he thong phan phoi KHI

 1.4 Một số hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay khí: xả khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xi

MỤC LỤC



CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Nhiệm vụ :

1.2 Yêu cầu :

1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong

1.4 Một số hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong ……

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU CÁC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH 2.1 Giới thiệu sơ lựơc : 2.2 Hệ thống phối khí VVT-I : 2.2.1 Lịch sử hình thành hệ thống phân phối khí VVT

2.2.2 Cấu tạo :

2.2.3Nguyên lý hoạt động .

2.2.4 Trục cam và hệ thống phối khí thông minh (VVT-i):

2.3 Công nghệ VVTL-I của HONDA

2.3.1 Cấu tạo

2.3.2 Nguyên lý hoạt động:

2.4 Cấu tạo và hoạt động của hệ thống VTEC (VARYABLE VALVE TIMING AND LIFT ELECTRONIC CONTROL ) công nghệ VTEC của HONDA :

2.4.1 Cấu tạo

2.4.2 Nguyên lý hoạt dộng

2.5 Tìm hiểu MVEC trên xe MISUBISHI :

2.5.1 Cấu tạo

2.5.2 Nguyên lý hoạt động .

2.6 Cơ cấu VARIO CAM PLUS của hang PORSCHE : 2.6.1 Cấu tạo:

2.6.2 Nguyên lý hoạt động : .

2.7 Cơ cấu EMVT : Điều khiển xuppap bằng điện : 2.8 Cơ cấu EVHS : điện _ thủy lực : CHƯƠNG III : CÁC HƯ HỎNG , PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA VÀ SỬA CHỬA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

3.1 Hư hỏng của cơ cấu phối khí thường do 2 nguyên nhân :

Xu páp đóng không kín và Xu páp làm việc có tiếng go : 3.2 Các hư hổng của các bộ phận tay dổi hành trình xupap : 3.3 Phưong pháp kiểm tra hư hổng và cơ cấư phân phối khí : 3.4 Kiểm tra cảm biến :

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG

 1.1 Nhiệm vụ :

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí.thải sạch khí ra khỏi xylanh và nạp dầy hỗn hợp hoặc khí mới vào xylanh để động cơlàm việc liên tục

 1.2 Yêu cầu :

Đảm bảo thải sạch và nạp đầy

Các xupap phải đống mở đúng theo thời điểm quy định

Độ mở phải lớn để dòng khí dể lưa thông

Cá c xupap phải kín khít , tránh lọt khí trong quá trình nén va giản nở

Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy công chi phí thấp

Yêu cầu đối vói hệ thống nạp:

Các đường dẫn khí phải được thiết kế đặc biệt để điền khiển lưu lượng , tốc

độ và chiều dẫn không khí tốt nhất

Cung cấp không khí để quét

Cung cấp khí sạch cho từng xylanh theo yêu cầu cháy hoàn hảo

Giảm tiếng ồn dòng khí lưu động

Sáy nóng hỗn hợp khí _nhiên liệu đi vào các xylanh

Yêu cầu đối vói hệ thống xả:

Dẫn khí xả của động cơ ra ngoài không khí và giảm tiến ồn

Lộc và tiêu hủy khí xả độc

 1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong :

1) Cơ cấu phân phối khí dùng cam – xupap

2) Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt

3) Cơ cấu dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa xả cửa dộng cơ 2 kỳ

4) Cơ cấu phân phối khí dùng bộ phận điều khiển điện tử (ECM) tín hiệu đến cuộn solenoid ,các cuộn solenoid điện có nhiệm vụ mở các xupap

Động cơ Diezen sử dụng cơ cấu xupap treo vì dung tích buồn cháy và tỉ số nén cao

Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay đặt

Ngày nay thường dùng cơ cấu xupap treo vì cơ cấu này có nhiều ưa điểm hơn so với dùng xupap đặt Cuấ tạo làm cho buồn cháy gọn, đây là điều kiện tiên quyết để có tỷ số nén cao và giảm khả năng kích nổ cưa động cơ xăng.các dòng khí lưu thông ít bị ngoặc tổn thất nhỏ tạo điều kiện cho việc thải sạch và nạp đầy hơn

 1.4 Một số hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay khí: xả khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh trong quá trình làm việc của động cơ, đảm bảo đóng kín các cửa nạp, cửa xả trong quá trình

 1 Cơ cấu phân phối khí có xu páp treo:

Hình 1.1 Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo

Cơ cấu phân phối khí có xu páp treo (Hình 1), các xupáp được bố trí ở phíatrên của nắp máy Hệ thống nạp xả này được dùng hầu hết trong động cơ diesel

và động cơ cơ xăng có tỷ số nén cao Cơ cấu xupáp treo gồm:

trục cam, con đội, đũa đẩy, đòn gánh, lò xo, ống đẫn hướng và đế xupáp.Đối với cơ cấu xupáp treo có trục cam đặt ở phía trên nắp máy Thì có thể không

có đũa đẩy mà thay vào đó là xích hoặc bánh răng Và có thể có hoặc không cóđòn gánh

Khi trục cam quay, cam sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội làmcho đũa đẩy chuyển động tịnh tiến do đó làm cho đòn gánh quay quanh trục đòngánh Đầu đòn gánh sẽ đè lên đuôi xupáp làm cho xupáp chuyển động tịnh tiến

đi xuống mở cửa nạp và xả để thực hiện quá trình trao đổi khí Vào lúc camkhông đôi con đội thì lò xo xupáp sẽ giãn ra, làm cho xupáp chuyển động đi lênđóng cửa nạp và xả lại để thực hiện quá trình nén, cháy, giãn nở và sinh công Ở

tư thế này, lúc máy còn nguội, giữa đầu đòn gánh và đuôi xupáp sẽ có khe hở,gọi là “khe hở nhiệt” Nhờ nó, khi máy làm việc, do nóng lên, xupáp có giãn nở,buồng đốt cũng không bị hởn hiệt

 2.Cơ cấu phân phối khí có xu páp đứng (xupáp đặt):

Hình1 2 Cơ cấu phân phối khí có xu páp đứng.

1 –đế xupap; 2 – xupap; 3- ống dẫn huớng xupap; 4 – lò xo xupap;

5 – móng hãm hình côn; 6 – đĩa chặn lò xo; 7 – bulông điều chỉnh;

8 – đai ốc hãm;9 – con đội; 10 – trục cam

Cơ cấu phân phối khí có xupáp đứng trình bầy trên (Hình 1.2), loại nàythường dùng ở máy xăng Ở đây không có đũa đẩy, đòn gánh, con đội 9 trực tiếptruyền động cho xupap 2 Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông

7 và ốc hãm 8 sẽ điều chỉnh được khe hở nhiệt Loại hệ thống nạp xả có xupápđứng này làm tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupáptreo do đó độ tin cậy khi làm việc của loại này cao hơn hệ thống nạp xả cóxupáp treo Và an toàn hơn loại xupáp treo, vì giả sử móng hãm xupáp có tuột

ra, xupáp cung không rơi vào xylanh, không gây hư hỏngcho piston, xy lanh đặcbiệt khi khi động cơ đang làm việc

 3 Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp:

Hình 1.3 Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp

1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh;6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo;

Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thểhiện trên hình vẽ (Hình 1.3) khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếpđiều khiển việc đóng, mở xupáp, không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh…… Tuynhiên hệ trục và hai cặp bánh răng côn có phức tạp, chế tạo khó, nhưng nó có ưu

điểm là làm việc êm hơn, ít gây tiếng ồn Bởi vì cơ cấu này không có chi tiết làmviệc theo chuyển động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp có đòn gánh vàđũa đẩy Loại này có xupáp rỗng, ghép Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dàixupáp, sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôixupáp) Tuy nhiên, đối với xupáp xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 –400)0C vì vậy các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ, điều chỉnh bu lông 5 rấtkhó Lò xo xupáp ở đây có hai chiếc có độ cứng khác nhau, chiều quấn nguợcnhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy tránh được sự cộng hưởng nên bền lâuhơn Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối, như vậy không điều chỉnhđược khe hở nhiệt Trong trường hợp này, nhà chế tạo để khe hở nhiệt lớn mộtchút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, àm việc an toàn.

 4 Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh:

Hình 1.4 Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh.

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòngánh được thể hiện trên hình vẽ (Hình 4) Trục cam đặt trên nắp xylanh, nhưngcam không trực tiếp tỳ vào xupáp mà thông qua đòn gánh số Chuyển động từ

trục khuỷu cho trục cam bằng xích Điều chỉnh khe hở nhiệt được thực hiện nhờvít điều chỉnh và ốc hãm ở đầu đòn gánh.

 5.Cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử:

a Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

Hệ thống điều khiển đông cơ theo chương trình bao gồm các cảm biếnkiểm soát liên tục tình trạng hoạt đông của động cỏ, một bộ ECU tiếp nhận tínhiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấphành Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệuphản hồi từ các cả biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sựchính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũngnhư lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độhoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán khi có sự cố xảy ra Điều khiển đông cơbao gồm điều khiển phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển góc phốicam, điều khiển ra tự động

Hình1 5 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình

b Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.6:Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển kiểu Valvetronic.

