Đồ án hệ thống phân phối khí trên ô tô

TỔNG QUAN CÁC PHẦN
Phần.1.
1.1.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG VAN BIẾN THIÊN..............................................2
Cơ cấu cam.................................................................................................................4

1.1.1.

Tổng quan về các Nguyên tắc hoạt động của Cơ cấu cân cam........................4

1.1.2.

Ảnh hưởng của Cơ cấu cam trên Động cơ.......................................................7

1.1.3.

Bộ điều chỉnh trục cam cho công suất động cơ................................................9

1.1.4.

Phản ánh về Bộ điều chỉnh trục cam..............................................................12

1.2.

Hệ thống với các sự thay đổi các bước của Hành trình van hoặc thời gian mở.
13

1.3.

Kích hoạt van biến thiên vơ hạn...........................................................................16

1.3.1.

Hệ thống cơ khí..............................................................................................17

1.3.2.

Hệ thống truyền động bằng thủy lực..............................................................18

1.3.3.

Hệ thống cơ điện............................................................................................18

Phần.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY
TRÊN ĐỘNG CƠ...................................................................................................................19
2.1.

Sự hình thành hỗn hợp (hịa khí ) trong động cơ đốt trong..............................19

2.1.1.

Khái niệm sự hình thành hịa khí...................................................................19

2.1.2.

Phân loại kiểu hình thành hịa khí..................................................................20

2.2.

Hình thành hỗn hợp trong xi lanh........................................................................21

2.2.1.
2.3.

Hệ thống phun xăng trực tiếp.........................................................................22

Hình thành hỗn hợp bên ngoài xi lanh................................................................24

2.3.1.

Hệ thống phun xăng đơn điểm.......................................................................24

2.3.2.

Hệ thống phun xăng đa điểm.........................................................................25

Phần.3.

Hình thành hỗn hợp bằng cách sử dụng bộ chế hịa khí...............................27

3.1.

Chế độ hoạt động của bộ chế hịa khí..................................................................27

3.2.

Thiết kế.....................................................................................................................28

3.2.1.

12.3.2.1 Số ống dẫn khí nạp vào....................................................................28

3.2.2.

12.3.2.2 Vị trí của ống dẫn khí nạp................................................................28

3.2.3.

12.3.2.3 Thiết kế cho các ứng dụng đặc biệt Bộ chế hịa khí điều áp:...........28

3.3.

12.3.3 Hệ thống phụ trợ quan trọng trên bộ chế hịa khí..................................28

3.4.

12.3.4 Bộ chế hịa khí được điều khiển bằng điện tử.........................................29


Phần.1.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG VAN BIẾN THIÊN

Hệ thống van biến thiên có thể được sử dụng ảnh hưởng tích cực đến các đại
lượng mong muốn cho động cơ đốt như như mức tiêu thụ cụ thể, chế độ phát
thải, mô-men xoắn, và đầu ra lớn nhất. Tùy thuộc vào chức năng vật lý của
các nguyên tắc, hệ thống truyền động van biến thiên được chia vào các hệ
thống được truyền động bằng cơ khí, thủy lực, điện và khí nén. Nhiều hệ
thống như vậy đã được biết đến và có nhiều nghiên cứu về hai hệ thống đơn
giản, đó là điều khiển thời gian có thể được thay đổi giữa hai vị trí và trên các

hệ thống phức tạp hơn mà trong đó ngay cả tải trọng có thể được kiểm sốt
bằng kiểm sốt biến thời gian. Hình 10-61 cho thấy một phân loại chi tiết của
hoạt động van biến thiên. Việc phân loại này bắt đầu với thành phần của trục
cam
Các bộ phận trên trục cam là tiêu chí đầu tiên trong ba cấp độ phân loại đã
chọn. Hệ thống mà có năng lượng được cung cấp cho hoạt động của van
khơng có trục cam, được phân loại theo nguyên lý chức năng vật lý. Theo sự
phân loại các hệ thống đó ta có hệ thống truyền động bằng điện, khí nén, thủy
lực và cơ khí. Với hệ thống sử dụng trục cam để điều khiển, cần phân biệt
giữa việc sử dụng trục cam thông thường và trục cam đặc biệt. Những trục
cam đó là gọi là hệ thống cam thông thường, sử dụng vật liệu phổ biến và
được tạo ra bằng cách sử dụng quy trình sản xuất. Sự phân loại thứ hai được
đề cập tới với việc đặt vị trí xem sự biến đổi đó có kết quả như thế nào. Các
cấp độ phân loại thứ ba mô tả hoạt động và nguyên tắc chức năng của hoạt
động van biến thiên là được chia thành 17 nhóm. Trong phần này, chúng tôi
chỉ mô tả các hệ thống riêng lẻ. Các hệ thống kết nối theo chuỗi được quan
tâm đặc biệt. Trong phân loại ở Hình 10-61, các nhóm sử dụng loạt giải pháp
có nền màu xám.Nhiều kiểu truyền động van biến thiên làm cho nhà phát
triển khó có thể chọn loại điều khiển phù hợp cho ứng dụng của mình. Nhiều
loại hệ thống như vậy được sử dụng cho các đầu xi lanh có khả năng thích


ứng đáng kể yêu cầu khi điều khiển van biến thiên được sử dụng. Một thế hệ
đầu xi-lanh mới thường được phát triển để có một hệ thống được sử dụng
trong các động cơ có sẵn. Thường thì thiết kế phức tạp hơn được yêu cầu cho
thời gian kiểm soát thay đổi trái ngược với động cơ thông thường, và điều này
được thể hiện ở chi phí cao hơn. Trong tương lai, tùy chọn sử dụng van biến
thiên để điều khiển tải động cơ sẽ trở nên quan trọng. Một mục tiêu cơ bản
của việc thay đổi các đường cong nâng xupap là giảmtổn thất chu kỳ nạp dưới
những phần tải và do đó, giảm sự tiêu thụ xăng dầu. Mục tiêu của những hoạt

động phát triển là phân phối van tiết lưu trong quá trình đánh lửa bằng bugi
động cơ để kiểm soát tải chỉ bằng cách nâng van khác nhau. Trong so sánh
với điều khiển van tiết lưu thuần túy (TC) với van tiết lưu thơng thường, Hình
10-62 cho thấy bốn điều khiển tải các phương pháp nâng van nạp khác nhau.
Phương pháp kiểm sốt tải "đóng sớm van nạp" (EIC) hạn chế lượng khí sạch
bằng cách đóng cửa sớm van nạp sau khi nạp dựa trên tải đặt. Khi động cơ
chạy không tải, thời gian mở van nạp tương ứng với góc trục khuỷu khoảng
60 °. Với chế độ điều khiển "đóng cửa xả muộn" (LIC), một phần của sự hao
phí khơng cần thiết cho đầu ra được chỉ định sẽ bị xả ra khỏi xi lanh. Số lượng
phí này vượt qua vị trí tiết lưu của các van hai lần với tổn thất tương ứng. Khi
tải được kiểm soát bằng cách sử dụng phương pháp "trễ thời gian nạp "(LIO),
van nạp chỉ được mở khi thời gian mở còn lại tương ứng với lượng hỗn hợp
bơm vào cần thiết. Khi bắt đầu cảm ứng, một chân không mạnh trong xi lanh
sẽ thúc đẩy hỗn hợp chuyển động hỗn loạn.
Sự hao phí nhiên liệu trong xi lanh bị ảnh hưởng bởi chế độ điều khiển "van
nạp tối đa thay đổi hành trình "(VMI) bằng cách giảm hành trình van với các
góc mở. Thay vì van tiết lưu, van hoạt động như một điểm điều tiết mà không
làm giảm lượng hao phí cơng suất trong chu kỳ. Tuy nhiên, ma sát của van có
thể được hạ thấp, vì lò xo van chỉ bị nén một phần. Ảnh hưởng của các thông
số đến việc nâng van đường cong quen thuộc. Một thiết bị van lý tưởng là
một thiết bị cho phép các đường cong nâng van được thay đổi một cách tự do


nhất có thể. Nó cũng có ý nghĩa khi kết hợp các quy trình kiểm sốt tải trọng
khác nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào hệ thống, chỉ có một số mức độ tự do có
thể đạt được bằng cách sử dụng các loại tác động của van biến thiên. Ngoài
ra, một số lượng hệ thống kỹ thuật là cần thiết để hoạt động van đạt được sự
thay đổi hoàn chỉnh mong muốn. Khi hệ thống được sử dụng để quay trục
cam so với vị trí trục khuỷu, những cải tiến có thể đạt được đối với động cơ là
đáng kể. Các hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong động cơ có sẵn và

chúng tơi thảo luận rất chi tiết về chúng trong chương tiếp theo.
Tại thời điểm này, chúng ta có thể đốn mức độ hoạt động của van biến thiên
có thể cải thiện mức tiêu thụ hoặc lượng khí thải. Trong các tài liệu chun
mơn như Ref. [1], chúng tôi thấy rằng những cải thiện đối với mức tiêu thụ
trung bình giữa 5% và 15% trong một số phạm vi ánh xạ động cơ.
Tuy nhiên, thông thường, các động cơ trong tài liệu được tối ưu hóa theo
những cách khác ngoài điều khiển van biến thiên do đó rất khó để xác định
ảnh hưởng trực tiếp cụ thể từ hoạt động của van biến thiên. So với động cơ
đánh lửa, tiềm năng Việc cải tiến động cơ diesel từ việc truyền động van biến
thiên còn hạn chế. Có một và cuộc điều tra đã thực hiện việc những việc liên
quan tới vấn đề này
1.1.

Cơ cấu cam

1.1.1. Tổng quan về các Nguyên tắc hoạt động của Cơ cấu cân cam
Ngay từ ngày 29 tháng 9 năm 1918, bằng sáng chế đã được cấp cho điều
chỉnh trục cam động cơ đánh lửa. Các sự thay đổi mong muốn trong quá trình
vận hành động cơ đã đạt được với ống lót có răng bên trong và bên ngồi,
thẳng và răng xoắn di chuyển theo trục giữa trục cam và bánh xe dẫn động
(Hình 10-63). Vị trí góc của cam và trục cam đã được điều chỉnh so với trục
khuỷu.
Người phát minh ra bằng sáng chế này, Samuel Haltenberger, dự định thiết bị
định thời cho động cơ máy bay để thích ứng xuất ra các độ cao bay khác


nhau. Răng xoắn ống bọc được di chuyển theo hướng trục bởi áp suất khơng
khí sử dụng liên kết thiết bị định thời gian. Vị trí góc tương đối của trục cam
thay đổi liên quan đến dẫn động bánh răng côn được liên kết với trục khuỷu.
Dựa trên cùng một nguyên tắc chức năng của ống bọc răng thẳng và ống bọc

có răng xoắn, vào năm 1983 Alfa Romeo bắt đầu sản xuất hàng loạt sản xuất
thiết bị định thời trục cam cho động cơ hai van với trục cam kép (Hình 1064). Thiết bị định thời được đặt trên trục cam nạp và cho phép điều khiển thời
gian được điều chỉnh giữa hai vị trí. Trong khi chạy khơng tải, vị trí thời gian
được kiểm sốt trễ được giữ bởi một lò xo hồi vị, và thời gian điều khiển sớm
được thiết lập tùy thuộc vào áp suất và tốc độ dầu. Một điện từ kích hoạt điều
khiển van tác dụng áp suất dầu động cơ lên piston có răng xoắn. Phần tử điều
chỉnh là piston có răng xoắn được di chuyển nhờ áp suất dầu chống lại lực của
lò xo. Các răng xoắn trên piston và trục cam được sử dụng để quay trục cam
so với dẫn động đĩa xích và do đó, đến trục khuỷu khi pít tông dịch chuyển
theo trục.
Các hệ thống được hiển thị trong Hình. 10-63 và 10-64 đều thiết kế nguyên
tắc chức năng cơ học được sử dụng. Điều này có nghĩa là lực để kích hoạt các
van chỉ chảy thơng qua các thành phần được tham gia bởi ma sát hoặc được
tham gia tích cực. Tuy nhiên, các chi tiết điều chỉnh như piston, trong thiết bị
định thời Alfa Romeo trong Hình 10-64 có thể được di chuyển và giữ bằng áp
suất dầu. Đối với một trục cam thiết bị định thời hoạt động dựa trên thủy lực,
một thành phần thủy lực nằm trong dịng chảy của lực để kích hoạt van. Điều
này được thực hiện bằng cách sử dụng một lượng dầu phải ở áp suất cao
tương ứng để giữ các vị trí của điều chỉnh các chi tiết ổn định.
Vị trí của thiết bị định thời trục cam về mặt logic phải được tiếp giáp trực tiếp
với ổ trục cam. Các dịng lực để dẫn động trục cam có thể dễ dàng bị gián
nhất ở đây và việc điều chỉnh trục cam có thể dễ dàng đa dạng bằng cách chọn
phần tử điều chỉnh phù hợp.


Khi nghiên cứu tài liệu và các ứng dụng bằng sáng chế đã biết, người ta có thể
tìm thấy rất nhiều chức năng khác nhau cho cơ cấu cam định thời gian, chúng
tơi đã tìm thấy khoảng 800 ứng dụng khác nhau. Khi ngày nộp đơn được tính
tốn trong 20 năm qua, chúng ta có thể thấy sự trỗi dậy mạnh mẽ theo thời
gian của các hoạt động trong lĩnh vực này. Sau khi các thiết bị định thời Alfa

Romeo bắt đầu được bán đại trà được sản xuất, số lượng đơn đăng ký bằng
sáng chế bắt đầu tăng lên một cách quyết liệt. Trong Hình 10-65, minh họa
tình hình đến tháng 1 năm 2000, số lượng đơn đăng ký được tính từ năm 1979
đến năm 1999 từ một cơ sở dữ liệu được thu thập. Khoảng từ năm 1998
đến1999, khơng phải tất cả các ứng dụng đều có thể được nhập từ đó là 18
tháng giữa ngày nộp đơn và ngày của sự xuất bản
Các thiết bị định thời đã biết có thể được phân loại theo các nguyên tắc chức
năng khác nhau của chúng. Hình 10-66 cho thấy những nguyên tắc này. Về cơ
bản, các thiết bị định thời là hệ thống dựa trên cơ khí hoặc nguyên lý chức
năng thủy lực. Giải pháp phổ biến nhất là dịch chuyển dọc trục một piston để
thay đổi góc bằng cách sử dụng răng xoắn. Về cơ bản, chỉ có ba nguyên tắc
được sử dụng cho động cơ sản xuất (với nền màu xám trong Hình 10-66).
Thuộc nhóm đầu tiên là các hệ thống sử dụng xoắn ốc răng giống như cách
tiếp cận của Alfa Romeo dựa trên nguyên tắc chức năng cơ học. Giải pháp thứ
hai là thiết bị định thời xích được dẫn động bằng thủy lực trong đó trục cam
được quay đến mức mong muốn bằng cách điều chỉnh độ võng của xích.
Thuộc về một nhóm hiện tại hơn là các hệ thống có động cơ xoay được truyền
động bằng thủy lực trên trục cam lái xe. Có thể tìm thấy các mơ tả riêng về hệ
thống trong Phần 10.4.1.3
Tất cả các thiết bị định thời trục cam cho động cơ sản xuất đều ở trên ổ trục
cam. Các thiết bị định thời không ảnh hưởng đến hành trình van hoặc thời
gian mở van. Nhiều loại khác hệ thống đã biết tồn tại. Các vị trí mà tại đó
hành trình van và thời gian mở van được điều chỉnh thường nằm trong khoảng
cam và van. Điều này cho phép thời gian trục cam các thiết bị được kết hợp


với các hệ thống này. Ví dụ về hệ thống thay đổi hành trình van hoặc thời gian
mở cửa là cái gọi là hệ thống "VTEC" của Honda. Hệ thống này cho phép các
hành trình và độ mở van khác nhau lần bằng cách thay đổi hình học truyền
giữa cam và van. Các hệ thống này được sử dụng cho nhiều động cơ (xem

thêm Phần 10.4.2).
1.1.2. Ảnh hưởng của Cơ cấu cam trên Động cơ.
Mục tiêu của các thiết bị định thời trục cam có thể rất khác nhau. Cơng suất
tối đa, đường cong mơ-men xoắn qua vịng / phút và tỉ lệ khí thải có thể bị
ảnh hưởng tích cực trong động cơ đánh lửa bằng tia lửa của xe du lịch bằng
cách thay đổi góc của trục cam so với trục khuỷu. Thiết bị thời gian trục cam
tiêu chuẩn cung cấp hai vị trí góc và thay đổi vị trí góc. Hình 10-67 cho thấy
các tùy chọn để điều chỉnh đường cong nâng van từ việc sử dụng hai thiết bị
định thời trục cam biến thiên liên tục. Các các đường cong trong các đường
đứt nét thể hiện các vị trí cuối có thể của thời gian kiểm sốt.
Vì thiết bị định thời trục cam chỉ được sử dụng để thay đổi vị trí của thời gian
điều khiển và không nâng van các đường cong, các tác động lên ổ bị hạn chế.
Tuy nhiên, cải tiến tiềm năng có thể đạt được trong động cơ dễ dàng hơn ước
tính trong q trình phát triển, ví dụ, hơn là vơ hạn van biến thiên truyền
động. Để ước tính khả năng cải thiện, các chu kỳ tính phí được tính tốn bằng
các chương trình số. Chu kỳ sạc tổng thể của động cơ có thể là ước tính liên
quan đến mơ-men xoắn và chỉ tiêu đầu ra và khí thải còn lại. Tất cả các thành
phần tham gia vào chu kỳ sạc như ống cảm ứng hoặc hệ thống xả được tham
số hóa và mơ tả trong mơ hình tính toán. Các đường cong nâng van được xác
định và bao gồm thời gian kiểm sốt có thể có trong phí tính tốn chu kỳ.
Điều này cho phép một dự đốn đáng tin cậy về cơng suất và đặc tính mơmen
của động cơ. Những thông số yêu cầu để điều chỉnh trục cam được ước tính
gần đúng và sau đó được tinh chế trong các thí nghiệm.


Mơ-men xoắn cực đại hoặc cơng suất tối đa có thể là bị ảnh hưởng tích cực
khi sử dụng thiết bị định thời trục cam ở phía van nạp, phụ thuộc vào đường
viền cam. Chỉ có một thỏa hiệp là có thể cho đầu ra và mơ-men xoắn cho
động cơ có thời gian điều khiển cố định và vị trí đường viền cam. Vị trí mà tại
đó cửa nạp được đóng trên Đường cong nâng van nạp có ảnh hưởng quyết

định đến công suất cực đại của động cơ. Ở tốc độ cao hơn, cửa nạp được đóng
lại ở những lần kiểm soát sau này. Thời gian được chọn để tối ưu hóa phí xi
lanh và do đó, đạt được hiệu suất thể tích cao. Một dịng trở lại của khí nạp từ
xi lanh để có thể tránh được cổng nạp bằng cách điều chỉnh tốc độ của đóng
cửa vào. Với các thiết bị định thời trục cam, sự chồng chéo của van có thể
được thay đổi để khí dư trong ống xả động cơ có thể được kiểm sốt. Thơng
thường, khí dư được cung cấp cho xi lanh thơng qua một thiết bị hồi lưu khí
thải bên ngồi. Nhiệt độ của q trình cháy bị hạn chế bởi khí dư trong xy
lanh. Điều này có ảnh hưởng tích cực đến khí thải NOx. Với cơ cấu cam định
thời gian liên tục, sự trở lại khí xả bên trong có thể đạt được bằng cách thay
đổi sự chồng chéo của van. Điều này cho phép xả tràn từ cổng xả đến cổng
vào trong quá trình chồng chéo pha tại tâm điểm chết trong chu kỳ nạp. Ưu
điểm tuần hoàn bên trong đạt được với một hệ thống ngắn thời gian chết và
phân phối đều hơn của tuần hồn thốt ra. Sự thỏa hiệp luôn phải được thực
hiện khi thiết kế van chồng lên nhau. Ví dụ, mức tối đa có thể sự chồng chéo
của van được giới hạn bởi vị trí của các van va chạm với piston khi độ trùng
nhau quá lớn.
Một ví dụ là chiến lược điều khiển trục cam kép điều chỉnh động cơ VW. Bốn
vị trí cơ bản là được hiển thị trong Hình 10-68 với ống ngắn hoặc dài tương
ứng vị trí ống cảm ứng cho động cơ nạp có ống góp nhiều tầng và các điều
chỉnh cam nạp và xả. Biểu diễn này cũng cho thấy ảnh hưởng của các chiều
dài đường ống cảm ứng khác nhau kết hợp với trục cam các thiết bị định thời
ở phía van nạp và van xả. Việc đưa ra bậc tự do mà điều này cho phép, điều
hợp lý là đề ra chiến lược điều chỉnh tương ứng phù hợp. Chiến lược có thể


khác nhau tùy thuộc vào động cơ thiết kế. Ví dụ, để đạt được mơ-men xoắn
cao ở mức trung bình tốc độ, một kênh ống cảm ứng dài là cần thiết. Khi tốc
độ tăng, thời gian kiểm soát lượng nạp được chuyển từ "sớm" đến "muộn" tùy
thuộc vào tốc độ. Ở tốc độ cao hơn, một kênh ống dẫn cảm ứng ngắn được

chọn và đầu vào trục cam được dịch chuyển theo hướng "trễ" để đạt cơng suất
cực đại.
Hình 10-69 cho thấy các ví dụ về thời gian kiểm sốt của đường cong nâng
van cho các vị trí trục cam và đường ống cảm ứng riêng của động cơ sáu xi
lanh.
Cơ cấu định thời trục cam được sản xuất hàng loạt đầu tiên với chỉ có hai vị
trí kiểm sốt thời gian chủ yếu tìm cách cải thiện cơng suất đầu ra hoặc mômen xoắn. Ngày nay, mục tiêu cũng là để kiểm sốt tuần hồn khí thải bên
trong bằng cách sử dụng các cơ cấu định thời thay đổi liên tục. Trục cam nạp
được dịch chuyển để tăng mô-men xoắn, đặc biệt là ở tốc độ thấp và để tuần
hồn khí thải bên trong nơi góc trục khuỷu được bù từ vị trí đầu ra "đầu vào
mở" về phía "sớm" với góc quay tối đa 52 °. Ống xả trục có thể được điều
chỉnh từ vị trí đầu ra "đóng cửa ra" về "sớm" để tối ưu hóa chế độ chạy không
tải hoặc về "muộn" để đạt được tỷ lệ tuần hồn khí thải tối đa. Góc quay cực
đại 22 ° là đủ cho điều này. Khi so sánh động cơ hai van thơng thường khơng
có điều chỉnh trục cam với động cơ bốn van được mô tả trong Tham khảo. [5]
với trục cam điều chỉnh, chúng ta có thể tiết kiệm sự tiêu hao nhiên liệu
khoảng 15,5% khi chạy không tải và 5,5% trong phạm vi tải từng phần ở 2000
phút và 2 bar. Khi sử dụng nạp và xả hiệu số thời gian van, mức giảm tiêu thụ
cụ thể là xấp xỉ 10%.
1.1.3. Bộ điều chỉnh trục cam cho công suất động cơ
Sau khi bắt đầu sản xuất hàng loạt Alfa Romeo bộ điều chỉnh trục cam, các
thiết kế khác đã được sử dụng bởi các công ty khác như Mercedes-Benz,


Nissan, và những công ty khác.Phần lớn trong số các hệ thống này sử dụng
răng thẳng / xoắn tương tự như Alfa Romeo như là nguyên tắc chức năng.
Một hệ thống điều chỉnh thời gian kiểm soát bằng cách thay đổi chiều dài bên
xích là cơ cấu định thời xích trục cam bởi công ty Hydraulik-Ring. Chi tiết
điều chỉnh nằm giữa các bánh xe dẫn động trục cam kép, và cửa nạp trục cam
được dẫn động bởi trục cam xả. Cơ cấu định thời gian kết hợp một bộ căng

xích thường được sử dụng cho một hệ thống truyền động ngắn như vậy với
một xi lanh thủy lực để thay đổi chiều dài mặt xích. Xi lanh thủy lực dưới áp
suất dầu ở cả hai phía được di chuyển, tùy thuộc vào vị trí thời gian điều
khiển mong muốn. Theo cách này, một chuỗi một bên được kéo dài và bên kia
đồng thời được rút ngắn. Cơ cấu định thời gian này cung cấp hai vị trí thời
gian điều khiển cho trục cam nạp (Hình 10-70) .
Trong quá trình điều chỉnh, bộ truyền động xích vẫn căng giữa hai bánh dẫn
động của trục cam vì bộ căng xích được tích hợp vào hệ thống. Sự điều chỉnh
xi lanh của Cơ cấu thời gian được điều khiển bởi một van 4/2 chiều thủy lực
điều khiển điện tử. Giải pháp thời gian thiết bị hiển thị ở đây sử dụng biến
thủy lực hoạt động của van vì các vị trí cuối chỉ được giữ bằng áp lực dầu.
Thiết kế sao cho việc điều chỉnh được thực hiện với áp suất dầu động cơ có
sẵn ngay cả khi điều kiện khó khăn. Một máy bơm dầu bổ sung tốn kém có
thể được phân phối cùng. Nguyên tắc thời gian này được sử dụng trong nhiều
loại động cơ của Audi, Porsche (Hình 10-71) và Volkswagen.
Sự phát triển của việc điều chỉnh liên tục thay đổi của trục cam nạp đã cho
phép nhiều hơn hai các vị trí trục cam cần giữ.
BMW là hãng đầu tiên sử dụng trục cam điều chỉnh biến liên tục điều chỉnh
trong sản xuất hàng loạt (Hình 10-72). Đầu tiên, điều này chỉ được sử dụng
cho trục cam nạp, nhưng tiếp theo sau đó là điều chỉnh biến đổi liên tục của
cửa nạp và cam xả. Một thế hệ mới của bộ điều chỉnh trục cam được đại diện
bởi các hệ thống được thiết kế xung quanh nguyên tắc xoay động cơ.


Trong hệ thống này, cả khí nạp và khí thải trục cam có thể dễ dàng thích ứng
với đầu xi lanh. Bên trong bộ định thời gian là một rôto có thể xoay được cố
định chắc chắn vào trục cam. Phần bên ngồi được dẫn động bằng dây xích
hoặc dây đai có răng cưa. Sự kết nối giữa các bộ phận bên ngồi và bên trong
được hình thành bởi khơng gian dầu chứa đầy áp suất dầu động cơ và có chứa
rơto quay. Cả hai mặt của cánh quạt được cung cấp áp suất dầu thông qua một

bộ điều khiển điện tử Van tỷ lệ 4/2 chiều.
Vị trí góc tương đối của trục cam được thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi áp
suất dầu trên cả hai mặt của rơto. Vị trí góc của trục cam được đo bằng cảm
biến được so sánh với vị trí do hệ thống Motronic thiết lập. Vị trí mong muốn
của trục cam được điều chỉnh vĩnh viễn bằng cách kiểm soát tỷ lệ van để giữ
các vị trí trung gian ổn định của rơto và do đó, của trục cam. Dầu chỉ được
cung cấp bởi dầu động cơ mà khơng có một máy bơm bổ sung. Hệ thống
được điều khiển bởi tốc độ, tải và nhiệt độ động cơ. So với thông thường, có
răng, biến thiên liên tục bộ điều chỉnh trục cam, những hệ thống này đại diện
cho nhiều giải pháp kinh tế để người ta có thể mong đợi việc sử dụng chúng
ngày càng tăng trong các động cơ đánh lửa loạt. Thời gian và tiền chi để sản
xuất các thành phần cũng có thể giảm khi các bộ phận của các bộ phận được
thiêu kết và phớt của khoang chứa dầu có thiết kế đơn giản. Thời gian các
thiết bị loại này thậm chí có thể tiết kiệm hơn thiết bị định thời hai bước có
răng. Mơ tả chính xác hơn về hệ thống này được tìm thấy trong Tham khảo.
[13]. Thiết kế của bộ điều chỉnh trục cam kép có xoay động cơ của HydraulikRing cho động cơ sáu xi lanh là được hiển thị trong Hình 10-73.5 Hình 10-74
và 10-75 cho thấy sự sắp xếp của bộ điều chỉnh trục cam kép với động cơ
xoay bên trái ngân hàng xi lanh của động cơ 3.0 1 Audi V6. Trong công cụ
này, một thiết bị thời gian hai bước được sử dụng ở phía van xả, và một thiết
bị định thời thay đổi liên tục được sử dụng trên van nạp bên. Với thiết kế
truyền động trục cam dây đai có bánh răng này, vỏ thiết bị định thời cần được
bọc kín bằng dầu. Ngồi các hệ thống dịng Hydraulik-Ring được sử dụng bởi


Audi và VW, các hệ thống tương tự với động cơ xoay được sử dụng bởi
Renault, Toyota và Volvo.14 Nhiều loại van thủy lực được sử dụng cho điều
khiển thủy lực của bộ điều chỉnh trục cam.14 Thông thường, van điều khiển
hướng được sử dụng để kiểm soát dầu lưu lượng. Chúng có thể được chia nhỏ
thành tỷ lệ và van chuyển mạch. Bộ điều chỉnh trục cam chỉ chứa hai vị trí
cuối và do đó, chỉ có thể có hai thời điểm điều khiển khác nhau được trang bị

van 4/2 chiều. Ngày nay, van tỷ lệ chủ yếu 4/3 chiều là được sử dụng cho các
hệ thống biến thiên liên tục (Hình 10-76) . phần lớn kỹ thuật van thủy lực ít
liên quan đến sản xuất van riêng lẻ cho loạt nhỏ hơn với thực hiện các yêu cầu
kỹ thuật để tiết kiệm sản xuất loạt lớn. Những bài tốn khó của bộ truyện sản
xuất cần được xử lý như dầu bẩn, động cơ rung động, dao động nhiệt độ cao
hoặc dao động trong nguồn cung cấp năng lượng cho xe. Thông thường một
van đặc biệt được sử dụng để điều chỉnh các van phù hợp với từng động cơ.
Một hệ thống mô-đun được cân nhắc kỹ lưỡng rất hữu ích để đáp ứng yêu cầu
của sản xuất hàng loạt tiết kiệm. Sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà phát triển
van biến thiên hệ thống truyền động và các nhà phát triển động cơ là yếu tố
cần thiết để sản xuất hàng loạt thành công.
1.1.4. Phản ánh về Bộ điều chỉnh trục cam.
Tổng quan về các đơn xin cấp bằng sáng chế cho trục cam bộ điều chỉnh và số
lượng các hệ thống khác nhau trong sản xuất động cơ minh họa rõ ràng rằng,
trong tương lai, có lẽ tất cả động cơ đánh lửa hiện đại sẽ sử dụng bộ điều
chỉnh trục cam Chúng tôi biết không có hệ thống hàng loạt động cơ sản xuất
nào chỉ với một trục cam trong đó nạp và xả cam có thể quay ngược chiều
nhau. Có lẽ nó có thể có ý nghĩa, tuy nhiên, để bù đắp tồn bộ trục cam thông
qua bộ điều chỉnh trục cam, nếu chỉ ở góc điều chỉnh hẹp. Có nhiều lý do để
sử dụng thiết bị định thời cho phép bù biến liên tục của trục cam. Nó cũng
được khuyến nghị sử dụng các hệ thống này cho nhiều mảnh ghép động cơ có
trục cam kép trong đó một hệ thống dán vào trục cam. Đặc biệt, việc kiểm


sốt tuần hồn khí thải bên trong với sự thay đổi liên tục hệ thống có thể có
ảnh hưởng tích cực đến trực tiếp xả khí thải.
Để thực hiện nguyên tắc chức năng, các nhà thiết kế thích các thiết bị định
thời với động cơ xoay. Trọng tâm chính trong số các yếu tố này là về sự phát
triển và sử dụng ánh sáng các thành phần và giảm trọng lượng. Động cơ xoay
có thể được điều khiển kinh tế và dễ dàng bằng van điều khiển trực tiếp thủy

lực. Sự hài hòa của các van với thiết bị thời gian là một trong những nhiệm vụ
kỹ thuật thiết yếu trong quá trình phát triển. Ở đây cũng vậy, mục đích là hạ
thấp chi phí. Ngược lại với các hệ thống khác đã biết về việc thay đổi thời
gian điều khiển trong quá trình hoạt động, bộ điều chỉnh trục cam có thiết kế
đơn giản và tương ứng kinh tế. Các hệ thống này nên được tích hợp trong đầu
xi lanh thiết kế ban đầu trong quá trình phát triển ban đầu của đầu xi lanh. Sự
tuần hoàn dầu cần thiết để điều chỉnh hệ thống có thể sau đó được điều hòa dễ
dàng hơn với các van điều khiển hướng thủy lực. Vì khả năng cải thiện có thể
đạt được, các động cơ mới có thể sẽ ngày càng sử dụng các thiết bị định thời
thay đổi liên tục. Kiểm sốt khí thải bên trong tuần hồn u cầu thiết kế đầu
xi lanh với ít nhất hai trục cam. Thiết bị định thời trục cam biến thiên liên tục
hoạt động tương tự như trong động cơ đánh lửa với phun trực tiếp. Trong
trường hợp này, ống xả bên trong tuần hồn khí có thể được kiểm sốt bởi hệ
thống này. Điều chỉnh trục cam cũng sẽ được sử dụng cho q trình đốt. Bộ
điều chỉnh trục cam có thể được kết hợp với biến tác động của van cho phép
hành trình hoặc độ mở của van thời gian được thay đổi. Porsche đã sử dụng
phương pháp này trong một loạt động cơ sáu xi-lanh.16 Nhiều ứng dụng được
có thể đối với bộ điều chỉnh trục cam cung cấp đáng kể tối ưu hóa tiềm năng
của động cơ đốt trong. Hệ thống truyền động van biến thiên vô cấp cần tập
trung về cải tiến tiềm năng có thể đạt được với những biện pháp này.


1.2.

Hệ thống với các sự thay đổi các bước của Hành trình van

hoặc thời gian mở.
Honda lần đầu tiên sử dụng hệ thống truyền động van biến thiên trong sản
xuất hàng loạt động cơ đánh lửa với Hệ thống VTEC ảnh hưởng đến hành
trình van hoặc van thời gian mở cửa.4 Nguyên tắc dựa trên một cánh tay

rocker giải pháp trong đó, bằng cách di chuyển các pít-tơng nhỏ, được dẫn
động bằng thủy lực bên trong cánh tay đòn, khớp nối khác nhau có thể đạt
được trạng thái để cho phép chuyển đổi giữa các đường viền cam khác nhau.
Hình 10-77 cho thấy một phác thảo của Hệ thống được sử dụng trong động cơ
bốn van với trục cam kép. Phần bên phải của hình biểu diễn một cách đẳng áp
của sự bố trí van và trục cam. Cho mỗi xi lanh, trục cam có một cam trung
tâm với một van lớn đột quỵ và hình học thời gian mở. Bên cạnh là một chiếc
cam biên dạng với các đường viền cam nhỏ hơn. Bên trong cánh tay của
rocker môđun, một piston gồm hai phần được dịch chuyển nhờ áp suất dầu
song song với trục của trục cam. Điều này được thực hiện tùy thuộc vào ánh
xạ động cơ như một hàm của tốc độ động cơ, áp suất đường ống cảm ứng, tốc
độ xe hoặc chất làm mát nhiệt độ. Dầu được cung cấp để chuyển đổi cam
đường viền thông qua các lỗ và các kênh trong ổ trục trục mà mơ-đun cánh
tay quay của rocker quay trên đó. Khi hoạt động ở tốc độ thấp, các đường
viền cam nhỏ hơn sẽ hoạt động trên bề mặt trượt của cánh tay rocker. Các tay
rocker là được phân tách bằng cách hài hịa chính xác hình dạng của piston
điều chỉnh hai phần với chiều rộng cánh tay đòn. A hành trình tương đối được
tạo ra giữa cánh tay điều khiển trung tâm và các tay rocker cá nhân ở bên
cạnh. Trung tam cánh tay rocker được hỗ trợ trên một phần tử lị xo. Khơng
gian cho điều này phải được tạo ra trong đầu xi lanh. Trong đầu xi lanh thiết
kế với nhiều hơn bốn van, đây là một thách thức đối với nhà phát triển. Khi
ghép nối như hình trong Hình 10-77, cam trung tâm hoạt động trên mơ-đun
cánh tay quay, và tất cả các thành phần được di chuyển đồng thời mà không
cần một đột quỵ tương đối. Pít-tơng điều chỉnh hai phần được đặt lại với một


lò xo nhỏ. Áp suất dầu điều chỉnh được thiết lập bởi mạch dầu động cơ mà
không cần thêm dầu máy bơm. Hệ thống VTEC nằm trên cửa nạp và van xả
bên.
Đối với giải pháp này và các giải pháp tương tự, Honda đã phát triển nhiều

