ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tiểu luận môn chuyên đề 1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG VVT I GVHD TRẦN XUÂN DUNG NHÓM 8 PHAN HỒNG EM MSSV 19645232 HỨA TRƯỜNG SƠN MSSV 19645251 NGUYỄN.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VVT-I
HỆ THỐNG VVT-I
Xu hướng phát triển ô tô hiện đại tập trung vào việc tăng tốc độ tối đa từ 180-250 km/h lên 250-330 km/h đồng thời giảm tiêu hao nhiên liệu nhờ các giải pháp tối ưu hóa hệ thống động cơ Các công nghệ như điều khiển pha phối khí hoặc thay đổi hành trình xupáp thông minh đã được các nhà sản xuất ô tô ứng dụng để nâng cao hiệu suất động cơ Nhiều hãng xe nổi tiếng như Toyota, Honda, Mitsubishi, BMW và Nissan đã phát triển các công nghệ như VVTL-i, VTEC, MIVEC, VALVETRONIC và VVEL, chứng tỏ tầm quan trọng của việc cải tiến hệ thống phun nhiên liệu và điều khiển van biến thiên trong việc nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Bài viết này sẽ giới thiệu chi tiết các công nghệ này giúp độc giả hiểu rõ hơn về xu hướng phát triển của ô tô hiện đại.
Hiện nay, trên động cơ ôtô xuất hiện nhiều ký hiệu chữ cái viết tắt như VTEC, i-VTEC của Honda và VVT-i, VVTL-i của Toyota nhằm quảng bá các công nghệ tiên tiến mới nhất của hãng Tuy nhiên, những ký hiệu phức tạp này khiến người tiêu dùng khó hiểu rõ về các công nghệ đột phá này, ảnh hưởng đến quyết định mua xe của họ.
Hình 2.2 Hệ thống điền khiển bằng thủy lực
Các loại động cơ 4 kỳ hiện đại trên ôtô sử dụng cơ cấu phối khí thông minh, giúp tự động điều chỉnh thời điểm đóng mở xupap và pha phối khí hiệu quả Hệ thống điều khiển trục cam thông minh còn thay đổi độ nâng của xupap phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
Honda trang bị động cơ VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control), giúp tối ưu hóa pha phối khí và độ mở van điều khiển điện tử để nâng cao hiệu suất động cơ Hệ thống VTEC hoạt động như một thiết bị nén hoặc tuốc bin tăng áp, tạo ra khả năng cuốn cao và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả, từ đó tăng công suất vượt trội cho xe.
Honda đã phát triển các thế hệ động cơ như hệ thống VTEC-E, trong đó sử dụng bộ truyền động van với hai chế độ cam khác nhau để tối ưu hóa hiệu quả nhiên liệu Hệ thống này hoạt động bằng cách sử dụng cam ngắn hơn để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách mở van với độ mở ít hơn Khi động cơ đạt vòng tua cao, chốt khóa cam sẽ mở khóa để tăng thời gian mở van, từ đó nâng cao công suất động cơ phù hợp với điều kiện vận hành.
Hệ thống 3STAGE VTEC hoạt động dựa trên ba chế độ cam khác nhau, mỗi chế độ điều khiển một pha mở và nâng van theo thời gian khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất động cơ Trong khi đó, hệ thống i-VTEC (Intelligent VTEC) của Honda là công nghệ điều khiển van thành công nhất, ra mắt năm 2001, sử dụng thiết bị điều chỉnh thời gian van nạp biến thiên liên tục và hệ thống quản lý bằng máy tính để nâng cao mô-men xoắn, hiệu suất nhiên liệu và độ bền của động cơ.
AVTEC là hệ thống công nghệ cao của Honda ra mắt năm 2006, kết hợp ưu điểm của hệ thống i-VTEC với công nghệ điều khiển pha biến thiên liên tục Hệ thống AVTEC giúp tiết kiệm nhiên liệu lên tới 13% so với i-VTEC và giảm khí thải tới 75% so với tiêu chuẩn năm 2005 Tuy nhiên, tính đến hiện tại, hệ thống này vẫn chưa được trang bị trên các mẫu xe ô tô mới của Honda.
Hệ thống VTEC của Honda là bước đột phá trong phát triển động cơ đốt trong, giúp giải quyết vấn đề về hiệu suất hoạt động Công nghệ này không những nâng cao công suất của động cơ mà còn tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu, mang lại xe có hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu vượt trội cho khách hàng.
Hãng xe Nhật Bản Toyota nổi bật với công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing – intelligent), giúp điều chỉnh thời điểm phối khí một cách linh hoạt, nâng cao hiệu suất động cơ Ngoài ra, Toyota còn phát triển công nghệ VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift – intelligent), cho phép thay đổi cả thời điểm phối khí và hành trình của xupáp, tối ưu hóa công suất và tiết kiệm nhiên liệu Các công nghệ này giúp xe Toyota vận hành thông minh, mang lại trải nghiệm lái mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ động cơ.
Hệ thống VVT-i thường sử dụng áp suất thủy lực để điều chỉnh thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam nạp, giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy Việc này không chỉ tăng công suất động cơ mà còn cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, nhưng hệ thống VVT-i linh hoạt điều chỉnh để phù hợp với điều kiện hoạt động của xe, mang lại hiệu quả vận hành tối ưu.
Hệ thống điều khiển thời điểm phối khí điều chỉnh xoay trục cam trong phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu để tối ưu hóa hiệu suất động cơ dựa trên dữ liệu từ cảm biến Hệ thống VVTL-i, dựa trên VVT-i, sử dụng cơ cấu đổi vấu cam để điều chỉnh hành trình của xupáp nạp và xả, giúp tăng công suất mà không ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu hay khí thải Những công nghệ này tối ưu hóa hoạt động của động cơ, nâng cao hiệu suất và giảm tác động môi trường.
BMW gọi công nghệ này là VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung), một hệ thống điều chỉnh cam biến thiên giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ Hệ thống VANOS hoạt động dựa trên nguyên tắc kiểm soát các cơ cấu trong hệ thống để điều chỉnh vị trí của trục cam nạp so với trục khuỷu, từ đó nâng cao khả năng tăng tốc và tiết kiệm nhiên liệu cho xe.
Hệ thống điều chỉnh kiểu VANOS tối ưu hóa hệ thống phân phối khí bằng cách điều chỉnh trục cam nạp và trục cam xả, kiểm soát chính xác thời điểm đóng mở xupáp phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ Nhờ cơ cấu xúpáp nạp và xúpáp xả được điều chỉnh hợp lý, hệ thống giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải thất thoát ra ngoài, qua đó giảm chi phí vận hành động cơ Ngoài ra, hệ thống VANOS còn làm tăng công suất định mức của động cơ, nâng cao hiệu quả kinh tế khi sử dụng.
Ngoài ra còn một số hãng khác như:
Mitsubishi có động cơ MIVEC ( Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ): hệ thống điều khiển van bằng hệ thống kiểm soát thời gian bằng điện tử.
Nissan có động cơ VVL ( Variable Valve Lift and Timing): độ mở van và thời gian. Porsche gọi là VarioCam Plus: van biến thời gian.
Subaru đã giới thiệu công nghệ Dual AVCS, nhằm nâng cao hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu Hiện nay, trên các động cơ ôtô, nhiều ký hiệu chữ cái viết tắt như HONDA VTEC hay i-VTEC, Toyota VVT-i và VVTL-i được sử dụng để quảng bá các công nghệ mới nhất của hãng Tuy nhiên, những ký hiệu phức tạp này có thể gây khó hiểu cho người tiêu dùng về các tính năng và ưu điểm của các công nghệ này.
Hệ thống phân phối khí VVT
Hình 2.7 Cấu tạo hệ thống VVT-i
Trên mỗi chiếc xe Toyota, dòng chữ VVT-i xuất hiện ở vị trí hai bên cửa xe, thu hút sự chú ý của người tiêu dùng VVT-i, viết tắt của Variable Valve Timing with intelligence, là công nghệ danh giá của Toyota giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu Công nghệ này điều chỉnh thời điểm mở và đóng van của động cơ, từ đó nâng cao công suất và giảm lượng khí thải Việc hiểu rõ ý nghĩa của VVT-i giúp khách hàng lựa chọn xe Toyota phù hợp, đồng thời nhận biết về những ưu điểm nổi bật của công nghệ này trong việc cải thiện hiệu suất xe.
VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) là hệ thống phun xăng của Toyota dựa trên nguyên lý điện thủy lực, giúp tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp Hệ thống này hoạt động dựa trên chế độ làm việc của động cơ và các thông số điều khiển chủ động, mang lại hiệu suất vận hành tối ưu và tiết kiệm nhiên liệu VVT-i là công nghệ tiên tiến giúp cải thiện công suất, giảm khí thải và nâng cao trải nghiệm lái xe.
Hiệu suất động cơ phụ thuộc lớn vào hệ thống cung cấp nhiên liệu chính xác và hiệu quả Hệ thống van nạp biến thiên VVT-i giúp nâng cao mô-men xoắn, giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại Các thành phần chính của hệ thống bao gồm ECU 32 bit, bơm nhiên liệu, bộ điều khiển phối khí VVT điện tử, cùng các cảm biến như cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu và nhiệt độ nước làm mát VVT-i thường phối hợp với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, hệ thống phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện tử, và bugi iridium giúp tối ưu hoá hiệu suất vận hành của động cơ.
Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp dữ liệu quan trọng cho ECU để tự động tính toán thông số phối khí tối ưu, nhằm nâng cao hiệu suất động cơ Hệ thống VVT-i giúp điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp, thay thế hệ thống cam cũ với độ mở cố định, bằng cách thay đổi độ mở và thời điểm mở của van theo các yếu tố như lưu lượng khí nạp, tốc độ động cơ và nhiệt độ, từ đó tối ưu hóa quá trình nạp khí và đốt cháy Đồng thời, cảm biến đo nồng độ oxy dư ở ống xả cung cấp thông tin về tỷ lệ nhiên liệu đốt, giúp ECU điều chỉnh phối khí chính xác hơn để đạt hiệu quả cao và giảm khí thải.
Thông tin từ hệ thống được gửi về ECU để phối hợp xử lý và hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu, giúp tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường hiệu quả.
Hiện nay, VVT-i được áp dụng rộng rãi trên các mẫu xe hạng trung của Toyota, đặc biệt với thiết kế động cơ 4 xi-lanh cỡ vừa và nhỏ.
Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để điều chỉnh thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam nạp, giúp tăng công suất, cải thiện khả năng tiêu thụ nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm Nhờ vào việc điều khiển chính xác góc quay của trục cam theo tín hiệu từ các cảm biến, hệ thống này tối ưu hóa thời điểm phối khí phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ Điều này mang lại hiệu suất vận hành cao hơn và thân thiện với môi trường.
-khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ:
Thời điểm phối khí của trục cam nạp được điều chỉnh trễ lại để giảm độ trùng lặp xupáp, giúp hạn chế khí xả chảy ngược vào phía nạp Điều này giúp ổn định chế độ không tải, nâng cao hiệu quả vận hành của động cơ và góp phần cải thiện tiết kiệm nhiên liệu cũng như quá trình khởi động dễ dàng hơn.
- hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng
Thời điểm phối khí được điều chỉnh sớm hơn và độ trùng lặp xupáp tăng lên nhằm tăng cường EGR nội bộ, giảm mất mát khí do bơm, từ đó giúp giảm ô nhiễm khí thải và nâng cao hiệu quả nhiên liệu Đồng thời, thời điểm đóng xupáp nạp cũng được đẩy sớm hơn để hạn chế hiện tượng quay ngược khí nạp vào đường nạp, cải thiện hiệu quả nạp nhiên liệu và tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Khi tốc độ cao và tải nặng
Thời điểm phối khí được điều chỉnh sớm hơn và độ trùng lặp xupáp tăng lên nhằm nâng cao hiệu quả của EGR nội bộ và giảm tổn thất do bơm, từ đó giúp giảm ô nhiễm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Đồng thời, thời điểm đóng đường nạp cũng được điều chỉnh để cải thiện hiệu quả nạp khí, mang lại hiệu suất vận hành tối ưu Hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng cảm biến vị trí trục cam để đảm bảo thời điểm phối khí của xupáp nạp luôn đúng với tính toán, nâng cao độ chính xác và ổn định của quá trình vận hành động cơ.
Hình 2.9 Biều đồ thề hiện thời điểm phối khí cấu tạo
Hệ thống VVT-i gồm bộ chấp hành bao gồm bộ điều khiển VVT-i để xoay trục cam nạp, nguồn áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển dầu phối khí trục cam nhằm điều chỉnh đường đi của dầu.
Hình 2.10 Bộ điều khiển VVT -I
Hình 2.11 Bộ điều khiển VVT-i
Bộ điều khiển VVT-i gồm vỏ dẫn động bằng xích cam và các cánh gạt cố định trên trục cam nạp, giúp điều chỉnh liên tục thời điểm phối khí của trục cam nhờ áp suất dầu điều khiển Khi động cơ tắt, trục cam nạp chuyển sang trạng thái muộn nhất để đảm bảo khả năng khởi động dễ dàng Nếu áp suất dầu không đủ gửi đến bộ điều khiển VVT-i sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ giữ các cơ cấu bên trong để tránh tiếng gõ gây hại cho hệ thống.
Ngoài loại trên, còn có một loại píttông dọc chuyển theo hướng trục giữa các then xoắn của bánh răng bên ngoài và bánh răng trong gắn trực tiếp vào trục cam, nhằm thực hiện chức năng quay trục cam một cách hiệu quả.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam.
Hình 2.12 Van điều khiển phối khí trục cam VVT - i
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển từ ECU động cơ, giúp điều chỉnh chính xác vị trí van ống và phân phối áp suất dầu đến bộ điều khiển VVT-i để điều chỉnh thời điểm mở/sớm hoặc muộn của xupáp nạp Khi động cơ dừng hoạt động, hệ thống giữ thời điểm phối khí của xupáp nạp ở góc muộn tối đa để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.
Hệ thống VVT-i của Toyota là công nghệ điều phối khí bằng hệ thống phun xăng theo nguyên lý điện thủy lực, giúp tối ưu hóa quá trình phối khí động cơ Van điều khiển dầu phối khí trục cam điều chỉnh đường dầu nhằm thay đổi thời điểm phối khí dựa trên dòng điện từ ECU, góp phần cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp để điều chỉnh thời điểm mở và đóng xupáp, giúp làm sớm hoặc muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí phù hợp với từng điều kiện vận hành ECU động cơ sử dụng các cảm biến như cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu, cùng dữ liệu về tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để tính toán và điều chỉnh thời điểm đóng mở xupáp tối ưu Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên tắc phản hồi chính xác để duy trì thời điểm phối khí chuẩn, nâng cao hiệu quả nhiên liệu và giảm khí thải.
Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để điều chỉnh thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam nạp, giúp tăng công suất, nâng cao hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm Như hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để kiểm soát chính xác thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu, nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến Thường thì, thời điểm phối khí được cố định rõ ràng, nhưng hệ thống VVT-i cho phép linh hoạt điều chỉnh để phù hợp với điều kiện hoạt động của xe.
2.2.2.1 Làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 2.13 Góc làm sớm thời điểm phối khí
Công nghệ VVTL-i của Toyota
Hệ thống VVTL-i, dựa trên công nghệ VVT-i, sử dụng cơ cấu chuyển đổi vấu cam để điều chỉnh hành trình của xupáp nạp và xả Nhờ đó, hệ thống giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, mang lại công suất cao hơn mà không làm giảm khả năng tiết kiệm nhiên liệu hoặc tăng khí thải Công nghệ này giúp xe vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hệ thống VVTL-i có cấu tạo và hoạt động tương tự như hệ thống VVT-i, với điểm khác biệt chính nằm ở khả năng chuyển đổi giữa hai vấu cam có biên dạng khác nhau Quá trình này giúp thay đổi hành trình của xupáp, từ đó tối ưu hóa hiệu suất động cơ theo từng điều kiện vận hành Tính năng này mang lại lợi ích về tiết kiệm nhiên liệu và cải thiện công suất, đồng thời nâng cao trải nghiệm lái xe.
Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECU động cơ điều khiển chuyển đổi giữa hai vấu cam nhờ van điều khiển dầu VVTL, dựa trên các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu Hệ thống này giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu bằng cách điều chỉnh chính xác vị trí của vấu cam theo điều kiện hoạt động Việc sử dụng cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra chính xác và mượt mà Seo từ khóa: chuyển vấu cam, ECU động cơ, van dầu VVTL, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến vị trí trục khuỷu.
Hệ thống VVTL-i gồm các bộ phận chính như van điều khiển dầu, trục cam và cò mổ, tương tự như hệ thống VVT-i Các thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của hệ thống để tối ưu hiệu suất động cơ.
Van điều khiển dầu cho hệ thống VVTL điều chỉnh áp suất dầu cấp đến phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ Quá trình này được điều khiển chính xác bởi ECU động cơ thông qua thao tác điều khiển vị trí van ống, đảm bảo hoạt động linh hoạt và hiệu quả của hệ thống cam biến thiên.
Trục cam và cò mổ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống động cơ, giúp điều chỉnh hành trình của xupáp để tối ưu hóa hiệu suất Để thay đổi hành trình xupáp, người ta chế tạo trên trục cam hai loại vấu cam: một loại phù hợp với tốc độ thấp và một loại dành cho tốc độ cao cho mỗi xi-lanh, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau.
Hình 2.23 Trục cam của hệ thống VVTL
Cơ cấu chuyển vấu cam lắp bên trong cò mổ giữa xupáp và vấu cam giúp kiểm soát hoạt động của van đúng cách Áp suất dầu từ van điều khiển dầu của hệ thống VVTL tác động lên lỗ dầu trong cò mổ, đẩy chốt hãm bên dưới chốt đệm Quá trình này giúp cố định chốt đệm, đảm bảo khớp cam tốc độ cao hoạt động chính xác, nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền động.
Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lực của lò xo, giúp hệ thống tự động hoạt động ổn định Chốt đệm sau đó trở nên tự do, cho phép dễ dàng di chuyển theo hướng thẳng đứng Quá trình này giúp vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình vận hành của thiết bị.
Trục cam nạp và xả có các vấu cam với hành trình riêng biệt cho từng xi-lanh, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành của động cơ ECU động cơ chuyển đổi các vấu cam này thành các vấu cam hoạt động nhờ áp suất dầu, nâng cao hiệu suất đốt và tiết kiệm nhiên liệu Công nghệ này giúp kiểm soát chính xác hơn các quá trình nạp và xả khí, góp phần cải thiện công suất và giảm khí thải cho động cơ xe máy.
Tốc độ thấp và trung bình (tốc độ động cơ: dưới 6000 vòng/phút)
Hình 2.24 Van điều khiển dầu VVTL, van điều khiển dầu mở phía xả
Trong hình minh họa, van điều khiển dầu mở phía xả giúp tránh áp suất dầu tác dụng lên cơ cấu chuyển vấu cam, nhờ đó hoạt động chính xác hơn Áp suất dầu cũng không tác dụng lên chốt chặn, khiến chốt chặn bị đẩy ra nhờ lò xo hồi về vị trí nhả khóa Quá trình này làm cho chốt đệm lặp lại chuyển động tịnh tiến vô hiệu hóa, từ đó dẫn động xupáp bằng cam tốc độ thấp và trung bình một cách hiệu quả.
Tốc độ cao (Tốc độ động cơ: trên 6000 vòng/phút, nhiệt độ nước làm mát: cao hơn6000C).
Hình 2.25 Van điều khiển dầu VVTL, van điều khiển dầu đóng phía xả
Hình ảnh minh họa cho thấy van điều khiển dầu phía xả được đóng kín nhằm tạo áp suất dầu tác dụng lên phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam Việc này giúp điều chỉnh chính xác hoạt động của hệ thống, đảm bảo hiệu suất vận hành ổn định Áp lực dầu đóng vai trò quyết định trong việc kiểm soát quá trình chuyển đổi, nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị.
Trong quá trình hoạt động, áp suất dầu bên trong cò mổ đẩy chốt chặn xuống dưới chốt đệm để giữ chốt đệm và cò mổ cố định, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống Cam tốc độ cao sẽ ấn xuống cò mổ trước khi các cam tốc độ thấp và trung bình tiếp xúc với con lăn, từ đó điều khiển các xupáp bằng cam tốc độ cao Đồng thời, ECU động cơ nhận diện việc vấu cam đã chuyển sang chế độ cam tốc độ cao dựa trên tín hiệu từ công tắc áp suất dầu, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Cấu tạo và hoạt động của hê thống VTEC (Variable valve Timing and lift
Electronic Control ) Công nghệ VTEC của Honda
Hình 2.26 Động cơ tích hợp i-VTEC của Honda Civic
Hệ thống VTEC được thiết kế để nâng cao hiệu suất động cơ ở cả tốc độ thấp và cao nhờ vào việc sử dụng hai loại vấu cam khác nhau cho mỗi xi-lanh, gồm vấu cam tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao Hệ thống tự động điều chỉnh giữa các loại vấu cam phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ, giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu và công suất Nhờ đó, VTEC mang lại khả năng vận hành linh hoạt, tiết kiệm nhiên liệu và cải thiện trải nghiệm lái xe.
Hệ thống I-VTEC tối ưu hóa thời gian mở xupáp ở dải tốc độ thấp giúp đạt mômen xoắn cần thiết để xe vận hành ổn định và tiết kiệm nhiên liệu Khi tăng tốc đến dải tốc độ cao, độ mở và thời gian mở xupáp được nâng lên nhằm nạp nhiều không khí hơn vào động cơ, tăng cường hiệu suất và khả năng vận hành của xe Nhờ đó, hệ thống cung cấp khả năng di chuyển tối ưu ở cả tốc độ thấp và cao, cải thiện hiệu quả hoạt động của động cơ.
Hình 2.28: Cấu tạo VTEC trên Honda
Qua nhiều năm phát triển, các động cơ của Honda đã sử dụng năm loại hệ thống VTEC khác nhau, bao gồm: VTEC SOHC với một trục cam duy nhất; VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu; VTEC DOHC với hai trục cam; VTEC có xilanh không tải; và công nghệ i-VTEC thông minh Mặc dù cấu tạo của các hệ thống này khác nhau, chúng đều dựa trên nguyên lý sử dụng trục cam có vấu kép – một vấu phù hợp cho tốc độ thấp và một vấu cho tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp, các xupáp mở ít hơn và thời gian mở ngắn hơn do tốc độ của vấu cam giảm, giúp tối ưu hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ Honda.
Hình 2.29 Động cơ có VTEC không có VTEC
Hệ thống VTEC của Honda là công nghệ tiên tiến giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của động cơ, mang lại hiệu suất vượt trội Được phát triển bởi kỹ sư động cơ huyền thoại của Honda, Kenichis Nagahiro, hệ thống này đã cách mạng hóa khả năng vận hành của các xe hơi Honda, nâng cao trải nghiệm lái xe.
1 : Trục cam ; 2 : Tấm định vị ; 3 :cò mổ thứ cấp ; 4 :Cò mổ thứ hai ; 5 : Piston đồng bộ ;
Động cơ được trang bị 4 van cho mỗi xi lanh, gồm 2 van nạp và 2 van xả, giúp tối ưu hóa quá trình nạp khí và xả khí hiệu quả Điểm đặc biệt của loại động cơ này so với hệ thống SOHC VTEC là chỉ sử dụng hai trục cam nạp với biên độ mở khác nhau, trong đó một trục cam có biên độ mở lớn hơn để tăng công suất khi cần thiết, còn trục cam còn lại có biên độ mở nhỏ hơn để tiết kiệm nhiên liệu và vận hành êm ái hơn.
Các piston lắp đặt bên trong cò mổ hoạt động đồng bộ để đẩy piston di chuyển cùng hướng, giúp ép piston chặn và lò xo hoàn lực tạo liên kết giữa hai cò mổ Khi mất áp lực dầu, lò xo sẽ hoàn lực và piston chặn cùng piston đồng bộ trở về vị trí ban đầu, giúp tách hai cò mổ mở riêng rẽ.
Trong quá trình hoạt động của hệ thống, ở tốc độ thấp, hai cò mổ được tách rời để điều hòa quá trình phân phối nhiên liệu, trong đó supap hút thứ nhất kiểm soát chính việc đưa nhiên liệu vào buồng đốt, còn supap hút thứ hai chỉ hé mở để ngăn chặn nhiên liệu tích tụ ở cửa nạp Khi tốc độ hoạt động tăng lên, hai cò mổ được liên kết thành một khối nhờ piston đồng bộ, giúp đảm bảo sự phối hợp chính xác và tối ưu hiệu quả hoạt động của động cơ.
Vì vậy tốc độ này cả hai supap đều chịu sư tác động của vấu cam có biên độ mở lớn nhất.
Kỹ thuật thay đổi thời gian phân phối khí và mức độ nâng van giúp tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu trong động cơ Hệ thống này duy trì tỷ lệ hòa khí tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn tạo ra mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp Đồng thời, ở tốc độ cao, công suất phát ra của động cơ vẫn đạt mức cao tương đương như động cơ bốn van tiêu chuẩn Các cải tiến này mang lại hiệu quả vận hành tối ưu, cân bằng giữa tiết kiệm nhiên liệu và công suất.
Hình 2.33 Áp lực của dầu đẩu piston
Hình 2.34: Hoạt động của hệ thống VTEC-Ở tốc độ thấp:
Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, với vấu cam A và B điều khiển riêng biệt hai van nạp và xả Khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ, chỉ đủ để hé mở van xả, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phân phối khí chính Việc tách rời các cò mổ này giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển khí nạp và xả, nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hình 2.35 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp
1:Piston tác động , 2: Piston đồng bộ , 3: Piston chặn , 4:Cò mổ thứ nhất ,5: Cò mổ thứ hai , 6: Cam thứ nhất , 7: Cam thứ hai.
Ở tốc độ cao, hệ thống PCM/ECM kích hoạt để VTEC hoạt động, giúp các piston di chuyển nhờ dầu thủy lực nhằm liên kết các cò mổ tốc độ thấp và cao thành một khối thống nhất Điều này khiến các xu páp mở ra nhiều hơn và thời gian mở lâu hơn, từ đó tăng khả năng nạp khí vào buồng đốt Kết quả là công suất động cơ tăng rõ rệt, tối ưu hóa hiệu suất vận hành ở tốc độ cao.
Piston tác động được bố trí trong cò mổ thứ nhất và được kích hoạt bởi áp lực dầu để di chuyển theo hướng đã chỉ định Cả hai cò mổ thứ nhất và thứ hai đều liên kết bằng piston đồng bộ nhằm đảm bảo hoạt động chính xác Ở tốc độ cao, biên độ mở của supap thứ hai giống như của supap thứ nhất, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động giống như động cơ 4 supap thông thường với 2 supap điều khiển phân phối khí.
Hình 2.36 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao
1: Áp lực dầu đến, 2: Cam thứ nhất.
Hình 2.37: Cơ cấu phân phối khí khi ở tốc độ cao Động cơ DOHC:
Hình 2.38 Thời điểm xupap biến đổi và hệ thống nâng xupap trên độngcơ DOHC
Trục cam đóng vai trò chính trong hệ thống van của động cơ, điều khiển quá trình mở và đóng xupap Vấu cam cho tốc độ thấp và cao (v/p) giúp điều chỉnh thời điểm và góc mở của xupap phù hợp với từng chế độ vận hành của động cơ Các cò mổ sơ cấp, trung gian và thứ cấp đảm nhận nhiệm vụ điều khiển các bộ phận van theo các mức độ khác nhau, góp phần tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Piston thủy lực A và B phối hợp để duy trì áp lực và đảm bảo quá trình truyền năng lượng diễn ra liên tục, trong khi chốt chặn và lò xo làm mất sự chuyển động giúp ổn định các bộ phận của hệ thống Xupap nạp và xupap thải đảm nhận nhiệm vụ nạp nhiên liệu và thoát khí hiệu quả, góp phần nâng cao công suất và hiệu quả của động cơ.
Cho thấy hệ thống nâng và thời điểm xupap biến đổi được điều khiển bằng điện tử.
Hệ thống thay đổi thời điểm và nâng xupap giúp động cơ hoạt động êm dịu như xe chở khách hoặc đạt hiệu suất cao như xe đua Động cơ DOHC bốn xupap sử dụng trục đỡ cò mổ truyền chuyển động từ vấu cam đến các thân xupap, trong đó mỗi cặp xupap nạp và thải được điều khiển bởi ba vấu cam, bao gồm cò mổ trung gian nằm giữa các cặp xupap Cò mổ trung gian gắn piston thủy lực có hoạt động tùy thuộc vào sự ăn khớp với piston, và các vấu cam có thiết kế khác nhau để điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của xupap, mang lại khả năng vận hành tối ưu cho động cơ.
Các cảm biến trong động cơ gửi tín hiệu về tốc độ động cơ, tải động cơ, tốc độ xe và nhiệt độ nước làm mát về ECM để điều chỉnh hoạt động của các bộ phận liên quan ECM sẽ gửi tín hiệu điện thế tới cuộn solenoid để điều khiển các piston trong các cò mổ, làm thay đổi trạng thái mở hoặc đóng của các cò mổ Điều này ảnh hưởng đến việc các xupap có ăn khớp hay không, từ đó điều chỉnh quá trình hoạt động của các vấu cam Sự thay đổi này, từ việc nâng thấp của các vấu gắn ngoài đến nâng cao hơn và sự cảm ứng của vấu ở giữa, diễn ra trong khoảng 0,1 giây để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.
Hệ thống không ăn khớp tại tốc độ thấp hay khi động cơ ở không tải.
Hệ thống điều khiển của cơ cấu này sử dụng các cảm biến để liên tục theo dõi các yếu tố bên trong động cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay và tốc độ xe Những dữ liệu từ cảm biến này được gửi về ECU (bộ điều khiển trung tâm), giúp ECU điều chỉnh chính xác áp lực dầu thủy lực đến các piston, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Các điều kiện chuyển đổi:
Số vòng quay động cơ : 2500 v/p.
Tải động cơ : Dựa vào áp thấp ở đường ống nạp
Hình 2.39 Sơ đồ Hệ thống điều khiển cơ cấu phân phối khí bằng điện tử
2.4.2.2 Ưu điểm của hệ thống: