Vào buổi học hôm trước chúng ta đã tìm hiểu qua các hệ thống phụ cơ bản trên động cơ xăng ô tô. Ở buổi tiếp theo chúng ta cùng nhau đi tìm hiểu các hệ thống phụ phần tiếp theo cùng VATC nhé !
TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG PHỤ TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG P2
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI KHÍ BIẾN THIÊN
VVT là viết tắt của Variable Valve Timing – dịch ra là Định thời (thời gian) Van Biến Thiên hay Thay đổi thời điểm van. Hệ thống VVT còn được hiểu rộng hơn là Hệ thống điều khiển van biến thiên. VVT là quá trình thay đổi thời gian/thời điểm của sự kiện nâng van (sự kiện van là những lần xảy ra quá trình đóng và mở van – sự kiện đóng và sự kiện mở), và thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu hoặc tối ưu khí thải.
Trong ứng dụng mở rộng, VVT kết hợp với hệ thống nâng van biến thiên (Variable Valve Lift – VVL) tạo thành hệ thống điều khiển van biến thiên – đây là lý do mà tiêu đề bài viết được đặt. Định nghĩa mở rộng thì VVT là quá trình thay đổi thời điểm, lực nâng, khoảng, khoảng thời gian của sự kiện nâng van. Có nhiều cách để đạt được điều này, từ các thiết bị cơ khí đến hệ thống điện thủy lực và không cam.
Nguyên lý cơ sở
Trong động cơ đốt trong, các van (xupap) được sử dụng để điều khiển dòng khí nạp và khí thải vào và ra khỏi buồng đốt, với mong muốn là nạp đầy và xả sạch nhất có thể. Vì động cơ hút và xả giống như chúng ta thở nên sau đây chúng ta gọi ngắn gọn là thở (tức hút và xả). Các thời điểm thở của động cơ được xác định bởi các biên dạng cam và góc pha của cam. Do đó để tối ưu hóa nhịp thở của động cơ, yêu cầu thời điểm, khoảng thời gian và độ nâng van khác nhau ở các tốc độ và điều kiện tải khác nhau.
Thời điểm, khoảng thời gian và độ nâng của các sự kiện van này có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu và các tính năng kỹ thuật khác của động cơ. Nếu động cơ không có hệ thống điều khiển van biến thiên hoặc nâng của van biến thiên, thì thời điểm nâng, khoảng nâng van là giống nhau đối với tất cả các tốc độ và điều kiện làm việc của động cơ. Do đó, khi vòng tua động cơ tăng, thời gian hút và xả sẽ giảm do đó khí nạp không đủ nhanh để đi vào buồng đốt, trong khi khí thải không đủ nhanh để ra khỏi buồng đốt. Vì vậy, giải pháp tốt nhất là mở các van nạp sớm hơn và đóng các van xả muộn hơn. Nói cách khác, sự chồng chéo giữa thời điểm nạp và thời điểm xả cần được tăng lên khi vòng quay tăng lên, cho phép cải thiện hiệu suất trong phạm vi hoạt động của động cơ.
THAM KHẢO THÊM:
Các loại VVT – Các phương pháp điều khiển van biến thiên
1. CAM SWITCHING HAY CAM-CHANGING VVT – VVT CHUYỂN ĐỔI CAM
Phương pháp Cam switching hay VVT Chuyển Đổi Cam sử dụng nhiều hơn một biên dạng cam (thường là hai biên dạng cam), với một bộ truyền động để hoán đổi giữa các biên dạng (thường làm việc ở một tốc độ động cơ cụ thể). Việc chuyển đổi cam cũng có thể thay đổi độ nâng và thời gian van, tuy nhiên việc điều chỉnh là rời rạc thay vì liên tục.
2. CAM PHASING VVT – VVT ĐỊNH PHA CAM
Cam Phasing VVT dịch ra là VVT Định Pha Cam. Về cơ bản, nó thay đổi thời gian của van bằng cách dịch chuyển góc pha của trục cam. Ví dụ, ở vòng tua cao, trục cam nạp sẽ được quay trước 30 ° để cho phép nạp sớm hơn. Chuyển động này được điều khiển bởi hệ thống quản lý động cơ theo nhu cầu và được truyền động bởi các bánh răng van thủy lực.
Lưu ý rằng Cam Phasing VVT không thể thay đổi khoảng thời gian mở và độ nâng van. Nó chỉ cho phép mở van sớm hơn hoặc muộn hơn. Tất nhiên, việc mở cửa sớm hơn sẽ dẫn đến việc đóng sớm hơn. Tuy nhiên, Cam Phasing VVT là dạng VVT đơn giản nhất và rẻ nhất vì mỗi trục cam chỉ cần một bộ truyền động pha thủy lực, không giống như các hệ thống khác sử dụng cơ cấu riêng lẻ cho mỗi xi lanh.
Hệ thống Cam Phasing VVT đơn giản hơn chỉ cung cấp 2 hoặc 3 góc pha cố định, chẳng hạn như 0° hoặc 30°. Hệ thống cải tiến tốt hơn có thể thay đổi góc pha liên tục – biến thiên liên tục, điều này cung cấp thời điểm đóng mở van phù hợp nhất ở bất kỳ vòng quay nào, do đó nâng cao đáng kể tính linh hoạt của động cơ. Hơn nữa, quá trình chuyển đổi diễn ra liền mạch, góp phần tinh chỉnh tối ưu.
3. CAM CHANGING + CAM VHASING VVT – HỆ THỐNG VVT KẾT HỢP CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐỊNH PHA CAM
Đây là hệ thống kết hợp hai loại trên. Việc kết hợp VVT chuyển đổi cam và VVT định pha cam có thể đáp ứng yêu cầu của cả sức mạnh tối đa và tính linh hoạt trong toàn bộ dải vòng tua, và điều này cũng khiến nó chắc chắn sẽ phức tạp hơn.
4. DẪN ĐỘNG CAM LỆCH TÂM
Hệ thống truyền động cam lệch tâm hoạt động thông qua cơ cấu đĩa lệch tâm làm chậm và tăng tốc độ góc của thùy cam trong quá trình quay của nó. Sắp xếp thùy làm chậm trong thời gian mở tương đương với việc kéo dài khoảng thời gian của nó.
Ưu điểm của hệ thống này là thời lượng có thể thay đổi độc lập với độ nâng (tuy nhiên hệ thống này không thay đổi độ nâng). Hạn chế là cần có hai bộ truyền động lệch tâm và bộ điều khiển cho mỗi xi lanh (một cho van nạp và một cho van xả), điều này làm tăng độ phức tạp và chi phí.
5. CAM DAO ĐỘNG HAY NÂNG VAN BIẾN THIÊN LIÊN TỤC (CVVL)
Thiết kế này sử dụng chuyển động dao động hoặc rung chuyển trong thùy cam một phần tác động lên con lăn cò mổ. Cò mổ này sau đó mở và đóng van. Một số hệ thống cam dao động sử dụng một thùy cam thông thường, một số hệ thống khác sử dụng một thùy cam lệch tâm và một thanh nối.
CVVL – Hệ thống nâng van biến thiên liên tục (Continuous Variable Valve Lift) có khả năng thay đổi độ nâng van liên tục theo vòng quay, tức là, vòng tua máy càng cao thì độ nâng càng cao. Ở vòng tua máy thấp, độ nâng van giảm của nó làm tăng tốc độ dòng khí, cải thiện hỗn hợp không khí/nhiên liệu, do đó giúp tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn và khí thải sạch hơn. Hơn nữa, các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng CVVL để điều chỉnh công suất động cơ, do đó loại bỏ sự cần thiết của bướm ga và giảm “tổn thất bơm”.
Ưu điểm của thiết kế này là việc điều chỉnh độ nâng và thời lượng là liên tục. Tuy nhiên, trong các hệ thống này, độ nâng tỷ lệ thuận với thời lượng, do đó, lực nâng và thời lượng không thể được điều chỉnh riêng biệt.