đơn xin cấp bằng sáng chế. Theo số lượng khác nhau chỉ riêng các nhà phát
minh trong số các ứng dụng bằng sáng chế, chúng ta có thể đốn số lượng lớn
của sự phát triển. Giải pháp bốn van với một hoặc hai trục cam đã được tạo ra
cho các động cơ sản xuất. Cả con lăn của rocker và cánh tay của rocker với
các bề mặt trượt được sử dụng.7 Có đến ba hoạt động khác nhau đường viền
cam đã được thực hiện trong bối cảnh này. Mitsubishi cũng đã phát triển một
hệ thống loạt tương tự đối với động cơ bốn và sáu xi-lanh dựa trên cùng một
nguyên tắc chức năng. Trong giải pháp này, ba đường viền cam là được sử
dụng và một đường viền cam bao gồm một vòng tròn cơ sở để dừng lại cái
van. Với cả hai động cơ, hai và ba xi lanh là ngừng sử dụng hệ thống truyền
động van này. Để đạt được điều này, Mitsubishi yêu cầu một bơm dầu nhỏ
trong đầu xi lanh. DaimlerChrysler sử dụng tác động van biến thiên để dừng
các xi-lanh trong động cơ V8 và V12. Giải pháp dựa trên mô-đun bộ điều
chỉnh van được sử dụng với trục cam trung tâm theo cách tiếp cận ba van.
Hình 10-78 hiển thị mô-đun bộ điều chỉnh van của hệ thống này mà khơng có
trục cam. Ngun tắc chức năng cũng giống như giải pháp Honda mô tả ở
trên. Bên trong con lăn rocker mô-đun, một piston điều chỉnh hai phần được
chuyển động bằng điện thủy lực chống lại lực lò xo. Tùy thuộc vào trạng thái
khớp nối, các đường viền cam khác nhau được chọn giữa các hành trình van,
ngoại trừ một hành trình van là hành trình 0, và điều này dừng các van để
đóng các xi lanh.
Mục tiêu chính của hệ thống được sử dụng trong trường hợp này là giảm tiêu
thụ nhiên liệu trong quá trình vận hành có tải từng phần bằng cách dừng các
xi lanh. Điều này đặc biệt hiệu quả với động cơ có dung tích lớn với nhiều xi
lanh. Có rất ít ảnh hưởng đến sự vận hành trơn tru của các động cơ này.


Những biện pháp này có thể giảm tiêu thụ khoảng 15% so với động cơ thông
thường. Tương tự như Mitsubishi và Honda, Toyota cũng đã theo đuổi các
giải pháp sản xuất hàng loạt liên quan đến việc chuyển đổi đường viền van ở

phía van nạp và van xả. Trong trường hợp này cũng vậy, một pít-tơng điều
chỉnh trong mơ-đun cánh tay đòn được đẩy bằng điện thủy lực chống lại lực
lị xo (Hình 10-79). Sự thật thú vị về giải pháp này là một rocker mô-đun cánh
tay được sử dụng trong đó con lăn là bề mặt tiếp xúc đối diện với cam ở tốc
độ thấp và bề mặt trượt là được sử dụng ở tốc độ cao. Ở tốc độ cao, mod-ule
cánh tay rocker được xoay bằng tiếp điểm trượt và điểm dừng bên dưới yếu tố
mất chuyển động cung cấp khớp nối. Trạm dừng được tổ chức bởi áp suất dầu
và được chuyển động bởi lực lò xo ở tốc độ thấp về phía tâm chịu lực của mơđun cánh tay địn. Ở trên cao tốc độ, bề mặt trượt giảm xuống do mất chuyển
động phần tử vào mơ-đun cánh tay rocker. Lực lị xo của yếu tố mất chuyển
động có thể được tối thiểu kể từ khi di chuyển khối lượng của nguyên tố cũng
thấp. Đối với giải pháp này, Toyota cũng sử dụng một bộ điều chỉnh trục cam
biến thiên liên tục trên van nạp bên. Sự kết hợp này cho phép đường cong
nâng van thay đổi rộng rãi trái ngược với động cơ có thời gian kiểm sốt cố
định.
Porsche có truyền thống sử dụng các giải pháp rối dây đối với động cơ bốn
van. Năm 2000, Porsche trình làng một động cơ turbo lần đầu tiên động cơ có
van biến thiên bằng cách sử dụng các hành trình van khác nhau với một đoạn
gầu chuyển mạch.16 Ngoài ra, một thiết bị điều khiển trục cam đã được đặt
trên phía van nạp để cung cấp hai vị trí thời gian điều khiển. Như với Toyota,
sự kết hợp của hai hệ thống hoạt động độc lập của van biến thiên được sử
dụng. Các chuyển đổi xô tappet có thể thực hiện hai hành trình van và bao
gồm một đoạn bên trong và bên ngồi (Hình 10-80). Nó là vị trí quay được
định hướng bởi một hướng dẫn đặc biệt trong đầu xi-lanh. Bề mặt có thể có
hình quả bóng để tạo ra những cú đánh tối đa mạnh mẽ tương ứng. Bên trong
đoạn mã là các pít tơng nhỏ được kích hoạt bằng thủy lực kích hoạt bên trong


hoặc bộ điều khiển bên ngồi để kích hoạt van tùy thuộc vào vị trí. Trong
trường hợp này, thuật ngữ "biến cơ học hoạt động van "là thích hợp vì chỉ
điều chỉnh piston được điều khiển bằng điện thủy lực và các van được kích

hoạt bởi sự tham gia tích cực cơ học của các thành phần. Thường sử dụng thế
hệ đầu xi lanh mới với kiểu truyền động van này. Hình dạng của cam đường
viền là quy ước; tức là, chúng trơn tru và có thể được sản xuất bởi các hệ
thống sản xuất cam thông thường. Tương ứng với phân loại trong Phần 10.4,
các giải pháp này đại diện cho các hệ thống có truyền dẫn biến đổi phần tử
giữa cam và van. Nguyên tắc chức năng là cơ học vì chỉ các thiết bị truyền
động cơ khí và các phần tử tiếp xúc được sử dụng trong dòng lực hướng tới
van truyền động. Piston điều chỉnh được điều khiển bằng thủy lực thông qua
van điều khiển hướng dẫn động bằng điện. Dự đoán rằng những hệ thống này
hoặc các hệ thống tương tự sẽ trở thành rộng rãi hơn trong các động cơ sản
xuất.
1.3.

Kích hoạt van biến thiên vô hạn.

Sau đây, chúng tôi thảo luận ngắn gọn về một số hệ thống cho phép một
đường cong nâng van biến thiên vơ hạn. đó là hệ thống sử dụng điều khiển
khơng cam cũng như những hệ thống có nguyên lý cơ năng sử dụng một trục
cam.
1.3.1. Hệ thống cơ khí.
Với hệ thống Valvetronic của mình, BMW đã tạo ra một hệ thống truyền động
van biến thiên liên tục trên van nạp bên. Tải của động cơ có thể được kiểm
soát duy nhất bằng van biến thiên nâng hạ. Hệ thống sử dụng một lực lượng
đặc biệt cơ cấu truyền động giữa cam và van và, tương ứng với phân loại
trong Phần 10.4, là được xếp vào hệ thống truyền động van biến thiên cơ học.
Trong Hình 10-81, chúng ta thấy hệ thống Valvetronic với trục cam nạp và
môđun van nạp. Trong dòng chảy của lực giữa trục cam và van, có một cơ cấu
truyền lực làm xoay cánh tay đòn của con lăn để tác động lên các van. Trục
cài đặt được thiết kế như một trục lệch tâm trục và được điều khiển bởi một

động cơ điều khiển điện thay đổi dạng hình học địn bẩy của cơ cấu truyền
lực. Van có thể đặt khoảng cách từ 0,3 đến 9,7 mm. Toàn bộ Quá trình điều
chỉnh có thể diễn ra trong vịng 0,3 giây. Các van tiết lưu thơng thường có thể
được phân phối với. Mất ma sát của bánh van có thể được giảm bớt trong quá
trình hoạt động bởi hành trình van biến thiên so với bánh răng van một chiều
vì lị xo van được nén ít hơn với hành trình van nhỏ hơn. Hình 10-82 cho thấy
một hệ thống truyền động van biến thiên được lắp đặt trong mặt cắt ngang của
đầu xi lanh. Các van xả bên vẫn hoạt động thông thường với một cánh tay
rocker. Không gian cần thiết cho hoạt động của van được giữ trong giới hạn.
Không gian trong xe chỉ được yêu cầu cho điều khiển động cơ. Trục lệch tâm,
cơ cấu truyền động, trục cam và động cơ điều khiển được lắp trước trong một
giá đỡ đúc riêng biệt và được gắn như một mô-đun vào đầu xi-lanh. Hệ thống
tương tự cũng đã được phát triển. Họ có Tuy nhiên, vẫn chưa được tìm thấy
trong stock engine. BMW có cũng được sử dụng bộ điều chỉnh trục cam biến
thiên liên tục trên cả hai trục cam ngồi hành trình biến thiên. Sự biến đổi thời
gian kiểm sốt có thể đạt được là đáng kể. Sự kết hợp này được sử dụng đầu
tiên trong động cơ bốn xi-lanh trong những chiếc xe du lịch nhỏ gọn. Ngược
lại với người tiền nhiệm mơ hình, tiết kiệm trong tiêu dùng khoảng 15% có đã
đạt được.
1.3.2. Hệ thống truyền động bằng thủy lực.
Trong những năm 1980, có một loạt các nỗ lực nghiên cứu xử lý tác động của
van biến thiên thủy lực. Các mục tiêu phát triển là hoạt động van có thể cài
đặt tự do qua mơi trường dầu. Một ví dụ về một thiết kế cần thay đổi thời gian
kiểm soát dựa trên nguyên tắc chức năng thủy lực là hệ thống của Fiat được
thể hiện trong Hình 10-83. Sự phát triển hướng tới các giải pháp tương tự đã
được thực hiện tại nhiều công ty. Van nạp được kích hoạt thơng qua trục cam
và một cơ cấu truyền động thuỷ lực. Với sự chuyển động của con rối trong
buồng cắt con rối, áp lực tạo ra di chuyển pít-tơng lên trên van và do đó, di
chuyển van. Áp suất dầu trong buồng rối có thể được ngắt bằng van điện từ.

Điều này hạn chế hành trình van, và tải động cơ có thể được kiểm sốt mà
khơng cần van tiết lưu van. Dầu có thể được chuyển đến buồng cắt rối thơng
qua một bình tích áp nhỏ. Van điện từ phải được thiết kế để chuyển đổi cực kỳ
nhanh chóng. Một vấn đề với loại van này hoạt động là hoạt động ở nhiệt độ
thấp và độ nhớt khác nhau mạnh mẽ liên quan của dầu. Cũng khó có được
đường cong nâng van tái tạo. Hiện tại, có rất ít hoạt động trong lĩnh vực
truyền động van biến thiên. Sự phát triển duy nhất mà chúng tôi được biết là
bởi Fiat. Liệu các hệ thống này có cơ hội rất khó để xác định được sử dụng
trong stock engine.
1.3.3. Hệ thống cơ điện.
Hệ thống camless có tiềm năng lớn nhất để thay đổi đường cong nâng van. Họ
sử dụng bộ truyền động van có thể đặt riêng bất kỳ thời gian điều khiển nào
của bất kỳ van nào. Dựa trên ý tưởng này, đã có những cuộc điều tra về hoạt
động của van với một nguyên tắc chức năng cơ điện cho khoảng 20 năm. Một
phần ứng giữa hai cuộn dây được cung cấp điện luân phiên được nối với van
chu kỳ sạc qua thanh dẫn phần ứng. Ngoài ra, lị xo được sử dụng kích hoạt
phần ứng và van. Phần ứng là kích thích rung khi cuộn dây dưới cùng hoặc
trên cùng được cung cấp Với sức mạnh. Hành trình van có thể được đặt từ 0
mm đến a hành trình tối đa và tải của động cơ có thể được kiểm soát bằng
cách thay đổi độ nâng van. Hình 10-84 cho thấy cấu trúc cơ bản của loại điều
khiển này. Đến mở van, nam châm mở được kích thích với dịng điện, và nam
châm gần hơn được kích thích để đóng nó. Khi mà cuộn dây khơng bị kích
thích với dịng điện, phần ứng và do đó, van vẫn ở vị trí giữa các cuộn dây.
Điều này vị trí được giữ bởi lị xo. Trong trường hợp hệ thống bị lỗi hoặc
động cơ ngừng hoạt động, có một khoảng trống tương ứng trong pít-tơng.
Tương lai sẽ cho thấy mức độ mà loại truyền động van biến thiên sẽ thay thế
hoạt động van cơ khí hồn tồn trong động cơ cổ phiếu. Tiềm năng bổ sung
để cải thiện nhiệt động lực học so với các hệ thống như hệ thống Valvetronic

của BMW được đề cập trong Phần 10.4.3.1 bị hạn chế.


Phần.2.

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP

VÀ CHÁY
2.1.

TRÊN ĐỘNG CƠ

Sự hình thành hỗn hợp (hịa khí ) trong động cơ đốt trong

2.1.1. Khái niệm sự hình thành hịa khí
Hình thành hịa khí là q trình tạo ra hỗn hợp giữa nhiên liệu và khơng
khí có thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. Hỗn hợp
đó gọi là hịa khí. Hình thành hịa khí có ảnh hưởng quyết định đến q trình
cháy, qua đó đến tính kinh tế, tính hiệu quả, độ êm dịu và chất lượng khí thải
của động cơ.
Tỷ lệ khơng khí với nhiên liệu được gọi là thành phần hồ khí. Thành
phần hồ khí được đánh giá theo một trong 2 chỉ tiêu sau đây:
* Hệ số dư lượng khơng khí:
Trong đó:
Gkk- lưu lượng khơng khí thực tế cấp cho động cơ ở một chế độ cụ thể,
kg/s.
Gnl - lưu lượng nhiên liệu cấp cho động cơ ở một chế độ cụ thể kg/s
L0- lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoà toàn 1kg nhiên
liệu, kg/kg
* Tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu ( Air/ Fuel ratio – viết tắt là A/F):

Trong quá trình làm việc động cơ địi hỏi thành phần hồ khí ở mỗi chế
độ làm việc khác nhau.
* Tỷ lệ hịa khí của động cơ:
- Ở chế độ làm việc khởi động ở chế độ làm việc thấp (0 0C) thì tỷ lệ
khơng khí và nhiên liệu (A/FR) là 1:1.


- Ở chế độ làm việc khởi động ở chế độ nhiệt độ thường (20 0C) thì tỷ lệ
khơng khí và nhiên liệu là 5:1.
- Ở chế độ làm việc khơng tải thì tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu là 11:1.
- Ở chế độ làm việc chạy chậm thì tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu là 1213:1.
- Ở chế độ làm việc tăng tốc thì tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu là 8:1.
- Ở chế độ làm việc với cơng suất cực đại thì tỷ lệ khơng khí và nhiên
liệu là 12- 13:1.
- Ở chế độ làm việc với tốc độ trung bình thì tỷ lệ khơng khí và nhiên
liệu là 16- 18:1.
Sự hình thành hịa khí có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng q
trình cháy, do đó ảnh hưởng đến tính kinh tế, tính hiệu quả, độ êm dịu và mức
độ độc hại của khí thải của động cơ.
Q trình hình thành hịa khí bao gồm các q trình lý hóa phức tạp,
đan xen hoặc kế tiếp nhau tùy theo loại động cơ.
2.1.2.

Phân loại kiểu hình thành hịa khí

- Theo loại nhiên liệu:
Hình thành hịa khí trong động cơ xăng.
Hình thành hịa khí trong động cơ diesel.
- Theo vị trí hình thành hịa khí:

Hình thành hịa khí bên trong xi lanh.
Hình thành hịa khí bên ngồi xi lanh.
- Theo tính chất của hịa khí:
Hình thành hịa khí đồng nhất.


Hình thành hịa khí khơng đồng nhất.
2.2.

Hình thành hỗn hợp trong xi lanh

Sự hình thành hỗn hợp bên trong xảy ra bên trong xylanh của một động cơ
đốt trong. Không khí được dẫn qua piston và bị nén, và sau đó nhiên liệu
được phun
vào khơng khí nén tại một thời điểm thích hợp. Hỗn hợp nhiên liệu khơng khí
trở thành một thành phần dễ bắt lửa trong một số phạm vi , dẫn đến sự bốc
cháy của hỗn hợp ở một nhiệt độ tương ứng. Sự không đồng nhất rõ rệt phát
sinh với kiểu hình thành hỗn hợp này , nhiên liệu khơng khí cục bộ tỷ lệ giữa
λ = 0 (nhiên liệu tinh khiết) và λ = (khơng khí tinh khiết) phát sinh. Ngọn lửa
khuếch tán gây ra sự cháy.Nhiên liệu sử dụng phải đáp ứng các tiêu chí chất
lượng đánh lửa nhất định. Phản ứng xảy ra với các giọt đã chuẩn bị, tức là các
giọt được bao quanh bởi một hỗn hợp dễ bắt lửa. Động cơ diesel đã cung cấp
một điển hình ví dụ về sự hình thành hỗn hợp bên trong. Gần đây, có sự phát
triển ngày càng tăng của động cơ đánh lửa cưỡng bức cũng sử dụng sự hình
thành hỗn hợp bên trong. được gọi là động cơ đánh lửa cưỡng bức bằng tia
lửa điện. Điểm khác biệt cơ bản so với động cơ diesel là sử dụng xăng và
nguồn đánh lửa bên ngồi. Trong tương lai, chúng ta có thể mong đợi rằng
động cơ đánh lửa với sự hình thành hỗn hợp bên trong sẽ đại diện cho một
phần lớn của tất cả các động cơ được sản xuất kể từ khi tiềm năng của họ
trong việc giảm tiêu thụ nhiên liệu xuất hiện lớn hơn so với động cơ diesel

phun trực tiếp.
2.2.1. Hệ thống phun xăng trực tiếp
Ở động cơ phun xăng trực tiếp q trình hình thành hịa khí được thực hiện
bên trong xi lanh xăng được phun trực tiếp vào xi lanh với áp xuất cao 40 bar
nên rất tơi. Tiếp đó lại được sấy nóng bởi các chi tiết trong buồng cháy và khí
sót nên nhanh chóng bay hơi và hịa trộn tạo thành hịa khí.


Hình 2.4. Hệ thống phun xăng trực tiếp
Để đốt được hịa khí nghèo nhằm mục đích giảm tiêu thụ nhiên liệu và
khí độc hại trong khí thải người ta sử dụng phương pháp hình thành hịa khí
phân lớp (Strafied Mixture Formation). Bản chất của phương pháp này là tổ
chức hình thành hịa khí sao cho tạo sự phân bố khơng đồng nhất (phân bố
lớp) của hịa khí, bugi đánh lửa được bố trí tại vị trí sao cho khi bật tia lửa
điện thì hịa khí tại đây có  = 0,85 - 0,95 để dễ bén lửa tốt nhất, phần hịa khí
này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hịa khí cịn lại có  lớn hơn
(hịa khí siêu nghèo).


Hình 2.5. Động cơ phun xăng trực tiếp của hãng Mitsubishi
1. Đường ống nạp;2,4. Các xuppáp;3. Bugi; 5. Vòi phun; 6. Buồng cháy
Hình 2.5 mơ tả phương pháp hình thành hịa khí bằng cách phun trực tiếp vào
động cơ xăng của hãng Mitsubishi áp dụng phương pháp hình thành hịa khí
phân lớp ở chế độ khơng tải 50 %.
Khi đó xăng được phun vào cuối quá trình nén, do ảnh hưởng của hình
dạng buồng cháy trên đỉnh piston tạo thành đám mây hịa khí khơng đồng
nhất bốc lên tới bugi, tại đây hịa khí đạt giá trị dễ bén lửa. Để điều chỉnh tải ở
chế độ này, người ta chỉ thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy, còn
lượng khơng khí nạp giữ khơng đổi (giống như động cơ điêzen gọi là điều
chỉnh chất).

Còn khi động cơ làm việc từ 50 % tải đến toàn tải, xăng được phun vào
đầu q trình nạp. Khi đó xăng bay hơi và hịa trộn với khơng khí trong xi
lanh tạo thành hịa khí trong suốt q trình nạp và nén nên có thể coi là đồng
nhất. Để điều chỉnh tải trọng ở chế độ này người ta sử dụng bướm ga để điều
chỉnh hỗn hợp giống như ở động cơ phun xăng gián tiếp vào đường ống nạp.


2.3.

Hình thành hỗn hợp bên ngồi xi lanh

Sự hình thành hỗn hợp bên ngoài là đặc trưng trong động cơ đánh lửa thơng
thường. Khơng khí và nhiên liệu được trộn lẫn trước khi chúng đi vào xi lanh
của động cơ. Một hỗn hợp đồng nhất nhiều hơn hoặc ít hơn bao gồm khơng
khí và hơi nhiên liệu được tạo ra. Điều này chủ yếu được tìm thấy trong các
động cơ có bộ chế hịa khí hoặc phun một điểm như cơ chế tạo hỗn hợp. Có
đủ thời gian có sẵn để trộn khơng khí và nhiên liệu và vận chuyển hỗn hợp
này đến van nạp. Sự nguy hiểm của những kiểu hình thành hỗn hợp này là
nhiên liệu có trong hịa khí sẽ ngưng tụ trên thành ống nạp lạnh, và hịa khí sẽ
phân phối khơng đều cho các xi lanh riêng lẻ. Loại phun vào đường ống nạp
được sử dụng ngày nay loại bỏ những nhược điểm; nhiên liệu được phun trực
tiếp trước van nạp và một phần hướng về van nạp mở và vào xi lanh. Trong
trường hợp này, có đủ thời gian thích hợp để đồng nhất hỗn hợp trong quá
trình nạp và giai đoạn nén
2.3.1. Hệ thống phun xăng đơn điểm

Hình 2.1. Hệ thống phun xăng đơn điểm