Đồ án Khảo sát hệ thống phân phối khí
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN ĐỘNG CƠ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP I TÊN ĐỀ TÀI: “ KHẢO SÁT HỆ THÔNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ” II TÊN SINH VIÊN MSSV : 12545004 III NỘI DUNG THỰC HIỆN - Trình bày nguyên lý hoạt động, đặc điểm hệ thống phân phối khí động đốt - Phân tích ưu nhược điểm loại phân phối khí sử dụng ô tô IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyên lý động đốt trong, Nguyễn Tất Tiến, Nhà xuất Giáo Dục, 2007 Nguyên lý kết cấu động đốt trong, Nguyễn Văn Trạng, ĐHSPKT Tp HCM, 2006 The impact of valve events upon engine performance and emissions, 2006 Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Tài liệu đào tạo hãng Honda, Toyota, Mitsubishi, Fiat, BMW http://www.autopro.com.vn http://www.oto-hui.com http://thuvienso.hcmute.edu.vn/ http://www.mechadyne-int.com http://www.pattakon.com 10 http://asia.vtec.net/article/k20a 11 http://en.wikipedia.org V TRÌNH BÀY: 01 thuyết minh 02 đĩa CD VI THỜI GIAN THỰC HIỆN - Ngày bắt đầu: 01/ 07/ 2015 - Ngày hoàn thành: 15/ 09/ 2015 Đắk Lắk , ngày 15 tháng 09 năm 2015 Bộ môn động Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp ……… …, Ngày ……tháng……năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………., Ngày ……tháng……năm 2015 Giáo viên phản biện Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ thực đề tài .9 1.2.1 Mục tiêu .9 1.2.2 Nhiệm vụ .9 1.3 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng .9 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu .9 1.4 Giới hạn nội dung đề tài CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 2.1 Nhiệm vụ hệ thống phân phối khí 10 2.2 Yêu cầu hệ thống phân phối khí 10 2.3 Điều kiện làm việc hệ thống phân phối khí .10 2.4 Ảnh hưởng việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu động .10 2.4.1 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Exhaust Valve Opening Timing – EVO) 11 2.4.2 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Exhaust Valve Closing Timing – EVC) 12 2.4.3 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Intake Valve Opening Timing – IVO) 13 2.4.5 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Intake Valve Closing Timing – IVC) 14 2.5 Nguyên lý điều hệ thống phân phối khí thông minh 19 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN 3.1 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVT 20 3.1.1 Lịch sử .20 3.1.2 Cấu tạo .22 3.1.3 Nguyên lý hoạt động 24 3.2 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVTL-i 27 Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp 3.2.1 Cấu tạo .28 3.2.2 Hoạt động 29 3.3 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VTEC 34 3.3.1 Giới thiệu 34 3.3.2 Cấu tạo .35 3.3.3 Nguyên lý hoạt động 38 3.4 Giới thiệu hệ thống phân phối khí i-VTEC 40 3.4.1 Giới thiệu 40 3.4.2 Cấu tạo .41 3.4.3 Nguyên lý hoạt động VTC 42 3.4.4 Các chế độ i-VTEC 44 3.5 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiênMIVEC 47 3.5.1 Giới thiệu 47 3.5.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi độ nâng xupap 48 3.5.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi thời điểm phân phối khí 50 3.5.4 Cấu tạo .50 3.5.5 Nguyên lý hoạt động 51 3.5.6 Ưu điểm MIVEC 54 3.6 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiênVanos 55 3.6.1 Giới thiệu 55 3.6.2 Cấu tạo .55 3.6.3 Nguyên lý hoạt động 57 3.7 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiên Valvetronic 59 3.7.1 Giới thiệu 59 3.7.2 Cấu tạo .59 3.7.3 Nguyên lý hoạt động 60 3.7.4 Đồ thị công suất môment động .62 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ KHÔNG SỬ DỤNG TRỤC CAM 4.1 Hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair .63 4.1.1 Lịch sử .63 4.1.2 Cấu tạo .63 4.1.3 Nguyên lý hoạt động 64 4.1.4 Ưu điểm hệ thống Multiair 67 4.1.5 Sự phát triển tương lai .67 4.2 Hệ thống phân phối khí điện tử 68 4.2.1 EMV sử dụng Solenoid .68 4.2.2 Cấu tạo .69 4.2.3 Nguyên lý hoạt động 69 Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp 4.2.4 EMV sử dụng nam châm vĩnh cửu 70 4.2.5 Cấu tạo .70 4.2.6 Nguyên lý hoạt động 71 4.2.7 So sánh EMV sử dụng solenoid EVM sử dụng nam châm vĩnh cữu 72 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Kết luận .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Sau ba tháng làm tiểu luận tốt nghiệp đến em hoàn thành Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tạo điều kiện tốt cho em suốt trình học tập làm tiểu luận tốt nghiệp Khoa Cơ khí Động Lực giúp đỡ em hoàn thành tiểu luận tốt nghiệp thời gian quy định Đặc biệt hướng dẫn giúp đỡ Thầy LÝ VĨNH ĐẠT, Thầy bảo em tận tình, giúp em vượt qua khó khăn vướng mắc hoàn thành tiểu luận Bên cạnh em cảm ơn quý Thầy khoa Cơ khí Động Lực cho em lời khuyên, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành tốt chương trình học tiểu luận tốt nghiệp Mặc dù cố gắng thời gian trình độ có hạn, nên trình làm tiểu luận tránh thiếu sót Em mong nhận góp ý, nhận xét, đánh giá nội dung hình thức trình bày quý Thầy bạn để em hoàn thành tốt công việc tương lai Em xin chân thành cảm ơn Đắk Lắk , Tháng 09 năm 2015 Sinh viên thực Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài Công nghiệp ô tô ngành quan trọng giới Các nhà chế tạo muốn có động đốt đảm bảo tính hiệu tính kinh tế cao Và để đạt loại động người ta cần nghiên cứu đến yếu tố ảnh hưởng đến tính hiệu tính kinh tế động Trong đó, hệ thống phân phối khí cổ điển nhiều hạn chế Để khắc phục hạn chế đó, ý tưởng kỹ sư đưa tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở khoảng thời gian mở biến thiên theo vòng tua khác cho chúng mở lúc, khoảng mở thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt Để tăng hệ số nạp thêm (λ1) hãng xe người ta điều có công nghệ nhằm thay đổi góc phân phối khí cho phù hợp với chế độ làm việc động 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ thực đề tài 1.2.1 Mục tiêu Nhằm hiểu rõ hệ thống phân phối khí thông minh dòng xe đời Giúp em củng cố lại kiến thức học tập cho em cách làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau người kỹ sư tương lai 1.2.2 Nhiệm vụ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm hệ thống điều khiển cấu phân phối khí động đốt 1.3 Đối tượng phương pháp nghiên cứu Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp 1.3.1 Đối tượng Hệ thống VVT-i xe TOYOTA Hệ thống i-VTEC xe HONDA Hệ thống MIVEC xe MITSUBISHI Hệ thống VANOS VÀ VALVETRONIC xe BMW Hệ thống MULTIAIR xe FIAT Hệ thống EMVA 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào kiến thức qua môn học lớp kết hợp kiến thức sách vở, báo, tạp chí ô tô, internet Xây dựng nên tiểu luận tốt nghiệp 1.4 Giới hạn nội dung đề tài Với yêu cầu nội dung, mục tiêu thời gian có hạn cộng với nguồn tài liệu có, tiểu luận tập trung phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm hệ thống phân phối khí Đề tài không tập trung vào tính toán, thiết kế chi tiết hệ thống CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 2.1 Nhiệm vụ hệ thống phân phối khí Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hòa khí động xăng hay không khí động diesel vào