1:Mô tơ bước; 2:Bộ truyền trục vít bánh vít; 3:Cần dẫn hướng

4:Trục nắp cần dẫn hướng; 5: Đòn gánh; 6:Lò xo xupap; 7: Xupap

Hê thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họngbướm ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu.Bướm ga mở càng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càngnhiều Tại vùng họng bướm ga, bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng,nhưng những piston vẫn còn hoạt động, không khí được lấy vào từ một phần củaống thông của đường ống phân phối đầu vào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga

và buồng đốt có độ chân không thấp ngăn cản tác động của sự hút vào và bơmvào của những piston, làm lãng phí năng lượng.Các kỹ sư ô tô nói đến hiệntượng này như sự bỏ phí năng lượng khi có sự bơm Động cơ hoạt động càngchậm thì các bướm ga đóng càng nhiều, và sự lãng phí năng lượng càng lớn.Valvetronic giảm tối thiểu mất mát khi bơm bằng sự giảm bớt sự tăng lên củatrục van và số lượng không khí đi vào buồng cháy So với những động cơ camđôi kiểu cũ với sự xuất hiện của bánh con lăn có bộ phận định hướng,valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, một mô tơ điện và một số cần đẩy(đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của các xupáp Nếuđòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupáp lớnnhất và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất Như vậy, valvetronic

có khả năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quá trình nạpđược đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳ thuộc vào

vị trí định trước trên động cơ

Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh

Hình 1.7 : Phối khí trục cam trên đỉnh, trong DOHC

Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh là thuật ngữ trong nghệ ô để chỉ cơ cấu điềuhành sự chuyển động của các trong động cơ ô tô, nhờ vào các đặt trên đỉnh độngcơ.Có một số cơ cấu thông dụng như SOHC, DOHC, SOHC

Hình 1.8 : Cơ cấu SOHC

Một cơ cấu SOHC SOHC (viết tắt cho từ Single Over Head Camshaft)dùng để chỉ cơ cấu phối khí một trục cam trên đỉnh Trong cơ cấu này, được bốtrí trong cụm đầu xylanh (trên đỉnh piston), được dẫn động bởi xích cam và điềukhiển xupap thông qua

Ưu điểm của cơ cấu là do giảm nhiều chi tiết dẫn động nên nó hoạt động

ổn định hơn, ngay cả ở tốc độ cao

Tuy nhiên cơ cấu này cũng có nhược điểm là khả năng đáp ứng của xupapkhông nhanh bằng cơ cấu DOHC

Hình 1.9 : Cơ cấu DOHC

Cơ cấu DOHC của một động cơ của OHC (viết tắt cho từ tiếng AnhDouble Over Head Camshaft) dùng để chỉ cơ cấu phối khí hai trục cam trênđỉnh Trong cơ cấu này, xupap nạp và xupap xả được điều khiển bởi hai trục camriêng biệt Có 2 loại cơ cấu phối khí hai trục cam: loại có sử dụng cò mổ và loạikhông sử dụng cò mổ

Cơ cấu DOHC cho phép thiết kế dạng buồng đốt ưu việt hơn loại SOHC.Khả năng đáp ứng và hoạt động của xupap cũng nhanh hơn và chính xác hơn sovới loại SOHC Do vậy, cơ cấu này được áp dụng cho các loại động cơ cần tínhnăng cao, tốc độ cao (thể , xe hơi)

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH

 2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC

Hình 2.1 : Xupap thông minh

Xu hướng phát triển của ô tô hiện đại ngày nay là gia tăng tốc độ cực đại

từ 180-250 km đến 250-330 km/h và giảm tiêu hao nhiên liệu Các giải phápđược đưa ra nhằm tăng tốc độ động cơ là điều khiển pha phối khí hoặc thay đổihành trình xupáp thông minh Tiếp theo đó nhiều hãng xe lớn trên thế giới đã vàđang áp dụng giải pháp thứ hai vào mục đích trên Các công nghệ như VVTL-icủa Toyota; VTEC của Honda; MIVEC của Mitsubishi; VALVETRONIC củaBMW; VVEL của Nissan lần lượt xuất hiện đã khẳng định tầm quan trọng của

vấn đề nêu trên Bài viết kỳ này chúng tôi sẽ lần lượt giới thiệu với các bạn vềcác công nghệ này.

