MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 11 1.1 Đặt vấn đề 11 1.2 Mục tiêu đề tài 11 1.3 Nội dung đề tài 11 1.4 Phương pháp nghiên cứu 11 1.5 Kết cấu đề tài 11 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 12 2.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí 12 2.1.1 Mục đích 12 2.1.2 Yêu cầu 12 2.1.3 Phân Loại 12 2.2 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ 12 2.2.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp. 13 2.3 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí 15 2.3.1 Trục cam 15 2.3.2 Con đội 16 2.3.3 Đũa đẩy 16 2.3.4 Đòn bẫy 16 2.3.5 Xupáp 17 Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ G4KA 18 3.1 Giới thiệu động cơ G4KA 18 3.2 Hệ thống nạp, thải trong động cơ G4KA 19 3.2.1. Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA: 20 3.2.2. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ G4KA: 24 Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH CVVT TRÊN XE HYUNDAI (Continouslya Varible Valve Timing) 26 4.1 Hệ thống phân phối khí CVVT. 27 4.1.1 Cơ cấu dẫn động trục cam. 27 5.1.2. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí. 28 4.2. Hệ thống thay đổi góc phân phối khí. 30 4.2.1. Pha phân phối khí trong động cơ. 30 4.2.2. Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ: 30 4.2.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí. 31 4.3. Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí. 32 4.3.1. Chức năng của hệ thống. 32 4.3.2. Bộ điều khiển của hệ thống. 34 4.3.3. Van điều khiển phối khí. 36 4.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp: 37 Chương 5: KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 21: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt. Hình 22: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo. Hình 23: Cấu tạo trục cam Hình 24: Con đội Hình 25: Cấu tạp xupáp Hình 31: Sơ đồ hệ thống nạp không khí động cơ G4KA. Hình 32: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ. Hình 33: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ cao. Hình 34: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xoáy lốc khí nạp. Hình 35: Hệ thống thải động cơ G4KA. Hình 41: a) động cơ thường b) động cơ có hệ thống phân phối khí CVVT Hình 42: Hệ thống dẫn động trục cam. Hình 43: Sơ đồ bố trí xupáp. Hình 44: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CVVT Hình 45: Sơ đồ điều khiển điện tử. Hình 46: Cấu tạo bộ điều khiển CVVT Hình 47: Van điều khiển phối khí Hình 48: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất. Hình 49: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ. Hình 410: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ mở sớm nhất. Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Lý do chọn đề tài ô tô là một ngành quan trọng trên thế giới. Các nhà chế tạo luôn muốn có được một động cơ đốt trong luôn đảm bảo được tính hiệu quả và tính kinh tế cao. Và để đạt được một loại động cơ như thế thì người ta cần nghiên cứu đến những yếu tố ảnh hưởng đến tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ. Trong khi đó, hệ thống phân phối khí cổ điển còn nhiều hạn chế. Để khắc phục những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt. Để tăng hệ số nạp thêm (λ1) đối với mỗi hãng xe người ta điều có một công nghệ nhằm thay đổi góc phân phối khí sao cho phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu Nhằm hiểu rõ hơn hệ thống phân phối khí thông minh trên các dòng xe đời mới Giúp em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai. Do đó, bài báo cáo này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hệ thống phân phối khí trên động cơ Hyundai. 1.3 Nội dung đề tài Tìm hiểu về vai trò, nhiệm vụ, công dụng của hệ thống phân phối khí trên xe Hyundai. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí động cơ G4KA. Kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống phân phối khí động cơ Hyundai. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên internet, sách báo và thực tiễn Phương pháp tống hợp phân tích, so sánh Phương pháp thiết kế mô phỏng trên phần mềm 1.5 Kết cấu đề tài Chương I: Giới thiệu đề tài Chương II: Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong Chương III: Khảo sát hệ thống phân phối khí động cơ G4KA Chương IV: Hệ thống điều khiển phân phối khí thông minh CVVT Chương V: Kết luận
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Lý do chọn đề tài ô tô là ngành quan trọng toàn cầu, với mục tiêu chế tạo động cơ đốt trong hiệu quả và kinh tế Để đạt được điều này, cần nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí của động cơ Hệ thống phân phối khí cổ điển còn nhiều hạn chế, do đó, các kỹ sư đang tìm cách điều chỉnh thời điểm mở van, độ mở và thời gian mở theo từng vòng tua khác nhau Mục tiêu là đảm bảo van mở đúng lúc, với khoảng mở và thời gian đủ để tối ưu hóa việc nạp hòa khí vào buồng đốt Mỗi hãng xe đều áp dụng công nghệ riêng để điều chỉnh góc phân phối khí, phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ, nhằm tăng hệ số nạp thêm (λ1).
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của bài viết là hiểu rõ hệ thống phân phối khí thông minh trên các dòng xe đời mới, từ đó củng cố kiến thức đã học và rèn luyện kỹ năng làm việc độc lập, tạo điều kiện thuận lợi cho sự nghiệp của các kỹ sư tương lai.
Do đó, bài báo cáo này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hệ thống phân phối khí trên động cơHyundai.
Nội dung đề tài
Hệ thống phân phối khí trên xe Hyundai đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lượng khí vào và ra khỏi động cơ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Cấu tạo của hệ thống này bao gồm các van nạp và xả, cùng với các bộ phận hỗ trợ như trục cam và bộ phận điều khiển Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí động cơ G4KA dựa trên việc mở và đóng các van theo chu kỳ, nhằm đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả, từ đó nâng cao công suất và giảm khí thải.
Kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống phân phối khí động cơ Hyundai.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên internet, sách báo và thực tiễn
- Phương pháp tống hợp phân tích, so sánh
- Phương pháp thiết kế mô phỏng trên phần mềm
Kết cấu đề tài
Chương I: Giới thiệu đề tài
Chương II: Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong
Chương III: Khảo sát hệ thống phân phối khí động cơ G4KA
Chương IV: Hệ thống điều khiển phân phối khí thông minh CVVT
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí
Quá trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ bao gồm việc thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh Điều này giúp động cơ hoạt động liên tục và hiệu quả.
Cơ cấu phối khí cần đáp ứng các yêu cầu như: quy trình thay đổi khí phải hiệu quả với việc nạp đầy và thải sạch Xupáp phải đóng mở theo đúng quy luật và thời gian quy định, với độ mở lớn để đảm bảo dòng khí lưu thông dễ dàng Việc đóng xupáp cần phải kín để duy trì áp suất nén và ngăn ngừa hiện tượng cháy do lọt khí Xupáp thải không được tự mở trong quá trình nạp, đồng thời cần giảm thiểu va đập để tránh mòn Hệ thống cũng cần dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa và có giá thành chế tạo thấp.
Cơ cấu phân phối khí sử dụng xupáp là một giải pháp phổ biến trong động cơ 4 kỳ nhờ vào thiết kế đơn giản và khả năng chế tạo dễ dàng Nó cho phép điều chỉnh linh hoạt và hoạt động với độ chính xác cao, từ đó mang lại hiệu suất tối ưu cho động cơ.
Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn.
Trong động cơ hai kỳ sử dụng phương pháp nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston hoạt động như van trượt, đảm nhiệm việc đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Đặc biệt, loại động cơ này không trang bị cơ cấu dẫn động van trượt riêng biệt, mà vẫn sử dụng cơ cấu khuỷu trục và thanh truyền để điều khiển piston.
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.
Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ
Trong động cơ bốn kỳ, việc thải khí thải và nạp môi chất mới được thực hiện thông qua cơ cấu cam - xupáp Cơ cấu này rất đa dạng và được phân loại dựa trên cách bố trí xupáp và trục cam Các loại cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ bao gồm cơ cấu phối khí sử dụng xupáp treo và cơ cấu phối khí sử dụng xupáp đặt.
2.2.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt:
Xupáp được lắp đặt bên thân máy, ngay trên trục cam, và được dẫn động bởi trục cam thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể được bố trí theo nhiều kiểu, bao gồm bố trí xen kẽ hoặc theo từng cặp Khi các xupáp cùng tên được bố trí theo cặp, xupáp nạp có thể sử dụng chung đường nạp, giúp đơn giản hóa thiết kế đường nạp.
Hình 2-1: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.
Hệ thống bao gồm các thành phần như ống dẫn hướng xupáp, lò xo, đĩa lò xo, móng ngựa, xupáp, đòn bẩy, đũa đẩy, đế xupáp, con đội và trục cam Phương án này mang lại ưu điểm là giảm chiều cao động cơ, đồng thời cấu trúc của nắp xilanh trở nên đơn giản hơn, giúp cho việc dẫn động xupáp trở nên dễ dàng.
Mặc dù buồng cháy có dung tích lớn, nhưng nhược điểm của nó là không gọn gàng Thêm vào đó, việc bố trí đường nạp và thải trên thân máy khá phức tạp, gây khó khăn trong quá trình đúc và gia công Điều này dẫn đến việc đường nạp và thải không thông thoáng, làm gia tăng tổn thất trong quá trình nạp thải.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo:
Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp.
Sử dụng xupáp treo mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc tạo ra buồng cháy gọn gàng và giảm diện tích mặt truyền nhiệt, từ đó giảm thiểu tổn thất nhiệt Hệ thống đường nạp và thải được bố trí trên nắp xilanh giúp dòng khí lưu thông hiệu quả hơn, đồng thời cho phép thiết kế xupáp hợp lý, tăng tiết diện lưu thông của khí.
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo mặc dù có những ưu điểm nhưng cũng gặp phải một số khuyết điểm như dẫn động xupáp phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ và cấu trúc nắp xilanh rất phức tạp, khó khăn trong quá trình đúc và gia công Để dẫn động xupáp, trục cam có thể được bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc qua đòn bẫy Nếu trục cam nằm ở hộp trục khuỷu hoặc thân máy, xupáp sẽ được dẫn động gián tiếp thông qua con đội, đũa đẩy và đòn bẫy.
Hình 2-2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 – Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam.
Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp hơn Có thể áp dụng phương án dẫn động xupáp bằng một trục cam với cơ chế dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy, hoặc lựa chọn sử dụng hai trục cam để dẫn động trực tiếp.
Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.
Hình 2-3: Cấu tạo trục cam
1 – Vấu trục cam; 2 – Bánh rang dẫn động; 3 – Cổ đở cốt cam
Trục cam chứa các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh, với thời điểm đóng mở xupáp phụ thuộc vào biên dạng cam Nó bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các cổ trục Ngoài ra, một số động cơ còn có vấu cam dẫn động bơm xăng và bơm cao áp Hình dạng và vị trí của cam phối khí được quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phối khí và số kỳ của động cơ Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc làm rời và lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Trục cam thường được chế tạo từ thép hợp kim với thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH, hoặc từ thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40.
45 Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trục cam…) đều thấm than và tôi cứng.
Hình 2-4: a) Con đội cơ khí; b) Con đội con lăn; c) Con đội thuỷ lực
Nhiệm vụ của con đội là truyền chuyển động từ trục cam đến xupáp qua đũa đẩy và đòn bẩy Trong quá trình làm việc, con đội chịu tác động từ nhiều lực, bao gồm áp lực khí nén, lực nén của lò xo xupáp và lực quán tính từ các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Đũa đẩy đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp, giúp truyền chuyển động và lực từ con đội đến đòn bẩy.
Đũa đẩy trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo là một thanh thép nhỏ, dài, có thể là đặc hoặc rỗng, dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy Để giảm trọng lượng, đũa đẩy thường được chế tạo từ ống thép rỗng, với hai đầu hàn gắn các đầu tiếp xúc hình cầu hoặc mặt cầu lõm Trong một số trường hợp, cả hai đầu tiếp xúc của đũa đẩy đều có hình dạng cầu.
Đũa đẩy được chế tạo từ thép cácbon với thành phần trung bình, trong khi đầu tiếp xúc sử dụng thép cácbon có thành phần thấp Sau khi hàn gắn với đũa đẩy, sản phẩm được tôi luyện để đạt độ cứng từ HRC 50 đến 60.
Nhiệm vụ của hệ thống này là tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupáp theo đúng pha phân phối khí Đòn bẩy gắn trên trục hoạt động nhờ vào đũa đẩy hoặc cam, đảm bảo xupáp hoạt động chính xác Cấu trúc của nó bao gồm đầu tiếp xúc với đũa đẩy có vít điều chỉnh để điều chỉnh khe hở nhiệt, sau khi điều chỉnh sẽ được hãm chặt bằng đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng, nhưng cũng có thể sử dụng vít để dễ dàng thay thế khi mòn.
Xupáp có nhiệm vụ cung cấp khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài trong thời gian ngắn trong mỗi chu kỳ làm việc của piston Hoạt động của xupáp diễn ra theo chiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp.
Miệng xupáp được thiết kế với góc vát 300 hoặc 450 để đảm bảo khít với đế xupáp, giúp dẫn nhiệt hiệu quả khi xupáp đóng Để chịu được nhiệt độ cao, xupáp được chế tạo từ thép chịu nhiệt, với xupáp nạp phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả có thể chịu nhiệt độ từ 500 đến 8000C.
Kết cấu xupáp bao gồm ba phần chính: phần nấm, phần thân và phần đuôi Phần nấm chịu áp suất khí thể và lực quán tính, dẫn đến việc nó phải chịu va đập lớn và có nguy cơ biến dạng Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo trong quá trình lắp ráp Để bảo vệ thân máy và nắp xilanh khỏi hao mòn, thường người ta sẽ ép một vòng đế xupáp vào họng đường ống nạp và thải.
Miếng tăng cứng được chế tạo từ hợp kim Cobalt (Co), Crom (Cr) và Tungsten (W), mang lại độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt và chống oxy hóa ở nhiệt độ cao Hợp kim này được hàn vào mặt xupáp hoặc đế xupáp nhằm nâng cao khả năng chịu nhiệt của chúng.
KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ G4KA
Giới thiệu động cơ G4KA
Động cơ G4KA của Hyundai Motors, được trang bị trên xe Sonata phiên bản Facelift (2008 – 2010), mang lại nhiều tính năng vượt trội so với các dòng xe cùng thời Ngoại thất nổi bật với bốn đèn phong cách và đèn sương mù lắp chìm, cải thiện tầm nhìn cho người lái Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm dễ nhìn với vật liệu cao cấp và ánh sáng xanh từ các nút điều khiển giúp đảm bảo an toàn Hệ thống phanh bao gồm phanh ABS bốn kênh và bốn cảm biến, cùng với sáu túi khí và dây đai an toàn, đảm bảo an toàn tối đa cho người lái và hành khách trong trường hợp va chạm.
Xe được trang bị động cơ G4KA, một trong những động cơ vượt trội với 4 xilanh thẳng hàng và 16 xupáp Các xupáp được dẫn động trực tiếp từ cam, với cam đặt trên nắp máy và sử dụng 2 trục cam dẫn động xupáp (CVVT) Động cơ G4KA 2.0L còn tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên lưu lượng dầu OCV, giúp tối ưu hóa thời gian và tiết kiệm nhiên liệu.
Động cơ được trang bị hệ thống cảm biến nhiệt độ dầu OTS (Oil Temperature Sensor) và sử dụng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động ở mọi chế độ làm việc Những cải tiến này đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và ổn định.
Hệ thống nạp, thải trong động cơ G4KA
Công suất động cơ phụ thuộc vào khối lượng và thành phần khí nạp, trong đó lượng không khí vào xilanh trong quá trình nạp chịu ảnh hưởng từ mức độ thải sạch của xilanh trong chu trình trước Để tối ưu hóa hiệu suất, động cơ đốt trong cần loại bỏ hoàn toàn sản phẩm cháy trước khi nạp đầy môi chất mới vào xilanh Hai quá trình nạp và thải có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
Vì vậy kết cấu của hệ thống nạp thải phải thiết kế sao cho động cơ làm việc với hiệu quả cao nhất.
Quá trình trao đổi khí trong động cơ liên quan chặt chẽ đến hướng chuyển động của hỗn hợp khí nạp, điều này phụ thuộc vào cách bố trí các xupáp trên nắp xilanh Việc tối ưu hóa vị trí mở và đóng của xupáp là yếu tố quan trọng giúp cải thiện sự hình thành hỗn hợp và quá trình đốt cháy Để đạt được hiệu quả trao đổi khí tốt hơn, xupáp nạp cần được mở sớm khi píttông đạt đến điểm chết trên, trong khi xupáp xả nên đóng muộn sau điểm chết trên.
STT Hạng mục Thông số Đơn vị
2 Số xi lanh 4 xi lanh
4 Cam đóng mở xupáp CVVT
6 Đường kính piston x Hành trình 86 x 86 mm2
8 Số vòng quay lớn nhất 6000 v/phút
9 Công suất cực đại 104/6000 KW/rpm
10 Mômen xoắn cực đại 188/4250 N.m/rpm
12 Dung tích thùng chứa nhiên liệu 55 Lit
13 Phun xăng điện tử có
Hệ thống nạp và thải của động cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống phân phối khí, bao gồm thời gian đóng mở các xupáp và cấu trúc các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí Do đó, khi phân tích các đặc điểm của chi tiết trong cơ cấu phân phối khí, cần xem xét đặc điểm kết cấu của hệ thống nạp và thải trong động cơ.
3.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA:
Theo nguyên lý động cơ đốt trong, lượng môi chất nạp vào xi lanh trong mỗi chu trình động cơ bốn kỳ phụ thuộc vào độ chênh áp suất giữa môi chất trước xupáp nạp (pk) và áp suất trong xilanh (pa) Trong suốt kỳ nạp, áp suất trong xi lanh luôn thấp hơn pk, tạo ra sự chênh lệch áp suất Sự chênh lệch này tạo dòng chảy của môi chất mới vào xilanh qua xupáp nạp, ảnh hưởng đến hiệu suất dòng chảy của xupáp.
Hệ số nạp η v là thông số quan trọng của động cơ, thể hiện tỷ lệ giữa lượng môi chất thực tế nạp vào xilanh và lượng môi chất lý thuyết có thể nạp đầy Hệ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số nén, áp suất cuối quá trình nạp và cấu trúc của đường ống nạp.
Sức cản của đường nạp ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất áp suất khi nạp, được biểu diễn bằng Δpp a = p 0 − p a Khi tổn thất Δpp a tăng, áp suất pa giảm, dẫn đến mật độ mồi mới khí nạp trong xilanh và hệ số khí nạp cũng giảm theo Tổn thất của đường nạp có thể được tính toán bằng công thức Δpp a = (1 + ξ Bn).ρ k.ω 2 k.
Hệ số cản ξ Bn của hệ thống nạp phản ánh tính chất đường nạp, như tiết diện lưu thông qua xupáp nạp Tốc độ trung bình ω k của mồi mới khí nạp tại tiết diện đặc trưng của xupáp nạp có ảnh hưởng lớn đến tốc độ dòng khí nạp Điều này dẫn đến tác động đáng kể đến tổn thất áp suất Δpp a trong hệ thống.
Bố trí bốn xupáp cho mỗi xilanh động cơ là một biện pháp hiệu quả để tăng hệ số nạp Sức cản trong hệ thống nạp chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố như chỗ ngặt, co thắt và độ nhám bề mặt của xupáp.
Trong hệ thống nạp của động cơ, xupáp nạp đóng vai trò quan trọng nhất trong việc tạo ra lực cản đường nạp do có tiết diện lưu thông nhỏ nhất Việc tăng đường kính xupáp có thể mở rộng tiết diện lưu thông, nhưng bị hạn chế bởi vị trí và cấu tạo của xupáp Tăng hành trình cực đại, tốc độ đóng mở và thời gian giữ xupáp ở vị trí mở lớn nhất sẽ cải thiện khả năng lưu thông qua xupáp Tuy nhiên, những yếu tố này bị ảnh hưởng bởi phụ tải động do lực quán tính của cơ cấu phân phối khí Ngoài ra, khoảng cách giữa mép nấm và thành khi xupáp mở hết hành trình cũng tác động đến lực cản dòng chảy; nếu khoảng cách này nhỏ, hiệu suất lưu thông sẽ giảm và lực cản tăng lên.
Trong quá trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường ống nạp đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp môi chất mới cho xilanh Những sóng này tạo ra hiệu ứng động của dao động áp suất khi chúng truyền qua lại trong đường ống Nếu sóng nén đến khu vực xupáp trong khi xupáp chưa đóng, áp suất trước xupáp sẽ tăng, dẫn đến tăng số nạp Khi tốc độ động cơ tăng, vận tốc dòng khí qua xupáp nạp cũng gia tăng, và sự dao động của dòng khí nạp phụ thuộc vào thời điểm đóng mở của xupáp nạp.
Hình 3-1: Sơ đồ hệ thống nạp không khí động cơ G4KA.
1- Buồng cộng hưởng; 2 - Ống lấy gió ngoài; 3 – Lọc gió; 4 – Buồng cộng hưởng; 5 – Cổ nạp; 6 – Cơ cấu đóng mở van xoáy lốc khí nạp; 7 – Cơ cấu đóng mở van biến thiên đường nạp; 8 – Van điện từ biến thiên đường nạp; 9 – Van điện từ xoáy lốc khí nạp; 10 –
Buồng chân không; 11 – Cụm bướm ga.
* Chức năng của hệ thống biến thiên đường nạp:
Hệ thống biến thiên đường nạp giúp tăng mô-men cho động cơ trong dải tốc độ thấp đến cao, cải thiện hiệu suất nạp và cho phép động cơ đạt được mô-men cao hơn ở mọi dải tốc.
+ Tác dụng của quá trình nạp môi chất theo quán tính:
Sự dao động của dòng khí trong cổ nạp phụ thuộc vào hoạt động của xupáp nạp Khi xupáp nạp đóng, không khí bị nén lại gần xupáp do lực quán tính, tạo ra sóng áp suất dội ngược về bề mặt cánh bướm ga và sau đó lại quay về phía xupáp nạp cho đến khi buồng tích áp được lấp đầy Việc điều chỉnh chiều dài đường ống nạp giúp tối ưu hóa áp suất dòng khí quay về xupáp nạp đúng thời điểm kỳ nạp, từ đó cải thiện lượng khí nạp mới vào xilanh và tăng mômen xoắn của động cơ.
+ Khoảng tác động của đường nạp (cổ nạp):
Khoảng tác động cổ nạp được xác định từ xupáp nạp đến buồng tích áp Sự điều chỉnh của van biến thiên đường nạp giúp thay đổi chiều dài đường nạp, đảm bảo rằng dòng sóng áp suất khí nạp luôn ở trạng thái sẵn sàng cho quá trình nạp.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống biến thiên đường nạp:
- Cấu tạo gồm: Van điện từ, van biến thiên đường nạp, cơ cấu điều khiển và buồng chân không.
- Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Khi tốc độ động cơ dưới 4.600 vòng/phút, van biến thiên đường nạp sẽ đóng lại, và áp suất chân không trong cổ nạp được sử dụng để điều khiển van điện từ đóng van này Trong điều kiện này, khoảng tác động của đường nạp kéo dài từ xupáp hút đến buồng tích áp, giúp tăng lượng không khí nạp nhờ lực quán tính, từ đó cải thiện mô-men xoắn của động cơ ở vòng quay từ thấp đến trung bình.
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ.
1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp đóng.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI KHÍ THÔNG MINH CVVT TRÊN
Hệ thống phân phối khí CVVT
4.1.1 Cơ cấu dẫn động trục cam
Hình 4-2: Hệ thống dẫn động trục cam.
Lò xo vấu hãm và vấu hãm đóng vai trò quan trọng trong cơ chế hoạt động của piston Lò xo và van bi hỗ trợ điều chỉnh áp suất, trong khi đĩa xích dẫn động trục cam nạp và thải giúp điều phối quá trình nạp và xả khí Bộ căn xích và đĩa xích chủ động đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong hoạt động của động cơ.
;10 – Đĩa xích chủ động dẫn động bơm ;11 –xích dẫn động; 12 cần căng xích.
Bộ căng xích hoạt động khi động cơ khởi động, xích dẫn động căng ra Qua thời gian, các mắt xích bị mòn, làm tăng độ chùng vượt quá giới hạn cho phép Khi đạt đến giới hạn này, dầu áp suất cao được đưa vào qua van bi, đẩy piston sang trái và căng xích Piston có các khía rãnh ăn khớp với rãnh trên chốt hãm, giữ cho piston ở vị trí độ chùng cho phép khi không còn áp lực dầu Để đưa piston về vị trí ban đầu, cần nới lỏng chốt hãm để piston trượt nhờ lực lò xo.
5.1.2 Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí.
Cơ cấu phân phối khí của động cơ sử dụng xupáp treo giúp buồng cháy gọn gàng và giảm diện tích mặt truyền nhiệt, từ đó giảm tổn thất nhiệt và cải thiện khả năng chống kích nổ Việc bố trí 4 xupáp cho mỗi xilanh (2 xupáp hút và 2 xupáp xả) tăng diện tích tiết diện lưu thông, giảm đường kính nấm xupáp, giúp xupáp không bị quá nóng và tăng độ bền Các xupáp được sắp xếp thành 2 dãy, với đường ống nạp và ống thải ở hai bên, trong đó xupáp được đặt nghiêng 19,50 độ so với đường tâm xilanh, thuận lợi cho việc bố trí đường thải và nạp Tuy nhiên, cách bố trí này làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp, do đó, động cơ sử dụng hai trục cam (cam nạp và cam thải) để dẫn động trực tiếp xupáp nhằm khắc phục nhược điểm này.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí bao gồm hai quá trình cơ bản: đầu tiên, quá trình vấu cam đẩy mở xupáp, tiếp theo là quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp.
Hình 4-3: Sơ đồ bố trí xupáp.
Ống dẫn hướng, lò xo, và đĩa chặn lò xo là các bộ phận quan trọng trong cơ cấu động cơ Con đội và xupáp hoạt động cùng với trục cam để điều khiển quá trình nạp và xả khí Bu lông cố định bánh răng cam đảm bảo sự ổn định của hệ thống, trong khi cánh xoay và đĩa xích dẫn động trục cam hỗ trợ chuyển động chính xác Xích dẫn động trục cam kết nối các bộ phận lại với nhau, và xéc măng cùng với piston đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu Cuối cùng, đế xupáp và vấu cam nạp đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh luồng khí vào động cơ.
15 – Đế chặn lò xo dưới;16 – Đường ống nạp; 17 – Đường ống thải; 18 – Vấu cam thải;
Quá trình vấu cam đóng mở xupáp diễn ra khi trục khuỷu quay, làm cho đĩa xích dẫn động cơ phân phối khí ở đầu trục khuỷu thông qua xích dẫn động trung gian Điều này khiến đĩa xích ở đầu trục cam quay, từ đó vấu cam tiếp xúc với con đội, ép lò xo nén lại và mở xupáp để nạp môi chất mới vào buồng đốt Đồng thời, quá trình thải khí cháy ra ngoài cũng được thực hiện Khi trục cam quay, vấu cam di chuyển cho đến khi đỉnh của nó vượt qua đường tâm con đội, khiến con đội và các móng hãm đẩy xupáp trở về vị trí ban đầu, hoàn tất quá trình đóng kín xupáp Như vậy, chu kỳ này diễn ra liên tục.
Hệ thống thay đổi góc phân phối khí
4.2.1 Pha phân phối khí trong động cơ.
Trong động cơ, việc xả sạch sản phẩm ra khỏi xi lanh được thực hiện khi xupáp xả đóng chậm hơn một chút so với ĐCT, tương ứng với góc 60 độ, và mở sớm trước khi piston đến ĐCD với góc 420 độ Trong quá trình nạp, xupáp nạp cần được mở rộng dần khi piston đi xuống, với việc mở sớm hơn một chút trước ĐCT (góc 290 độ) và đóng muộn (góc 190 độ) Ở cuối kỳ bốn và đầu kỳ một, cả xupáp nạp và xả đều mở, tạo ra thời kỳ trùng điệp, giúp thải sạch khí xả và nạp đầy môi chất mới nhờ tác động hút của dòng khí xả Giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng xupáp được gọi là pha phân phối khí, ảnh hưởng đến quá trình nạp và thải của động cơ bốn kỳ thông qua hệ số nạp thêm và hệ số quét buồng cháy Mặc dù chưa có phương pháp phân tích chính xác để xác định thời điểm mở và đóng xupáp, việc nghiên cứu kỹ các pha phân phối của động cơ đã chế tạo là cần thiết để hiểu rõ hơn về quá trình nạp và thải.
4.2.2 Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ:
Xupáp thải mở sớm trước khi piston đạt đến điểm chết dưới (ĐCD) để thuận lợi hóa quá trình thải, cho phép sản phẩm cháy tự thoát nhờ chênh áp giữa xilanh và đường thải Để giảm tải trọng động cho xupáp, cần thiết phải điều chỉnh việc mở và đóng xupáp một cách từ từ Do đó, việc mở sớm xupáp thải mang lại giá trị quan trọng trong hiệu suất hoạt động của động cơ.
Thời gian và tiết diện là yếu tố quan trọng để giảm áp suất trong xilanh khi piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT Việc mở xupáp thải sớm vào thời điểm hợp lý giúp giảm công tiêu hao trong việc đẩy khí thải, nhưng nếu mở quá sớm sẽ làm giảm công suất động cơ Tốc độ động cơ càng cao, thời điểm mở xupáp thải cần càng sớm Xupáp thải thường đóng muộn để đảm bảo đủ thời gian và tiết diện cho khí thải ra ngoài, đồng thời tận dụng chênh áp để giảm lượng khí sót trong xilanh Việc đóng muộn xupáp xả cũng giúp sử dụng quán tính của dòng khí, tạo điều kiện thuận lợi để thải sạch hơn Thời gian mở xupáp nạp cần được chọn sao cho áp suất trong xilanh thấp hơn áp suất môi chất trên đường nạp, do đó thường mở sớm trước khi piston tới ĐCT Xupáp nạp cũng đóng muộn, sau khi piston vượt qua ĐCD, nhằm nạp thêm môi chất mới khi áp suất trong xilanh còn thấp hơn áp suất bên ngoài.
Do đó có thể kéo dài quá trình nạp thêm một giai đoạn sau ĐCD cho đến khi áp suất trong xilanh trở nên lớn hơn pk
4.2.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí.
Khi động cơ hoạt động ở các tốc độ khác nhau, mỗi tốc độ yêu cầu một pha phân phối khí khác nhau để tối ưu hóa hệ số nạp, từ đó tăng cường công suất động cơ Để đạt được hiệu suất tối ưu, các giá trị thực tế của hệ số nạp và hệ số khí sót cần gần gũi với lý thuyết Việc điều chỉnh thời điểm đóng mở của xupáp nạp và thải theo từng tốc độ cũng giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do sản phẩm cháy Để động cơ hoạt động hiệu quả nhất ở mỗi chế độ, cần thiết phải điều chỉnh các góc đóng mở của xupáp phù hợp với tốc độ động cơ, tuy nhiên, việc này là thách thức đối với các động cơ thông thường.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, đặc biệt là công nghệ điều khiển tự động bằng thủy lực, phương pháp này cho thấy hiệu quả cao và độ nhạy lớn, phù hợp cho các cơ cấu yêu cầu độ chính xác cao Nhiều nhà sản xuất động cơ trên toàn thế giới đã ứng dụng công nghệ này vào việc điều khiển các chi tiết trong động cơ Đặc biệt, nhà sản xuất HUYNDAI đã tiên phong trong việc áp dụng hệ thống xoay trục cam nạp để điều khiển cơ cấu phân phối khí, cho phép tự động điều chỉnh góc xoay của trục cam nạp nhằm tối ưu hóa phân phối khí theo từng chế độ làm việc của động cơ.
Hệ thống xoay trục cam nạp hoạt động dựa vào áp suất dầu bôi trơn của động cơ, kết hợp với sự điều khiển của van điện từ, để điều chỉnh chuyển động của trục cam dẫn động xupáp.
Hệ thống này trong cơ cấu phân phối khí giúp cải thiện hệ số khí nạp và hệ số khí sót, gần với giá trị lý thuyết ở các tốc độ động cơ khác nhau Nó cũng tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, giảm nồng độ khí thải độc hại, mang lại hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng và tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường toàn cầu.
Để đảm bảo việc điều khiển chính xác hệ thống phân phối khí, cần lắp đặt các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu, bướm ga, trục cam và cảm biến nhiệt độ dầu Những giá trị này sẽ được truyền đến bộ xử lý ECU của động cơ để xử lý và điều chỉnh hoạt động.
Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí
4.3.1 Chức năng của hệ thống.
Hệ thống điều chỉnh góc phân phối khí của động cơ giúp tối ưu hóa quá trình làm việc và tiết kiệm nhiên liệu Bằng cách sử dụng áp suất thủy lực và van điện từ, hệ thống có khả năng xoay trục cam nạp một góc lên đến 400 độ theo trục khuỷu, từ đó cải thiện thời điểm phối khí dựa trên tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bởi ECU Nhờ đó, hệ thống không chỉ nâng cao hiệu suất nạp và thải mà còn tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Hệ thống điều khiển van biến thiên (CVVT) bao gồm các thành phần chính như ECU động cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí trục cam Trong đó, van điều khiển phối khí (OCV) và bộ điều khiển là hai bộ phận quan trọng nhất, đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Hình 4-4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CVVT
1 - Bộ điều khiển CVVT; 2 - Trục cam nạp; 3 - Bộ cảm ứng góc cam;4 - Trục cam thải; 5
- Trục khuỷu; 6 - Đường truyền tín hiệu;7- Bộ cảm ứng góc quay trục khuỷu
Bộ điều khiển CVVT: Điều khiển thời điểm đóng mở xupáp theo chế độ tải và tốc độ động cơ.
ECU: Nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lý tín hiệu và truyền tín hiệu van điều chỉnh dầu OCV.
OCV là thiết bị nhận tín hiệu từ ECU và thực hiện bơm dầu vào bộ điều khiển CVVT Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển trục cam nạp, sử dụng áp suất dầu để xác định thời điểm mở xupáp sớm hoặc muộn, cũng như điều khiển van dầu phối khí trục cam nhằm kiểm soát đường đi của dầu.
*Nguyên lý điều khiển điện tử:
Hình 4-5: Sơ đồ điều khiển điện tử.
ECU của động cơ xác định thời điểm phối khí tối ưu dựa trên tín hiệu từ các cảm biến và so sánh với thời điểm thực tế từ cảm biến CVVT Nó điều khiển van dầu để điều chỉnh góc quay của trục cam Cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam giúp nhận biết thời điểm phối khí thực tế, trong khi cảm biến vị trí trục khuỷu cũng theo dõi tốc độ động cơ Các cảm biến vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp thông tin về tải động cơ, và tất cả tín hiệu này được gửi về ECU để xử lý.
7 lý để đưa các tín hiệu ra bộ điều khiển để điều khiển van phối khí đóng mở phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
4.3.2 Bộ điều khiển của hệ thống.
Bộ điều khiển được gắn trục cam nạp và làm nhiệm vụ quay trục cam nạp theo sự điều khiển của ECU động cơ.
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ với xích cam và cánh quay gắn trên trục cam nạp bằng bulông và chốt định vị Các cánh quay có đường dẫn dầu kết nối với trục cam, giúp dẫn dầu vào các khoang bên trong bộ điều khiển Khi động cơ hoạt động trong khoảng 40 ± 20 với góc quay trục cam 200 ± 10, áp suất dầu cần được tăng lên từ 0 đến 1000 KPa Áp suất này được gửi từ phía làm sớm hoặc làm muộn, khiến trục cam nạp xoay các cánh gạt của bộ điều khiển, từ đó điều chỉnh thời điểm phối khí của xupáp.
Hình 4-6: Cấu tạo bộ điều khiển CVVT
Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ dầu có thể tăng lên hoặc giảm xuống từ -40°C đến +1300°C khi không hoạt động ở những vùng có nhiệt độ thấp Cánh quay được cố định với đĩa xích bằng chốt khoá khi động cơ chưa hoạt động Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để đảm bảo khả năng khởi động Tốc độ động cơ dao động từ 650 đến 6000 vòng/phút, và trục cam nạp sẽ mở sớm tùy theo từng chế độ hoạt động Nếu áp suất dầu không đến bộ điều khiển ngay sau khi khởi động, chốt khoá sẽ ngăn chặn các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển hệ thống xoay cam nạp để tránh tiếng gõ.
Hình 4-7: Van điều khiển phối khí
Van điều khiển phối khí có nhiệm vụ điều chỉnh dòng dầu đến bộ điều khiển, hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ -40 đến +130°C, áp suất dầu từ 0 đến 1000 KPa và điện áp 10 đến 16 V theo tín hiệu từ ECU Để đảm bảo hiệu suất, van điều khiển lưu lượng dầu yêu cầu điện áp OCV 12V, điện trở cuộn dây 7,4 ± 0,5 Ω tại 20°C, và cường độ dòng điện từ 100 đến 1000 mA Khi nhận tín hiệu từ ECU, van điện từ điều chỉnh thời điểm mở hoặc đóng đường dẫn đến bộ điều khiển, phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ Hệ thống cam nạp được điều khiển để tối ưu hóa áp suất và thời điểm đóng mở xupáp dựa trên tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu để tính toán và điều chỉnh thời điểm phối khí chính xác.
4.3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp:
* Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ xupáp mở muộn nhất:
Bộ điều khiển ở chế độ mở muộn nhất được áp dụng cho các tình huống như khởi động động cơ, động cơ dừng, chạy không tải và hoạt động ở nhiệt độ thấp, trong đó yêu cầu hỗn hợp nhiên liệu phải đậm để dễ khởi động và ổn định hơn Ở các chế độ này, bướm ga thường mở nhỏ dẫn đến độ chân không trước xupáp nạp thấp, gây khó khăn cho việc khí nạp vào xilanh do độ chênh áp giữa áp suất trước và sau xupáp nạp nhỏ Hệ số khí sót trong xilanh cao, có xu hướng quay lại đường nạp, vì vậy cần mở trễ xupáp nạp để giảm lượng khí sót Khi áp suất khí sót giảm đủ, độ chênh áp sẽ đủ lớn để mở xupáp nạp, cho phép khí nạp đầy vào xilanh Van điều khiển được điều chỉnh ở vị trí xoay trễ bằng tần số tín hiệu từ ECU, với áp suất dầu tương ứng được ép vào buồng cánh gạt để quay trục cam theo hướng điều chỉnh trễ, và bộ điều khiển giữ ở chế độ muộn nhất nhờ chốt hãm trên cánh quay gắn với trục cam Trong trường hợp này, đường dầu về phía muộn thông với cate làm áp suất giảm, trong khi đường dầu về phía sớm được bơm dầu vào.
Bộ điều khiển giữ ở chế độ mở muộn nhằm điều chỉnh thời điểm phối khí của trục cam nạp, giúp giảm hệ số nạp và lượng khí sót chạy lại đường nạp Trong trường hợp này, chỉ cần phun một lượng nhiên liệu ít vào đường nạp nhưng vẫn đảm bảo hỗn hợp đậm, từ đó làm cho động cơ hoạt động ổn định hơn và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu khi khởi động.
Hình 4-8: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất.
1 - Vỏ van; 2 - Lò xo; 3 - Đường dầu về; 4 - Đường dầu đi;5- Phớt chắn dầu;6 - Cuộn dây điện từ; 7 – Piston; 8 – Dắt cắm; 9 - Đường dầu đi ; 10 – Đường dầu về.;11 – Trục cam;
12 – Đĩa răng của bộ điều khiển; 13 – Cánh quạt của CVVT; 14 – Chốt chặn; 15– Vỏ của bộ diều khiển; 16 – Bulông đầu trục cam; 17 - Phớt chắn dầu.
* Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ:
Khi tăng tốc độ và tải, ECU động cơ điều khiển van cung cấp dầu vào bộ điều khiển trục cam, giúp xupáp nạp mở sớm hơn để phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ Điều này làm tăng góc trùng điệp, tăng lượng hồi lưu khí xả, giảm nồng độ khí thải độc hại và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu Đồng thời, xupáp nạp cũng đóng sớm hơn để ngăn hỗn hợp khí và nhiên liệu quay lại đường nạp, từ đó tăng hệ số nạp Khi tải tăng đến một mức nhất định, yêu cầu hỗn hợp nhiên liệu sẽ nhạt dần để đảm bảo hiệu quả kinh tế.
ECU động cơ điều khiển van cung cấp dầu cho bộ điều khiển phối khí, đảm bảo trục cam quay đúng thời điểm tính toán Khi van dịch chuyển sang trái, dầu với áp suất cao đi vào đường mở muộn, đẩy chốt hãm và mở khóa Đồng thời, dầu vào khoang mở sớm đẩy cánh quay ngược chiều, giúp cam nạp quay theo góc mà ECU tính toán dựa trên tín hiệu từ cảm biến trục khuỷu Khi đạt đến thời điểm tối ưu, ECU sẽ đóng các đường dầu và giữ bộ điều khiển ở trạng thái ổn định Nếu có thay đổi về tải hay tốc độ động cơ, ECU sẽ điều chỉnh lại trạng thái này cho phù hợp.
Hình 4-9: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ.
Vỏ van, lò xo, và các đường dầu vào ra là những thành phần thiết yếu trong hệ thống điều khiển Phớt chắn dầu và cuộn dây điện từ đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho hệ thống hoạt động ổn định Piston và dắt cắm kết nối với bộ điều khiển, bao gồm cả phía mở muộn và phía mở sớm, để điều chỉnh hoạt động của trục cam Đĩa răng của bộ điều khiển và cánh quạt của CVVT cùng với chốt chặn đảm bảo sự chính xác trong quá trình vận hành Cuối cùng, vỏ của bộ điều khiển và bulông đầu trục cam là những yếu tố không thể thiếu để hoàn thiện cấu trúc và chức năng của hệ thống.
* Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế xupáp nạp mở sớm nhất:
Động cơ hoạt động ở tốc độ thấp đến trung bình và tải nặng yêu cầu tối ưu hóa phối khí để cải thiện hiệu suất Khi tải tăng, bướm ga mở lớn giúp nạp khí hiệu quả hơn, do đó thời điểm phối khí cần sớm hơn, đặc biệt là khi đạt 100% tải Việc mở sớm xupáp nạp không chỉ tăng lượng khí nạp mà còn giảm tổn thất khí động, từ đó cải thiện kinh tế nhiên liệu và giảm khí thải độc hại Đồng thời, xupáp nạp đóng sớm để ngăn hiện tượng hỗn hợp khí quay ngược ECU động cơ điều khiển quá trình này thông qua các cảm biến vị trí trục khuỷu, bướm ga, lưu lượng khí nạp và trục cam, giúp xác định chế độ làm việc của động cơ ECU cũng điều chỉnh van phối khí để tối ưu hóa áp suất dầu, đảm bảo cánh gạt quay đến vị trí mở sớm nhất.
Hình 4-10: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ mở sớm nhất.
Vỏ van là bộ phận quan trọng trong hệ thống, kết hợp với lò xo để điều chỉnh áp suất dầu Đường dầu đi và đường dầu về đảm bảo lưu thông dầu hiệu quả, trong khi phớt chắn dầu ngăn chặn rò rỉ Cuộn dây điện từ và piston hoạt động đồng bộ để điều khiển chuyển động Dắt cắm kết nối các bộ phận, trong khi trục cam và đĩa răng của bộ điều khiển phối hợp để điều chỉnh thời gian hoạt động Cuối cùng, cánh quạt của CVVT và chốt chặn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất của hệ thống.
Vỏ của bộ diều khiển; 16 – Bulông đầu trục cam; 17 - Phớt chắn dầu.