xylanh kỳ nạp thải khí thải xylanh kỳ xả 2.2 Yêu cầu hệ thống phân phối khí Đóng mở xupap lúc, thì, thứ tự hoạt động động cơ, đóng kín nạp cửa thải kỳ nén, cháy giãn nở 2.3 Điều kiện làm việc hệ thống phân phối khí Trong trình làm việc, mặt xupap chịu phụ tải động phụ tải nhiệt lớn Lựckhí thể tác dụng diện tích mặt xupap lên đến 10.000 đến 20.000 N,trongđộng cường hóa tăng áp, lực tăng đến 30.000 N Nhiệt độ xupap thải trongđộng xăng thường đạt 800-850 0C, động diezel 5006000C Ngoài ratrong nhiên liệu có lưu huỳnh nên cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap Vì vật liệu dùng để chế tạo xupap phải có sức bền học cao, chịu nhiệt tốt, chống ănmòn hóa học tượng xâm thực dòng khí thải có nhiệt độ cao 2.4 Ảnh hưởng việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu động Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 2.1 Pha phân phối khí động bốn kỳ không tăng áp ϕ1 - góc mở sớm xupap nạp ϕ2 - góc đóng trễ xupap nạp ϕ3 - góc mở sớm xupap xả ϕ4 - góc đóng trễ xupap xả ϕs - góc đánh lửa phun dầu sớm 2.4.1 Ảnh hưởng việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Exhaust Valve Opening Timing – EVO) Xupap thải bắt đầu mở làm cho áp suất cao xylanh trình đốt cháy thoát qua hệ thống xả Xupap thải mở sớm trước piston tới điểm chết (điểm b’ hình) tạo điều kiện thuận lợi cho trình thải cách cho sản vật cháy tự thoát nhờ chênh áp xylanh đường thải Với mục đích giảm tải trọng động cho xupap cần phải cho xupap mở đóng đường thông cách từ từ Chính việc mở sớm xupap thải nhằm tạo giá trị “thời gian-tiết diện” đủ để áp suất xylanh giảm tới mức yêu cầu piston ngược từ điểm chết lên điểm chết Khi mở sớm xupap thải vào thời điểm hợp lý làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải Nhưng mở xupap thải sớm làm giảm công giãn nở đồ thị công qua làm giảm công suất động Hai yêu cầu mâu thuẫn với Trên động đốt cổ điển pha phân phối khí chọn cố định nên phải cân đối lợi ích hai yếu tố Còn động có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh hệ thống thay đổi thời điểm mở xupap thải cho động đạt hiệu suất cao tốc độ tải động cợ Ởchế độ tải nhỏ hay phần tải động đạt hiệu suất cao thời điểm mở xupap thải gần ĐCD tốt chế độ áp lực khí cháy xylanh nhỏ nên cần thời gian để đẩy khí cháy Ngược lại động chế độ toàn tải cần mở xupap thải sớm tức trước piston tới ĐCD Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 10 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp 3.7.4 Đồ thị công suất môment động Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 62 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp N (KW) M ( Nm) 85 KW 5500 vòng/phút 240 80 200 175 Nm 3750 vòng/phút 60 160 120 40 80 20 40 vg 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Hình 3.58 Đồ thị công suất mômen động sử dụng Valvetronic 1.8lit Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 63 ph Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ KHÔNG SỬ DỤNG TRỤC CAM 4.1 Hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair 4.1.1 Lịch sử MultiAir hệ thống điều khiển xupap điện-thủy lực đượctập đoàn Fiat giới thiệuvào ngày 08/03/2009 triển lãm Geneva Bằng việc điều khiển trực tiếp không khí hòa khí vào xylanh thông qua xupap hút không cần sử dụng bướm ga nên giảm tổn thất bơm giảm cản đường ống nạp, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu đồng thời tăng cường công suất sức kéo động cơ, cắt giảm lượng khí thải CO2 khoảng 10 đến 25%, giảm ô nhiễm đến 60% so với loại động khác đặc biệt hiệu sử dụng với hệ thống tăng áp động diesel Thế hệ động cho phép Fiat thay động lớn động nhỏ hơn, hiệu suất cao Pittông bơm thủy lực Trục cam Solenoid Bình chứa dầu hồi Xupap Hình 4.1 Cấu tạo hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair 4.1.2 Cấu tạo • Trục cam Động sử dụng trục cam (SOHC) để điều khiển xupap hút xupap xả Mỗi xylanh có xupap hai xupap xả điều khiển trực tiếp vấu cam xả động thông thường thay đổi thời điểm độ nâng Trong xupap hút điều khiển vấu cam hút thông qua Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 64 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp piston, buồng thủy lực van solenoid điện Van solenoid điện tắt, mở làm thay đổi thời điểm độ nâng xupap • Hệ thống thủy lực Gồm piston buồng thủy lực Khi vấu cam hút tác dụng vào đòn gánh làm piston dich chuyển có công dụng bơm thủy lực tạo áp lực chứa buồng thủy lực Buồng thủy lực kết nối với xupap điều khiển thông qua solenoid • Solenoid : Được điều khiển hệ thống điều khiển động có tác dụng đóng mở mạch thủy lực tác dụng lên xupap để làm thay đổi thời điểm độ nâng xupap theo chế độ hoạt động động 4.1.3 Nguyên lý hoạt động Phương thức hoạt động hệ thống tập trung vào xupap hút Piston chuyển động trục cam liên kết với xupap hút thông qua buồng thủy lực điều khiển đơn chế độ đóng mở van điện Khi van điện đóng dầu buồng dầu chạy vật thể rắn truyền đến xupap hút độ nâng xupap quy định trục cam Khi van điện mở buồng chứa dầu xupap hút kết hợp với nhau, xupap hút không hoạt động theo trục cam mà đóng tác động lò xo Phần cuối hành trình đóng xupap điều khiển phanh hãm thủy lực, để đảm bảo chế độ hoạt động nhẹ nhàng, bình thường điều kiện hoạt động xe Chế độ xupap mở hoàn toàn theo biên dạng cam ( full lift ): Để có công suất lớn van solenoid điện luôn đóng xupap điều khiển mở hoàn toàn biên dạng trục cam mà thiết kế đặc biệt để tạo công suất tối đa chạy tốc độ cao (thời gian mở lâu hơn) Hình 4.2 Chế độ Full lift- xupap mở theo biên dạng cam thiết kế Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 65 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp • Chế độ mở trễ xupap nạp ( LIVO-late intake valve opening ): Khi khởi động xupap hút mở phần nhờ đóng van solenoid điện Tức xupap hút mở muộn đóng sớm Trong trường hợp này, dòng khí vào xylanh nhanh tạo lốc xoáy mạnh kết hòa trộn nhiên liệu xylanh tơi Hình 4.3 Chế độ mở trễ xupap nạp- LIVO • Chế độ đóng sớm xupap nạp (EIVC- early intake valve closing ): Để đạt mô men xoắn tốc độ thấp van solenoid điện mở gần với biên dạng trục cam làm cho xupap hút sớm đóng lại hạn chế tượng bơm tượng khí nạp quay trở lại ống góp hút giúp khối lượng không khí nạp vào xylanh lớn Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 66 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 4.4 Chế độ đóng sớm xupap nạp- EIVC • Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục ( Multilift ) : Hai chế độ hoạt động bao gồm kỳ hút tạo chế độ Multilift, chế độ cháy tải thấp Hình 4.5 Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục ( Multilift) • Chế độ theo tải động ( Partial load ): Khi tải động thay đổi thời gian mở solenoid thay đổi Khi tải động ổn định solenoid giữ nguyên vị trí mở trước làm cho xupap mở phần để kiểm soát lượng hòa khí vào xylanh cách hiệu tạo mômen xoắn theo yêu cầu tải động Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 67 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 4.6 Chế độ theo tải động cơ- Partial load 4.1.4 Ưu điểm hệ thống Multiair Công suất tối đa tăng lên 10% nhờ vào việc sử dụng trục cam định hướng công suất cao Tại tốc độ vòng quay thấp mômen xoắn cải