NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CAM THÔNG MINH.DOC

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp giờ đã hoàn thành. Chúng em xin
chân thành cảm ơn :
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho
chúng em trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Thư viện trường
đã cho chúng em mượn tài liệu tham khảo để làm đồ án.
Khoa Công Nghệ Động Lực đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp đúng thời gian quy định.
Đặc biệt sự hướng dẫn và giúp đỡ của Thầy Th.S Lý Văn Trung, Thầy đã
chỉ bảo chúng em tận tình, giúp chúng em vượt qua những khó khăn vướng mắc
trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó chúng em cảm ơn quý Thầy
trong khoa Công Nghệ Động Lực đã cho chúng em những lời khuyên, động viên
và tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành tốt chương trình học và đồ án tốt
nghiệp này.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn, nên trong quá
trình làm đồ án không thể tránh những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý,
nhận xét, đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của quý Thầy và các
bạn để chúng em hoàn thành tốt hơn các công việc của mình trong tương lai.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Tp. HCM ngày 15 tháng 7 năm 2011
Sinh viên thực hiện :
Vũ Đình Lượng
Phạm Sơn Tùng
MỤC LỤC
Lời mở đầu
Chương 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 1
1.1.1 Nhiệm vụ 1
1.1.2 Yêu cầu 1
1.1.3 Phân loại 1
1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống phân phối khí trên DCDT 2

1.2.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV 2
1.2.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC 3
1.2.3 Hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless) 4
1.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ 6
1.3.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap thải 7
1.3.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap thải 8
1.3.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp 9
1.3.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp 10
1.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi độ nâng xupap tới hiệu quả động cơ 16
1.5 Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống cam thông minh 22
Chương 2 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE TOYOTA
2.1 Giới thiệu 25
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i 28
2.2.1 Cấu tạo cơ cấu VVT-I 28
2.2.2 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí 29
2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVTL-i 33
2.3.1 Mô tả 33
2.3.2 Cấu tạo 34
2.3.3 Hoạt động 36
Chương 3 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE HONDA
3.1 Giới thiệu và phân loại 39
3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SOHC VTEC 41
3.2.1 Cấu tạo 41
3.2.2 Nguyên lý hoạt động 45
3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DOHC VTEC 47
3.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của NEW VTEC 48
3.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC 3 giai đoạn 53
3.6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC-E 56
3.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của i-VTEC 57
3.7.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTC 59

3.7.2 Các chế độ hoạt động cơ bản của i-VTEC 61
Chương 4 : HỆ THỐNG MIVEC TRÊN XE MITSUBISHI
4.1 Giới thiệu 65
4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng xupap 66
4.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động hệ thống thay đổi thời điểm phối khí 69
4.3.1 Cấu tạo 69
4.3.2 Nguyên tắc hoạt động 71
4.3.3 Các chế độ hoạt động 73
4.4 Đồ thị mômen, công suất và tiêu hao nhiên liệu 76
Chương 5 : HỆ THỐNG VANOS VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW
5.1 Hệ thống Vanos 78
5.1.1 Giới thiệu 78
5.1.2 Cấu tạo 79
5.1.3 Nguyên lý hoạt động 82
5.2 Hệ thống Valvetronic 84
5.2.1 Giới thiệu 84
5.2.2 Cấu tạo 86
5.2.3 Nguyên lý hoạt động 87
5.3 Đồ thị công suất và mômen động cơ 89
Chương 6 : HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT
6.1 Lịch sử phát triển 90
6.2 Cấu tạo 91
6.3 Nguyên lý hoạt động 92
6.4 Sự phát triển trong tương lai 95
KẾT LUẬN 97
PHỤ LỤC (Mạch điện) 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 120
LỜI MỞ ĐẦU
Ô tô đã trở thành phương tiện quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống
ngày nay. Nhưng ngoài những công dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì

nó vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi
nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần và nhất là gây ô nhiễm môi trường. Để khắc
phục những nhược điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong như
hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống nạp
và thải của động cơ…Gần đây những cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu
suất động cơ thường liên quan tới hệ thống nạp và đó là lý do chúng em quyết
định chọn đề tài “Nghiên cứu một số hệ thống điều khiển cam thông minh ” do
Thầy Th.S Lý Văn Trung hướng dẫn.
Trong đề tài này chúng em tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ
thống phân phối khí và đi sâu vào việc tối ưu hóa thời gian, thời điểm, độ nâng
và góc đóng mở của xupap để làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu,
thân thiện với môi trường. Phần sau chúng em phân tích kết cấu và nguyên lý
hoạt động của các hệ thống phân phối khí thông minh trên các hãng xe phổ biến
ở thị trường Việt Nam như TOYOTA, HONDA, MITSUBISI, BMW và FIAT
mục đích giúp cho các kỹ sư, kỹ thuật viên và thợ sủa chữa ô tô trong việc bảo
dưỡng, sửa chữa. Ngoài ra đề tài còn có ý nghĩa trong việc giảng dạy giúp sinh
viên hiểu biết sâu hơn về hệ thống phân phối khí trên các động cơ hiện đại ngày
nay.
Phương pháp nghiên cứu : phân tích, tổng hợp, đánh giá
Chương 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
1.1.1 Nhiệm vụ
Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hòa khí đối với động cơ
xăng hay không khí sạch đối với động cơ diesel vào các xylanh ở kỳ nạp và thải
sạch khí thải trong xylanh ở kỳ xả.
1.1.2 Yêu cầu
Đóng mở các xupap đúng lúc, đúng thì, đúng thứ tự hoạt động của động cơ,
đóng kín các của nạp và cửa thải trong kỳ nén, cháy và giãn nở
Đảm bảo việc nạp đầy nghĩa là hệ số nạp
v

η
phải lớn và việc xả sạch nghĩa
là hệ số khí sót
r
γ
phải nhỏ.
Đảm bảo trị số “thời gian - tiết diện” thông qua phải lớn để dòng khí dễ lưu
thông
Làm việc êm dịu, độ tin cậy và tuổi thọ cao, thuận tiện trong việc chế tạo,
bảo dưỡng, sửa chữa.
1.1.3 Phân loại
Hệ thống phân phối khí dùng cam và xupap được dùng phổ biến trên ĐCDT
do kết cấu đơn giản và dễ dàng điều chỉnh. Loại này lại được phân ra nhiều loại:
• Kiểu xupap treo: dùng phổ biến trên các động cơ hiện đại
 Loại OHV (OverHead Valve): trục cam đạt dưới thân máy,
xupap bố trí trên nắp máy và được điều khiển qua con đội, đũa
đẩy và cò mổ
 Loại OHC (OverHead Camshaft): loại có một trục cam đặt
trên nắp máy SOHC (Single OverHead Camshaft) và hai trục
cam đặt trên nắp máy DOHC (Double OverHead Camshaft)
điều khiển trực tiếp xupap hoặc thông qua cò mổ.
• Kiểu xupap đặt: ngày nay ít được sử dụng nên không đề cập trong đề
tài
Hệ thống phân phối khí dùng pittông đóng mở các cửa nạp và cửa thải
thường được dùng trên động cơ 2 kỳ, có ưu điểm kết cấu đơn giản không phải
điều chỉnh sửa chữa nhưng chất lượng trao đổi khí không tốt
Hệ thống phân phối khí dùng van trượt trên xe đặc chủng và xe đua có tiết
diện thông qua lớn, chất lượng trao đổi khí cao nhưng giá thành chế tạo mắc.
Hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA (Electro-magnetic Valve
Actuation Systems). ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến điều khiển cuộn solenoid

hay nam châm điện đóng mở trực tiếp xupap, hệ thống này không sử dụng trục
cam và có thể thay đổi được thời điểm, thời gian và độ nâng xupap một cách tối
ưu tùy thuộc vào các chế độ hoạt động của động cơ.
1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số hệ thống phân phối khí phổ
biến trên ĐCDT hiện nay
1.2.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV
Hình 1.1 Kết cấu xupap treo loại OHV
1-Ống dẫn hướng. 2-Lò xo xupap. 3-Đĩa lò xo. 4-Móng hãm. 5-Xupap. 6-Cò mổ.
7-Vít chỉnh xupap. 8-Đế xupap. 9-Đũa đẩy. 10-Con đội. 11- Cam
Nguyên lý làm việc: trục cam 11 nằm trong thân máy và được dẫn động
trực tiếp bằng bánh răng hoặc qua xích. Khi trục cam quay làm cho bề mặt làm
việc của cam tác động vào con đội 10 đẩy đũa đẩy 9 đi lên làm cò mổ xoay
quanh trục của nó. Đầu kia của cò mổ ấn đuôi xupap đi xuống, lúc này lò xo bị
nén lại. Xupap đi xuống làm thông của nạp với xylanh động cơ nếu trong kỳ hút
hoặc cửa thải với xylanh động cơ nếu trong kỳ xả. Khi cam 11 quay hết hành
trình tác dụng thì lò xo 2 sẽ dãn ra đóng xupap lại kết thúc quá trình hút hoặc
thải. Quá trình này diễn ra liên tục khi động cơ hoạt động, mỗi một chu kỳ xupap
hút và xả chỉ mở một lần.
Ưu điểm: có các ưu điểm của loại xupap treo như có thể tăng tí số nén
động cơ do buồng đốt có kết cấu nhỏ lại, diện tích truyền nhiệt giảm nên giảm
tổn thất nhiệt, tăng hệ số nạp và giảm hệ số khí sót do kết cấu đường nạp và thải
thông thoáng hơn.
Nhược điểm: thân máy và nắp máy có kết cấu phức tạp hơn, tăng chiều
cao động cơ và cơ cấu dẫn động phức tạp.
1.2.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC
8
7
1
2
3

