Đề tài: 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
1
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

2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
………..…, Ngày ……tháng……năm 2015.
Giáo viên hướng dẫn

3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
…………., Ngày ……tháng……năm 2015.
Giáo viên phản biện

4
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
3.4 Giới thiệu hệ thống phân phối khí i-VTEC ..........................................................40

5
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 ...............................................................................................................C
ấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi thời điểm phân phối khí ............................50
3.5.4 Cấu tạo ........................................................................................................................50
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
3.7 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiên Valvetronic................................59
3.7.1 Giới thiệu ....................................................................................................................59
3.7.2 Cấu tạo ........................................................................................................................59
3.7.4 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
4.1.4 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
4.2.4 EMV sử dụng nam châm vĩnh cửu..........................................................................70
4.2.5 Cấu tạo ........................................................................................................................70
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

6
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

7
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
1.1..................................................................................................................L
ý 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 ...............................................................................................................N
hiệm 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.

8
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 800-8500C, trong động cơ diezel là 500-
6000C. 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

9
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.
Hình 2.2. Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap xả
Cải thiện mômen
xoắn ở tốc độ cao
Cải thiện mômen
xoắn ở tốc độ
thấp và hiệu quả
ở tải nhỏ
ĐCT
ĐCD Trước
ĐCD
Xupap xả

10
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.

11
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.
Hình 2.4 Ảnh hưởng của việc thay đổi thời điểm mở xupap nạp
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
ĐCT
ĐCD
Sau
ĐCT
Xupap xả
Có thể giảm EGR phụ thuộc
vào thời điểm đóng xupap xả
Có thể tăng EGR phụ thuộc
vào thời điểm đóng xupap xả
ĐCT
ĐCD
Trước
ĐCT
Xupap nạp

12
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.
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
Đóng trễ sau ĐCD
giúp tăng mômen xoắn
tối đa
Đóng gần ĐCD làm
giảm hòa khí nạp giúp
tiết kiệm nhiên liệu ở
chế độ tải nhỏ
ĐCT
ĐCD
Sau
ĐCD
Xupap nạp

13
Loại động
cơ
Tốc độ
động cơ
Xupap nạp Xupap xả
Góc trùng
điệp
Mở trước
ĐCT
Đóng sau
ĐCD
Mở trước
ĐCD
Đóng sau
ĐCT
Động cơ xăng ô tô
Zill 130 3200 310 830 670 470 780
Peugeot 5400 00 30030’ 350 4030’ 4030’
Renault 4500 60 300 450 70 130
Động cơ diesel không tăng áp
D6 1500 200 480 480 200 400
Man 2000 20 250 400 80 100
Henshel 2200 170 420 420 170 340
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.
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.
Tốc độ động cơ
Tải
động cơ
5
4
3
1 và 2
Đường mômen
động cơ

14
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.
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.
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ nhất

15
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.
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.
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp lớn
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Đóng sớm xupap nạp

16
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.
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.
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Đóng trễ xupap nạp
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Giảm góc trùng điệp

17
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)
NạpXả
ĐCT
ĐCD
Góc trùng điệp nhỏ nhất

18
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 150 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..
Puly VVT OCV
Rãnh then hoa
Bơm dầu
Cảm biến vị trí trục cam
ECU

19
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

20
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.
Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy đặt ở ống góp xả cho biết tỷ lệ % nhiên
liệu được đốt cháy. Thông tin từ đây được gửi về ECU và cũng được phối hợp xử lý
khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môi trường.
3.1.2 Cấu tạo
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay
trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều
khiển để điều khiển đường đi của dầu.
Hình 3.4 Cấu tạo của bộ điều khiển VVT-i.
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt
được cố định trên trục cam nạp. Áp suất dầu đi từ phía làm sớm hay làm muộn trục
cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để thay đổi liên tục thời điểm
phối khí của trục cam nạp.
Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy
trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không truyền đến bộ điều khiển VVT-I ngay

21
lập tức, sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều
khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Hình 3.5 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam
3.1.3 Nguyên lý hoạt động
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.

22
Hình 3.6 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm.
 Làm muộn thời điểm phối khí :
Khi ECU đặt van điều phối trục cam ở vị trí như trong hình vẽ, áp suất dầu tác
động lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp
theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.

23
Hình 3.7 Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn
 Giữ ổn định :
Hình 3.8 Van điều phối dầu ở vị trí ổn định
ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt
thời điểm phối khí chuẩn van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng
như được chỉ ra trên hình vẽ để giữ thời điểm phối khí hiện tại.

24
 Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ
Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng điệp xupap
giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía đường nạp. Điều này làm ổn định chế độ
không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động.
 Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng
Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng điệp xupap tăng lên để tăng
lượng khí xả luân hồi nội bộ và giảm tổn thất khí động do đó cải thiện tính kinh tế
nhiên liệu và giảm nồng độ khí xả độc hại. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng
xupap nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng khí hỗn hợp quay ngược lại đường
nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
 Khi tốc độ cao và tải nặng :
Thời điểm phối khí cũng sớm lên như trường hợp trên nhưng ở mức cao hơn.
Thời điểm phối khí xupap nạp thay đổi thực tế theo đúng thời điểm tính toán bằng cảm
biến vị trí trục cam và được điều khiển bằng ECU.
3.2 Giới thiệu hệ thống phân phối khí VVTL –i
Hệ thống VVTL-i dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng một cơ cấu chuyển đổi
vấu cam để thay đổi hành trình của xupap nạp và xả. Điều này cho phép đạt được công
suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế của nhiên liệu hay ô nhiễm khí xả.
Cấu tạo và hoạt động của hệ thống VVTL-i về cơ bản giống như hệ thống
VVT-i. Việc chuyển đổi giữa hai vấu cam có biên dạng khác nhau dẫn đến làm thay
đổi hành trình của xupap.
Trong cơ cấu chuyển vấu cam, ECU động cơ điều khiển chuyển đổi giữa 2 vấu
cam nhờ van điều khiển dầu VVTL dựa trên các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước
làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu.

