Hệ Thống Phân Phối Khí VVTi - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (18 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Cơ khí - Chế tạo máy

Hệ thống phân phối khí VVTi

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (723.98 KB, 18 trang )

Variable Valve Timing with IntelligenceI. Hệ thống VVT-i :1.1 Giới thiệu : Kĩ thuật thay đổi thời điểm đóng mở xupap VVT-i (Variable Valve Timing with Intelligence) áp dụng trên ô tô được phát triển bởi Toyota. Hệ thống VVT-i được đề xuất thay thế cho hệ thống VVT từ năm 1991 bắt đầu trên động cơ 4A-GE 20 Valve.Hình I-1: Động cơ VVT-iVVT-i được giới thiệu năm 1996, thay đổi thời điểm nạp bằng cách điều chỉnh quan hệ giữa hệ thống dẫn động trục cam và trục cam nạp. Hiện nay công nghệ thay đổi thời điểm nạp cũng như xả của Toyota gồm có VVT-i , VVTL-i và VVT-iE.1.2 Hệ thống VVT-i : Hệ thống VVT-i ( Variable Valve Timing with Intelligence) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp làm thay đổi thời điểm phối khí cho thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ nhằm làm tăng hiệu suất, cải thiện tính kinh tế về nhiên liệu cũng như hạn chế khí xả ô nhiễm môi trường.Để thay đổi thời điểm phối khí cho phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ ECM sẽ điều khiển bộ chấp hành sau khi đã tính toán các giá trị được gửi về từ các cảm biến của hệ thống như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến khối lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát,tín hiệu tốc độ xe, cảm biến VVT.Về nguyên lý hoạt động sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến máy tính sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển bộ chấp hành hoạt động ở 3 chế độ: mở sớm, mở muộn, giữ vị trí sao cho thích hợp nhất.Hình I.2 : Các tín hiệu từ cảm biến về ECM1.3 Hệ thống VVTL-i: Năm 1998, Toyota đã nghiên cứu một công nghệ mới có thể thay đổi cả thời điểm và độ nâng của xupap, đó là công nghệ VVTL-i ( Variable Valve Timing and Lift with Intelligence). Hệ thống này là hệ thống phát triển nhất trong các thiết kế VVT hiện tại. Nó bao gồm các chức năng sau:- Làm thay đổi các thời điểm đóng mở xupap- Làm thay đổi khoảng đội xupap và thời gian mở xupap- Được thiết kế điều khiển cho cả xupap nạp và xupap thảiHình I.3: Cấu trúc hệ thống VVTL-iKhác với VVT-i ở hệ thống VVTL-i có 2 cam hành trình trên trục cam nạp, một cam hành trình ngắn và một cam hành trình dài. Tùy theo tốc độ động cơ và điều kiện làm việc mà ECU sẽ đưa ra tín hiệu để điều khiển cam hành trình ngắn hay dài. Việc kết nối giữa cam hành trình dài với con đội (slipper follower) thông qua chốt trượt (sliding pin) được điều khiển bằng áp lực dầu. Qua hình I.3 cho thấy cam hành trình dài hoạt động khi số vòng quay động cơ cao, thường là khi tốc độ động cơ trên 6000 vòng/phút. 1.4 Hệ thống VVT-iE: VVT-iE ( Variable Valve Timing – intelligent by Electric motor) là một công nghệ điều khiển thay đổi thời điểm xupap được thực hiện bằng môtơ điện. Công nghệ này được Toyota sử dụng riêng cho hiệu xe Lexus. Công nghệ này sử dụng bộ chấp hành điện để điều chỉnh và duy trì thời điểm cam nạp. Sau hệ thống VVT-i thì chỉ có duy nhất hệ thống VVT-iE sử dụng bộ chấp hành điện. Sau đó bộ chấp hành thủy lực ít được sử dụng cho cam nạp nhưng với cam thải thì nó vẫn còn được sử dụng.Hình I.4: Bố trí hệ thống VVT-iE trên trục cam nạp Về cấu trúc của VVT-iE gồm có:- Cảm biến vị trí trục khuỷu- Cảm biến vị trí trục cam- Bộ khuếch đại tín hiệu EDU- Động cơ điện- Bộ giảm tốc Nguyên lý hoạt động:ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa tín hiệu đến đến EDU để điều khiển động cơ điện theo ba chế độ sau:- Để duy trì thời điểm của trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động ở cùng tốc độ với trục cam- Để điều khiển sớm thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ xoay nhanh hơn tốc độ của trục cam- Để điều khiển muộn hơn thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ xoay chậm hơn tốc độ của trục camII. Các dạng điều khiển trục cam khác :II.1Hệ thống VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control): Động cơ VTECVTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ “Variable valve Timing and lift Electronic Control”. Hệ thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua động cơ khác nhau. VTEC của Honda là một trong nhiều công nghệ điều van biến thiên trên thế giới như VVT-i của Toyota hay VarioCam plus của Porsche. VTEC được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo nên.Ngoài ra thuật ngữ i-VTEC là sự kết hợp bởi VTEC và VTC ( Variable Timing Control). i-VTEC cho phép điều khiển rất chính xác thời điểm mở van, độ nâng và toàn bộ các hoạt động của động cơ để đạt được sự cân bằng, công suất tối đa, tiết kiệm nhiên liệu và đạt được hiệu suất về khí xả.Nhờ kết quả đó mà nâng cao được sự ổn định khi chạy không tải, mang lại một công suất lớn ở tốc độ thấp và trung bình, kể cả ở tốc độ cao. i-VTEC tạo cho 1 động cơ tốt hơn cho quá trình nạp ở mọi tốc độ.Hệ thống i-VTEC hoạt động dựa trên 3 nguyên tắc: ổn định chạy không tải, cân bằng sự tiêu hao nhiên liệu và đầu ra lớn Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:Khi so sánh cơ cấu cam của động cơ thường và động cơ VTEC ta thấy có sự khác biệt ở số lượng vấu cam và cò mổ như trên hình vẽ. Động cơ thường ở cam nạp chỉ có hai vấu cam được điều khiển cùng thời điểm và cùng khoảng nâng nhất định. Ở động cơ VTEC được trang bị hai vấu cam nạp với biên độ mở khác nhau, một dành cho động cơ làm việc ở tốc độ thấp và một dành cho động cơ khi làm việc ở tốc độ cao. Bên cạnh đó ở động cơ trang bị hệ thống VTEC có thêm một cò mổ được thiết kế phục vụ cho động cơ hoạt động ở tốc độ cao.Các cò mổ sẽ được liên kết với nhau thông qua chốt liên kết được điều khiển bằng áp lực dầu. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp chốt liên kết cò mổ sẽ không được tác động do đó cò mổ dành cho hoạt động ở tốc độ cao sẽ được cam có biên độ lớn điều khiển xoay tự do. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, áp lực dầu sẽ được điều khiển mở bởi các van điện để cấp dầu đến điều khiển chốt liên kết cò mổ, lúc này hai cò mổ ở hai tốc độ được liên kết với nhau và làm việc theo biên độ cam lớn. Khi động cơ trở lại làm việc ở tốc độ thấp các van điện sẽ dừng tác động, lúc này lực lò xo bên trong chốt liên kết cò mổ sẽ đẩy chốt liên kết trả về vị trí ban đầu, ngắt liên kết các cò mổ do đó cơ cấu trở lại làm việc ở tốc độ động cơ thấp. Các loại công nghệ VTEC đang được Honda sử dụng :• DOHC VTECHệ thống DOHC VTEC của Honda là một biện pháp đơn giản nhằm linh hoạt hóa động cơ bằng cách sử dụng nhiều biên dạng cam khác nhau, thích hợp cho cả hoạt động khi ở tốc độ thấp, lẫn tốc độ cao.• SOHC VTECTrên động cơ SOHC, xupáp nạp và xupáp xả đều nằm trên một trục do động cơ này sử dụng một trục cam. Trong động cơ này, bugi được đặt giữa hai xupáp xả nên công nghệ VTEC chỉ được sử dụng cho hai xupáp nạp.• SOHC VTEC-EMột phiên bản khác của hệ thống VTEC, VTEC-E, được sử dụng theo một cách khác; thay vào việc tối ưu hóa công suất động cơ ở tốc độ cao, hệ thống này được sử dụng để tăng hiệu suất động cơ ở tốc độ thấp. Ở tốc độ thấp, một trong hai xupáp nạp chỉ mở với một lượng rất nhỏ nhằm tạo xoáy lốc, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu trong buồng đốt, do đó cho phép động cơ sử dụng một tỉ lệ hòa khí nghèo hơn. Khi tốc độ động cơ tăng cao, hệ thống SOHC VTEC-E hoạt động tương tự như nguyên lý cơ bản của hệ thống VTEC, một piston liên kết bên trong 2 cò xupáp sẽ liên kết chúng lại với nhau, cho phép chúng hoạt động cùng nhau.• VTEC 3 giai đoạnHệ thống này kết hợp đặc tính của cả công nghệ SOHC VTEC và công nghệ SOHC VTEC-E.II.2Hệ thống MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing and lifting Elecrtonic Control) : MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên viết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phá triển bởi hãng Mitsubishi. Cũng tương tự như các hệ thống với xupáp nạp biến thiên của các hãng khác, hệ thống này cũng có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau. Ở dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp. Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tăng lên. Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở giải tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lại nâng cao công suất ở vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trên nhờ chủ động điều khiển cả thời điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp. Hệ thống MIVEC điều khiển hoán đổi các vấu cam có cùng chức năng. Một số các loại xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục đích sinh ra nhiều công suất hơn. Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, số vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga,…ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển để kích hoạt hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC.Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt là cam tốc độ cao. Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupáp nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa. Mỗi xupáp nạp được dẫn động bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ. Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay đòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp. Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp. Lúc này các xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao.Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn động các xupáp. Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc độ cao.II.3Hệ thống VANOS (Variable nockenwellen steuerung ) trên động cơ BMW: Ra đời năm 1992 và năm 2000 được sử dụng ở động cơ BMW M3 6 xilanh, 2 múi xupap dung tích 3.24L đạt 252kW ở 7.900 von g/phút. Cơ cấu VANOS dùng cho cả hai trục cam nạp và thải được gọi là DOPPER VANOS.VANOS kết hợp giữa thiết bị điều khiển cơ khí và hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực để điều khiển các trục cam và được quản lý bởi (DME) hệ thống điều khiển động cơ của xe. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động :Bánh xích để dẫn động từ trục khuỷu được nối với trục then hoa, dưới tác dụng của áp suất dầu lấy từ hệ thống bôi trơn và có bơm cao áp để nâng lên áp suất 100 bar, trục then hoa có chuyển động dọc trục. Bánh răng nghiêng của trục then hoa ăn khớp trong với bánh răng nghiêng dẫn động trục cam. Khi trục then hoa dịch chuyển dọc trục thì trục cam sẽ xoay một góc tương ứng tính theo góc quay trục khuỷu so với bánh xích dẫn động trục cam lắp trục khuỷu.Trong những động cơ mà có trục cam được đặt ơ phía trên của nắp xylanh, những trục cam đó được dẫn động bởi trục khuỷu bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền xích và những cặp bánh răng. Trong những môtơ BMW_VANOS có lắp đặt một bộ truyền xích và một vài đĩa xích. Bánh răng đĩa xích mà được gắn trên trục khuỷu sẽ truyền chuyển động cho trục cam điều khiển xupáp xả và bánh răng được gắn trên trục cam xả được lắp ghép bằng then với trục cam xả. Và một bộ phận thứ hai đó là gồm một bánh răng di động, và một bộ truyền xích thứ hai cũng có thể di động sẽ đi tới trục cam điều khiển các xupáp nạp.Khác với trường hợp trên thì bánh đĩa xích lớn gắn trên trục cam điều khiển các xupáp nạp không được ghép then (ghép cố định) với trục cam, mà thay vào đó là bánh đĩa xích này được khoét một lỗ rỗng lớn ở giữa tâm của đĩa xích. Biên dạng bên trong của lỗ trống giống như là một bánh răng hình trơn ốc. Trên đầu trục cam sẽ có gắn một bánh răng biên dạng hình trơn ốc ăn khớp ngoài, nhưng nó có thêm một số bánh răng nhỏ được đặt sát phía trong của bánh răng lớn. Ở đó có một bánh răng hình trơn ốc để khớp với hình dạng bên trong của cam va khớp với bánh răng đĩa xích ăn khớp ngoài.Sự điều khiển có thể điều chỉnh được ở VANOS là hoàn toàn theo hướng xoắn ban đầu của những ren. Bánh răng hình trơn ốc di chuyển được nhờ cơ cấu thuỷ lực làm việc trên nguyên tắc điều khiển áp lực dầu của DME. Ở tốc độ thấp nhất của động cơ sự điều khiển các trục cam diễn ra rất chậm. Chỉ cần tăng tốc độ động cơ vượt khỏi giá trị thấp nhất ổn định thì Solenoid của DME hoạt động điều đó cho phép áp lực dầu làm di chuyển bánh răng hình trơn ốc vô cam sớm hơn một khoảng 12,5 độ (tính theo góc quay trục khuyủ ), và sau đó tốc độ động cơ vào khoảng 5000 vịng/pht(rpm)nĩ tự động trở về vị trí điều khiển ban đầu, sự sớm pha lớn (góc nạp sớm lớn ) là nhằm mục đích nạp đầy khí vào xylanh hơn (làm cho hệ số nạp tăng). Ở tại tốc độ trung bình làm cho mômen xoắn tăng (công xuất động cơ tăng), tiếng ồn mà ta nghe thấy là kết quả do sai số trong chế tạo làm cho bánh răng côn bị lắc một chút lúc bánh răng côn di chuyển vào trong hoặc ra ngoài khi ăn khớp. Ngoài các hệ thống kể trên ta còn nhiều hệ thống khác cũng với nguyên tắc điều khiển thời điểm và độ mở xupap được các hãng sản xuất khác nhau như: Mitsubishi có động cơ MIVEC ( Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ) hệ thống điều khiển van bằng hệ thống kiểm soát thời gian bằng điện tử, Nissan có động cơ VVL ( Variable Valve Lift and Timing): độ mở van và thời gian, Porsche goi là VarioCam Plus: van biến thời gian, Subaru cũng không chịu kém phần đặt luôn cái tên là Dual AVCS (active valve control system). Tất cả đều với mục đích làm tăng công suất cho động cơ, giảm thiểu khí xả ô nhiễm môi trường và tăng tính kinh tế nhiên liệu. Nhưng với việc điều khiển xupap ra sao và ảnh hưởng thế nào đến quá trình làm việc của động cơ ta sẽ nghiên cứu phần Ảnh hưởng của thời điểm đóng, mở xupap đến hiệu suất động cơ.III. Ảnh hưởng của thời điểm đóng, mở xupap đến hiệu suất động cơ :Trong động cơ đốt trong mỗi thời điểm đóng, mở cũng như hình dạng các xupap đều có ảnh hưởng đến hiệu suất, tính kinh tế nhiên liệu và vấn đề khí xả ô nhiễm của động cơ thông qua quá trình nạp và xả khí. Một cách gián tiếp trên số liệu thực nghiệm cho thấy động cơ có hệ thống VVT and Lift giúp giảm 5-15% tiêu hao nhiên liệu so với động cơ bình thường khi cùng điều kiện làm việc.Trên một động cơ ôtô, các xupap nạp và thải có tổng thể là tám trạng thái khi hoạt động :1. Van nạp đóng muộn ( LIVC)2. Van nạp đóng sớm (EIVC)3. Van nạp mở muộn ( LIVO)4. Van nạp mở sớm (EIVO)5. Van xả đóng sớm (EEVC)6. Van xả đóng muộn (LEVC)7. Van xả mở sớm ( EEVO)8. Van xả mở muộn (LEVO)Mỗi một trạng thái hoạt động của các van đều có một mục đích mà nhà chế tạo muốn mang lại cho hiệu quả làm việc của động