(Đồ án tốt nghiệp) ỨNG DỤNG máy TÍNH, KHẢO sát TÍNH TOÁN cơ cấu PHÂN PHỐI KHÍ VVT – i TRÊN ĐỘNG cơ 1TR – FE của TOYOTA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

2022

NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ

CƠ 1TR-FE CỦA TOYOTA

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH, KHẢO SÁT TÍNH TỐN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VVT-I TRÊN ĐỘNG
Nguyễn Đức Tấn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH, KHẢO SÁT TÍNH
TỐN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VVT – I TRÊN
ĐỘNG CƠ 1TR – FE CỦA TOYOTA
Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tuấn a
Nguyễn Đức Tấn b
a
Mã sinh viên:
1811504210349
b
1811504210138

a
Lớp:
18DL3
b
18DL1

Đà Nẵng, 02/2022

TIEU LUAN MOI download :


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH, KHẢO SÁT TÍNH
TỐN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VVT – I TRÊN
ĐỘNG CƠ 1TR – FE CỦA TOYOTA
Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tuấn a
Nguyễn Đức Tấn b
a
Mã sinh viên:

1811504210349
b
1811504210138
a
Lớp:
18DL3
b
18DL1

Đà Nẵng, 02/2022

TIEU LUAN MOI download :


TIEU LUAN MOI download :


TĨM TẮT
Tên đề tài: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH, KHẢO SÁT TÍNH TỐN CƠ CẤU PHÂN
PHỐI KHÍ VVT-I TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR-FE CỦA TOYOTA.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tuấna; Nguyễn Đức Tấnb.
Mã sinh viên: a1811504210349; b1811504210138; Lớp: a18DL3; b18DL1
Trong đề tài này chúng em nghiên cứu:
-

Nguyên lý hoạt động của cơ câu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE
Tính tốn các thơng số chính của cơ câu phân phối khí VVT-I trên động cơ
1TR-FE
Thiết kế các chi tiết chính của cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TRFE
Kiểm tra, hư hỏng, sữa chửa cơ cấu phân phối khí VVTI trên động cơ 1TR-FE

Qua việc khảo sát cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE ta thấy
-

Cơng nghệ VVT-i giúp điều chỉnh vô cấp hoạt động của hệ thống van nạp. Từ
đó thời điểm mở và độ mở van có thể biến thiên theo tình trạng vận hành thực tế
của động cơ.

Nhờ vậy mà công suất động cơ đạt được mức tối ưu hơn, nhiên liệu tiết kiệm hơn,
lượng khí xả ra mơi trường cũng giảm thiểu.

i

TIEU LUAN MOI download :


LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất
lượng, nó đóng một vai trị quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học
công nghệ... Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu
thuỷ, máy bay và các máy động cơ cở nhỏ…
Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trị rất quan trọng.
Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là khảo sát hệ thống phân phối khí trên động
cơ 1TR-FE của Toyota. Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích
của đề tài rất thiết thực, nó khơng những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các
kiến thức đã học ở trường mà cịn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với
thực tế. Hệ thống phân phối khí của động cơ 1TR-FE của Toyota có nhiều đặc điểm
mới lạ. Do đó việc khảo sát động cơ này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và
bổ ích.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Lê Châu Thành, các

thầy cơ trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng
các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức
của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu
sót. Em mong các thầy cơ góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn
thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn “Nguyễn Lê
Châu Thành” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có
thể hồn thành đồ án này.

ii

TIEU LUAN MOI download :


CAM ĐOAN
Em xin cam đoan số liệu và kết quả thực nghiệm trong đề tài đồ án tốt nghiệp
“ỨNG DỤNG MÁY TÍNH, KHẢO SÁT TÍNH TỐN CƠ CẤU PHÂN PHỐI
KHÍ VVT – I TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR – FE CỦA TOYOTA ” này được tiến hành
công khai, dựa trên sự cố gắng và nổ lực của các thành viên trong nhóm, sự hướng dẫn
nhiệt tình từ Thầy ThS. Nguyễn Lê Châu Thành.
Các số liệu và kết quả trong đề tài này là trung thực do chúng em làm và không
sao chép cũng như sử dụng các kết quả từ các nghiên cứu khác. Nếu phát hiện có sự
sao chép hay lấy kết quả từ các đề tài nghiên cứu khác, chúng em xin hồn tồn chịu
trách nhiệm.
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Tuấn
Nguyễn Đức Tấn

iii

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..............................................................2

1.1. Cơ cấu phân phối khí.................................................................................2
1.1.1.

Nhiệm vụ..........................................................................................2

1.1.2.

Yêu cầu............................................................................................2

1.1.3.

Phân loại...........................................................................................2

1.2. Động cơ 1 TR-FE......................................................................................3
1.2.1.

Giới thiệu chung...............................................................................3

1.2.2.

Các thông số kỹ thuật cuae xe Innova..............................................3

Chương 2. NGUYÊN LÝ VÀ KẾT CẤU CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VVT-I
TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA.................................................................................6
2.1. Đặc điểm chính của cơ cấu phân phối khí VVT-i.....................................6
2.1.1.

Pha phân phối khí của cơ cấu phân phối khí VVT-i........................6

2.1.2.

Cơ sở lý thuyết của hệ thống VVT-i................................................9

2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống VVT-i.................................................14
2.2.1.

Nguyên lý điều khiển.....................................................................14

2.2.2.

Nguyên lý làm việc của hệ thống VVT-i.......................................14

2.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống VVT-i......................................................18
2.3.1.

Ưu điểm..........................................................................................18

2.3.2.

Nhược điểm....................................................................................18

iv

TIEU LUAN MOI download :


2.4. Kết cấu các cụm chi tiết của cơ cấu phân phối khí trên động cơ
1TR-FE.............................................................................................................19
2.4.1.

Kết cấu cụm xupap.........................................................................19

2.4.2.

Cụm trục cam.................................................................................25

Chương 3. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CHÍNH CỦA CƠ CẤU PHÂN
PHỐI KHÍ VVT-i CỦA ĐỘNG CƠ 1TR-FE......................................................30
3.1. Xác định kích thước tiết diện lưu thơng..................................................31
3.2. Dựng hình cam........................................................................................34
3.3. Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí.....................44
3.4. Tính tốn lị xo xupap..............................................................................45
Chương 4. NHỮNG HƯ HỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỬA CHỮA
49
4.1. Thiết Kiểm tra các chi tiết liên quan đến xupap......................................49
4.1.1.

Phân tích và chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

cho xe thiết kế...............................................................................................49
4.1.2.

Làm sạch các xupap.......................................................................50

4.1.3.

Thay bạc dẫn hướng xupap............................................................50

4.1.4.

Kiểm tra và mài xupap...................................................................51

4.1.5.

Kiểm tra và làm sạch đế xupap......................................................52

4.1.6. Kiểm tra lò xo xupap..........................................................................52
4.2. Kiểm tra trục cam....................................................................................53
4.2.1.

Kiểm tra khe hở dầu trục cam........................................................53

4.2.2.

Kiểm tra trục cam và vấu cam.......................................................54
v

TIEU LUAN MOI download :


4.3. Kiểm tra xích dẫn động trục cam............................................................54

4.4. Kiểm tra một số chi tiết ở cơ cấu phân phối khí thơng mình
VVT-i...............................................................................................................55
4.4.1.

Kiểm tra các cị mổ ở cơ cấu phân phối khí...................................55

4.4.2.

Kiểm tra bánh răng phân phối khí trục cam...................................56

4.4.3.

Kiểm tra bộ răng xích.....................................................................56

4.4.4.

Kiểm tra các piston thuỷ lực..........................................................56

Chương 5.

KẾT LUẬN....................................................................................57

5.1. Kết luận...................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................58
PHỤ LỤC

59

vi

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Bảng 3. 1 Thơng số ban đầu.........................................................................................30
Bảng 3. 2 Thơng số chọn..............................................................................................31

Hình 2. 1 Pha phân phối khí...........................................................................................7
Hình 2. 2 Vị trí mở xupáp xả..........................................................................................8
Hình 2. 3 Ảnh hưởng của pha phân phối khí tới hệ số nạp.............................................9
Hình 2. 4 Trị số “tiết diện - thời gian” của xupáp nạp..................................................10
Hình 2. 5 Đồ thị các vùng làm việc của pha phân phối khí...........................................11
Hình 2. 6 Pha phân phối khí ở nhiệt độ thấp, tốc độ thấp ở tải nhẹ, tải nhẹ..................12
Hình 2. 7 Pha phân phối khí ở tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung
bình ở tải nặng..............................................................................................................12
Hình 2. 8 Pha phân phối khí ở tốc độ cao và tải nặng...................................................13
Hình 2. 9 Sơ đồ điều khiển điện tử...............................................................................14
Hình 2. 10 Trạng thái bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất.............................................15
Hình 2. 11 Sơ đồ bộ điều khiển ở trạng thái giữ...........................................................16
Hình 2. 12 Sơ đồ bộ điều khiển ở chế độ mở sớm........................................................17
Hình 2. 13 Kết cấu xupap nạp và thải...........................................................................19
Hình 2. 14 Kết cấu phần đi xupap.............................................................................21
Hình 2. 15 Kết cấu đế xupap........................................................................................22
Hình 2. 16 Kết cấu ống dẫn hướng xupap....................................................................22
Hình 2. 17 Kết cấu lị xo xupap....................................................................................23
Hình 2. 18 Kết cấu cị mổ.............................................................................................24
Hình 2. 19 Kết cấu con đội thuỷ lực.............................................................................25
Hình 2. 20 Kết cấu trục cam.........................................................................................27
Hình 2. 21 Dẫn động trục cam......................................................................................28

vii

TIEU LUAN MOI download :


Hình 3. 1 Tiết diện lưu thơng qua xupap......................................................................33
Hình 3. 2 Dựng hình cam lồi của cam nạp....................................................................36
Hình 3. 3 Cam nạp........................................................................................................38
Hình 3. 4 Dựng hình cam lồi của cam thải...................................................................39
Hình 3. 5 Cam thải........................................................................................................40
Hình 3. 6 Động học con đội đáy bằng giai đoạn 1-2....................................................41
Hình 3. 7 Đồ thị đặc tính lị xo.....................................................................................48
Hình 4. 1....................................................................................................................... 49
Hình 4. 2....................................................................................................................... 50
Hình 4. 3 Quy trình kiểm tra cị mổ..............................................................................55

viii

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH CÁ KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÍ HIỆU:
Pk: Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động
Pf: Lực cản lăn
Pi: Lực cản dốc
Pω : Lực cản khơng khí
Pj: Lực cản quán tính
f: Hệ số cản lăn
mm: Millimiter

Kg: Kilograms
N: Niuton
m2: Mét vuông
m: Mét
Km/h: Kilômet/giờ
m/s: Mét/giây
W: Watt

ix

TIEU LUAN MOI download :


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

MỞ ĐẦU

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

1


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Cơ cấu phân phối khí

1.1.1. Nhiệm vụ
Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển q trình thay đổi khí trong buồng
cháy động cơ: Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc khơng khí mới
vào xylanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục.

1.1.2. Yêu cầu
Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đóng mở đúng quy luật và thời điểm quy định.
- Độ mở lớn để dịng khí dễ dàng lưu thơng.
- Đóng kín, xupáp thải khơng tự mở trong q trình nạp.
- Ít mòn, tiếng ồn bé.
- Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.

1.1.3. Phân loại
Cơ cấu phân phối khí được phân thành các loại sau:
Cơ cấu phối khí dùng cam xupap
Là loại cơ cấu phối khí được sử dụng phổ biến trong các loại động cơ đốt
trong, có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành khơng cao lắm.
Cơ cấu phối khí dùng van trượt
Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thơng lớn, dễ làm mát, ít
tiếng ồn. Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá thành cao nên người ta chỉ sử dụng
cho các loại xe đặc biệt như động cơ xe đua.
Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải:
Trong một số động cơ hai kỳ, việc nạp thải khí bằng lỗ (quét vịng), piston
của chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng
trong động cơ này khơng có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ
cấu khuỷu trục – thanh truyền dẫn động piston.
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải

khí.
Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

2


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

1.2. Động cơ 1 TR-FE

1.2.1. Giới thiệu chung
Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế
hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xy lanh 2,0lít trục cam kép DOHC 16 xupap
dẫn động bằng xích thơng qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp được điều khiển
thơng minh VVT-i.
Động cơ có cơng suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều
khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU
Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J
Loại xe

Innova G

Innova J

Động cơ

2.0 lít (1TR-FE)

2.0 lít (1TR-FE)

Hộp số

5 số tay

5 số tay

Số chỗ ngồi

8 chỗ

8 chỗ

Bảng 1. 1 Thông số động cơ

1.2.2. Các thông số kỹ thuật cuae xe Innova
Trọng lượng và kích thước xe
Loại xe

Innova G

Innova J

Trọng lượng toàn tải

2170 kg

2600 kg

Trọng lượng khơng tải

1530 kg

1515 kg

Dài x rộng x cao tồn bộ

4555mm x 1770mm x 1745mm

Chiều dài cơ sở

2750 mm

2750 mm

Chiều rộng cơ sở   

1510 mm

1510 mm

Khoảng sáng gầm xe

176 mm

176 mm

Bảng 1. 2 Trọng lượng và kích thước xe Innova

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

3


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Động cơ
Loại động cơ

1TR-FE

Kiểu

4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép
DOHC có VVT-i, dẫn động xích.

Dung tích cơng tác

1998 cm3

Đường kính xy lanh D

86 mm

Hành trình piston S

86 mm

Tỉ số nén

9,8

Cơng suất tối đa

100Kw/5600 rpm

Mô men xoắn tối đa

182/4000 (N.m/rpm)

Hệ thống phun nhiên liệu

L-EFI

Tiêu chuẩn khí xả

Euro Step 2

Cơ cấu phối khí

16 xupap dẫn động bằng xích, có VVTi

Thời

điểm
phối
khí

Nạp
Xả

Mở

520~00 BTDC

Đóng

120~640 ABDC

Mở

440 BTDC

Đóng

80 ABDC

Độ nhớt /cấp độ của dầu bơi trơn

5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC

Bảng 1. 3 Thông số động cơ

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

4


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Khung xe
Loại

Innova G

Innova J

Treo trước

Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân
bằng

Treo sau

4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay địn bên

Phanh trước

Đĩa thơng gió

Phanh sau

Tang trống

Bán kính quay vịng tối thiểu

5,4 m

Dung tích bình xăng

55 lit

Vỏ và mâm xe

205/65R15 Mâm
đúc

195/70R14 Thép, chụp kín

Bảng 1. 4 Thơng số khung xe

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

5

Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Chương 2. NGUYÊN LÝ VÀ KẾT CẤU CƠ CẤU PHÂN PHỐI
KHÍ VVT-I TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA

2.1. Đặc điểm chính của cơ cấu phân phối khí VVT-i
2.1.1. Pha phân phối khí của cơ cấu phân phối khí VVT-i
Pha phân phối khí của động cơ là các góc mở sớm và đóng muộn của các xupáp.
Thời gian mở sớm và đóng muộn được đo bằng góc quay của trục khuỷu và tính bằng
độ.
Pha phân phối khí của động cơ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động của
động cơ, thể hiện qua hệ số khí nạp ( ηv ) và hệ số khí sót ( γ r ). Các hệ số này ảnh
hưởng đến công suất của động cơ và múc độ khí ơ nhiễm thải ra mơi trường.
Để thải sạch sản vật cháy ra khỏi xi lanh, xupáp xả không đóng tại vị trí ĐCT
mà đóng chậm hơn một chút (khi trục khuỷu đã quay quá ĐCT vào khoảng 5 ¿ 300
góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi bắt đầu kỳ một).
Để giảm cản cho q trình nạp, có nghĩa là đảm bảo cho đường thông qua xupáp
nạp đã được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupáp nạp cũng
được mở sớm hơn một chút (trước khi piston đến ĐCT khoảng 10 ¿ 400 góc quay
trục khuỷu). Như vậy vào cuối kỳ bốn và đầu kỳ một cả xupáp nạp và xả đều mở. Giai
đoạn cùng mở của các xupáp nạp và xả được gọi là thời kỳ trùng điệp của các xupáp.
Thời kỳ này có tác dụng tốt đến việc thải sạch khí xả và nạp đầy môi chất mới vào
xilanh nhờ tác dụng hút của dịng khí xả trên đường ống thải.
Giai đoạn tính từ lúc mở đến lúc đóng các xupáp (tính bằng góc quay trục
khuỷu) được gọi là pha phân phối khí.
Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến q trình nạp và thải của động cơ bốn kỳ được
thể hiện qua hệ số nạp thêm λ1

và hệ số quét buồng cháy

cho giá trị của hệ số khí nạp ηv và hệ số khí sót γ r
thuyết được sát với giá trị thực trong động cơ thực tế.

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

λ2 . Các hệ số này làm

tính theo pha phân phối khí lý

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

6


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Hình 2. 1 Pha phân phối khí
1- Vị trí mở xupap nạp; 2- Vị trí đóng xupap nạp.3- Vị trí mở xupap xả; 4- Vị trí đóng
xupap xả.
Hiện nay chưa có một phương pháp giải tích chặt chẽ để xác định λ1 và λ2
theo thời điểm mở và đóng các xupap nạp và xup0061p xả, λ1 và λ2 được chọn
dựa vào số liệu thực nghiệm. Vì vậy cần phải tìm hiểu kỹ các pha phân phối của những
động cơ đã chế tạo và ảnh hưởng của chúng đến diễn biến quá trình nạp và thải của
động cơ.
Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ:
Xupáp thải bắt đầu mở sớm trước khi piston tới ĐCD nhằm tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình thải, bằng cách cho sản vật cháy tự thoát ra nhờ chênh áp giữa xilanh và
đường thải. Với mục đích làm giảm tải trọng động cho xupap, cần phải cho xupáp mở

và đóng đường thơng một cách từ từ. Chính vì vậy việc mở sớm xupáp thải nhằm tạo ra
giá trị “thời gian – tiết diện” đủ để áp suất trong xilanh được giảm đến mức yêu cầu khi
piston bắt đầu đi ngược từ ĐCD lên ĐCT. Khi đã mở sớm xupáp thải vào thời điểm
hợp lý sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải. Nhưng nếu mở xupáp thải quá
sớm sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị cơng, qua đó làm giảm cơng suất động cơ.
Tốc độ của động cơ càng cao thì thời điểm mở xupáp thải phải càng sớm.
Xupáp thải bao giờ cũng đóng muộn (sau khi piston đã đi qua ĐCT) nhằm đảm
bảo đủ trị số “thời gian – tiết diện” cho sản vật cháy đi ra ở cuối hành trình thải, mặt
khác nhằm lợi dụng chênh áp Δp r = pr − pth > 0 để sản phẩm cháy được thải tiếp,
giảm lượng khí sót cịn lại trong xilanh. Ngồi ra, việc đóng muộn xupáp xả còn nhằm

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

7


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

sử dụng qn tính của dịng khí trên đường thải, sinh ra giảm áp có tính chu kỳ, thấp
hơn giá trị trung bình của pth , tạo điều kiện thuận lợi để thải sạch hơn.

Hình 2. 2 Vị trí mở xupáp xả
1- Mở xupap ngay ĐCD; 2- Mở xupap quá sớm; 3- Mở sớm xupap hợp lý
Thời gian bắt đầu mở xupáp nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xilanh (do giãn
nở của khí sót) hạ xuống thấp hơn áp suất mơi chất trên đường nạp, thì tiết diện lưu
thông của xupáp nạp đã đủ lớn để môi chất mới đi vào. Do đó thường phải mở sớm

xupap nạp (trước khi piston tới ĐCT).
Các động cơ cao tốc, nhất là động cơ diezel do đóng muộn xupap xả và mở sớm
xupap nạp đã tạo ra thời kỳ trùng điệp cùng mở của các xupáp, nghĩa là cả xupap nạp
và xupap thải cùng mở thông xi lanh với đường nạp và đường thải. Lúc đó mặt dù
piston đã từ ĐCT đi xuống nhưng dịng khí trên đường thải vẫn chưa đổi hướng cịn
khí nạp đã bắt đầu qua xupap nạp đi vào xilanh nhờ lực hút do quán tính của dịng khí
thải tạo ra. Đơi khi thời gian trùng điệp cịn thực hiện qt buồng cháy, nghĩa là mơi
chất mới vào buồng cháy đẩy khí sót ra đường thải (động cơ diezel).
Thông thường thời gian trùng điệp của động cơ tăng áp lớn hơn so với động cơ
không tăng áp, bằng cách tăng thời gian mở sớm xupáp nạp của động cơ tăng áp mà
sản vật cháy vẫn không thể thâm nhập vào đường nạp được. Thực hiện quét buồng
cháy khi tăng áp một mặt sẽ tăng hệ số nạp, mặt khác rất quan trọng là dùng dịng
khơng khí qt để làm mát các chi tiết nóng nhất như đỉnh piston, nắp xilanh, xupáp…
Xupáp nạp cũng thường đóng muộn, sau khi piston đã vượt qua ĐCD nhằm nạp thêm
môi chất mới vì ở ĐCD tiết diện lưu thơng qua xupáp còn mở lớn, áp suất p a trong
xilanh còn thấp hơn áp suất p k. Qn tính của mơi chất mới từ đường nạp vào xilanh
Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

8


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

vẫn cịn. Do đó có thể kéo dài q trình nạp thêm một giai đoạn sau ĐCD cho đến khi
áp suất trong xilanh trở nên lớn hơn pk.

2.1.2. Cơ sở lý thuyết của hệ thống VVT-i
Theo sự phân tích trên ta thấy động cơ hoạt động ở các tốc độ khác nhau, ở mỗi tốc độ
tương ứng với một pha phân phối khí cũng khác nhau để cho hệ số nạp

ηv

là lớn

nhất. Khi hệ số nạp ηv đạt được tối ưu đồng nghĩa với công suất động cơ phát ra là
tối ưu ở dãi tốc độ đó.
Theo nguyên lý động cơ đốt trong: Động cơ vận tải hoạt động ở tốc độ khác nhau, mỗi
tốc độ đều ứng với một pha pha phân phối khí tối ưu đảm bảo cho hệ số nạp ηv

đạt

cực đại ở tốc độ đó. Đường số 1 ứng với biến thiên của hệ số nạp ηv =f(n) khi pha
phân phối khí tối ưu chọn ở tốc độ lớn n’, cịn đường 2 là góc phối khí tối ưu chọn ở tốc
độ nhỏ n’’. Đường nét đứt 3 là đường biến thiên của ηv =f(n) nhờ pha phân phối khí
tối ưu cho tốc độ. Khi đó, giá trị thực tế của hệ số nạp và hệ số khí sót tính theo pha
phân phối khí lý thuyết đựợc gần với giá trị thực tế ở các chế độ làm việc của đơng cơ.

Hình 2. 3 Ảnh hưởng của pha phân phối khí tới hệ số nạp
Pha phân phối khí thể hiện qua các góc mở sớm và đóng muộn của xupap còn làm tăng
“ tiết diện - thời gian” của đường thông đi qua xupap nạp cũng như xupap thải từ lúc
mở đến khi đóng xupap, nhờ đó làm giảm tốc độ dòng chảy và giảm cản của xupap, kết
quả làm tăng hệ số nạp
sau :

ηv . Giá trị “ tiết diện - thời gian” được tính theo biểu thức

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

9


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota
ϕdong

ϕ

1
∫ fd
6.n
ϕmo
A=
(m2.s)
(2-1)
Với : n : Tốc độ động cơ (vòng /phút)
f : Tiết diện lưu thông qua xupáp (m2)
d : Vi lượng góc quay trục khuỷu (độ)
ϕdong

Giá trị

∫

ϕmo

fd

ϕ

được xác định qua diện tích đồ thị phía dưới đường f = f() hình.2.4

Hình 2. 4 Trị số “tiết diện - thời gian” của xupáp nạp
Mặt khác khi các xupáp đóng mở các cửa nạp và thải đúng lúc theo từng tốc độ khác
nhau cũng cải thiện được các sản vật cháy sinh ra ít gây ơ nhiễm mơi trường.
Như vậy, để cho động cơ làm việc tốt nhất, hiệu quả nhất ở mỗi chế độ làm việc thì
phải cần có một pha phân phối tương ứng hay nói cách khác thì các góc đóng mở của
các xupáp phải thay đổi theo phù hợp với tốc độ động cơ. Đối với các động cơ thơng
thường việc làm này rất khó khăn.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nhất là công
nghệ điều khiển tự động. Hơn hết là điều khiển tự động bằng thủy lực. Điều khiển bằng
thủy lực làm việc có hiệu quả cao, độ nhạy lớn, phù hợp với việc điều khiển các cơ cấu
mang tính chính xác cao. Nhiều nhà sản xuất, chế tạo động cơ trên thế giới đã áp dụng
công nghệ này vào việc điều khiển các cơ cấu, các chi tiết,… trong động cơ. Đi đầu là
nhà sản xuất động cơ Toyota áp dụng hệ thống xoay trục cam nạp vào việc điều khiển
cơ cấu phân phối khí trong động cơ. Với hệ thống này sẽ tự động điều khiển xoay trục
cam nạp đi một góc nào đó để thay đổi góc phân phối khí phù hợp với từng chế độ làm
việc của động cơ.
Hệ thống xoay trục cam nạp sử dụng áp suất dầu bôi trơn của động cơ cùng với sự điều
khiển của van điện từ làm xoay trục cam dẫn động xupáp.
Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

10


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Khi sử dụng hệ thống này trong cơ cấu phân phân phối khí có thể làm cho các giá trị
của hệ số khí nạp và hệ số khí sót thực tế gần với giá trị theo tính tốn lý thuyết ở các
tốc độ khác nhau của động cơ. Đồng thời cũng làm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu,
làm giảm nồng độ khí xả độc hại, mang lại tính kinh tế cao đáp ứng được các yêu cầu
của người tiêu dùng và tiêu chuẩn về mức độ ô nhiễm môi trường của thế giới đặt ra.
Tuy nhiên để việc điều khiển chính xác cho hệ thống trong cơ cấu phân phối khí cần
phải lắp các cảm biến để nhận biết được trạng thái làm việc của động cơ như cảm biến
vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ
nước làm mát, … Các giá trị nhận được từ các cảm biến sẽ truyền đến bộ xử lý tính
tốn ECU của động cơ.
Đặc điểm cơ cấu phân phối khíVVT-i.

Hình 2. 5 Đồ thị các vùng làm việc của pha phân phối khí
VVT-i động cơ 1TR-FE.
Vùng 1,2- Nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ.
Vùng 3- Tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng.
Vùng 4- Tốc độ thấp ở tải nặng.
Vùng 5- tốc độ cao và tải nặng.
• 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 lặp xupáp giảm đi để
giảm khí xả chạy 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.

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

11


Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

Hình 2. 6 Pha phân phối khí ở nhiệt độ thấp, tốc độ thấp ở tải nhẹ, tải nhẹ
• 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 xupáp tăng lên để tăng EGR nội
bộ và giảm mất mát do hành trình bơm (thải và nạp). Điều này cải thiện ơ nhiễm khí xả
và tính kinh tế nhiên liệu. Ngồi ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy
sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả
nạp.

Hình 2. 7 Pha phân phối khí ở tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải
nặng

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

12

Ứng dụng máy tính, khảo sát tính tốn cơ cấu phân phối khí VVT-I trên động cơ 1TR-FE của Toyota

• Khi tốc độ cao và tải nặng
Thời điểm phối khí được làm sớm lên nhưng với mức độ nhỏ hơn so với trường hợp ở
tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng và độ trùng lặp xupáp 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. Ngồi ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp đợc đẩy sớm
lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực
tế ở đúng thời điểm tính tốn bằng cảm biến vị trí trục cam.

Hình 2. 8 Pha phân phối khí ở tốc độ cao và tải nặng
1- Góc mở sớm xupap nạp; 2- Góc đóng muộn xupap nạp.3- Góc mở sớm xupap
xả; 4- Góc đóng muộn xupap xả.

Sinh viên thực hiện: N.T Tuấn; N.Đ Tấn;

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

TIEU LUAN MOI download :

13