25
Hình 3.9 Hệ thống VVTL-i
3.2.1 Cấu tạo
Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i gần giống như những bộ phận của hệ
thống VVT-i. Đó là van điều khiển dầu cho VVTL, các trục cam và cò mổ.
Hình 3.10 Cấu tạo van điều khiển dầu VVTL
Van điều khiển dầu cho VVTL điều khiển áp suất dầu cấp đến phía cam tốc độ
cao của cơ cấu chuyển vấu cam bằng thao tác điều khiển vị trí van ống do ECU động
cơ thực hiện.
Trục cam và cò mổ: để thay đổi hành trình xupap, người ta chế tạo trên trục
cam 2 loại vấu cam, một loại vấu cam ứng với tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao cho
mỗi xilanh.
Đến cơ cấu chuyển vấu cam
Xả Áp suất dầu Ti van

26
Hình 3.11 Trục cam có hai vấu cam
Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xupap và vấu cam. Áp
suất dầu từ van điều khiển dầu của VVTL đến lỗ dầu trong cò mổ và áp suất này đẩy
chốt hãm bên dưới chốt đệm. Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao.
Hình 3.12 Cấu tạo cơ cấu chuyển vấu cam
Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo và
chốt đệm được tự do. Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theo
hướng thẳng đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao.
3.2.2 Hoạt động
Trục cam nạp và xả có các vấu cam với 2 hành trình khác nhau cho từng
xylanh, và ECU động cơ chuyển những vấu cam này thành vấu cam hoạt động bằng áp
suất dầu.

27
Hình 3.13 Điều khiển ở tốc độ thấp, trung bình
Hình 3.14 Điều khiển ở tốc độ thấp, trung bình, cao

28
 Mạch dầu điều khiển ở tốc độ thấp và trung bình(tốc độ động cơ
dưới6000 vòng/phút)
Hình 3.15Van điều khiển dầu VVTL, van điều khiển dầu mở phía xả
Như hình minh họa ở trên, van điều khiển dầu mở phía xả. Do đó, áp suất dầu
không tác dụng lên cơ cấu chuyển vấu cam.
Áp suất dầu không tác dụng lên chốt chặn. Do đó, chốt chặn bị đẩy bằng lò xo
hồi theo hướng nhả khóa. Như vậy, chốt đệm sẽ lặp lại chuyển động tịnh tiến vô hiệu
hóa. Nó sẽ dẫn động xupap bằng cam tốc độ thấp và trung bình.
 Tốc độ cao (tốc độ động cơ trên 6000 vòng/phút, nhiệt độ nước làm
mát cao hơn 600 C).

29
Hình 3.16Van điều khiển dầu VVTL,van điều khiển dầu đóng phía xả.
Như trong hình vẽ bên trên, phía xả của van điều khiển dầu được đóng lại sao
cho áp suất dầu tác dụng lên phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam.
Lúc này bên trong cò mổ, áp suất dầu đẩy chốt chặn đến dưới chốt đệm để giữ
chốt đệm và cò mổ. Do đó, cam tốc độ cao ấn xuống cò mổ trước khi cam tốc độ thấp
và trung bình tiếp xúc với con lăn. Nó dẫn động các xupap bằng cam tốc độ cao. ECU
động cơ đồng thời phát hiện rằng vấu cam đã được chuyển sang vấu cam tốc độ cao
dựa trên tín hiệu từ công tắc áp suất dầu.
Bảng 3.1 Sự thay đổi các thông số động cơ 2ZZ-GE
Xả Nạp
Mở
trước
ĐCD
Đóng
sau
ĐCT
Độ mở
Độ
nâng
(mm)
Mở
trước
ĐCT
Đóng
sau
ĐCD
Độ mở
Độ
nâng
(mm)
Tốc độ
thấp
34° 14° 228° 7,6 -10 - 33° 58 - 15° 228° 7,6
Tốc độ
cao
56° 40° 276° 10,0 15- 58° 97 - 54° 292° 11,2
3.3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ (VTEC)
3.3.1 Giới thiệu

30
Hệ thống điều khiển xupap biến thiên của hãng HONDA mang tên công nghệ
VTEC ( Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System ) do Ikuo Kajtani
phát minh. VTEC có những đặc trưng kỹ thuật mà có thể thay đổi thời gian mở xupap
và độ nâng của xupap phụ thuộc vào các thông số tốc độ động cơ, tốc độ di chuyển của
xe, nhiệt độ nước làm mát và tải động cơ... Khả năng này làm cho đặc tính sự cháy có
thể đáp ứng được các điều kiện hoạt động của động cơ, vì vậy vừa tiết kiệm nhiên liệu
vừa đạt được hiệu suất cao và giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường.
Mỗi xupap trong động cơ được điều khiển bởi một số vấu cam với biên dạng
riêng biệt. Tất cả các cam đó đều được lắp đặt trên một trục cam và hệ thống điều
khiển điện tử điều khiển hoạt động của chúng dựa trên các điều kiện hoạt động của
động cơ bằng cách dùng áp suất thủy lực. Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của động
cơ mà sử dụng loại vấu cam phù hợp.
Hình 3.17 Cấu tạo các vấu cam
Ở dải tốc độ thấp, biên dạng cam tốc độ thấp được sử dụng, thời gian mở xupap
được tối ưu hóa nhằm đạt được mômen xoắn cần thiết để xe có thể di chuyển tốt nhất
ở vòng tua thấp, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu.
Ở dải tốc độ cao, biên dạng cam tốc độ cao thay thế, cho độ mở xupap và thời
gian mở xupap được tăng lên, không khí được nạp vào nhiều hơn. Hệ thống cung cấp
cho xe khả năng di chuyển tốt ở tốc độ cao và tăng hiệu suất động cơ.
3.3.2 Cấu tạo
 Trục cam:
Cam tốc độ cao
Độ nâng
của cam
Khoảng thời gian mở của cam
Khoảng thời gian mở của cam
Cam tốc độ thấp
Độ nâng
của cam

31
Trục cam của động cơ SOHC VTEC có 3 loại cam, được gọi là cam cơ bản,
cam giữa, và cam thứ cấp. Những cam này có những biên dạng khác nhau để cung cấp
thời gian mở xupap và độ nâng khác nhau.
Hình 3.18 Cấu tạo của trục cam SOHC VTEC
Hình 3.19 Cấu tạo của SOHC VTEC
1-Piston đồng bộ A. 2-Cụm chuyển động êm. 3-Piston đồng bộ B. 4-Cò mổ giữa
5-Cò mổ cơ bản. 6-Cò mổ thứ cấp. 7-Các xupap nạp. 8-Trục cam
 Các cò mổ:
Cò mổ cơ bản, cò mổ giữa, và cò mổ thứ cấp được tổ hợp lại trên một hệ cơ
học. Các cò mổ cơ bản và thứ cấp tiếp xúc trực tiếp với các xupap. Nhờ hoạt động của
các piston đồng bộ, piston dừng và lò xo, sự chuyển động riêng biệt của các cò mổ có
thể liên kết với nhau hoặc tách rời nhau trong quá trình hoạt động của động cơ.
Cam
giữa
Cam thứ
cấp
Cam cơ
bản
Cam
xả
Cổ
trục
Cổ
trục

32
Hình 3.20 Cấu tạo cò mổ và piston
1-Trục cam. 2-Piston dừng 3-Cò mổ thứ cấp. 4-Cò mổ giữa. 5-Cò mổ cơ bản.
6-Piston đồng bộ B. 7 Piston đồng bộ A
 Cụm chuyển động êm
Cụm chuyển động êm bao gồm piston chuyển động êm, hướng chuyển động
êm, các lò xo chuyển động êm A và B. Cụm chuyển động êm tiếp xúc liên tục với cò
mổ giữa. Khi vòng tua chậm, cụm chuyển động êm loại trừ các chuyển động không
cần thiết của cò mổgiữa, khi vòng tua cao, nó có tác dụng như là một lò xo bổ trợ cho
sự hoạt động hài hòa.
Hình 3.21 Cấu tạo cụm chuyển động êm
1-Cụm chuyển động êm. 2- Cò mổ giữa. 3- Lò xo chuyển động êm A
4- Hướng chuyển động êm. 5- Piston chuyển động êm. 6- Lò xo chuyển động êm B
7-Trục cam
1
2
7
3 4
5
6
1
2
35
7
4
6

33
 Van ống
Cụm van ống được lắp đặt bên cạnh sườn của đầu xylanh. Nó bao gồm tấm
chắn, solenoid, và van ống. Chức năng của van này là để điều khiển dòng dầu từ bơm
dầu đến các piston đồng bộ. Khi solenoid được kích hoạt, van ống sẽ mở cho dòng dầu
đi qua và các piston đồng bộsẽ bị tác động bởi một áp lực thủy lực, như vậy đã kích
hoạt hệ thống VTEC. Công tắc ngắt lực được lắp đặt ở phía sau của van ống. Nó cảm
nhận áp suất của dòng dầutác dụng lên các piston đồng bộ và cung cấp thông tin phản
hồi đến ECM.
Hình3.22 Cấu tạo van ống
1- Solenoid. 2- Công tắc ngắt lực. 3- Van ống.
 Hệ thống điều khiển (ECM):
Hệ thống VTEC được điều khiển bởi PGM-FI ECM. Bằng cách dùng các cảm
biến, ECM kiểm tra tốc độ động cơ, mức độ tải động cơ, vận tốc xe, nhiệt độ dung
dịch nước làm mát động cơ và nhiều yếu tố khác. Sau đó, dựa theo những thông số
này, ECM xác định được điều kiện làm việc hiện tại của động cơ và kích hoạt solenoid
khi cần thiết. (Van solenoid điều khiển áp lực thủy lực cung cấp đến van ống.)
Hình 3.23 Cấu trúc hệ thống điều khiển
1
2
3
Từ bơm
dầu
ECM
Tốc độ xe
Tải động cơ
Nhiệt độ nước
Công tác ngắt lực
Van VTEC solenoid
Tới
các
pittông

34
3.3.3Nguyên lý hoạt động
 Khi tốc độ động cơ thấp (hệ thống không được kích hoạt):
Hệ thống VTEC không được kích hoạt khi tốc độ động cơ thấp. (Tuy nhiên, rất
nhiều yếu tố được kiểm tra trong khi động cơ đang hoạt động. Nói đơn giản, ở đây các
thông số đó được giám sát.) Van ống được đóng lại và không có áp lực thủy lực tác
dụng lên các piston đồng bộ ở bên trong các cò mổ. Nói cách khác, từng cò mổ chuyển
động độc lập và được điều khiển bởi các cam cơ bản, cam giữa, và cam thứ cấp tương
ứng. Trong điều kiện đó, các xupap cơ bản và thứ cấp đóng và mở dựa theo thời gian
và độ nâng được xác định bởi các biên dạng của cam cơ bản và cam thứ cấp. Tất
nhiên, cò mổ giữa sẽ được điều khiển bởi cam giữa trong thời gian này, nhưng nó
không ảnh hưởng đến hoạt động của các xupap và chịu tác động bởi cụm chuyển động
êm để triệt tiêu tiếng lách cách khi chuyển động.
Hình 3.24 Hệ thống VTEC không được kích hoạt
1-Piston đồng bộ A. 2- Piston đồng bộ B. 3- Piston dừng. 4- Cò mổ thứ cấp.
5- Cò mổ giữa. 6 Cò mổ cơ bản
 Khi tốc độ động cơ cao (hệ thống được kích hoạt):
Một khi tốc độ động cơ vượt qua giới hạn xác định, ECM phát tín hiệu đến
solenoid để mở van ống. Áp suất thủy lực từ bơm dầu bây giờ có thể truyền dòng dầu
bên trong trục cam đến các cò mổ, nơi nó tác dụng lên các piston đồng bộ và đẩy
chúng sang một bên. Tuy nhiên, nếu có một trong các cò mổ đang tiếp xúc với cam
trong thời điểm này, tất cả các piston sẽ không được sắp xếp cùng nhau. Do đó các cò
mổ vẫn tiếp tục chuyển động ngay cả khi áp lực thủy lực đang tác động lên các piston.
Khi tất cả ba cò mổ rời cam đồng thời, các piston sẽ trượt và các cò mổ sẽ được liên
kết cùng nhau. Trong điều kiện đó, cả xupap cơ bản và xupap thứ cấp được điều khiển
bởi cam giữa được định dạng cho tốc độ động cơ cao thông qua sự hoạt động của cò
1 2 3
456

35
mổ giữa. Khi tốc độ động cơ giảm, van ống sẽ được đóng lại và áp suất thủy lực sẽ
giảm. Lò xo của piston dừng sẽ cố gắng đẩy các piston quay lại vị trí ban đầu của
chúng. Như trước đây, điều đó sẽ nhận được khi tất cả các piston được sắp xếp cùng
nhau. Các cò mổ được tách rời nhau và bắt đầu làm việc độc lập.
Hình 3.25Hệ thống VTEC được kích hoạt
Đồ thị khai triển biên dạng cam tác dụng cho ta thấy cả thời điểm và độ nâng
xupap đều được thay đổi để đáp ứng lượng không khí và pha phân phối khí phù hợp
khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Từ đó giúp động cơ hoạt động với hiệu suất cao
và mômen xoắn lớn.
Hình 3.26 Đồ thị khai triển biên dạng cam tác dụng
3.4 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ i-VTEC
Áp suất thủy lực
Xả Hút
Cam giữaCam cơ bản và cam thứ cấp
Độ nâng xupap
Thời gian

36
 i-VTEC
(i viết tắt của từ intelligent, i-VTEC là intelligent-VTEC) Hãng HONDA đã
giới thiệu phát minh là việc bổ sung thêm cơ cấuthay đổi thời điểm mở xupap VTC
(Variable Timing Control ) sử dụng áp suất thuỷ lực để xoay trục cam nạp làm thay
đổi thời điểm phối khí thay đổi liên tục góc trùng điệp của xupap hút và xupap xả
trong quá trình động cơ hoạt động để tăng công suất, tăng tính kinh tế nhiên liệu và
giảm lượng khí xả ô nhiễm môi trường.
 Nhiệm vụ VTC
Hệ thống VTC thực hiện các thay đổi thời điểm đóng mở xupap nạp liên tục
dựa trên các điều kiện hoạt động.
Thời điểm đóng mở xupap nạp được tối ưu hóa để cho phép động cơ tạo ra công
suất tối đa.
Góc cam được đặt sớm hơn để đạt được hiệu ứng EGR, để giảm hiện tượng mất
bơm xupap nạp được đóng nhanh để giảm việc đưa hỗn hợp khí - nhiên liệu vào trong
ống góp hút và cải thiện hiệu ứng nạp.
Hệ thống này giảm hoạt động sớm của cam ở chế độ cầm chừng, ổn định sự
cháy, và giảm tốc độ động cơ.
Nếu trục trặc xuất hiện, điều khiển hệ thống VTC bị vô hiệu hóa và thời điểm
đóng mở xupap và được cố định hoàn toàn ở vị trí trễ
 Nhiệm vụ VTEC
Hệ thống VTEC thay đổi một bên của biên dạng cam nạp để phù hợp với tốc độ
động cơ. Nó làm tăng tối đa mômen xoắn ở tốc độ động cơ thấp và công suất ở tốc độ
động cơ cao. Ở tốc độ động cơ thấp xupap nạp chịu tác dụng của hai cam cơ bản và
thứ cấp. Ở tốc độ động cơ cao cả hai xupap nạp sử dụng cam thứ cấp do đó độ nâng
lớn.
Khi tốc độ thấp Khi tốc độ cao
3.27 Biên dạng cam tác dụng
3.4.2 Cấu tạo
Xả Hút Xả Hút
i-VTEC VTEC VTC 

37
Hình 3.28 Cấu tạo của i-VTEC
Hình 3.29 Cấu tạo VTC, VTEC
3.4.3 Nguyên lý hoạt động của VTC
ECM
Tải động cơ
Tốc độ xe
Nhiệt độ nước làm mát
Solenoid áp suất dầu VTEC
Solenoid áp suất dầu VTC
Cảm biến vị trí trục cam
Bộ chấp hànhVTEC
Bộ chấp hành VTC

38
 Làm sớm thời điểm phối khí: Khi áp suất thủy lực tác dụng lên khoang
cánh gạt phía làm sớm, trục cam sẽ xoay đi một góc cùng chiều với chiều quay trục
khuỷu nhằm làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 3.30Làm sớm thời điểm phối khí
 Làm muộn thời điểm phối khí: Khi áp suất thủy lực tác dụng lên phía
làm trễ của khoang cánh gạt, trục cam sẽ xoay một góc ngược chiều quay trục khuỷu,
làm trễ thời điểm phối khí.
4.14Làm muộn thời điểm phối khí
Hình 3.31Làm sớm thời điểm phối khí
 Chế độ giữ:Sau khi đạt thời điểm phối khí chuẩn, áp suất thủy lực được
duy trì để giữ thời điểm phối khí chuẩn
Chiều quay của trục cam
Góc cam giảm (muộn)
Vị trí góc quay VTC trễ hoàn toàn
Góc tăng cam sớm
Vị trí góc quay VTC sớm hoàn toàn

39
Hình 3.32 Thời điểm phối khí chuẩn sau khi điều chỉnh
 Sự thay đổi góc trùng điệp khi sử dụng VTC:
Hình 3.33 Sự thay đổi góc trùng điệp
3.4.4 Các chế độ cơ bản của i-VTEC
Góc cam được duy trì
Vị trí góc quay VTC
xả hút
Góc trùng điệp
lớn
ĐCT
D
ĐCT ĐCT
D
Cam thứ
cấp
0
25

40
Hình 3.34Các chế độ hoạt động của i- VTEC
 Chế độ cầm chừng và cháy nghèo
Hình 3.35Chế độ cầm chừng ( nét đứt là sau khi điều chỉnh )
Tải động cơ
Tốc độ
động cơ
1
1
2
3
4
Cam tốc độ caoCam tốc độ thấp
VTEC
V
T
C
mômen
động
cơ
Kỳ xả Kỳ hút
Góc trùng điệp nhỏ
ĐCD ĐCT ĐCD
Cam thứ cấp

