cải tiến hệ thống nạp trên động cơ đốt trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài :
CHUYÊN ĐỀ VỀ CẢI TIẾN
HỆ THỐNG NẠP TRÊN ĐỘNG CƠ
SVTH: HUỲNH ĐOÀN ĐĂNG KHOA
MSSV: 11145224
NGUYỄN NGỌC THẠCH
MSSV: 11145116
Khoá học: 2011 - 2015
Ngành: Công nghệ và kỹ thuật ô tô
GVHD: TS. LÝ VĨNH ĐẠT
T.p Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

***

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài: CHUYÊN ĐỀ VỀ CẢI TIẾN HỆ THỐNG NẠP TRÊN ĐỘNG CƠ
Sinh viên thực hiện:
1. HUỲNH ĐOÀN ĐĂNG KHOA MSSV: 11145224
2. NGUYỄN NGỌC THẠCH MSSV: 11145116
I. NỘI DUNG
- Nghiên cứu các cải tiến hệ thống nạp trên động cơ.
- Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các phương pháp cải tiến

- Phân tích các ưu và nhược điểm của các hệ thống cải tiến
II. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
- Các bài báo cáo khoa học, bài viết của các nhà nghiên cứu.
- Các trang web về kỹ thuật ô tô.
III. TRÌNH BÀY:
- 01 đĩa CD
- 01 tập thuyết minh
- Powerpoint báo cáo
IV. THỜI GIAN THỰC HIỆN:
- Ngày bắt đầu: 20/04/2015
- Ngày hoàn thành: 31/07/2015
- Ngày bảo vệ : 08/08/2015
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ
Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
GV.TS. Lý Vĩnh Đạt
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, Ngày … Tháng …… Năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP.HCM, Ngày … Tháng …… Năm 2015
Giáo viên phản biện
4
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, ô tô đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của mỗi quốc gia. Nó
giải quyết hàng loạt các nhu cầu về vận chuyển con người cũng như hàng hóa đang diễn
ra liên tục. Xã hội càng phát triển nhu cầu về chất lượng ô tô của con người càng tăng
lên. Ô tô được yêu cầu có chất lượng cao hơn, công suất cao hơn, độ an toàn cao hơn…
Tuy nhiên gắn với yêu cầu trên là các hệ quả xấu mang theo như ô nhiễm môi trường,
can kiệt các nguồn nguyên nhiên liệu.
Để giải quyết các hệ quả nêu trên hàng loạt các giải pháp được các kỹ sư, nhà thiết
kế nghiên cứu và ứng dụng trên ô tô. Hãng Volvo Truck chế tạo và sử dụng hệ thống
phin lọc (CRT) là bộ lọc khí thải lắp trong ống bô xả của động cơ, hãng Bosch chế tạo ra
bộ lọc muội than bằng cách tăng nhiệt độ của các hạt muội than đến khi nó tự bốc cháy
thành các chất ích độc hại hơn, …. Các biện pháp trên cải thiện được chất lượng khí thải
ra nhưng lại tạo ra áp lực cản trở trong đường ống xả làm giảm công suất và hiệu suất
làm việc của động cơ.
Do đó, các hãng xe như TOYOTA, HONDA, BMW, NISSAN, … đã phát triển
công nghệ mới cải tiến cho hệ thống nạp gồm hệ thống điều khiển xú páp biến thiên, xú
páp điện từ, hay các hệ thống thay đổi đường đi, chiều dài hiệu dụng dòng khí nạp, tăng

áp khí nạp, turbo tăng áp Các công nghệ này không những giảm thiểu các chất độc hại
thải ra môi trường như CO, HC, NOx, … mà còn làm tăng công suất và hiệu suất làm
việc của động cơ.
Cùng với sự hội nhập với nền kinh tế thế giới, với chủ trương công nghiệp hóa hiện
đại hóa, ngành công nghiệp ô tô nước ta đang phát triển mạnh và sẽ trở thành ngành mũi
nhọn trong những năm tới. Việc sở hữu ô tô để phục vụ cho nhu cầu vận chuyển không
còn là quá xa vời với người Việt. Do đó, số lượng ô tô của nước ta ngày càng tăng,
ngành công nghiệp ô tô phát triển nhanh hơn. Các dòng xe hiện nay hầu hết đều được
trang bị các công nghệ tiên tiến, trong đó công nghệ cải tiến hệ thống nạp là phần không
thể thiếu. Nhưng một số hệ thống chưa được biệt nhiều ở nước ta, gây khó khăn cho việc
bảo dưỡng và sửa chữa ô tô.
Vì vậy đề tài “Chuyên đề về cải tiến hên thống nạp trên động cơ” sẽ giúp cho các
kỹ sư tiếp cận được với công nghệ mới để thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa ô
tô trong nước mà không cần phải phụ thuộc vào các chuyên gia nước ngoài. Đồng thời
qua đề tài này cũng xây dựng một cơ sở lý thuyết để tạo điều kiện cho việc nghiên cứu
và phát triển công nghệ sau này ở trong nước.
5
LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm
ơn chân thành đến TS. LÝ VĨNH ĐẠT, giảng viên trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật T.p
Hồ Chí Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm
đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng viên trong trường ĐH Sư Phạm
Kỹ Thuật T.p Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực nói
riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,
quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt

nghiệp.
Tuy nhiên do kiến thức, khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những
thiếu sót, vì vậy chúng em rất mong nhận được sự cảm thông cũng như những ý kiến
đóng góp cho bản đồ án tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn!
T.p Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch
6
MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
- A/F (Air/Fuel): tỷ lệ không khí – nhiên liệu.
- ACIS (Acoustic Control Induction System): Hệ thống nạp khí với chiều dài hiệu dụng
thay đổi.
- ĐCD: Điểm chết dưới
- ĐCT: Điểm chết trên
- DME (Digital Motor Electronics): Bộ điều khiển điện tử của động cơ hãng BMW.
- DOHC (Double Over Head Cam): Động cơ có hai trục cam đặt trên nắp máy.
- ECM (Electronic control Module): Mô đun điều khiển điện tử.
- ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử.
- EIVC (Early intake valve closing): Xú páp nạp đóng sớm.
- EMVA (Electro-Mechanical Valve Actuator): Bộ chấp hành xú páp điện từ.
- ETC (Electronic Control Transmission): Bộ điều khiển truyền động điện tử.
- ETCS-i (Electronic Throttle Control System-intelligence): Bướm ga điện tử thông
minh.
- EXlink (Extended Expansion Linkage Engine): Động cơ “tăng giãn”.
- i-VTEC (intelligent Variable valve Timing and lift Electronic Control): Hệ thống điều
khiển xú páp biến thiên thông minh điều khiển điện tử.
- LIVO (Late Intake Valve Opening): Xú páp nạp mở trễ.
- MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system): Hệ thống

điều khiển xú páp biến thiên của Mitsubishi.
- OHV (Over Head Valve): Động cơ trục cam nằm trên nắp máy.
- PCM (Powertrain control Module): Mô đun điều khiển truyền lực của hãng Ford.
- SCV (Swirl Control Valve): Van điều khiển sự xoáy của khí nạp.
- SOHC (Single Over Head Cam): Động cơ có một trục cam đặt trên nắp máy.
- STCS (Swirl Tumble Swirl Control System): Hệ thống tạo xoáy lốc dòng khí nạp.
7
- TRAC (Traction Control): Điều khiển lực kéo.
- T-VIS (Toyota variable induction system): Hệ thống nạp biến thiên của Toyota.
- VANOS (Variable Nockenwellensteuerung): Hệ thống điều khiển xú páp biến thiên
của BMW
- VSC (Vehicle Stability Control): Điều khiển ổn định xe.
- VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control): Hệ thống điều khiển xú
páp biến thiên bằng điện tử của Honda.
- VTEC-E (Variable valve Timing and lift Electronic Control – Economy): Hệ thống
điều khiển xú páp biến thiên của Honda.
- VVT (Variable Valve Timing): Điều khiển xú páp biến thiên.
- VVT-I (Variable Valve Timing intelligent): Điều khiển xú páp biến thiên thông minh.
- VVT-iE (Variable Valve Timing intelligent by Electric motor): Điều khiển xú páp
biến thiên bằng mô tơ điện.
- VVT-iW (Variable Valve Timing - intelligent Wide): Điều khiển xú páp biến thiên
thông minh mở rộng.
- VVTL-I (Variable Valve Timing and Lift intelligent system): Điều khiển hành trình
và thời điểm xú páp thông minh.
8
DANH MỤC HÌNH
9
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
1.1. Đặt vấn đề

Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại phát triển ồ ạt thì lượng khí thải xả ra môi
trường vượt đến mức cảnh báo và lượng nhiên liệu thiên nhiên đang cạn kiệt dần. Nền
công nghiêp ô tô là một trong những nhành công nghiệp được chú trọng và phát triển
mạnh hiện nay. Do đó, việc sản xuất ô tô cần phải đảm bảo những yêu cầu khắc khe về
khí thải để tránh ô nhiễm môi trường, tiết kiệm được nhiên liệu thiên nhiên. Để đáp ứng
những yêu cầu phát triển trên các nhà thiết kế, nhà chế tạo ô tô đã nghiên cứu và đưa ra
các giải pháp nhằm tạo ra chiếc ô tô giảm lượng khí thải độc hại, tiết kiệm nhiên liệu.
Bên cạnh đó công suất động cơ cũng phải được cải thiện.
Như chúng ta đã biết hiện nay động cơ đốt trong được ứng dụng rộng rãi trên ô tô,
các động cơ tĩnh tại. Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, chất lượng của động cơ
được đánh giá bởi thông số đặt trưng là hiệu suất nhiệt của động cơ η
t
. Động cơ đạt được
hiệu suất nhiệt càng cao thì tính hiệu quả của động cơ càng tốt.
Hình 1.1. Đồ thị PV của chu trình lý tưởng và chu trình thực tế trên đông cơ
đốt trong. [17]
Dựa vào đồ thị hình 1.1 ta có thể thấy hiệu suất của chu trình thực tế thấp hơn nhiều
so với chu trình lý tưởng. Theo tính toán động cơ với tỉ số nén ε = 9-10, hoạt động ở chế
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 10
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
độ toàn tải thì hiệu suất nhiệt của chu trình khí lý tưởng chỉ đạt 60%. Hiệu suất nhiệt của
chu trình thực tế thấp hơn chu trình lý tưởng khoảng 20%. Sở dĩ có sự chênh lệch cao này
là do trong quá trình hoạt động của động cơ trong thực thế xảy ra nhiều mất mát như: tổn
thất nhiệt, thời gian cháy, công tiêu hao trong quá trình xả khí thải và nén khí, công tiêu
hao trong quá trình nạp bao gồm sự cản trở của lọc gió, cản trở của xú páp nạp, quá trình
cháy không hoàn hảo, ma sát giữa các chi tiết chuyển động Các tính toán trên được thực
hiện ở chế độ toàn tải nếu ở các chế độ tải thấp hơn thì hiệu suất động cơ còn thấp hơn
[1].
Vấn đề đặt ra là làm sao để cải thiện được hiệu suất động cơ trên từng chế độ tải của

động cơ, bên cạnh đó động cơ phải ít tiêu hao nhiên liệu, thân thiện với môi trường. Để
giải quyết vấn đề đó các kỹ sư, nhà chế tạo đã nghiên cứu nhiều phương pháp như cải
tiến hệ thống nạp, hệ thống đánh lửa, hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống lưu hồi khí thải
EGR
Hình 1.2. Các giải pháp cải thiện hiệu suất động cơ ở chế độ tải thấp. [1]
Ngoài ra dựa vào các đặc tính riêng của từng hệ thống, chúng có thể kết hợp với
nhau để tạo ra phương án tối ưu cho động cơ. Ví dụ:
- Hệ thống điều khiển xú páp biến thiên kết hợp với hệ thống tăng áp tạo thành chu
trình Miller.
- Hệ thống điều khiển xú páp biến thiên kết hợp thay đổi tỉ số nén tạo thành chu
trình Otto-Atkinson.
Do thời gian có hạn chế trong đồ án này chúng em chỉ tập trung nghiên cứu về
những cải tiến trên hệ thống nạp.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 11
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ
- Mục tiêu trong đồ án này là tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý, ưu điểm và nhược
điểm của những cải tiến hệ thống nạp trên động cơ.
- Nhiệm vụ là nghiên cứu các cải tiến hệ thống nạp thông qua các tài liệu liên quan,
đọc hiểu để nắm vững được cấu tạo, nguyên lý hoạt động từ đó phân tích ưu
nhược điểm. Sau đó tổng hợp lại thành hệ thống để làm tài liệu thuận lợi cho việc
sửa chữa cũng như nghiên cứu phát triển sau này.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
- Trong đồ án này chúng em tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết, cấu tạo, nguyên
lý hoạt động của các hệ thống điều khiển xú páp biến thiên như VVT-i, VTEC,
MIVEC, Vanos, Valvetronic, Mutil Air, xú páp điện từ, các hệ thống tăng áp như
bộ tăng áp, turbo tăng áp, kết hợp của các hệ thống để ứng dụng chu trình Otto-
Atkinson, chu trình Miller.
- Ngoài ra ở phần cuối, chúng em còn giới thiệu một số cải tiến hệ thống nạp khác

như T-VIS, ACIS, bướm ga ETCS-i hay các hệ thống tạo độ xoáy lốc cho dòng
khí như SCV, STSC.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
 Để hoàn thành đề tài này chúng em đã sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu
như:
- Phương pháp sưu tầm và đọc hiểu tài liệu.
- Phương pháp phân tích, tổng hợp.
- Phương pháp so sánh và đánh giá
 Ngoài ra chúng em còn sử dụng một số kỹ năng để có thể hoàn thành đề tài:
- Kỹ năng đọc hiểu tiếng Anh.
- Kỹ năng sử dụng MS office
- Kỹ năng làm việc nhóm
1.5. Nội dung đề tài
Đồ án được trình bày trong 5 chương với nội dung như sau:
 Chương 1: Dẫn nhập
 Chương 2: Hệ thống điều khiển xú páp biến thiên VVT
 Chương 3: Hệ thống tăng áp
 Chương 4: Các biện pháp cải tiến khác trên hệ thống nạp
 Chương 5: Kết luận và đề nghị
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 12
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XÚ PÁP BIẾN
THIÊN VVT
2.1. Vai trò của điều khiển xúp páp biến thiên đối với động cơ
2.1.1. Vai trò của thay đổi thời điểm đóng mở xú páp
Trên động cơ 4 kỳ theo lý thuyết trục khuỷu quay 2 vòng ứng 720
o
. Một kỳ ứng
180

o
, pít tông di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) hoặc
ngược lại. Xú páp nạp và xú páp thải phải đóng mở để nạp khí vào và thải khí ra để thực
hiên 4 quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở, thải.
Hình 2.1. Pha phối khí của động cơ 4 kỳ không tăng áp.
 Hoạt động đóng mở của xú páp:
- Việc mở xú páp nạp cho phép hòa khí đi vào xy lanh động cơ (đối với động cơ
Diesel và phun xăng trực tiếp thì chỉ có không khí). Thời điểm mở xú páp phù hợp
là khi áp suất trong xy lanh hạ thấp hơn áp suất trên đường ống nạp. Xú páp nạp
mở trước ĐCT một góc α
1
khi pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD.
- Xú páp nạp đóng muộn sau ĐCD một góc α
1
’
, khi pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD
thì trong lòng xy lanh tạo nên độ chân không, áp suất trong xy lanh thấp hơn áp
suất trên ống nạp. Theo quán tính thì không khí sẽ được hút thêm vào để nạp đầy
hơn nhằm tăng hiệu suất động cơ.
- Xú páp thải mở sớm trước ĐCD một góc α
2
’
, sau quá trình cháy thì áp suất trong
xy lanh cao hơn áp suất khí quyển khi đó khí thải tự thoát ra ngoài. Thời điểm mở
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 13
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
xú páp thải hợp lý sẽ làm giảm công tiêu hao để đẩy khí ra ngoài. Nhưng nếu xú
páp thải mở quá sớm thì công suất động cơ sẽ giảm.
- Xú páp thải đóng muộn sau ĐCT một góc α

2
, nhằm tăng thời gian thải khí xả ra
ngoài để thải sạch hơn hạn chế tối thiểu lượng khí sót còn lại trong xy lanh (do khí
sót còn lại sẽ giãn nở và chiếm thể tích khí nạp mới làm giảm hệ số nạp).
 Thời điểm đóng mở xú páp ảnh hưởng rất lớn đến công suất động cơ, tiêu hao
nhiên liệu, khí thải ra môi trường.
- Xú páp nạp:
• Ở chế độ tải nhỏ thì độ chân không hình thành trong xy lanh khi pít tông đi từ
ĐCT xuống ĐCD trong quá trình nạp nhỏ nên góc đóng muộn cần nhỏ hơn so
với ở chế độ hoạt động tải lớn.
• Ở chế độ tải lớn thời gian pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD nhanh nên không
khí không kịp nạp vào để điền đầy do đó cần góc đóng muộn với góc mở lớn
hơn nhằm tăng thời gian nạp đầy khí vào xy lanh.
- Xú páp thải:
• Khi ở chế độ đầy tải thì xú páp thải thì yêu cầu cần phải có lượng khí sót là ít
nhất để nạp tối đa khí nạp mới cho kỳ nạp kế tiếp. Do đó góc đóng muộn xú
páp thải phải nhỏ, gần với ĐCT.
• Khi ở chế độ một phần tải thì góc đóng muộn xú páp thải thay đổi có thể mang
lại lợi ích lớn giữ lại một phần khí thải, tăng tuần hoàn khí thải, giúp động cơ
giảm phát thải khí xả, thân thiện với môi trường.
• Khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng thì việc tuần hoàn khí thải giữ lại
lượng khí sót nhiều chiếm thể tích khí nạp mới công suất động cơ giảm dẫn tới
động cơ dễ tắt máy.
 Hiệu quả nạp hòa khí phụ thuộc vào thời điểm đóng xú páp nạp tùy theo từng tốc độ và
tải động cơ. Thời điểm đóng xú páp nạp quyết định bao nhiêu hòa khí sẽ được nạp vào xy
lanh do đó ảnh hưởng tới tính kinh tế, hiệu quả động cơ và ô nhiễm môi trường [2].
2.1.2. Vai trò của việc thay đổi độ nâng của xú páp
Việc thay đổi độ nâng xú páp ảnh hưởng tới tiết diện lưu thông của dòng khí nạp
qua cửa nạp. Ngoài ra nó còn làm thay đổi trị số “thời gian – tiết diện” của đường ống
phân phối khí thông đi qua xú páp nạp cũng như xú páp thải nhờ đó làm giảm tốc độ

dòng chảy và giảm cản của các xú páp, kết quả là làm tăng hệ số nạp.
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 xú páp 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 xú páp
phải lớn để hòa khí nạp vào xy lanh được nhiều hơn để động cơ phát ra công suất và mô
men lớn. Điều này chỉ có thể đạt được khi thời điểm phối khí phù hợp và nhất là độ nâng
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 14
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
xú páp phải thay đổi để phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ. Mà độ nâng xú
páp 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.
2.2. Khái quát về hệ thống điều khiển xú páp biến thiên VVT-i:
Hiện nay, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường là hai yêu cầu được đặt
lên hàng đầu của ngành ô tô. Một trong những biện pháp mà hầu hết các kỹ sư đều chọn
đó là cải tiến hệ thống nạp của động cơ vì lượng khí nạp và thời điểm phân phối khí có
ảnh hưởng rất lớn đến công suất động cơ cũng như tiêu hao nhiên liệu, chất lượng khí xả.
Hệ thống điều khiển xú páp biến thiên VVT-i là một hệ thống được nghiên cứu và ứng
dụng nhiều nhất cũng như thành công nhất trên ô tô. Các hãng không ngừng cho ra đời hệ
thống này với các tên gọi khác nhau và có cấu tạo, cải tiến riêng của mình.
Lịch sử hình thành:
- FIAT là hãng xe hơi trên thế giới phát minh ra hệ thống có thể thay đổi thời điểm
phối khí. Được phát triển bởi Giovanni Torazza vào cuối những năm 1960, hệ
thống này sử dụng áp suất thủy lực để làm thay đổi điểm tựa của cam theo tốc độ
động cơ và áp suất của xú páp nạp, độ mở của xú páp có thể thay đổi tới 37%.
Hình 2.2. Cơ cấu thay đổi thời điểm phối khí của hãng FIAT-Distribution
Torazza.
- Vào tháng 9 năm 1975, hãng General Motor phát minh ra hệ thống có ý định là
thay đổi độ nâng xú páp. GM đã chú ý đến đầu vào của xú páp nạp nhằm giảm bớt

lượng nhiệt thoát ra bằng cách giảm đến mức tối thiểu lượng nâng xú páp tại tải
trọng thấp mà vẫn giữ được tốc độ nạp cao, do đó làm nhỏ lại đầu vào xú páp nạp.
GM đã không giải quyết được vấn đề khi hoạt động ở độ nâng rất thấp nên dự án
đã bị bỏ dở.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 15
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Hãng Alfa Romeo là hãng sãn xuất xe đầu tiên đã sử dụng hệ thống thay đổi thời
điểm, độ nâng xú páp trong sản xuất xe. Chiếc xe Alfa Romeo Spider 2.0L năm
1980 đã sử dụng hệ thống VVT với hệ thống phun xăng Spica và được bán ở Mỹ.
Về sau nó cũng còn được sử dụng trên model xe Alfetta 2.0 Quandrifoglio Oro
vào năm 1983 cũng như các loại xe khác.
- Nissan cũng phát triển hệ thống VVT riêng của họ với động cơ VG30DE (TT) cho
loại xe Concept Mid-4 của họ. Nissan đã tập trung chính vào việc sản xuất hệ
thống NVCS của mình (Nissan Valve- Timing Control System) tại tốc độ nhỏ và
trung bình, bởi vì phần lớn động cơ không hoạt động nhiều ở tốc độ cao. Hệ thống
NVCS có thể đáp ứng được cả hai yêu cầu là tốc độ cầm chừng êm dịu và hoạt
động nhiều ở tốc độ thấp, trung bình. Mặc dù vậy nó vẫn hoạt động tốt được ở tốc
độ cao. Động cơ VG30DE là loại động cơ đầu tiên áp dụng và được lắp ráp trên
model xe 300ZX (Z31) 300ZR vào năm 1987, đây là loại ô tô đầu tiên sử dụng kỹ
thuật điều khiển VVT bằng điện tử.
- Với bước tiếp theo là vào năm 1989, Honda với hệ thống VTEC. Honda bắt đầu
sản xuất hệ thống này nhằm làm cho động cơ có khả năng hoạt động trên các chế
độ của cam khác nhau, bằng cách điều chỉnh lại trong việc thiết kế.
- Vào năm 1992 hãng BMW đã giới thiệu hệ thống VANOS. Nó cũng tương tự như
hệ thống NVCS của Nissan, nó có thể cung cấp sự thay đổi về thời gian cho trục
cam nạp theo từng bước hoặc theo từng giai đoạn. Hệ thống VANOS này có sự
khác biệt là nó có thể cung cấp thêm một bước cho cả ba giai đoạn.
Hình 2.3. Hệ thống Vanos.
- Sau đó vào năm 1998, hệ thống Double VANOS được giới thiệu, nó có thể điều

khiển mức độ đốt cháy nhiên liệu, tăng công suất, tốc độ và có chế độ không tải tốt
hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn. Hệ thống Double VANOS này là hệ thống đầu tiên
điều khiển bằng điện tử, điều khiển sự hoạt động liên tục của cả xú páp nạp và xú
páp xả.
- Năm 2001, hãng BMW giới thiệu hệ thống Valvetronic, đây là hệ thống duy nhất
có thể làm thay đổi độ nâng xú páp nạp một cách liên tục, cộng thêm thời gian cho
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 16
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
cả hai xú páp nạp và xả. Hệ thống điều khiển chính xác đã chú ý nhiều hơn đến
nhiệm vụ của xú páp nạp để điều khiển hoàn toàn xú páp nạp, chú ý đến sự cần
thiết của van tiết lưu và giảm sự tổn thất lớn của bơm. Khi tính toán để giảm được
tổn thất của bơm, có thể tăng công suất đầu ra thêm 10% và tiết kiệm nhiên liệu.
- Hãng Ford đã trở thành nhà sản xuất đầu tiên sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm
phối khí trên xe tải pick-up, với loại xe được bán chạy là model F-series vào năm
2004. Động cơ được sử dụng là động cơ 5.4L 3 valve Triton.
- Vào năm 2005 hãng GM đã đưa ra hệ thống Variable Valve Timing cho động cơ
I-head V6, gồm có LZE và LZ4 [3].
2.3. Toyota với thời điểm xú páp thay đổi thông minh (VVT-i).
2.3.1. Khái quát chung
VVT-i là một hệ thống điều khiển xú páp với góc mở biến thiên của hãng Toyota
theo nguyên lý điện – thủy lực. Hệ thống này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp
dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động.
Các bộ phận của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit, bơm và đường dẫn dầu,
bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện, các cảm biến: cảm biến VVT, cảm biến
vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ
nước làm mát.
Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i,
đầu phun nhiên liệu 12 lỗ và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium. 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 về ECU để tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động.
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. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xú páp
không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các xú páp nạp. Độ mở và thời
điểm mở biến thiên theo sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga,
tốc độ và nhiệt độ động cơ. Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm
góp xả cho biết tỉ lệ % nhiên liệu được đốt. Thông tin từ đây được gởi về ECU và cũng
được phối hợp xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môi
trường.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 17
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.4. Động cơ sử dụng VVT-i của Toyota.
Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối
khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 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 tín hiệu
từ các cảm biến. Thời điểm phối khí được điều khiển như hình sau:
Hình 2.5. Sơ đồ hoạt động hệ thống VVT-i.
• 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 xú páp 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.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 18
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• 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 xú páp 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 thười điểm đóng xú páp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện
tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.

• Khi tốc độ cao và tải nặng: Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp
xú páp 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 đóng
đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng
để giữ thời điểm phối khí xú páp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm
biến vị trí trục cam.
Hình 2.6. Biểu đồ thể hiện thời điểm phối khí.
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục
cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển dầu
phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu [4].
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 19
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3.2. Cấu tạo
 Bộ điều khiển VVT-i
Hình 2.7. Bộ điều khiển VVT-i.
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được
cố định trên trục cam nạp. Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp
sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên tục thời
điểm phối khí của trục cam nạp. Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng
thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển
VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động
của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Ngoài loại trên, cũng có một loại mà pít tông dịch chuyển theo hướng trục giữa các
then xoắn của bánh răng bên ngoài (ứng với vỏ) và bánh răng trong (gắn trực tiếp vào
trục cam) để làm xoay trục cam.
 Van điều khiển dầu phối khí trục cam
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 20
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.8. Van điều khiển phối khí trục cam VVT-i.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (tỷ lệ hiệu dụng)
từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ
điều khiển VVT-i đế phía sớm hay phía muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm
phối khí xú páp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.
- Hoạt động: Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều
khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển
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 toán thời điểm
đóng mở xú páp 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 toán thời điểm phối khí thực tế và
thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
2.3.3. Nguyên lý hoạt động
ECU sau khi nhận được các thông tin từ các cảm biến gửi về, tính toán thời điểm
đóng mở xú páp tối ưu phù hợp với các chế độ động cơ và gửi tín hiệu điều khiển van
phân phối dầu đến trục cam. Việc cấp dầu làm quay cánh gạt lắp trên trục cam dẫn đến
làm sớm, muộn hay duy trì thời điểm phối khí. Các trạng thái cụ thể như sau:
- Trạng thái mở sớm
ECU điều khiển van phân phối dầu, cấp dầu theo đường đi như hình, áp suất dầu tác
dụng lên khoang cách gạt, làm xoay trục cam theo chiều làm sớm pha phối khí.
Hình 2.9. Trạng thái sớm pha phân phối khí.
- Trạng thái mở muộn:
Ngược lại trạng thái trên, ECU điều khiển van cấp dầu đi theo chiều như hình, áp
suất dầu làm cánh quạt quay, trục cam quay theo chiều làm muộn pha phối khí.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 21
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.10. Trạng thái trễ pha phối khí.

- Trạng thái giữ :
ECU tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng đang hoạt động của động cơ. Sau
khi đặt pha phối khí chuẩn, van phân phối dầu được điều khiển đóng như hình 2.11 [3].
Hình 2.11. Trạng thái giữ pha phân phối khí.
2.3.4. Ưu nhược điểm
- Hệ thống VVT-i là công nghệ thay đổi thời điểm phối khí rất hiệu quả bằng cách
thay đổi thời điểm phối khí liên tục tùy theo chế độ hoạt động của động cơ, VVT-i
giúp cho động cơ hoạt động êm dịu và ổn định ở tốc độ thấp nhưng vẫn phát huy
công suất tối đa ở tốc độ cao. Hiệu suất của động cơ tăng làm giảm lượng nhiên
liệu tiêu hao và giảm được lượng khí thải độc hại do quá trình cháy hoàn toàn.
- Tất cả hoạt động của động cơ được điều khiển bằng ECU, ECU tính toán thời
điểm đóng/mở xú páp nạp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau nhờ
thông tin nhận được từ các cảm biến. Hệ thống chịu sự điều khiển của ECU nên
tốc độ xử lý rất nhanh, việc thay đổi chế độ hoạt động của động cơ chỉ trong vài
phần nghìn giây. Điều này nâng cao tính năng hoạt động của động cơ ở mọi chế
độ, cung cấp cho động cơ khả năng gia tốc cực nhạy tạo cảm giác mạnh mẽ vượt
trội so với các xe không trang bị hệ thống. Hiện nay, VVT-i được áp dụng rộng rãi
trên các mẫu xe hạng trung của Toyota, đặc biệt với thiết kế động cơ bốn xy lanh
cỡ vừa và nhỏ.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 22
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3.5. Các phiên bản cải tiến
a. VVTL-i
Hệ thống VVTL-i dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng một cơ cấu chuyển đổi vấu
cam để thay đổi hành trình của xú páp nạp và xả.
Hình 2.12. Sơ đồ vận hành VTVL-i.
Cấu tạo và hoạt động của hệ thống VVTL-i về cơ bản giống như hệ thống VVT-i.
Việc chuyển đổi giữa hai vấu cam có biên dạng khác nhau dẫn đến làm thay đổi hành
trình của xú páp. Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECU động cơ điều khiển chuyển đổi

giữa 2 vấu cam nhờ van điều khiển dầu VVTL-i dựa trên các tín hiệu từ cảm biến nhiệt
độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu. Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i
gần giống như những bộ phận của hệ thống VVT-i. Đó là van điều khiển dầu cho VVTL-
i, các trục cam và cò mổ. Van điều khiển dầu cho VVTL-i điều khiển áp suất dầu cấp đến
phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển vị trí van ống
do ECU động cơ thực hiện.
Để thay đổi hành trình xú páp, người ta chế tạo trên trục cam 2 loại vấu cam, một
loại vấu cam ứng với tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao cho mỗi xy lanh. Cơ cấu chuyển
vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xú páp và vấu cam. Áp suất dầu từ van điều
khiển dầu của VVTL đến lỗ dầu trong cò mổ và áp suất này đẩy chốt hãm bên dưới chốt
đệm. Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 23
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.13. Các chế độ của cơ cấu VVTL-i.
Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo và chốt
đệm được tự do. Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theo hướng thẳng
đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao. Trục cam nạp và xả có các vấu cam với 2 hành
trình khác nhau cho từng xy lanh, và ECU động cơ chuyển những vấu cam này thành vấu
cam hoạt động bằng áp suất dầu.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 24
Chuyên đề về cải tiến hệ thống nạp trên động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• Tốc độ thấp và trung bình (tốc độ động cơ dưới 6000 vòng/phút):
Hình 2.14. Công tắc áp suất dầu “OFF”.
Như trong hình minh họa ở trên, van điều khiển dầu mở phía xả. Do đó, áp suất dầu
không tác dụng lên cơ cấu chuyển vấu cam.
Hình 2.15. Chốt đệm trong cơ cấu.
Áp suất dầu không tác dụng lên chốt chặn. Do đó, chốt chặn bị đẩy bằng lò xo hồi
theo hướng nhả khóa. Như vậy, chốt đệm sẽ lặp lại chuyển động tịnh tiến vô hiệu hóa. Nó

sẽ dẫn động xú páp bằng cam tốc độ thấp và trung bình.
SVTH: Huỳnh Đoàn Đăng Khoa
Nguyễn Ngọc Thạch 25