6
4
5
Hình 1.2 Kết cấu xupap treo loại OHC
1-Xupap. 2-Ống dẫn hướng. 3-Lò xo xupap. 4-Đĩa lò xo. 5-Con đội. 6-Cam.
7-Móng hãm. 8-Đế xupap
Nguyên lý làm việc: trục cam 6 đặt trên nắp máy và được dẫn động bằng
trục khuỷu thông qua dây đai hoặc xích. Nguyên lý làm việc được chia làm hai
quá trình cơ bản sau: quá trình vấu cam đẩy mở xupap và quá trình lò xo giãn
đóng kín xupap.
Quá trình vấu cam đẩy mở xupap: khi động cơ làm việc trục khuỷu quay
làm cho bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay
theo, thông qua bộ truyền động xích hoặc đai trung gian dẫn động các bánh xích
hoặc bánh đai lắp ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupap
quay. Khi các vấu cam tiếp xúc với con đội 5 làm con đội bắt đầu chuyển động đi
xuống tác động vào đĩa lò xo ép lò xo xupap 3 nén lại đồng thời xupap chuyển
động đi xuống làm mở các cửa nạp nếu trong giai đoạn nạp khí vào xylanh động
cơ và cửa thải nếu trong quá trình thải thực hiện quá trình nạp môi chất mới và
thải khí cháy ra ngoài.
Quá trình lò xo giãn đóng kín xupap: khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam
di chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội. Lúc
này con đội 5 bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupap 3 từ từ giãn ra nhờ vào đĩa
chặn lò xo 4 cùng với các móng hãm đẩy xupap tịnh tiến về vị trí ban đầu thực
hiện quá trình đóng kín xupap. Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy
tuân theo chu kì làm việc của pha phân phối khí.
Ưu điểm: giống loại xupap treo OHV, trục cam nằm trên nắp máy thuận
tiện trong việc bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ghép.
Nhược điểm: dẫn động trục cam phức tạp hơn, nắp máy khó đúc.
1.2.3 Hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless): Gồm có loại
điện từ, điện–thủy lực và loại thủy lực. Dưới đây trình bày loại điện từ

EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems)
Nam châm điện
Phần ứng
Chén chặn
Lò xo
Xupap
Lò xo giãn
Lò xo nén
1
2
3
4
5
6
Hình 1.3 Cấu tạo của hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA
Trục cam là một cơ cấu phức tạp, làm tăng trọng lượng động cơ và tiêu
hao nhiều công suất do mất mát ma sát. Do kết cấu vật lý nên một cam chỉ điều
khiển chuyển động của một xupap với các thông số thời điểm và độ nâng hạn chế
do đó sẽ không tối ưu cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ. Những tiến
bộ trong công nghệ điều khiển thay đổi thời gian và độ nâng xupap VVT trong
những năm gần đây đã cải thiện được hiệu suất và hiệu quả động cơ tuy nhiên
các hệ thống này vẫn còn phức tạp và chưa tối ưu. Hệ thống phân phối khí không
trục cam được phát minh đã mang lại bước đột phá mới trong động cơ đốt trong.
Với công nghệ này động cơ không cần sử dụng bướm ga đã làm giảm sự cản trên
đường ống nạp và tổn thất do bơm, việc điều khiển lượng hòa khí mới vào trong
xylanh bằng việc thay đổi thời gian và hành trình xupap.
Cấu tạo cơ cấu chấp hành gồm nam châm điện (electromagnet) được đặt
phía trên đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai rò phần ứng được kết nối với đuôi
xupap, các lò xo hoàn lực, chén chặn và xupap.
Khi nam châm điện phía trên được kích hoạt sẽ tạo ra một lực từ trường

hút miếng sắt phần ứng lên trên cùng làm cho xupap ở vị trí đóng
Khi từ tính do nam châm điện phía trên bị ngắt, miếng sắt phần ứng kết
nối với đuôi xupap sẽ bị kéo xuống bởi lò xo. Bộ chấp hành nam châm điện phía
dưới sẽ duy trì xupap ở vị trí mở.
Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống
1-Tín hiệu từ các cảm biến. 2- ECU. 3- Bộ chấp hành điều khiển xupap
hút
4-Xupap hút. 5- Bộ chấp hành xupap xả. 6- Xupap xả
Hệ thống sử dụng các nam châm điện 3 và 5 để đóng mở xupap 4 và 6.
Tín hiệu nhập vào từ các cảm biến 1 thông qua mạch giao tiếp nhập/xuất như vị
trí pittông, tốc độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạp…
ECU liên tục nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó tính toán thời gian và độ nâng
xupap tối ưu để điều khiển bộ chấp hành nam châm điện. Sự chính xác của tín
hiệu đầu vào là rất quan trọng để động cơ hoạt động hiệu quả.
Ưu điểm: giảm 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, 20% các khí thải ô nhiễm
và tăng 20% mômen xoắn ở tốc độ thấp, giảm ma sát do dễ bôi trơn và kết cấu
đơn giản không còn các bộ phận truyền động, nắp máy được đơn giản hóa.
Nhược điểm: tuy có rất nhiều ưu điểm nhưng động cơ với xupap điều
khiển điện tử vẫn có những khiếm khuyết như khả năng xảy ra trục trặc lớn do lệ
thuộc nhiều vào các thiết bị điện tử. Nếu máy tính điện tử gặp sự cố hoặc hệ
thống điện có trục trặc, rất có thể động cơ sẽ cho ra lượng khí thải độc hại lớn
hoặc tệ hơn nếu xupap đóng mở không đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh pittông, hư
hỏng động cơ.
1.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ
(Công nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing)
Trước khi đi sâu nghiên cứu về sự thay đổi pha phân phối khí trên các hệ
thống phân phối khí thông minh tới hiệu quả động cơ ta đi tìm hiểu ảnh hưởng
của pha phân phối khí tới quá trình thải và nạp của động cơ bốn kỳ cổ điển.
Theo lý thuyết đơn giản với 720
0

góc quay trục khuỷu thì mỗi kỳ tương ứng
với 180
0
và xupap xả bắt đầu mở khi pittông ở điểm chết dưới đầu kỳ xả và đóng
lại khi pittông tới điểm chết trên và lúc này xupap hút mở và khi pittông tới điểm
chết dưới trong kỳ nạp thì đóng lại. Tuy nhiên trên các động cơ đốt trong thực tế
thì có sự thay đổi thời điểm mở và khoảng thời gian mở các xupap sao cho động
cơ hoạt động với hiệu quả cao nhất đồng thời khí thải phát ra ít gây ô nhiễm môi
trường.
Hình 1.5 Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ không tăng áp
1
ϕ
- góc mở sớm xupap nạp.
2
ϕ
- góc đóng trễ xupap nạp
3
ϕ
- góc mở sớm xupap xả.
4
ϕ
- góc đóng trễ xupap xả
s
ϕ
- góc đánh lửa hoặc phun dầu sớm
1.3.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects of
Changes to Exhaust Valve Opening Timing – EVO)
Xupap thải bắt đầu mở sẽ làm cho áp suất cao trong xylanh trong quá trình
đốt cháy được thoát ra ngoài qua hệ thống xả.
Xupap thải mở sớm trước khi pittông tới điểm chết dưới (điểm b

’
trên hình)
sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thải bằng cách cho sản vật cháy tự thoát
ra ngoài nhờ chênh áp giữa xylanh và đường thải. Với mục đích giảm tải trọng
động cho xupap cần phải cho xupap mở và đóng đường thông một cách từ từ.
Chính vì vậy việc mở sớm xupap thải nhằm tạo ra giá trị “thời gian-tiết diện” đủ
để áp suất trong xylanh giảm tới mức yêu cầu khi pittông đi ngược từ điểm chết
dưới lên điểm chết trên. Khi đã mở sớm xupap thải vào thời điểm hợp lý sẽ làm
giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải ra ngoài.
Nhưng nếu mở xupap thải quá sớm sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị
công qua đó làm giảm công suất động cơ.
Hai yêu cầu trên mâu thuẫn với nhau. Trên các động cơ đốt trong cổ điển thì
pha phân phối khí được chọn cố định nên phải cân đối lợi ích giữa hai yếu tố
trên. Còn trên các động cơ có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì hệ
thống sẽ thay đổi thời điểm mở xupap thải sao cho động cơ đạt được hiệu suất
cao nhất ở mọi tốc độ và tải động cợ
Trong chế độ tải nhỏ hay một phần tải động cơ sẽ đạt hiệu suất cao hơn nếu
như thời điểm mở xupap thải càng gần ĐCD hơn càng tốt vì ở chế độ này áp lực
khí cháy trong xylanh nhỏ hơn nên cũng cần ít thời gian hơn để đẩy khí cháy ra
ngoài. Ngược lại khi động cơ ở chế độ toàn tải thì cần mở xupap thải sớm tức
trước khi pittông tới ĐCD vì cần có đủ thời gian để đẩy sạch khí cháy ra ngoài,
tuy mất một ít công trên đồ thị p-v nhưng bù vào đó quá trình nạp trong chu kỳ
kế tiếp có lợi ích lớn hơn nên nhìn chung động cơ sẽ đạt được hiệu quả cao hơn.
Hình 1.6 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả
1.3.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Effects of
Changes to Exhaust Valve Closing Timing – EVC)
Xupap thải bao giờ cũng đóng trễ sau khi pittông đã đi qua điểm chết trên
nhằm đảm bảo cho sản vật cháy được thoát hết ra ngoài, mặt khác lợi dụng chênh
áp để sản vật cháy được thải tiếp giảm lượng khí sót còn lại trong xylanh. Ngoài
Cải thiện mômen

xoắn ở tốc độ cao
Cải thiện mômen
xoắn ở tốc độ
thấp và hiệu quả
ở tải nhỏ
ĐCT
ĐCD
Trước
ĐCD
Xupap xả
ra việc đóng muộn xupap thải còn nhằm sử dụng quán tính trên đường thải sinh
ra giảm áp có tính chu kỳ thấp hơn giá trị trung bình của p
th
tạo điều kiện để thải
sạch hơn.
Thời điểm đóng xupap thải có ảnh hưởng rất quan trọng đến việc khí thải
còn lại trong xylanh trong kỳ hút tiếp theo. Thời điểm đóng xupap thải là một
thông số quan trọng trong việc điều khiển lưu hồi khí thải và góc trùng điệp của
hai xupap.
Khi ở chế độ đầy tải mong muốn cho lượng khí thải còn lại trong xylanh là
ít nhất để tối đa lượng hòa khí mới nạp vào trong xylanh trong kỳ hút kế tiếp.
Điều này đòi hỏi thời điểm đóng xupap thải phải càng gần ngay ĐCT. Ngoài ra
trong động cơ có hệ thống xả tích cực nghĩa là sử dụng sóng áp suất của dòng khí
xả xylanh khác thì thời điểm đóng xupap xả cũng ảnh hưởng tới sóng áp suất làm
ảnh hưởng tới việc đẩy hay hút khí xả ra ngoài hoặc trở lại xylanh. Sóng áp suất
thay đổi theo tốc độ động cơ do đó nếu cố định thời điểm đóng xupap xả ở một
tốc độ nào đó sẽ gây ảnh hưởng tới các chế độ hoạt động khác của động cơ.
Khi động cơ hoạt động ở chế độ một phần tải thì thời điểm đóng muộn
xupap thải có thể mang lại lợi ích lớn từ việc giữ lại một phần khí thải để hạn chế
hòa khí mới nạp vào. Khí thải được giữ lại do đó làm giảm sự hoạt động cần thiết

của bớm ga để điều khiển lượng hòa khí vào buồng đốt và kết quả làm giảm tổn
thất bơm trong kỳ hút tiếp theo. Di chuyển thời điểm đóng trễ xupap thải sẽ làm
tăng tuần hoàn khí thải tương ứng giảm phát thải khí thải làm động cơ thân thiện
với môi trường.
Giới hạn bao nhiêu khí thải còn lại trong xylanh là cần thiết để đặc tính sự
cháy vẫn ổn định và không ảnh hưởng tới công suất động cơ. Tuần hoàn khí thải
làm giảm dụng tích xylanh của buồng đốt do lượng khí trơ chiếm chỗ do đó sẽ
làm giảm công suất và gây ra đặc tính cháy xấu. Vì vậy ở chế độ cầm chừng và
tốc độ thấp không nên sử dụng việc lưu hồi để ổn định tốc độ cầm chừng, khi ở
tốc độ cao cũng vậy để công suất và mômen động cơ phát ra đạt tối đa.
Cải thiện hiệu quả động cơ
ở chế độ cầm chừng, toàn
tải và tốc độ cao do giảm
EGR
Cải thiện hiệu quả động cơ
ở chế độ tốc độ, tải trung
bình do làm tăng EGR
ĐCT
ĐCD
Sau
ĐCT
Xupap xả
Hình 1.7 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả
1.3.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Effect of
changes to Intake Valve Opening Timing – IVO)
Việc mở xupap nạp cho phép hòa khí vào xylanh từ ống góp hút (trong
động cơ diesel hay động cơ phun xăng trực tiếp thì chỉ có không khí). Thời gian
bắt đầu mở xupap nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xylanh (do giãn nở của
khí sót) hạ thấp hơn áp suất môi chất trên đường nạp thì tiết diện lưu thông của
xupap nạp đã đủ lớn để môi chất mới đi vào. Do đó thường mở sớm xupap nạp

trước ĐCT (BTDC). Thời điểm mở xupap nạp là thông số thứ hai xác định góc
trùng điệp của xupap nạp và xupap xả (cả hai xupap đều mở) (
1 4
ϕ ϕ
+
) đó đó thời
điểm đóng xupap xả và mở xupap nạp thay đổi sẽ làm thay đổi thời điểm phối
khí, thay đổi lượng luân hồi khí thải.
Có thể giảm EGR phụ thuộc
vào thời điểm đóng xupap xả
Có thể tăng EGR phụ thuộc
vào thời điểm đóng xupap xả
ĐCT
ĐCD
Trước
ĐCT
Xupap nạp
Hình 1.8 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp
1.3.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Effect of
changes to Intake Valve Closing Timing – IVC)
Hiệu quả thể tích hòa khí nạp vào phụ thuộc vào thời điểm đóng xupap nạp
theo từng tốc độ và tải động cơ. Thời điểm đóng xupap nạp quyết định bao nhiêu
hòa khí sẽ được nạp vào xylanh do đó ảnh hưởng tới tính kinh tế và hiệu quả
động cơ.
Để đạt được mômen xoắn tối đa xupap nạp đóng muộn sau khi pittông đã
vượt qua điểm chết dưới nhằm nạp thêm môi chất mới vì ở điểm chết dưới tiết
diện lưu thông qua xupap còn lớn, áp suất trong xylanh p
a
còn thấp hơn áp suất
trên đường ống nạp p

k
quán tính của môi chất mới từ đường nạp vào xylanh vẫn
còn. Do đó có thể kéo dài quá trình nạp thêm một giai đoạn sau điểm chết dưới
cho tới khi áp suất trong xylanh trở nên lớn hơn p
k
. Mặt khác còn lợi dụng quán
tính của dòng khí nạp tốc độ cao để nạp thêm môi chất giúp tối đa lượng hòa khí
nạp vào để công suất và mômen động cơ phát ra tối đa.
Việc đóng sớm xupap nạp sẽ làm giảm hòa khí nạp vào xylanh giúp tiết
kiệm nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ. Việc đóng sớm xupap nạp ở chế độ tải nhỏ còn
giúp hạn chế hòa khí quay trở lại ống góp hút và hạn chế tổn thất bơm.
Hình 1.9 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp
Đóng trễ sau ĐCD
giúp tăng mômen xoắn
tối đa
Đóng gần ĐCD làm
giảm hòa khí nạp giúp
tiết kiệm nhiên liệu ở
chế độ tải nhỏ
ĐCT
ĐCD
Sau
ĐCD
Xupap nạp
Thời gian mở sớm và đóng muộn của các xupap theo góc quay trục khuỷu
tính bằng độ tạo thành pha phân phối khí của động cơ. Động cơ vận tải hoạt động
ở các tốc độ khác nhau mà mỗi tốc độ lại tương ứng với một pha phân phối khí
tối ưu đảm bảo cho hệ số nạp đạt cực đại. Nhưng trên thực tế các động cơ cổ điển
không thể thay đổi được điều này. Pha phân phối khí trong mỗi động cơ được
quyết đinh sau khi thử nghiệm và lấy ở tốc độ xe hay hoạt động.

Loại động
cơ
Tốc độ
động cơ
Xupap nạp Xupap xả Góc
trùng
điệp
Mở trước
ĐCT
Đóng sau
ĐCD
Mở trước
ĐCD
Đóng sau
ĐCT
Động cơ xăng ô tô
Zill 130 3200 31
0
83
0
67
0
47
0
78
0
Peugeot 5400 0
0
30
0

30
’
35
0
4
0
30
’
4
0
30
’
Renault 4500 6
0
30
0
45
0
7
0
13
0
Động cơ diesel không tăng áp
D6 1500 20
0
48
0
48
0
20

0
40
0
Man 2000 2
0
25
0
40
0
8
0
10
0
Henshel 2200 17
0
42
0
42
0
17
0
34
0
Pha phân phối khí ở một số động cơ cổ điển
Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh
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.
Hình 1.10 Đồ thị mômen động cơ
Tốc độ động cơ
Tải động

cơ
5
4
3
1 và 2
Đường mômen động cơ
Ở chế độ cầm chừng (phạm vi số 1 trên biểu đồ) 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 yêu cầu tỉ lệ hòa khí nạp vào xylanh động cơ
đậm hơn và việc thải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới môi chất công tác
được tốt hơn. Lúc này cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng
điệp (
1 4
ϕ ϕ
+
) nhỏ lại để khí cháy được thải sạch ra ngoài, giảm khí xả chạy
ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải.
Hình 1.11
Chế độ cầm chừng
Khi ở chế độ tải nhẹ (phạm vi số 2 trên biểu đồ) 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 (
1 4
ϕ ϕ
+
) giảm đi. Điều này làm ổn định tốc độ động cơ.
Hình 1.12
Khi ở chế độ tải nhẹ
Chế độ tải trung bình (phạm vi số 3 trên biểu đồ) pha phân phối khí của
động cơ được điều chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hoàn

NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ nhất
khí thải (EGR). Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu,
hiệu suất làm việc của động cơ tăng lên.
Hình 1.13
Chế độ tải trung bình
Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (phạm vi số 4 trên
biểu đồ) 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 hòa 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.
Hình 1.14
Tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng
Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (phạm vi số 5 trên biểu đồ) thì cần
làm chậm thời điểm đóng xupap nạp để lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc
độ cao làm cải thiện hiệu suất thể tích nạp. Điều này cải thiện công suất đầu ra.
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp lớn
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Đóng sớm xupap nạp

NạpXả
ĐCT
ĐCD
Đóng trễ xupap nạp
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Giảm góc trùng điệp
Hình 1.15 T
ốc 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.
Hình 1.16
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.
Hình 1.17 Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ nhất
1.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi độ nâng xupap tới hiệu quả động cơ (Công
nghệ thay đổi độ nâng xupap VVA-Variable Valve Actuation)
Thay đổi độ nâng xupap ảnh hưởng tới tiết diện lưu thông của dòng khí
nạp qua họng xupap. Ngoài ra nó còn làm thay đổi trị số “thời gian – tiết diện” A
của đường thông đi qua xupap nạp cũng như xupap xả nhờ đó làm giảm tốc độ
dòng chảy và giảm cản của các xupap, kết quả làm hệ số nạp tăng.
( )
2
1

d m .
6
c
o
A f s
n
ϕ
ϕ
ϕ
=
∫
Trong đó :
n : ( vòng/phút ) tốc độ động cơ
f : ( m
2
) tiết diện lưu thông qua xupap
d
ϕ
( độ ) vi lượng góc quay trục khuỷu
Biểu thức trên cho ta thấy khi tốc độ động cơ càng cao thì trị số “thời
gian-tiết diện” càng giảm. Giả sử khi động cơ hoạt động ở tốc độ 6000 vòng/phút
thì các xupap sẽ phải mở và đóng 3000 lần mỗi phút tức 50 lần mỗi giây. Tốc độ
nhanh như vậy sẽ làm cho trị số “thời gian–tiết diện” giảm đi. Nhưng yêu cầu khi
tốc độ động cơ cao thì tiết diện lưu thông của xupap phải lớn để hòa khí nạp vào
xylanh được nhiều hơn để động cơ phát ra công suất và mômen lớn. Điều này chỉ
có thể đạt được khi thời điểm phối khí phù hợp và nhất là độ nâng xupap phải
thay đổi để phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ. Mà độ nâng xupap lại
phụ thuộc vào dạng hình học của các vấu cam trên trục cam. Do đó yêu cầu động
cơ phải thay đổi được biên dạng cam theo từng tốc độ khác nhau.
Hình 1.18 là trị số “thời gian-tiết diện” khi động cơ hoạt động ở 7500

vòng/phút (hai đường gần trục tung) và khi động cơ hoạt động ở 1000 vòng/phút
(hai đường cong phía ngoài). Độ nâng xupap là 10 mm, góc trùng điệp là 52
0
. Ta
thấy ở tốc độ 7500 vòng/phút thì trị số “thời gian-tiết diện” giảm đi rõ rệt. Ở tốc
độ 1000 vòng/phút và với góc trùng điệp lớn 52
0
thì phần trị số “thời gian-tiết
diện” của góc trùng điệp cũng lớn gây ảnh hưởng xấu tới quá trình nạp. Để giảm
thiểu điều này các động cơ trang bị hệ thống phối khí thông minh sẽ điều chỉnh
để khi tốc độ thấp, tải nhẹ thì góc trùng điệp nhỏ. Hình 1.19 điều chỉnh góc trùng
điệp 18
0
.
Hình 1.18 Trị số “thời gian- tiết diện” với góc trùng điệp 52
0
Hình 1.19 Trị số “thời gian- tiết diện” với góc trùng điệp 18
0
Hệ thống VVT giải quyết vấn đề về góc trùng điệp tại điểm chết trên do
đó nó cũng làm thay đổi thời điểm của các xupap tại điểm chết dưới. Khi ở tốc
độ thấp VVT điều chỉnh góc trùng điệp nhỏ tức mở muộn xupap hút và đóng
sớm xupap xả do đó tại điểm chết dưới nó sẽ giữ mở xupap nạp nhiều hơn cần
thiết và mở xupap xả sớm hơn cần thiết.
Hình 1.20 Trị số “thời gian- tiết diện” với độ nâng xupap 1,3 mm ở 1000
vòng/phút
và 10mm ở 7500 vòng/phút
Hình 1.21 Trị số “thời gian- tiết diện” với độ nâng xupap
10 mm và 0,3 mm ở tốc độ 1000v/p
Hình 1.20 so sánh trị số “thời gian-tiết diện” ở hai chế độ tại số vòng quay
1000 vòng/phút, độ nâng xupap 1,3 mm và tại số vòng quay 7500 vòng/phút, độ

nâng xupap 10 mm. Khi tốc độ và tải động cơ thay đổi thì ngoài việc thay đổi
thời điểm phối khí thì cần phải điều khiển độ nâng xupap hợp lý sao cho hòa khí
nạp vào xylanh đủ để phù hợp với các điều kiện hoạt động.
Hình 1.21 so sánh trị số “thời gian-tiết diện” ở tốc độ 1000 vòng/phút với
độ nâng xupap là 0,3 mm và 10 mm. Tại cùng số vòng quay và cùng góc trùng
điệp nhưng độ nâng xupap thay đổi thì ngoài việc trị số “thời gian-tiết diện”
chính thay đổi thì phần trị số “thời gian- tiết diện” của góc trùng điệp cũng giảm.
Do đó việc thay đổi độ nâng xupap tại tốc độ thấp cũng góp phần như việc điều
chình thời điểm phân phối khí để giảm việc khí xả quay trở lại đường nạp góp
phần ổn định tốc độ động cơ.
Hình 1.22 Trị số “thời gian- tiết diện” khi thay đổi tốc độ động cơ
và độ nâng xupap
Hình 1.22 biểu diễn chế độ toàn tải khi độ nâng xupap thay đổi từ 0,6 mm
ở 500 vòng/phút và tăng dần tại 900, 1800, 3700 vòng/phút và đạt 10 mm tại
7500 vòng/phút. Nếu độ nâng xupap không thay đổi thì ta có đồ thị như hình
1.23 bên dưới
Hình 1.23 Trị số “thời gian- tiết diện” khi thay đổi tốc độ động cơ
và độ nâng xupap cố định 10 mm
Hình 1.24 Trị số “thời gian- tiết diện” khi tốc độ động cơ 4000 vòng/phút
và độ nâng xupap thay đổi từ 5/5, 4/5, 3/5, 2/5, 1/5 tải