BÁO cáo TIỂU LUẬN môn học ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài ĐỘNG cơ KHÔNG CAM

Hình 1.3 Động cơ không cam Freevalve của Koenigsegg [3] Khái niệm FreeValve, còn được gọi là truyền động van biến thiên hoàn toàn, cung cấp khả năng duy nhất để kiểm soát độc lập các van

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-oOo -BÁO CÁO TIỂU LUẬN

MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI: ĐỘNG CƠ KHÔNG CAM

GVHD: HỒNG ĐỨC THÔNG

NHÓM 1 Thành viên nhóm:

Phạm Tuấn Khanh 1611535 Bùi Minh Hiếu 1711270 Hứa Nhật Di 1710747 Lâm Hồng Nhân 1712429

TP HCM, ngày 13 tháng 5 năm 2019

Động cơ không cam PNEUMATIC-HYDRAULIC VALVE ACTUATION

Mục lục

1.Giới thiệu động cơ không cam – FreeValve 2

2 Cấu tạo 4

2.1 Bộ phận chấp hành 4

2.2 Electronic Control Unit (ECU) 7

2.3 Các cảm biến 7

2.4 Khí nén 10

2.5.Các đường dầu và khí 10

3 Nguyên lý hoạt động 11

3.1 Quá trình hoạt động của FreeValve 11

3.2 Quá trình giảm chấn 13

3.3 Thời gian hoạt động của bộ truyền động 14

3.4 Độ ổn định của bộ phận chấp hành 16

4 Ưu điểm và nhược điểm 18

4.1 Ưu điểm 18

4.2 Nhược điểm 19

5 Hướng phát triển 19

Hình ảnh trích dẫn & tài liệu tham khảo 20

-1.Giới thiệu động cơ không cam – FreeValve

Động cơ đốt trong là nguồn lực chính cho ô tô và hệ thống phân phối khí là một hệ thốngquan trọng của quá trình đốt của động cơ

Từ lâu đến nay thì hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong được dẫn động bằng trụccam và các bộ phận như đũa đẩy, con đội, cò mổ, tất cả những thứ này được liên kết vớiđộng cơ đốt trong cho đến nay để điều khiển xú páp bơm không khí, nhiên liệu vàobuồng đốt và thải sản phẩm cháy ra ngoài, hành trình xupap là cố định phụ thuộc vàobiên dạng cam

Hình 1.3 Động cơ không cam Freevalve của Koenigsegg [3]

Khái niệm FreeValve, còn được gọi là truyền động van biến thiên hoàn toàn, cung cấp

khả năng duy nhất để kiểm soát độc lập các van nạp và xả trong ICE Đối với bất kỳ

tiêu chí tải động cơ nào, thời gian nạp và xả có thể được lập trình độc lập Sau đó, hệ

thống có thể quyết định dựa trên các điều kiện lái xe để sử dụng để tối đa hóa hiệu suất

hoặc giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải Điều này cho phép mức độ kiểm

soát lớn hơn đối với động cơ, từ đó mang lại lợi ích hiệu suất đáng kể

Nguyên nhân phát minh ra động cơ không cam???

Hình 1.4 Hình ảnh xupap trong động cơ không cam Freevalve của Koenigsegg [4]

Do nhu cầu để giảm lượng khí thải và giảm suất tiêu thao nhiên liệu là nhu cầu thiết yếu

nhất hiện nay Mặc dù có nhiều động cơ hiện đại trang bị cơ cấu thay đổi pha phối khí, sử

dụng nhiều biên dạng cam như VVT-i, i-VTEC nhưng do hạn chế về cơ học vì thế

FreeValve được phát triển

Hình 1.5 Động cơ không cam Freevalve của Koenigsegg [4]

Với công nghệ trên của công ty FreeValve đã giải quyết được 4 vấn đề:

2 Cấu tạo

2.1 Bộ phận chấp hành

Mỗi bộ truyền động điều khiển mỗi van động cơ và bao gồm một pít-tông truyền động ,

xi lanh, hai solenoids , hai spoolvalve, hai van cổng và một chốt thủy lực Solenoid 1,được gọi là solenoid thời gian (TS), điều khiển một van ống chỉ và chốt thủy lực.Solenoid 2, được gọi là solenoid nâng (LS), điều khiển một van ống chỉ khác Các vanống điều khiển không khí đi vào xi lanh bộ truyền động

Hình 2.1 Bộ phận chấp hành [4]

2.1.1 Thiết bị truyền động

Mỗi van động cơ được vận hành bởi một bộ truyền động riêng lẻ Các bộ phận lắp rápcần thiết được xây dựng trong nhà và sản xuất bằng nhôm Bốn chân trung tâm mỗi thiết

bị truyền động Hình 3.4 cho thấy cơ cấu chấp hành / lắp ráp động cơ Khoảng cách giữa

AP và đỉnh van động cơ xác định chiều cao thể tích chết Nó có thể được điều chỉnh bằngcách sử dụng các miếng chêm khác nhau và do đó làm giảm khoảng cách Vùng khí vào

là 5 mm2 và khoảng cách thể tích chết mặc định là 0,5 mm

Hình 2.2 Thiết bị truyền động piston [5]

Hình 2.3 Mô phỏng bộ truyền động [5]

2.1.2 Lò xo khí nén

Các lò xo van động cơ tương đối mềm, với hằng số lò xo xấp xỉ 1/3 tiêu chuẩn Lực lò xocao hơn có nghĩa là áp lực cao hơn cần thiết để mở các van, và kết quả là tiêu thụ không khí cao hơn Tuy nhiên, lực lò xo không đủ sẽ không thể chịu được chênh lệch áp suất và sau đó van có thể tự mở nếu đóng trong khi xuống Không có giới hạn nâng được tích hợp trong bộ truyền động, vì vậy để ngăn AP rời khỏi xi lanh - và ngăn quá nhiều van nâng - mỗi van được cung cấp một van nhôm dừng giới hạn nâng van xuống khoảng 9

mm (nâng tối đa bộ truyền động là khoảng 15 mm

Hình 2.4 Lò xo khí nén [4]

2.2 Electronic Control Unit (ECU)

ECU là bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm, thực tế nó là bộ máy tính điện tử tiếpnhận thông tin từ các cảm biến sau đó xử lý, gửi tín hiệu đến bộ phận chấp hành

Hình 2.5 ECU

2.3 Các cảm biến

2.3.1 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS sensor)

Có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm giúpđiều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm ga

Vị trí: Nằm trên cụm bướm ga

Hình 2.6 Cảm biến vị trí bướm ga [6]

2.3.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)

Có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu áp suất chân không dưới dạng điện áp hoặc tần số về bộ

xử lý trung tâm để tính toán lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ

Vị trí: Nằm trên đường ống nạp ở trên cửa nạp

Hình 2.7 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) [6]

2.3.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)

Có chức năng đo lượng khí nạp qua cửa hút và truyền tín hiệu về bộ xử lý để điều chỉnhlượng nhiên liệu phun đạt tiêu chuẩn

Vị trí: Nằm trên đường ống dẫn không khí, giữa lọc gió và bướm ga

Hình 2.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) [6]

2.3.4 Cảm biến oxy (oxygen sensor)

Có nhiệm vụ đo nồng độ oxy còn dư trong khí thải, từ đó gửi tín hiệu về ECU để tínhtoán điều chỉnh lượng không khí phun vào cho phù hợp

Vị trí: nằm trên ống xả, thường là nằm ở chỗ nối chung cửa xả của các máy

2.4 Khí nén

Một áp kế thủ công được kết nối, cho phép điều chỉnh áp suất từ 0 đến 8 bar Từ bình tích

áp, một đường ray không khí được nối với bốn ống khí, một đến mỗi bộ truyền động,xem hình 3.5 Một cảm biến áp suất Kistler theo dõi áp suất không khí được cung cấp.Cảm biến được kết nối với điểm cuối và đường ray không khí thông thường, điều mà sau

đó được phát hiện là không may vì đường ray bị cộng hưởng và chỉ số áp suất không đủchính xác

2.5.Các đường dầu và khí

Hình 2.11 Các đường dầu và khí [4]

Dầu có hai mục đích, cả hai như một chất bôi trơn, hoạt động như một khóa để giữ van ở

độ cao nâng mong muốn Mỗi bộ truyền động được kết nối với hai ống dầu linh hoạt, mỗiống dài 0,5 m Những ống này được kết nối với một bể chứa dầu điều áp Với thiết lậphiện tại, áp suất dầu giống như áp suất khí nén

Hình 2.12 Đường dầu- khí nối với van [4]

3 Nguyên lý hoạt động

3.1 Quá trình hoạt động của FreeValve [3]

Khí nén cung cấp năng lượng để van động cơ được mở Để mô tả tốt hơn về động lực họccủa hệ thống quá trình đóng mở hoàn chỉnh được chia làm 3 phần :

Khi ấp suất tăng lên nó đẩy AP xuống dưới và mở xupap động cơ

Chốt S1 được kích hoạt cùng lúc với TS và thành van một chiều

Hình 3.1.1 Quá trình nạp không khí [5]

3.1.2 Nâng và giữ

AP đi xuống 1 đoạn thì LS được kích hoạt, nó sẽ mở spool valve 2 ngừng khí vào

Lúc này S2 được mở cùng lúc với LS để không khí vào spool valve 1

Chốt S1 ngăn cản dầu trở về bể và giữ 1 khoảng thời gian cho đến khi cân bằng

Hình 3.1.2 Quá trình nâng và giữ [5]

3.1.3 Xả khí

Đến lúc xả khí thì TS là LS ngừng kích hoạt các van spool valve trở về vị trí ban đầu

Khí nén trong bộ truyền động thoát ra và trở về.

Lò xo đẩy AP về vị trí ban đầu Van động cơ đóng lại

Hình 3.1.3 Quá trình xả khí [5]

3.2 Quá trình giảm chấn

Ngoài ra trong bộ phần truyền động thì dầu thủy lực còn có chức năng là giảm chấn.Dòng không khí với áp suất cao được đi vào, đấy piston A và xupap đi xuống thật nhanh,thì không khí và lo xò ở phần không gian phía dưới piston A bị nén lại Xupap được mở.Tại địa điểm va chạm giữa pistion A và piston B, thì piston A tiếp tục đi xuống nó sẽ đẩypiston B đi về phía đường dầu cấp Dầu tiếp bị nén cho đo đến khi áp suất dầu tăng lêncao và cân bằng với lực khí nên bên trên piston A thì nó sẽ dừng lại, đó lại giảm chấn(damping)

Cuối cùng khí nén và lò xo khoang phía dưới piston đẩy piston A đi lên và đóng xupaplại

Hình 3.2 Quá trình giảm chấn

Ở động cơ không cam cụ thể là hệ thống phân phối khí việc quan trọng nhất là thời giankiểm soát bộ phận chấp hành Trọng tâm là thời gian nạp đầy năng lượng, thời gian nângvan và thời gian đóng van

3.3 Thời gian hoạt động của bộ truyền động [5]

3.3.1 Thời gian nạp đầy

Thời gian nạp đầy năng lượng hay là thời gian trễ của mỗi bộ truyền bao gồm độ trễ điện

từ, độ trễ van truyền động, độ trễ thời gian nạp đầy không khí trong xi lanh Tất cảnhững thời gian này khoảng 4-5 ms

Trong đó: t2 là thời gian nâng van [ms]

m là khối lượng không khí cần thiết để nạp vào xi lanh bộ truyền động [g]

V¿ là vận tốc dòng khí đi vào trong xi lanh bộ truyền động [kg /s]

 Khối lượng không khí cần thiết m

Như một cách để tiếp cận đầu tiên thì lực chống lại duy nhất trên van được giả định là chỉ

có lực lò xo van Lực áp suất tác dụng nên lò xo

A piston diện tích piston truyền động [mm2]

Khối lượng không khí cần thiết để vượt qua lực lò xo được tính theo phương trình khí lýtưởng

T là nhiệt độ không khí ban đầu trong bộ truyền động [K]

 Vận tốc dòng khí đi vào trong bộ truyền động được xây dựng bởi J.M Tressler etal

Trong đó: κ là tỷ lệ nhiệt κ=1,37

T¿=T

p air là áp suất cung cấp [Pa]

γ¿ là hằng số cho dòng vào đến bộ truyền động γ¿=0,58

A¿ là tiết diện đường ống vào [mm2]

Trong động cơ FreeValve để mở được van động cơ thì độ nâng van là từ 2-8 mm

Và để kiểm tra tùy thuộc vào các độ nâng van khác nhau thì các cảm biến và bộ truyềnđộng có hoạt động ổn định và theo yêu cầu hay không?

Dưới đây là các đồ thị về cấu hình nâng van với áp suất cung cấp vào bộ truyền động là 4

bar được thử nghiệm bởi AVL IndiCom

Hình 3.4a Độ nâng van 2 mm [5]

Hình 3.4b Độ nâng van 4 mm [5]

Động cơ được lắp đặt hệ thống EGR.

Nếu một hoặc nhiều bộ truyền động bị hỏng, động cơ sẽ tiếp tục chạy như bình thường,nhưng với công suất vòng tua cao giảm nhẹ Động cơ sẽ có thể cung cấp khả năng khậpkhiễng ngay cả khi 75% bộ truyền động bị hỏng

Nếu hệ thống hoàn chỉnh bị lỗi, động cơ sẽ ngừng chạy mà không làm hỏng động cơ, sovới động cơ được trang bị trục cam sẽ bị hư hỏng nặng hoặc bị phá hủy nếu dây đai hoặcxích bị hỏng.

FreeValve AB [6]

Hình ảnh trích dẫn & tài liệu tham khảo

[1] vi.wikipedia.org/wiki/Truc_cam.

[2] www.koenigsegg.com Freevalve Wins 2016 Popsci automotive Innovation Award

21-10-2016.

[3] www.koenigsegg.com Freevalve Technology Unveiled at Beijing Motor Show in

Qoros Qamfree Concept Car.

[4] FreeValve Technology of freevalve.com.

[5] Cargine Engineering AB, retrieved May 12, 2009 from Cargine Engineering AB’s website:

http://www.cargine.com.

[6] www.koenigsegg.com Qoros Debuts Driveable Freevalve Engine at 2016

Guangzhou Motor show.

[7] oto.edu.vn/cam-bien-tren-oto.

[8] oto.edu.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-thong-ecu.

[9] J M Tressler, T Clement, H Kazerooni & M Lim: ”Dynamic Behaviour of Pneumatic

Systems for Lower Extremity Extenders”, Proceedings of the 2002 IEEE International

Conference on Robotics & Automation, Washington, D.C., 2002.