Hiện nay trên động cơ ôtô có nhiều ký hiệu chữ cái viết tắt như: HONDAgọi là VTEC hay i-VTEC, VVT-i và VVTL-i của Toyota…Chúng nhằm quảng

bá cho các công nghệ mới nhất và tiên tiến của hãng nhưng bên cạnh đó khiếnngười tiêu dùng không thể hiểu hết được các kí hiệu phức tạp đó

Hình 2.2 : Hệ thống điền khiển bằng thủy lực

Dưới đây chúng tôi đưa ra một số giải thích cơ bản như sau:

- Trên ôtô, các loại động cơ 4 kỳ hiện đại ngày nay sử dụng cơ cấu phối khíthông minh ( cơ cấu điều khiển trục cam thông minh) nhằm điều chỉnh thời điểmđóng mở xupap, pha phối khí một cách tự động hoặc làm thay đổi độ nâng củaxupáp tự động tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ

Hình 2.3 : Động cơ VVT-I

- HONDA có động cơ VTEC ( Variable Vale Timing and Lift Electronic Control ): Pha phối khí và độ mở van điều kiển điển tử , Hệ thống VTEC hoạt động giống như một thiết bị nén hay một tuốc bin tăng áp bằng cách tạo ra khả năng cuốn cao và hiệu suất tiếp nhiên liệu hiệu quả để tạo ra công suất lớn

Hình 2.4 : Hệ thống VTEC

- Ngoài ra HONDA còn có các thế hệ động cơ như :VTEC-E: là hệ thống

bộ truyền động van trong đó hai chế độ cam điều khiển van có kích thước khácnhau Cam ngắn hơn cho phép một van mở với độ mở ít và điều này làm giảmmức tiêu hao nhiên liệu Giống hệ thống VTEC ban đầu, khi động cơ đạt sốvòng/phút lớn hơn, chốt khóa khóa cam thiết kế cho vòng tua cao và thời gian

mở van được tăng lên để đạt được công suất lớn hơn

3STAGE VTEC: Hệ thống này sử dụng 3 chế độ cam khác nhau hoạt động

ở 3 pha Mỗi cam điều khiển một pha thời gian mở và nâng van khác nhau

i-VTEC: (Intelligent VTEC) là hệ thống điều khiển van thành công nhất từtrước tới nay của hãng HONDA và được ứng dụng trên nhiều mẫu xe Hệ thốngi-VTEC được giới thiệu năm 2001 và sử dụng thiết bị điều chỉnh thời gian vannạp biến thiên liên tục và hệ thống quản lý do máy tính điều khiển để tối ưu hóa

mô men xoắn và hiệu suất sử dụng nhiên liệu

AVTEC: Advanced VTEC được hãng HONDA giới thiệu năm 2006 Hệthống này kết hợp những lợi thế của hệ thống i-VTEC với hệ thống điều khiểnpha biến thiên liên tục Hãng HONDA cho biết hệ thống AVTEC sẽ cho phéptiết kiệm 13% nhiên liệu so với hệ thống i-VTEC và giảm tới 75% khí thải sovới tiêu chuẩn năm 2005 Tuy vậy, cho đến nay, hệ thống này vẫn chưa đượctrang bị cho các mẫu xe ô tô mới được sản xuất

Hệ thống VTEC của HONDA là dấu mốc quan trọng trong việc nghiên cứu

và phát triển động cơ đốt trong vì nó đã góp phần giải quyết thành công một vấn

đề đã được đặt ra từ lâu Đó là vấn đề về hiệu suất hoạt động của động cơ Hệthống VTEC ra đời không chỉ giúp tăng hiệu suất của động cơ đốt trong mà cònmang đến cho khách hàng một chiếc xe công suất cao và tiết kiệm nhiên liệu

- Hãng xe Nhật TOYOTA thì có VVT-i (Variable Vale Timing – intelligent):thời điểm phối khí thay đổi – thông minh hay VVTL-i (Variable Valve Timingand Lift – intelligent) thời điểm phối khí và hành trình xupáp thay đổi – thôngminh

Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sửdụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí

xả ô nhiễm

Hình 2.5 : Hệ thống VVTL-i

Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cáchxoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu để đạtđược thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trêntín hiệu từ các cảm biến, còn hệ thống VVTL-i dựa trên hệ thống VVT-i và ápdụng một cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình của xupáp nạp và xả Điềunày cho phép được được công suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tếnhiên liệu hay ô nhiễm khí xả

- Cũng như thế BMW gọi công nghệ này phức tạp hơn là VANOS (Variable nockenwellen steuerung ) Hệ thống VANOS làm việc dựa trên nguyêntắc là điều khiển các cơ cấu của hệ thống, mà việc điều chỉnh đó có thể lam thayđổi vị trí tương đối của trục cam nạp đối với trục khuỷu

Hệ thống điều chỉnh kiểu VANOS giúp cho việc điều khiển hệ thống phânphối khí ở chế độ tối ưu nhất Hệ thống này điều chỉnh cả trục cam nạp và trụccam xả, điều chỉnh được thời điểm đóng, mở các xupáp nạp và xupáp xả theotừng chế độ yêu cầu của động cơ Nhờ việc điều chỉnh hợp lý cơ cấu xuppáp nạp

và xuppáp xả do đó để tiết kiệm được lượng nhiên liệu khi động cơ hoạt động ởcác chế độ khác nhau và lượng nhiên liệu thất thoát ra ngoài theo khí thải trongquá trình xả của động cơ kết quả là đã giảm được chi phí nhiên liệu khi vận hànhđộng cơ Làm tăng công suất định mức của động cơ do đó hiệu quả kinh tế khi

sử dụng động cơ tăng

- Ngoài ra còn một số hãng khác như:

Mitsubishi có động cơ MIVEC ( Mitsubishi Innovative Valve timing ElectronicControl system ): hệ thống điều khiển van bằng hệ thống kiểm soát thời gianbằng điện tử

Nissan có động cơ VVL ( Variable Valve Lift and Timing): độ mở van và thờigian

Porsche goi là VarioCam Plus: van biến thời gian

GM gọi là VVT,

Subaru cũng không chịu kém phần đặt luôn cái tên là Dual AVCS Cập nhật 2:30pm 9/8/2010) Hiện nay trên động cơ ôtô có nhiều ký hiệu chữ cái viết tắtnhư: HONDA gọi là VTEC hay i-VTEC, VVT-i và VVTL-i của Toyota… Chúng nhằm quảng bá cho các công nghệ mới nhất và tiên tiến của hãng nhưng bên cạnh đó khiến người tiêu dùng không thể hiểu hết được các kí hiệu phức tạp đó

Được phát triển bởi Giovanni Torazza vào cuối những năm 1960, hệ thống này đã sử dụng áp suất bằng thủy lực để làm thay đổi điểm tựa của cam

cho phù hợp ( phát minh US 3.641.988 ).Áp suất thủy lư này thay đổi tuỳ theo

tốc độ động cơ và áp suất của van nạp Độ mở của van có thể thay đổi tới 37%

Hình 2.7: Cơ cấu thay dổi thời điểm của hãng FIAT- Distribution Torazza

(1970).

Hình 28 : Các loại cơ cấu thay đổi cổ điển.

Vào tháng 9 năm 1975, hãng General Motor phát minh ra hệ thống có ýđịnh là thay đổi độ nâng van GM đã chú ý đến họng của van nạp nhằm giảm bớtlượng nhiệt thoát ra Bằng cách giảm đến mức tối thiểu lượng nâng van tại tảitrọng thấp mà vẫn giữ được tốc độ nạp cao, do đó làm nhỏ lại họng nạp GM đãkhông giải quyết được vấn đề khi hoạt động ở độ nâng rất thấp nên dự án đã bị

bỏ dở Hãng Alfa Romeo là hãng sãn xuất xe đầu tiên đã sử dụng hệ thống thayđổi thời điểm độ nâng van trong sản xuất xe (phát minh US 4.231.330) Chiếc xeAlfa Romeo Spider 2.0L năm 1980 đã sử dụng hệ thống VVT với hệ thống phunxăng Spica và được bán ở Mỹ Về sau nó cũng còn được sử dụng trên model xeAlfetta 2.0 Quandrifoglio Oro vào năm 1983 cũng như các loại xe khác Nissancũng phát triển hệ thống VVT riêng của họ vớiđộng cơ VG30DE(TT) cho loại

xe Concept Mid-4 của họ Nissan đã tậptrung chính vào việc sản xuất hệ thốngNVCS của mình (Nissan Valve- Timing Control System) tại tốc độ momen xoắnnhỏ và trung bình, bởi vì phần lớn động cơ không hoạt động nhiều ở tốc độ cao

Hệ thống NVCS này có thể đáp ứng được cả hai yêu cầu là tốc độ cầm chừng

êm dịu và hoạt động nhiều ở tốc độ thấp và trung bình Mặc dù vậy nó vẫn hoạtđộng tốt được ở tốc độ cao, nhưng hệ thống vẫn tập trung chính là phạm vi tốc

độ thấp và trung bình Động cơ VG30DE là loại động cơ đầu tiên áp dụng vàđược lắp ráp trên model xe 300ZX(Z31)300ZR vào năm 1987, đây là loại ôtôđầu tiên sử dụng kỹ thuật điều khiển VVT bằng điện tử

Hình 2.9 : Cơ cấu trên động cơ Nissan Maxima.

Với bước tiếp theo là vào năm 1989, Honda với hệ thống VTEC (VariableValve Timing And Lift Electronic Control) Honda bắt đầu sản xuất hệ thống nàynhằm làm cho động cơ có khả năng hoạt động trên các chế độ của cam khácnhau, bằng cách điều chỉnh lại trong việc thiết kế Một chế độ được thiết kế để

mở van tại tốc độ động cơ thấp, được quy định bởi một phương pháp có lợi khicần sự tiêu hao nhiên liệu thấp và phát ra công suất nhỏ Ở chế độ nâng cao, chế

độ thời gian hoạt động dài, và hoạt động suốt khi tốc độ cao nhằm gia tăng côngsuất đầu ra Vào năm 1992 hãng BMW đã giới thiệu hệ thống VANOS (Variable

Nockenwellen Steuerung) Nó cũng tương tự như hệ thống NVCS của Nissan,

nó có thể cung cấp sự thay đổi về thời gian cho trục cam nạp theo từng bướchoặc theo từng giai đoạn Hệ thống VANOS này có sự khác biệt là nó có thểcung cấp thêm một bước cho cả ba giai đoạn

Hình 2.10 : Cơ cấu của hãng BMW.

Sau đó vào năm 1998, hệ thống Double VANOS được giới thiệu, nó có thể điều khiển sự tăng mức độ đốt cháy nhiên liêu một cách to lớn, tăng công suất, mômen xoắn và đưa ra mức độ không tải tốt hơn,tiết kiệm nhiên liệu hơn

Hệ thống Double VANOS này là hệ thống đầu tiên điều khiển bằng điện tử, điềukhiển sự hoạt động liên tục của cả van nạp và van xả

Hình 2.11 : Cơ cấu Double VANOS của hãng BMW.



NNăm 2001, hãng BMW giới thiệu hệ thống Valvetronic,đây là hệ thống duy nhất

có thể làm thay đổi độ nâng van nạp một cách liên tục, cộng thêm thời gian cho

cả hai van nạp và xả Hệ thống điều khiển chính xác đã chú ý nhiều hơn đến nhiệm vụ của van nạp để điều khiển hoàn toàn van nạp, chú ý đến sự cần thiết của van tiết lưu và giảm sự tổn thất lớn của bơm

Khi tính toán để giảm được tổn thất của bơm, có thể tăng công suất đầu ra thêm 10% và tiết kiệm nhiên liệu.

Hãng Ford đã trở thành nhà sản xuất đầu tiên sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí trên xe tải pick-up, với loại xe được bán chạy là model F-series vào năm 2004 Động cơ được sử dụng là động cơ 5.4L 3 valve Triton

Vào năm 2005 hãng General Motor đã đưa ra hệ thống Variable Valve Timing cho động cơ I-head V6, gồm có LZE và LZ4



I

 2.2.2 Cấu tạo :

i



Trên mỗi chiếc xe Toyota, chúng ta luôn thấy có dòng chữ VVT-i nằm ở vị trí hai bên cửa xe Dòng chữ viết tắt này có ý nghĩa là gì ? Chúng ta cùng tìm hiểu VVT-i.

VVT-i là chữ viết tắt của từ Variable Valve Timing with intelligence - một

hệ thống thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện – thủy lực Cơ

cấu này tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động

Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động cung cấpnhiên liệu Hệ thống điều khiển hệ thống van nạp biến thiên VVT-i được thiết kếvới mục đích nâng cao mô men xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu

và khí thải độc Các bộ phận của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit,bơm và đường dẫn dầu, bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện, các cảmbiến: VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước.Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tửETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugiđầu iridium

Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga vàlưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính toán thông số phốikhí theo yêu cầu chủ động Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực

tế, ECU sẽ tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt Như vậy, thay cho

hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấphoạt động của các van nạp Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợpcác thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ.Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỉ lệ %nhiên liệu được đốt Thông tin từ đây được gởi về ECU và cũng được phối hợp

xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môitrường

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

**VVT-I Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thốngVVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểmphối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu vàgiảm khí xả ô nhiễm.Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế đểđiều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi sovưới góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưucho các điềukiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến Thời điểm phối

khí được điều khiển như sau.

Hình 2.12 :Hệ thống VVT-i

• Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ:Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupápgiảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều này làm ổn định chế độkhông tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động

• Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặngThời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng

EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tínhkinh tế nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó thười điểm đóng xupáp nạp đượcđẩy

sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu

quả nạp.

