nghiên cứu hệ thống điều khiển cam điện tử trên ôtô hiện đại

ÁO DỤC VÀ ĐÀ
O TẠO
BỘ GI
GIÁ
ĐÀO
ƯỜ
NG ĐẠ
Ơ
TR
TRƯỜ
ƯỜNG
ĐẠII HỌC CẦN TH
THƠ
Ệ
KHOA CÔNG NGH
NGHỆ

ẬN VĂN TỐT NGHI
ỆP ĐẠ
LU
LUẬ
NGHIỆ
ĐẠII HỌC

ÊN CỨU HỆ TH
ỐNG ĐIỀU
NGHI
NGHIÊ
THỐ
ỂN CAM ĐIỆN TỬ TR
ÊN Ô TÔ

KHI
KHIỂ
TRÊ
ỆN ĐẠ
HI
HIỆ
ĐẠII

NG DẪN
CÁN BỘ HƯỚ
ƯỚNG

ựt Duy
Nguy
Nguyễễn Nh
Nhự

ÊN TH
ỰC HI
ỆN
SINH VI
VIÊ
THỰ
HIỆ

Hu
Huỳỳnh Hồ Ho
Hoààng Vũ (Mssv:1090551)
Cơ khí giao thông : Khóa 35

Th
Thááng 4/2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Cần Thơ, ngày 07 tháng 1 năm 2013

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Học kỳ:II (năm học:2012-2013)
1. Đề tài thực hiện: Nghiên cứu hệ thống điều khiển CAM điện tử trên
ô tô hiên đại.
2. Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy
3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ
Ngành: Cơ Khí Giao Thông

MSSV: 1090551
Khóa: 35

4. Đặt vấn đề:
Ngày nay nền công nghiệp ô tô nói chung và nền công nghiệp ô tô Việt Nam nói
riêng ngày càng lớn mạnh. Bên cạnh đó mức sống con người ngày càng tăng cao chi phí
cho việc sử dụng ô tô cũng tăng theo, nhiều đòi hỏi cao hơn được đặt ra với nền công
nghiệp ô tô. Nhằm giảm bớt chi phí sử dụng, mặt khác còn đòi hỏi khắc khe hơn về tính
thân thiện của ô tô với môi trường. . Với sự hổ trợ của công cụ điện tử đã cho ra đời
nhiều kỹ thuật tiên tiến như : Hệ thống phun xăng điện tử, đánh lửa điện tử, tăng áp khí

nạp…. Một công nghệ mới xuất hiện gần đây nhằm cải tiến góc xoay truc cam theo từng
chế độ họat động của động cơ, Đây là lý do chính em chọn đề tài “ NGHIÊN CỨU HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN CAM ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI” do thầy Nguyễn Nhựt
Duy hướng dẫn.
Trong đề tài này em tập trung nghiên cứu lý thuyết về cấu tạo hệ thống phân phối
khí và những ảnh hưởng khi thay đổi thời điểm làm việc của hệ thống này. Ngoài ra em
còn tiềm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống phân phối khí điều
khiển điện tử dang áp dụng trên các mẩu xe thông dụng ở thị trường Việt Nam của các
hãng lớn như: TOYOTA, HONDA, MITSUBISI, BMW và FIAT. Giúp cho em và các
sinh viên tiềm hiểu sâu hơn về các hệ thống này, ngoài ra nó còn là tài liệu lý thuyết giúp
cho các em công tác sau này


5. Mục tiêu của đề tài:
Đề tài “ Nhiên cứu hệ thống điều khiển CAM điện tử trên ô tô hiện đại” nhằm mục
tiêu củng cố lại kiến thức về hệ thống phân phối khí điều khiển điện tử, và là nền tảng để
nghiên cứu và phát triển các hê thống đáp ứng được các yêu cầu cao hơn sau này

6. Địa điểm và Thời gian thưc hiện:
- Địa điểm : Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ.
- Thời gian thực hiện: Từ 31/12/2012 đến 15/04/2013.
7. Giới thiệu về thực trạng có liên quan đến đề tài
Hiện nay hệ thống điều khiển CAM điên tử đã được các công ty ô tô lớn
trên thế giới áp dụng vào sản xuất đại trà. Tuy vậy ở Việt Nam nó vẫn là vấn đề
kỹ thuật còn khá mới và tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng và sửa chữa rất hiếm.
8. Các nội dung chính của đề tài:
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu hệ thống phân phối khí
1.2 Giới thiệu một số hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong
1.3 Những ảnh hưởng của việc điều chỉnh hệ thống phân phối khí đến các

thông số công tác của động cơ
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE TOYOTA
2.1 Giới thiệu chung
2.2 phân tích đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i
2.3 Thay đổi thời điểm phối khí và mức độ nâng xupap bằng chêm VVTL-i
CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE HONDA
3.1 Giới thiệu và phân loại
3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SOHC VTEC
3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DOHC VTEC
3.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của i-VTEC


CHƯƠNG: 4 HỆ THỐNG MIVEC TRÊN XE MITSUBISHI
4.1 Giới thiệu
4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng xupap
4.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi thời điểm phối khí
Chương :5 HỆ THỐNG VANOS VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW
5.1 Hệ thống Vanos
5.2 Hệ thống Valvetronic
\CHƯƠNG: 6 HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT
6.1 Lịch sử phát triển
6.2 Cẩu tạo
6.3 Nguyên lý hoạt động
9. Kế hoạch thực hiện

STT

Thời
Gian

1

1-2

Nội Dung

Chương 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
1.1.Nhiệm vụ - yêu cầu-phân loại hệ thống phân phối khí
1.1.1 Nhiệm vụ
1.1.2 Yêu cầu
1.1.3 Phân loại hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong
1.1.4 Nhận xét


1

1-2

1.2 Gới thiệu một số hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong
1.2.1 Cơ cấu xu-pap treo
1.2.1.1 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV
1.2.1.2 Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC
1.2.2 Cơ cấu xupap đặt
1.2.3 Hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless)

2

3-4

1.3 Những ảnh hưởng của việc điều chỉnh hệ thống phân phối khí đến các

thông số công tác:
1.3.1 Ảnh hưởng của pha phân phối khí tới động cơ
1.3.2 Ảnh hưởng của thời điểm mở xupap nạp
1.3.3 Ảnh hưởng của thời điểm đóng xupap nạp
1.3.4 Ảnh hưởng của thời điểm mở xupap xả
1.3.5 Ảnh hưởng của thời điểm đóng xupap xả
1.3.7 Ảnh hưởng trị số (thời gian-tiết diện) của xupap đến quá trình nạp xả
động cơ
1.3.8 Thời điểm đóng mở xupap

3

5-6

Chương 2 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE TOYOTA
2.1 :Gới thiệu chung:
2.2 .Phân tích đăc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thong VVT-i
2.2.1 Cấu tạo cơ cấu VVT-i
2.2.2 Phương pháp thay đổi thời điểm phối khí


2.2.2.1 Thay đổi thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam
4

5-6
2.2.2.2 Cấu tạo của hệ thống điều khiển truc cam thông minh

5

5-6

2.2.2.3 Thay đổi thời điểm phối khí bằng cách thay đổi độ nâng van

6

5-6
2.3 Thay đổi thời điểm phối khí và mức độ nâng xupap bằng chêm VVTL-i
2.3.1 Mô tả

7

5-6

2.3.2 Cấu tạo
2.3.3 Hoạt động

Chương 3 : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE HONDA
3.1 Giới thiệu và phân loại
3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SOHC VTEC
8

7-8

3.2.1 Cấu tạo
3.2.2 Nguyên lý hoạt động
3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DOHC VTEC
3.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của NEW VTEC
3.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC 3 giai đoạn
3.6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC-E

3.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của i-VTEC
3.7.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VTEC
3.7.2 Các chế độ hoạt động cơ bản của i-VTEC

Chương 4 : HỆ THỐNG MIVEC TRÊN XE MITSUBISHI
4.1 Giới thiệu
4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng xupap
9

9-10

4.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động hệ thống thay đổi thời điểm phối khí ...........
4.3.1 Cấu tạo
4.3.2 Nguyên tắc hoạt động
4.3.3 Các chế độ hoạt động
4.4 Đồ thị mômen, công suất và tiêu hao nhiên liệu

Chương 5 : HỆ THỐNG VANOS VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW
5.1 Hệ thống Vanos
10

10-12

5.1.1 Giới thiệu
5.1.2 Cấu tạo
5.1.3 Nguyên lý hoạt động
5.2 Hệ thống Valvetronic
5.2.1 Giới thiệu

5.2.2 Cấu tạo
5.2.3 Nguyên lý hoạt động
5.3 Đồ thị công suất và mômen động cơ

Chương 6 : HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT
11

10-12

6.1 Lịch sử phát triển
6.2 Cấu tạo
6.3 Nguyên lý hoạt động

SINH VIÊN THỰC HIỆN

DUYỆT CỦA BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

DUYỆT CỦA HĐ LV&TLTN


LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập tại trường Đại học Cần Thơ, em đã học được rất nhiều
kiến thức quý báu không chỉ trong chuyên ngành của mình mà còn từ những lĩnh vực
khác.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Nhựt Duy đã hướng dẫn tận tình,
sửa chữa những sai sót, những mặt hạn chế và còn thiếu sót của em trong suốt thời gian
nghiên cứu đề tài tốt nghiệp này.

Sau cùng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, công tác tốt. Xin
chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày …tháng … năm 2012
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Mục tiêu:
-

Nắm vững kiến thức về cấu tạo của hệ thống phân phối khí.

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ thống điều khiển cam trên
ôtô hiện đại.
-

Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống phân phối khí.

Phương pháp nghiên cứu:
-

Thu thập các tài liệu từ các diễn đàn, về ô tô xe máy…

-

Tham khảo các nghiên cứu, báo cáo có liên quan.

-

Sử dụng các tư liệu, sách chuyên ngành cơ khí ô tô.

-

Tra cứu tài liệu từ các bài báo, tạp chí trên Internet.

-

Tham khảo các tài liệu đào tạo của các công ty ô tô.

Nội dung báo cáo:
-

Chương 1. Cơ sở lý thuyết về hệ thống phân phối khí

-

Chương 2. Hệ thống phân phối khí trên xe Toyota

-

Chương 3. Hệ thống phân phối khí trên xe Honda

-

Chương 4. Hệ thống Mivec trên xe Mitsubishi

-

Chương 5. Hệ thống Vanos và Valvetronic trên xe BMW

-

Chương 6. Hệ thống Multiair trên xe FIAT.


ƯƠ
NG I
CH
CHƯƠ
ƯƠNG
ẾT VỀ HỆ TH
ỐNG PH
ÂN PH
ỐI KH
CƠ SỞ LÝ THUY
THUYẾ
THỐ
PHÂ
PHỐ
KHÍÍ
ại hệ th
ống ph
ân ph
ối kh
1.1.Nhi
1.1.Nhiệệm vụ - yêu cầu-ph

u-phâân lo
loạ
thố
phâ
phố
khíí
1.1.1 Nhi
Nhiệệm vụ
Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay khí cho dông cơ: Xả
khí ra khỏi xi-lanh và nạp đầy hổn hợp hoặc không khí mới vào xi-lanh trong quá
trình làm việc của động cơ, đảm bảo đóng kính các cửa nạp, cửa xả trong quá trình
nén, cháy và giãn nở, và phân phối kịp thời, đều đặn hòa khí hoặc không khí cho các
xi-lanh theo đúng thứ tự làm việc của động cơ. Ở động cơ Diesel khí nạp là không
khí. Còn ở động cơ xăng nạp vào hỗn hợp không khí và xăng. Khí xả là sản phẩm
cháy, chủ yếu là khí Cacbonic và hơi nước.
1.1.2 Yêu cầu
Đảm bảo việc nạp đầy, nghĩa là hệ số nạp phải cao. Việc xả sạch, nghĩa là hệ
số khí sót phải thấp. Điều đó cho thấy chất lượng của quá trình nạp phải đảm bảo
yêu cầu đặt ra. Yêu cầu này đến đâu tùy thuộc vào từng loại máy 4 kỳ hoặc 2 kỳ,
phương pháp trao đổi khí, cấu tạo các bộ phận của cơ cấu phải đảm bảo đóng kín
các cửa nạp, cửa xả trong quá trình nén, cháy và giãn nở. Phải đảm bảo việc phân
phối kịp thời, đều đặn và đủ lượng hòa khí hoặc không khí cho các xi-lanh theo thứ
tự làm việc của động cơ. Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông. Đảm bảo trị số thời
gian và tiết diện thông qua phải lớn để dòng khí dễ lưu thông. Năng lượng cung cấp
cho hệ thống làm việc là ít tốn nhất. Việc đóng mở các xupap yêu cầu phải đúng
thời điểm, đảm bảo nạp đầy và xả sạch. Các xupap phải được bố trí để sự phun
nhiên liệu đạt tới vùng cháy toàn phần, nhưng phải đủ cách xa khu vực chất làm
nguội tuần hoàn tự do. Vị trí các xupap và các cửa mở phải đảm bảo thông khí cho
đông cơ. Cơ cấu điều khiển các van đòi hỏi sự chuyển động đều đặn của các cơ cấu
dẫn động. Ít mòn, tiếng kêu bé, tuổi thọ cao. Dễ điều chỉnh và sửa chữa, giá thành

chế tạo rẻ.
1.1.3 Ph
ân ph
ối kh
ng cơ đố
Phâân lo
loạại hệ th
thốống ph
phâ
phố
khíí độ
động
đốtt trong
Hệ thống phân phối khí dùng trục cam và lò xo để đóng mở các xupap ngày
nay được sử dụng rất rộng rãi, do đảm bảo việc nạp xả tốt và giá thành tương đối rẻ,
nó được phân ra các loại chính như sau: loại SOHC (Single OverHead Camshaft) ,

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

1

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


DOHC (Double OverHead Camshaft), OHV (OverHead Valve), OHC (OverHead
Camshaft).
Hệ thống phân phối khí dùng Piston đóng mở cửa nạp và thải động cơ 2 kỳ có kết
cấu đơn giản, không cần phải điều chỉnh sữa chữa, nhưng chất lượng trao đổi khí
không cao.
Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt có ưu điểm là tiết diện thông qua lớn nhưng

khó chế tạo do đó ít được dùng trong động cơ thông thường mà chỉ dùng trong động
cơ xe đua hay xe đặc chủng…
Cơ cấu phối khí dùng bộ phận điều khiển điện tử (ECM) gởi tín hiệu đến cuộn
solenoid, và dùng nam châm điện để mở xupap thay cho việc dùng trục cam thông
thường.
1.1.4 Nh
Nhậận xét
Động cơ Diezen chỉ dùng phương án bố trí xupap treo vì dung tích buồng
cháy động cơ thường lớn và tỉ số nén cao. Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay
đặt, nhưng ngày nay cũng thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì có nhiều
ưu điểm so với xupap đặt.
Khi dùng cơ cấu phân phối xupap treo, buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ, vì vậy giảm tổn thất nhiệt. Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu này có
buồng cháy nhỏ gọn và khó kích nổ nên có thể tăng tỉ số nén lên từ 0.5-2 so với
dùng cơ cấu xupap đặt. Cơ cấu xupap treo còn làm cho dạng đường thải thanh thoát
hơn giảm sức cản khí động, đồng thời có thể bố trí xupap hợp lý hơn nên có thể tăng
tiết diện lưu thông của dòng khí nạp. Điều đó có thể làm hệ số nạp tăng thêm 5% 7 %.
Cơ cấu xupap treo có nhiều chi tiết hơn và được bố trí cả ở thân máy và nắp xi-lanh
làm tăng chiều cao động cơ. Lực quán tính của các chi tiết tác dụng lên các bề mặt
cam và con đội lớn hơn. Nắp máy của động cơ phức tạp hơn khi chế tạo. Mặt khác
do các dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tạo điều kiện xả sạch và nạp đầy.Vì những
ưu điểm này nên cơ cấu xupap treo rất phổ biến trên động cơ xăng và động cơ
diêzen

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

2

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ

Tuy vậy cơ cấu xupap treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như, cơ cấu phức tạp và
làm tăng chiều cao động cơ. Ngoài ra bố trí xupap treo làm cho nắp xi-lanh có kết
cấu phức tạo, khó đúc. Khi dùng cơ cấu xupap đặt chiều cao động cơ giảm xuống,
kết cấu nắp xi-lanh đơn giản, dẫn động xupap cũng dễ dàng hơn, nhưng do buồng
cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế nhiên liệu động cơ kém.
Ở tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức cường độ hóa của động cơ. Đồng thời
rất khó tăng được tỉ số nén, nhất là khi tỉ số nén động cơ lớn hơn 7,5 rất khó bố trí
loại buồng đốt này.
Trong cơ cấu phân phối khí xupap đặt, toàn bộ cơ cấu được bố trí ở thân máy do đó
chiều cao động cơ không lớn, thuận lợi bố trí trên các phương tiện vận tải, số chi tiết
của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề mặt cam và con đội ít mòn hơn.
Vì vậy cơ cấu phân phối khí xupap đặt thường chỉ dùng trong một số động xăng có
tỉ số nén thấp, số vòng quay không cao lắm.
ân ph
ối kh
ng cơ đố
1.2 Gới thi
thiệệu một số hệ th
thốống ph
phâ
phố
khíí độ
động
đốtt trong
1.2.1 Cơ cấu xu-pap treo
ối kh
ại OHV (OverHead Valve)
1.2.1.1 Hệ th
thốống ph

phâân ph
phố
khíí xupap treo lo
loạ

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

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

3

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Nguyên lý làm việc: Ở loại này chỉ có các xupap được bố trí trên đỉnh piston,
trục cam 11 vẫn nằm trong thân máy và truyền chuyển động cho cò mổ 6 thông qua
đũa đẩy 9 làm cò mổ xoay quanh trục của nó đầu còn lại của cò mổ tì vào đuôi
xupap 5 làm cho xupap chuyển động tịnh tiến trong ống dẫn hướng 1. Lúc này
buồng đốt động cơ thông với ống nạp để thực hiện quá trình nạp. Khi gối cam tác
dụng lên bề mặt con đội vừa qua vị trí cao nhất thì lò xo 2 sẽ đẩy xupap từ từ trở về
vị trí đóng kín buồng đốt thực hiện quá trình cháy-giãn nỡ. Tại vị trí này lúc máy
còn nguội giữa đầu đòn gánh và đuôi xupap sẽ có khe hở, còn gọi là khe hở nhiệt để
bù trừ cho việc giãn dài của các chi tiết trong hệ thống khi làm việc ở nhiệt độ cao.
Mỗi chu trình của động cơ thì trục cam xoay một vòng và mỗi xupap chỉ mở một lần
Ưu điểm: Do trục cam nằm gần trục khủy nên việc truyền chuyển động cũng đơn
giản, dễ bố trí buồng đốt nhỏ gọn nên có thể tăng tỉ số nén, tăng hệ số nạp đầy, giảm
được khí sót, diện tích truyền nhiệt giảm, việc bố trí xupap hợp lý hơn…
Nhược điểm: Cơ cấu truyền động phức tạp, tăng chiều cao động cơ.

ối kh
ại OHC
1.2.1.2 Hệ th
thốống ph
phâân ph
phố
khíí xupap treo lo
loạ

6
7

5
4
3

8

2
1

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

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

4

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ

Nguyên lý làm việc: Trong cách bố trí trục cam trên nắp máy thì gồm nhiều
loại bố trí khác nhau như: SOHC (Single OverHead Camshaft) Có một trục cam dẫn
động cả 2 hoặc cả 4 xupap nạp và xả, và loại DOHC (Double OverHead Camshaft)
ở loại này mỗi trục cam có nhiệm vụ dẫn động xupap nạp xả riêng. Ngoài ra phương
pháp bố trí loại trục cam trên nắp máy có thể sử dụng cò mổ hoặc dùng gối cam tác
dụng trực tiếp lên con đội có thể làm giảm bớt chi tiết dẫn động giúp giảm giá thành
và khối lượng động cơ.Về cấu tạo chung thì loại này gồm trục cam 6 và xupap 1
được bố trí trên nắp máy, và được dẫn động bằng xích hoặc đai. Khi trục khủy quay
thì sẽ làm trục cam quay theo các gối cam sẽ tác động lên con đội 5 để mở các
xupap làm thông buồng đốt với ống nạp, khi con đội tiếp xúc qua vị trí cao nhất của
gối cam thì các lò xo xupap sẽ giãn ra từ từ để đóng các xupap. Ngoài ra các lò xo
xupap cũng có thể được chế tạo gồm 2 chiếc có độ cứng khác nhau và chiều quấn
ngược nhau có chiều dài bằng nhau, nhằm tăng tính an toàn khi trường hợp có 1 lò
xo bị gãy thì vẫn đảm bảo đóng được xupap, tránh được tình trạng làm vỡ piston.
Mặt khác nó còn làm giảm cộng hưởng khi lò xo chuyển động.
Ưu điểm: Bao gồm tất cả các ưu điểm của loại xupap treo. Vì trục cam nằm trên nắp
máy thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ghép, do có ít chi tiết và không có
chi tiết làm việc theo chuyển động tịnh tiến có điểm dừng nên làm việc êm dịu hơn
Nhược điểm: Vì bố trí trục cam xa trục khủy nên truyền động phức tạp hơn loại
OHV, và gia công nắp máy phức tạp hơn.
1.2.2 Cơ cấu xupap đặ
đặtt
Loại này thường dùng trên máy xăng, dùng gối cam truyền trực tiếp cho con
đội để mở các xupap mà không cần dùng đũa đẩy và đòn gánh. Điều chỉnh khe hở
nhiệt bằng cách thay đổi chiều cao con đội. Tuy nhiên nếu bố trí loại này sẽ làm
tăng diện tích buồng đốt và làm giảm tỉ số nén nên làm giảm hiệu suất động cơ và
tính kinh tế. Do ít chi tiết nên loại này làm việc tin cậy hơn loại xupap treo, và tính
an toàn cao hơn, vì nếu giả sử móng hãm có tuột ra xupap cũng không rơi vào

xilanh, không gây hư hỏng cho piston, xilanh khi động cơ đang làm việc.
ông tr
ục cam
1.2.3 Hệ th
thốống ph
phâân ph
phốối kh
khíí kh
khô
trụ

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

5

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Nam châm
Phần ứng

Chén chặn

Lò xo
Lò xo
Lò xo

Xupap
Hình 1.3 Cấu tạo của hệ thống điều xupap bằng điện từ EVA

Cấu tạo: 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) 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 (variable valve timing )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 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.

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

6

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


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.
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(Electronic
Control Unit) 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.

6
5

4

3

2

1

Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống
1-Tín hiệu từ các cảm biến. 2- ECU. 3- Bộ chấp hành điều khiển xupap hút. 4Xupap hút. 5- Bộ chấp hành xupap xả. 6- Xupap xả
ững ảnh hưở
ng của vi
ống ph

ân ph
ối kh
n các
1.3 Nh
Nhữ
ưởng
việệc điều ch
chỉỉnh hệ th
thố
phâ
phố
khíí đế
đến
ông số công tác:
th
thô
ng của pha ph
ân ph
ối kh
ng cơ
1.3.1 Ảnh hưở
ưởng
phâ
phố
khíí tới độ
động

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

7

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Trong quá trình sử dụng động cơ các pha phân phối khí bị thay đổi do nhiều
nguyên nhân:
Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu truyền động xupap do các chi tiết bị hao mòn nhiều,
sự thay đổi của biên dạng cam, các bánh răng truyền động ăn khớp không chính xác
khi tháo lắp hoặc sửa chữa. trục cam bị xoắn. Trong các yếu tố trên sự thay đổi khe
hở nhiệt có ảnh hưởng lớn và dễ xảy ra nhất.
Khi pha phân phối khí bị thay đổi trị số thời gian và tiết diện của xupap bị giảm đi,
do đó tốc độ lưu thông của dòng khí tăng lên và tăng tổn thất khí động, hậu quả là
nạp không đầy và xả không sạch, dẫn đến giảm công suất và tính kinh tế động cơ.
Vì vậy trong quá trình sử dụng ta cần định kỳ kiểm tra các pha phân phối khí. Đặt
biệt trong sửa chữa có thay thế một chi tiết của cơ cấu này thì nhất thiết phải điều
chỉnh lại pha phối khí đúng như trong bảng hướng dẩn sử dụng động cơ. Điều cần
chú ý là phải điều chỉnh đúng khe hở nhiệt và nên chọn giá trị nhỏ nhất trong giới
hạn cho phép.
ộn của độ
ng cơ
1.3.2 Góc nạp sớm và góc nạp mu
muộ
động
Trong thực tế quá trình nạp bắt đầu tại điểm d 1 hình (1-5a) tương ứng với vị
trí góc ϕ1 hình (1-5b) trước điểm chết trên, xupap nạp mở. Góc ϕ1 được gọi là góc
mở sớm xupap nạp. Sau khi đến điểm chết trên, piston bắt đầu đi xuống, áp suất
trong xilanh giảm dần. Từ thời điểm áp suất trong xilanh bằng áp suát trên đường
ống nạp trở đi cho đến khi piston đến điểm chết dưới tại điểm a, khí nạp mới được
hút vào trong xilanh. Việc mở sớm xupap nạp nhằm mục đích, khi khí nạp mới thực
sự đi vào xilanh thì diện tích thông qua của xupap nạp đã lớn nên sức cản khí động

nhỏ, do đó nạp được nhiều khí nạp mới. tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp
thêm xupap nạp chưa đóng lại tại điểm chết dưới mà đóng sau đó góc ϕ 2 hình (1-5b)
tại điểm d 2 hình (1-5a). Góc ϕ 2 gọi là góc đóng muộn của xupap nạp. Từ a đến
d 2 gọi là thời kì nạp thêm. Vì vậy để nạp được nhiều khí nạp mới để tăng công suất
động cơ người ta sở dụng xupap điều khiển điện tử

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

8

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Hình 1.5 Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ không tăng áp
ng của th
ời điểm mở xupap nạp
1.3.3 Ảnh hưở
ưởng
thờ
Các xupap nạp và xả đều cần phải mở sớm và đóng muộn nhằm mục đích
kéo dài thời gian nạp và xả, để giảm được lượng khí sót và tăng hệ số nạp đầy. Việc
mở xupap nạp ở thì hút của động cơ phải được chọn như thế nào đảm bảo được khi
áp suất của xilanh vừa giảm để hút hòa khí (ở động cơ xăng) hay không khí (ở động
cơ diezen) vào, thì lúc đó độ mở của xupap nạp đã đủ lớn nhằm mục đích nạp được
nhiều hơn, qua đó cải thiện mômen của động cơ. Vì vậy người ta phải thiết kế sao
cho xupap nạp phải mở trước khi piston đến ĐCT, và độ mở sớm bao nhiêu phụ
thuộc vào từng tốc độ làm việc của động cơ. Thời điểm mở xupap nạp cũng quyết
định độ trùng lặp của xupap, vì vậy thay đổi thời điểm mở xupap nạp cũng làm thay
đổi thời điểm phối khí của động cơ.
ng của th

ời điểm đó
ng xupap nạp
1.3.4 Ảnh hưở
ưởng
thờ
đóng
Việc đóng xupap nạp nó sẽ quyết định lượng hòa khí nạp vào xilanh nhiều
hay ít. Vì vậy tùy theo tốc độ động cơ mà cần lượng hòa khí nhiều hay ít, do đó thời
điểm đóng xupap nạp cũng biến thiên liên tục theo tốc độ của động cơ. Xupap nạp
cũng đóng muộn khi piston đã qua ĐCD trong hành trình nén nhằm nạp thêm môi
chất mới, vì ở thời điểm này tiết diện thông qua của xupap còn lớn và quán tính của
dòng khí nạp còn lớn, ngoài ra áp suất trong xilanh còn thấp hơn so với áp suất

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

9

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


trong đường ống nạp, đối với động cơ xăng là khoảng (0.7-0.95 kg/cm 2 ). Thời gian
đóng muộn của xupap nạp được tính bằng độ theo góc quay của trục khủy.
ng của th
ời điểm mở xupap xả
1.3.5 Ảnh hưở
ưởng
thờ
Khi xupap thải mở thì nó tạo điều kiện cho hỗn hợp khí cháy thoát ra ngoài,
vì vậy chọn thời điểm để mở xupap thải cũng ảnh hưởng đến công suất động cơ.
Việc chọn thời điểm mở phải đảm bảo sao cho ít tiêu hao công để đẩy sản phẩm

cháy ra nhất, mà cho sản phẩm cháy tự thoát ra ngoài do chênh lệch áp suất với môi
trường bên ngoài. Ngoài ra để giảm lượng khí sót trong xilanh động cơ người ta cho
xupap xả mở trước khi piston đến ĐCD và đóng lại sau khi piston đã qua ĐCT.
Nhưng nếu mở quá sớm xupap xả sẽ làm cho công suất động cơ giảm đi, vì vậy ở
các động cơ không được trang bị hệ thống đóng mở xupap biến thiên, người ta phải
chọn cân đối việc mở sớm xupap để động cơ đạt hiệu suất tối ưu.
ng của th
ời điểm đó
ng xupap xả
1.3.6 Ảnh hưở
ưởng
thờ
đóng
Thời điểm đóng xupap xả ảnh sẽ quyết định lượng khí sót còn lại trong
xilanh, và nó cũng quyết định góc trùng điệp của xupap. Nếu xupap xả đóng lại sau
khi piston qua ĐCT sẽ giúp thải sạch hơn, do tận dụng quán tính của dòng khí xả
còn lớn.
ƯƠ
NG 2: HỆ TH
ỐNG PH
ÂN PH
ỐI KH
ÊN XE TOYOTA
CH
CHƯƠ
ƯƠNG
THỐ
PHÂ
PHỐ
KHÍÍ TR

TRÊ
ới thi
2.1 Gi
Giớ
thiệệu chung.
Hệ thống VVT-I (variable valve timing-intelligence) là một kĩ thuật thay đổi
thời điểm phối khí được phát triển bởi TOYOTA. Hệ thống này đã được giới thiệu
thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1996, thông thường thời điểm phối khí
được cố định, trên động cơ có sử dụng hệ thống VVT-I thì thời điểm phối khí được
thay được đổi cho phù hợp với từng tốc độ động cơ bằng cách sử dụng áp suất thuỷ
lực để xoay trục cam nạp qua đó thay đổi được điểm phối khí, làm tăng công suất
động cơ và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu, giảm khí xả ô nhiễm.
Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động cung cấp nhiên
liệu. Hệ thống điện tử điều khiển van nạp biến thiên VVT-I được thiết kế với mục
đích nâng cao mômen xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc
hại. Các bộ phận chủ yếu gồm: bộ xử lý trung tâm ECU, bơm và đường dẫn dầu, bộ

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

10

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


điều khiển phối khí (VVT) với các van điện, các cảm biến: VVT, vị trí bướm ga, lưu
lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước. Ngoài ra, VVT-I thường được thiết
kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử, và đầu phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện
bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium ( là loại bugi mà nó có nhiệt độ nóng chảy
cao hơn loại bugi thường lên tới 1200 0 C và có độ cứng gấp 6 lần ). Đặt biệt nó có
thể hoạt động bền bỉ lên tới 200000 (Km) mà không hư hỏng.

Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu
lượng khí nạp cung cấp giữ liệu chính đưa về ECU để tính toán thông số phối khí
theo yêu cầu chủ động. Các cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp giữ
liệu hiệu chỉnh, còn các đầu đo VVT và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thông tin
về tình trạng thực tế. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ
tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt. Lệnh này được tính toán trong
vài phần nghìn giây và quyết định đóng (mở) các van điện của hệ thống thuỷ lực.
Áp lực dầu sẽ tác động thay đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, mở các van nạp đúng
mức cần thiết vào thời điểm thích hợp. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với
độ mở xupap không đổi, VVT-I đã điều chỉnh vô cấp hoạt động các van 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 có một cảm biến đo
nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỷ lệ nhiên liệu còn dư, thông tin từ đây
được gửi về ECU và cũng phối hợp xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết
kiệm nhiên liệu.

Hình 2.1 Hệ thống VVT-I của toyota

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

11

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục
cam nạp trong phạm vi 40 0 so với góc quay 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 sau.
Khi nhiệt độ thấp, tốc độ thấp ở tải nhẹ, thời điểm phối khí của trục cam nạp được

làm trể lại và độ trùng lặp xupap giảm đi để giảm khí xả chạy ngược về phía nạp,
giảm được lượng khí sót, môi chất công tác tốt hơn điều này làm ổn định chế độ
không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giúp động cơ dễ khởi động.
Khi tải trung bình, hay tốc độ trung bình ở tải nặng, thời điểm phối khí được làm
sớm lên và độ trùng lặp xupap tăng lên. Điều này giúp nạp nhiều hoà khí hơn,và
giảm được tổn thất do bơm. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupap nạp được
đẩy sớm lên giảm được hiện tượng khí nạp quay lại đường nạp, cải thiện được hiệu
quả nạp.
Khi tốc độ cao và tải nặng, thời điểm phối khí được làm sớm hơn hết và độ trùng lặp
xupap tăng lên nhiều nhất, giảm được tổn thất do bơm và cải thiện ô nhiễm khí xả
và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra cùng lúc đó xupap nạp được đóng sớm nhất, hạn
chế tối đa hiện tượng khí nạp quay lại đường nạp.
Ngoài ra điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupap nạp
thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến trục cam.
2.2 Cấu tạo cơ cấu VVT-I
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-I bao gồm puly VVT được trục khuỷu dẫn
động bằng xích, và các cánh gạt được chế tạo liền với trục cam nó sử dụng áp suất
dầu làm lực để xoay trục cam nạp về phía làm sớm hay muộn để thay đổi liên tục
thời điểm phối khí của trục cam nạp. Khi động cơ ngừng thì để đảm bảo khởi động
dễ dàng thì trục cam nạp được điều chỉnh tới vị trí muộn nhất, sau khi khởi động thì
chốt hãm sẽ khoá các chi tiết trong puly VVT để tránh chi tiết va chạm vào nhau
gây tiếng gõ.

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

12

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ

Hình 2.2 Cấu tạo puly VVT
Áp suất dầu này được điều khiển bởi van điều phối. Van này hoạt động theo sự điều
khiển của ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu
đến cơ cấu chấp hành để làm sớm hay làm muộn xupap nạp

Hình 2.3 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam

ng của hệ th
ống VVT-I
2.3 Nguy
Nguyêên lý ho
hoạạt độ
động
thố

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

13

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


Khi động cơ hoạt động tín hiệu từ các cảm biến được gởi về ECU, qua đó
ECU nhận biết tình trạng động cơ và điều khiển van điều khiển dầu phối khí, cung
cấp dầu theo hướng làm sớm hay muộn. Áp suất dầu này sẽ tác động vào các cánh
gạt theo hướng làm sớm hay muộn của trục cam.Trong khi đó các chốt hãm sẽ bị
nén vào vị trí trên buly VVT để cố định vị trí các cánh gạt nhằm tránh va đập giữa
các chi tiết bên trong. Khi áp suất dầu thôi tác dụng, các chốt hãm này sẽ bị lò xo
đẩy ra khỏi vị trí của nó, vì vậy các cánh gạt trở về vị trí ban đầu của nó.
2.3 Thay đổ

đổii mức độ nâng xupap bằng ch
chêêm VVTL-i
ới thi
2.3.1 Gi
Giớ
thiệệu chung

Hình 2.4 Hệ thống VVTL-i

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

14

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ


VVTL-I (Variable Valve Timing and Lift-intelligent) được phát triển bởi
Toyota, cũng giống như hệ thống VVT-I nó hoạt động trên nguyên lý điện kết hợp
với thuỷ lực. Việc phát triển hệ thống VVTL-I nhằm tạo ra công suất cao hơn mà
vẫn đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện môi trường.
Đối với hệ thống VVT-I nó giúp cho thời gian mở xupap được thay đổi liên tục theo
sự thay đổi tốc độ động cơ. Hệ thống VVTL-I ra đời nhằm mục tiêu thay đổi hành
trình xupap, qua đó giúp động cơ nạp được nhiều hoà khí hơn vào xilanh.
2.3.2 Cấu tạo hệ th
thốống VVTL-I
Hệ thống VVTL-I bao gồm: Máy tính điều khiển trung tâm ECU, cơ cấu
chấp hành, hệ thống thủy lực nhận tín hiệu từ máy tính sẽ điều khiển cơ cấu chấp
hành.
Van điều khiển dầu cho VVTL điều khiển áp suất dầu cấp cho phía cam tốc độ cao
của cơ cấu chấp hành bằng thao tác điều khiển vị trí van ống do ECU quyết định.

Đến cơ cấu chuyển vấu cam

Xả

Áp suất dầu

Ti van

Hình 2.5 Cấu tạo van điều khiển dầu
Cơ cấu chấp hành chuyển đổi vấu cam được chế tạo nằm trong cò mổ. Áp suất dầu
từ van điều khiển dầu sẽ đến lỗ dầu trong cò mổ đến khi thắng được lực lò xo sẽ đẩy
chốt hãm bên dưới chốt đệm, mục đích của nó làm tăng chiều dày của chốt đệm làm
cho nó khớp với cam tốc độ cao. Do vậy trên trục cam người ta chế tạo 2 vấu cam
có biên dạng khác nhau. Vấu cam có biên dạng thấp ứng với tốc độ động cơ thấp,
vấu cam có biên dạng cao thì ứng với tốc độ động cơ cao.

CBHD: Nguyễn Nhựt Duy

15

SVTH: Huỳnh Hồ Hoàng Vũ