khai thác một số hệ thống phân phối khí thông minh

Ô tô đã trở thành phương tiện quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Nhưng ngoài những công dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì nó vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần và nhất là gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục những nhược điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong như hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống nạp và thải của động cơ…Gần đây những cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ thường liên quan tới hệ thống nạp và đó là lý do em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứ, khai thác một số hệ thống phân phối khí thông minh và xây dựng mô hình điện thân xe ” do Thầy ThS. Dương Minh Thái hướng dẫn.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện

Các số liệu và kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công

bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015

Nguyễn Văn Nhựt

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 2

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 2

1.1.1 Nhiệm vụ 2

1.1.2 Yêu cầu 2

1.1.3 Phân loại 2

1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số hệ thống phân phối khí phổ biến trên ĐCDT hiện nay 3

1.2.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV 3

1.2.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC 4

1.2.3 Hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless) 5

1.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ (Công nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing) 7

1.3.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects of Changes to Exhaust Valve Opening Timing – EVO) 8

1.3.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Effects of Changes to Exhaust Valve Closing Timing – EVC) 9

1.3.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Effect of changes to Intake Valve Opening Timing – IVO) 11

1.3.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Effect of changes to Intake Valve Closing Timing – IVC) 12

1.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi độ nâng xupap tới hiệu quả động cơ (Công nghệ thay đổi độ nâng xupap VVA-Variable Valve Actuation) 17

Chương 2: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH TRÊN XE TOYOTA 18

2.1 Giới thiệu 18

2.2 Công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) 21

2.2.1 Cấu tạo của cơ cấu VVT-i 21

2.2.2 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí 22

2.2.2.1 Làm sớm thời điểm phối khí 23

2.2.2.2 Làm muộn thời điểm phối khí 24

2.2.2.3 Giữ ổn định 25

2.3 Công nghệ VVTL-i 27

2.3.1 Mô tả 27

2.3.2 Cấu tạo 28

2.3.3 Hoạt động 29

Chương 3 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH TRÊN XE HONDA 33

3.1 Giới thiệu và phân loại 33

3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SOHC VTEC 35

3.2.1 Cấu tạo 35

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 39

3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DOHC VTEC 41

3.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt NEW VTEC 42

3.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC 3 giai đoạn 47

3.6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC-E 50

3.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của i-VTEC 51

3.7.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTC (Variable Timing Control ) 53

3.7.2 Các chế độ hoạt động cơ bản của i-VTEC 55

Chương 4 : HỆ THỐNG MIVEC CỦA HÃNG MITSUBISHI 58

4.1 Giới thiệu 58

4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng xupap 59

4.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động hệ thống thay đổi thời điểm phối khí 62

4.3.1 Cấu tạo 62

4.3.1.1 Hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở xupap 62

4.3.1.2 Bánh răng đai 62

4.3.2 Nguyên tắc hoạt động cơ bản 64

4.3.2.1 Góc quay sớm 64

4.3.2.2 Góc quay trễ 65

4.3.2.3 Khi trục cam ở vị trí giữ 65

4.3.3 Biểu đồ các chế độ hoạt động 66

4.4 Đồ thị công suất và mômen 69

Chương 5 : HỆ THỐNG VANOS VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW 70

5.1 Hệ thống VANOS (VAriable NOckenwellen Steuerung) 70

5.1.1 Lịch sử phát triển 70

5.1.2 Cấu tạo các bộ phận 71

5.1.3 Nguyên lý hoạt động 74

5.2 Hệ thống VALVETRONIC 76

5.2.1 Lịch sử phát triển 76

5.2.2 Cấu tạo các bộ phận 78

5.2.3 Nguyên lý hoạt động 79

5.3 Đồ thị công suất và mômen động cơ 81

Chương 6: BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 82

6.1 Mục đích của bảo dưỡng 82

6.2 Nội dung của bảo dưỡng 82

6.2.1 Điều chỉnh khe hở nhiệt xupap 82

6.2.1.1 Khái niệm khe hở nhiệt 82

6.2.1.2 Mục đích điều chỉnh khe hở nhiệt 82

6.2.2 Các loại điều chỉnh khe hở nhiệt xupap 83

6.2.2.1 Kiểu điều chỉnh bằng vít điều chỉnh 83

6.2.2.2 Kiểu điều chỉnh đòi hỏi phải thay đệm 84

6.2.3 Điều chỉnh đai cam 85

6.2.4 Bảo dưỡng hệ thống phân phối khí 85

Chương 7: KHAI THÁC-SỬA CHỮA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 107

