Hệ thống Dual VVT-i - HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CAMSH- 123docz.net

5.1.1 Quá trình cải tiến VVT thành Dual VVT-i

*VVT thế hệ I (1991-2001)

Hệ thống VVT ban đầu hoạt động một cách tương đối đơn giản tại số vòng quay cố định (4400 vòng/phút trên động cơ 20 xupap 4AGE) tín hiệu từ ECU sẽ làm cho van điều khiển dầu phối khí trục cam 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 bộ điều khiển VVT. Trong đó có một piston nhỏ, áp suất dầu này sẽ đẩy piston ra phía sau, làm cho phần phía ngoài của pully điều chỉnh đúng với phần bên trong, vì then hình trôn ốc nên điều khiển hướng đi của piston. Như vậy, khi tín hiệu từ ECU làm bộ điều khiển VVT hoạt động, van điều khiển dầu phối khí trục cam mở, đó là nguyên nhân làm bộ điều khiển VVT hoạt động sớm hơn 30 độ góc quay trục khuỷu (sớm hơn 15 độ so với bản thân nó)

Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục

Truyền động điều khiển bằng dây đai cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên hai giai đoạn với bộ điều khiển VVT đặt trên trục cam nạp (sử dụng trên động cơ 4AGE loại 91 màu bạc và loại 95 màu đen).

Cơ cấu VVT cổ điển

* VTT-i

VVT-i là viết tắt của Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là van biến thiên thông minh là thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện - thủy lực. Hệ thống Toyota VVT-i thay thế cho Toyota VVT (Hệ thống pha cam điều khiển bằng thủy lực 2 giai đoạn) được cung cấp bắt đầu từ năm 1991 trên động cơ 4A-GE 5 van mỗi xi lanh.

VVT-i được giới thiệu trên động cơ 1JZ-GTE, 2JZ-GTE vào năm 1996, thay đổi thời gian của các van nạp bởi điều chỉnh mối quan hệ giữa bộ truyền động trục cam (dây đai hoặc xích) và trục cam nạp. Áp suất dầu động cơ được đưa vào một cơ cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí trục cam. Điều chỉnh thời gian trùng lặp giữa đóng van xả và mở van nạp giúp cải thiện hiệu suất động cơ. Các biến thể của hệ thống bao gồm: VVTL-i, Dual VVT-i, VVT-iE, VVT-iW và Valvematic.

* VVT-i thế hệ II (1995-2004)

Được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40 độ đến 60 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.

Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục

Truyền động điều khiển bằng dây đai cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên liên tục với bộ điều khiển VVT-I đặt trên trục cam nạp (sử dụng trên động cơ 1JZGE loại 96, 2JZ-GE loại 95, 1JZ-GTE loại 00, 3S-GE loại 97).

Hệ thống VVT-i trên động cơ JZ

1 – Bộ điều khiển VVT-i, 2 - Van điều khiển dầu phối khí trục cam, 3 - Cảm biến vị trí trục cam, 4 - Cảm biến vị trí trục khuỷu.

* VVT-i thế hệ III (1997-2012):

Truyền động điều khiển bằng dây đai và truyền động bánh răng giữa các trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên với bộ điều khiển VVT-i ở phía trước hoặc phía sau của trục cam (sử dụng trên động cơ 1MZ-FE loại 97, 3MZ-FE, 3S-FSE, 1JZ-FSE, 2JZ-FSE, 1G-FE loại 98, 1UZ-FE loại 97, 2UZ-FE loại 05, 3UZ-FE).

Hệ thống VVT-i trên động cơ MZ

1 - cảm biến vị trí bướm ga, 2 - cảm biến vị trí trục cam, 3 - van điều khiển dầu phối khí trục cam, 4 - cảm biến nhiệt độ nước, 5 - cảm biến vị trí trục khuỷu.

Bộ điều khiển VVT-i trên động cơ

* VVT-i thế hệ IV (1997- ..)

Truyền động điều khiển bằng xích cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên bộ điều khiển VVT-i đặt trên đĩa xích trục cam nạp (sử dụng trên động cơ NZ, AZ, ZZ, SZ, KR, 1GR-FE loại 04).

Hệ thống VVT-i trên động cơ AZ

1 - van điều khiển dầu phối khí trục cam, 2 - cảm biến vị trí trục cam, 3 - cảm biến nhiệt độ nước, 4 - cảm biến vị trí trục khuỷu, 5 - bộ điều khiển VVT-i.

* VVTL-i

Hệ thống VVTL-i phát triển dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình của van nạp và van xả. Hệ thống này được giới thiệu lần đầu tiên trên động cơ 2ZZ-GE bố trí trên xe Toyota Celica năm 2000.

Hệ thống này cho phép đạt được công suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế của nhiên liệu hay ô nhiễm khí xả. Cấu tạo và hoạt động cơ bản của hệ thống VVTL-i giống như hệ thống VVT-i. Việc chuyển giữa hai vấu cam có hành trình khác nhau được sử dụng để thay đổi hành trình của các van. ECU động cơ chuyển giữa hai vấu cam bằng van điều khiển dầu VVTL dựa trên các tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu.

Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i gần giống những bộ phận cấu thành hệ thống VVT-i. Những bộ phận đặc biệt trên hệ thống VVTL-i là van điều khiển dầu VVTL và các trục cam, cò mổ.

* Dual VVT-i

Hệ thống Dual VVT-i được phát triển từ hệ thống VVT-i của hãng Toyota. Hệ thống này điều chỉnh thời gian đóng mở van trên cả van nạp và van xả và được hãng Toyota giới thiệu lần đầu tiên trên động cơ 3S-GE vào năm 1998. Năm 2005 hệ thống Dual VVT-i được bố trí trên động cơ Toyota V6 2GR-FE. Hiện nay động cơ này được sử dụng nhiều trên các động cơ Toyota và Lexus. Cấu tạo và hoạt động của hệ thống Dual VVT-i cơ bản giống hoạt động của hệ thống VVT-i. Với công nghệ tiên tiến này, động cơ xăng của Toyota đã tối ưu hóa quá trình nạp và xả trên động cơ giúp cho động cơ tăng công suất tối đa, thải sạch hơn, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ động cơ.

5.1.2 Quá trình cải tiến Dual VVT-i thành các hệ thống khác * Valvematic

Valvematic: Dual VVT-i kết hợp với hệ thống nâng van biến thiên liên tục điều chỉnh để nâng van và thời gian và cải thiện hiệu quả nhiên liệu bằng cách kiểm soát lượng nhiên liệu không khí sử dụng điều khiển van chứ không phải

là kiểm soát tấm ga thông thường. Công nghệ này xuất hiện lần đầu tiên vào năm 2007 trên tàu Noah và sau đó vào đầu năm 2009 trong dòng động cơ ZR được sử dụng trên tàu Avensis. Hệ thống này được thiết kế đơn giản hơn so với Valvetronic và VVEL, cho phép đầu xi lanh giữ nguyên chiều cao (sử dụng trên động cơ 1ZR-FAE, 2ZR-FAE, 3ZR-FAE).

Hệ thống Valvematic trên động cơ

1 - Bộ truyền động VVT (xả), 2 - Bộ truyền động VVT (nạp), 3 - trục cam xả, 4 - trục camnạp, 5 - Bộ điều khiển van, 6 - bộ điều chỉnh, 7 - bộ điều chỉnh mi, 8 - van, 9 - van nạp, 10 - vanxả, 11 - bộ phận xả

xích, 12 - bộ phận giảm tốc độ căng, 13 - bộ căng thủy lực.

Valvematic cho phép điều khiênr nâng van nạp trong khoảng 0,9 đến10,9

am. Theo đó, thời gian mở van thay đổi trong khoảng 106 độ đến 260 (góc quay trục khuỷu).

Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục

* VVT-iE

VVT-iE (Định thời van biến thiên - thông minh bằng động cơ điện) là một phiên bản của Dual VVT-i sử dụng một cơ cấu chấp hành hoạt động bằng điện để điều chỉnh và duy trì thời gian nạp trục cam. Thời điểmtrục cam xả vẫn được điều khiển bằng bộ truyền động thủy lực.

* VVT-iE thế hệ I (2006- ..)

Truyền động điều khiển bằng xích, sử dụng một động cơ điện để điều khiển thời gian cam nạp, cam xả vẫn được điều khiển bằng thủy lực như hệ thống Dual VVT-i (sử dụng trên động cơ1UR-FSE, 2UR-FSE).

Động cơ điện VVT-iE được sử dụng để điều chỉnh, thay đổi thời thời điểm phối khí một cách liên tục tùy theo điều kiện hoạt động của động cơ. Điều này đạt được bằng cách quay trục cam nạp so với đĩa truyền động trong khoảng 40 độ (góc quay trục khuỷu). Cho phép hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp hoặc ở tốc độ động cơ thấp với áp suất dầu thấp, hoạt động trực tiếp từ lúc bật nguồn, vì vậy nó có thể cung cấp thời gian tối ưu nhất khi khởi động.

Bộ điều khiển VVT-i cho phép thay đổi thời điểm phối khí một cách trơn tru tùy theo điều kiện hoạt động của động cơ. Điều này đạt được bằng cách quay trục cam xả so với đĩa truyền động trong phạm vi 35 ° (góc quay trục khuỷu)

Hệ thống VVT-iE trên động cơ UR

1 - Động cơ điện VVT-iE, 2 –van điền khiển dầu phối khí trục cam, 3 - cảm biến vị trítrục khuỷu, 4 - cảm biến vị trí trục cam (bên nạp), 5 - cảm biến vị trí trục cam (bên xả), 6 - cảm biến nhiệt độ nước, 7 - cảm biến vị trí trục cam.

Động cơ điện VVT-iE bao gồm động cơ DC không chổi than, bộ điều khiển EDU và cảm biến Hall. EDU đóng vai trò trung gian giữa ECU và động cơ điện, điều khiển tốc độ và hướng quay. EDU liên tục truyền đến bộ phận điều khiển động cơ dữ liệu hiện tại về tốc độ của động cơ điện, chiều quay và trạng thái của các tín hiệu điều khiển.

Động cơ điện VVT-iE

1 - EDU, 2 - Động cơ điện, 3 - Cảm biến Hall.

Điều chỉnh thời thời điểm phối khí dựa trên sự chênh lệch tốc độ giữa động cơ và trục cam. Ở chế độ giữ, tốc độ bằng nhau. Ở chế độ làm sớm thời điểm phối khí, động cơ quay nhanh hơn trục cam. Ở chế độ làm muộn thời điểm phối khí, động cơ quay chậm hơn trục cam (hoặc theo chiều ngược lại).

Các chế độ hoạt động của động cơ

* VVT-iE thế hệ II (2014- ..)

Truyền động điều khiển bằng xích, sử dụng một động cơ điện để điều khiển thời ưgian cam nạp, cam xả vẫn được điều khiển bằng thủy lực như hệ thống Dual VVT-i (sử dụng trên động cơ A25, M20, M15, V35, 1NR-FKE, 2NR- FKE).

Động cơ điện VVT-iE được sử dụng để điều chỉnh, thay đổi thời thời điểm phối khí một cách liên tục tùy theo điều kiện hoạt động của động cơ. Điều này đạt được bằng cách quay trục cam nạp so với đĩa truyền động trong pham vị 70 độ đến 85 độ (góc quay trục khuỷu). Cho phép hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp hoặc ở tốc độ động cơ thấp với áp suất dầu thấp, hoạt động trực tiếp từ lúc bật nguồn, vì vậy nó có thể cung cấp thời gian tối ưu nhất khi khởi động.

*VVT-iW

VVT-iW (Thời gian van biến thiên - Rộng thông minh) được giới thiệu với 2.0L 8AR- FTS được trang bị cho Lexus NX200t. VVT-iW sử dụng VVT-iW trên van nạp và VVT-i trên van xả. Cam nạp có cơ cấu khóa cam vị trí giữa để làm chậm thời gian thay đổi liên tục. Nó cung cấp các góc mở van mở rộng cho phép động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson được sửa đổi ở vòng tua thấp để cải thiện nền kinh tế và lượng khí thải thấp hơn, và ở chu trình Otto ở vòng tua cao để có hiệu suất tốt hơn, đồng thời cung cấp mô-men xoắn cao trong suốt dải vòng tua nhiên liệu lượng khí nạp bằng cách sử dụng điều khiển van thay vì điều khiển tấm tiết lưu thông thường.Điều này đạt được bởi sự quay của trục cam nạp liên quan đến cánh răng dẫn động trong khoảng 75 độ đến 80 độ, sự quay của trục cam xả liên quan đến cánh răng dẫn động trong khoảng 50 độ đến 55 độ (góc quay trục khuỷu).

Khoảng mở rộng, so sánh với những hệ thống thông thường, hoạt động chủ yếu phía làm muộn thời điểm đóng xupap. Ở trục cam thứ hai vẫn sử dụng nguyên lý hoạt động như ở thế hệ VVT-i.

Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục