Chương VI Hệ thống điều khiển động cơ
6.8 Hệ thống điều khiển thời điểm phối khí thông minh
Đa số các động cơ hiện đại đều được trang bị hệ thống thay đổi thời điểm mở suppap.
Hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo. Toyota gọi là VVT-i – Variable Valve Timing Intelligent. Honda gọi là VTEC – Valve Timing Electronic Control. Mitsubishi gọi là MIVEC -Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control System. Trong giáo trình này, VVT-i được giới thiệu. Các hệ thống tương tự ở các xe khác, người học tự tìm hiểu .
Thông thường, thời điểm phối khí cố định, nhưng hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này giúp tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm.
Hình 6.167 dưới trình bày hệ thống VVT-i đơn trên trục cam nạp.
Hình 6.167: Cơ cấu phối khí VVT-i.
Cấu tạo hệ thống VVT-i
Các bộ phận cấu thành hệ thống VVT-i gồm van điều khiển VVT-i, các trục cam và cò mổ. Van điều khiển VVT-i điều khiển áp suất nhiên liệu cấp đến phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển vị trí van ống do ECM động cơ thực hiện. Cơ cấu phối khí bao gồm cò mổ và con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở supáp thủy lực và hệ thống VVT-i.
Hình 6.168: Hệ thống VVT-i của TOYOTA CAMRY 2.4.
Hoạt động của hệ thống phân phối VVT-i:
Supáp điều khiển việc đưa hỗn hợp không khí nhiên liệu vào động cơ và thoát ra bên ngoài qua hệ thống xả. Trục sử dụng các vấu cam tỳ lên các xu páp để mở chúng ra khi trục cam quay, các lò xo trên trục cam có nhiệm vụ đẩy chúng về vị trí cũ để đóng lại.
Đây là một nhiệm vụ quyết định và có thể tạo ra ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của động cơ ở tốc độ khác nhau.
306 Biên soạn: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Hình 6.169: Các cảm biến trên hệ phân phối VVT-i.
Việc chuyển đổi hai vấu cam có biên dạng khác nhau dẫn đến sự thay đổi hành trình của xu páp. Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECM động cơ chuyển đổi giữa hai vấu cam nhờ điều khiển VVT-i dựa trên các tính hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu.
Hình 6.170: Vị trí van dầu điều khiển thời điểm của trục cam.
Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 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 tính hiệu từ các cảm biến thời điểm phối khí được điều khiển như sau.
Trạng thái hoạt động của hệ thống VVT-i:
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ, thời điểm phối khí trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả cháy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động.
Hình 6.171: Bảng trạng thái hoạt động của VVT-i.
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 lặp supáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đống supáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại dường ống nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ở tốc độ cao và tải nặng, thời điểm phối khí được điều chủng sớm lên và độ trùng lặp supáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm (pump loss). Điều này cải thiện ô nhiễm và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng supáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường ống nạp và cải thiện hiệu suất nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí supáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam. Cơ cấu phối khí bao gồm những bộ phận chính sau: các bánh răng dẫn động 1 và 2, trục phân phối (trục
308 Biên soạn: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Hình 6.172: Mạch dầu điều khiển VVT-i.