6. ĐIỀU KHIỂN VAN ĐIỆN THỦY LỰC
Hệ thống này sử dụng dầu bôi trơn động cơ để điều khiển việc đóng mở van nạp. Cơ cấu mở van nạp kết hợp một bộ phận điều chỉnh van và một piston bên trong một buồng. Một van điện từ được điều khiển bởi hệ thống điều khiển động cơ, được cung cấp năng lượng và cung cấp dầu thông qua van một chiều trong thời gian cam nâng và dầu sẽ được lấp đầy trong khoang và kênh trở lại bể chứa bị chặn bởi bộ phận van. . Trong quá trình chuyển động đi xuống của cam, tại một thời điểm cụ thể, đường hồi sẽ mở ra và áp suất dầu được giải phóng đến bể chứa của động cơ.
7. CAMLESS/FREEVALVE – CÔNG NGHỆ KHÔNG CAM
Freevalve/Camless – dịch ra có nghĩa là Động cơ không có cam hoặc động cơ van xupap tự do là động cơ có Xupap (Poppet valve) được đóng/mở bằng cơ cấu truyền động điện từ, thủy lực khí nén hoặc kết hợp thay vì sử dụng cam thông thường. Bộ truyền động có thể được sử dụng để mở và đóng van, hoặc chỉ để mở van còn việc đóng đóng bằng đàn hồi của lò xo hoặc các biện pháp khác. Khái niệm Freevalve còn được gọi là truyền động van biến thiên hoàn toàn, cung cấp khả năng độc nhất để kiểm soát độc lập các van nạp và van xả trong động cơ đốt trong.
HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP
HỆ THỐNG EGR
Cấu tạo của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR
Hệ thống EGR thế hệ đầu có kết cấu rất đơn giản và chủ yếu được sử dụng trên các động cơ lắp chế hòa khí. Độ đóng mở của van điều khiển lưu lượng khí thải phụ thuộc chủ yếu vào độ chân không ở chế hòa khí và điều này dễ dẫn tới các sự cố khi sử dụng.
Khi khởi động ở nhiệt độ thấp, bướm gió của bộ chế hòa khí thường được đóng bớt lại để làm tăng độ chân không và làm đậm hỗn hợp nhiên liệu- không khí. Vì vậy, nhiều khi ở chế độ này, độ chân không trong đường nạp đã đủ lớn để mở van điều khiển lưu lượng khí thải của hệ thống EGR và làm ảnh hưởng xấu đến khả năng khởi động và tăng tốc của động cơ.
Nhược điểm này được khắc phục vào những năm 80 của thế kỷ trước thông qua việc sử dụng hệ thống EGR điều khiển điện tử (hình: Nguyên lý hoạt động của hệ thống EGR). Ở hệ thống này, độ chân không trong đường nạp chỉ là một trong số các tham số được thu thập để xử lý và điều chỉnh độ đóng mở của Van điều khiển khí thải tuần hoàn.
Để có thể kiểm soát sự hoạt động của hệ thống EGR, người ta đã cài đặt vào Hệ thống OBD một số tính năng kiểm soát các bộ phận trong hệ thống EGR như nhiệt độ, áp suất trong ống nạp, độ đóng mở của van điều khiển khí xả tuần hoàn….
Về mặt kỹ thuật, việc trang bị hệ thống EGR cũng làm nảy sinh một số mâu thuẫn nhất định, cụ thể là giữa việc giảm lượng khói đen với giảm lượng NOx. Việc lượng khí thải tuần hoàn làm giảm nhiệt độ cháy sẽ có tác dụng làm giảm NOx nhưng lại làm tăng một cách đáng kể lượng khói đen do nhiên liệu không cháy hết.
Ngoài ra, việc hòa trộn quá nhiều khí thải cũng có thể làm giảm công suất của động cơ. Riêng ở động cơ xăng, khi nhiệt độ cháy giảm sẽ làm tăng đáng kể lượng CO và HC có trong khí thải.
Và để giải quyết vấn đề này, người ta phải tiến hành các thí nghiệm nhằm tìm ra lượng khí thải tuần hoàn tối ưu cho các chế độ làm việc của từng loại động cơ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc hòa trộn khí thải đề giảm lượng NOx đem lại hiệu quả khi động cơ làm việc ở khu vực phụ tải.