thiện đến 15% thông qua việc đóng sớm xupap nạp để đạt lượng không khí xi lanh lớn Quá trình bơm giảm dẫn đến giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ khí CO sinh giảm lượng tương ứng với động tăng áp động không tăng áp Động MultiAir tăng áp cỡ nhỏ tăng 25% hiệu kinh tế đối so với động thường điều kiện Hiệu điều khiển xupap thể tốt trình làm nóng động tái tuần hoàn khí xả thông qua việc mở lại xupap hút kỳ xả Kết khí thải giảm từ 40% cho HC, CO đến 60% cho NOx Duy trì áp suất nạp (không khí cho động thường không khí áp suất cao cho động tăng áp), cộng với việc điều khiển khí nạp cho xylanh riêng biệt tạo động tối ưu nâng cao cảm giác lái xe MultiAir áp dụng cho tất động đốt trong, lắp động Diesel để giảm lượng khí NOx thải làm cho lọc xúc tác khí thải có hiệu Nói tóm lại, động trang bị Fiat MultiAir mạnh hơn, phản ứng nhanh toàn dải tốc độ, tiết kiệm nhiên liệu giảm đáng kể tất loại khí thải 4.1.5 Sự phát triển tương lai Công nghệ Common Rail, sản phẩm Fiat trình làng năm 1997 mở đường cho thập kỷ phát triển với sản phẩm MultiJet (phun nhiều lần), Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 68 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp động diesel cỡ nhỏ gần công nghệ Modular Injection Những sản phẩm sớm tung thị trường Hình 4.7 Hệ thống MultiAir Tương tự, Công nghệ MultiAir mắt toàn giới 2009 mở phát triển cho công nghệ động xăng : Sự kết hợp MultiAir với phun xăng trực tiếp để nâng cao khả phản ứng tiết kiệm nhiên liệu Việc đưa nhiều chế độ mở xupap tối ưu làm giảm lượng khí thải nhiều Cải tiến động tăng áp, kết hợp việc tăng áp suất khí nạp với điều khiển trình mở xupap để tối ưu hóa lượng hòa khí nạp vào xylanh Song song với hệ thống phun xăng điện tử phát triển năm 70 Common Rail năm 90 đột phá công nghệ cụ thể, công nghệ điều khiển xupap MultiAir áp dụng cho tất loại động đốt với loại nhiên liệu đốt cháy MultiAir lúc đầu phát triển cho động sử dụng loại nhiên liệu nhẹ xăng đến khí gas tự nhiên khí hidro Tuy nhiên có khả cho việc giảm khí thải động diesel Thực chất việc giảm 60% NO x đạt công nghệ tái tuần hoàn khí xả việc mở lại xupap hút trình xả, tối ưu việc điều khiển xupap lúc khởi động lạnh làm nóng động mang đến hiệu giảm tới 40% khí HC CO Cải thiện hiệu suất động điesel tương tự động xăng, tiêu hao nhiên liệu giảm thiểu xuống giảm tổn thất bơm Vì động diesel trang bị Multiair tiết kiệm nhiên liệu Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 69 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Trong tương lai việc cải tiến kỹ thuật hệ thống truyền động mang lại lợi ích từ thống cấu trúc động xăng diesel Chính sản phẩm quy lát động MultiAir hình thành phát triển để phù hợp với động xăng diesel Bộ chấp hành điện-thủy lực MultiAir không nằm quy luật đó, với đa dạng việc gia công, linh kiện phụ trợ mang đến từ ứng dụng Fire SGE Fiat 4.2 Hệ thống phân phối khí điện tử Cơ cấu EMVA (Electromagnetic Valve Actuator) sử dụng lực hút điện từ nam châm lực điện từ tạo từ cuộn dây cảm biến để điều khiển hoạt động đóng mở xupap trục cam dẫn động loại động truyền thống 4.2.1 EMV sử dụng Solenoid Spring Hình 4.8 Cấu tạo EVM solenoid 4.2.2 Cấu tạo Hai cuộn solenoid để điều khiển đóng mở xupap Hai lò xo hồi vị giữ cho xupap hồi vị trí ban đầu lực từ ngừng tác động Một lõi thép để cảm ứng điện từ Thân xupap lõi thép thiết kế thành khối với Cơ cấu EMVA loại dùng solenoid có ưu điểm cấu tạo đơn giản dễ điều khiển Tuy nhiên, sử dụng chấp hành solenoid chúng tiêu thụ lượng lớn Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 70 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp lượng điện dùng để điều khiển xupap Đặc biệt khởi động, xupap mở nhỏ vị trí trung gian (mid open) cân lực lò xo hệ thống cần lượng điện đến cuộn solenoid điều khiển hút xupap đóng để động dễ dàng khởi động Đây nhược điểm hệ thống khởi động dòng điện sụt áp đáng kể cung cấp cho động khởi động dòng điện đến cuộn solenoid không ổn định để điều khiển xupap động 4.2.3 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động cấu dựa nguyên lý dao độngđiều hòa lò xo hồivị, dẫn động lực điện từ sinh cuộn solenoid Khoảng dịchchuyển lõi thép giới hạn phạm vi mm khoảng chuyển tiếp mở đóng đóng mở xupap cần khoảng thời gian ms Quá trình thay đổi thời điểm đóng mở xupap đạt nhờ điều khiển điện áp đặt vào cuộn dây solenoid.Thời điểm hoạt động xupap kỳ xupap nạp xupap thải diễn linh hoạt Ở trạng thái xe dừng tức dòng điện cuộn solenoid, cân lò xo, nhiên lò xo có độ cứng cao lò xo nên xupap trạng thái mở nhỏ (Mid Position) Khi cấp dòng điện tới cuộn solenoid phía sinh từ trường, lực từ sinh có độ lớn lớn lực lò xo hồi vị phía nên nén lò xo phía làm xupap đóng lại (Closed Valve) Tương tự cung cấp dòng điện tới cuộn solenoid phía tạo lực hút nén lò xo phía làm xupap mở (Open Valve) 4.2.4 EMV sử dụng nam châm vĩnh cửu Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 71 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 4.10 Cơ cấu EMVA dùng chấp hành nam châm 4.2.5Cấu tạo Hai nam châm (Permanent maget) Các cuộn dây cảm ứng từ (Coil) Lõi thép (phần ứng) để cảm ứng điện từ (Clapper hay armature) Hai lò xo hồi vị Thân xupap lõi thép cấu thiết kế thành khối với Cơ cấu EMVA dùng chấp hành nam châmsử dụng lực hút điện từ nam châm vĩnh cứu lực điện từ tạo từ solenoid để điều khiển hoạt động đóng mở xupap trục cam dẫn động loại động truyền thống Hệ thống khắc phục nhược điểm EMVA dùng solenoid sử dụng nhiều lượng để điều khiển Bên cạnh đó,các động sử dụng hệ thống loại bỏ bướm ga điều khiển bướm ga mở hoàn toàn chế độ hoạt động (Unthrottled Engine) Dòng không khí nạp điều khiển xupap nạp Thời điểm khoảng mở xupap điều khiển cách linh hoạt hoàn toàn có khả cải tiến đáng kể hiệu suất nồng độ khí thải động 4.2.6 Nguyên lý hoạt động Khi lõi thép cấu di chuyển lên, xuống lúc xupap hoạt động đóng mở Lõi thép hoạt động phạm vigiới hạn 8mm Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 72 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 4.11 Nguyên lý hoạt động EVM dùng chấp hành nam châm Ở thời điểm ban đầu, nam châm tạo dòng từ thông qua lõi thép theo chiều mũi để tạo lực từ trường hút lõi thép cấu dịch chuyển lên phía trên, xupap dịch chuyển lên nén lò xo lại giúp cho xupap đóng lại Điều thực lực hút nam châm lớn lực hồi vị lò xo Để thực việc mở xupap, cuộn dây solenoid cấp dòng điện tới làm sinh dòng từ ngược với chiều lực từ nam châm Nó làm suy yếu dòng từ nam châm lực từ trường nam châmtạo phần ứng giảm đi, lực xo lo thắng lực hút nam châm giúp cho xupap đẩy xuống với lực hồi vị lò xo giúp cho xupap bắt đầu mở Sau phần ứng rời khỏi vị trí cao nhất, cuộn Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 73 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp dây cấp dòng đảo chiều, tạo dòng từ chiều với dòng từ nam châm Điều làm cho lõi thép nhanh chóng bị hút xuống giữ vị trí thấp nhất, lúc xupap mở hoàn toàn Sau cuộn dây ngắt dòng điện, xupap giữ vị trí mở hoàn toànbằng lực hút nam châm Để thực trình đóng xupap cuộn dây cấp dòng điện cho làm suy yếu lực từ nam châm, trình giống trình mở xupap Quá trình lập lại tạo nên hoạt động đóng, mở xupap Ngoài việc điều khiển đóng, mở xupap thực cấp dòng đến cuộn dây cảm ứng từ sớm hay muộn điều định ECU động 4.2.7 So sánh EMV sử dụng solenoid EMV sử dụng nam châm vỉnh cửu Hệ thống EMVA loại dùng nam châm mang lại hiệu mặt lượng cần cung cấp cho hệ thống hoạt động so với loại dùng solenoid Hệ thống EMVA dùng chấp hành nam châm khắc phục nhược điểm loại dùng solenoid cấu hệ thống trạng thái động ngừng hoạt động xupap đặt vị trí đóng hoàn toàn lực hút nam châm đặt bên Khi cấp dòng tới nam châm điện xupap hút xuống vị trí mở lực hút điện từ Do hệ thống không cần nhiều lượng điện tiêu thụ cho việc hút, giữ xupap vị trí mở hay đóng hoàn toàn, cho phép xupap hoạt động hai trạng thái đóng mở hoàn toàn, điều khác với loại dùng chấp hành solenoid Hệ thống EMVA dùng solenoid phải dùng nguồn lượng lớn để điều khiển đóng mở xupap, bên cạnh phải cấp nguồn lượng để trì trang thái đóng mở xupap Tuy nhiên, nhược điểm hệ thống EMVA dùng nam châm va đập mạnh xảy xupap bệ xupap thực việc đóng mở lực hút mạnh nam châm Đó lý làm cho động ồn hoạt động, làm chi tiết xupap mau mòn Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 74 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 4.12 So sánh EMV sử dụng solenoid EMV sử dụng nam châm vĩnh cửu CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Kết luận Tiểu luận tốt nghiệp sâu nghiên cứu hai vấn đề : Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống phân phối khí thông minh Tối ưu hóa thời điểm, thời gian phân phối khí động đốt Thay đổi độ nâng xupap để phù hợp với điều kiện hoạt động động Kết giúp động : Tiết kiệm nhiên liệu Thời điểm phân phối khí phù hợp giúp giảm ô nhiễm khí thải Thay đổi độ nâng xupap hợp lý giúp tăng công suất moment xoắn động Những hạn chế chưa đạt : thời gian có hạn nên đề tài chưa sâu nghiên cứu hết hệ thống tất hãng xe thị trường, tiểu luận nghiên cứu lý thuyết mà chưa có thí nghiệm mô hình thực tế nên chưa thấy rõ kết đạt Hướng đề xuất phát triển đề tài tương lai : xây dựng mô hình thí nghiệm, thực hành thực tế giúp đề tài có tính trực quan dễ hiểu Áp dụng nghiên cứu lý thuyết vào ứng dụng động để đề tài thực mang lại hiệu thực tiễn cao Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 75 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyên lý động đốt trong, Nguyễn Tất Tiến, Nhà xuất Giáo Dục, 2007 Nguyên lý kết cấu động đốt trong, Nguyễn Văn Trạng, ĐHSPKT Tp HCM, 2006 The impact of valve events upon engine performance and emissions, 2006 Tài liệu đào tạo hãng Honda, Toyota, Mitsubishi, Fiat, BMW http://www.autopro.com.vn http://www.oto-hui.com http://thuvienso.hcmute.edu.vn/ http://www.mechadyne-int.com http://www.pattakon.com 10 http://asia.vtec.net/article/k20a 11 http://en.wikipedia.org Khảo sát hệ thống phân phối khí động đốt Trang 76 [...]... không tốt ở tốc độ thấp Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 18 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN 3.1 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVT 3.1.1 Lịch sử Hệ thống VVT (Variable Valve Timing) đã được sử dụng rộng khắp và được nhiều công ty sản xuất ô tô áp dụng cách đây cũng hơn 40 năm Hệ thống VVT... thân pully) Hệ thống VVT-i là một kỹ thuật thay đổi thời điểm phối khí được phát triển bởi TOYOTA Hệ thống VVT-i đã thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1991 trên động cơ 4A-GE 20 xupap Hệ thống VVT-i được giới thiệu vào năm 1996, thay đổi thời điểm của xupap nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa trục cam điều khiển (dây đai, vị trí bánh răng hoặc dây xích) Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động... các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì pha phân phối khí có thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định sao cho động cơ hoạt động hiệu quả ở mọi chế độ Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 14 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Đường mômen động cơ 4 5 Tải động cơ 3 1 và 2 Tốc độ động cơ Hình 2.6 Đồ thị mômen động cơ Ở chế độ cầm... điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ Hình 3.5 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam 3.1.3 Nguyên lý hoạt động Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 22 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều... các cảm biến • Làm sớm thời điểm phối khí : Khi van điều phối được đặt ở vị trí như trên hình vẽ, bộ ECU của động cơ điều khiển 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 3.6 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm • Làm muộn thời điểm phối khí : Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 23... tốt nghiệp Khi ECU đặt van điều phối trục cam ở vị trí như trong hình vẽ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí Hình 3.7 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn • Giữ ổn định : Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 24 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp. .. trung bình Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 28 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 3.14 Điều khiển ở tốc độ thấp, trung bình, cao • Mạch dầu điều khiển ở tốc độ thấp và trung bình(tốc độ động cơ dưới6000 vòng/phút) Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 29 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình... liệu và khí thải độc hại 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 xupap, cảm biến VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí truc khuỷu, nhiệt độ nước Ngoài ra, VVT-i thường được thiết Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 20 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp kế đồng bộ... để giảm hiện tượng khí hỗn hợp quay ngược lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp • Khi tốc độ cao và tải nặng : Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 25 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Thời điểm phối khí cũng sớm lên như trường hợp trên nhưng ở mức cao hơn Thời điểm phối khí xupap nạp thay đổi thực tế theo đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị... nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 3.9 Hệ thống VVTL-i 3.2.1 Cấu tạo Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i gần giống như những bộ phận của hệ thống VVT-i Đó là van điều khiển dầu cho VVTL, các trục cam và cò mổ Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 26 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tiểu luận tốt nghiệp Đến cơ cấu chuyển vấu cam Xả Áp suất dầu Ti van Hình ... suất dầu Ti van Hình 3.10 Cấu tạo van điều khi n dầu VVTL Van điều khi n dầu cho VVTL điều khi n áp suất dầu cấp đến phía cam tốc độ cao cấu chuyển vấu cam thao tác điều khi n vị trí van ống ECU... nghiệp - Van điều khi n dầu (OCV) Hình 3.44 Cấu tạo van điều khi n dầu OCV 3.7.3 Nguyên lý hoạt động Van điều khi n dầu CKP MAP TP CMP Ti van Hướng góc làm trễ Hướng di chuyển ti van ECU Đường... hiệu nhiệm vụ đến van điều khi n cung cấp dầu cho phản hồi tình trạng động điều khi n vị trí van ống Khi động dừng lại, van ống đặt góc trễ lớn nhờ áp suất thủy lực Van điều khi n cung cấp dầu