Thiết kế, chế taọ mô hình và bài giảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT i

Hệ th ng VTEC Variable valve Timing and lift Electronic Control c a hãng Honda .... DANH SÁCH CH VI T T T  ECU Electronic Control Unit: B điều khiển điện tử  EFI Electronic Fuel Inje

M C L C

Trang tựa TRANG

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

L i cam đoan ii

L i c m t iii

Tóm tắt iv

M c l c vi

Danh sách các chữ viết tắt xi

Danh sách các hình xii

Danh sách các b ng xvii

Ch ngă1:ăT NG QUAN 1

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên c u 1

1.2 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n ớc 3

1.2.1 Tình hình nghiên c u hệ th ng van biến thiên trên thế giới 3

1.2.2 Tình hình nghiên c u trong n ớc 7

1.3 M c tiêu và đ i t ng nghiên c u 8

1.3.1 M c tiêu nghiên c u 8

1.3.2 Đ i t ng nghiên c u 9

1.4 Nhiệm v và ph m vi nghiên c u 9

1.4.1 Nhiệm v 9

1.4.2 Ph m vi nghiên c u 9

1.5 Ph ơng pháp nghiên c u 10

Ch ngă2:ăC ăS LÝ THUY T 11

2.1 Tổng quan về hệ th ng VVT-i 11

2.1.1 nh h ng c a góc trùng điệp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí th i trên đ ng cơ 12

2.1.2 Sơ đồ tổng thể hệ th ng VVT-i 14

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ th ng VVT-i 15

2.1.4 Th i điểm ph i khí hệ th ng VVT-i 15

2.1.5 B chấp hành hệ th ng VVT-i 16

2.1.5.1 B điều khiển VVT-i 17

2.1.5.2 Van điều khiển dầu ph i khí 17

2.1.6 Ho t đ ng c a hệ th ng VVT-i 18

2.1.6.1 Làm sớm th i điểm ph i khí 18

2.1.6.2 Làm mu n th i điểm ph i khí 19

2.1.6.3 Chế đ giữ 19

2.1.6.4 D ng xung điều khiển VVT-i 20

2.1.7 Những biến thể khác c a hệ th ng VVT-i trên đ ng cơ Toyota 20

2.1.7.1 Hệ th ng Dual VVT-i 20

2.1.7.2 Hệ th ng VVTL-i 21

2.1.7.3 Hệ th ng VVT-iE 25

2.2 Giới thiệu hệ th ng van biến thiên trên m t s xe thông d ng t i Việt Nam 26

2.2.1 Hệ th ng VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) c a hãng Honda 26

2.2.2 Hệ th ng MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ) c a hãng Mitsubishi 28

Ch ngă3.ăMỌăPH NG H TH NGăĐI NăĐI U KHI NăĐ NGăC PHUNăXĔNGăCịăH TH NG VVT-I B NG PH N M M MACROMEDIA FLASH 32

3.1 Khái quát về phần mềm Macromedia Flash 32

3.2 Quy trình thiết mô ph ng kế trên mềm Macromedia Flash 8 33

3.3.Thiết kế mô ph ng hệ th ng điện điều khiển đ ng cơ phun xăng 1SZ-FE 39

3.3.1 Mô ph ng giao diện chính 39

3.3.2 Mô ph ng van điều khiển dầu và hệ th ng VVT-i 40

3.3.3 Mô ph ng các c m biến tín hiệu đầu vào 41

3.3.4 Mô ph ng các m ch điện điều khiển đ ng cơ 42

3.3.5 Mô ph ng các hệ th ng khác 44

Ch ngă4.ăTHI T K ,ăTHIăCỌNGăMỌăHỊNHăĐ NGăC ăPHUNăXĔNGăCịă H TH NG VVT-I 46

4.1 Giới thiệu đ ng cơ 1SZ-FE 46

4.1.1 Sơ đồ hệ th ng điều khiển điện tử trên đ ng cơ 1SZ-FE 47

4.1.2 Các tín hiệu đầu vào 48

4.1.3 Hệ th ng điều khiển 48

4.1.4 Hệ th ng chẩn đoán 49

4.1.5 Hệ th ng dự phòng 49

4.2 Thiết kế, chế t o mô hình đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i 51

4.2.1 Cấu t o mô hình 51

4.2.2 Đặc điểm kỹ thuật các b phận chính trên mô hình 53

4.2.3 Các yêu cầu khi sử d ng mô hình 58

Ch ngă5.ăTHI T K BÀI GI NG TÍCH H P TH C T PăĐ NGăC ăPHUNă XĔNGăCịăH TH NG VVT-I 59

5.1 Cơ s lý thuyết về d y học tích h p 59

5.1.1 Khái niệm d y học tích h p 59

5.1.2 M c đích c a d y học tích h p 60

5.1.3 Đặc điểm c a d y học tích h p 61

5.2 Biên so n các bài gi ng thực hành điện đ ng cơ cho đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i 66

5.2.1 Những yêu cầu khi biên so n bài gi ng 66

5.2.2 Biên so n các bài gi ng thực tập điện đ ng cơ phun xăng theo mô hình 67

Bài 01: Kiểm tra m ch nguồn, m ch VC và m ch n i đất 67

Bài 02: Kiểm tra c m biến đo gió 72

Bài 03: Kiểm tra c m biến vị trí b ớm ga 76

Bài 04: Kiểm tra c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 80

Bài 05: Kiểm tra c m biến oxy 84

Bài 06: Kiểm tra c m biến kích nổ 88

Bài 07: Kiểm tra c m biến G, c m biến NE 92

Bài 08: Kiểm tra m ch điều khiển qu t làm mát 96

Bài 09: Kiểm tra van điều khiển dầu ph i khí VVT-i 100

Bài 10: Kiểm tra bơm nhiên liệu 103

Bài 11: Kiểm tra áp suất hệ th ng nhiên liệu 107

Bài 12: Kiểm tra kim phun 110

Bài 13: Kiểm tra van điều khiển t c đ không t i ISC 115

Bài 14: Kiểm tra hệ th ng đánh lửa 119

Bài 15: Chẩn đoán đ ng cơ qua hệ th ng tự chẩn đoán OBD-2 125

Ch ngă6.ăK T LU N- H NG PHÁT TRI N C AăĐ TÀI 129

6.1 Kết luận 132

6.2 H ớng phát triển c a đề tài 133

TÀI LI U THAM KH O 134

DANH SÁCH CH VI T T T

 ECU ( Electronic Control Unit): B điều khiển điện tử

 EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ th ng phun xăng điện tử

 ISC ( Idle Speed Control):Điều khiển t c đ cầm chừng

 SW (Switch):Công tắc

 BAT ( Battery) : Accu

 MAF sensor (Mass Air Flow sensor):C m biến l u l ng khí n p kiểu dây sấy

 OCV (Oil control Valve): Van điều khiển dầu

 VVT ( variable valve timing): Van biến thiên

 VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Van biến thiên thông minh

 VVTL-i(Variable Valve Timing and Lift intelligent system): Hệ th ng nâng van

biến thiên thông minh

 VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric motor) : Van biến thiên

điều khiển bằng motor điện

 CMP ( Camshaft position sensor): C m biến vị trí tr c cam

 CKP (Crankshaft position sensor ): C m biến vị trí tr c khuỷu

 ADRC(active disturbance rejection controller): Ho t đ ng điều khiển lo i b

nhiễu

 EGR ( Exhaust Gas Recirculation): Hệ th ng luân hồi khí x

 VCR ( Variable Compression Ratio): Tỷ lệ nén biến thiên

 OBD (On-Board Diagnostic): Hệ th ng chẩn đoán

 AFR (Air/Fuel Ratio): Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

 CA (Crank Angle): Góc quay tr c khuỷu

 VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control): Van biến thiên và

điều khiển nâng van bằng điện tử

 MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ): Hệ

th ng van biến thiên điều khiển điện tử Mitsubishi

 DTC (Diagnostic Trouble Codes) : Mã l i

 DLC (Diagnostic Link Connector) : Giắc kết n i chẩn đoán

DANH SÁCH HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1: Hệ th ng VVT-i trên đ ng cơ 12

Hình 2.2: nh h ng c a góc trùng điệp xu-páp đến khí x đ ng cơ 13

Hình 2.3: nh h ng góc trùng điệp xupap đến tiêu hao nhiên liệu 13

Hình 2.4: nh h ng c a hệ th ng VVT-i đến công suất đ ng cơ 14

Hình 2.5: Sơ đồ tổng thể hệ th ng VVT-i 14

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ th ng VVT-i 15

Hình 2.7: Th i điểm ph i khí hệ th ng VVT-i 16

Hình 2.8: B điều khiển VVT-i 17

Hình 2.9: Van điều khiển dầu ph i khí VVT-i 18

Hình 2.10: Làm sớm th i điểm ph i khí 19

Hình 2.11: Làm mu n th i điểm ph i khí 19

Hình 2.12: Giữ th i điểm ph i khí 20

Hình 2.13: D ng xung điều khiển VVT-i 21

Hình 2.14: Hệ th ng Dual VVT-i trên đ ng cơ 2GR-FE 21

Hình 2.15: Hệ th ng VVTL-I trên đ ng cơ 2ZZ-GE 21

Hình 2.16: Sơ đồ tổng thể hệ th ng VVTL-i 22

Hình 2.17: Van điều khiển dầu VVTL-i 22

Hình 2.18: Cấu t o tr c cam và cò mổ hệ th ng VVTL-i 23

Hình 2.19: Ho t đ ng c a hệ th ng VVTL-i t c đ thấp và trung bình 24

Hình 2.20: Ho t đ ng c a hệ th ng VVTL-i t c đ cao 24

Hình 2.21: Hệ th ng VVT-iE trên đ ng cơ Lexus 460 1UR-FSE 25

Hình 2.22: Cấu t o hệ th ng VTEC 26

Hình 2.23: Vị trí cam t c đ thấp 27

Hình 2.24: Vị trí cam t c đ cao 27

Hình 2.25: Các kiểu hệ th ng VTEC b trí trên đ ng cơ Honda 28

Hình 2.26: Hệ th ng MIVEC trên đ ng cơ 4G92 c a Mitsubishi 29

Hình 2.27: Kết cấu hệ th ng MIVEC 30

Hình 2.28: Các chế ho t đ ng c a hệ th ng MIVEC 30

Hình 3.1: Giao điện kh i đ ng phần mềm Macromedia Flash 8 33

Hình 3.2: Giao diện làm việc trong Flash 8 34

Hình 3.3: Chọn màu nền trong Flash 8 34

Hình 3.4: T o hình nh Bitmap 35

Hình 3.5: T o chuyển đ ng liên túc đ i t ng mô ph ng 36

Hình 3.6: Xử lý hình nh đ i t ng mô ph ng 37

Hình 3.7: T o lệnh dừng đo n phim mô ph ng 37

Hình 3.8: Save và định d ng đo n phim mô ph ng 39

Hình 3.9: Giao diện mô ph ng các hệ th ng điều khiển đ ng cơ Toyota 1SZ-FE 40

Hình 3.10: Mô ph ng hệ th ng VVT-i 40

Hình 3.11: Mô ph ng van điều khiển dầu VVT-i 41

Hình 3.12: Mô ph ng c m biến vị trí tr c cam 41

Hình 3.13: Mô ph ng c m biến vị trí tr c khuỷu 42

Hình 3.14: Mô ph ng c m biến kích nổ 42

Hình 3.15: Mô ph ng m ch điều khiển bơm xăng 43

Hình 3.16: Mô ph ng m ch cấp nguồn 43

Hình 3.17: Mô ph ng m ch điều khiển kim phun 43

Hình 3.18: Mô ph ng m ch điều khiển qu t làm mát 44

Hình 3.19: Mô ph ng m ch điều khiển đánh lửa 44

Hình 3.20: Mô ph ng hệ th ng điều khiển không t i ISC 45

Hình 3.21: Mô ph ng hệ th ng kh i đ ng đ ng cơ 45

Hình 4.1: Đ ng cơ Toyota Yaris 1SZ-FE 47

Hình 4.2: Vị trí các chi tiết điều khiển đ ng cơ 1SZ-FE 47

Hình 4.3: Hình chiếu tr c đo và hình chiếu đ ng khung mô hình 51

Hình 4.4: Hình chi ếu bằng và hình chiếu cạnh khung mô hình 51

Hình 4.5: Sa bàn trên mô hình 52

Hình 4.6: Đ ng cơ 1SZ-FE đ c lắp đặt trên khung mô hình 52

Hình 4.7: Sơ đồ chân ECU trên mô hình 53

Hình 4.8: Sơ đồ m ch điện đ ng cơ 1SZ-FE 54

Hình 5.1: Các thành phần c a cấu trúc năng lực 62

Hình 5.2: Sơ đồ m ch cấp nguồn 68

Hình 5.3: Sơ đồ m ch VC 69

Hình 5.4: Sơ đồ m ch n i đất 69

Hình 5.5: Kiểm tra m ch rơ le EFI 70

Hình 5.6: Kiểm tra ho t đ ng rơ le EFI 71

Hình 5.7: Cấu t o c m biến l u l ng khí n p kiểu dây sấy 73

Hình 5.8: Ho t đ ng và ch c năng c a c m biến MAF 73

Hình 5.9: Sơ đồ m ch điện c m biến MAF 74

Hình 5.10: Kiểm tra điện áp cấp cho c m biến MAF 75

Hình 5.11: Kiểm tra điện áp đầu ra c m biến MAF 75

Hình 5.12: Cấu t o c m biến vị trí b ớm ga 77

Hình 5.13: Đồ thị biểu diễn m i quan hệ giữa điện áp và đ m b ớm ga 77

Hình 5.14: Sơ đồ m ch điện c m biến vị trí b ớm ga 78

Hình 5.15: Kiểm tra điện tr c m biến vị trí b ớm ga 78

Hình 5.16: Cấu t o c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 81

Hình 5.17: Quan hệ giữa nhiệt đ và điện tr c a c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 81

Hình 5.18: Sơ đồ m ch điện c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 81

Hình 5.19: Đo điện tr c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 82

Hình 5.20: Cấu t o c m biến oxy 85

Hình 5.21: Đặc tính c a c m biến oxy 85

Hình 5.22: Sơ đồ m ch điện c m biến oxy 86

Hình 5.23: Đo điện tr b sấy c m biến 86

Hình 5.24: Xung điện d ng sóng c m biến oxy 87

Hình 5.25: Cấu t o c m biến kích nổ 89

Hình 5.26: Đồ thị biểu diễn m i quan hệ giữa điện áp và tần s kích nổ 89

Hình 5.27: D ng xung tín hiệu c m biến kích nổ 90

Hình 5.28: Sơ đồ m ch điện c m biến kích nổ 90

Hình 5.29: Kiểm tra điện tr c m biến 90

Hình 5.30: D ng xung tín hiệu c m biến G, NE 93

Hình 5.31: Sơ đồ m ch điện c m biến G, NE trên đ ng cơ 93

Hình 5.32: Kiểm tra điện tr c m biến vị trí tr c khuỷu 94

Hình 5.33: Kiểm tra điện tr c m biến G 95

Hình 5.34: Sơ đồ m ch điện điều khiển qu t làm mát 97

Hình 5.35: Kiểm tra dòng điện qua qu t bằng Ampe kế 98

Hình 5.36: Cấu t o van điều khiển dầu ph i khí VVT-i 101

Hình 5.37: Kiểm tra điện tr c a van VVT-i 101

Hình 5.38: Kiểm tra ho t đ ng c a van 102

Hình 5.39: D ng xung c a van điều khiển dầu VVT-i 102

Hình 5.40: Cấu t o c m bơm nhiên liệu 104

Hình 5.41: Sơ đồ m ch điện điều khiển bơm nhiên liệu 104

Hình 5.42: Kiểm tra điện tr bơm nhiên liệu 105

Hình 5.43: Kết n i đồng hồ đo áp suất với ng nhiên liệu 108

Hình 5.44: Kiểm tra áp suất nhiên liệu 108

Hình 5.45: Áp suất nhiên liệu t c đ không t i 109

Hình 5.46: Áp suất nhiên liệu sau khi tắt máy 109

Hình 5.47: Cấu t o kim phun 111

Hình 5.48: Kiểm tra điện tr kim phun 112

Hình 5.49: Kết n i b d ng c đo vào kim phun 112

Hình 5.50: Kết n i dây kiểm tra vào kim phun 113

Hình 5.51: Kiểm tra tín hiệu điều khiển kim phun bằng đèn LED 114

Hình 5.52: Xung điện áp điều khiển kim phun 114

Hình 5.53: Cấu t o van ISC kiểu van xoay, m t cu n dây tích h p 116

Hình 5.54: M ch điện điều khiển van ISC 117

Hình 5.55: Kiểm tra ho t đ ng m c a van ISC 117

Hình 5.56: Gia tăng t c đ cầm chừng từ 900-1300 vòng/phút trong 5 giây 118

Hình 5.57: Sơ đồ hệ th ng đánh lửa trực tiếp Bobine-IC tích h p 120

Hình 5.58: M ch điện điều khiển đánh lửa 120

Hình 5.59: M ch kiểm tra c m IC-bobine tích h p 121

Hình 5.60: Kiểm tra điện tr bugi 122

Hình 5.61: Kiểm tra khe h điện cực bugi 122

Hình 5.62: D ng xung tín hiệu IGT, IGF 123

Hình 5.63: Sơ đồ nguyên lý chẩn đoán h h ng đ ng cơ 126

Hình 5.64: Giắc chẩn đoán OBD-2 126

Hình 5.65: Các d ng ký hiệu đèn Check 127

Hình 5.66: ụ nghĩa các ký tự trong m t mã l i 128

Hình 5.67: Máy chẩn đoán cầm tay c a Toyota 130

DANH SÁCH B NG

B NG TRANG B ng 4.1 Quan hệ giữa m ch có tín hiệu không bình th ng và ch c năng an toàn 50 B ng 4.2: Ký hiệu các chân trong h p ECU 56

B ng 4.3 B ng điện áp các cực c a ECU 58

B ng 5.1: B ng tr ng thái c a khóa điện 71

B ng 5.2: B ng giá trị điện tr c m biến vị trí b ớm ga 78

B ng 5.3: B ng giá trí điện áp c m biến vị trí b ớm ga 79

B ng 5.4: B ng giá trị điện tr c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 82

B ng 5.5: B ng giá trị điện áp c m biến nhiệt đ n ớc làm mát 83

B ng 5.6: B ng giá trị điện tr c m biến NE 94

B ng 5.7: B ng giá trị điện tr c m biến G 95

B ng 5.8: M t s mã chẩn đoán OBD-2 130

Ch ngă1

T NG QUAN

1.1 T ng quan v lƿnhăv c nghiên c u

Tr ớc thực tr ng nguồn năng l ng hóa th ch đang ngày c n kiệt, vấn đề ô nhiễm môi tr ng từ khí x đ ng cơ đ t trong đang ngày m t trầm trọng, các thiết bị tiện nghi trên xe ô tô ngày càng nhiềunhằm đáp ng nhu cầu ngày càng cao c a ng i

sử d ng xe ô tô,đòi h i đ ng cơ làm việc cần ph i có công suất ngày càng cao Chính vì vậy, việc tính toán thiết kế ô tô ngày nay đang ph i đ i mặt với hai vấn đề quan trọng đó là:Nâng cao công suất đ ng cơ nh ng ph i đ m b o việc b ovệ hệ sinh thái, b o vệ môi tr ng đồng th i tiết kiệm nguồn nhiên liệu sử d ng trên đ ng cơ.Để gi i quyết vấn đề này, trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô đư

có những tiến b v t bậc trong công nghệ tính toán, thiết kế hệ th ng điều khiển

đ ng cơ đ t trong

M t trong những sự tiến b này là thay đổi ph ơng th c n p liệu truyền th ng với góc ph i khí là c định bằng ph ơng pháp n p liệu mới mà trong đó góc ph i khí thay đổi khi t c đ và t i trọng c a đ ng cơ thay đổi, đó là hệ th ng van biến thiên (Variable Valve Timing-VVT) hay còn gọi là hệ th ng phân ph i khí điện tử Hệ

th ng này t i u hóa góc ph i khí c a tr c cam dựa trên chế đ làm việc c a đ ng

cơ ph i h p với các c m biến điều khiển ch đ ng nh : c m biến vị trí b ớm ga,

c m biến l u l ng khí n p, c m biến vị trí tr c khuỷu, c m biến nhiệt đ n ớc làm mát,v.v…Trong quá trình ho t đ ng tín hiệu từ các c m biến gửi về ECU, ECU sẽ quyết định đóng hoặc hoặc m van điều khiển dầu ph i khí tr c cam để tác đ ng lên

b điều khiển VVT làm cho tr c cam xoay t ơng đ i đi m t góc so với vị trí chuẩn

c a nó nhằm làm thay đổi th i điểm ph i khí Với thiết kế này đư làm tăng công

suất c a đ ng cơ, gi m tiêu hao nhiên liệu và gi m ô nhiễm môi tr ng do khí th i

đ ng cơ sinh ra

u điểm nổi bật c a hệ th ng này là: Công suất đ ng cơ tăng, l ng nhiên liệu tiêu

th gi m M t s nghiên c u chỉ ra rằng đ ng cơ có b trí hệ th ng VVT công suất tăng từ 7-10%, l ng tiêu hao nhiên liệu gi m từ 4-5% và đặc biệt là gi m thiểu

đ c ô nhiễm môi tr ng do khí th i đ ng cơ sinh ra so với đ ng cơ không có hệ

th ng VVT Với những u điểm đó, hệ th ng VVT ngày nay đ c b trí hầu hết trên các xe ô tô hiện đ i.Đ i với hãng Toyota hệ th ng có tên gọi là VVT-i, biến thể

c a nó là Dual VVT-i hoặc VVTL-i và VVT-iE; đ i với hãng Honda nó có tên gọi

là VTEC, hãng Mitsubishi nó có tên gọi là MIVEC,

Tuy nhiên,việc đ a các công nghệ điều khiển bằng điện - điện tử kết h p th y lực

đư gi i quyết đ c các yêu cầu ngày càng khắt khe về ô nhiễm môi tr ng, tiêu hao nhiên liệu, nh ng sẽ làm ph c t p thêm hệ th ng, việc nghiên c u hệ th ng, b o

d ỡng và sửa chữa khó khăn, ng i sử d ng cần chăm sóc hệ th ng cung cấp điện

chặt chẽ hơn (máy phát điện, ắc quy, )

Bên c nh đó, cùng với sự c i tiến không ngừng về công nghệ trên xe ô tô hiện nay thì công tác đào t o ngành công nghệ ô tô các tr ng học, trung tâm đào t o cũng không ngừng đ c c i tiến c về ch ơng trình đào t o lẫn trang bị các trang thiết bị

hiện đ i ph c v cho quá trình đào t o c a mình nhằm đáp ng đ c nhu cầu ngày càng cao c a xã h i về chất l ng đào t o Đ i với công tác gi ng d y ngành công nghệ ô tô cần ph i có sự trực quan nhiều thì mô hình, hình nh mô ph ng đóng vai trò hết s c quan trọng trong việc gi ng d y c a giáo viên và việc tự học c a sinh viên Thông qua mô hình kết h p mô ph ng ng i học dễ dàng nhận diện đ c các chi tiết và ho t đ ng c a các hệ th ng trên xe ô tô, đồng th i cũng có kh năng tự

học, tự tìm kiến th c cho b n thân Ngoài ra mô hình còn giúp ng i học có kh năng thực hành sửa chữa m t cách hiệu qu tr ớc khi tiến hành sữa chữa thực tế trên xe

Xuất phát từ những điều kiện thực tế nêu trên, đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình và

bài gi ảng tích hợp cho động cơ phun xăng có hệ thống VVT-i” đ c thực hiện với

m c đích chính là nâng cao hiệu qu đào t o ngành công nghệ ô tô, t o điều kiện thuận l i cho giáo viên và sinh viên trong quá trình gi ng d y và nghiên c u về

đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i, đồng th i góp phần hiện đ i hóa ph ơng

tiện và ph ơng pháp d y thực hành trong đào t o ngành công nghệ ô tô

đó là tiêu chí hàng đầu đ i với m i hãng chế t o ô tô

Trong những năm gần đây đ ng cơ ô tô đư có những thay đổi nhất định, nhất là hệ

th ng điều khiển đ ng cơ.Đư có hàng trăm công trình nghiên c u c a các nhà khoa

học nhằm hoàn thiện hơn nữa đ ng cơ đ t trong Các công trình nghiên c u tập trung ch yếu vào công nghệ điều khiển đ ng cơ với m c đích tăng hiệu qu cháy trong đ ng cơ, c i thiện quá trình n p, th i nhằm tăng công suất đ ng cơ, gi m tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi tr ng

M ột số nghiên cứu đáng chú ý trên thế giới:

- Công trình nghiên c u “Combustion phasing model for control of a ethanol fueled SI engine with variable valve timing” c a Hall, Ray W Herrick - Purdue Univ, West Lafayette, USA năm 2012 N i dung c a công trình là: Tr ớc thực tr ng nguồn năng l ng hóa th ch đang dần c n kiệt, nhiên liệu Ethanol, m t

gasoline-d ng năng l ng tái t o đang đ c sử gasoline-d ng nh nguồn nhiên liệu thay thế hữu hiệu trên đ ng cơ xăng Ethanol đ c pha tr n với nhiên liệu xăng và đang đ c sử

d ng trên đ ng cơ xăng b trí hệ th ng VVT, m t công nghệ cho phép kiểm soát

l ng h n h p môi chất n p vào xy lanh nhằm tăng hiệu suất đ ng cơ Phần khí cháy cũng nh tỷ lệ pha tr n Ethanol nh h ng đến th i gian cháy và ghi nhận l i những nh h ng này là điều cần thiết Qua đó công trình đề xuất m t mô hình vật

lý có thể ghi nhận quá trình đ t cháy c a h n h p trong đ ng cơ và phép điều chỉnh đến giá trị t i u dù có những thay đổi chồng chéo nhiên liệu Mô hình qu n

lý theo định h ớng này đư đ c xác nhận r ng rưi t i hơn 500 địa điểm trên ph m

vi đ ng cơ ho t đ ng h n h p xăng và ethanol

- Công trình nghiên c u “ADRC variable valve timing control system of gasoline engine ” c a YuYan Ying, Xie Hui Gao, Đ i học Thiên Tân, Thiên Tân, Trung Qu c năm 2011 N i dung c a đề tài làtrình bàyviệc áp d ngm t b điều khiểnlo i b những tác đ ng gây nhiễu(ADRC) đ i với hệ th ng van biến thiên (VVT) trên xe ô tô M c tiêu chính c a việc điều khiển là thông qua việc sử d ng băng thông - thông s kỹ thuật để xử lý các tín hiệu gây nhiễu Các mô ph ng

c a hệ th ng VVT dựa trên AMESim / Simulink đ c thiết lập để kiểm tra hiệu suất c a ADRC Ngoài ra,ADRCchỉ cóhai thông s điều chỉnh, làm cho nó rất đơn

gi n đểthực hiện vàđiều chỉnhtrong thế giới thực

- Công trình nghiên c u “Optimization design of intake manifold and valve timing of gasoline engine based on AMESim code” c a Han Wenyan Sch of Automotive Studies, Tongji Univ, Shanghai, China năm 2011 N i dung

c a công trình nghiên c u là t i u hóa thiết kế đ ng ng n p và van biến thiên

đ ng cơ xăng dựa trên mư AMESim để đánh giá m c tiêu hao nhiên liệu và mô menđ ng cơ chế đ t c đ thấp và trung bình Để có đ c m c tiêu th nhiên

liệu thấp hơn và mô men xoắn cao hơn t c đ thấp và trung bình, tác gi đư sử

d ng m t đ ng cơ mô ph ng đ ng cơ xăng Sau khi thiết lập các dữ liệu thử nghiệm, mô hình mô ph ng đ c sử d ng để t i u hóa hiệu suất làm việc c a

đ ng cơ xăng Những nh h ng c a chiều dài đ ng ng n p và van biến thiên tới

mô men xoắn, m c tiêu hao nhiên liệu đ ng cơ đ c phân tích m t cách chi tiết Kết qu cho thấy, mômen xoắn đ ng cơ và m c tiêu th nhiên liệu c thể trong giai

đo n t c đ thấp và trung bình có thể đ c c i thiện m t cách hiệu qu nh th i gian van đ c t i u hóa và phù h p với chiều dài đ ng ng n p h p lý bằng cách sử d ng các hiệu ng khí đ ng

- Công trình nghiên c u “An investigation for improving power performance

by VVT effect of spark ignition engine by WAVE simulation” c a Ganbold, T Sch of Mech Eng, MUST, Ulaanbaatar, Mongolia năm 2010 Công trình đ c

thực hiện bằng cách mô ph ng đ ng cơ phun xăng có hệ th ng van biến thiên (VVT) bằng phần mềm mô ph ng WAVE c a Ricardo Các kết qu mô ph ng đ c đánh giá cao về thử nghiệm mô men xoắn và giúp dự đoán xu h ớng về hiệu suất

c a đ ng cơ khi có sự thay đổi th i gian đóng m c a van biến thiên Công trình nghiên c u này cũng mô t các tác đ ng c a th i gian đóng m hệ th ng van biên thiên đến lực, mômen xoắn và khí còn sót l i

- Công trình nghiên c u “Air Path Estimation for a Turbocharged SI Engine with Variable Valve Timing” c a Leroy - Fancais du Petrole, Rueil- Malmaison năm 2007 N i dung c a công trình nghiên c u này là: Trong b i c nh các tiêu chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt, đ ng cơ gi m phát th i các chất ô nhiễm là

m t thách th c lớn cho các đ ng cơ xăng đòi h i ph i kiểm soát t t tỷ lệ không khí / nhiên liệu đi vào đ ng cơ Qua đó ng i viết đư xem xét nghiên c u m t đ ng cơ phun xăng đ c trang bị với thiết bị truyền đ ng van biến th i gian, thiết bị này

ho t đ ng nh là m t sự xáo tr n bằng cách tác đ ng đến dòng ch y kh i không khí thông qua các van đầu vào Tác đ ng này có thể đ c ớc tính từ đo l ng th i gian thực Sau đó hai ph ơng pháp kiểm soát kh i không khí hút vào đ ng cơ đ c

đề xuất trong bài báo này Sau khi ch ng minh h i t trong hai tr ng h p, tác gi tiến hành so sánh dựa trên các kết qu mô ph ng

- Công trình nghiên c u “Modeling, simulation and control of an automotive gasoline engine” c a Scattolini- Dipt di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Milan năm 2006 N i dung nghiên c u c a đề tài là: Thực tế trên m t đ ng

cơ xăng hiện nay đ c trang bị các thiết bị truyền đ ng mới, chẳng h n nh van biến thiên th i gian (VVT), van tiết l u điện (ETC) và van tuần hoàn khí x (EGR) Tất c các thiết bị truyền đ ng đ c sử d ng để t i u hóa hiệu suất đ ng cơ, gi m tiêu th nhiên liệu và l ng khí th i gây ô nhiễm Đổi l i, sự hiện diện c a chúng làm cho sự kiểm soát c a đ ng cơ là m t nhiệm v khó khăn do tính chất đa biến

n i t i c a vấn đề Do đó công trình nghiên c u này đư sử d ng m t mô hình định

h ớng để kiểm soát ho t đ ng c a đ ng cơ xăng đ c trang bị với các thiết bị này

và ghi nhận l i các dữ liệu thực tế c a nó Kết qu mô ph ng cho thấy những l i ích tích cực c a ph ơng pháp này

- Công trình nghiên c u “Genetic algorithm optimization of fuel economy for PFI engine with VVT-VCR” c a Zhengmao Ye- Dept of Electr& Comput Eng, Wayne State Univ, Detroit, MI, USA năm 2004 N i dung c a đề tài là tập trung nghiên c u vấn đề về kinh tế nhiên liệu cho đ ng cơ xăng và h n chế hiệu suất phát

th i c a đ ng cơ Quá trình thử nghiệm đ c thực hiện trên m t xe thử nghiệm b trí hệ th ng phun xăng điện tử có hệ th ng van biến thiên M c tiêu c a nghiên c u

là t o ra m t ch ơng trình có tỉ lệ nén biến thiên (VCR) kết h p hệ th ng van biến thiên có kh năng cung cấp m t hiệu suất tiêu th nhiên liệu t i u cho đ ng cơ khi

xe ch y trong thành ph Các giá trị về t c đ , t i trọng khi xe ch y trong thành ph không có VVT và VCR đ c sử d ng làm tiêu chuẩn so sánh Các nh h ng c a

hệ th ng VVT và VCR đ c nghiên c u đề xác định kết qu thực tế c i thiện m c tiêu hao nhiên liệu khi có sự tích h p c a tỷ lệ nén và công nghệ điều khiển van biến thiên để t i u hóa đ ng cơ Kết qu cho thấy hai công nghệ này có thể ph i

h p với nhau giúp gi m thiểu m c tiêu hao nhiên liệu t i m t s chế đ ho t đ ng điển hình mặc dù có sự chồng chéo Qua đó cho thấy đ ng cơ có kh năng tiết kiệm nhiên liệu t i đa thông qua s c m nh tổng h p hai công nghệ và đ c xác định bằng

ph ơng pháp t i u thuật toán di truyền

- Công trình nghiên c u “An Assessment of Intake and Exhaust Philosophies for Variable Valve Timing” c a G B Parvate-Patil, H Hong and B Gordon, Concordia University năm 2003 N i dung nghiên c u c a đề tài là:Trong các đ ng

cơ đ t trong, đặc biệt đ i với đ ng cơ xăng, hệ th ng van biến thiên VVT đư t o ra

m t nh h ng lớn về hiệu suất đ ng cơ và khí th i do đ ng cơ sinh ra B i vì thông

th ng đ ng cơ xăng truyền th ng thì th i gian đóng m van n p, van x là c định

và đồng b hóa giữa tr c cam và tr c khuỷu Bằng cách sử d ng công nghệ van biến thiên hệ th ng có thể kiểm soát đóng m van theo giai đo n và th i gian t i bất kỳ điểm nào trên đ ng cơ với kết qu là hiệu suất tổng thể c a đ ng cơ đ c nâng cao.Để đánh giá đầy đ các l i ích từ VVT nhiều thử nghiệm khác nhau đ c đề

xuất Công trình nghiên c u này đ c thực hiện nhằm nghiên c u công nghệ hút và

x c a hệ th ng VVT và nh h ng c a nó đến chu trình áp suất - thể tích c a đ ng

cơ bằng cách mô ph ng m t đ ng cơ có hệ th ng VVT bằng phần mềm GT-Power

Những nh h ng c a c a hệ th ng VVT đ c nghiên c u từ mô ph ng đ c phân tích - đánh giá và so sánh với các thử nghiệm đư đ c thực hiện để xem xét

1.2.2 Tình hình nghiên c uătrongăn c:

Việt Nam việc chế t o các mô hình học c đ c thực hiện nhiều các tr ng đào

t o nghề nhằm nâng cao chất l ng đào t o, phù h p với yêu cầu c a xã h i Các công ty chế t o mô hình học c hàng năm cũng cung cấp ra thị tr ng m t s l ng

lớn các mô hình học c thu c nhiều lĩnh vực khác nhau

Đ i với ngành ô tô, có thể nói mô hình đóng vai trò rất quan trọng trong việc gi ng

d y cần ph i có sự trực quan nhiều Bên c nh đó sự phát triển c a hệ th ng van biến thiên đư đem l i nhiều l i ích nh ít tiêu hao nhiên liệu, gi m ô nhiễm môi tr ng, tăng công suất đ ng cơ Đây chính là lý do t i sao hiện nay hầu hết các xe ô tô đều

b trí hệ th ng này Do đó việc đ a hệ th ng này vào gi ng d y là nhiệm v bắt

bu c trong đào t o ngành công nghệ ô tô Trong những năm qua đư có m t s công trình nghiên c u về thiết kế, chế t o mô hình đ ng cơ có hệ th ng van biến thiên đư

đ c công b nh :

- Kỹ s L ơng Qu c Sỹ, thiết kế-c i tiến -xây dựng bài thực hành thí nghiệm

hệ th ng điều khiển trên mô hình đ ng cơ phun xăng VVT-i (Toyota) - Tr ng Đ i

học Nông Lâm năm 2010 N i dung nghiên c u ch yếu c a đề tài là: Thiết kế- c i

tiến l i mô hình hệ th ng điều khiển trên mô hình đ ng cơ phun xăng VVT-I, đồng

th i xây dựng các bài thực hành thí nghiệm hệ th ng điều khiểntrên mô hình Điểm

h n chế c a đề tài là ch a tích cực hóa ng i học do không thiết kế mô ph ng hệ

th ng VVT-i cũng nh các hệ th ng khác trên đ ng cơ phun xăng do đó ng i học khó khăn trong việc nghiên c u kết cấu, ho t đ ng m t cách trực quan Chính vì điều này đư gây nh h ng không nh đến chất l ng thực hành sửa chữa đ ng cơ

có hệ th ng VVT-i

- Đề tài nghiên c u khoa học c a Th c sỹ Nguyễn Văn Long Giang và Huỳnh

Qu c Việt, nghiên c u, thiết kế chế t o mô hình hệ th ng điều khiển đ ng cơ Toyota Yaris - Tr ng Đ i học S ph m kỹ thuật thành ph Hồ Chí Minh Đây là

đề tài nghiên c u cấp tr ng năm 2009, m c tiêu c a đề tài là t o ra mô hình ph c

v gi ng d y t i tr ng Đ i học s ph m kỹ thuật thành ph Hồ Chí Minh

Nhìn chung trong th i gian qua, việc trang bị các mô hình đ ng cơ hiện đ i các

tr ng đào t o nghề còn gặp nhiều khó khăn là do giá thành c a các thiết bị ngo i

nhập khá cao, nhiều tr ng khó có thể trang bị Việc nghiên c u và chế t o các mô hình ph c v cho việc gi ng d y và nghiên c u vẫn còn quy mô nh , phần lớn là

do nhu cầu cấp thiết c a công tác gi ng d y nên tự thiết kế và thi công trên các thiết

bị sẵn có M t s công ty s n xuất đồ dùng d y học n ớc ta cũng đư nghiên c u

chế t o nhiều thiết bị, mô hình d y học về đ ng cơ xăng có hệ th ng VVT-i nh ng

rất đơn gi n, ch yếu là dùng để gi ng d y về cấu t o, nguyên lý ho t đ ng cơ b n

c a các hệ th ng trên đ ng cơ và các bài học thực hành trên mô hình Các mô hình này thiếu m t s ch c năng cần thiết để sinh viên học tập và tự nghiên c u trên mô hình, không quan sát đ c các chế đ ho t đ ng c a hệ th ng VVT-i trên đ ng cơ

1.3 M c tiêu vƠăđ iăt ng nghiên c u

1.3.1 M c tiêu nghiên c u:

Vận d ng các kiến th c về đ ng cơ phun xăng điện tử có hệ th ng VVT-i, phần

mềm mô ph ng Macromedia Flash và lý thuyết về d y học tích h p để thiết kế, chế

t o mô hình d y học, mô ph ng hệ th ng điện điều khiển đ ng cơ và biên so n các bài gi ng tích h p cho đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i với m c tiêu:

- Bổ sung thêm trang thiết bị hiện đ i trong đào t o ngành công nghệ ô tô

- T o điều kiện cho ng i học tiếp cận đ c công nghệ mới trên đ ng cơ ô tô

hiệnđ i ph c v cho công tác học tập và nghiên c u

- Thông qua mô hình kết h p mô ph ng giúp cho quá trình d y và học đ c

t t hơn, ng i học có thể dễ dàng tìm hiểu ho t đ ng c a hệ th ng VVT-i, hệ

th ng điều khiển t c đ không t i (ISC), ho t đ ng c a các m ch điện điều khiển và các c m biến trên đ ng cơ, đồng th i có thể thực hành sửa chữa

đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i ngay trên mô hình, qua đó góp phần nâng cao hiệu qu đào t o ngành công nghệ ô tô t i các tr ng d y nghề

1.3.2.ăĐ iăt ng nghiên c u:

- Nghiên c u thiết kế, chế t o mô hình đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i

ph c v cho công tác gi ng d y

- Nghiên c u ng d ng phần mềm Macromedia Flash để mô ph ng ho t đ ng

c a hệ th ng VVT-i, ho t đ ng c a các c m biến, các m ch điện điều khiển

và m t s hệ th ng khác trên đ ng cơ

- Nghiên c uthiết kế m t s bài gi ng tích h p thực tập điện đ ng cơ phun xăngcho đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i

1.4 Nhi m v và ph m vi nghiên c u c aăđ tài

1.4.1 Nhi m v c aăđ tài:

- Thiết kế, chế t o mô hình đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i

- ng d ng phần mềm Macromedia Flash thiết kế mô ph ng kết cấu, nguyên

lý ho t đ ng c a hệ th ng VVT-i, các c m biến, các m ch điện điều khiển,hệ

th ng điều khiển không t i, hệ th ng kh i đ ng, trên đ ng cơ phun xăng có

gi ng tích h p cho đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i nên ph m vi nghiên c u

ch yếu tập trung nghiên c u lý thuyết về đ ng cơ phun xăng có hệ th ng VVT-i

c a hãng Toyota (chọn đ ng cơ Toyota Yaris 1SZ-FE để làm mô hình do đ ng cơ này có kết cấu gọn nhẹ, có hệ th ng VVT-i, dễ dàng di chuyển khi áp d ng vào

gi ng d y, đáp ng đ c yêu cầu c a luận văn); nghiên c u về lý thuyết d y học tích h p để xây dựng các bài gi ng tích h p kèm theo mô hình; nghiên c u phần

mềm Macromedia Flash để thiết kế mô ph ng hệ th ng điện điều khiển đ ng cơ

1.5.ăPh ngăphápănghiênăc u

- Tham kh o các tài liệu, các bài báo trong và ngoài n ớc về đ ng cơ phun xăng Toyota Yaris 1SZ-FE

- Nghiên c u phần mềm Macromedia Flash ph c v cho công tác thiết kế mô

ph ng hệ th ng VVT-i, các c m biến, các m ch điện điều khiển và m t s hệ

th ng khác trên đ ng cơ

- Nghiên c u các mẫu mô hình đư có, từ đó có ý t ng mới cho việc thiết kế,

chế t o mô hình đ m b o tính thẩm mỹ, thể hiện đ c đầy đ các chi tiết c a

đ ng cơ, dễquan sát, dễ thao tác khi thực hành sửa chữa trên mô hình

- Tham kh o các mẫu thiết kế bài gi ng thực hành sửa chữa ô tô để biên so n

m t s bài gi ng thực tập điện đ ng cơ phun xăng cho đ ng cơ phun xăng có

hệ th ng VVT-i

C h ơng 2

C ăS LÝ THUY T

2.1 T ng quan v h th ng VVT-iătrênăđ ngăc ăToyota

Trong những năm gần đây, giá nhiên liệu trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng không ngừng tăng cao do nguồn nhiên liệu hóa th ch đang ngày m t c n kiệt, gây không ít khó khăn cho ng i sử d ng xe ô tô, xe gắn máy Bên c nh đó, ô nhiễm môi tr ng cũng là vấn đề lớn đòi h i các nhà s n xuất ô tô ph i quan tâm Chính vì vậy, các hãng s n xuất ô tô hàng đầu trên thế giới đư không ngừng nghiên

c u c i tiến s n phẩm c a mình nhằm đáp ng các yêu cầu ngày càng khắt khe c a các n ớc trên thế giới Tr ớc thực tr ng đó, hưng s n xuất xe ô tô Toyota c a Nhật

B n cũng không ngừng nghiên c u c i tiến s n phẩm c a mình, đặc biệt là trong lĩnh vực nghiên c u c i tiến đ ng cơ đ t trong nhằm nâng cao hiệu suất làm việc

c a đ ng cơ, tiết kiệm nhiên liệu và b o vệ môi tr ng M t trong những c i tiến quan trọng c a hưng đó là c i tiến hệ th ng phân ph i khí, trong đó hệ th ng phân

ph i khí truyền th ng với nhiều nh c điểm đ c thay bằng hệ th ng phân ph i khíhiện đ i điều khiển bằng điện tử - th y lực hay còn gọi là hệ th ng van biến thiên thông minh (Varaible Valve Timing with intelligent -VVT-i)ra đ i vào năm 1996.Với hệ th ng này, hệ th ng phân ph i khí làm việc linh ho t hơn, phù h p với

từng d i t c đ làm việc c a đ ng cơ

Đ i với các đ ng cơthông th ng thì th i điểm ph i khí là c định và đ nâng c a xu-páp luôn là hằng s nên nó kh ng chế l ng h n h p n p vào đ ng cơ Đây chính là nh c điểm c a hệ th ng phân ph i khí cổ điển Ng c l i, với các đ ng

cơ có hệ th ng VVT-i thì góc ph i khí có thể thay đổi theo điều kiện làm việc c a

đ ng cơ Hệ th ng VVT-i sử d ng áp suất thuỷ lực đ c điều khiển bằng điện tử để xoay tr c cam n p, thay đổi th i điểm ph i khí nhằm đ t đ c th i điểm ph i khí

t i u Hệ th ng này có thể xoay tr c cam m t góc 400

tính theo góc quay tr c khuỷu để đ t th i điểm ph i khí t i u cho các chế đ ho t đ ng c a đ ng cơ, dựa

vào các tín hiệu từ c m biến và điều khiển bằng ECU đ ng cơ Do đó hệ th ng này

đ c đánh giá rất cao vì nó c i thiện quá trình n p và th i, tăng công suất đ ng cơ, tăng tính kinh tế và gi m ô nhiễm môi tr ng

Việc sử d ng các b phận thay đổi th i điểm và qui luật nâng c a xu-páplàm cho hệ

th ng phân ph i khí hiện đ i luôn ho t đ ng điều kiện t i u Điều đó đư làm cho

đ ng cơ sử d ng hệ th ng phân ph i khí hiện đ i có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc gia t c thay đổi từ t c đ thấp sang t c đ cao x y ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm và đ t công suất cao Ô tô có đ ng cơ sử d ng hệ th ng phân ph i khí hiện

đ i sẽ ch y êm dịu trong thành ph cũng nh trên qu c l , dễ dàng chuyển từ t c đ thấp sang t c đ cao Tuy nhiên, bên c nh những u điểm đó thì hệ th ng phân ph i khí hiện đ i có nh c điểm là: Có nhiều chi tiết, c m chi tiết, cần chế t o với đ chính xác cao Hệ th ng điều khiển ph c t p, việc b o qu n, sữa chữa khó khăn và giá thành cao

Hình 2.1: H ệ thống VVT-i trên động cơ Toyota

2.1.1 nh h ng c aăgócătrùngăđi păđ n công su t, tiêu hao nhiên li u và khí

th iătrênăđ ngăc

Thông th ng trên các đ ng cơ truyền th ng, góc trùng điệp c a cam n p và cam x

là không đổi khi đ ng cơ làm việc c t c đ cầm chừng lẫn khi có t i hoặc vận t c thay đổi Tuy nhiên, với đ ng cơ có hệ th ng van biến thiên thông minh cho phép

chúng ta chọn gần nh t i u góc trùng điệp c a cam tùy theo chế đ vận hành c a

đ ng cơ Việc m r ng thêm góc trùng điệp những chế đ t i trọng khác nhau là nguyên nhân gây ra m t phần c a khí cháy đ c tái tuần hoàn vào buồng đ t bằng

ng chân không cu i kỳ x B tuần hoàn khí x EGR làm gi m HC cũng nh NOx NOx gi m do gi m nhiệt đ cháy, nh ng HC gi m là do kết qu từ việc ch a cháy hết và khí th i tuần hoàn bên trong M t giá trị góc trùng điệp t i u tồn t i

nh đ c hiển thị đây d ới m t điều kiện đ ng cơ nhất định nó thay đổi m t cách

r ng rãi tùy thu c vào điều kiện t i trọng c a đ ng cơ Sự thay đổi đó có nh h ng tích cực đến hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu và khí x đ ng cơ

Hình 2.2: nh hưởng của góc trùng điệp đến khí x động cơ

Hơn nữa, gi m góc trùng điệp t i điều kiện ch y không t i làm cho quá trình đ t cháy ổn định hơn và đ ng cơ có thể ch y t c đ ch y không t i thấp hơn để c i thiện kinh tế nhiên liệu chế đ ch

Hình 2.3: nh hưởng của góc trùng điệp đến tiêu hao nhiên liệu

Hình 2.4: nh hưởng của hệ thống VVT-i đến công suất động cơ

2.1.2.ăS ăđ t ng th h th ng VVT-iătrênăđ ngăc

Hình 2.5:Sơ đồ tổng thể hệ thống VVT-i

Tổng thể m t hệ th ng VVT-i bao gồm:1- B điều khiển VVT-i nằm đầu tr c cam

t o ra m t sự khác biệt m t l ng th i gian giữa tr c cam và tr c khuỷu b i m t thiết bị truyền đ ng th y lực 2-Van điều khiển dầu(OCV) điều khiển áp suất dầu

tới b điều khiển VVT-i theo lệnh ECU.3- ECU tính th i điểm m van t i u dựa trên điều kiện vận hành đ ng cơ.Thông th ngth i điểm ph i khí đ c c định, tuy

nhiên bằng cách điều khiển cam theo hai giai đo n, các kỹ s ô tô đư cho ra đ i hệ

th ng VVT-i với cam n p đ c t i u hóa điều khiển lên tới 600

2.1.3.ăS ăđ nguyên lý h th ng VVT-i

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống VVT-i

Trong qua trốnh hoa ̣t động , các c m biến vị trí tr c khuỷu , vị trí b ớm ga và l u

l ng khí n p cung cấp các dữ liệu c hính về ECU để tính toán thông s ph i khí theo yêu câu ch động C m biến nhiệt đ n ớc làm mát đ ng cơ , tín hiệu t c đ cung câp d ̃ liệu hiệu chố̉nh, còn các đầu đo VVT và vị trí tr c khuỷu thì cung cấp các thông ti n vê tốnh tra ̣ng phôi khố th ̣c tê Trên cơ s các yếu t ch động, hiệu chỉnh và th ̣c tê, ECU sẽ tổng hợp được lệnh phôi khố tôi ưu cho buông đôt Lệnh này đ c tính toán trong vài phần nghìn giây và quyết định đ óng (mở) các van điện

c a hệ th ng th y lực ́p lực dầu sẽ tác đ ng thay đổi vị trí b điều khiển ph i khí làm cho tr c cam xoay đi m t góc t ơng đ i so với vị trí chuẩn c a nó để làm thay đổi th i điểm ph i khí Đ m và th i đi ểm m biến thiên theo sự ph i h p các thông s về l u l ng khí n p, vị trí b ớm ga, tôc độ va nhiệt độ động cơ

2.1.4 Th iăđi m ph i khí

Hình 2.7: Th ời điểm phối khí hệ thống VVT-i

Nh trong hình 2.7, hệ th ng này đ c thiết kế để điều khiển th i điểm ph i khí

bằng cách xoay tr c cam trong m t ph m vi 400

so với góc quay c a tr c khuỷu để

đ t đ c th i điểm ph i khí t i u cho các điều kiện ho t đ ng c a đ ng cơ dựa trên tín hiệu từ các c m biến

Khi nhiệt đ , t c đ thấp t i nhẹ, hay khi t i nhẹ Th i điểm ph i khí c a tr c cam

n p đ c làm trễ l i và đ trùng lặp xu-páp gi m đi để gi m khí x ch y ng c l i phía n p Điều này làm ổn định chế đ không t i và c i thiện tính tiết kiệm nhiên

liệu và tính kh i đ ng

Khi t i trung bình, hay khi t c đ thấp và trung bình t i nặng hoặc khi t c đ cao

và t i nặng Th i điểm ph i khí đ c làm sớm lên và đ trùng lặp xu-páp tăng lên

để tăng tuần hoàn khí th i n i b và gi m mất mát do bơm Điều này c i thiện ô nhiễm khí x và tính tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó th i điểm đóng xu-páp n p đ c đẩy sớm lên để gi m hiện t ng quay ng c khí n p l i đ ng n p và

c i thiện hiệu qu n p

Ngoài ra, điều khiển ph n hồi đ c sử d ng để giữ th i điểm ph i khí xu-páp n p

thực tế đúng th i điểm tính toán bằng c m biến vị trí tr c cam

2.1.5 B ch p hành c a h th ng VVT-i

2.1.5.1 B đi u khi n VVT-i

B điều khiển VVT-i lắp đầu tr c cam n p bao gồm bánh răng trong (ăn khớp với

tr c cam n p), bánh răng ngoài ăn khớp với puli cam, piston n i bánh răng ngoài và bánh răng trong qua các then hoa xiên dùng để xoay tr c cam n p, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho b điều khiển VVT-i và van điều khiển dầu ph i phí tr c cam để điều khiển đ ng đi c a dầu

Hình 2.8: B ộ điều khiển VVT-i

B điều khiển bao gồm m t v đ c dẫn đ ng b i xích cam và các cánh g t đ c

c định trên tr c cam n p Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm mu n tr c cam

n p sẽ xoay các cánh g t c a b điều khiển VVT-i theo h ớng chu vi để thay đổi liên l c th i điểm ph i khí c a tr c cam n p

Khi đ ng cơ ngừng, tr c cam n p chuyển đ ng đến tr ng thái mu n nhất để duy trì

kh năng kh i đ ng Khi áp suất dầu không đến b điều khiển VVT-i ngay lập t c sau khi đ ng cơ kh i đ ng, ch t hãm sẽ hưm các cơ cấu ho t đ ng c a b điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ

2.1.5.2.ăVanăđi u khi n d u ph i khí

Hình 2.9: Van điều khiển dầu phối khí trục cam

Van điều khiển dầu ph i khí tr c cam ho t đ ng theo sự điều khiển ECU đ ng cơ

để điều khiển vị trí c a van ng và phân ph i áp suất dầu cấp đến b điều khiển VVT-i đến phía làm sớm hay làm mu n Khi đ ng cơ ngừng ho t đ ng, th i điểm

ph i khí xu-páp n p đ c giữ góc mu n t i đa

2.1.6 Ho tăđ ng c a h th ng VVT-i

Van điều khiển dầu ph i khí tr c cam chọn đ ng dầu đến b điều khiển VVT-i

t ơng ng với đ lớn dòng điện từ ECU đ ng cơ B điều khiển VVT-i quay tr c cam n p t ơng ng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào để làm sớm, làm mu n

hoặc duy trì th i điểm ph i khí

ECU đ ng cơ tính toán th i điểm đóng m xu-páp t i u d ới các điều kiện ho t

đ ng khác nhau theo t c đ đ ng cơ, l u l ng khí n p, vị trí b ớm ga và nhiệt đ

n ớc làm mát để điều khiển van điều khiển dầu ph i khí tr c cam Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ c m biến vị trí tr c cam và c m biến vị trí tr c khuỷu để tính toán th i điểm ph i khí thực tế và thực hiện điều khiển ph n hồi để đ t đ c th i điểm ph i khí chuẩn

Hình 2.10: Làm s ớm thời điểm phối khí

2.1.6.2 Làm mu n th iăđi m ph i khí

Khi ECU đặt van điều khiển th i điểm ph i khí tr c cam vị trí nh đư chỉ ra trong hình 2.11, áp suất dầu tác d ng lên khoang cánh g t phía làm mu n th i điểm ph i khí để làm quay tr c cam n p theo chiều quay làm mu n th i điểm ph i khí

Hình 2.11: Làm mu ộn thời điểm phối khí

2.1.6.3 Ch đ gi

ECU đ ng cơ tính toán góc ph i khí chuẩn theo tình tr ng vận hành Sau khi đặt

th i điểm ph i khí chuẩn, van điều khiển dầu ph i khí tr c cam duy trì đ ng dầu đóng nh đ c chỉ ra trên hình 2.12 để giữ th i điểm ph i khí hiện t i

Hình 2.12.Giữ thời điểm phối khí

2.1.6.4 D ngăxungăđi u khi n VVT-i

Hình 2.13:D ng xung điều khiển VVT-i

2.1.7 Nh ng bi n th khác c a h th ng VVT-i trênăđ ngăc ăToyota

2.1.7.1 H th ng Dual VVT-i (Dual Variable Valve Timing with intelligence )

Hệ th ng Dual VVT-i đ c phát triển từ hệ th ng VVT-i c a hãng Toyota Hệ

th ng này điều chỉnh th i gian đóng m xu-páp trên c xu-páp n p và xu-páp x và

đ c hãng Toyota giới thiệu lần đầu tiên trên đ ng cơ 3S-GE vào năm 1998 Năm

2005 hệ th ng Dual VVT-i đ c b trí trên đ ng cơ Toyota V6 2GR-FE Hiện nay

đ ng cơ này đ c sử d ng nhiều trên các đ ng cơ Toyota và Lexus

Hình2.14 : Hệ thống Dual VVT-i trên động cơ 2GR-FE

Cấu t o và ho t đ ng c a hệ th ng Dual VVT-i cơ b n gi ng ho t đ ng c a hệ

th ng VVT-i Với công nghệ tiên tiến này, đ ng cơ xăng c a Toyota đư t i u hóa quá trình n p và x trên đ ng cơ giúp cho đ ng cơ tăng công suất t i đa, th i s ch hơn, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ đ ng cơ

2.1.7.2 H th ng VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift intelligent system)

Hệ th ng VVTL-i phát triển dựa trên hệ th ng VVT-i và áp d ng cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình c a xu-páp n p và xu-páp x Hệ th ng này đ c giới thiệu lần đầu tiên trên đ ng cơ 2ZZ-GE b trí trên xe Toyota Celica năm 2000

Hình 2.15: Hệ thống VVTL-i trên động cơ 2ZZ-FE

Hệ th ng này cho phép đ t đ c công suất cao mà không nh h ng đến tính kinh

tế c a nhiên liệu hay ô nhiễm khí x Cấu t o và ho t đ ng cơ b n c a hệ th ng VVTL-i gi ng nh hệ th ng VVT-i Việc chuyển giữa hai vấu cam có hành trình khác nhau đ c sử d ng để thay đổi hành trình c a xu-páp ECU đ ng cơ chuyển

giữa hai vấu cam bằng van điều khiển dầu VVTL dựa trên các tín hiệu c m biến nhiệt đ n ớc làm mát và c m biến vị trí tr c khuỷu

ảình 2.16: Sơ đồ tổng thể hệ thống VVTL-i

Các b phận cấu thành hệ th ng VVTL-i gần gi ng những b phận cấu thành hệ

th ng VVT-i Những b phận đặc biệt trên hệ th ng VVTL-i là van điều khiển dầu VVTL và các tr c cam, cò mổ

- Vanăđi u khi n d u VVTL-i

ảình 2.17: Van điều khiển dầu VVTL-i

Van điều khiển dầu VVTL điều khiển áp suất dầu cấp đến các cam t c đ cao c a

cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển van tr t do ECU đ ng cơ thực

hiện

- Tr c cam và cò m

Để thay đổi hành trình xu-páp, tr c cam có hai lo i vấu cam, vấu cam t c đ thấp và

vấu cam t c đ cao cho m i xy lanh Cơ cấu chuyển vấu cam đ c lắp bên trong cò

mổ giữa xu-páp và vấu cam

Hình 2.18: C ấu t o trục cam và cò mổ hệ thống VVTL-i

Khi cơ cấu làm việc áp suất dầu đến từ van VVTL đến l dầu trong cò mổ và áp

suất này đẩy ch t hưm bên d ới ch t đệm, nó c định ch t đệm và ấn khớp cam t c

đ cao

Ho tăđ ng c a h th ng

Tr c cam n p và x có các vấu cam với hai hành trình khác nhau cho từng xy lanh, ECU đ ng cơ điều khiển van VVTL cung cấp dầu có áp suất đến các vấu cam để làm thay đổi hành trình c a xu-páp tùy thu c vào t c đ đ ng cơ

- Khi t căđ đ ngăc ăth păvƠătrungăbìnhă(d i 6000v/p)

Khi đ ng cơ ho t đ ng t c đ thấp và trung bình, van điều khiển m dầu phía x

do đó áp suất dầu không tác d ng lên cơ cấu chuyển vấu cam, ch t hãm không bị áp

suất dầu tác d ng lên, lò xo đẩy ch t hưm lên theo h ớng nh khóa Nh vậy ch t đệm sẽ chuyển đ ng tịnh tiến vô hiệu hóa, do đó nó sẽ dẫn đ ng xu-páp bằng cam

t c đ thấp và trung bình

Hình 2.19: Ho t động của hệ thống VVTL-i ở tốc độ thấp và trung bình

- Khi t căđ đ ngăc ăcaoă(trênă6000v/p,ănhi tăđ đ ngăc ăh nă60 0

C)

Khi đ ng cơ ho t đ ng t c đ cao, phía x c a van điều khiển dầu đ c đóng l i,

dầu có áp suất tác d ng lên cam t c đ cao c a cơ cấu chuyển vấu cam Lúc này bên trong cò mổ áp suất dầu ấn ch t hưm bên d ới ch t đệm để giữ ch t đệm và cò mổ

Do đó cam t c đ cao ấn xu ng cò mổ tr ớc khi cam t c đ thấp và trung bình tiếp xúc với con lăn Lúc này ECU đ ng cơ đồng th i phát hiện ra vấu cam đư chuyển sang t c đ cao nh tín hiệu gửi về từ công tắc áp suất dầu

Hình 2.20: Ho t động của hệ thống VVTL-i ở tốc độ cao

Hiện nay Toyota đư ngừng s n xuất đ ng cơ có hệ th ng VVTL-i trên tất c các dòng xe trên thị tr ng do hệ th ng này không đáp ng đ c yêu cầu phát th i theo tiêu chuẩn Euro IV

2.1.7.3 H th ng VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric motor)

Hệ th ng cam biến thiên thông minh điều khiển bằng đ ng cơ điện là m t phiên b n

c a hệ th ng Dual VVT-i Đặc điểm c a hệ th ng này là sử d ng m t đ ng cơ điện

để điều khiển th i gian cam n p trong khi đó cam x vẫn đ c điều khiển bằng th y

lực nh hệ th ng Dual VVT-i Hệ th ng này lần đầu đ c giới thiệu trên đ ng cơ 1UR-FE lắp đặt trên xe Lexus LS 460 vào năm 2007

Hình 2.21: Hệ thống VVT-iE trên động cơ 1UR-FSE

Ho t đ ng c a h th ng:

Đ ng cơ điện dẫn đ ng tr c cam n p quay cùng t c đ với tr c cam Để duy trì th i gian tr c cam, đ ng cơ điện sẽ ho t đ ng cùng t c đ với tr c cam Để làm sớm

th i điểm m xu-páp, ECU sẽ điều khiển đ ng cơ điện quay nhanh hơn m t chút so

với tr c cam Để làm mu n th i điểm m xu-páp, đ ng cơ điện sẽ quay chậm hơn

t c đ tr c cam u điểm nổi bật c a hệ th ng này là làm việc chính xác t c đ

thấp và nhiệt đ đ ng cơ thấp Sự kết h p điều khiển tr c cam bằng điện - th y lực cho phép kiểm soát t t hơn m c tiêu hao nhiên liệu, m c đ phát th i trên đ ng cơ

và đặc biệt là tăng đ c công suất c a đ ng cơ

2.2.Gi i thi u h th ng van bi n thiên trên m t s xe thông d ngt i Vi t Nam 2.2.1 H th ng VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) c a hãng Honda

xe đua để t o ra công nghệ VTEC Nguyên lý chung c a công nghệ này là: Khi

đ ng cơ ho t đ ng t c đ thấp thì hệ th ng sử d ng vấu cam có biên d ng nh và

nh lò xo hoàn lực Nh vậy lúc này cò mổ th nhất và cò mổ th hai chịu tác đ ng từ cam t c đ thấp (A và B) để điều khiển các xu-páp còn cò mổ

- Khi đ ng cơ ho t đ ng t c đ cao, ECU sẽ cung cấp điện để m van điện

từkhi nhận đ c tín hiệu từ c m biến s vòng quay đ ng cơ, c m biến t c đ

xe, c m biến nhiệt đ n ớc làm mát Khi đó dầu điều khiển sẽ đẩy các piston

di chuyển theo h ớng mũi tên nh hình 2.24 để liên kết các cò mổ thành m t

kh i duy nhất và đ c điều khiển b i vấu cam trung tâm

Qua nhiều năm phát triển, các đ ng cơ c a Honda đư sử d ng qua năm lo i hệ th ng VTEC khác nhau gồm: (1) VTEC có m t tr c cam đặt trên gọi là SOHC; (2) VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu; (3) VTEC có hai tr c cam đặt trên DOHC; (4) VTEC

có xilanh không t i và (5) công nghệ i-VTEC thông minh Kết cấu c a năm mô đun trên khác nhau nh ng nói chung chúng gi ng nhau về mặt nguyên lý vì tất c đều sử

d ng lo i tr c cam có vấu kép, m t vấu dùng khi t c đ thấp và m t vấu dùng t c

đ cao d i t c đ thấp, các xu-páp m ít và th i gian m ngắn l i do t c đ c a

vấu cam gi m

Hình 2 25: Các ki ểu hệ thống VTEC bố trí trên động cơ ảonda

u điểm c a hệ th ng VTEC là đư điều chỉnh đ c đồng th i c ba thông s : Th i điểm, đ nâng và c th i gian nâng van Với việc tăng biên đ và th i gian nâng van

đư làm cho công suất đ ng cơ tăng lên rất lớn so với đ ng cơ không b trí hệ th ng VTEC Mặt khác, đ ng cơ b trí hệ th ng này dễ sử d ng nh đ ng cơ th ng, công suất cao phù h p với từng chế đ làm việc c a đ ng cơ, tăng t c nhanh từ t c

đ thấp đến cao, vận hành êm dịu trong thành ph nh sự ho t đ ng c a cam t c đ

thấp, hiệu suất u việt t c đ cao đồng th i tiết kiệm nhiên liệu

2.2.2 H th ng MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ) c a hãng Mitsubishi

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system )tên viết tắt

c a công nghệ đ ng cơ với xu-páp n p biến thiên đ c phát triển b i hãng