Tìm hiểu về hệ thống phân phối khí không trục cam (camless), điện từ EVA (electro magnetic valve actuation systems) võ văn trung

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
Tên đề tài:

Tìm hiểu về hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless):
Điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems)
Giáo viên hướng dẫn: Lý Vĩnh Đạt
Sinh viên thực hiện: Võ Văn Trung
Mã số sinh viên:
13145302

Hồ Chí Minh - năm 2015
1. Giới thiệu khái quát


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. 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 xilanh bằng việc thay đổi thời gian
và hành trình xupap.
Với mong muốn sẽ thay đổi ngành công nghiệp ô tô, hiện tại, các nhà sản xuất ô tô
trên thế giới đang tiến hành phát triển và thử nghiệm một khối động cơ không sử dụng
trục cam – Hệ thống phân phối khí không trục cam: Điện từ EVA.

2. Cấu tạo


Cấu tạo của hệ thống xupap điều khiển không trục cam gồm nam châm điện
(electromagnet) được đặt phía trên đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai trò 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.


3. Nguyên lý hoạt động

1 - Tín hiệu từ các cảm biến
4 - Xupap nạp
2 - ECU
5 - Nam châm điện trên xupap xả
3 - Nam châm điện trên xupap nạp
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 pittong, 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.
4. Ưu điểm và nhược điểm
4.1 Ưu điểm
Giảm khoảng 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, đồng thời giảm lượng khí thải độc hại ra

môi trường vì máy tính điện tử sẽ điều khiển các xupap đóng mở chính xác, mỗi xupap
trong một xilanh có thể đóng mở hoàn toàn độc lập, một điều không thể có trong loại
động cơ sử dụng trục cam.
Kết cấu đợn giản không còn các bộ phận truyền động, nắp máy được đơn giản hóa,
giảm được các bộ phận chuyển động nên lực cản động cơ do ma sát sẽ giảm đáng kể, từ
đó công suất, momen xoắn được cải thiện do động cơ sinh công chỉ để làm bánh xe
chuyển động, tăng khoảng 20% momen xoắn của động cơ ở tốc độ thấp.


4.2 Nhược điểm
Chi phí của động cơ không trục cam điều khiển bằng điện từ cao hơn so với động cơ
sử dụng trục cam truyền thống.
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, nếu xupap đóng mở không đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh pittong, hư
hỏng động cơ.
5. Hướng phát triển và ứng dụng
Mặc dù có lợi thế hơn hẳn loại động cơ sử dụng trục cam truyền thống nhưng cho tới
thời điểm này, những khó khăn về kỹ thuật đã khiến cho kiểu động cơ không sử dụng trục
cam chưa thể có mặt trên thị trường. Hàng loạt các vấn đề lớn phát sinh khi thiết kế động
cơ không sử dụng trục cam: xupap điều khiển điện phải đóng mở thật chính xác, đưa hệ
thống điều khiển điện tử vào môi trường khắc nghiệt bên trong động cơ và phát triển
phần mềm điều khiển. Hơn nữa, giá thành cao cũng là một trở ngại lớn. Ngay cả BMW
đã dành hàng trăm triệu USD để phát triển công nghệ này, tuy nhiên, kết quả vẫn còn rất
khiêm tốn.
Valeo SA - Tập đoàn sản xuất phụ kiện xe hơi của Pháp đã tuyên bố họ đang hoàn
thiện công nghệ động cơ không dùng trục cam cho các loại động cơ đốt trong trên xe hơi.
Valeo đã hoàn thiện và đưa ra thử nghiệm hai chiếc Peugeot 407 sử dụng động cơ dùng
xu páp điều khiển điện. Theo Thierry Morin, cả hai chiếc xe đã hoàn động tốt trong mọi
điều kiện thời tiết với cấp độ thử nghiệm rất khắc nghiệt. Có thể trong tương lai công

nghệ trục cam sẽ biến mất.