Tuy nhiên, tuần hoàn khí xả không có ảnh hưởng tích cực đối với chế độ chạy cầm chừng và chế độ toàn tải, trong một số trường hợp còn làm giảm công suất của động cơ .
Đối động cơ Diezen, lượng khí thải hòa trộn tối đa khoảng 60% thể tích khí nạp vào xy lanh; ở động cơ phun xăng trực tiếp tỷ lệ này vào khoảng 50% và đối với động cơ sử dụng chế hòa khí là 20%. Trường hợp sử dụng hệ thống EGR mà lượng NOx vẫn vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì thường phải xử lý tiếp bằng hệ thống Catalytic gắn trên đường xả.
Một vấn đề nữa hay phát sinh trong quá trình sử dụng hệ thống EGR là hiện tượng, sau một thời gian làm việc, các đường ống dẫn và van điều khiển khí thải tuần hoàn thường bị tắc bởi muội than (hình 3) dẫn tới việc làm giảm công suất và tăng suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
Vì vậy cần có các thiết bị cảnh báo về tình trạng của van cũng như thực hiện đầy đủ chế độ bảo dưỡng định kỳ theo quy định của nhà sản xuất đối với hệ thống EGR.
Dù vẫn còn một số vấn đề như vừa nêu nhưng ngày nay, hầu hết các loại ô tô con đạt tiêu chuẩn Euro 2, Euro 3 đều lắp hệ thống EGR và để đạt tiêu chuẩn Euro 4, Euro 5 thì hệ thống EGR là loại thiết bị không thể thiếu được trên xe.
Nguyên lý làm việc của hệ thống EGR
Nguyên lý làm việc của hệ thống EGR là dùng van và ống dẫn để đưa một lượng khí thải phù hợp quay trở lại trộn lẫn với khí tươi trong đường ống nạp trước khi nạp vào xy lanh (hình: Nguyên lý hoạt động của hệ thống EGR). Sự có mặt của phần khí thải có trong hỗn hợp nhiên liệu- không khí ở buồng cháy có các tác dụng cụ thể sau đây:
- Làm giảm hàm lượng khí Oxy có trong cùng một lượng hỗn hợp;
- Làm giảm nhiệt độ buồng cháy do nhiệt dung của khí xảlớn hơn nhiệt dung của không khí;
- Cản trở và làm giảm tốc độ lan tràn màng lửa trong buồng cháy (giảm tốc độ cháy).
Tất cả các điều này dẫn tới việc làm giảm áp suất, nhiệt độ cháy và từ đó làm giảm lượng NOx được hình thành. Trong hình 2 cho thấy kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của lượng khí thải tuần hoàn đến lượng NOx đối với động cơ BMW 3.0, tại số vòng quay 2500 vg/min: ở chế độ công tác 72Nm.
Khi đưa một lượng khí thải bằng 8% thể tích hỗn hợp thì so với trường hợp không có khí thải tuần hoàn (0 %) hàm lượng NOx giảm từ 2500 ppm xuống còn 900 ppm; Ở chế độ công tác 96 Nm, khi lượng khí thải tuần hoàn bằng 14,2 % thể tích hỗn hợp thì hàm lượng NO giảm từ 3200 ppm xuống còn 1000 ppm.
Ngoài tác dụng chính vừa nêu thì riêng đối với các loại động cơ xăng, việc sử dụng hệ thống EGR còn có tác dụng trong việc làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Điều này có thể được lý giải như sau:
Ở động cơ xăng, việc điều chỉnh công suất được thực hiện theo nguyên lý thay đổi lượng hỗn hợp không khí – nhiên liệu nạp vào xy lanh thông qua việc điều khiển độ đóng mở của bướm ga (điều chỉnh về lượng) và tổn thất trên đường nạp lại phụ thuộc vào độ đóng mở của bướm ga.
Khi làm việc ở chế độ phụ tải, tại cùng một điểm công tác, việc trộn khí thải lẫn với khí tươi sẽ cho phép người ta mở to bướm ga hơn so với trường hợp không trộn khí thải và như vậy sẽ có tác dụng giảm bớt các tổn thất phát sinh do lực cản của bướm ga.
Kết quả thí nghiệm động cơ xăng cho thấy, ở chế độ phụ tải, việc sử dụng hệ thống EGR điều khiển tự động có thể cho phép giảm tới 5 % suất tiêu hao nhiên liệu so với động cơ không trang bị hệ thống này.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
Nguyên lý hoạt động của quạt động cơ ô tô
Để làm mát két nước, cần phải có một lượng lớn không khí để đi qua các lá tản nhiệt trong két nước. Thông thường, khi xe di chuyển ở tốc độ cao thì lưu lượng khi đi qua két nước ở mức vừa đủ, nhưng khi xe dừng hẳn hoặc chạy chậm thì lưu lượng không khí sẽ không đủ. Vậy nên, động cơ cần được trang bị quạt làm mát để tạo ra lượng không khí cưỡng bức qua két nước.
Ngày nay, các dòng xe hơi đời mới thường đều được trang bị kiểu quạt làm mát gồm: quạt làm mát chạy bằng động cơ điện, kiểu khớp chất lỏng (khớp nối mềm) điều khiển bằng nhiệt độ và hệ thống quạt làm mát thủy lực bằng điện tử.
Hệ thống quạt chạy bằng động cơ điện rất nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát, và nó chỉ cung cấp một lưu lượng không khí phù hợp khi nhiệt độ lên cao. Ở mức nhiệt độ trung bình hoặc khi động cơ mới khởi động, quạt gió sẽ không quay để động cơ ấm lên nhanh hơn, giảm mức tiêu hao nhiên liệu và giảm tiếng ồn.
Quạt điện có thể thay đổi tốc độ quay trong ba cấp độ hoặc vô cấp. Nhờ vậy, hiệu quả làm mát sẽ được điều chỉnh một cách phù hợp với nhiệt độ của nước làm mát để động cơ hoạt động một cách hiệu quả. Bạn có thể quan sát sơ đồ mạch điện ngay dưới đây để xem cách thức hoạt động của nước làm mát chạy bằng động cơ điện ở một cấp tốc độ.
Khi nhiệt độ của nước làm mát đang còn thấp, công tắc nhiệt độ nước làm mát sẽ đóng, rơ le được nối mát và nó sẽ hút hai tiếp điểm 30 và 87 tách nhau ra (hai tiếp điểm này thường đóng) để ngắt dòng điện tới mô tơ quạt.
Khi nhiệt độ nước làm mát bắt đầu tăng lên, công tắc nhiệt độ nước làm mát sẽ mở, mạch rơ le bị ngắt, 2 tiếp điểm 30 và 87 tiếp xúc với nhau. Lúc này, một dòng điện từ ắc quy sẽ đi tới quạt làm quạt quay với tốc độ cao. Tùy từng loại xe mà các điểm đóng/mở của công tắc nhiệt độ nước làm mát và rơ le quạt lại hoạt động theo chiều ngược lại.
Ở hệ thống điều khiển quạt làm mát nhiều cấp tốc độ, khi nhiệt độ động cơ chưa đủ, ECU điều khiển sẽ tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến điều hòa nhiệt độ và cảm biến tốc độ động cơ sẽ ngắt dòng điện đi qua các rơ le.
Dòng điện từ các hộp phân phối công suất không tới mô tơ quạt, quạt không quay. Khi nhiệt độ động cơ bắt đầu ấm lên khi xe chạy ở chế độ không tải, ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến điều khiển đóng rơ le tốc độ thấp lại, các quạt quay ở tốc độ thấp. Còn khi xe chạy có tải hoặc động cơ nóng lên quá mức, ECU điều khiển sẽ ngắt rơ le tốc độ thấp và đóng rơ le tốc độ cao, quạt quay ở tốc độ hai, tốc độ tăng lên và tiếng ồn cũng lớn hơn.
HỆ THỐNG BƠM KHÍ PHỤ
TRUNG TÂM HUẤN LUYỆN KỸ THUẬT Ô TÔ VIỆT NAM
Địa chỉ: số 50 đường 12, P.Tam Bình, TP.Thủ Đức, TP.HCM
Điện thoại tư vấn : 0945.71.17.17 – 0944.135.339 – 0967.135.339
Website sách: autobook.vn
Website khóa học online: vast.edu.vn