41
Ở chế độ này các cò mổ hoạt động độc lập và chịu tác dụng của các vấu cam
riêng. Cò mổ thứ cấp chịu tác dụng của cam thứ cấp nên chỉ mở một hành trình nhỏ để
hỗn hợp hòa khí không đọng lại trên ống góp nạp. Cò mổ cơ bản chịu tác dụng của
cam cơ bản nên hầu như lượng hòa khí đều qua đây làm cho hòa khí vào buồng đốt với
dòng lốc xoáy mạnh điều mà cho phép sử dụng tỉ lệ hòa khí ngạc nhiên tới 20 : 1 trong
chế độ cháy nghèo hoặc chế độ tiết kiệm trong điều kiện chạy cầm chừng. Bộ chấp
hành VTC điều khiển góc trùng điệp là nhỏ nhất kết quả làm cho khí xả được thải
sạch, hòa khí mới nạp vào không lẫn với khí xả làm cho đặc tính cháy tốt hơn , động
cơ hoạt động ổn định ở chế độ cầm chừng, tính kinh tế nhiên liệu tốt. Chế độ được xác
định với các điều kiện bướm ga gần như đóng kín, tải động cơ nhỏ và tốc độ động cơ
thấp. Nếu bướm ga mở lớn ECM sẽ chuyển sang hoạt động ở chế độ 3.
 Tính kinh tế nhiên liệu và hiệu ứng EGR
Hình 3.36 Hiệu ứng EGR
Các cò mổ vẫn hoạt động độc lập tương ứng với các vấu cam. Chế độ này là
chế độ chuyển tiếp giữa chế độ 1 và chế độ 3. ECM sẽ chuyển từ việc sử dụng tỉ lệ hòa
khí 20 : 1 sang 14,7 hoặc 12 : 1 gần với tỉ lệ hòa khí lý tưởng và điều khiển bộ chấp
hành VTC làm cho góc trùng điệp của 2 xupap là lớn nhất, kết quả sẽ gây ra tác dụng
tuần hoàn khí thải EGR (cho một phần khí xả quay trở lại buồng đốt để làm cho nhiệt
độ buồng đốt giảm và giảm khí thải độc NOx sinh ra ). Chế độ này tiết kiệm nhiên liệu,
giảm ô nhiễm khí thải nhưng vẫn tạo ra công suất cao.
Kỳ xả Kỳ hút
Góc trùng điệp lớn
ĐCD ĐCT ĐCD
Cam thứ cấp

42
 Tăng mômen xoắn ở tốc độ thấp
Hình 3.37 Chế độ mômen xoắn nhỏ
Ở chế độ này ECM điều khiển thời điểm đóng mở của xupap nạp theo số vòng
quay động cơ khi mà bướm ga mở lớn hơn nhưng số vòng quay động cơ thấp ( tải
tăng ) nhằm tạo ra được mômen xoắn tối ưu nhất.
 Chế độ mômen xoắn trung bình/cao ( Mid/Hight-End Torque )
Hình 3.38 Chế độ mômen xoắn trung bình/cao
Chế độ này động cơ hoạt động với cam tốc độ cao. ECM xác định từ các điều
kiện số vòng quay tăng, tài xế đạp chân ga mở lớn. Bộ chấp hành VTC điều khiển thời
điểm phối khí sớm pha cơ bản để giảm hiện tượng mất bơm, xupap nạp được đóng
nhanh. Điều này giúp việc đưa hỗn hợp nhiên liệu - khí vào hiệu quả, và tối đa công
suất động cơ, VTEC điều khiển vấu cam phù hợp để tạo ra mômen xoắn lớn nhất.
3.5 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ( MIVEC)
Kỳ xả Kỳ hút
Góc trùng điệp
ĐCD ĐCT ĐCD
Cam thứ cấp
Kỳ xả Kỳ hút
Góc trùng điệp điều chỉnh liên tục
ĐCD ĐCT ĐCD
Cam thứ cấp

43
Vào năm 1992 MIVEC được Mitsubishi giới thiệu lần đầu tiên. Thế hệ công
nghệ này ra đời với tên gọi “Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control”
Hình 3.39 Cấu trúc hệ thống Mivec
3.5.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi độ nâng xupap
Van điều khiển
dầu
Bộ chấp
hành trục
cam xả
Bộ chấp
hành trục
cam hút
Cảm biến vị
trí trục cam
Cảm biến vị
trí trục khuỷu

44
Hình 3.40 Hoạt động của các cam ở tốc độ thấp

45
Hình 3.41 Hoạt động của các cam ở tốc độ cao
Hình 3.41 Cấu tạo hoạt động cam

46
3.5.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thay đổi thời điểm phân phối khí
 Cấu tạo
- Hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở xupap
Hình 3.42 Cấu tạo bánh răng VVT và van điều khiển dầu
- Bánh răng đai
Bánh răng VVT
Hình 3.43 Cấu tạo bánh răng đai

47
- Van điều khiển dầu (OCV)
Hình 3.44 Cấu tạo van điều khiển dầu OCV
Hình 3.45 Hệ thống điều khiển
Van điều khiển dầu
Hướng góc làm trễ
Hướng góc làm sớm
Hướng di
chuyển ti van
Tới khoang làm trễ
Tới khoang làm sớm
Lò xo
Đường hồi
Đường hồi
Từ bơm
Ti van
ECU
CKP
MAP
TP
CMP

48
ECU động cơ xác định tình trạng của động cơ bằng sự phản hồi từ các tín hiệu
cảm biến, gởi tín hiệu nhiệm vụ đến van điều khiển cung cấp dầu cho sự phản hồi của
tình trạng động cơ và điều khiển vị trí của van ống. Khi động cơ dừng lại, van ống sẽ
đặt góc trễ lớn nhất nhờ áp suất thủy lực. Van điều khiển cung cấp dầu phân phối áp
suất thủy lực để làm chậm lại hoặc đẩy nhanh góc cháy, hoặc thay đổi liên tục pha
phối khí của trục cam hút trong từng giai đoạn từ góc sớm đến góc trễ.
 Điều khiển thông tin phản hồi
ECU động cơ nhận biết các tín hiệu cảm biến khác nhau và tính toán cân chỉnh
thích hợp nhất cho tình trạng hoạt động, và chỉ đạo van điều khiển cung cấp dầu. Việc
thời điểm đóng mở thực sự được nhận biết từ tín hiệu cảm biến vị trí trục cam nạp, và
điều khiển thông tin phản hồi cho phù hợp với mục đích điều chỉnh thời điểm đóng mở
xupap.
 Góc quay sớm
Van điều khiển cung cấp dầu qua van ống làm tăng sớm góc quay nhờ một tín
hiệu điều khiển góc quay từ ECU động cơ. Áp suất thủy lực từ thân máy được cung
cấp cho buồng bánh răng góc quay sớm, cánh rôto di chuyển về phía góc quay sớm, và
góc quay của trục cam hút tăng.
Hình 3.46 Góc quay sớm
 Góc quay trễ
Dầu từ van điều khiển qua van ống điều khiển sẽ đi vào trong buồng hướng góc
trễ nhờ một tín hiệu điều khiển góc quay từ ECU động cơ. Áp suất thủy lực từ thân
máy được đặt vào buồng hướng góc trễ bánh răng V.V.T, cánh rôto di chuyển về phía
góc quay trễ, và góc quay của trục cam hút bị giảm lại.
0
12V
Van điều khiển
dầu
ECU
Hướng di chuyển ty
van
Tỉ lệ hiệu dụng xung điều
khiển
Trục
cam nạp
Hướng
góc quay
sớm
Bánh đai VVT
Cánh rôto
Buồng làm
trễ
Buồng làm sớm
Cánh rôto Bánh đai VVT
ECU
Hướng
góc quay
trễ

