Chương 6 : HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT

MultiAir là một sự đột phá cơ bản trong thiết kế động cơ xăng giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu đồng thời tăng cường đáng kể công suất và sức kéo của động cơ, cắt giảm lượng khí thải CO2 kho

Chương 6 : HỆ THỐNG MULTIAIR TRÊN XE FIAT

6.1 Lịch sử phát triển

MultiAir là hệ thống điều khiển xupap bằng điện-thủy lực được tập đoàn Fiat giới thiệu vào ngày 08/03/2009 tại triển lãm Geneva Bằng việc điều khiển trực tiếp không khí hoặc hòa khí vào trong xylanh thông qua xupap hút không cần sử dụng bướm ga nên đã giảm tổn thất bơm và giảm cản trên đường ống nạp

MultiAir là một sự đột phá cơ bản trong thiết kế động cơ xăng giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu đồng thời tăng cường đáng kể công suất và sức kéo của động cơ, cắt giảm lượng khí thải CO2 khoảng 10 đến 25%, và giảm ô nhiễm đến 60% so với các loại động cơ khác và đặc biệt hiệu quả hơn khi sử dụng với hệ thống tăng áp hoặc động cơ diesel

Ứng dụng đầu tiên của công nghệ Multiair được lắp trên động cơ Fire 1400cc

16 xupap, ứng dụng thứ hai là trên động cơ xăng cỡ nhỏ SGE 900cc cả hai loại động

cơ đều có phiên bản tăng áp và không tăng áp với nắp quy lát được thiết kế đặc biệt để lắp đặt bộ chấp hành điện - thủy lực Thế hệ động cơ mới này sẽ cho phép Fiat thay thế những động cơ lớn bằng động cơ nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn

Ưu điểm của MultiAir :

• Công suất tối đa được tăng lên 10% nhờ vào việc sử dụng trục cam định hướng

ở công suất cao

• Tại tốc độ vòng quay thấp mômen xoắn được cải thiện đến 15% thông qua việc đóng sớm xupap nạp để có thể đạt lượng không khí trong xi lanh là lớn nhất

• Quá trình bơm giảm dẫn đến giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và khí CO2 sinh ra cũng giảm một lượng tương ứng cả với động cơ tăng áp và động cơ không tăng áp

• Động cơ MultiAir tăng áp cỡ nhỏ có thể tăng 25% hiệu quả kinh tế đối so với động cơ thường trong cùng một điều kiện

• Hiệu quả điều khiển xupap thể hiện tốt nhất là trong quá trình làm nóng động

cơ và sự tái tuần hoàn khí xả thông qua việc mở lại xupap hút trong kỳ xả Kết quả là khí thải giảm từ 40% cho HC, CO và đến 60% cho NOx

• Duy trì áp suất nạp (không khí cho động cơ thường và không khí áp suất cao hơn cho động cơ tăng áp), cộng với việc điều khiển khí nạp cho từng xylanh trong mỗi thì riêng biệt sẽ tạo ra một động cơ tối ưu và nâng cao cảm giác lái xe

• MultiAir được áp dụng cho tất cả động cơ đốt trong, nó có thể được lắp trên động cơ Diesel để giảm lượng khí NOx thải ra và làm cho các bộ lọc xúc tác khí thải có hiệu quả hơn

Nói tóm lại, một động cơ được trang bị Fiat MultiAir sẽ mạnh hơn, phản ứng nhanh hơn trong toàn bộ dải tốc độ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm đáng kể tất cả các loại khí thải Công nghệ này cũng hứa hẹn Fiat sẽ giữ được vị trí hàng đầu trong lĩnh vực giảm lượng khí thải và giảm tiêu thụ nhiên liệu, danh hiệu mà họ đã duy trì được trong những năm gần đây

6.2 Cấu tạo của hệ thống

Trục cam Pittông bơm thủy lực

Solenoid

Xupap

Bình chứa dầu hồi

Hình 6.1 Cấu tạo hệ thống

Trục cam : động cơ sử dụng một trục cam (SOHC) để điều khiển xupap hút và

xupap xả Mỗi xylanh có 4 xupap trong đó hai xupap xả được điều khiển trực tiếp bởi các vấu cam xả như động cơ thông thường và không thể thay đổi được thời điểm cũng như độ nâng Trong khi đó các xupap hút được điều khiển bởi các vấu cam hút thông qua pittông, buồng thủy lực và van solenoid điện Van solenoid điện tắt, mở sẽ làm thay đổi thời điểm và độ nâng xupap

Hệ thống thủy lực : gồm pittông và buồng thủy lực Khi vấu cam hút tác dụng

vào đòn gánh sẽ làm pittông dich chuyển có công dụng như một bơm thủy lực tạo áp lực chứa trong buồng thủy lực Buồng thủy lực được kết nối với xupap và được điều khiển thông qua một solenoid

Solenoid : được điều khiển bởi hệ thống điều khiển động cơ có tác dụng đóng

mở mạch thủy lực tác dụng lên xupap để làm thay đổi thời điểm và độ nâng xupap theo các chế độ hoạt động của động cơ

6.3 Nguyên lý hoạt động

Phương thức hoạt động của hệ thống tập trung vào xupap hút Pittông chuyển động bởi trục cam được liên kết với xupap hút thông qua một buồng thủy lực được điều khiển đơn thuần bằng chế độ đóng mở của một van điện

• Khi van điện đóng dầu trong buồng dầu chạy như một vật thể rắn và truyền đến xupap hút và độ nâng xupap được quy định bởi trục cam

• Khi van điện mở buồng chứa dầu và xupap hút được kết hợp với nhau, xupap hút không hoạt động theo trục cam nữa mà đóng dưới tác động của lò xo Phần cuối cùng của hành trình đóng xupap được điều khiển bởi phanh hãm thủy lực,

để đảm bảo các chế độ hoạt động nhẹ nhàng, bình thường trong mọi điều kiện hoạt động của xe

Thông qua việc điều khiển quá trình đóng, mở van điện, có thể dễ dàng tìm ra một số chế độ hoạt động của động cơ như sau :

Chế độ xupap mở hoàn toàn theo biên dạng cam ( full lift ): để có được công

suất lớn nhất van solenoid điện luôn luôn đóng và xupap được điều khiển mở hoàn

toàn bởi biên dạng trục cam mà được thiết kế đặc biệt để tạo công suất tối đa khi chạy

ở tốc độ cao (thời gian mở lâu hơn)

Hình 6.2 Chế độ Full lift- xupap mở theo biên dạng cam thiết kế

Chế độ mở trễ xupap nạp ( LIVO-late intake valve opening ): khi khởi động

động xupap hút mở ra một phần nhờ sự đóng van solenoid điện Tức là xupap hút mở muộn và đóng sớm Trong trường hợp này, dòng khí vào xylanh nhanh hơn tạo lốc xoáy mạnh hơn kết quả sự hòa trộn nhiên liệu trong xylanh tơi hơn

Hình 6.3 Chế độ mở trễ xupap nạp- LIVO

Chế độ đóng sớm xupap nạp (EIVC- early intake valve closing ): để đạt

được mô men xoắn ở tốc độ thấp van solenoid điện được mở gần với biên dạng của

Độ nâng xupap

Góc quay trục khuỷu

Độ nâng xupap

Góc quay trục khuỷu

tượng khí nạp quay trở lại ống góp hút giúp khối lượng không khí nạp vào trong xylanh là lớn nhất

Hình 6.4 Chế độ đóng sớm xupap nạp- EIVC

Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục ( Multilift ) : hai chế độ hoạt động có

thể bao gồm trong cùng một kỳ hút tạo ra chế độ Multilift, đây là chế độ cháy khi tải rất thấp

Hình 6.5 Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục- Multilift

Độ nâng xupap

Góc quay trục khuỷu

Độ nâng xupap

Góc quay trục khuỷu

Chế độ theo tải động cơ ( Partial load ): khi tải động cơ thay đổi thì thời gian

mở solenoid cũng thay đổi Khi tải động cơ ổn định thì solenoid giữ nguyên vị trí mở trước đó làm cho xupap mở một phần để kiểm soát lượng hòa khí vào trong xylanh một cách hiệu quả tạo ra mômen xoắn theo yêu cầu tải động cơ

Hình 6.6 Chế độ theo tải động cơ- Partial load

6.4 Sự phát triển trong tương lai

Công nghệ Common Rail, một sản phẩm của Fiat được trình làng năm 1997 đã

mở đường cho hơn một thập kỷ phát triển với các sản phẩm như MultiJet (phun nhiều lần), động cơ diesel cỡ nhỏ và gần đây là công nghệ Modular Injection Những sản phẩm này sẽ sớm được tung ra thị trường

Độ nâng xupap

Góc quay trục khuỷu

Tương tự, Công nghệ MultiAir ra mắt trên toàn thế giới 2009 sẽ mở ra một sự phát triển mới cho công nghệ động cơ xăng :

 Sự kết hợp giữa MultiAir với phun xăng trực tiếp để nâng cao khả năng phản ứng và tiết kiệm nhiên liệu

 Việc đưa ra nhiều chế độ mở xupap tối ưu hơn có thể làm giảm lượng khí thải nhiều hơn

 Cải tiến động cơ tăng áp, kết hợp việc tăng áp suất khí nạp với điều khiển quá trình mở xupap để tối ưu hóa lượng hòa khí nạp vào xylanh Song song với hệ thống phun xăng điện tử phát triển trong những năm 70 và Common Rail trong những năm 90 là những đột phá công nghệ cụ thể, công nghệ điều khiển xupap MultiAir có thể áp dụng cho tất cả các loại động cơ đốt trong với bất cứ loại nhiên liệu đốt cháy nào MultiAir lúc đầu được phát triển cho động cơ sử dụng các loại nhiên liệu nhẹ như xăng đến khí gas tự nhiên và khí hidro Tuy nhiên nó cũng có khả năng cho việc giảm khí thải của động cơ diesel Thực chất việc giảm 60% NOx đạt được bởi công nghệ tái tuần hoàn khí xả bằng việc mở lại xupap hút trong quá trình xả, trong khi tối ưu việc điều khiển xupap lúc khởi động lạnh và làm nóng động cơ có thể mang đến hiệu quả giảm tới 40% khí HC và CO Cải thiện hiệu suất động cơ điesel tương tự như động cơ xăng, sự tiêu hao nhiên liệu được giảm thiểu xuống bởi sự giảm tổn thất bơm Vì thế động cơ diesel trang bị Multiair sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn

Trong tương lai việc cải tiến kỹ thuật ở hệ thống truyền động có thể mang lại những lợi ích từ sự thống nhất cấu trúc của động cơ xăng và diesel Chính vì vậy sản phẩm quy lát động cơ MultiAir đã được hình thành và phát triển để phù hợp với cả động cơ xăng và diesel Bộ chấp hành điện-thủy lực của MultiAir không nằm ngoài quy luật đó, với sự đa dạng trong việc gia công, các linh kiện phụ trợ được mang đến

từ ứng dụng Fire và SGE của Fiat