• Khi tốc độ cao và tải nặng

Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên đểtăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả vàtính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng đường nạp và cảithiện hiệu quả nạp Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểmphối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trụccam

Hinh 2.13: Biều đồ thề hiện thời điểm phối khí Cấu tạo

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và

van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.

Hình 2.14 : Bộ điều khiển VVT -I

1 Bộ điều khiển VVT-i

Hình 2.15 : Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạtđược cố định trên trục cam nạp áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộntrục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi

để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp Khi động cơ ngừng,trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởiđộng Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động

cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i

để tránh tiếng gõ

Ngoài loại trên, cũng có một loại mà píttông dọc chuyển theo hướng trụcgiữa các then xoắn của bánh răng bên ngoài (tương ứng vưới vỏ) và bánh răngtrong (gắn trực tiếp vào trục cam) để làm xoay trục cam

2 Van điều khiển dầu phối khí trục cam

Hình 2.16 : Van điều khiển phối khí trục cam VVT - i

Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệhiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối ápsuất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn Khi động

cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.Hoạt động

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chon đường dầu đến bộ điều khiểnVVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-iquay trục cam nạp tương ứng

với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trìthời điểm phối khí ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưudưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp,

vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phốikhí trục cam Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam vàcảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện

điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.Hệ thống VVT-i làthiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện - thủy lực Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng

áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí Điềunày có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ônhiễm.Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thờiđiểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quaycủa trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạtđộng của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

 2.2.3 Nguyên lý hoạt động:

1 Làm sớm thời điểm phối khí

Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằngECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểmphối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí

Hình 2.17 :Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm

2 Làm muộn thười điểm phối khí

Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm

phối khí.

Hình 2.19 :Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn

3 Giữ ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau

khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trìđường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại

Hình 2.20 :Van điều phối dầu ở vị trí ổn định

 2.2.4 Trục cam và hệ thống phối khí thông minh (VVT-i)

Nếu bạn đã tìm hiểu về động cơ, hẳn các bạn đã biết về các xu páp điều khiểnviệc đưa hỗn hợp không khí/nhiên liệu vào động cơ và thoát ra ngoài qua hệthống xả Trục cam sử dụng các vấu cam tỳ lên các xu páp để mở chúng ra khitrục cam quay, các lò xo trên xu páp có nhiệm vụ đẩy chúng trở về vị trí cũ đểđóng lại Đây là một nhiệm vụ quyết định và có thể tạo ra ảnh hưởng rất lớn đếnhiệu suất của động cơ ở tốc độ khác nhau.

Trục cam

Trong bài viết này, CarOline đề cập đến sự ảnh hưởng của trục cam đếnhiệu suất của động cơ Thông qua một số hình ảnh động trong bài các bạn sẽthấy sự khác nhau của các động cơ với một trục cam đặt trên (SOHC) và động

cơ có hai trục cam đặt trên (DOHC) Bên cạnh đó chúng tôi cũng hướng dẫn cácbạn cách điều chỉnh trục cam của động cơ một cách hết sức ngắn gọn để động cơhoạt động hiệu quả hơn ở những tốc độ khác nhau

Khái niệm cơ bản về trục cam

Bộ phận chính của một trục cam là các vấu cam Khi trục cam quay tròn, cácvấu cam sẽ điều khiển đóng mở các các xu páp nạp và xả ở thời điểm phù hợpvới sự di chuyển của piston Hình dạng của các vấu cam có liên quan trực tiếpđến cách thức động cơ làm việc ở các dải tốc độ khác nhau

Để hiểu rõ điều này bạn hãy tưởng tượng rằng động cơ của chúng ta đang chạy

vô cùng chậm chỉ khoảng từ 10 đến 20 vòng/phút (RPM) bởi vậy sẽ mất khoảngvài giây để piston hoàn thành một chu kỳ chuyển động Nhưng trên thực tế thìmột động cơ bình thường không thể chạy chậm như vậy được Ở tốc độ thấpnày, chúng ta có thể hiểu các vấu cam thực hiện chu trình như sau:

Chỉ khi piston bắt đầu chuyển động đi xuống trong hành trình nạp (từ điểmchết trên, TDC), xu páp nạp mới bắt đầu mở ra Xu páp nạp sẽ đóng lại ngay khipiston đến điểm dưới cùng

Xu páp xả sẽ mở ra ngay khi piston đến điểm dưới cùng (gọi là điểm chếtdưới, BDC) ở cuối quá trình cháy và sẽ đóng lại khi piston hoàn thành quá trình

xả khí

Với thứ tự làm việc như vậy sẽ rất tốt cho động cơ chừng nào nó cònchuyển động ở tốc độ thấp như vậy Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu tốc độ vòngquay tăng lên Chúng ta hãy xem

Khi tăng số vòng quay động cơ ở lên khoảng 4000 vòng/phút, các xu páp sẽ phải

mở và đóng 2000 lần mỗi phút hoặc 33 lần mỗi giây Ở tốc độ này, piston dichuyển cực nhanh Bởi vậy hỗn hợp không khí/nhiên liệu cũng lưu thông trongxilanh với tốc độ rất nhanh

Khi xu páp nạp mở ra và piston bắt đầu hành trình nạp, hỗn hợp nhiênliệu/không khí bắt đầu gia tăng trong xilanh Đúng lúc piston đến điểm cuối củahành trình nạp, hòa khí chuyển động vào xilanh với tốc độ khá nhanh Nếu vannạp bất ngờ đóng lại, toàn bộ lượng hòa khí sẽ ngừng di chuyển và không đi vàoxilanh nữa Bằng cách để cho xu páp nạp đóng lại muộn hơn một chút, đà dichuyển nhanh của hòa khí vẫn còn duy trì sẽ đẩy hòa khí thêm vào trong xilanhđến khi piston bắt đầu hành trình nén Bởi vậy động cơ chạy càng nhanh, hỗnhợp nhiên liệu/không khí cũng di chuyển càng nhanh và bởi vậy chúng ta càngphải để cho xu páp mở càng lâu hơn Chúng ta cũng phải để cho xu páp nạp mởrộng hơn ở tốc độ cao, thông số này được gọi là khoảng đội của xu páp, nó bịchi phối bởi dạng hình học của vấu cam

Hình ảnh động dưới đây đã cho thấy sự khác nhau ra sao về cách điều chỉnhthời điểm đóng mở xu páp đối với cam thông thường và cam đã có sự điềuchỉnh Chú ý kỳ xả (đường cong mầu đỏ) và kỳ nạp (đường cong mầu xanh) có

sự trùng khớp nhiều hơn khi điều chỉnh trục cam Bởi vậy trong trường hợp này,động cơ xe có xu hướng nổ to và đều hơn ở trạng thái không tải

Sự khác nhau ở kỳ nạp và kỳ xả khi điều chỉnh trục cam

Có một vài kiểu trục cam khác nhau được lắp trên động cơ Ở đây chúng ta đểcập đến một vài kiểu trục cam phổ biến mà bạn đã từng nghe nói:

Phần tiếp theo, chúng tôi sẽ đề cập đến từng loại trục cam này.Các loại trục cam trong động cơ

Động cơ với một trục cam đặt trên

Loại trục cam này chỉ có một cam duy nhất được lắp ở nắp xilanh Bởi vậy, nếuđộng cơ có 4 xilanh hoặc 6 xilanh thẳng hàng thì nó sử dụng chung một cam duynhất; nếu là động cơ với 6 hoặc 8 xilanh xếp chữ V thì sẽ có 2 trục cam lắp ởtrên nắp mỗi dãy xilanh

Trục cam đẩy cò mổ tỳ lên đuôi các xu páp và mở chúng ra Các lò xo có tácdụng đẩy các xu páp trở về vị trí đóng Các lò xo này rất khỏe bởi ở tốc độ động

cơ cao, các xu páp được đẩy xuống rất nhanh và chúng phải giữ cho các xu pápluôn tỳ sát vào các cò mổ Nếu các lò xo không đủ khỏe thì các xu páp có thểkhông tiếp xúc với các cò mổ và phát ra tiếng lách cách Đây là tình trạng xấu và

dễ khiến cho các xu páp và cò mổ chóng mòn

Ở động cơ có một cam hay hai cam đặt trên đều được dẫn động bởi trục khuỷu,dây curoa hoặc xích (gọi là dây curoa cam và xích truyền động trục cam) Cáccuroa cam hay xích cam đều cần phải được thay thế hay điều chỉnh thườngxuyên định kỳ Nếu dây curoa cam bị đứt, trục cam sẽ không làm việc và piston

sẽ va vào các xu páp, làm hỏng bề mặt piston

Hư hỏng khi piston va chạm với xu páp

Động cơ có hai trục cam đặt trên

Loại này có hai trục cam đặt trên nắp xilanh Bởi vậy, ở động cơ có xilanh đặtthẳng hàng có hai trục cam ở trên và động cơ có xilanh đặt chữ V có bốn trụccam đặt trên Thông thường ở động cơ có hai cam đặt trên thường có 4 xu páphoặc nhiều hơn ở mỗi xilanh