7.1 Bộ truyền động trục cam 107

7.1.1 Bộ truyền xích 107

7.1.1.1 Hiện tượng hư hỏng 107

7.1.1.2 Nguyên nhân hư hỏng 107

7.1.1.3 Phương pháp tháo, lắp và kiểm tra 107

7.1.1.4 Sửa chữa 112

7.1.2 Bộ truyền động đai răng 112

7.1.2.1 Kiểm tra 112

7.1.2.2 Sửa chữa 113

7.2 Trục cam 114

7.2.1 Hiện tượng hư hỏng 114

7.2.2 Nguyên nhân hư hỏng 114

7.2.3 Phương pháp kiểm tra trục và bạc cam 114

7.2.4 Sửa chữa trục cam 117

7.3 Con đội 120

7.3.1 Hiện tượng hư hỏng 120

7.3.2 Nguyên nhân hư hỏng 121

7.3.3 Phương pháp kiểm tra 121

7.3.4 Sửa chữa con đội 121

7.4 Cơ cấu dẫn động xupap 121

7.4.1 Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng 121

7.4.2 Phương pháp kiểm tra phát hiện hư hỏng 122

7.4.3 Sửa chữa đòn gánh 123

7.5 Nhóm xupap 123

7.5.1 Hiện tượng hư hỏng 123

7.5.2 Nguyên nhân hư hỏng 123

7.5.3 Phương pháp kiểm tra 123

7.5.4 Sửa chữa các chi tiết 128

7.6 Kiểm tra hệ thống phân phối khí thông minh 133

7.6.1 Cơ cấu VVT-i 133

7.6.2 Cơ cấu VVTL-i 135

7.6.3 Cơ cấu i-VTEC 135

7.6.4 Cơ cấu MIVEC 136

7.6.5 Cơ cấu VANOS 137

7.6.6 Cơ cấu VALVETRONIC 137

7.6.7 Các loại cảm biến 138

7.7 Kiểm tra cảm biến 139

7.8 So sánh công nghệ phân phối khí thông minh của các hãng xe 140

8.1 Mục đích, ý nghĩa thực hiện mô hình 142

8.1.1 Củng cố kiến thức 142

8.1.2 Tiếp cận thực tế 142

8.1.3 Tiếp tục hoàn thiện và phát triển 142

8.2 Các bước thực hiện mô hình 142

8.2.1 Chuẩn bị các dụng cụ, vật liệu 142

8.2.2 Dựng khung và bố trí chi tiết trên mô hình 145

8.2.3 Kiểm tra các chi tiết bộ phận của hệ thống trên mô hình 147

8.2.3.1 Kiểm tra công tắc máy 147

8.2.3.2 Kiểm tra công tắc điều khiển nâng hạ kính 148

8.2.3.3 Kiểm tra motor nâng hạ kính 148

8.2.3.4 Kiểm tra loa 148

8.2.3.5 Kiểm tra công tắc điều khiển gương chiếu hậu 149

8.2.3.6 Kiểm tra gương chiếu hậu 150

8.2.3.7 Kiểm tra bộ máy Radio 151

8.2.4 Xác định chân của các bộ phận để đấu dây 151

8.2.4.1 Xác định chân của công tắc máy 151

8.2.4.2 Xác định chân của công tắc nâng hạ kính 152

8.2.4.3 Xác định chân của công tắc điều khiển gương chiếu hậu 152

8.2.4.4 Xác định chân của motor điều khiển gương chiếu hậu 153

8.2.4.5 Xác định chân của đầu Radio 153

8.3 Sơ đồ mạch điện và hoạt động của các hệ thống mô hình 154

8.3.1 Sơ đồ mạch điện và hoạt động hệ thống điều khiển gương chiếu hậu .154 8.3.2 Sơ đồ mạch điện và hoạt động hệ thống nâng hạ kính 155

8.3.3 Sơ đồ mạch điện và hoạt động của hệ thống giải trí Radio 156

KẾT LUẬN 159

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô đã trở thành phương tiện quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống ngàynay Nhưng ngoài những công dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì nó vẫn tồntại một số nhược điểm cơ bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi nguồn dầu mỏđang cạn kiệt dần và nhất là gây ô nhiễm môi trường Để khắc phục những nhượcđiểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong như hệ thống phun nhiên liệu

và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống nạp và thải của động cơ…Gần đâynhững cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ thường liên quan tới hệ

thống nạp và đó là lý do em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứ, khai thác một số hệ

thống phân phối khí thông minh và xây dựng mô hình điện thân xe ” do Thầy ThS.

Dương Minh Thái hướng dẫn

Trong đề tài này em tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống phânphối khí và đi sâu vào việc tối ưu hóa thời gian, thời điểm, độ nâng và góc đóng mởcủa xupap để làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môitrường Phần sau em phân tích kết cấu và nguyên lý hoạt động của các hệ thống phânphối khí thông minh trên các hãng xe phổ biến ở thị trường Việt Nam như TOYOTA,HONDA, MITSUBISI, BMW mục đích giúp cho các kỹ sư, kỹ thuật viên và thợ sủachữa ô tô trong việc bảo dưỡng, sửa chữa Ngoài ra đề tài còn có ý nghĩa trong việcgiảng dạy giúp sinh viên hiểu biết sâu hơn về hệ thống phân phối khí trên các động cơhiện đại ngày nay

Chương 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI

 Kiểu xupap treo: dùng phổ biến trên các động cơ hiện đại

 Loại OHV (OverHead Valve): trục cam đạt dưới thân máy, xupap

bố trí trên nắp máy và được điều khiển qua con đội, đũa đẩy và còmổ

 Loại OHC (OverHead Camshaft): loại có một trục cam đặt trên nắpmáy SOHC (Single OverHead Camshaft) và hai trục cam đặt trênnắp máy DOHC (Double OverHead Camshaft) điều khiển trực tiếpxupap hoặc thông qua cò mổ

 Kiểu xupap đặt: ngày nay ít được sử dụng nên không đề cập trong đề tài

Hệ thống phân phối khí dùng pittông đóng mở các cửa nạp và cửa thải thườngđược dùng trên động cơ 2 kỳ, có ưu điểm kết cấu đơn giản không phải điều chỉnh sửachữa nhưng chất lượng trao đổi khí không tốt

Hệ thống phân phối khí dùng van trượt trên xe đặc chủng và xe đua có tiết diệnthông qua lớn, chất lượng trao đổi khí cao nhưng giá thành chế tạo mắc

Hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA (Electro-magnetic Valve ActuationSystems) ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến điều khiển cuộn solenoid hay nam châmđiện đóng mở trực tiếp xupap, hệ thống này không sử dụng trục cam và có thể thay đổiđược thời điểm, thời gian và độ nâng xupap một cách tối ưu tùy thuộc vào các chế độhoạt động của động cơ

1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số hệ thống phân phối khí phổ

biến trên ĐCDT hiện nay

1.2.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV

Hình 1.1 Kết cấu xupap treo loại OHV 1-Ống dẫn hướng 2-Lò xo xupap 3-Đĩa lò xo 4-Móng hãm 5-Xupap 6-Cò mổ.

7-Vít chỉnh xupap 8-Đế xupap 9-Đũa đẩy 10-Con đội 11- Cam

Nguyên lý làm việc: Trục cam 11 nằm trong thân máy và được dẫn động trực tiếp

bằng bánh răng hoặc qua xích Khi trục cam quay làm cho bề mặt làm việc của camtác động vào con đội 10 đẩy đũa đẩy 9 đi lên làm cò mổ xoay quanh trục của nó Đầukia của cò mổ ấn đuôi xupap đi xuống, lúc này lò xo bị nén lại Xupap đi xuống làmthông của nạp với xylanh động cơ nếu trong kỳ hút hoặc cửa thải với xylanh động cơnếu trong kỳ xả Khi cam 11 quay hết hành trình tác dụng thì lò xo 2 sẽ dãn ra đóngxupap lại kết thúc quá trình hút hoặc thải Quá trình này diễn ra liên tục khi động cơhoạt động, mỗi một chu kỳ xupap hút và xả chỉ mở một lần.

Ưu điểm: có các ưu điểm của loại xupap treo như có thể tăng tí số nén động cơ do

buồng đốt có kết cấu nhỏ lại, diện tích truyền nhiệt giảm nên giảm tổn thất nhiệt, tăng

hệ số nạp và giảm hệ số khí sót do kết cấu đường nạp và thải thông thoáng hơn

Nhược điểm: thân máy và nắp máy có kết cấu phức tạp hơn, tăng chiều cao động cơ

và cơ cấu dẫn động phức tạp

1.2.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC

8 7

1 2 3

6

4 5

Hình 1.2 Kết cấu xupap treo loại OHC 1-Xupap 2-Ống dẫn hướng 3-Lò xo xupap 4-Đĩa lò xo 5-Con đội 6-Cam

7-Móng hãm 8-Đế xupap

Nguyên lý làm việc: trục cam 6 đặt trên nắp máy và được dẫn động bằng trục

khuỷu thông qua dây đai hoặc xích Nguyên lý làm việc được chia làm hai quá trình cơbản sau: quá trình vấu cam đẩy mở xupap và quá trình lò xo giãn đóng kín xupap

Quá trình vấu cam đẩy mở xupap: khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm

cho bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thôngqua bộ truyền động xích hoặc đai trung gian dẫn động các bánh xích hoặc bánh đai lắp

ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupap quay Khi các vấu camtiếp xúc với con đội 5 làm con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đĩa lò

xo ép lò xo xupap 3 nén lại đồng thời xupap chuyển động đi xuống làm mở các cửanạp nếu trong giai đoạn nạp khí vào xylanh động cơ và cửa thải nếu trong quá trìnhthải thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài

Quá trình lò xo giãn đóng kín xupap: khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di

chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội Lúc này conđội 5 bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupap 3 từ từ giãn ra nhờ vào đĩa chặn lò xo 4cùng với các móng hãm đẩy xupap tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quá trình đóngkín xupap Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu kì làm việccủa pha phân phối khí

Ưu điểm: giống loại xupap treo OHV, trục cam nằm trên nắp máy thuận tiện

trong việc bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ghép

Nhược điểm: dẫn động trục cam phức tạp hơn, nắp máy khó đúc.

1.2.3 Hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless)

Gồm có loại điện từ, điện–thủy lực và loại thủy lực Dưới đây trình bày loại điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems)

Hình 1.3 Cấu tạo của hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA

Nam châm điện

Phần ứngChén chặn

Lò xo

Xupap

Lò xo giãn

Lò xo nén

Trục cam là một cơ cấu phức tạp, làm tăng trọng lượng động cơ và tiêu haonhiều công suất do mất mát ma sát Do kết cấu vật lý nên một cam chỉ điều khiểnchuyển động của một xupap với các thông số thời điểm và độ nâng hạn chế do đó sẽkhông tối ưu cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ Những tiến bộ trong côngnghệ điều khiển thay đổi thời gian và độ nâng xupap VVT trong những năm gần đây

đã cải thiện được hiệu suất và hiệu quả động cơ tuy nhiên các hệ thống này vẫn cònphức tạp và chưa tối ưu Hệ thống phân phối khí không trục cam được phát minh đãmang lại bước đột phá mới trong động cơ đốt trong Với công nghệ này động cơ khôngcần sử dụng bướm ga đã làm giảm sự cản trên đường ống nạp và tổn thất do bơm, việcđiều khiển lượng hòa khí mới vào trong xylanh bằng việc thay đổi thời gian và hànhtrình xupap

Cấu tạo cơ cấu chấp hành gồm nam châm điện (electromagnet) được đặt phíatrên đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai rò phần ứng được kết nối với đuôi xupap, các

Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống 1-Tín hiệu từ các cảm biến 2- ECU 3- Bộ chấp hành điều khiển xupap hút

4-Xupap hút 5- Bộ chấp hành xupap xả 6- Xupap xả

12

345

6

Hệ thống sử dụng các nam châm điện 3 và 5 để đóng mở xupap 4 và 6 Tín hiệunhập vào từ các cảm biến 1 thông qua mạch giao tiếp nhập/xuất như vị trí pittông, tốc

độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạp…ECU liên tục nhận tínhiệu từ các cảm biến sau đó tính toán thời gian và độ nâng xupap tối ưu để điều khiển

bộ chấp hành nam châm điện Sự chính xác của tín hiệu đầu vào là rất quan trọng đểđộng cơ hoạt động hiệu quả

Ưu điểm: giảm 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, 20% các khí thải ô nhiễm và

tăng 20% mômen xoắn ở tốc độ thấp, giảm ma sát do dễ bôi trơn và kết cấu đơn giảnkhông còn các bộ phận truyền động, nắp máy được đơn giản hóa

Nhược điểm: tuy có rất nhiều ưu điểm nhưng động cơ với xupap điều khiển

điện tử vẫn có những khiếm khuyết như khả năng xảy ra trục trặc lớn do lệ thuộc nhiềuvào các thiết bị điện tử Nếu máy tính điện tử gặp sự cố hoặc hệ thống điện có trụctrặc, rất có thể động cơ sẽ cho ra lượng khí thải độc hại lớn hoặc tệ hơn nếu xupapđóng mở không đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh pittông, hư hỏng động cơ

1.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ (Công nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing)

Trước khi đi sâu nghiên cứu về sự thay đổi pha phân phối khí trên các hệ thốngphân phối khí thông minh tới hiệu quả động cơ ta đi tìm hiểu ảnh hưởng của pha phânphối khí tới quá trình thải và nạp của động cơ bốn kỳ cổ điển

Theo lý thuyết đơn giản với 7200 góc quay trục khuỷu thì mỗi kỳ tương ứng với

1800 và xupap xả bắt đầu mở khi pittông ở điểm chết dưới đầu kỳ xả và đóng lại khipittông tới điểm chết trên và lúc này xupap hút mở và khi pittông tới điểm chết dướitrong kỳ nạp thì đóng lại Tuy nhiên trên các động cơ đốt trong thực tế thì có sự thayđổi thời điểm mở và khoảng thời gian mở các xupap sao cho động cơ hoạt động vớihiệu quả cao nhất đồng thời khí thải phát ra ít gây ô nhiễm môi trường

Hình 1.5 Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ không tăng áp

1

 - góc mở sớm xupap nạp 2- góc đóng trễ xupap nạp

3

 - góc mở sớm xupap xả 4- góc đóng trễ xupap xả

- góc đánh lửa hoặc phun dầu sớm

1.3.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects of Changes to

Exhaust Valve Opening Timing – EVO)

Xupap thải bắt đầu mở sẽ làm cho áp suất cao trong xylanh trong quá trình đốtcháy được thoát ra ngoài qua hệ thống xả

Xupap thải mở sớm trước khi pittông tới điểm chết dưới (điểm b’ trên hình) sẽ tạođiều kiện thuận lợi cho quá trình thải bằng cách cho sản vật cháy tự thoát ra ngoài nhờchênh áp giữa xylanh và đường thải Với mục đích giảm tải trọng động cho xupap cầnphải cho xupap mở và đóng đường thông một cách từ từ Chính vì vậy việc mở sớmxupap thải nhằm tạo ra giá trị “thời gian-tiết diện” đủ để áp suất trong xylanh giảm tớimức yêu cầu khi pittông đi ngược từ điểm chết dưới lên điểm chết trên Khi đã mởsớm xupap thải vào thời điểm hợp lý sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải

phân phối khí được chọn cố định nên phải cân đối lợi ích giữa hai yếu tố trên Còn trêncác động cơ có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì hệ thống sẽ thay đổithời điểm mở xupap thải sao cho động cơ đạt được hiệu suất cao nhất ở mọi tốc độ vàtải động cơ.

Trong chế độ tải nhỏ hay một phần tải động cơ sẽ đạt hiệu suất cao hơn nếu nhưthời điểm mở xupap thải càng gần ĐCD hơn càng tốt vì ở chế độ này áp lực khí cháytrong xylanh nhỏ hơn nên cũng cần ít thời gian hơn để đẩy khí cháy ra ngoài Ngượclại khi động cơ ở chế độ toàn tải thì cần mở xupap thải sớm tức trước khi pittông tớiĐCD vì cần có đủ thời gian để đẩy sạch khí cháy ra ngoài, tuy mất một ít công trên đồthị p-v nhưng bù vào đó quá trình nạp trong chu kỳ kế tiếp có lợi ích lớn hơn nên nhìnchung động cơ sẽ đạt được hiệu quả cao hơn

Hình 1.6 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả

1.3.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Effects of Changes

to Exhaust Valve Closing Timing – EVC)

Xupap thải bao giờ cũng đóng trễ sau khi pittông đã đi qua điểm chết trên nhằmđảm bảo cho sản vật cháy được thoát hết ra ngoài, mặt khác lợi dụng chênh áp để sảnvật cháy được thải tiếp giảm lượng khí sót còn lại trong xylanh Ngoài ra việc đóngmuộn xupap thải còn nhằm sử dụng quán tính trên đường thải sinh ra giảm áp có tínhchu kỳ thấp hơn giá trị trung bình của pth tạo điều kiện để thải sạch hơn

Thời điểm đóng xupap thải có ảnh hưởng rất quan trọng đến việc khí thải còn lạitrong xylanh trong kỳ hút tiếp theo Thời điểm đóng xupap thải là một thông số quan

Cải thiện mômen xoắn ở tốc độ cao

Cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp và hiệu quả

ở tải nhỏ

ĐCT

ĐCDXupap xả

trọng trong việc điều khiển lưu hồi khí thải và góc trùng điệp của hai xupap.

Khi ở chế độ đầy tải mong muốn cho lượng khí thải còn lại trong xylanh là ít nhất

để tối đa lượng hòa khí mới nạp vào trong xylanh trong kỳ hút kế tiếp Điều này đòihỏi thời điểm đóng xupap thải phải càng gần ngay ĐCT Ngoài ra trong động cơ có hệthống xả tích cực nghĩa là sử dụng sóng áp suất của dòng khí xả xylanh khác thì thờiđiểm đóng xupap xả cũng ảnh hưởng tới sóng áp suất làm ảnh hưởng tới việc đẩy hayhút khí xả ra ngoài hoặc trở lại xylanh Sóng áp suất thay đổi theo tốc độ động cơ do

đó nếu cố định thời điểm đóng xupap xả ở một tốc độ nào đó sẽ gây ảnh hưởng tới cácchế độ hoạt động khác của động cơ

Khi động cơ hoạt động ở chế độ một phần tải thì thời điểm đóng muộn xupap thải

có thể mang lại lợi ích lớn từ việc giữ lại một phần khí thải để hạn chế hòa khí mới nạpvào Khí thải được giữ lại do đó làm giảm sự hoạt động cần thiết của bớm ga để điềukhiển lượng hòa khí vào buồng đốt và kết quả làm giảm tổn thất bơm trong kỳ hút tiếptheo Di chuyển thời điểm đóng trễ xupap thải sẽ làm tăng tuần hoàn khí thải tươngứng giảm phát thải khí thải làm động cơ thân thiện với môi trường

Giới hạn bao nhiêu khí thải còn lại trong xylanh là cần thiết để đặc tính sự cháyvẫn ổn định và không ảnh hưởng tới công suất động cơ Tuần hoàn khí thải làm giảmdung tích xylanh của buồng đốt do lượng khí trơ chiếm chỗ do đó sẽ làm giảm côngsuất và gây ra đặc tính cháy xấu Vì vậy ở chế độ cầm chừng và tốc độ thấp không nên

sử dụng việc lưu hồi để ổn định tốc độ cầm chừng, khi ở tốc độ cao cũng vậy để côngsuất và mômen động cơ phát ra đạt tối đa

Hình 1.7 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả

1.3.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Effect of changes to

Intake Valve Opening Timing – IVO)

Việc mở xupap nạp cho phép hòa khí vào xylanh từ ống góp hút (trong động cơdiesel hay động cơ phun xăng trực tiếp thì chỉ có không khí) Thời gian bắt đầu mởxupap nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xylanh (do giãn nở của khí sót) hạ thấphơn áp suất môi chất trên đường nạp thì tiết diện lưu thông của xupap nạp đã đủ lớn đểmôi chất mới đi vào Do đó thường mở sớm xupap nạp trước ĐCT (BTDC) Thời điểm

mở xupap nạp là thông số thứ hai xác định góc trùng điệp của xupap nạp và xupap xả(cả hai xupap đều mở) (14) đó đó thời điểm đóng xupap xả và mở xupap nạp thayđổi sẽ làm thay đổi thời điểm phối khí, thay đổi lượng luân hồi khí thải

Hình 1.8 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp

Cải thiện hiệu quả động cơ

ở chế độ cầm chừng, toàn tải và tốc độ cao do giảm

EGRCải thiện hiệu quả động cơ

ở chế độ tốc độ, tải trung bình do làm tăng EGR

ĐCT

ĐCD

SauĐCTXupap xả

Có thể giảm EGR phụ thuộc vào thời điểm đóng

xupap xả

Có thể tăng EGR phụ thuộc vào thời điểm đóng

1.3.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Effect of changes

to Intake Valve Closing Timing – IVC)

Hiệu quả thể tích hòa khí nạp vào phụ thuộc vào thời điểm đóng xupap nạp theotừng tốc độ và tải động cơ Thời điểm đóng xupap nạp quyết định bao nhiêu hòa khí sẽđược nạp vào xylanh do đó ảnh hưởng tới tính kinh tế và hiệu quả động cơ

Để đạt được mômen xoắn tối đa xupap nạp đóng muộn sau khi pittông đã vượtqua điểm chết dưới nhằm nạp thêm môi chất mới vì ở điểm chết dưới tiết diện lưuthông qua xupap còn lớn, áp suất trong xylanh pa còn thấp hơn áp suất trên đường ốngnạp pk quán tính của môi chất mới từ đường nạp vào xylanh vẫn còn Do đó có thể kéodài quá trình nạp thêm một giai đoạn sau điểm chết dưới cho tới khi áp suất trongxylanh trở nên lớn hơn pk Mặt khác còn lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc độcao để nạp thêm môi chất giúp tối đa lượng hòa khí nạp vào để công suất và mômenđộng cơ phát ra tối đa

Việc đóng sớm xupap nạp sẽ làm giảm hòa khí nạp vào xylanh giúp tiết kiệmnhiên liệu ở chế độ tải nhỏ Việc đóng sớm xupap nạp ở chế độ tải nhỏ còn giúp hạnchế hòa khí quay trở lại ống góp hút và hạn chế tổn thất bơm

Hình 1.9 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp

Thời gian mở sớm và đóng muộn của các xupap theo góc quay trục khuỷu tínhbằng độ tạo thành pha phân phối khí của động cơ Động cơ vận tải hoạt động ở các tốc

độ khác nhau mà mỗi tốc độ lại tương ứng với một pha phân phối khí tối ưu đảm bảocho hệ số nạp đạt cực đại Nhưng trên thực tế các động cơ cổ điển không thể thay đổi

Đóng trễ sau ĐCD giúp tăng mômen xoắn

tối đa

Đóng gần ĐCD làm giảm hòa khí nạp giúp tiết kiệm nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ

ĐCT

ĐCD

SauĐCDXupap nạp

được điều này Pha phân phối khí trong mỗi động cơ được quyết đinh sau khi thửnghiệm và lấy ở tốc độ xe hay hoạt động.

Loại động

cơ

Tốc độđộng cơ

điệp

Mở trướcĐCT

Đóng sauĐCD

Mở trướcĐCD

Đóng sauĐCTĐộng cơ xăng ô tô

Pha phân phối khí ở một số động cơ cổ điển

Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì pha phânphối khí có thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định sao cho động cơ hoạt động hiệuquả ở mọi chế độ

Hình 1.10 Đồ thị mômen động cơ

Ở chế độ cầm chừng (phạm vi số 1 trên biểu đồ) công sinh ra chỉ cần để thắngcác lực ma sát nên tốc độ động cơ thấp và khi có sự tăng tải bất ngờ thì động cơ dễ bịchết máy Chế độ này yêu cầu tỉ lệ hòa khí nạp vào xylanh động cơ đậm hơn và việcthải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới môi chất công tác được tốt hơn Lúc này

3

1 và 2Đường mômen động cơ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT

cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng điệp (14) nhỏ lại để khícháy được thải sạch ra ngoài, giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều này làm ổnđịnh chế độ không tải

Hình 1.11 Chế độ cầm chừng

Khi ở chế độ tải nhẹ (phạm vi số 2 trên biểu đồ) nghĩa là áp suất trên ống góphút rất thấp nên có xu hướng hút khí xả trên ống góp xả lại nên thời điểm phối khí củatrục cam nạp cũng cần được làm trễ lại và độ trùng điệp xupap (14) giảm đi Điềunày làm ổn định tốc độ động cơ

Hình 1.12 Khi ở chế độ tải nhẹ

Chế độ tải trung bình (phạm vi số 3 trên biểu đồ) pha phân phối khí của động

cơ được điều chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hoàn khí thải(EGR) Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất làmviệc của động cơ tăng lên

Trang 14

NạpXả

ĐCD

NạpXả

ĐCT

ĐCD

Góc trùng điệp nhỏ nhất

Hình 1.13 Chế độ tải trung bình

Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (phạm vi số 4 trên biểuđồ) do lúc này tốc độ động cơ thấp và tải nặng nên áp suất trên đường ống nạp lớn hơnxupap nạp cần được đóng sớm lại để hòa khí nạp vào đảm bảo vừa đủ cải thiện hiệusuất thể tích nạp Điều này làm cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp tới trung bình

Hình 1.14 Tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng

Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (phạm vi số 5 trên biểu đồ) thì cần làmchậm thời điểm đóng xupap nạp để lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc độ cao làmcải thiện hiệu suất thể tích nạp Điều này cải thiện công suất đầu ra

NạpXả

ĐCT

ĐCD

Đóng sớm xupap nạp

ĐCT

ĐCT

ĐCD

Giảm góc trùng điệp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN VĂN NHỰT

Hình 1.15 Tốc độ cao với tải cao

Khi nhiệt độ động cơ thấp giảm góc trùng điệp xupap để ngăn chặn sự cháy xấu

và ổn định tốc độ không tải nhanh

Hình 1.16 Khi nhiệt độ động cơ thấp

Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng góc trùng điệp ở vị trí nhỏ nhất để cảithiện tính khởi động và cho lần khởi động tiếp theo

Hình 1.17 Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng

1.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi độ nâng xupap tới hiệu quả động cơ (Công

NạpXả

ĐCT

ĐCD

Góc trùng điệp nhỏ nhất

nghệ thay đổi độ nâng xupap VVA-Variable Valve Actuation)

Thay đổi độ nâng xupap ảnh hưởng tới tiết diện lưu thông của dòng khí nạp quahọng xupap Ngoài ra nó còn làm thay đổi trị số “thời gian – tiết diện” A của đườngthông đi qua xupap nạp cũng như xupap xả nhờ đó làm giảm tốc độ dòng chảy và giảmcản của các xupap, kết quả làm hệ số nạp tăng

Hệ thống VVT giải quyết vấn đề về góc trùng điệp tại điểm chết trên do đó nócũng làm thay đổi thời điểm của các xupap tại điểm chết dưới Khi ở tốc độ thấp VVTđiều chỉnh góc trùng điệp nhỏ tức mở muộn xupap hút và đóng sớm xupap xả do đó tạiđiểm chết dưới nó sẽ giữ mở xupap nạp nhiều hơn cần thiết và mở xupap xả sớm hơncần thiết

Ngoài ra khi độ nâng xupap còn tương đối nhỏ do độ nhớt của môi chất làm chodòng chảy men sát các mặt côn của tán và đế xupap điền đầy khe hở đi vào xylanh(hình a) Khi tăng dần độ nâng xupap mới đầu dòng chảy tách khỏi mặt côn của tán tạonên dòng phun một phía (hình b) tiếp theo dòng chảy tách rời mặt côn của đế xupaptạo tia phun tự do (hình c) lúc đó thấy rõ toàn bộ khe hở của tiết diện lưu thông quaxupap không được lợi dụng hết Đến khi xupap mở lớn hơn dòng chảy sẽ chịu sự canthiệp của thành xylanh (hình d) Dựa vào các kết quả trên người ta tìm ra các phương

án nhằm tận dụng hết tiết diện lưu thông qua xupap và giảm cản cho khu vự này.Khi thay đổi độ nâng của xupap tức ta thay đổi được h và h’ làm cho tiết diện lưu thôngqua xupap f được lớn hơn

Dòng chảy qua xupap

Chương 2: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH

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 đơngiản đã được sử dụng và đem lại kết quả khả quan Hệ thống gồm hai bộ phận chínhlà: solenoid điều khiển dầu và cơ cấu VVT

Trên hình đã thể hiện một vài bộ phận rời, nhưng có thể thấy rõ được hai bộphận chính: cơ cấu ròng rọc VVT và OCV ( Oil Control Valve, hoặc oil solenoid)

Hình 2.1 Cơ cấu VVT cổ điển.

Hệ thống VVT ban đầu hoạt động một cách tương đối đơn giản: tại số vòngquay cố định (4400 vòng/phút trên động cơ 20 xupap 4AGE) tín hiệu từ máy tính sẽlàm cho OCV mở, nó sẽ làm cho áp suất dầu đi qua một đường đặc biệt trong cam nạp,

đi xuyên qua trung tâm của cam nạp tới pully VVT Trong đó có một pittông nhỏ, ápsuất dầu này sẽ đẩy pittông ra phía sau, làm cho phần phía ngoài của pully điều chỉnhđúng với phần bên trong, vì then hình trôn ốc nên điều khiển hướng đi của pittông.Như vậy, khi tín hiệu từ máy tính làm VVT hoạt động, OCV mở, đó là nguyên nhânlàm pully VVT hoạt động sớm hơn 300 góc quay trục khuỷu (sớm hơn 150 so với bảnthân pully)

Hệ thống VVT-i là một kỹ thuật thay đổi thời điểm phối khí được phát triển bởiTOYOTA Hệ thống VVT-i đã thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1991 trênđộng 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).

Hệ thống VVT-i thiết kế cùng hệ thống phun xăng của hãng Toyota hoạt độngtheo nguyên lý điện - thủy lực Cơ cấu này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạpdựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động

Áp suất dầu của động cơ sẽ đẩy tới bộ truyền động cho đúng với vị trí trục cam.Năm 1998 Dual VVT-i (Điều chỉnh cả xupap xả và xupap nạp) được giới thiệu trênđộng cơ RS2000 Altezza’s 3S- GE Dual VVT-i còn được sử dụng trên động cơ V6mới 3.5L2GR-FE V6 Động cơ này được sử dụng trên các loại xe như Avalon, RAV4

và Camry ở Mỹ, Aurion ở Australia và một vài model ở Nhật, có cả xe Estima

Hình 2.2 Cơ cấu VVT-i của hãng Toyota.

Thông thường, thời điểm phối khí của động cơ đều được cố định, nhưng hệ thốngVVT-i đã sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm cơ cấu này tối ưu hoágóc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với cácthông số điều khiển chủ động Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vàohoạt động cung cấp nhiên liệu Hệ thống điện tử điều khiển xupap nạp biến thiênVVT-i được thiết kế với mục đích nâng cao mômen xoắn của động cơ, cắt giảm tiêuthụ nhiên 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

kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (loại bỏ sự

hỗ trợ bằng khí ) và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium

Hình 2.3 Các cảm biến gửi về ECU điều khiển VVT-i

Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưulượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính đưa về ECU để tính toán thông số phối khítheo yêu cầu chủ động Các cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp dữ liệuhiệu chỉnh, còn các cảm biến vị trí VVT và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thông tin

về tình trạng phối khí thực tế 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 Lệnh này được tính toántrong vài phần nghìn giây và quyết định góc đóng mở của các xupap

Áp lực dầu sẽ tác động thay đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, mở các xupap vàothời điểm thích hợp Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với thời điểm mở xupapkhông đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các góc phối phí xupap

Thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp của 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 đặt ở ống góp xả cho biết tỷ lệ %nhiên liệu được đốt cháy Thông tin từ đây được gửi 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

2.2 Công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence)

2.2.1 Cấu tạo của cơ cấu VVT-i

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

Hình 2.4 Cấu tạo của 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 đi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp

sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để thay đổi liên tục thời điểm phối khícủa trục cam nạp

Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duytrì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không truyền đến bộ điều khiển VVT-i ngaylập tức, sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điềukhiển VVT-i để tránh tiếng gõ

Hình 2.5 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam

Nguyên lý hoạt động của van điều phối :

Van điều phối trục cam hoạt động theo sự điều khiển (tỷ lệ hiệu dụng, điều xungPWM) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấpđến bộ điều khiển VVT-i để làm sớm hay làm muộn góc mở xupap nạp Khi động cơngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupap nạp được giữ ở góc muộn tối đa Van điềuphối kiểm soát điều khiển áp suất dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớndòng điện từ ECU động cơ

Bộ điều khiển VVT- i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suấtdầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí ECU động cơ tínhtoán thời điểm đóng mở van tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độđộng cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển vanđiều khiển dầu phối khí trục cam Hơn nữa ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trítrục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thựchiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn

2.2.2 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí

Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trụccam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho cácđiều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

2.2.2.1 Làm sớm thời điểm phối khí

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

Hình 2.6 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm

2.2.2.2 Làm muộn thời điểm phối khí

Khi ECU đặt van điều phối trục cam ở vị trí như trong hình vẽ, áp suất dầu tácđộng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạptheo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí

Hình 2.7 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn

2.2.2.3 Giữ ổn định

ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau khiđặt thời điểm phối khí chuẩn van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầuđóng như được chỉ ra trên hình vẽ để giữ thời điểm phối khí hiện tại

Hình 2.8 Van điều phối dầu ở vị trí ổn định

Hình 2.9 Sơ đồ mạch điều khiển VVT-i

Thời điểm phối khí được điều khiển như sau :

 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 điệp xupap giảm

đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía đường nạp Điều này làm ổn định chế độ khôngtải 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 nặng :

Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng điệp xupap tăng lên để tănglượng khí xả luân hồi nội bộ và giảm tổn thất khí động do đó cải thiện tính kinh tếnhiên liệu và giảm nồng độ khí xả độc hại Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóngxupap nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng khí hỗn hợp quay ngược lại đườngnạp và cải thiện hiệu quả nạp

 Khi tốc độ cao và tải nặng :

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 cảmbiến vị trí trục cam và được điều khiển bằng ECU

2.3 Công nghệ VVTL-i

2.3.1 Mô tả

Hệ thống VVTL-i dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng một cơ cấu chuyển đổivấu cam để thay đổi hành trình của xupap nạp và xả Điều này cho phép đạt được côngsuất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế của nhiên liệu hay ô nhiễm khí xả

Cấu tạo và hoạt động của hệ thống VVTL-i về cơ bản giống như hệ thốngVVT-i Việc chuyển đổi giữa hai vấu cam có biên dạng khác nhau dẫn đến làm thayđổi hành trình của xupap

Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECU động cơ điều khiển chuyển đổi giữa 2 vấucam nhờ van điều khiển dầu VVTL dựa trên các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nướclàm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.10 Hệ thống VVTL-i

2.3.2 Cấu tạo

Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i gần giống như những bộ phận của hệthống VVT-i Đó là van điều khiển dầu cho VVTL, các trục cam và cò mổ

Hình 2.11 Cấu tạo van điều khiển dầu VVTL

Van điều khiển dầu cho VVTL điều khiển áp suất dầu cấp đến phía cam tốc độcao của cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển vị trí van ống do ECU động

cơ thực hiện

Trục cam và cò mổ: để thay đổi hành trình xupap, người ta chế tạo trên trụccam 2 loại vấu cam, một loại vấu cam ứng với tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao chomỗi xilanh

Hình 2.12 Trục cam có hai vấu cam

Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xupap và vấu cam Áp

suất dầu từ van điều khiển dầu của VVTL đến lỗ dầu trong cò mổ và áp suất này đẩychốt hãm bên dưới chốt đệm Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao

Hình 2.13 Cấu tạo cơ cấu chuyển vấu cam

Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo vàchốt đệm được tự do Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theo hướngthẳng đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao

2.3.3 Hoạt động

Trục cam nạp và xả có các vấu cam với 2 hành trình khác nhau cho từngxylanh, và ECU động cơ chuyển những vấu cam này thành vấu cam hoạt động bằng ápsuất dầu

H ình 2.14 Điều khiển ở tốc độ thấp, trung bình, cao

Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo và chốt đệm được tự do Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theo hướng thẳng đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao

Mạch dầu điều khiển ở tốc độ thấp và trung bình(tốc độ động cơ dưới 6000 vòng/phút)

Hình 2.15 Mạch điều khiển ở tốc độ thấp và trung bình

Tốc độ cao (tốc độ động cơ trên 6000 vòng/phút, nhiệt độ nước làm mát cao hơn 60 0 C).

Hình 2.17 Mạch điều khiển ở tốc độ cao

Như trong hình vẽ bên trên, phía xả của van điều khiển dầu được đóng lại saocho áp suất dầu tác dụng lên phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam

Lúc này bên trong cò mổ, áp suất dầu đẩy chốt chặn đến dưới chốt đệm để giữchốt đệm và cò mổ Do đó, cam tốc độ cao ấn xuống cò mổ trước khi cam tốc độ thấp

và trung bình tiếp xúc với con lăn Nó dẫn động các xupap bằng cam tốc độ cao ECUđộng cơ đồng thời phát hiện rằng vấu cam đã được chuyển sang vấu cam tốc độ caodựa trên tín hiệu từ công tắc áp suất dầu

Mởtrước

ĐCD

ĐóngsauĐCT

Độ mở

Độnâng(mm)

Mở trướcĐCT

Đóng sauĐCD Độ mở

Độ nâng(mm)Tốc độ

Chương 3 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH

TRÊN XE HONDA3.1 Giới thiệu và phân loại

Hệ thống điều khiển xupap biến thiên của hãng HONDA mang tên công nghệ

VTEC ( Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System ) do Ikuo Kajtani

phát minh VTEC có những đặc trưng kỹ thuật mà có thể thay đổi thời gian mở xupap

và độ nâng của xupap phụ thuộc vào các thông số tốc độ động cơ, tốc độ di chuyển của

xe, nhiệt độ nước làm mát và tải động cơ Khả năng này làm cho đặc tính sự cháy cóthể đáp ứng được các điều kiện hoạt động của động cơ, vì vậy vừa tiết kiệm nhiên liệuvừa đạt được hiệu suất cao và giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường

Mỗi xupap trong động cơ được điều khiển bởi một số vấu cam với biên dạngriêng biệt Tất cả các cam đó đều được lắp đặt trên một trục cam và hệ thống điềukhiển điện tử điều khiển hoạt động của chúng dựa trên các điều kiện hoạt động củađộng cơ bằng cách dùng áp suất thủy lực Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của động

cơ mà sử dụng loại vấu cam phù hợp

Hình 3.1 Cấu tạo các vấu cam

Ở dải tốc độ thấp, biên dạng cam tốc độ thấp được sử dụng, thời gian mở xupapđược tối ưu hóa nhằm đạt được mômen xoắn cần thiết để xe có thể di chuyển tốt nhất

ở vòng tua thấp, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu

Ở dải tốc độ cao, biên dạng cam tốc độ cao thay thế, cho độ mở xupap và thờigian mở xupap được tăng lên, không khí được nạp vào nhiều hơn Hệ thống cung cấpcho xe khả năng di chuyển tốt ở tốc độ cao và tăng hiệu suất động cơ

Các dạng VTEC: hiện nay có 6 dạng hệ thống VTEC kết cấu tuy khác nhau

Cam tốc độ cao

Độ nâng của cam

Khoảng thời gian mở của camKhoảng thời gian mở của cam

Cam tốc độ thấp

Độ nâng của cam

nhưng nói chung chúng giống nhau về mặt nguyên lý vì tất cả đều sử dụng loại trụccam có vấu kép, một vấu dùng khi tốc độ thấp và một vấu dùng ở tốc độ cao Ở dải tốc

độ thấp, các xupap mở ít và thời gian mở ngắn lại do biên dạng của vấu cam giảm

DOHC VTEC: Ứng dụng này của công nghệ VTEC có các cam tốc độ cao và

tốc độ thấp với các biên dạng khác nhau, được áp dụng trên cả trục cam nạp và trụccam xả Khi tốc độ động cơ thấp và trung bình, các xupap nạp và xupap xả được điềukhiển bởi các cam tốc độ thấp Các cam tốc độ cao sẽ điều khiển các xupap này khitốc độ động cơ cao Sự phối hợp hoạt động của các cam này cho phép động cơ tạođược mô men lớn ở tốc độ vòng tua thấp và công suất cao ở tốc độ vòng tua cao

SOHC VTEC: Cũng giống như DOHC, cam tốc độ thấp điều khiển các xupap

khi tốc độ động cơ thấp và trung bình, và cam tốc độ cao điều khiển khi tốc độ động

cơ cao Nhưng với SOHC thì điều này chỉ áp dụng cho các xupap nạp, kỹ thuật nàygiúp động cơ có được công suất cao và tiết kiệm nhiên liệu

New VTEC: Các cam tốc độ cao và tốc độ thấp với các biên dạng khác nhau

được áp dụng với các trục cam nạp, cam tốc độ cao được dùng khi tốc độ vòng tuacao trong khi cam tốc độ thấp được dùng khi tốc độ vòng tua thấp và trung bình.Nhưng trong sự áp dụng này các xupap nạp thứ cấp được giữ cố định với độ nâng nhỏ

để hòa khí không đọng lại trên ống góp hút khi tốc độ xe thấp trong khi các xupap nạp

cơ bản cung cấp không khí chủ yếu cho các xylanh Kết hợp với sự tinh tế trong hìnhdáng của các buồng đốt và các đường ống góp, việc này tạo ra một vòng chuyển độngxoáy trong mỗi buồng đốt để làm cho sự cháy đạt hiệu quả hơn Động cơ New VTEC

có thể tạo ra công suất và mô men lớn trong khi vẫn tiết kiệm nhiên liệu

VTEC ba giai đoạn: Ba giai đoạn khác nhau của hệ thống VTEC tương ứng

cho tốc độ thấp (một xupap được điều khiển bởi cam tốc độ thấp), tốc độ trung bình(tất cả các xupap được điều khiển bằng cam tốc độ trung bình), và tốc độ cao (tất cảcác xupap được điều khiển bởi cam tốc độ cao) Sự thiết kế này cho phép động cơ sửdụng nhiên liệu hiệu quả ở tốc độ vòng tua thấp, tạo được mô men lớn ở tốc độ vòngtua trung bình, công suất cao ở tốc độ vòng tua cao

VTEC-E: Trục cam của xupap nạp có các cam tốc độ thấp và trung bình với

các biên dạng riêng biệt Ở tốc độ vòng tua thấp, xupap thứ cấp được điều khiển bởi

cam tốc độ thấp (mặc dù trong thực tế nó hầu như không chuyển động); Tất cả cácxupap được điều khiển bởi cam tốc độ trung bình khi tốc độ vòng tua trung bình Kếtquả là động cơ tiêu thụ nhiên liệu một cách hiệu quả đặc biệt trong khi vẫn duy trìđược khả năng điều khiển ở mức cao.

i-VTEC: Hệ thống i-VTEC hoàn thành sự mở rộng công suất và mômen, hiệu

quả sử dụng nhiên liệu cao hơn và giảm khí thải nhờ sự điều khiển góc cam so với hệthống VTEC thay đổi thời gian mở xupap và độ nâng của xupap trong hai hoặc ba giaiđoạn i-VTEC bổ xung thêm cơ cấu VTC (Bộ điều khiển thời gian thay đổi) tiếp tụcthay đổi góc cam nạp từ góc chậm nhất sang góc tối ưu nhất

3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SOHC VTEC

 Hệ thống điều khiển (ECM)

Trục cam: Trục cam của động cơ SOHC VTEC có 3 loại cam, được gọi là cam

cơ bản, cam giữa, và cam thứ cấp Những cam này có những biên dạng khác nhau đểcung cấp thời gian mở xupap và độ nâng khác nhau

Cam giữa