Xu hướng phát truyển ô tô hiện đại ngày nay là tăng tốc độ cực đại từ khoảng 180-250 km/h lên đến khoảng 250-330 km/h và giảm lượng tiêu hao nhiên liệu tương ứng. Các giải pháp được đưa ra nhằm tăng tốc độ động cơ là điều khiển pha phối khí hoặc thay đổi hành trình xupap thông minh. Hiện nay nhiều hãng xe lớn trên thế giới đã và đang áp dụng giải pháp thứ hai là thay đổi hành trình xupap thông minh để đạt được mục đích trên. Các công
24
nghệ như Valvematic của Toyota hay VVEL trên Nissan lần lượt xuất hiện đã khẳng định lầm quan trọng của mình ở vấn đề nêu trên.
Bảng 2.6.1 So sánh Valvetronic VVEL và Valvematic
Valvetronic VVEL Valvematic
Năm
ra mắt 2001 2007 2008
Hãng BMW Nissan Toyota
Ưu điểm
Mục tiêu của Valvetronic là giảm tiêu thụ nhiên liệu.
BMW đã giảm được 10%
mức tiêu thụ nhiên liệu với Valvetronic.
Nhỏ gọn hơn, ít bộ phận hơn và ít mất năng lượng hơn. Công suất cũng như momen xoắn cao, do đó nó phù hợp với động cơ hiệu suất cao.
Ra đời sau nên cơ cấu đơn giản hơn, khá nhỏ gọn và không chiếm quá nhiều diện tích trên đầu xilanh. Ít quán tính và ma sát do đó không ảnh hưởng đến công suất đầu cuối.
Nhược điểm
Cơ cấu khá phức tạp, sử dụng co các động cơ có vòng tua thấp, do ma sát của các thành phần bổ xung rất lớn. Công suất cuối không quá cao.
Mặc dù VVEL sử dụng ít bộ phận hơn, nhưng nó vẫn là một thiết kế phức tạp.
VVEL không sử dụng trục cam nạp thông thường.
Khá nhanh hư hỏng.
2.6.1 Tìm hiểu về Nissan VVEL
VVEL (Variable valve event and lift) điều khiển Quá trình đóng mở xupap nạp bằng cách biến chuyển động quay của động cơ điện một chiều, thông qua trục dẫn động, cam lệch tâm, trục cam và các vấu cam thành chuyển động đóng mở của xupap.
Cấu tạo: Cò mổ (Rocker arm), hai khớp nối (LinkA & LinkB), vấu cam (output cam), trục cam (drive shaft), trục điều khiển (control shaft), nâng xupap (valve lifter), cam lệch tâm (eccentric cam), hạt bóng vít (ball screw nut), cảm biến vị trí (position sensor), trục vít bóng (position sensor). Được mô tả dưới hình dưới đây
25
Hình 2.6.1 Cấu tạo VVEL
Nguyên lý hoạt động: Chuyển động của vấu cam được thay đổi bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ điện một chiều, hoặc thay đổi điểm tiếp xúc của thanh nối và con đội xupap.
Cò mổ hình chữ A và hai mối liên kết ở hai bên sẽ đóng mở van bằng cách truyền chuyển động quay của trục dẫn động với một cam lệch tâm thành chuyển động của cam ngoài. Chuyển động của cam ngoài có thể được thay đổi liên tục nhờ vào việc quay trục điều khiển (cũng có một cam lệch tâm khác) bằng mô-tơ điện, thông qua cơ cấu trục vít - đai ốc bi và thay đổi khớp bản lề của các mối liên kết.
2.6.2 Tìm hiểu và Toyota Valvematic
Valvematic được Toyota giới thiệu vào năm 2008, So sánh với BMW Valvetronic và VVEL của Nissan thì Valvematic có vẻ tốt hơn về nhiều mặt: cấu tạo của nó tương đối đơn giản; Nó nhỏ gọn và không làm tăng chiều cao của đầu xi lanh; Quan trọng nhất, nó tạo thêm ít quán tính và ma sát, do đó không ảnh hưởng đến công suất đầu cuối. Toyota tuyên bố nó cải thiện 10% sản lượng điện trong khi giảm 5-10% mức tiêu thụ nhiên liệu
Cấu tạo: BMW Valvematic sử dụng động cơ để điều chỉnh một trục lệch tâm (thông qua trục vít và bánh vít) từ đó có thể thay đổi độ nâng của xupap nạp còn Toyota
26
Valvematic về cơ bản thì nó sử dụng bánh răng hành tinh, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của thanh điều khuyển (Control shaft) làm thay đổi vị trí của Oscillating Arm làm thay đổi độ nâng xupap nạp.
Hình 2.6.2 Cấu tạo Valvematic Bảng 2.6.2: Giải thích cấu tạo Valvematic
Số Giải thích Số Giải thích
1,2 VVT actuator 8 Valve
3,4 Camshaft 9,10 Intake Valve, Exhaust Valve
5 Valvematic controller 11 Chain dumper
6 Rocker 12 Tensioner slipper
7 Lash adjuster 13 Hydraulic tensioner
Nguyên lý hoạt động: Valvematic sử dụng một trục trung gian để đạt được độ nâng van biến thiên liên tục. Trục trung gian có một bộ phận dẫn động cho mỗi xi lanh. Mỗi bộ phận dẫn động được làm bằng hai bộ phận cò mổ dẫn ghép lại với một bộ phận ổ lăn. Các bộ cò mổ dẫn có thể quay liên quan đến bộ phận con lăn nhờ các then hoa bên trong và một động cơ
27
điện được gắn vào cuối trục trung gian. Lưu ý rằng then hoa của bộ phận con lăn và bộ cò mổ có hướng ngược nhau. Điều này có nghĩa là khi trục quay, bộ phận con lăn và bộ cò mổ sẽ di chuyển theo hướng ngược lại, di chuyển ra xa hoặc gần nhau hơn. Bằng cách này, góc trục giữa chúng có thể thay đổi vô hạn bởi động cơ điện. Van nạp được dẫn động bằng trục cam thông qua trục trung gian. Nói một cách chính xác hơn, trục cam tác động lên bộ phận con lăn của trục trung gian, truyền chuyển động cho cả hai bộ phận cò mổ dẫn, sau đó hướng tới các cò mổ con lăn và cuối cùng đến các van nạp. Khi bộ cò mổ dẫn được đặt ở góc hẹp so với bộ phận con lăn, nó dẫn đến độ nâng van thấp. Khi tăng góc bổ cò mổ dẫn, độ nâng của van cũng tăng lên. Bằng cách này, Valvematic có thể thay đổi độ nâng của van bằng cách điều chỉnh góc của bộ cò mổ dẫn.