cơ. Nếu đi phân tích từng trạng thái làm việc của một động cơ có hệ thống VVT sẽ thấy được ý nghĩa của nó so với một động cơ bình thường.Trên lý thuyết khi so sánh hiệu suất làm việc của hai động cơ ta dựa vào đồ thị công PV. Sau đây là đồ thị công PV của một động cơ xăng thường khi hoạt động và loại có VVT and LiftHình I.5: Đồ thị công PV trên một động cơ xăng bốn kì thườngHình I.6: Đồ thị công PV có VVT và LiftĐồ thị công PV trên động cơ xăng bốn kì,hoạt động bình thường, các điểm đóng, mở xupap là cố định điều này sẽ dẫn đến không thích hợp khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, có thể dẫn đến sự thừa hoặc thiếu công suất, sự tiêu hao nhiên liệu khi điều kiện tải đặt lên động cơ thay đổi liên tục. Trên động cơ có hệ thống VVT-i and Lift, các thời điểm đóng, mở, khoảng đội và thời gian đóng mở xupap được điều khiển sao cho phù hợp với công suất động cơ theo chế độ làm việc,việc thay đổi thời điểm phối khí có ảnh hưởng ra sao đến hiệu suất làm việc của động cơ, sau đây ta sẽ đi phân tích điều đó.1. Van nạp đóng muộn ( LIVC ) : Hình I.6: Đồ thị công PV khi LIVCTrong hệ thống LIVC, xupap nạp được điều khiển đóng muộn sau điểm chết dưới (BDC) một góc tùy theo điều kiện làm việc động cơ, lúc này đã chu trình đã vào kì nén. Việc đóng muộn van nạp khi đã vào kì nén làm cho một lượng khí nạp bị đẩy ngược lại vào đường ống nạp điều này làm áp suất trên đường ống nạp tăng lên, lớn hơn áp suất khí quyển. Trong lần nạp kế tiếp, do áp suất trên đường ống nạp cao nên lượng khí được nạp vào nhiều hơn do sự chênh lệch áp suất do đó công dùng cho việc hút khí mới vào được giảm đi ( hình I.6). Hay nói cách khác lực hút chân không được tạo ra khi xupap nạp đóng muộn không quá thấp, như vậy lực hút cần thiết để hoàn thành chu trình nạp được giảm đi do đó làm giảm đi sự tổn thất công suất dành cho việc nạp khí mới đồng nghĩa với việc làm cho hiệu suất động cơ tăng lên.Trên thực tế qua các công trình nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa học đã cho thấy ảnh hưởng của việc đóng muộn van nạp đến hiệu suất của động cơ như theo kết quả của cuộc nghiên cứu trên động cơ xăng bốn kì với một xilanh đơn của Tuttle, J. H cho thấy LIVC giảm tổn thất công suất tới 40% ở chế độ không tải và giảm 24% lượng khí thải NOX ở chế độ tải trung bình nhưng lượng hydrocarbons (HC) không đổi. Theo nghiên cứu của Sauners and Abdual-Wahab thì việc kết hợp giữa LIVC với VCR ( thay đổi tỉ số nén) tạo nên chu trình Otto-Atkinson sẽ cải thiện được 20% tính kinh tế tiêu hao nhiên liệu so với động cơ bình thường ở điều kiện tải thấp. Stein, Galietti and Leone nghiên cứu trên mẫu động cơ 2.01, 4-valve với sự đóng trễ van nạp 300, kết quả cho thấy lượng khí thải NOX, lượng HC chưa cháy và tổn thất công suất tất cả đều giảm. Lượng khí NOX giảm là do khí nạp mới cùng khí thải quay ngược lại đường ống nạp trong thời gian đóng trễ van nạp, sau đó lại được nạp ở kì nạp kế tiếp, như vậy LIVC giúp cho việc giảm NOX cơ bản giống như là hệ thống luân hồi khí thải EGR. Lượng HC giảm là do đốt lại khí xả chưa cháy bị lọt vào đường ống nạp trong thời gian đóng trễ van nạp, như vậy quá trình cháy sạch hơn. Điều quan trọng là giảm tổn hao công suất cho quá trình nạp nhờ sự chênh lệch áp suất trên đường ống nạp và trong xilanh. 2. Van nạp đóng sớm ( EIVC ): Hình I.7: Đồ thị công PV khi EIVCViệc đóng sớm van nạp được thực hiện khi nhu cầu về hỗn hợp hòa khí được cắt giảm. Gần giống như LIVC hệ thống EIVC giúp cho động cơ tăng hiệu suất làm việc, giảm tiêu hao nhiên liệu, đặc biệt là ở chế độ tải nhỏ hay không tải khi nhu cầu về hỗn hợp hòa khí không cao.Nếu như việc đóng trễ van nạp làm tăng áp suất trên đường ống nạp do sự dội ngược của dòng khí trong xilanh thì việc đóng sớm van nạp cũng làm tăng áp suất trên đường ống nạp nhưng sự tăng áp suất được tạo ra bởi quán tính dòng khí nạp mới bị ngăn lại do đóng sớm van nạp. Như vậy ở lần nạp tiếp theo áp suất nạp lại tăng lên do quán tính dòng khí ở lần nạp trước tạo ra, điều này đồng nghĩa với việc giảm đi công dùng để hút khí mới vào xilanh, làm cho hiệu suất tăng lên ( hình I.7).Khi động cơ hoạt động ở chế độ EIVC trên thực nghiệm từ Tuttle, J. H đưa ra kết quả giảm 40% sự tổn hao công suất so với động cơ thường, tiêu hao nhiên liệu giảm 7% và giảm 24% NOX ở chế độ tải trung bình. Ở chế độ không tải, nhiệt độ trong xilanh thấp do đó giúp giảm NOX nhưng thay vào đó HC tăng lên do lượng hòa khí thấp khi đóng sớm van nạp dẫn đến nhiệt độ cháy không cao. Theo Diana, S., Lorio, B., Giglio, V and Police, G nghiên cứu thời điểm mở van nạp kết hợp với việc đóng sớm van nạp cho ra hai trường hợp. Một là mở van nạp gần tới TDC (EIVC) và cái còn lại mở trễ sau TDC (EIVC-C). Qua khảo sát cho thấy giải pháp EIVC hiệu quả hơn EIVC-C, đó là do hiệu quả từ việc trộn hòa khí khi van nạp mở gần TDC hơn điều này có ảnh hưởng rất lớn đến áp suất cuối kì nén, góp phần làm cho sự tổn thất công suất thấp đi.3. Van nạp mở muộn ( LIVO): Hình I.8 : Đồ thị công PV khi LIVOSự mở van nạp được bắt đầu khi đầu kì nạp cũng như bắt đầu giai đoạn góc trùng điệp. Thường van nạp được mở ở khoảng 100 trước TDC, nhưng việc mở trể van nạp được thực hiện khi không có sự chênh lệch áp suất giữa xilanh và đường ống nạp. Sự tổn thất công suất sẽ tăng lên (hình I.8) do áp lực tác dụng lên xilanh trong kì hút giảm. Tuy tổn thất công suất có tăng lên nhưng điều đó không ảnh hưởng đến hiệu suất nạp do hòa khí được hút vào với tốc độ cao sau khi van nạp mở. Với tốc độ dòng khí được hút vào cao sẽ tạo ra sự xoáy lốc hỗn hợp tốt, điều này giúp quá trình cháy tốt hơn và giảm lượng khí xả hydrocarbon chưa cháy (UBHC).Theo nghiên cứu của Badami, M., Marzano, M.R and Nuccio, P việc kết hợp LIVO với đánh lửa sớm từ 5-100 thu được kết quả giảm 6% tiêu hao nhiên liệu khi thực hiện với mức nhiên liệu định trước và 20% khi thực hiện với một mức độ mở bướm ga đặt trước. Lượng HC giảm 40% nhưng thay vào đó là tốc độ động cơ làm việc không đều. 4. Van nạp mở sớm (EIVO): Hình I.9 : Đồ thị công PV khi EIVOTrên động cơ thường van nạp sẽ mở trước TDC một góc khoảng 100 nhưng việc điều khiển mở sơm hơn nhằm làm tăng góc trùng điệp khi đó khí xả sẽ lọt vào đường ống nạp làm tăng áp suất trên đường ống nạp. Việc khí xả lọt vào đường ống nạp làm cho lượng khí được đẩy ra ở ống xả giảm đi do đó công dùng để tiêu hao cho việc đẩy khí xả giảm đi ở cuối kì thải ( hình I.9), làm giảm tổn thất công suất dành cho việc thải khí. Thêm vào đó việc nạp lại khí thải lọt vào đường ống nạp làm cho khí ga xả tiếp xúc với khí nạp mới có áp suất thấp lâu hơn do đó khí xả khi được nạp lại có nhiệt độ giảm đi sẽ giúp cho quá trình thải giảm khí NOX như khi sử dụng EGR.5. Van xả đóng sớm (EEVC): Hình I.10 : Đồ thị công PV khi EEVCTrên động cơ thường, xupap nạp thường được đóng sau TDC một góc khoảng 100. Đó là thời điểm kết thúc kì xả cũng như kết thúc giai đoạn góc trùng điệp.Việc đóng sớm van nạp với mục đích làm giảm bớt hoặc ngăn không cho khí thải trên đường ống thải đi ngược lại đường ống nạp. Tổng số khí thải đi ngược lại đường nạp được xác định bởi góc độ trùng điệp. Khi thực hiện đóng sớm van xả sẽ là cho tổn thất công suất tăng lên trong kì nén do phải nén lại khí ga xả có áp suất cao (hình I.10). Nhưng thay vào đó cháy lại khí xả giúp giảm NOX. Theo nghiên cứu của Law, D., Kemp, D., Allen, J., Kirkpatrick, G and Copland, T về việc điều khiển đánh lửa kết hợp với thay đổi thời điểm đóng, mở của các van khí cho thấy EEVC kết hợp với điều khiển đánh lửa tự động sẽ làm giảm lượng NOX lên đến 90%. 6. Van xả đóng muộn (LEVC): Hình I.11 : Đồ thị công PV khi LEVCViệc đóng muộn van xả đồng nghĩa với làm tăng góc trùng điệp, điều này làm tăng lượng khí xả đi ngược vào đường ống nạp và làm giảm lượng khí mới nạp vào trong kì hút ( giảm hiệu suất nạp), đồng thời giảm tổn hao công suất cho quá trình nạp do áp suất nạp trên đường ống nạp cao (hình I.11). Lượng khí xả đi ngược vào đường nạp nhiều khi góc trùng điệp tăng lên, đồng thời lượng khí xả ngược vào đường nạp lại tăng thêm nữa khi thời gian góc trùng điệp được điều khiển lâu hơn. Ở tốc độ cao, góc trùng điệp lớn sẽ có lợi cho việc xả khí dư khi mà lực đẩy ở đường ra cao. Nhưng điều có có hại khi ở tốc độ cầm chừng do quá nhiều khí xả dư đi ngược vào đường nạp làm giảm hiệu suất nạp. Tuy nhiên, LEVC cũng giúp cho lượng HC trong khí thải giảm xuống do đốt lại khí dư chưa cháy khi chúng đi ngược vào đường nạp trong thời gian đóng trễ van xả. Nhưng theo Siewert, R.M, LEVC ít hiệu quả hơn EEVC trong việc làm giảm khí xả HC.7. Van xả mở sớm ( EEVO): Hình I.12 : Đồ thị công PV khi EEVOViệc mở sớm van xả xảy ra trước khi kết thúc kì cháy giãn nở. Viếc mở sớm van xả giúp cho việc thải sạch hơn nhưng lại làm giảm áp suất cuối kì cháy giãn nở. Do vậy, sẽ làm giảm công có ích khi mở sớm van xả. Tuy nhiên, EEVO lại làm giảm tổn hao công suất cho quá trình thải vì lượng khí thải được đẩy ra sau BDC ít đi do đó lực đẩy cần cho quá trình thải ít. Theo Asmus, T. W tổn thất công suất là ít nhất nếu như áp suất trong xilanh ở kì thải không tăng lên quá cao so với trên đường ống thải. Siewert, R, M thực nghiệm trên động cơ một xilanh cho ra kết quả việc mở sớm van xả làm tăng khí xả hydrocarbons do hỗn hợp cháy chưa bão hòa. Điều cần chú ý đó là NOX giảm do khí nạp mới trong trường hợp này loãng nên nhiệt độ buồn đốt không cao.8. Van xả mở muộn (LEVO) Hình I.13 : Đồ thị công PV khi LEVOỞ chế độ LEVO thì sự tổn thất công suất lại tăng lên do sự tiêu hao cho quá trình thải chủ yếu là lực dùng để đẩy khí xả ra ngoài nhiều hơn khi van thải mở muộn làm thời gian thải bị rút ngắn lại ( hình I.13). Do đó LEVO sẽ làm tổn thất công suất cho động cơ. Tuy nhiên LEVO góp phần làm giảm NOX khi đốt lại khí dư đi vào ống nạp trong thời gian góc trùng điệp do khí xả vẫn chưa thải hết vì thời gian thải bị rút ngắn. Khi nhìn tổng quan lại các trạng thái hoạt động của các van, ta thấy chủ yếu để làm giảm tổn thất công suất của động cơ được tiến hành trên van nạp. Còn trên van thải chủ yếu dùng để giảm lượng khí thải ô nhiễm ra môi trường. Đây được xem là hai vấn đề cấp thiết cần phải giải quyết trên ôtô hiện nay khi mà vấn đề về giá xăng dầu ngày càng tăng và vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng báo động. Việc kết hợp điều khiển cả van nạp và thải sẽ giúp động cơ ôtô vừa cải thiện được cả hai vấn đề trên. Hệ thống VVT-i được xem là một trong những hệ thống đem lại kết quả cao cho việc tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm. Với kết cấu không quá phức tạp và độ tin cậy làm việc cao của các chi tiết, hệ thống VVT-i giúp cho động cơ làm việc với sự tổn thất công suất và khí thải ô nhiễm là thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất nạp là lớn nhất.IV. Hiệu quả của việc thay đổi thời điểm phối khí trong động cơ đốt trong : Bằng việc thay đổi thời điểm phối khí sớm hay muộn hơn theo điều kiện làm việc của động cơ sẽ đem lại hiệu quả về tính kinh tế tiêu hao nhiên liệu, làm tăng hiệu suất cho động cơ đồng thời cũng làm giảm lượng khí xả ô nhiễm ra môi trường.Một số hiệu quả mà việc thay đổi thời điểm phối khí mang lai như sau : Cầm chừng êm diệu hơn : Ở tốc độ cầm chừng, góc trùng điệp được loại bỏ bằng cách làm trục cam mở muộn hơn. Lúc này xupap nạp mở sau khi xupap thải đã đóng, nên khí thải sẽ không lọt vào vùng nạp. Nhờ đó, quá trình cháy sẽ tốt hơn nhờ hỗn hợp cháy sạch. Điều này cho phép động cơ cầm chừng ở tốc độ thấp và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Tăng mômen xoắn ở tốc độ thấp và trung bình : Ở tốc độ thấp và trung bình với tải lớn, trục cam được mở sớm để tăng góc trùng điệp. Việc này có hai tác dụng. Thứ nhất, lợi dụng quán tính của dòng khí thải để nạp tốt hơn. Thứ hai, xupap nạp đóng sớm sẽ giúp hỗn hợp cháy không bị dội ra lại. Việc này làm tăng dung tích có ích của động cơ và tăng mômen xoắn ở tốc độ động cơ thấp và trung bình. Giảm tổn hao công suất động cơ : Do làm tăng áp suất trên đường ống nạp khi van nạp đóng sớm và đóng trễ làm cho dòng khí được nạp vào với sự tiêu hao công suất dành cho quá trình nạp giảm đi, vì thế làm tăng công suất có ích cho động cơ hay làm tăng hiệu suất. Hiệu quả của sự luân hồi khí thải : Hệ thống VVT-i không cần dùng đến van luân hồi khí thải. Nhờ góc trùng điệp tăng lên, khí thải có thể trở ngược lại buồng cháy pha trộn với khí mới làm cho giảm nhiệt độ quá trình cháy và giảm lượng NOX sinh ra. Thêm vào đó, hỗn hợp cháy chưa hết sẽ được cháy lại, điều này làm giảm lượng HC trong khí xả. Tiết kiệm nhiên liệu hơn : Một động cơ có trang bị hệ thống VVT-i sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn so với các loại khác. Khi không có VVT-i, cùng một công suất ra như vậy, ta sẽ cần một động cơ lớn hơn và nặng hơn. Do đó cùng một công suất nhưng với động cơ nhẹ hơn sẽ cải thiện được tính tiết kiệm nhiên liệu cho xe.o Tính tiết kiệm nhiên liệu cũng được tạo ra bằng cách làm giảm trở lực trên đường ống nạp. Ở chế độ tải trung bình, góc trùng điệp được tăng lên, làm giảm độ chân không trên ống góp. Việc này làm giảm công suất mất mác dùng để đẩy piston đi xuống trong kì nạp. Với việc giảm công suất mất mác này, công suất có ích của động cơ sẽ tăng lên.o Khi cầm chừng, góc trúng điệp giảm xuống bằng 00 , tốc độ cầm chừng thấp hơn cũng làm tăng tính tiết kiệm nhiên liệu.Một ưu điểm khác nữa đó là hỗn hợp HC cũng giảm xuống. Do lượng hỗn hợp cháy còn sót lại ở chu trước được đưa lại vào xilanh để cháy tiếp. Và cuối cùng, nồng độ CO2 trong khí thải cũng giảm nhờ sự tiết kiệm nhiên liệu, giúp cho công nghệ ôtô ngày càng thân thiện với môi trường hơn.

Tài liệu liên quan

Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ 2 kì
- 2
- 1
- 33
THIếT Kế, CHế TạO Hệ THốNG PHÂN PHốI KHí SấY TRONG THIếT Bị SấY NÔNG SảN DạNG HạT
- 8
- 731
- 3
Sửa chữa động cơ đốt trong - Hệ thống phân phối khí pptx
- 47
- 970
- 5
Quá trình và hệ thống phân phối khí docx
- 20
- 648
- 2
Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ pptx
- 3
- 468
- 1
một số hư HỎNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA và sửa CHỬA hệ THỐNG nạp (hệ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ)
- 8
- 687
- 9
Hệ thống phân phối khí VVTi
- 18
- 5
- 33
Nghiên cứu và phục hồi hệ thống phân phối khí trên động cơ Opel
- 20
- 567
- 0
Nghiên cứu và phục hồi hệ thống phân phối khí trên động cơ Opel
- 64
- 578
- 0
CƠ CẤU HỆ THỒNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE CON
- 64
- 549
- 4