lại, nếu cần, đểtối ưu hóa dòng không khí, đạt được độ nghỉ ổn định, giúp động cơ hoạt động êm

dù ở vận tốc thấp hay vận tốc trung bình Chiếc môtô đầu tiên được trang bị hệ thống REV này là chiếc CBR400F sản xuất năm 1983

Từ hệ thống REV được sử dụng cho động cơ của môtô, Honda tiếp tục phát triển

hệ thống VTEC dành cho ôtô Hệ thống VTEC gồm một thiết bị điều khiển thời gian mở van và hai chế độ trục cam: một cam được thiết kế để động cơ hoạt động tốt ở vòng tua thấp còn một cam khác đảm nhiệm vai trò ở vòng tua cao Chiếc ôtô đầu tiên của Honda được trang bị hệ thống VTEC là chiếc JDM-spec Integra sản xuất năm 1989 và chiếc Civic CRX SiR sử dụng động cơ B16A DOHC 160 mã lực Năm 1991, hệ thống này đã đi vào thị trường Mỹ khi nó được thiết kế cho siêu

xe thể thao Acura NSX sử dụng cụm động cơ DOHC VTEC V6 công suất 270 mã lực tại 7.100 vòng/phút

Honda CBR400F sản xuất năm 1983 được trang bị hệ thống REV.

*******************CƠ CẤU 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 trongnhiều công nghệ điều van biến thiên trên thế giới như VVT-i của Toyota hayVarioCam plus của Porsche VTEC được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda,

Kenichis Nagahiro sáng tạo nên

-Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh góc độphối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp với chế độ tốc độ của động cơ Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ

-Với cách sử dụng cơ cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làm việc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ Làm cho

xe hoạt động êm dịu trong thành phố cũng như trên đường quốc lộ

Hình 6: Thời điểm xupap biến đổi và hệ thống nâng xupap trên động cơ

DOHC.

1.Trục cam , 2.Vấu cam cho tốc độ thấp v/p, 3 Vấu cam cho tốc độ cao v/p,

4 Cò mổ sơ cấp, 5 Cò mổ trung gian, 6 Cò mổ thứ cấp, 7 Piston

thuỷ lực A, 8 Piston thuỷ lực B, 9 Chốt chặn , 10 Lò xo lam mat sự

chuyển động ,11 Xupap thải, 12 Xupap nạp

-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

- 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 thờigian 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 độngtốt ở vòng tua cao Điều này có nghĩa xe sẽ hoạt động rất yếu ở khi tốc độ vòng tuathấp (trạng thái mà hầu hết các xe luôn có) và hoạt động tốt ở vòng tua cao

-Hệ thống VTEC của Honda là phương pháp khá đơn giản nhằm đảm bảo động

cơ hoạt động hiệu quả ở dải vòng tua rộng , thông qua trục cam kép đa trạng thái

đã được tối ưu hóa

-Thay vì mỗi con đội phục trách một van , sẽ có 2 con đội điều khiển Một con đội được thiết kế để động cơ hoạt động tốt ở vòng tua thấp còn m ột con khác đảm nhiệm vai trò ở vòng tua cao

-Sự thay đổi trạng thái giữa hai con đội này được điều khiển bằng máy tính sau khi thu thập các thông số như áp suất dầu động cơ, nhiệt độ máy, vận tốc xe và vòng tua động cơ

-Khi vòng tua động cơ tăng , máy tính sẽ kích hoạt con đội thiết kế cho vòng tuacao hoạt động Từ lúc này, van sẽ được đóng mở theo chế độ vòng tua cao như

khoảng mở rộng hơn , thời gian mở dài hơn nhằm cung cấp đủ hòa khí cho buồng đốt

-Hệ thống VTEC trên động cơ trục cam kép sẽ điều khiển cả van xả và van nạp

-VTEC trên động cơ có trục cam kép (DOHC) được giới thiệu vào năm 1989 trên chiếc Honda Integ ra bán ở Nhật

-Động cơ 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 kép DOHC

Hệ thống VTEC của Honda là phương pháp khá đơn giản nhằm đảm bảo động

cơ hoạt động hiệu quả ở dải vòng tua rộng, thông qua trục cam kép đa trạng thái đãđược tối ưu hóa

•Trong cơ cấu này có 4 xupáp

trên một xylanh với đòn bẩy

thứ ba (đòn bẩy trung gian) và

vấu cam thứ ba (vấu cam

trung tâm) trên cả hai trục cam

nạp và thải

•Trong các đòn bẩy có lắp các

piston thuỷ lực để kết hợp và

ngưng kết hợp các đòn bẩy

với nhau Vấu cam trung tâm

được dùng đến khi động cơ

hoạt động ở tốc độ cao, hai

vấu cam còn lại dùng khi động

cơ hoạt động ở tốc độ thấp

• Đòn bẩy trung gian được

trang bị thêm lò xo không tải

với chức năng làm cắt chuyển

động của đòn bẩy trung gian

khi động cơ hoạt động ở tốc

độ thấp và làm cho xupáp hoạt

động êm dịu ở số vòng quay

cao

Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của động cơ mà sử dụng loại vấu cam phù hợp

Sự thay đổi trạng thái giữ hai con đội này được điều khiển bằng máy tính sau khithu thập các thông số như áp suất dầu động cơ, nhiệt độ máy, vận tốc xe ,vòng tuađộng cơ ,tốc độ động cơ, tải động cơ, và nhiệt độ nước làm mát từ các cảm biến.Các cảm biến ở động cơ gởi tín hiệu đến ECM

Tại một thời điểm trên công tắc định trước , ECM sẽ gởi tín hiệu điện thế tới cuộnsolenoid Khi cuộn dây solenoid mở và đóng , áp lực dầu động cơ được gởi đến

các piston trong các cò mổ được lựa chọn.Dầu qua van trượt theo đường ống dẫnđến tác động vào piston nối, piston này sẽ dịch chuyển sang phải để nối hai cụm cò

mổ lại với nhau, chuyển động đồng thời Điều này làm thay đổi mà các vấu camđang hoạt động các xupap Sự thay đổi từ sự nâng thấp của các vấu gắn ở ngoàiđến sự nâng cao hơn và sự cảm ứng của vau ở giữa sẽ tiếp nhận khoảng 0,1 giây

Hệ thống không ăn khớp tại tốc độ thấp hay khi động cơ ở không tải

Khi tốc độ động cơ tăng lên, lượng không khí và nhiên liệu cần thiết cũng tăng lên.Nếu các điều kiện như nhiệt độ nước làm mát động cơ, áp suất đường ống nạp, tốc

độ động cơ và tốc độ di chuyển của xe đạt đến một giá trị nào đó, hệ thống sẽchuyển từ vấu cam tốc độ thấp sang vấu cam tốc độ cao Nhờ vậy, độ mở xupáp vàthời gian xupáp mở tăng lên

**********Các chế độ của động cơ **********

* Ở tốc độ thấp:

Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và B điều khiểnriêng biệt hai supap, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở supap(một

supap điều khiển sự phân phối khí chính)

Hình 4 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp.

1:Piston tác động , 2: Piston đồng bộ , 3: Piston chặn , 4:Cò mổ thứ nhất ,

5: Cò mổ thứ hai , 6: Cam thứ nhất , 7: Cam thứ hai

* Ở tốc độ cao:

-Khi hoạt động ở vòng quay cao,dưới áp lực của dầu sẽ đẩy piston A về phía bên phải theo hướng mũi tên như hình vẽ.

-Làm cho đòn bẩy thứ nhất ,thứ 2 và đòn bẩy trung gian được nối lại với nhau thành 1 khối chuyển động thống nhất

-Tất cả đòn bẩy di chuyển bởi cam ở tố độ cao Điều đó cáo nghĩa là các xupap được điều chỉnh thời điểm và quy luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao

Hình 5: Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao.

1: Áp lực dầu đến, 2: Cam thứ nhất.

-Từ lúc này, van sẽ được đóng mở theo chế độ vòng tua cao như khoảng mở rộng hơn, thời gian mở dài hơn nhằm cung cấp đủ hòa khí cho buồng đốt Hệ thống VTEC trên động cơ trục cam kép sẽ điều khiển cả van xả và van nạp

-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.

Động Cơ Xe Đua Động Cơ DOHC Động Cơ Thường

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

cơ trục cam đơn SOHC

- SOHC (viết tắt cho từ tiếng Anh Single Over Head Camshaft) dùng để chỉ cơ cấu

phối khí một trục cam trên đỉnh Trong cơ cấu này, trục cam được bố trí trong cụm đầu xylanh (trên đỉnh piston), được dẫn động bởi xích cam và điều khiển xupap thông qua cò mổ

Quá trình hoạt động của SOHC cũng tương tự như DOHC

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 giữa hai van

xả nên việc ứng dụng VTEC ở van xả là không thể

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

*********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

- Bên cạnh việc nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tối ưu công suất, động cơ này còn thân thiện với môi trường hơn

-Động cơ i-VTEC sử dụng đồng hồ đo luồng khí và bộ cảm ứng luồng khí, cùng với công nghệ điều khiển mới nhất nhằm đạt được sự kiểm soát tuyệt đối chính xácđối với tỉ lệ khí và nhiên liệu Liên tục duy trì tỉ lệ khí nạp tối ưu đóng góp đáng kểvào việc nâng cao khả năng đốt cháy và lượng khí thải sạch hơn

-Đồng thời, đầu xi lanh tích hợp mới được cải tiến và đường ống khí thải được trang bị hai bộ biến đổi xúc tác định vị ngay sau đường ống

-Ngoài ra, việc đốt nhiên liệu ở nhiệt độ cao trong bộ biến đổi xúc tác làm gia tăng nhiệt độ một cách nhanh chóng giúp tối ưu hóa tính năng làm sạch ngay khi động

cơ khởi động Những cải tiến này giúp động cơ sử dụng công nghệ i-VTEC đạt được mức hiệu suất khí thải sạch hàng đầu thế giới

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

Hình ảnh tổng quát về cấu tạo và nguyên lý của công nghệ I-VTEC

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 VTECi-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

Hệ thống điều khiển cho cơ cấu này được trình bày bên dưới, các bộ phận kiểm tra (cảm biến) liên tục nhận sự thay đổi tình trạng bên trong động cơ

như : tải, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay động cơ, tốc độ xe v.v… Những tín hiệu này sẽ được chuyển đến ECU, để ECU điều khiển sự đóng mở van điện từ, nhằm cung cấp áp lực dầu đến các piston thủy lực

Các điều kiện chuyển đổi thời điểm đóng mở supap :

· Số vòng quay động cơ : trên 5300 v/p

7 Dòng dầu điều khiển

*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

* Kết cấu của các modun trên khác nhau nhưng nói chung chúng giống nhau về mặt nguyên lý vì tất cả đều sử dụng loại trục cam có vấu kép, một vấu dùng khi tốc

độ thấp và một vấu dùng ở tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp , các xu páp mở ít và thời gian mở ngắn lại do tốc độ của vấu cam giảm.

*****************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