Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
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
MSSV : 12545004
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
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 2
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
…………., Ngày ……tháng……năm 2015.
Giáo viên phản biện
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 4
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
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
3.2.1 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
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
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
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
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,
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
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
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
Hình 2.1. Pha phân phối khí động cơ bốn kỳ không tăng áp
ϕ1 - góc mở sớm xupap nạp. ϕ2 - góc đóng trễ xupap nạp
ϕ3 - góc mở sớm xupap xả. ϕ4 - góc đóng trễ xupap xả
ϕs - góc đánh lửa hoặc phun dầu sớm
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
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
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
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
hút tiếp theo. Di chuyển thời điểm đóng trễ xupap thải sẽ làm tăng tuần hoàn khí thải
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.
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
Xupap nạp
Có thể giảm EGR phụ thuộc
vào thời điểm đóng xupap xả
ĐCT
ĐCD
Trước
ĐCT
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
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.
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
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.
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 14
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 ( ϕ1 + ϕ4 ) giảm đi. Điều
này làm ổn định tốc độ động cơ.
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 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.
ĐCT
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.
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.
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
Giảm góc trùng điệp
Xả
Nạp
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)
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 300 góc quay trục khuỷu (sớm hơn 15 0 so với bản thân
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
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 20
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
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
Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu
lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính đưa về ECU để tính toán thông số phối khí
theo yêu cầu chủ động. Các cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp dữ liệu
hiệu chỉnh, còn các cảm biến vị trí VVT và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thông tin
về tình trạng phối khí thực tế. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế,
ECU sẽ tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt. Lệnh này được tính toán
trong vài phần nghìn giây và quyết định góc đóng mở của các xupap.
Áp lực dầu sẽ tác động thay đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, mở các xupap vào
thời điểm thích hợp. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với thời điểm mở xupap
không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các góc phối phí xupap.
Thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp của các thông số về lưu lượng khí
nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ.
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 22
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục
cam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các
điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
• Làm sớm thời điểm phối khí :
Khi van điều phối được đặt ở vị trí như trên hình vẽ, bộ ECU của động cơ điều
khiển áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để
quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 3.6 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm.
• Làm muộn thời điểm phối khí :
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 23
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Tiểu luận tốt nghiệp
nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
• Khi tốc độ cao và tải nặng :
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong
Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©