1.4 Tổng quan về điều khiển xupap
1.4.6.1 Hệ thống MultiAir của Fiat
Hình 1.7: Hệ thống MultiAir của Fiat.
Cơng nghệ Multi Air của Fiat đƣợc cấp bằng sáng chế năm 2002. Và đƣợc tập đoàn Fiat giới thiệu tai triển lãm Geneva ngày 8/3/2009. Bằng việc điều khiển trực tiếp khơng khí hoặc hịa khí vào trong xy lanh thông qua xupap nạp không cần sử dụng bƣớm ga nên đã giảm cơng hao phí do tổn thất hút trong quá trình nạp và giảm sự cản trên đƣờng ống nạp.
Ứng dụng đầu tiên của công nghệ Multiair đƣợc lắp trên động cơ Fire 1400cc 16 xupap, ứng dụng thứ hai là trên động cơ xăng cỡ nhỏ SGE 900cc cả hai loại động cơ đều có phiên bản tăng áp và không tăng áp với nắp quy lát đƣợc thiết kế đặc biệt để lắp đặt bộ chấp hành điện - thủy lực.
Hình 1.8: Cấu trúc của hệ thống MultiAir.
Cấu tạo của hệ thống.
- Trục cam: Động cơ sử dụng một trục cam xả và sử dụng thuỷ lực để điều khiển
xupap nạp. Mỗi xy lanh có 4 xupap trong đó hai xupap xả đƣợc điều khiển trực tiếp bởi các vấu cam xả nhƣ động cơ thông thƣờng và không thể thay đổi đƣợc thời điểm cũng nhƣ độ nâng. Trong khi đó các xupap nạp đƣợc điều khiển bởi các vấu cam nạp thông qua piston, buồng thủy lực và van solenoid điện. Van solenoid điện tắt, mở sẽ làm thay đổi thời điểm và độ nâng xupap.
- Hệ thống thủy lực: Gồm piston và buồng thủy lực. Khi vấu cam nạp tác dụng
vào địn bẩy sẽ làm piston dịch chuyển có cơng dụng nhƣ một bơm thủy lực tạo áp lực chứa trong buồng thủy lực. Buồng thủy lực đƣợc kết nối với xupap và đƣợc điều khiển thông qua một solenoid.
- Solenoid: Đƣợc điều khiển bởi hệ thống điều khiển động cơ có tác dụng đóng
mở mạch thủy lực tác dụng lên xupap để làm thay đổi thời điểm và độ nâng xupap theo các chế độ hoạt động của động cơ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống MultiAir:
Phƣơng thức hoạt động của hệ thống tập trung vào xupap nạp. Piston chuyển động bởi trục cam đƣợc liên kết với xupap nạp thông qua một buồng thủy lực đƣợc điều
buồng dầu chạy nhƣ một vật thể rắn và truyền đến xupap nạp và độ nâng xupap đƣợc quy định bởi trục cam.
Khi van điện mở buồng chứa dầu và xupap nạp đƣợc kết hợp với nhau, xupap nạp không hoạt động theo trục cam nữa mà đóng dƣới tác động của lị xo. Phần cuối cùng của hành trình đóng xupap đƣợc điều khiển bởi phanh hãm thủy lực, để đảm bảo các chế độ hoạt động nhẹ nhàng, bình thƣờng trong mọi điều kiện hoạt động của xe.
Hình 1.9: Cấu trúc bên trong của hệ thống MultiAir.
Thông qua việc điều khiển q trình đóng, mở van điện, có thể dễ dàng tìm ra một số chế độ hoạt động của động cơ nhƣ sau:
Chế độ xupap mở hoàn tồn theo biên dạng cam (full lift): Để có đƣợc cơng
suất lớn nhất van solenoid điện ln ln đóng và xupap đƣợc điều khiển mở hoàn toàn bởi biên dạng trục cam mà đƣợc thiết kế đặc biệt để tạo công suất tối đa khi chạy ở tốc độ cao (thời gian mở lâu hơn).
Hình 1.10: Chế độ Full lift- xupap mở theo biên dạng cam thiết kế.
Chế độ mở trễ xupap nạp (LIVO - late intake valve opening): Khi khởi động
động xupap nạp mở ra một phần nhờ sự đóng van solenoid điện. Tức là xupap nạp mở muộn và đóng sớm. Trong trƣờng hợp này, dòng khí vào xy lanh nhanh hơn tạo lốc xốy mạnh hơn kết quả sự hịa trộn nhiên liệu trong xy lanh tơi hơn.
Hình 1.11: Chế độ mở trễ xupap nạp – LIVO.
Chế độ đóng sớm xupap nạp (EIVC): Để đạt đƣợc mơ-men xoắn ở tốc độ thấp
Hình 1.12: Chế độ đóng sớm xupap nạp- EIVC.
Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục (Multilift): Hai chế độ hoạt động có
thể bao gồm trong cùng một kỳ nạp tạo ra chế độ Multilift, đây là chế độ cháy khi tải rất thấp.
Hình 1.13: Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục- Multilift.
Chế độ thay đổi theo tải động cơ (Partial load): Khi tải động cơ thay đổi thì
thời gian mở solenoid cũng thay đổi. Khi tải động cơ ổn định thì solenoid giữ ngun vị trí mở trƣớc đó làm cho xupap mở một phần để kiểm sốt lƣợng hịa khí vào trong xy
Hình 1.14: Chế độ thay đổi theo tải động cơ - Partial load.
Ƣu điểm của công nghệ MultiAir:
Công suất tối đa đƣợc tăng lên 10% nhờ vào việc sử dụng trục cam định hƣớng ở công suất cao.
- Tại tốc độ vịng quay thấp mơmen xoắn đƣợc cải thiện đến 15% thơng qua việc đóng sớm xupap nạp để có thể đạt lƣợng khơng khí trong xy lanh là lớn nhất.
- Quá trình bơm giảm dẫn đến giảm lƣợng nhiên liệu tiêu thụ và khí CO2 sinh ra cũng giảm một lƣợng tƣơng ứng cả với động cơ tăng áp và động cơ không tăng áp.
- Động cơ MultiAir tăng áp cỡ nhỏ có thể tăng 25% hiệu quả kinh tế đối so với động cơ thƣờng trong cùng một điều kiện.
- Hiệu quả điều khiển xupap thể hiện tốt nhất là trong q trình làm nóng động cơ và sự tái tuần hồn khí xả thơng qua việc mở lại xupap nạp trong kỳ xả. Kết quả là khí thải giảm từ 40% cho HC, CO và đến 60% cho NOx.
- Duy trì áp suất nạp (khơng khí cho động cơ thƣờng và khơng khí áp suất cao hơn cho động cơ tăng áp), cộng với việc điều khiển khí nạp cho từng xy lanh trong mỗi thì riêng biệt sẽ tạo ra một động cơ tối ƣu và nâng cao cảm giác lái xe.