Nghiên cứu một số hệ thống điièu khiển trục cam thông minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.16 MB, 91 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU T TH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRỤC CAM THÔNG MINH
SVTH :
LÊ HÀ HOÀNG VŨ
MSSV:
16145579
SVTH : PHAN THẾ VĨ
MSSV:
16145576
GVHD:
ThS. CHÂU QUANG HẢI
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU T TH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TRỤC CAM THÔNG MINH
SVTH :
LÊ HÀ HOÀNG VŨ
MSSV:
16145579
SVTH :
PHAN THẾ VĨ
MSSV:
16145576
GVHD:
ThS. CHÂU QUANG HẢI
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THU T
TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 08 năm 2020
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Lê Hà Hoàng Vũ
MSSV: 16145579
.............................. (E-mail: Điện thoại: 0963039070)
2. Phan Thế Vĩ
MSSV: 16145576
.............................. (E-mail: Điện thoại: 0384025955)
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tơ
Khóa: 2016
Lớp: 161451
1. Tên đề tài
Nghiên cứu một số hệ thống điều khiển trục cam thông minh
2. Nhiệm vụ đề tài
Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống phân phối khí
Trình bày một số hệ thống điều khiển trục cam thông minh thông dụng
Biên soạn thuyết minh đề tài
3. Sản phẩm của đề tài
Một cuốn thuyết minh đề tài
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 15/03/2020
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 17/08/2020
TRƯỞNG BỘ MƠN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU T TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: LÊ H HO NG VŨ
MSSV: 16145579
Họ và tên sinh viên: PHAN THẾ VĨ
MSSV: 16145576
Tên đề tài:
Nghiên cứu một số hệ thống điều khiển trục cam thông minh
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: ThS. CHÂU QUANG HẢI
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
30
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Điểm đạt
được
50
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 17 tháng 08 năm 2020
Giảng viên hướng dẫn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU T TP. HCM
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: LÊ H HO NG VŨ
MSSV: 16145579
Họ và tên sinh viên: PHAN THẾ VĨ
MSSV: 16145576
Tên đề tài:
Nghiên cứu một số hệ thống điều khiển trục cam thông minh
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ............................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 17 tháng 08 năm 2020
Giảng viên phản biện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THU T THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỤC CAM
THÔNG MINH
Họ và tên Sinh viên: LÊ H HO NG VŨ
PHAN THẾ VĨ
MSSV: 16145579
MSSV: 16145576
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn
chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
Giảng viên hướng dẫn:
Giảng viên phản biện:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 08 năm 2020
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu một số hệ thống điều
khiển trục cam thơng minh", nhóm chúng em đã gặp khơng ít khó khăn. Để hồn
thành đồ án này đúng kì hạn của nhà trường, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ, động viên, đóng góp ý kiến và chỉ bảo tận tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Trước hết chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe và cảm ơn chân thành tới các thầy
cơ khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã quan
tâm, tận tình chỉ dạy nhóm chúng em và đến nay nhóm chúng em đã hồn thành đồ án.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Châu Quang Hải, thầy đã trực tiếp
hướng dẫn đề tài, người tận tình chỉ dẫn, quan tâm theo dõi trong suốt thời gian thực
hiện đồ án từ đó chúng em đã học được cho mình rất nhiều kiến thức.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật TP. HCM nói chung, các thầy cơ trong bộ mơn Động cơ nói riêng đã giảng
dạy cho chúng em những kiến thức đại cương và chuyên ngành, tạo một cơ sở lý
thuyết vững chắc giúp đỡ tụi em rất nhiều trong quá trình học tập và làm đồ án.
Cuối cùng nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn quan
tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt thời gian qua.
Quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án khộng tránh khỏi những thiếu sót do sự
hiểu biết của tụi em cịn nhiều hạn chế. Do đó, nhóm chúng em rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp của các thầy cơ để đồ án được hồn thiện hơn cũng như bổ
sung những kiến thức mà nhóm em cịn thiếu.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP. HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2020
Nhóm thực hiện
Lê Hà Hồng Vũ
Phan Thế Vĩ
1
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
MỤC LỤC ......................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. 5
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP ĐỀ TÀI .................................................................. 8
1.1. Lý do chọn đề tài ................................................................................... 8
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ............................................................................. 8
1.2.1. Mục tiêu .......................................................................................... 8
1.2.2. Nhiệm vụ ......................................................................................... 8
1.3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu................................................ 8
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................... 8
1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................... 8
1.4. Giới hạn và nội dung đề tài................................................................... 9
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ... 10
2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại .............................................................. 10
2.1.1. Nhiệm vụ ....................................................................................... 10
2.1.2. Yêu cầu ......................................................................................... 10
2.1.3. Phân loại ....................................................................................... 10
2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số hệ thống phân phối khí
phổ biến trên ĐCDT hiện nay ............................................................................ 11
2.2.1. Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV ............................ 11
2.2.2. Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC ............................ 12
2.2.3. Hệ thống phân phối khí khơng trục cam (Camless) ................... 13
2.3. Ảnh hƣởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ
(Cơng nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing) ........... 15
2.3.1. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Effects of
Changes to Exhaust Valve Opening Timing – EVO) .................................... 16
2.3.2. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Effects of
Changes to Exhaust Valve Closing Timing – EVC) ...................................... 17
2
2.3.3. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Effect of
changes to Intake Valve Opening Timing – IVO) ......................................... 18
2.3.4. Ảnh hƣởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Effect
of changes to Intake Valve Closing Timing – IVC) ....................................... 19
2.4. Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống phân phối khí thơng minh . 24
CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH TRÊN XE
TOYOTA ................................................................................................................ 26
3.1. Giới thiệu ............................................................................................. 26
3.2. Công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) ........... 29
3.2.1. Cấu tạo của cơ cấu VVT-i ............................................................ 29
3.2.2. Phƣơng pháp thay đổi thời điểm phối khí.................................. 30
CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH TRÊN XE
HONDA ................................................................................................................... 35
4.1. Giới thiệu và phân loại ........................................................................ 35
4.2. Hệ thống phân phối khí i-VTEC ........................................................ 38
4.2.1. Giới thiệu ...................................................................................... 38
4.2.2. Cấu tạo .......................................................................................... 40
4.2.3. Nguyên lý hoạt động của VTC ..................................................... 41
4.2.4. Các chế độ cơ bản của i-VTEC .................................................... 43
CHƢƠNG 5 : HỆ THỐNG MIVEC CỦA HÃNG MITSUBISHI ................ 46
5.1. Giới thiệu ............................................................................................. 46
5.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng
xupap ................................................................................................................... 48
5.3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi thời điểm phân phối khí ...... 53
5.3.1. Cấu tạo .......................................................................................... 53
5.3.2. Nguyên lý hoạt động ..................................................................... 55
5.4. Ƣu điểm của MIVEC .......................................................................... 59
CHƢƠNG 6: HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT ............................ 60
6.1. Lịch sử phát triển ................................................................................ 60
6.2. Cấu tạo của hệ thống .......................................................................... 61
6.3. Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 62
6.4. Sự phát triển trong tƣơng lai .............................................................. 67
3
CHƢƠNG 7: HỆ THỐNG VANOS VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW
................................................................................................................................. 69
7.1. Hệ thống VANOS ................................................................................ 69
7.1.1. Lịch sử phát triển ......................................................................... 69
7.1.2. Cấu tạo các bộ phận ..................................................................... 70
7.1.3. Nguyên lý hoạt động ..................................................................... 72
7.2. Hệ thống VALVETRONIC ................................................................ 74
7.2.1. Lịch sử phát triển ......................................................................... 74
7.2.2. Cấu tạo .......................................................................................... 76
7.2.3. Nguyên lý hoạt động ..................................................................... 77
7.2.4. Đồ thị công suất và môment động cơ ........................................... 80
7.3. Ƣu- Nhƣợc điểm của hệ thống Valvetronic ....................................... 81
CHƢƠNG 8: KẾT LUẬN ............................................................................. 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 83
4
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Kết cấu xupap treo loại OHV........................................................ 11
Hình 2.2 Kết cấu xupap treo loại OHC ....................................................... 12
Hình 2.3 Cấu tạo của hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA ............ 13
Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống.......................................................................... 14
Hình 2.5 Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ khơng tăng áp ......................... 15
Hình 2.6 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả ................... 17
Hình 2.7 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả ................. 18
Hình 2.8 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp ................. 19
Hình 2.9 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp ............... 20
Hình 2.10 Đồ thị mơmen động cơ ............................................................... 20
Hình 2.11 Chế độ cầm chừng ...................................................................... 21
Hình 2.12 Chế độ tải nhẹ ............................................................................. 21
Hình 2.13 Chế độ tải trung bình .................................................................. 22
Hình 2.14 Tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng ....................................... 22
Hình 2.15 Tốc độ cao với tải cao ................................................................. 23
Hình 2.16 Khi nhiệt độ động cơ thấp ........................................................... 23
Hình 2.17 Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng ...................................... 24
Hình 3.1 Cơ cấu VVT cổ điển ..................................................................... 26
Hình 3.2 Cơ cấu VVT-i của hãng Toyota .................................................... 27
Hình 3.3 Các cảm biến gửi về ECU điều khiển VVT-i ................................ 28
Hình 3.4 Cấu tạo của bộ điều khiển VVT-i.................................................. 29
Hình 3.5 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam ............................... 30
Hình 3.6 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm ....................................... 31
Hình 3.7 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn ..................................... 32
Hình 3.8 Van điều phối dầu ở vị trí ổn định................................................. 33
Hình 4.1 Cấu tạo các vấu cam ..................................................................... 35
Hình 4.2 Cấu tạo hệ thống VTEC ................................................................ 36
Hình 4.3 Cấu tạo cụm lị xo hồi vị ................................................................ 37
Hình 4.4 Biên dạng cam tác dụng ................................................................ 39
5
Hình 4.5 Cấu tạo của i-VTEC ..................................................................... 40
Hình 4.6 Cấu tạo VTC, VTEC .................................................................... 40
Hình 4.7 Làm sớm thời điểm phối khí ......................................................... 41
Hình 4.8 Làm muộn thời điểm phối khí ....................................................... 41
Hình 4.9 Thời điểm phối khí chuẩn sau khi điều chỉnh ................................ 42
Hình 4.10 Sự thay đổi góc trùng điệp .......................................................... 42
Hình 4.11 Các chế độ hoạt động của i- VTEC ............................................. 43
Hình 4.12 Chế độ cầm chừng (nét đứt là sau khi điều chỉnh) ....................... 44
Hình 4.13 Hiệu ứng EGR ............................................................................ 44
Hình 4.14 Chế độ mơmen xoắn nhỏ ............................................................ 45
Hình 4.15 Chế độ mơmen xoắn trung bình/cao ............................................ 45
Hình 5.1 Động cơ 4G92 .............................................................................. 46
Hình 5.2 Cấu trúc hệ thống MIVEC ............................................................ 47
Hình 5.3 Biên dạng các vấu cam hút ........................................................... 48
Hình 5.4 Cấu tạo hệ thống ............................................................................ 49
Hình 5.5 Hoạt động của hệ thống thay đổi độ nâng xupap ........................... 50
Hình 5.6 Hoạt động của hệ thống ở tốc độ thấp ........................................... 51
Hình 5.7 Hoạt động của các cam ở tốc độ thấp ............................................ 51
Hình 5.8 Hoạt động của hệ thống ở tốc độ cao ............................................ 52
Hình 5.9 Hoạt động của các cam ở tốc độ cao ............................................. 53
Hình 5.10 Bánh răng VVT và van điều khiển dầu ....................................... 53
Hình 5.11 Cấu tạo bánh răng đai VVT ........................................................ 54
Hình 5.12 Trục cam .................................................................................... 54
Hình 5.13 Cấu tạo van điều khiển dầu OCV ................................................ 55
Hình 5.14 Hệ thống điều khiển .................................................................... 55
Hình 5.15 Góc quay sớm ............................................................................. 56
Hình 5.16 Góc quay trễ ............................................................................... 57
Hình 5.17 Vị trí giữ ..................................................................................... 57
Hình 5.18 Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục...................................... 58
Hình 5.19 Biểu đồ các chế độ hoạt động ..................................................... 58
6
Hình 6.1 Cấu tạo hệ thống MultiAir ............................................................ 61
Hình 6.2 Đường dầu khi van Solenoid đóng ................................................ 63
Hình 6.3 Đường dầu khi van solenoid mở ................................................... 64
Hình 6.4 Chế độ Full lift- xupap mở theo biên dạng cam thiết kế ................ 64
Hình 6.5 Chế độ mở trễ xupap nạp- LIVO................................................... 65
Hình 6.6 Chế độ đóng sớm xupap nạp- EIVC .............................................. 65
Hình 6.7 Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục- Multilift ......................... 66
Hình 6.8 Chế độ theo tải động cơ- Partial load ............................................ 66
Hình 6.9 Hệ thống MultiAir ........................................................................ 67
Hình 7.1 Dạng đồ thị cam ........................................................................... 69
Hình 7.2 Cấu tạo solenoid ........................................................................... 70
Hình 7.3 Hệ thống điều khiển thủy lực ........................................................ 71
Hình 7.4 Các chi tiết hệ thống điều khiển cơ khí ......................................... 72
Hình 7.5 Cấu tạo cơ cấu Vanos ................................................................... 73
Hình 7.6 Làm trễ thời điểm phối khí ........................................................... 73
Hình 7.7 Làm sớm thời điểm phối khí ......................................................... 74
Hình 7.8 Sơ đồ bố trí các chi tiết hệ thống Valvetronic................................ 75
Hình 7.9 Cấu tạo của hệ thống Valvetronic ................................................. 76
Hình 7.10 Xupap đóng hồn tồn ................................................................ 78
Hình 7.11 Hoạt động ở tốc độ thấp và tốc độ cao ........................................ 79
Hình 7.12 Đồ thị cơng suất và mơment động cơ .......................................... 80
7
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Công nghiệp ô tô là một ngành quan trọng trên thế giới. Các nhà chế tạo ln
muốn có được một động cơ đốt trong ln đảm bảo được tính hiệu quả và tính kinh tế
cao. Và để đạt được một loại động cơ như thế thì người ta cần nghiên cứu đến những
yếu tố ảnh hưởng đến tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ. Trong khi đó, hệ
thống phân phối khí cổ điển cịn nhiều hạn chế. Để khắc phục những hạn chế đó, một
ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và
khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng
lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hịa khí vào buồng đốt. Để tăng hệ số
nạp thêm (λ1) đối với mỗi hãng xe người ta điều có một cơng nghệ nhằm thay đổi góc
phân phối khí sao cho phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ
1.2.1. Mục tiêu
Nhằm hiểu rõ hơn hệ thống phân phối khí thơng minh trên các dịng xe đời mới
Giúp em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách làm việc
độc lập, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư trong
tương lai.
1.2.2. Nhiệm vụ
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển
cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong.
1.3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Hệ thống VVT-i trên xe TOYOTA
Hệ thống i-VTEC trên xe HONDA
Hệ thống MIVEC trên xe MITSUBISHI
Hệ thống MULTIAIR trên xe FIAT
Hệ thống VANOS VÀ VALVETRONIC trên xe BMW
1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Dựa vào kiến thức qua các môn học trên lớp kết hợp kiến thức sách vở, báo, tạp
chí ô tô, internet từ đó xây dựng nên đồ án tốt nghiệp.
8
1.4. Giới hạn và nội dung đề tài
Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn cộng với nguồn tài
liệu hiện có, đồ án chỉ tập trung phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược
điểm của hệ thống phân phối khí . Đề tài khơng tập trung vào tính tốn, thiết kế các
chi tiết trong hệ thống.
9
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
2.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hịa khí đối với động cơ xăng
hay khơng khí sạch đối với động cơ Diesel vào các xylanh ở kỳ nạp và thải sạch khí
thải trong xylanh ở kỳ xả.
2.1.2. u 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 phải lớn và việc xả sạch, nghĩa là hệ số
khí sót phải nhỏ.
Đảm bảo trị số “thời gian - tiết diện” thơng qua phải lớn để dịng khí dễ lưu
thơng.
Làm việc êm dịu, độ tin cậy và tuổi thọ cao, thuận tiện trong việc chế tạo, bảo
dưỡng, sửa chữa.
2.1.3. 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 đặt: khơng cịn thơng dụng trên các dòng xe hiện đại.
Kiểu xupap treo: được dùng phổ biến trên các động cơ hiện đại ngày nay:
Loại OHV (OverHead Valve): trục cam đặt 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 cị mổ.
Hệ thống phân phối khí dùng piston 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 khơng tốt.
Hệ thống phân phối khí dùng van trượt trên xe đặc chủng và xe đua có tiết diện
thơng qua lớn, chất lượng trao đổi khí cao nhưng giá thành chế tạo rất đắt đỏ.
10
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 mở, khoảng mở, thời gian mở xupap một cách tối ưu tùy
thuộc vào các chế độ hoạt động của động cơ.
2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số hệ thống phân phối khí phổ
biến trên ĐCDT hiện nay
2.2.1. Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHV
Hình 2.1 Kết cấu xupap treo loại OHV
1-Ống dẫn hướng. 2-Lò xo xupap. 3-Đĩa lị xo. 4-Móng hãm. 5-Xupap. 6-Cị 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 cị mổ xoay quanh trục của nó. Đầu
kia của cị mổ ấn đi xupap đi xuống, lúc này lị xo bị nén lại. Xupap đi xuống làm
thơng cửa nạp với xylanh động cơ nếu trong kỳ hút hoặc cửa thải với xylanh động cơ
11
nếu trong kỳ xả. Khi cam 11 quay hết hành trình tác dụng thì lị xo 2 sẽ dãn ra đóng
xupap lại kết thúc q trình hút hoặc thải. Q 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 tỉ 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 thơng thống 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.
2.2.2. Hệ thống phân phối khí xupap treo loại OHC
Hình 2.2 Kết cấu xupap treo loại OHC
1-Xupap. 2-Ống dẫn hướng. 3-Lò xo xupap. 4-Đĩa lị xo. 5-Con đội. 6-Cam.
7-Móng hãm. 8-Đế xupap
Ngun 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 q trình lị xo giãn đóng kín xupap.
Q 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
12
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 q trình nạp mơi chất mới và thải khí cháy ra ngồi.
Q trình lị 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 q 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.
2.2.3. Hệ thống phân phối khí khơng 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).
Hình 2.3 Cấu tạo của hệ thống điều khiển xupap bằng điện từ EVA
13
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
khơng 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 khơng trục cam được phát minh đã
mang lại bước đột phá mới trong động cơ đốt trong. Với cơng nghệ này đã loại bỏ vai
trị của bướm ga đối với động cơ, từ đó làm giảm sự cản trên đường ống nạp và tăng
hiệu suất động cơ. Việc điều khiển lượng hịa 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 trị phần ứng được kết nối với đi xupap, các
lị xo hồn 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 sẽ duy trì xupap ở
vị trí mở.
Hình 2.4 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
14
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 như vị trí piston, 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 tốn
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 ơ nhiễm và tăng
20% mơmen xoắn ở tốc độ thấp, giảm ma sát do dễ bôi trơn và kết cấu đơn giản
khơng cịn 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
khơng đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh piston, hư hỏng động cơ.
2.3. Ảnh hƣởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ (Cơng
nghệ thay đổi thời điểm phối khí VVT-Variable Valve Timing)
Theo lý thuyết đơn giản với 720° góc quay trục khuỷu thì mỗi kỳ tương ứng với
180° và xupap xả bắt đầu mở khi piston ở điểm chết dưới đầu kỳ xả và đóng lại khi
piston tới điểm chết trên và lúc này xupap hút mở và khi piston 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 ơ nhiễm mơi trường.
Hình 2.5 Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ khơng tăng áp
1 - góc mở sớm xupap nạp. 2 - góc đóng trễ xupap nạp
3 - góc mở sớm xupap xả. 4 - góc đóng trễ xupap xả
15
2.3.1. Ảnh hƣởng 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 q trình đốt
cháy được thốt ra ngoài qua hệ thống xả.
Xupap thải mở sớm trước khi piston 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 thốt ra ngồi nhờ
chênh áp giữa xylanh và đường thải. Với mục đích giảm tải trọng động cho xupap cần
phải cho xupap mở và đóng 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 piston 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 ngồi.
Nhưng nếu mở xupap thải q sớm sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị công
qua đó làm giảm cơng suất động cơ.
Hai u 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. Cịn
trên các động cơ có trang bị hệ thống phân phối khí thơng 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 cơ.
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 ngồi. Ngược
lại khi động cơ ở chế độ tồn tải thì cần mở xupap thải sớm tức trước khi piston tới
ĐCD vì cần có đủ thời gian để đẩy sạch khí cháy ra ngồi, tuy mất một ít cơng trên đồ
thị P-V nhưng bù vào đó q trình nạp trong chu kỳ kế tiếp có lợi ích lớn hơn nên
nhìn chung động cơ sẽ đạt được hiệu quả cao hơn.
16
Xupap xả
Mở sớm: Cải thiện
mômen xoắn ở tốc
độ cao
ĐCT
ĐCD
Trước
ĐCD
Mở muộn( càng
gần điểm chết trên):
Cải thiện mômen
xoắn ở tốc độ thấp
và hiệu quả ở tải
nhỏ
Hình 2.6 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả
2.3.2. Ảnh hƣởng 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 piston đã đi qua điểm chết trên nhằm
đảm bảo cho sản vật cháy được thoát hết ra ngồi, ngồi ra việc đóng muộn xupap thải
cịn nhằm tăng thêm giá trị„„tiết diện- thời gian” mở cửa thải, đồng thời để tận dụng
chênh áp ∆Pr và quán tính của dịng khí để tiếp tục thải sạch khí sót ra ngồi.
Thời điểm đóng xupap thải có ảnh hưởng rất quan trọng đến việc khí thải cịn 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. Cuối kì
thải, do piston đang đi xuống nên áp suất trong lòng xylanh sẽ thấp hơn áp suất trên
đường ống xả, dẫn đến việc khí thải sẽ có xu hướng bị hút ngược lại buồng đốt.
Khi ở chế độ đầy tải mong muốn cho lượng khí thải cịn lại trong xylanh là ít
nhất để tối đa lượng hịa khí mới nạp vào trong xylanh trong kỳ hút kế tiếp. Điều này
đòi hỏi thời điểm đóng xupap thải phải đóng sớm để hạn chế lượng khí thải bị hút
ngược trở lại buồng đốt.
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 hịa khí
mới nạp vào.
17