49
Hình 3.47 Góc quay trễ
 Khi trục cam ở vị trí giữ
Khi mà góc pha thực tế đạt đến góc pha đích, góc buồng góc quay sớm và góc
buồng quay trễ với áp suất thủy lực được duy trì, như góc pha của trục cam nạp. Khi
điều này xảy ra, dầu được van điều khiển cung cấp điều khiển sao cho góc pha thực tế
giống như góc pha đích (góc pha lý thuyết).
Hình 3.48 Vị trí giữ
3.5.6 Ưu điểm của MIVEC
Tăng môment xoắn và công suất ra ở mọi tốc độ.
Cánh rôto
Bánh đai VVT
Trục
cam nạp
ECU
12V
Tỉ lệ hiệu dụng xung điều khiểnBuồng làm trễ
0V
Buồng làm sớm

50
Tăng sự ổn định tốc độ cầm chừng.
Giảm sự tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng ô nhiễm.
Bằng cách làm cho xupap hút đóng nhanh hơn ở tốc độ thấp và trung bình của
động cơ, nó có thể điều khiển hỗn hợp nạp vào trở lại ống góp hút, làm gia tăng công
suất của khí nạp, và tăng thêm môment xoắn ở tốc độ thấp và trung bình.
Làm cho xupap hút mở ra sớm nghĩa là có góc trùng điệp lớn, làm tăng việc
tuần hoàn khí thải EGR, khí cháy trong xylanh được luân hồi lại cùng với hòa khí sạch
tràn vào. Việc này giúp giảm nhiệt độ buồng đốt giảm NOx đốt hoàn toàn hòa khí chưa
cháy hết làm giảm ô nhiễm của khí thải và tiết kiệm nhiên liệu.
Những cải thiện ở tốc độ cao : công suất riêng được cải thiện nhờ sự đóng chậm
của xupap hút, và sử dụng lực quán tính của luồng khí nạp.
Tăng sự ổn định tốc độ cầm chừng : bằng cách giảm góc trùng điệp, sự cháy có
thể ổn định bằng việc điều khiển khí nạp trở về ống góp hút hút.
3.6 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN VANOS
Hệ thống VANOS trang bị trên động cơ BMW là công nghệ làm thay đổi thời
điểm mở xupap hoạt động dựa trên nguyên lý làm thay đổi vị trí tương đối của trục
cam với trục khuỷu động cơ. Hệ thống này có thể xoay tương đối trục cam 400 so với
góc quay trục khuỷu và điều chỉnh liên tục để tối ưu hóa vị trí trục cam cho tất cả các
điều kiện hoạt động của động cơ. Không giống như các hệ thống thay đổi thời điểm
mở xupap của các hãng khác VANOS có cấu tạo khác hẳn là sự kết hợp giữa việc điều
khiển bằng cơ khí và thủy lực và được quản lý bởi DME (hệ thống điều khiển động cơ
của xe).
Hình 3.49 Hoạt động của hệ tống Vanos
3.6.2 Cấu tạo

51
Hình 3.50 Cấu tạo solenoid
Hệ thống điều khiển thủy lực: gồm bơm dầu để tạo áp lực tác dụng lên piston
van solenoid điều khiển trực tiếp dòng dầu tác động vào bộ chấp hành cơ khí của hệ
thống VANOS để từ đó thay đổi vị trí trục cam.
Hệ thống điều khiển cơ khí:

52

53
Hình 3.51 Các chi tiết hệ thống điều khiển cơ khí
Gồm đĩa xích được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ. Đĩa xích không gắn cứng
với trục cam mà được liên kết với trục cam thông qua then hoa. Bánh răng nghiêng
trên đĩa xích ăn khớp trong với bánh răng nghiêng của trục then hoa. Trục cam lại
được liên kết với trục then hoa bằng bánh răng ăn khớp trong nhưng là răng thẳng.
Trục then hoa có thể di chuyển dọc trục dưới tác dụng của áp suất thủy lực để làm thay
đổi vị trí tương đối của trục cam với đĩa xích. Góc độ thay đổi phụ thuộc vào hướng
nghiêng ban đầu của trục then hoa và bánh răng đĩa xích. Bộ chấp hành cơ khí của tất
cả các hệ thống VANOS hoạt động dưới một nguyên lý giống nhau.
Đĩa xích A được dẫn dộng bởi trục khuỷu giữa tâm có răng nghiêng ăn khớp
với trục B
Trục B được kết nối với piston. Khi áp lực thủy lực tác dụng lên piston sẽ làm
trục này di chuyển dọc trục.
Trục C là trục cam

54
Hình 3.52 Cấu tạo cơ cấu Vanos
 Làm trễ thời điểm phối khí
Vanos được mặc định ở vị trí làm trễ thời điểm phối khí, lúc này dòng dầu tác
dụng trực tiếp lên mặt sau của piston (mặt gần trục cam) làm kéo trục này sang trái.
Khi trục B di chuyển dọc trục sang trái sẽ làm thay đổi góc phối khí theo hướng làm
trễ thời điểm phối khí.
Hình 3.53 Làm trễ thời điểm phối khí
A
B C
A
B C

55
 Làm sớm thời điểm phối khí
Khi dòng dầu tác dụng trực tiếp lên mặt trước của piston làm trục B kéo sang
phải. Khi trục B di chuyển dọc trục sang phải sẽ làm thay đổi góc phối khí theo hướng
làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 3.54 Làm sớm thời điểm phối khí
 Giữ nguyên thời điểm phối khí:
Khi đã đạt được thời điểm phối khí tối ưu, DME giữ nguyên tỉ lệ hiệu dụng của
xung điều khiển để duy trì vị trí trục cam hợp lý.
Giá trị của độ rộng xung (thời gian on, duty cycle) do DME gửi tới solenoid sẽ
điều khiển áp lực dầu tác dụng lên piston để làm trễ, sớm hay giữ nguyên thời điểm
phối khí.
3.7 Giới thiệu hệ thống phân phối khí biến thiên Valvetronic
Hệ thống Vanos mới chỉ thay đổi được thời điểm phối khí mà chưa tác động sâu
được vào độ nâng xupap. Do đó BMW tiếp tục phát minh ra hệ thống Valvetronic và
xuất hiện lần đầu trên mẫu xe BMW 316ti 4 xylanh nhỏ gọn vào tháng 6 năm 2001 và
hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các mẫu BMW 3-series. Động cơ ứng dụng công
nghệ Valvetronic được trang bị hệ thống máy tính quản lý có bộ xử lý 40-megahertz,
32-bit trên xe và là động cơ đầu tiên trên thế giới không cần sử dụng bướm ga
A
B C

56
3.7.2 Cấu tạo
Hình 3.55 Cấu tạo của hệ thống Valvetronic
 Trục cam
Có cấu tạo như một trục cam của động cơ thông thường nhưng các vấu cam
không tác dụng trực tiếp lên cò mổ mà thông qua cơ cấu thay đổi độ nâng xupap.
Cơ cấu thay đổi độ nâng xupap: gồm trục lệch tâm, các đòn dẫn và lò xo. Khi
mô tơ quay sẽ làm trục lệch tâm quay theo, do được chế tạo lệch tâm nên khi quay nó
sẽ làm thay đổi điểm tựa của các đòn gánh do đó làm thay đổi sự tác dụng của trục
cam làm thay đổi độ nâng xupap. Lò xo đảm bảo cho đòn dẫn luôn tiếp xúc với cam.
 Mô tơ điện
Là loại mô tơ điện một chiều có tác dụng xoay trục lệch tâm, được truyền động
qua trục lêch tâm thông qua bộ truyền giảm tốc trục vít bánh vít. Trục vít lắp trên mô
tơ và bánh vít gắn trên trục lệch tâm.
Trục cam
Trục vít-bánh vít
Trục lệch tâm
Đòn dẫn
Xupap
Lò xo đòn dẫn

57
 Xupap đóng hoàn toàn
Mô tơ điện quay trục lệch tâm ở vị trí đóng hoàn toàn, tuy lúc này vấu cam vẫn
tác dụng lên đòn dẫn nhưng ở vị trí này đòn dẫn không tác dụng được lên đòn gánh
nên kết quả đòn gánh không tác dụng được vào đuôi xupap làm xupap đóng hoàn toàn.
Có thể ứng dụng vị trí xupap đóng hoàn toàn trong hệ thống xylanh biến thiên
(ngắt một số xylanh khi không cần thiết như ở động cơ V6 thực hiện việc điều khiển
chế độ hoạt động 3 hoặc 6 xylanh). Khi ở chế độ tải nhẹ và không cần công suất và
mômen lớn hệ thống sẽ ngừng hoạt động các xupap hút của dãy động cơ phía trước.
Khi đó mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ giảm đi.
Hình 3.56 Xupap đóng hoàn toàn
 Khi tốc độ động cơ thấp, tải nhẹ và trung bình
Tín hiệu từ các cảm biến như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ nước làm mát, vị trí
bàn đạp ga gửi về hệ thống điều khiển sau đó hệ thống tính toán và điều khiển mô tơ
điện quay làm trục lệch tâm quay theo lúc này vấu cam tác dụng vào đòn dẫn đòn
gánh xupap làm xupap mở với hành trình nhỏ  tiết diện lưu thông nhỏ  hòa khí
vào xylanh ít  công suất động cơ nhỏ.
Vị trí trục lệch
tâm

58
 Khi tốc độ động cơ cao hay tải nặng
Mô tơ quay trục lệch tâm ở vị trí mở lớn nhất do đó độ nâng xupap là lớn nhất
làm cho tiết diện lưu thông qua các xupap lớn nhất nên hòa khí nạp vào xylanh nhiều
hơn, thời gian nạp dài hơn kết quả công suất và mômen động cơ tăng đáp ứng kịp thời
các chế độ hoạt động của động cơ.
Khi tốc độ động cơ thấp Khi tốc độ động cơ cao
Hình 3.57 Hoạt động ở tốc độ thấp và tốc độ cao
3.7.4 Đồ thị công suất và môment động cơ
Vị trí trục lệch tâm Vị trí trục lệch tâm

59
Hình 3.58 Đồ thị công suất và mômen động cơ sử dụng Valvetronic 1.8lit
85 KW ở 5500 vòng/phút
175 Nm ở 3750 vòng/phút
0
40
80
120
160
200
240
(KW)N
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
vg
ph
20
40
60
80
( )M Nm

60
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ KHÔNG SỬ DỤNG
TRỤC CAM
4.1 Hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair
4.1.1 Lịch sử
MultiAir là hệ thống điều khiển xupap bằng điện-thủy lực đượctập đoàn Fiat
giới thiệuvào ngày 08/03/2009 tại triển lãm Geneva. Bằng việc điều khiển trực tiếp
không khí hoặc hòa khí vào trong xylanh thông qua xupap hút không cần sử dụng
bướm ga nên đã giảm tổn thất bơm và giảm cản trên đường ống nạp, giúp giảm tiêu
thụ nhiên liệu đồng thời tăng cường công suất và sức kéo của động cơ, cắt giảm lượng
khí thải CO2 khoảng 10 đến 25%, và giảm ô nhiễm đến 60% so với các loại động cơ
khác và đặc biệt hiệu quả hơn khi sử dụng với hệ thống tăng áp hoặc động cơ diesel.
Thế hệ động cơ mới này sẽ cho phép Fiat thay thế những động cơ lớn bằng
động cơ nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn.
Hình 4.1 Cấu tạo hệ thống phân phối khí thủy lực Multiair
4.1.2 Cấu tạo
 Trục cam
Động cơ sử dụng một trục cam (SOHC) để điều khiển xupap hút và xupap xả.
Mỗi xylanh có 4 xupap trong đó hai xupap xả được điều khiển trực tiếp bởi các vấu
cam xả như động cơ thông thường và không thể thay đổi được thời điểm cũng như độ
nâng. Trong khi đó các xupap hút được điều khiển bởi các vấu cam hút thông qua
piston, buồng thủy lực và van solenoid điện. Van solenoid điện tắt, mở sẽ làm thay đổi
thời điểm và độ nâng xupap.
 Hệ thống thủy lực
Trục cam
Pittông bơm thủy lực
Solenoid
Xupap
Bình chứa dầu hồi

61
Gồm piston và buồng thủy lực. Khi vấu cam hút tác dụng vào đòn gánh sẽ làm
piston dich chuyển có công dụng như một bơm thủy lực tạo áp lực chứa trong buồng
thủy lực. Buồng thủy lực được kết nối với xupap và được điều khiển thông qua một
solenoid.
 Solenoid :
Được điều khiển bởi hệ thống điều khiển động cơ có tác dụng đóng mở mạch
thủy lực tác dụng lên xupap để làm thay đổi thời điểm và độ nâng xupap theo các chế
độ hoạt động của động cơ.
Phương thức hoạt động của hệ thống tập trung vào xupap hút. Piston chuyển
động bởi trục cam được liên kết với xupap hút thông qua một buồng thủy lực được
điều khiển đơn thuần bằng chế độ đóng mở của một van điện.
Khi van điện đóng dầu trong buồng dầu chạy như một vật thể rắn và truyền đến
xupap hút và độ nâng xupap được quy định bởi trục cam.
Khi van điện mở buồng chứa dầu và xupap hút được kết hợp với nhau, xupap
hút không hoạt động theo trục cam nữa mà đóng dưới tác động của lò xo. Phần cuối
cùng của hành trình đóng xupap được điều khiển bởi phanh hãm thủy lực, để đảm bảo
các chế độ hoạt động nhẹ nhàng, bình thường trong mọi điều kiện hoạt động của xe.
Chế độ xupap mở hoàn toàn theo biên dạng cam ( full lift ):
Để có được công suất lớn nhất van solenoid điện luôn luôn đóng và xupap được
điều khiển mở hoàn toàn bởi biên dạng trục cam mà được thiết kế đặc biệt để tạo công
suất tối đa khi chạy ở tốc độ cao (thời gian mở lâu hơn).
Hình 4.2 Chế độ Full lift- xupap mở theo biên dạng cam thiết kế
 Chế độ mở trễ xupap nạp ( LIVO-late intake valve opening ):

62
Khi khởi động xupap hút mở ra một phần nhờ sự đóng van solenoid điện. Tức
là xupap hút mở muộn và đóng sớm. Trong trường hợp này, dòng khí vào xylanh
nhanh hơn tạo lốc xoáy mạnh hơn kết quả sự hòa trộn nhiên liệu trong xylanh tơi hơn.
Hình 4.3 Chế độ mở trễ xupap nạp- LIVO
 Chế độ đóng sớm xupap nạp (EIVC- early intake valve closing ):
Để đạt được mô men xoắn ở tốc độ thấp van solenoid điện được mở gần với
biên dạng của trục cam và làm cho xupap hút sớm đóng lại hạn chế hiện tượng mất
bơm và hiện tượng khí nạp quay trở lại ống góp hút giúp khối lượng không khí nạp
vào trong xylanh là lớn nhất.
Hình 4.4 Chế độ đóng sớm xupap nạp- EIVC
 Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục ( Multilift ) :

63
Hai chế độ hoạt động có thể bao gồm trong cùng một kỳ hút tạo ra chế độ
Multilift, đây là chế độ cháy khi tải rất thấp.
Hình 4.5 Chế độ thay đổi độ nâng xupap liên tục ( Multilift)
 Chế độ theo tải động cơ ( Partial load ):
Khi tải động cơ thay đổi thì thời gian mở solenoid cũng thay đổi. Khi tải động
cơ ổn định thì solenoid giữ nguyên vị trí mở trước đó làm cho xupap mở một phần để
kiểm soát lượng hòa khí vào trong xylanh một cách hiệu quả tạo ra mômen xoắn theo
yêu cầu tải động cơ
Hình 4.6 Chế độ theo tải động cơ- Partial load
4.1.4 Ưu điểm của hệ thống Multiair

64
Công suất tối đa được tăng lên 10% nhờ vào việc sử dụng trục cam định hướng
ở công suất cao.
Tại tốc độ vòng quay thấp mômen xoắn được cải thiện đến 15% thông qua việc
đóng sớm xupap nạp để có thể đạt lượng không khí trong xi lanh là lớn nhất.
Quá trình bơm giảm dẫn đến giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và khí CO2 sinh ra
cũng giảm một lượng tương ứng cả với động cơ tăng áp và động cơ không tăng áp.
Động cơ MultiAir tăng áp cỡ nhỏ có thể tăng 25% hiệu quả kinh tế đối so với
động cơ thường trong cùng một điều kiện.
Hiệu quả điều khiển xupap thể hiện tốt nhất là trong quá trình làm nóng động
cơ và sự tái tuần hoàn khí xả thông qua việc mở lại xupap hút trong kỳ xả. Kết quả là
khí thải giảm từ 40% cho HC, CO và đến 60% cho NOx.
Duy trì áp suất nạp (không khí cho động cơ thường và không khí áp suất cao
hơn cho động cơ tăng áp), cộng với việc điều khiển khí nạp cho từng xylanh trong mỗi
thì riêng biệt sẽ tạo ra một động cơ tối ưu và nâng cao cảm giác lái xe.
MultiAir được áp dụng cho tất cả động cơ đốt trong, nó có thể được lắp trên
động cơ Diesel để giảm lượng khí NOx thải ra và làm cho các bộ lọc xúc tác khí thải
có hiệu quả hơn.
Nói tóm lại, một động cơ được trang bị Fiat MultiAir sẽ mạnh hơn, phản ứng
nhanh hơn trong toàn bộ dải tốc độ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm đáng kể tất cả các loại
khí thải.
4.1.5 Sự phát triển trong tương lai
Công nghệ Common Rail, một sản phẩm của Fiat được trình làng năm 1997 đã mở
đường cho hơn một thập kỷ phát triển với các sản phẩm như MultiJet (phun nhiều lần),
động cơ diesel cỡ nhỏ và gần đây là công nghệ Modular Injection. Những sản phẩm
này sẽ sớm được tung ra thị trường.
Hình 4.7 Hệ thống MultiAir

Đề tài: Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong

Đề tài: Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong