HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CAMSHAFTPHASINGDual VVT i dual variable valve timingintelligent(toyota)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 39 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
Khoa Cơ Khí Động Lực
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CAMSHAFT PHASING
VVT-i
- DualPHỐI
Variable
Timing intelligent
HỆDual
THỐNG
PHÂN
KHÍValve
CAMSHAFT
PHASING
(Toyota)
Dual VVT-i - DualVariable
Valve Timing intelligent
VANOS-Variable nockenwellen
(Toyota) steuerung (Lexus)
VANOS-Variable nockenwellen steuerung (Lexus)
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt
SVTH: Đoàn Minh Quân
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt
SVTH: Đoàn Minh Quân
TP.HCM, ngày 10 tháng 4 năm 2022
TP.HCM, ngày 10 tháng 4 năm 2022
download by :
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
Khoa Cơ Khí Động Lực
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CAMSHAFT PHASING
VVT-i
- DualPHỐI
Variable
Timing intelligent
HỆDual
THỐNG
PHÂN
KHÍValve
CAMSHAFT
PHASING
(Toyota)
Dual VVT-i - DualVariable
Valve Timing intelligent
VANOS-Variable nockenwellen
(Toyota) steuerung (Lexus)
VANOS-Variable nockenwellen steuerung (Lexus)
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt
SVTH: Đoàn Minh Quân
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt
SVTH: Đoàn Minh Quân
TP.HCM, ngày 10 tháng 4 năm 2022
TP.HCM, ngày 10 tháng 4 năm 2022
download by :
Mục lục
Phần 1: Lí do sử dụng cơng nghệ ......................................................................2
1.1 Hệ thống Dual VVT-i…………………………………………………….2
1.2 Hệ thống VANOS………………………………………………………...3
Phần 2: Cấu tạo ...................................................................................................5
2.1 Hệ thống Dual VVT-i..................... ............................................................ 5
2.1.1 Mô tả tổng thể hệ thống Dual VVT-i ..................................................5
2.1.2 Cấu tạo hệ thống Dual VVT-i ...............................................................7
2.1.2.1 Bộ điều khiển Dual VVT-i ............................................................. 7
2.1.2.2 Van điều khiển dầu phối khí trục cam ............................................8
2.2 Hệ thống VANOS …………………………………………………….....9
Phần 3: Nguyên lí hoạt động ........................................................................... 12
3.1 Hệ thống Dual VTT-i…………………………………………….……..12
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Dual VVT-i ...............................................12
3.1.2 Nguyên lí hoạt động Dual VVT-i ....................................................... 13
3.1.2.1 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí .................................... 13
3.1.3.2 Điều khiển thời điểm phối khí ...................................................... 16
3.2 Hệ thống VANOS……………………………………….………............19
Phần 4: Ưu và nhược điểm của hệ thống .......................................................20
4.1 Bảng so sánh……………….……………………………………………20
4.2 Sơ lượt về hệ thống Dual VVT-iE của Lexus ...........................................22
Phần 5: Lịch sử cải tiến ....................................................................................23
5.1 Hệ thống Dual VVT-i……………………………………………...……23
5.1.1 Quá trình cải tiến VVT thành Dual VVT-i .........................................23
5.1.2 Quá trình cải tiến Dual VVT-i thành các hệ thống khác ....................27
5.2 Hệ thông VANOS ……………………………………………………...32
Phần 6: Ảnh hưởng của hệ thống đến các kỹ thuật sử dụng trên động cơ.33
6.1 Hệ thống Dual VVT-i…………………………………………………...33
6.2 Hệ thống VANOS ……………………………………………………...33
Phần 7: Tình hình sử dụng hiện tại và tương lai ở Việt Nam và thế giới .. 34
7.1 Hệ thống Dual VVT-i………………………………………...…………34
7.2 Hệ thống VANOS…………………………………………………….…35
KẾT LUÂN ....................................................................................................... 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 37
1
download by :
Phần 1: Lí do sử dụng cơng nghệ
1.1 Hệ thống Dual VVT-i
Do động cơ trên ô tô hoạt động luôn thay đổi tốc độ mà mỗi tốc độ lại
tương ứng với các thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupap
rất khác nhau. Đối với động cơ cổ điển thì pha phân phối khí thực tế được chọn
tối ưu ở một số vịng quay nào đó phụ thuộc vào điều kiên sử dụng động cơ và
độ nâng của xupap là không thay đổi được. Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu
của các xupap ở tốc độ thấp thì q trình đốt nhiên liệu lại khơng hiệu quả khi
động cơ hoạt động ở tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn.
Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động
khơng tốt ở tốc độ thấp. Từ những hạn chế đó nên hệ thống phân phối khí hiện
đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tác động để thời điểm mở xupap, độ mở,
khoảng thời gian mở và độ nâng xupap biến thiên theo từng tốc độ động cơ
khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để nạp
đầy hịa khí vào buồng đốt và xả sạch khí cháy ra ngồi. Dựa vào ngun tắc
đó nhưng mỗi hãng có những cơ cấu thay đổi pha phân phối khí và độ nâng
xupap mang tên cơng nghệ khác nhau và cải tiến qua từng giai đoạn.
Toyota phát minh ra hệ thống Dual VVT-i có thể thay đổi được pha phân
phối khí liên tục tùy thuộc vào tốc độ động cơ khác nhau do ECU động cơ điều
khiển, hệ thống sẽ làm trễ, sớm hay giữ nguyên thời điểm phối khí so với thời
điểm chuẩn tùy thuộc vào các thơng số và chế độ hoạt động của động cơ.
Dual VVT-i là biến thể của hệ thống Dual VVT-i. Nếu Dual VVT-i chỉ
điều phối van nạp đóng mở đúng thời điểm thì hệ thống Dula Dual VVT-i sẽ
điều phối đóng mở cả van nạp và xả đúng thời điểm. Với sự cải tiến này hệ
thống sẽ giúp cho sự cải thiện về tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ
và đặc biệt là giảm ơ nhiễm khí thải ra mơi trường đáng kể so với Dual VVT-i.
Đó cũng chính là lý do sử dụng công nghệ Dual VTT-i trên động cơ của
Toyota.
2
download by :
1.2 Hệ thống VANOS
Cơ cấu VANOS dùng cho cả hai trục cam nạp và thải được gọi là DOPPER
VANOS. Bánh xích để dẫn động từ trục khuỷu được nối với trục then hoa,
dưới tác dụng của áp suất dầu lấy từ hệ thống bơi trơn và có bơm cao áp để
nâng lên áp suất 100 bar, trục then hoa có chuyển động dọc trục. Bánh răng
nghiêng cuả trục then hoa ăn khớp trong với bánh răng nghiêng dẫn động trục
cam. Khi trục then hoa dịch chuyển dọc trục thì trục cam sẽ xoay tương đối
một góc 600 tính theo góc quay trục khuỷu so với bánh xích dẫn động trục cam
lắp trục khuỷu. Động cơ BMW có cam nạp dịch chuyển 600 v cam xả dịch
chuyển 450 (tính theo góc quay trục khuỷu). Do trục cam dẫn động từ trục
khuỷu qua bánh xích nên ở BMW cả hai trục cam đều xoay tương đối ở vị trí
ban đầu theo hướng mở muộn. VANOS kết hợp giữa thiết bị điều khiển cơ khi
và hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực để điều khiển các trục cam và được quản
lý bởi (DME) hệ thống điều khiển động cơ của xe.
Hệ thống VANOS làm việc dựa trên nguyên tắc là điều khiển các cơ cấu
của hệ thống, mà việc điều chỉnh đó có thể làm thay đổi vị trí tương đối của
trục cam nạp đối với trục khuỷu. Double_VANOS làm tăng khả năng điều
chỉnh những trục cam điều khiển xupap nạp và những trục cam điều khiển
xupap xả của động cơ. VANOS làm cho việc điều khiển trên trục cam nạp hoat
động đáp ứng được mọi tốc độ của động cơ và mọi vị trí bàn đạp (chân đạp ga)
của bộ tăng tốc khi thay đổi. Khi giảm thấp tốc độ của động cơ xuống tới tốc
độ quay thấp nhất ổn định (ứng với vạch thấp nhất của đồng hồ đo tốc độ động
cơ), VANOS đang cao chất lượng hoạt động của động cơ ở tốc độ thấp và rất
ổn định. Ở những tốc độ vừa (trung bình) của động cơ, những xupap nạp hầu
như là được điều khiển để mở sớm hơn, điều đó sẽ làm tăng tốc độ quay làm
tăng khả năng hút khí vào bên trong xylanh, giúp cho việc lưu thơng khơng khí
bên trong xylanh được cải thiện đáng kể. Do đó làm giảm lượng nhiên liệu bị
tiêu hao và làm giảm lượng nhiên liệu bị thoát ra theo cùng khí thải. Cuối cùng
ở những tốc độ động cơ cao các xupap nạp lại được điều khiển mở muộn hơn
so với trường hợp trung tốc (góc nạp sớm nhỏ hơn), Khi đó có thể khai thác hết
cơng xuất của động cơ VANOS làm tăng đáng kể công xuất và mô men xoắn
3
download by :
của động cơ, và điều chỉnh việc cung cấp lượng hồ khí cho động cơ ở mức độ
tối ưu, và tiết kiệm nhiên liệu.
Hệ thống điều chỉnh kiểu VANOS giúp cho việc điều khiển hệ thống phân
phốikhí ở chế độ tối ưu nhất. Hệ thống này điều chỉnh cả trục cam nạp và trục
cam xả, điều chỉnh được thời điểm đóng, mở các xupap nạp và xupap xả theo
từng chế độ yêu cầu của động cơ. Nhờ việc điều chỉnh hợp lý cơ cấu xupap nạp
và xupap xả do đó để tiết kiệm được lượng nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở
các chế độ khác nhau và lượng nhiên liệu thất thốt ra ngồi theo khí thải trong
q trình xả của động cơ kết quả là đã giảm được chi phí nhiên liệu khi vận
hành động cơ. Làm tăng cơng suất định mức của động cơ do đó hiệu quả kinh
tế khi sử dụng động cơ tăng.
4
download by :
Phần 2: Cấu tạo
2.1 Hệ thống Dual VVT-i
2.1.1 Mô tả tổng thể hệ thống Dual VVT-i
Hệ thống Dual VVT-i trên động cơ
Hệ thống Dual VVT-i được thiết kế để điều khiển trục cam nạp và xả trong
phạm vi tương ứng là 50 độ và 40 độ (của góc trục khuỷu) để cung cấp thời
điểm phối khí tối ưu phù hợp với tình trạng động cơ. Điều này giúp cải thiện
mơ men xoắn ở tất cả các dải tốc độ cũng như tăng khả năng tiết kiệm nhiên
liệu và giảm lượng khí thải.
Tổng thể một hệ thống Dual VVT-i gồm:
Bộ điều khiển Dual VVT-i nằm ở đầu trục cam tạo ra một sự khác biệt một
lượng thời gian giữa trục cam và trục khuỷu bởi một thiết bị truyền động
thủy lực.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam (OCV) điều khiển áp suất dầu tới bộ
điều khiển Dual VVT-i theo lệnh ECU.
Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit tính thời điểm mở van tối ưu dựa trên điều
kiện vận hành động cơ.
5
download by :
Bơm và đường dẫn dầu, các xupap, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu
lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát,
cảm biến vị trí trục cam, tín hiệu tốc độ xe
Sơ đồ tổng thể hệ thống Dual VVT-i
Intake Camshaft Timing Oil Control Valve (Van điều khiển dầu phối khí trục cam nạp); Exhaust
Camshaft Timing Oil Control Valve (Van điều khiển dầu phối khí trục cam xả); Intake Camshaft
Position Sensor (Cảm biến vị trí trục cam nạp); Exhaust Camshaft Position Sensor (Cảm biến vị trí
trục cam xả); Crankshaft Position Sensor (Cảm biến vị trí trục khuỷu); Engine Coolant Temperature
Sensor (Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ); Mass Air Flow; Meter (Cảm biến lưu lượng khí
nạp); Throttle Position Sensor (Cảm biến vị trí bướm ga)
6
download by :
2.1.2 Cấu tạo hệ thống Dual VVT-i
Bộ chấp hành của hệ thống Dual VVT-i bao gồm bộ điều khiển Dual
VVT-i dùng để xoay trục cam nạp và xả, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ
điều khiển Dual VVT-i và van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển
đường đi của dầu.
2.1.2.1 Bộ điều khiển Dual VVT-i
Mỗi bộ điều khiển Dual VVT-i bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích
cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp và xả.
Cả hai bên nạp và xả đều có cánh gạt bốn cánh.
Áp suất dầu đi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp và xả sẽ xoay
các cánh gạt của bộ điều khiển Dual VVT-i để thay đổi liên tục thời điểm phối
khí của trục cam nạp và xả.
Khi động cơ dừng, chốt khóa sẽ khóa trục cam nạp ở đầu muộn nhất và
trục cam xả ở đầu sớm nhất, để đảm bảo rằng động cơ khởi động đúng cách.
Một lò xo trợ lực phía trước được cung cấp trên bộ điều khiển Dual VVT-i
phía ống xả. Lị xo này tác dụng mô men xoắn theo hướng trước khi động cơ
dừng, do đó đảm bảo sự ăn khớp của chốt khóa.
Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển Dual VVT-i ngay lập tức sau khi
động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển
Dual VVT-i để tránh tiếng gõ.
Bộ điều khiển Dual VVT-i bên nạp
7
download by :
Cấu tạo bộ điều khiển Dual VVT-i bên nạp
Housing (Thân bộ điều khiển); Vane (Fixed on Intake Camshaft) (Cánh gạt cố định với trục cam nạp);
Lock Pin (Chốt hãm); Sprocket (Đĩa xích); Intake Camshaft (Trục cam nạp); At a Stop (Trạng thái
hãm); In Operation (Khi hoạt động); Oil Pressure (Áp suất dầu)
Bộ điều khiển Dual VVT-i bên xả
Cấu tạo bộ điều khiển Dual VVT-i bên xả
Advance Assist Spring (Lò xo trợ lực); Vane (Fixed on Exhaust Camshaft) (Cánh gạt cố định với trục
cam xả); Exhaust Camshaf (Trục cam xả)
2.1.2.2 Van điều khiển dầu phối khí trục cam
8
download by :
Cấu tạo Van điều khiển dầu phối khí trục cam
To Dual VVT-iController (Advanced Side)* (Phía sớm); Spring (Lị xo); Drain (Xả); Spool Valve (Van
trượt); To Dual VVT-i Controller (Retarded Side)* (Phía muộn); *: Trên van điều khiển dầu phía xả,
làm sớm và làm muộn được đảo ngược
2.2 Hệ thống VANOS
Hệ thống điện điều khiển: Modul điều khiển động cơ chịu trách nhiệm kích
hoạt các van solenoid VANOS dựa vào biểu đồ chương trình lưu trong DME
thơng qua các tín hiệu đầu vào:
Tốc độ động cơ
Tải động cơ
Nhiệt độ nước làm mát
Vị trí trục cam
Nhiệt dộ dầu
Tùy thuộc vào loại hệ thống VANOS mà sử dụng solenoid loại on/off hay
điều độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation)
Cấu tạo solenoid
Loại
Loại
Điều chỉnh vô
động cơ
VANOS
cấp
M50TU
Single
Không
Solenoid
1 Solenoid on/off
9
download by :
M52
Single
Khơng
1 Solenoid on/off
M52TU
Double
Có
2 Solenoid pwm
M54
Double
Có
2 Solenoid pwm
N52
Double
Có
2 Solenoid pwm
S50
Single
Có
2 Solenoid pwm
S50
Double
Có
4 Solenoid pwm
S52
Single
Khơng
1 Solenoid on/off
S54
Double
Có
4 Solenoid pwm
M62TU
Single
Có
2 Solenoid pwm
N62
Double
Có
4 Solenoid pwm
S62
Double
Có
8 Solenoid pwm+1 pwm
Solenoid điều áp
S85
Double
Có
4 Solenoid pwm+1 pwm
Solenoid điều áp
N73
Double
Có
4 Solenoid pwm
Hệ thống điều khiển thủy lực: gồm bơm dầu để tạo áp lực tác dụng lên
pittông van solenoid điều khiển trực tiếp dòng dầu tác động vào bộ chấp hành
cơ khí của hệ thống VANOS để từ đó thay đổi vị trí trục cam.
Hệ thống điều khiển cơ khí:
Bánh răng nghiêng của đĩa xích và trục then hoa
10
download by :
Các chi tiết hệ thống điều khiển cơ khí
Gồm đĩa xích được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ. Đĩa xích khơng gắn
cứng với trục cam mà được liên kết với trục cam thông qua then hoa. Bánh
răng nghiêng trên đĩa xích ăn khớp trong với bánh răng nghiêng của trục then
hoa. Trục cam lại được liên kết với trục then hoa bằng bánh răng ăn khớp trong
nhưng là răng thẳng. Trục then hoa có thể di chuyển dọc trục dưới tác dụng của
áp suất thủy lực để làm thay đổi vị trí tương đối của trục cam với đĩa xích. Góc
độ thay đổi phụ thuộc vào hướng nghiêng ban đầu của trục then hoa và bánh
răng đĩa xích. Bộ chấp hành cơ khí của tất cả các hệ thống VANOS hoạt động
dưới một nguyên lý giống nhau.
11
download by :
Phần 3: Nguyên lí hoạt động
3.1 Hệ thống Dual VTT-i
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Dual VVT-i
Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga
và lưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính đưa về ECU để tính tốn thơng
số phối khí theo yêu cầu chủ động. Các cảm biến nhiệt độ nước làm mát động
cơ cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh, cịn các cảm biến vị trí trục cam và vị trí trục
khuỷu thì cung cấp các thơng 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 tốn trong 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
vào thời điểm thích hợp. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với thời điểm
mở xupap không đổi, Dual VVT-i đã điều chỉnh vơ cấp hoạt động của các góc
phối phí xupap.
Ngồi ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy đặt ở ống góp xả cho biết tỷ lệ
phần trăm 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 và xả tối ưu nhằm tiết
kiệm xăng và bảo vệ môi trường.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống Dual VVT-i
Vehicle Speed Signal (Tín hiệu tốc độ xe); Target Valve Timing (Thời điểm phối khí mục tiêu);
Correction (Hiệu chỉnh); Actual Valve Timing (Thời điểm phối khí thực tế); Duty Cycle Control (Điều
khiển hệ số hiệu dụng); Camshaft Timing Oil Control Val (Van điều khiển dầu phối khí
12
download by :
3.1.2 Nguyên lí hoạt động Dual VVT-i
Bộ điều khiển Dual VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà
đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.
ECU động cơ tính tốn thời điểm đóng mở van tối ưu dưới các điều kiện hoạt
động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt
độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa
ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu
để tính tốn thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt
được thời điểm phối khí chuẩn.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (tỷ lệ
hiệu dụng, điều xung PWM) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống
vàphân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển Dual VVT-i để làm sớm hay
làm muộn góc mở xupap nạp. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối
khí xupap nạp được giữ ở góc muộn tối đa. Van điều phối kiểm soát điều khiển
áp suất dầu đến bộ điều khiển Dual VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ
ECU động cơ.
3.1.2.1 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí
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 kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục
Retard (Làm muộn thời điểm phối khí); Advance (Làm sớm thời điểm phối khí)
Làm sớm thời điểm phối khí
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ,
bộ ECU động cơ điều khiển áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm
sớm thời điểm phối khí để quay trục cam về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
13
download by :
Tín hiệu điều khiển từ ECU đến van điều khiển dầu phối khí trục cam (PWM)
* Bên nạp
Làm sớm thời điểm phối khí bên nạp Rotation Direction (Hướng quay)
* Bên xả
Làm sớm thời điểm phối khí bên nạp
Làm muộn thời điểm phối khí
Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí 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 theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.
14
download by :
Tín hiệu điều khiển từ ECU đến van điều khiển dầu phối khí trục cam (PWM)
* Bên nạp
Làm muộn thời điểm phối khí bên nạp
* Bên xả
Làm muộn thời điểm phối khí bên xả
Giữ ổn định
ECU động cơ tính tốn góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau
khi đặt thời điểm phối khí chuẩn van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì
đường dầu đóng để giữ thời điểm phối khí hiện tại. Điều này điều chỉnh thời
15
download by :
gian van ở vị trí mục tiêu mong muốn và ngăn không cho dầu động cơ cạn kiệt
khi không cần thiết.
Tín hiệu điều khiển từ ECU đến van điều khiển dầu phối khí trục cam (PWM)
3.1.3.2 Điều khiển thời điểm phối khí
Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thơng minh
Dual VVT-i 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.
Đồ thị hoạt động của động cơ có Dual VVT-i
Ở chế độ chạy không tải (Range 1) công sinh ra chỉ cần để thắng các lực
ma sát nên tốc độ động cơ thấp và khi có sự tăng tải bất ngờ thì động cơ dễ bị
chết máy. Chế độ này u cầu tỉ lệ hịa khí nạp vào xylanh động cơ đậm hơn và
việc thải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới mơi chất công tác được tốt
hơn. Lúc này cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng điệp nhỏ
lại để khí cháy được thải sạch ra ngồi, giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp.
Điều này làm ổn định chế độ khơng tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu.
Chế độ chạy không tải
16
download by :
Khi ở chế độ tải nhẹ (Range 2) nghĩa là áp suất trên ống góp hút rất thấp
nên có xu hướng hút khí xả trên ống góp xả lại nên thời điểm phối khí của trục
cam nạp cũng cần được làm trễ lại và độ trùng điệp xupap giảm đi. Điều này
làm ổn định tốc độ động cơ.
Chế độ tải nhẹ
Chế độ tải trung bình (Range 3) pha phân phối khí của động cơ được điều
chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hồn khí thải (EGR).
Điều này cải thiện ơ nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất làm
việc của động cơ tăng lên.
Chế độ tải trung bình
Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (Range 4) do lúc này
tốc độ động cơ thấp và tải nặng nên áp suất trên đường ống nạp lớn hơn xupap
nạp cần được đóng sớm lại để hịa khí nạp vào đảm bảo vừa đủ cải thiện hiệu
suất thể tích nạp. Điều này làm cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp tới trung
bình.
Tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng
17
download by :
Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (Range 5) thì cần làm chậm thời điểm
đóng xupap nạp để lợi dụng qn tính của dịng khí nạp tốc độ cao làm cải
thiện hiệu suất thể tích nạp. Điều này cải thiện công suất đầu ra.
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 và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.
Khi nhiệt độ động cơ thấp
Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng, góc trùng điệp ở vị trí nhỏ nhất để
cải thiện tính khởi động và cho lần khởi động tiếp theo.
Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng
Giản đồ thời điểm phối khí trên động cơ 2AR-FE
18
download by :
Giản đồ thời điểm phối khí trên động cơ 2ZR-FE
3.2 Hệ thống VANOS
Đĩa xích A được dẫn dộng bởi trục khuỷu giữa tâm có răng nghiêng ăn
khớp với trục B
Trục B được kết nối với pittông. Khi áp lực thủy lực tác dụng lên pittông sẽ
làm trục này di chuyển dọc trục.
Trục C là trục cam
Cấu tạo cơ cấu VANOS
Làm trễ thời điểm phối khí: Vanos được mặc định ở vị trí làm trễ thời điểm
phối khí, lúc này dịng dầu tác dụng trực tiếp lên mặt sau của pittông (mặt gần
trục cam) làm kéo trục này sang trái. Khi trục B di chuyển dọc trục sang trái sẽ
làm thay đổi góc phối khí theo hướng làm trễ thời điểm phối khí.
19
download by :
Làm trễ thời điểm phối khí
Giữ nguyên thời điểm phối khí: khi đã đạt được thời điểm phối khí tối ưu,
DME giữ nguyên tỉ lệ hiệu dụng của xung điều khiển để duy trì vị trí trục cam
hợp lý.
Giá trị của độ rộng xung (thời gian on, duty cycle) do DME gửi tới
solenoid sẽ điều khiển áp lực dầu tác dụng lên pittông để làm trễ, sớm hay giữ
nguyên thời điểm phối khí.
Phần 4: Ưu và nhược điểm của hệ thống
4.1 Bảng so sánh
Tên hệ thống
Dual VVT-i
VANOS
Dual
VVT-iE
(Lexus)
Ưu điểm
- Động cơ hoạt - Tăng mômen - Ưu điểm nổi bật
động rất
xoắn ở tốc độ của hệ thống này
êm, nhẹ nhàng, ổn thấp và tốc độ là làm việc chính
định ở tốc độ thấp trung
nhưng khi
bình
mà xác ở tốc độ thấp
khơng ảnh hưởng và nhiệt độ động
điều chỉnh lên tốc nhiều tới phạm vi cơ thấp.
độ cao vẫn phát công suất động -Sự kết hợp điều
huy được công cơ.
khiển trục cam
suất và hiệu năng - Tăng tính tiết bằng điện - thủy
tối đa.
kiệm nhiên liệu lực
cho
phép
-Trong q trình do tối ưu hóa góc kiểm
hoạt
phối khí.
sốt tốt hơn mức
20
download by :
động,
động
cơ - Giảm ơ nhiễm tiêu
hao
nhiên
khơng chỉ nâng khí thải do tối ưu liệu, mức độ phát
cao
được
suất
mà
hiệu hóa
góc
trùng thải trên động cơ
lượng điệp của xupap.
và đặc biệt là tăng
nhiên liệu tiêu thụ - Chế độ cầm được cơng suất
và khí độc hại chừng ổn định
của động cơ.
sinh ra trong quá
-
trình cháy hồn
hưởng
tồn cũng giảm
bởi nhiệt độ dầu
Khơng
ảnh
đáng kể
-
Sử
dụng
hệ
thống điều khiển
ECU đã cải thiện
tối đa tốc độ xử
lý, tính năng hoạt
động của động cơ
được nâng cao.
Điều này giúp khả
năng gia tốc của
động cơ đạt mức
cực nhạy và mạnh
mẽ hơn so với
những dịng xe
khơng được trang
bị hệ thống này.
Nhược điểm
- Kết cấu phức - Mô men xoắn và - Giá thành cao
tạp nên
công
việc nâng cấp hệ suất ở đầu ra thấp
thống
- Hệ thống phức
Dual VVT-i cho tạp dẫn đến việc
21
download by :
các
dịng
xe khó bảo dưỡng
khơng trang bị
và sửa chữa
hệ thống này là
khơng
thể.
- Nhiều cơ cấu chi
tiết
hơn
nên
thường xảy ra hư
hỏng, chi phí bảo
dưỡng sửa chữa
cao hơn.
- Phụ thuộc vào
sự tuần
hoàn của dầu.
4.2 Sơ lượt về hệ thống Dual VVT-iE của Lexus
Hệ thống Dual VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric
motor) hệ thống cam biến thiên thông minh điều khiển bằng động cơ điện là
một phiên bản của hệ thống Dual VVT-i. Đặc điểm của hệ thống này là sử
dụng một động cơ điện để điều khiển thời gian cam nạp trong khi đó cam xả
vẫn được điều khiển bằng thủy lực như hệ thống Dual VVT-i. Hệ thống này lần
đầu được giới thiệu trên động cơ 1UR-FE lắp đặt trên xe Lexus LS 460 vào
năm 2007.
Hệ thống Dual VVT-iE trên động cơ 1UR-FSE
22
download by :
Động cơ điện dẫn động trục cam nạp quay cùng tốc độ với trục cam. Để
duy trì thời gian trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động cùng tốc độ với trục cam.
Để làm sớm thời điểm mở của van, ECU sẽ điều khiển động cơ điện quay
nhanh hơn một chút so với trục cam. Để làm muộn thời điểm mở van, động cơ
điện sẽ quay chậm hơn tốc độ trục cam.
Phần 5: Lịch sử cải tiến
5.1 Hệ thống Dual VVT-i
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 vịng/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 ngồi của pully điều chỉnh đúng với phần
bên trong, vì then hình trơn 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)
23
download by :
