Tài liệu KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN ĐỘNG CƠ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP I. TÊN ĐỀ TÀI: “ KHẢO SÁT HỆ THÔNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ” II .TÊN SINH VIÊN III. NỘI DUNG THỰC HIỆN - Trình bày nguyên lý hoạt động, đặc điểm của các hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong. - Phân tích ưu và nhược điểm các loại phân phối khí hiện nay sử dụng trên ô tô. IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyên lý động cơ đốt trong, Nguyễn Tất Tiến, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2007 2. Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong, Nguyễn Văn Trạng, ĐHSPKT Tp. HCM, 2006 3. The impact of valve events upon engine performance and emissions, 2006 4. Tài liệu đào tạo các hãng Honda, Toyota, Mitsubishi, Fiat, BMW 5. http://www.autopro.com.vn 6. http://www.oto-hui.com 7. http://thuvienso.hcmute.edu.vn/ 8. http://www.mechadyne-int.com 9. http://www.pattakon.com 10. http://asia.vtec.net/article/k20a 11. http://en.wikipedia.org V. TRÌNH BÀY: 01 quyển thuyết minh và 02 đĩa CD VI. THỜI GIAN THỰC HIỆN - Ngày bắt đầu: 01/ 07/ 2015 - Ngày hoàn thành: 15/ 09/ 2015 Đắk Lắk , ngày 15 tháng 09 năm 2015 Bộ môn động cơ Giảng viên hướng dẫn Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ………..…, Ngày ……tháng……năm 2015. Giáo viên hướng dẫn Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Tiểu luận tốt nghiệp Trang 3 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ........................................... …………., Ngày ……tháng……năm 2015. Giáo viên phản biện Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 4 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP. 1.1 Lý do chọn đề tài..................................................................................................9 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ thực hiện đề tài...............................................................9 1.2.1 Mục tiêu.............................................................................................................. 9 1.2.2 Nhiệm vụ............................................................................................................9 1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu..............................................................9 1.3.1 Đối tượng............................................................................................................ 9 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................9 1.4 Giới hạn và nội dung đề tài....................................................................................9 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ. 2.1 Nhiệm vụ của hệ thống phân phối khí.............................................................10 2.2 Yêu cầu của hệ thống phân phối khí................................................................10 2.3 Điều kiện làm việc của hệ thống phân phối khí...............................................10 2.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ.........10 2.4.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Exhaust Valve Opening Timing – EVO)..........................................................................................................11 2.4.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Exhaust Valve Closing Timing – EVC)..........................................................................................................12 2.4.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Intake Valve Opening Timing – IVO)...........................................................................................................13 2.4.5 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Intake Valve Closing Timing – IVC)...........................................................................................................14 2.5 Nguyên lý điều chính trên các hệ thống phân phối khí thông minh..............19 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN 3.1 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVT..........................................................20 3.1.1 Lịch sử.............................................................................................................. 20 3.1.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 22 3.1.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................24 3.2 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVTL-i.....................................................27 3.2.1 Cấu tạo.............................................................................................................. 28 3.2.2 Hoạt động.........................................................................................................29 3.3 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VTEC........................................................34 3.3.1 Giới thiệu..........................................................................................................34 3.3.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 35 3.3.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................38 Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 5 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp 3.4 Giới thiệu hệ thống phân phối khí i-VTEC.....................................................40 3.4.1 Giới thiệu..........................................................................................................40 3.4.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 41 3.4.3 Nguyên lý hoạt động của VTC.........................................................................42 3.4.4 Các chế độ cơ bản của i-VTEC.........................................................................44 3.5 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiênMIVEC....................................47 3.5.1 Giới thiệu..........................................................................................................47 3.5.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi độ nâng xupap.....................................48 3.5.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi thời điểm phân phối khí.......................50 3.5.4 Cấu tạo.............................................................................................................. 50 3.5.5 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................51 3.5.6 Ưu điểm của MIVEC........................................................................................54 3.6 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiênVanos.......................................55 3.6.1 Giới thiệu..........................................................................................................55 3.6.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 55 3.6.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................57 3.7 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiên Valvetronic.............................59 3.7.1 Giới thiệu..........................................................................................................59 3.7.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 59 3.7.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................60 3.7.4 Đồ thị công suất và môment động cơ................................................................62 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ KHÔNG SỬ DỤNG TRỤC CAM. 4.1 Hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair.......................................................63 4.1.1 Lịch sử.............................................................................................................. 63 4.1.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 63 4.1.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................64 4.1.4 Ưu điểm của hệ thống Multiair.........................................................................67 4.1.5 Sự phát triển trong tương lai.............................................................................67 4.2 Hệ thống phân phối khí điện tử........................................................................68 4.2.1 EMV sử dụng Solenoid....................................................................................68 4.2.2 Cấu tạo.............................................................................................................. 69 4.2.3 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................69 4.2.4 EMV sử dụng nam châm vĩnh cửu...................................................................70 4.2.5 Cấu tạo.............................................................................................................. 70 4.2.6 Nguyên lý hoạt động.........................................................................................71 4.2.7 So sánh EMV sử dụng solenoid và EVM sử dụng nam châm vĩnh cữu............72 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Kết luận..................................................................................................................... 73 Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 6 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Sau hơn ba tháng làm tiểu luận tốt nghiệp đến nay em đã hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn. Trường Đại Học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình học tập và làm tiểu luận tốt nghiệp. Khoa Cơ khí Động Lực đã giúp đỡ em hoàn thành tiểu luận tốt nghiệp đúng thời gian quy định. Đặc biệt sự hướng dẫn và giúp đỡ của Thầy LÝ VĨNH ĐẠT, Thầy đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành tiểu luận của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn quý Thầy trong khoa Cơ khí Động Lực đã cho em những lời khuyên, động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt chương trình học và tiểu luận tốt nghiệp này. Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn, nên trong quá trình làm tiểu luận không thể tránh những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét, đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của quý Thầy và các bạn để em hoàn thành tốt hơn các công việc của mình trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn. Đắk Lắk , Tháng 09 năm 2015. Sinh viên thực hiện Tạ Vũ Thanh Đạt Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 7 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý do chọn đề tài Công nghiệp 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 và nhiệm vụ thực hiện đề tài 1.2.1 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. 1.2.2 Nhiệm vụ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong. 1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng Hệ thống VVT-i trên xe TOYOTA Hệ thống i-VTEC trên xe HONDA Hệ thống MIVEC trên xe MITSUBISHI Hệ thống VANOS VÀ VALVETRONIC trên xe BMW Hệ thống MULTIAIR trên xe FIAT Hệ thống EMVA 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào kiến thức qua các môn học trên lớp kết hợp kiến thức sách vở, báo, tạp chí ô tô, internet. Xây dựng nên tiểu luận tốt nghiệp. 1.4 Giới hạn và nội dung đề tài Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn cộng với nguồn tài liệu hiện có, tiểu luận chỉ tập trung phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của hệ thống phân phối khí . Đề tài không tập trung vào tính toán, thiết kế các chi tiết trong hệ thống. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 8 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ. 2.1 Nhiệm vụ của hệ thống phân phối khí Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hòa khí đối với động cơ xăng hay không khí sạch đối với động cơ diesel vào các xylanh ở kỳ nạp và thải sạch khí thải trong xylanh ở kỳ xả. 2.2 Yêu cầu của hệ thống phân phối khí Đóng mở các xupap đúng lúc, đúng thì, đúng thứ tự hoạt động của động cơ, đóng kín các của nạp và cửa thải trong kỳ nén, cháy và giãn nở. 2.3 Điều kiện làm việc của hệ thống phân phối khí Trong quá trình làm việc, mặt xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn. Lựckhí thể tác dụng trên diện tích mặt xupap có thể lên đến 10.000 đến 20.000 N,trongđộng cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể tăng đến 30.000 N. Nhiệt độ của xupap thải trongđộng cơ xăng thường đạt 800-850 0C, trong động cơ diezel là 5006000C. Ngoài ratrong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap. Vì vậy vật liệu dùng để chế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ănmòn hóa học và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao. 2.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi pha phân phối khí tới hiệu quả động cơ Hình 2.1. Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ không tăng áp 1 - góc mở sớm xupap nạp.  2 - góc đóng trễ xupap nạp 3 - góc mở sớm xupap xả. 4 - góc đóng trễ xupap xả  s - góc đánh lửa hoặc phun dầu sớm Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 9 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp 2.4.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả (Exhaust Valve Opening Timing – EVO) Xupap thải bắt đầu mở sẽ làm cho áp suất cao trong xylanh trong quá trình đốt cháy được thoát ra ngoài qua hệ thống xả. Xupap thải mở sớm trước khi piston tới điểm chết dưới (điểm b’ trên hình) sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thải bằng cách cho sản vật cháy tự thoát ra ngoài nhờ chênh áp giữa xylanh và đường thải. Với mục đích giảm tải trọng động cho xupap cần phải cho xupap mở và đóng đường thông một cách từ từ. Chính vì vậy việc mở sớm xupap thải nhằm tạo ra giá trị “thời gian-tiết diện” đủ để áp suất trong xylanh giảm tới mức yêu cầu khi piston đi ngược từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Khi đã mở sớm xupap thải vào thời điểm hợp lý sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải ra ngoài. Nhưng nếu mở xupap thải quá sớm sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị công qua đó làm giảm công suất động cơ. Hai yêu cầu trên mâu thuẫn với nhau. Trên các động cơ đốt trong cổ điển thì pha phân phối khí được chọn cố định nên phải cân đối lợi ích giữa hai yếu tố trên. Còn trên các động cơ có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì hệ thống sẽ thay đổi thời điểm mở xupap thải sao cho động cơ đạt được hiệu suất cao nhất ở mọi tốc độ và tải động cợ Ởchế độ tải nhỏ hay một phần tải động cơ sẽ đạt hiệu suất cao hơn nếu như thời điểm mở xupap thải càng gần ĐCD hơn càng tốt vì ở chế độ này áp lực khí cháy trong xylanh nhỏ hơn nên cũng cần ít thời gian hơn để đẩy khí cháy ra ngoài. Ngược lại khi động cơ ở chế độ toàn tải thì cần mở xupap thải sớm tức trước khi piston tới ĐCD vì cần có đủ thời gian để đẩy sạch khí cháy ra ngoài, tuy mất một ít công trên đồ thị P-V nhưng bù vào đó quá trình nạp trong chu kỳ kế tiếp có lợi ích lớn hơn nên nhìn chung động cơ sẽ đạt được hiệu quả cao hơn. Xupap xả ĐCT ĐCD Cải thiện mômen xoắn ở tốc độ cao Trước ĐCD Cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp và hiệu quả ở tải nhỏ Hình 2.2. Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 10 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp 2.4.2 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả (Exhaust Valve Closing Timing – EVC) Xupap thải bao giờ cũng đóng trễ sau khi piston đã đi qua điểm chết trên nhằm đảm bảo cho sản vật cháy được thoát hết ra ngoài, mặt khác lợi dụng chênh áp để sản vật cháy được thải tiếp giảm lượng khí sót còn lại trong xylanh. Ngoài ra việc đóng muộn xupap thải còn nhằm sử dụng quán tính trên đường thải sinh ra giảm áp có tính chu kỳ thấp hơn giá trị trung bình của pth tạo điều kiện để thải sạch hơn. Thời điểm đóng xupap thải có ảnh hưởng rất quan trọng đến việc khí thải còn lại trong xylanh trong kỳ hút tiếp theo. Thời điểm đóng xupap thải là một thông số quan trọng trong việc điều khiển lưu hồi khí thải và góc trùng điệp của hai xupap. Khi ở chế độ đầy tải mong muốn cho lượng khí thải còn lại trong xylanh là ít nhất để tối đa lượng hòa khí mới nạp vào trong xylanh trong kỳ hút kế tiếp. Điều này đòi hỏi thời điểm đóng xupap thải phải càng gần ngay ĐCT. Ngoài ra trong động cơ có hệ thống xả tích cực nghĩa là sử dụng sóng áp suất của dòng khí xả xylanh khác thì thời điểm đóng xupap xả cũng ảnh hưởng tới sóng áp suất làm ảnh hưởng tới việc đẩy hay hút khí xả ra ngoài hoặc trở lại xylanh. Sóng áp suất thay đổi theo tốc độ động cơ do đó nếu cố định thời điểm đóng xupap xả ở một tốc độ nào đó sẽ gây ảnh hưởng tới các chế độ hoạt động khác của động cơ. Khi động cơ hoạt động ở chế độ một phần tải thì thời điểm đóng muộn xupap thải có thể mang lại lợi ích lớn từ việc giữ lại một phần khí thải để hạn chế hòa khí mới nạp vào. Khí thải được giữ lại do đó làm giảm sự hoạt động cần thiết của bớm ga để điều khiển lượng hòa khí vào buồng đốt và kết quả làm giảm tổn thất bơm trong kỳ hút tiếp theo. Di chuyển thời điểm đóng trễ xupap thải sẽ làm tăng tuần hoàn khí thải tương ứng giảm phát thải khí thải làm động cơ thân thiện với môi trường. Giới hạn bao nhiêu khí thải còn lại trong xylanh là cần thiết để đặc tính sự cháy vẫn ổn định và không ảnh hưởng tới công suất động cơ. Tuần hoàn khí thải làm giảm dụng tích xylanh của buồng đốt do lượng khí trơ chiếm chỗ do đó sẽ làm giảm công suất và gây ra đặc tính cháy xấu. Vì vậy ở chế độ cầm chừng và tốc độ thấp không nên sử dụng việc lưu hồi để ổn định tốc độ cầm chừng, khi ở tốc độ cao cũng vậy để công suất và mômen động cơ phát ra đạt tối đa. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 11 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp Xupap xả ĐCT ĐCD Sau ĐCT Cải thiện hiệu quả động cơ ở chế độ cầm chừng, toàn tải và tốc độ cao do giảm EGR Cải thiện hiệu quả động cơ ở chế độ tốc độ, tải trung bình do làm tăng EGR Hình 2.3. Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap xả 2.4.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp (Intake Valve Opening Timing – IVO) Việc mở xupap nạp cho phép hòa khí vào xylanh từ ống góp hút (trong động cơ diesel hay động cơ phun xăng trực tiếp thì chỉ có không khí). Thời gian bắt đầu mở xupap nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xylanh (do giãn nở của khí sót) hạ thấp hơn áp suất môi chất trên đường nạp thì tiết diện lưu thông của xupap nạp đã đủ lớn để môi chất mới đi vào. Do đó thường mở sớm xupap nạp trước ĐCT (BTDC). Thời điểm mở xupap nạp là thông số thứ hai xác định góc trùng điệp của xupap nạp và xupap xả (cả hai xupap đều mở) đó thời điểm đóng xupap xả và mở xupap nạp thay đổi sẽ làm thay đổi thời điểm phối khí, thay đổi lượng luân hồi khí thải. Xupap nạp Có thể giảm EGR phụ thuộc vào thời điểm đóng xupap xả ĐCT Trước ĐCT ĐCD Có thể tăng EGR phụ thuộc vào thời điểm đóng xupap xả Hình 2.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 12 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp 2.4.5 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp (Intake Valve Closing Timing – IVC) Hiệu quả thể tích hòa khí nạp vào phụ thuộc vào thời điểm đóng xupap nạp theo từng tốc độ và tải động cơ. Thời điểm đóng xupap nạp quyết định bao nhiêu hòa khí sẽ được nạp vào xylanh do đó ảnh hưởng tới tính kinh tế và hiệu quả động cơ. Để đạt được mômen xoắn tối đa xupap nạp đóng muộn sau khi piston đã vượt qua điểm chết dưới nhằm nạp thêm môi chất mới vì ở điểm chết dưới tiết diện lưu thông qua xupap còn lớn, áp suất trong xylanh pa còn thấp hơn áp suất trên đường ống nạp pk quán tính của môi chất mới từ đường nạp vào xylanh vẫn còn. Do đó có thể kéo dài quá trình nạp thêm một giai đoạn sau điểm chết dưới cho tới khi áp suất trong xylanh trở nên lớn hơn pk. Mặt khác còn lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc độ cao để nạp thêm môi chất giúp tối đa lượng hòa khí nạp vào để công suất và mômen động cơ phát ra tối đa. Việc đóng sớm xupap nạp sẽ làm giảm hòa khí nạp vào xylanh giúp tiết kiệm nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ. Việc đóng sớm xupap nạp ở chế độ tải nhỏ còn giúp hạn chế hòa khí quay trở lại ống góp hút và hạn chế tổn thất bơm. Xupap nạp Đóng trễ sau ĐCD giúp tăng mômen xoắn tối đa ĐCT ĐCD Sau ĐCD Đóng gần ĐCD làm giảm hòa khí nạp giúp tiết kiệm nhiên liệu ở chế độ tải nhỏ Hình 2.5 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm đóng xupap nạp Thời gian mở sớm và đóng muộn của các xupap theo góc quay trục khuỷu tính bằng độ tạo thành pha phân phối khí của động cơ. Động cơ vận tải hoạt động ở các tốc độ khác nhau mà mỗi tốc độ lại tương ứng với một pha phân phối khí tối ưu đảm bảo cho hệ số nạp đạt cực đại. Nhưng trên thực tế các động cơ cổ điển không thể thay đổi được điều này. Pha phân phối khí trong mỗi động cơ được quyết định sau khi thử nghiệm và lấy ở tốc độ xe hay hoạt động. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 13 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp Bảng 2.1. Pha phân phối khí ở một số động cơ cổ điển Xupap nạp Xupap xả Loại động Tốc độ Mở trước Đóng sau Mở trước Đóng sau cơ động cơ ĐCT ĐCD ĐCD ĐCT Động cơ xăng ô tô Zill 130 3200 310 830 670 470 Peugeot 5400 00 30030’ 350 4030’ Renault 4500 60 300 450 70 Động cơ diesel không tăng áp D6 1500 200 480 480 200 Man 2000 20 250 400 80 Henshel 2200 170 420 420 170 Góc trùng điệp 780 4030’ 130 400 100 340 Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì pha phân phối khí có thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định sao cho động cơ hoạt động hiệu quả ở mọi chế độ. Đường mômen động cơ 4 5 Tải động cơ 3 1 và 2 Tốc độ động cơ Hình 2.6 Đồ thị mômen động cơ Ở chế độ cầm chừng (phạm vi số 1 trên biểu đồ) công sinh ra chỉ cần để thắng các lực ma sát nên tốc độ động cơ thấp và khi có sự tăng tải bất ngờ thì động cơ dễ bị chết máy. Chế độ này yêu cầu tỉ lệ hòa khí nạp vào xylanh động cơ đậm hơn và việc thải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới môi chất công tác được tốt hơn. Lúc này cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng điệp ( 1   4 ) nhỏ lại để khí cháy được thải sạch ra ngoài, giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 14 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp ĐCT Góc trùng điệp nhỏ nhất Xả Nạp ĐCD Hình 2.7Chế độ cầm chừng Khi ở chế độ tải nhẹ (phạm vi số 2 trên biểu đồ) nghĩa là áp suất trên ống góp hút rất thấp nên có xu hướng hút khí xả trên ống góp xả lại nên thời điểm phối khí của trục cam nạp cũng cần được làm trễ lại và độ trùng điệp xupap ( 1  4 ) giảm đi. Điều này làm ổn định tốc độ động cơ. ĐCT Góc trùng điệp nhỏ Xả Nạp ĐCD Hình 2.8. Khi ở chế độ tải nhẹ Chế độ tải trung bình (phạm vi số 3 trên biểu đồ) pha phân phối khí của động cơ được điều chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hoàn khí thải (EGR). Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất làm việc của động cơ tăng lên. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 15 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM ĐCT Tiểu luận tốt nghiệp Góc trùng điệp lớn Xả Nạp ĐCD Hình 2.9Chế độ tải trung bình Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (phạm vi số 4 trên biểu đồ) do lúc này tốc độ động cơ thấp và tải nặng nên áp suất trên đường ống nạp lớn hơn xupap nạp cần được đóng sớm lại để hòa khí nạp vào đảm bảo vừa đủ cải thiện hiệu suất thể tích nạp. Điều này làm cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp tới trung bình. ĐCT Xả Nạp Đóng sớm xupap nạp ĐCD Hình 2.10 Tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (phạm vi số 5 trên biểu đồ) thì cần làm chậm thời điểm đóng xupap nạp để lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc độ cao làm cải thiện hiệu suất thể tích nạp. Điều này cải thiện công suất đầu ra. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 16 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp ĐCT Xả Nạp Đóng trễ xupap nạp ĐCD Hình 2.11 Tốc độ cao với tải cao Khi nhiệt độ động cơ thấp giảm góc trùng điệp xupap để ngăn chặn sự cháy xấu và ổn định tốc độ không tải nhanh. ĐCT Giảm góc trùng điệp Xả Nạp ĐCD Hình 2.12Khi nhiệt độ động cơ thấp Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng góc trùng điệp ở vị trí nhỏ nhất để cải thiện tính khởi động và cho lần khởi động tiếp theo. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 17 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM ĐCT Tiểu luận tốt nghiệp Góc trùng điệp nhỏ nhất Xả Nạp ĐCD Hình 2.13 Khi khởi động hoặc khi động cơ ngừng 2.5 Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống phân phối khí thông minh Do động cơ trên ô tô hoạt động luôn thay đổi tốc độ mà mỗi tốc độ lại tương ứng với các thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupap rất khác nhau. Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupap ở tốc độ thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN 3.1 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVT 3.1.1 Lịch sử. Hệ thống VVT (Variable Valve Timing) đã được sử dụng rộng khắp và được nhiều công ty sản xuất ô tô áp dụng cách đây cũng hơn 40 năm. Hệ thống VVT đơn giản đã được sử dụng và đem lại kết quả khả quan. Hệ thống gồm hai bộ phận chính là: solenoid điều khiển dầu và cơ cấu VVT. Trên hình đã thể hiện một vài bộ phận rời, nhưng có thể thấy rõ được hai bộ phận chính: cơ cấu ròng rọc VVT và OCV ( Oil Control Valve, hoặc oil solenoid) Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 18 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp Cảm biến vị trí trục cam Puly VVT OCV ECU Rãnh then hoa Bơm dầu Hình 3.1 Cơ cấu VVT cổ điển Hệ thống VVT ban đầu hoạt động một cách tương đối đơn giản: tại số vòng quay cố định (4400 vòng/phút trên động cơ 20 xupap 4AGE) tín hiệu từ máy tính sẽ làm cho OCV mở, nó sẽ làm cho áp suất dầu đi qua một đường đặc biệt trong cam nạp, đi xuyên qua trung tâm của cam nạp tới pully VVT. Trong đó có một piston nhỏ, áp suất dầu này sẽ đẩy piston ra phía sau, làm cho phần phía ngoài của pully điều chỉnh đúng với phần bên trong, vì then hình trôn ốc nên điều khiển hướng đi của piston. Như vậy, khi tín hiệu từ máy tính làm VVT hoạt động, OCV mở, đó là nguyên nhân làm pully VVT hoạt động sớm hơn 30 0 góc quay trục khuỷu (sớm hơn 15 0 so với bản thân pully). Hệ thống VVT-i là một kỹ thuật thay đổi thời điểm phối khí được phát triển bởi TOYOTA. Hệ thống VVT-i đã thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1991 trên động cơ 4A-GE 20 xupap. Hệ thống VVT-i được giới thiệu vào năm 1996, thay đổi thời điểm của xupap nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa trục cam điều khiển (dây đai, vị trí bánh răng hoặc dây xích). Hệ thống VVT-i thiết kế cùng hệ thống phun xăng của hãng Toyota hoạt động 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. Áp suất dầu của động cơ sẽ đẩy tới bộ truyền động cho đúng với vị trí trục cam. Năm 1998 Dual VVT-i (Điều chỉnh cả xupap xả và xupap nạp) được giới thiệu trên động cơ RS2000 Altezza’s 3S- GE. Dual VVT-i còn được sử dụng trên động cơ V6 mới 3.5L2GR-FE V6. Động cơ này được sử dụng trên các loại xe như Avalon, RAV4 và Camry ở Mỹ, Aurion ở Australia và một vài model ở Nhật, có cả xe Estima.. Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 19 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Tiểu luận tốt nghiệp Hình 3.2 Cơ cấu VVT-i của hãng Toyota. Thông thường, thời điểm phối khí của động cơ đều được cố định, nhưng hệ thống VVT-i đã sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm cơ cấu này tối ưu hoá 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 cấp nhiên liệu. Hệ thống điện tử điều khiển xupap nạp biến thiên VVT-i được thiết kế với mục đích nâng cao mômen xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại 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 xupap, cảm biến VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí truc khuỷu, nhiệt độ nước. Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (loại bỏ sự hỗ trợ bằng khí ) và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium. Hình 3.3 Các cảm biến gửi về ECU điều khiển VVT-i Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong Trang 20