Giáo trình Kỹ thuật mới trên ô tô (Nghề: Công nghệ ô tô - Cao đẳng 9+) - Trường CĐ Kiên Giang

Chia sẻ: Cuchoami2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Kỹ thuật mới trên ô tô này được cấu trúc thành ba chương: Chương 1: Các kết cấu mới ở phần động cơ, Chương 2: Các kết cấu mới trong hệ thống thiết bị an toàn và Chương 3: Các kết cấu mới trong hệ thống thiết bị tiện nghi. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật mới trên ô tô (Nghề: Công nghệ ô tô - Cao đẳng 9+) - Trường CĐ Kiên Giang

UBND TỈNH KIÊN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KIÊN GIANG GIÁO TRÌNH (Lưu hành nội bộ) MÔN HỌC: KỸ THUẬT MỚI TRÊN Ô TÔ NGHỀ: CÔNG NGHỆ ÔTÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (9+) Ban hành kèm theo Quyết định số: 202/QĐ-CĐKG ngày 15 tháng 11 năm 2021 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Kiên Giang Kiên Giang, năm 2021
i TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
ii LỜI GIỚI THIỆU Xe ô tô ngày nay có rất nhiều cải tiến chưa được đề cập trong các tài liệu đào tạo chính thống của ngành ô tô. Để hoàn thiện kiến thức về các cải tiến này cho người học, các cơ sở đào tạo đã bổ sung thêm những chuyên đề về chúng và xu hướng nghiên cứu, làm tiểu luận, đồ án tốt nghiệp, luận văn tốt nghiệp về chúng cũng khá phổ biến. Chuyên ngành ô tô của Trường Cao đẳng Kiên Giang có các cấp độ đào tạo là Trung cấp chuyên nghiệp, Cao đẳng và Cao đẳng nghề. Đối với bậc Trung cấp chuyên nghiệp thì những cải tiến nói trên được bổ sung thành chuyên đề “Kỹ thuật mới trên ô tô” còn đối với bậc Cao đẳng và Cao đẳng nghề thì chúng được tách thành hai chuyên đề là “Hệ thống mới trên động cơ đốt trong” và “Hệ thống an toàn và ổn định ô tô”. Đây là những chuyên đề hoặc là môn học tự chọn dành cho học sinh, sinh viên xắp ra trường khi họ đã được trang bị đủ các kiến thức cơ bản về xe ô tô. Tài liệu đào tạo này được cấu trúc thành ba chương: Chương 1: Các kết cấu mới ở phần động cơ, Chương 2: Các kết cấu mới trong hệ thống thiết bị an toàn và Chương 3: Các kết cấu mới trong hệ thống thiết bị tiện nghi Do chưa có cơ sở vật chất về những cải tiến này nên tác giả chỉ tập trung về kiến thức lý thuyết, mô tả, phân tích sơ đồ nguyên lý là chính. Mặt khác, do chưa có tài liệu chính thống nên tác giả phải tổng hợp từ nhiều nguồn tư liệu khác nhau. Điều này dẫn đến một số hình ảnh trong tài liệu không thống nhất về hình thức và nội dung cũng chưa đầy đủ lắm, tác giả vẫn luôn cập nhật điều chỉnh để ngày càng hoàn thiện hơn. Rất mong nhận được sự đóng góp của bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn ! Kiên giang, năm 2021
iii MỤC LỤC trang LỜI GIỚI THIỆU ii Chương 1: CÁC KẾT CẤU MỚI Ở PHẦN ĐỘNG CƠ 2 1. Hệ thống điều khiển bướm ga bằng điện tử - Electronic Throttle Control (ETC) 2 1.1. Nguyên lý chung 3 1.2. Phân loại cấu trúc hệ thống ETC 5 1.3. Cấu tạo của hệ thống ETC 5 1.4. Hoạt động 8 1.5. Chức năng dự phòng khi xảy ra sự cố ở hệ thống ETC 8 1.6. Một số cảm biến trên hệ thống ETC 10 2. Hệ thống xu-pap biến thiên thông minh - Variable Valve Timing with Intelligence (VVT-I) 11 2.1. Lịch sử phát triển hệ thống VVT 11 2.2. Phân loại hệ thống VVT-i 11 2.3. Nguyên lý chung 12 2.4. Cấu tạo chung của VVT-i 13 2.5. Các bộ phận của VVT-i 13 2.6. Hoạt động chung của VVT-i 15 2.7. Các chế độ cụ thể của VVT-i 17 2.8. Các ưu điểm của VVT-i 20 3. Hệ thống điều khiển xu-pap biến thiên bằng điện tử về thời điểm và độ nâng - Variable valve Timing and lift Electronic Control (VTEC) 22 3.1. Nguyên lý chung 22 3.2. Các lọai hệ thống VTEC 22 3.3. Hoạt Động 23 4. Hệ thống phun nhiên liệu chung đường - common rail 30 4.1. Khái quát 30 4.2. Các chi tiết chính của hệ thống Common Rail 32
iv 4.3. Ưu điểm của hệ thống Common Rail 36 Chương 2: CÁC KẾT CẤU MỚI TRONG HỆ THỐNG THIẾT BỊ AN TOÀN 38 1. Hệ thống kiểm soát ổn định chuyển động bằng điện tử - Vehicle Stability Control (VSC) 38 1.1. Nguyên lý chung 40 1.2. Hoạt động 42 1.3. Các chế độ hoạt động của mạch thủy lực 44 1.4. Ưu điểm của hệ thống VSC 49 2. Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử - Sensotronic Brake Control (SBC)50 2.1. Nguyên lý chung 50 2.2. Các bộ phận của SBC 52 2.3. Mạch dầu bên trong cụm thuỷ lực 55 2.4. Hoạt động của mạch dầu phanh 56 2.5. Một số cảnh báo của SBC 59 3. Các hệ thống thiết bị an toàn bị động 62 3.1. Cấu tạo hệ thống túi khí 62 3.2. Các bộ phận của túi khí 63 3.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí 65 Chương 3: CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ 67 1. Pin nhiên liệu – FUEL CELL 67 1.1. Giới thiệu 67 1.2. Lịch sử của pin nhiên liệu – Fuel Cell 67 1.3. Cấu tạo của pin nhiên liệu 68 1.4. Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu 68 1.5. Phân loại pin nhiên liệu (theo chất điện phân) 69 1.6. Ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu 69 1.7. Đặc điểm của pin nhhiên liệu 69
v 1.8. Cấu tạo và chức năng của Màng trao đổi proton(PEM - Proton Exchange Membrane) 70 1.9. Nguyên lý hoạt động của PEMFC 71 1.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của pin 72 2. Xe Hybrid (xe lai) 73 2.1. Xu hướng ôtô sạch 73 2.2. Sơ lược về lịch sử xe lai 74 2.3. Các bộ phận chính 75 2.4. Cấu hình truyền động 78 2.5. Các trạng thái hoạt động của cấu hình Full hybrids 79 2.6. Bộ phân phối công suất PSD 82 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO: 84
1 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Kỹ thuật mới trên ô tô Mã môn học: MH 32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Là môn học trong chương trình đào tạo chuyên ngành công nghệ ô tô bậc cao đẳng 9+. Được bố trí sau khi học xong các môn học đại cương; các môn học/mô đun kỹ thuật cơ sở; - Tính chất: Là môn học tự chọn. - Ý nghĩa, vai trò của môn học: Môn học này là phần kiến thức mở rộng để sinh viên hiểu thêm về vấn đề ô nhiễm, từ đó hình thành và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường. Mục tiêu của môn học: - Kiến thức:  Trình bày được công dụng, phân loại các hệ thống mới trên ô tô  Mô tả được cấu tạo – hoạt động của các hệ thống mới trên ô tô  So sánh được ưu nhược điểm của các hệ thống mới trên ô tô so với các hệ thống cũ hiện có - Kỹ năng:  Nhận diện được các hệ thống mới trên ô tô trong thực tế.  Vận dụng được các kiến thức mới vào sửa chữa bảo dưỡng các hệ thống - Năng lực tự chủ và trách nhiệm:  Ý thức được tầm quan trọng của từng hệ thống này;  Có ý thức sử dụng, chăm sóc động cơ hợp lý.
2 Nội dung của môn học: Chương 1: CÁC KẾT CẤU MỚI Ở PHẦN ĐỘNG CƠ ***** Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng: - Nêu được nguyên lý, phân loại, hoạt động, ưu nhược điểm,... của hệ thống; - Mô tả được cấu tạo, mạch điện điều khiển, một số cảm biến của hệ thống. - So sánh được các thông số kỹ thuật của các hệ thống này với các hệ thống cổ điển; - Nhận biết được các hệ thống này trong thực tế. Nội dung: 1. Hệ thống điều khiển bướm ga bằng điện tử - Electronic Throttle Control (ETC) Các hạn chế và hướng cải tiến tất yếu của hệ thống phối khí cổ điển: Chức năng của hệ thống phối khí là hòa trộn và cung cấp một hỗn hợp cháy với tỷ lệ không khí – nhiên liệu phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ. Công việc này chủ yếu phụ thuộc vào độ mở bướm ga và độ nâng các xu-pap. Đối với hệ thống phối khí cổ điển thì bướm ga được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí do đó khó đáp ứng chính xác và kịp thời từng chế độ hoạt động của động cơ. Mặt khác, độ nâng của xu-pap luôn là hằng số nên nó khống chế lượng hỗn hợp cháy, đây chính là những hạn chế của hệ thống phối khí cổ điển. Do đó, việc cải tiến cách thức điều khiển bướm ga cũng như cải tiến biên dạng, chế độ hoạt động của trục cam là xu hướng tất yếu, và việc ứng dụng điện tử sẽ có những ưu thế để giải quyết các vấn đề trên. Các giải pháp hiện đại hóa đối với bướm ga: Hệ thống điều khiển bướm ga cổ điển bộc lộ nhiều khuyết điểm đó là: độ chính xác thấp, độ nhạy thấp, đòi hỏi người lái phải luôn tập trung xử lý kịp thời, phải có phản ứng đúng khi đi vào những loại đường khác nhau như đường gồ ghề, đường bùn lầy, khi ôtô chịu tải lớn thì buộc người lái phải luôn ấn nhẹ lên bàn đạp ga để đạt được vận tốc như khi tải nhẹ khiến cho người lái khá mỏi mệt. Năm
3 1788 James Watt và Matthew Boulton đã phát minh ra bộ điều khiển tốc độ tự động bằng cơ cấu ly tâm. Hệ thống này ngay sau đó được ứng dụng lần đầu trên xe lửa, và đến năm 1910 được Peerless ứng dụng lên ôtô. Khi ngành điện và điện tử phát triển, cơ cấu điều khiển bướm ga đã được cải tiến vượt bậc. Khoảng hơn một thập niên gần đây, hệ thống điều khiển bướm ga bằng điện tử và hệ thống ga tự động đã ra đời nhưng chúng chỉ mới được áp dụng rộng rãi trong những năm vừa qua. Cùng với hệ thống phối khí, hệ thống cung cấp nhiên liệu cũng quyết định công suất động cơ. Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm. Chức năng chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu là đảm bảo cung cấp đúng thời điểm và đủ lượng nhiên liệu. Do đó, các cải tiến ở hệ thống này đều tập trung vào vấn đề áp suất, thời điểm, và lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt. Ngoài ra, số lần cung cấp, vị trí cung cấp, hướng cung cấp nhiên liệu cũng được cải tiến khá nhiều. 1.1. Nguyên lý chung Hệ thống điều khiển bướm ga bằng điện tử (gọi tắt là hệ thống ETC) thực hiện việc đóng, mở bướm ga như sau: Khi người lái tác động lên bàn đạp ga, tín hiệu (điện áp) từ cảm biến vị trí bàn đạp ga sẽ truyền về bộ xử lý (có thể là ECU động cơ hoặc bộ xử lý ETC), bộ xử lý sẽ kết Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển của hệ thống hợp tín hiệu này với các tín ETC hiệu khác như: tín hiệu ga tự động, tín hiệu điều khiển lực kéo, tín hiệu sang số, v.v,… rồi sẽ xuất tín hiệu điều khiển bộ chấp hành (cổ họng gió) để đóng, mở bướm ga.
4 Có điều khiển Không điều khiển Chế độ gia Gia tốc xe tốc Góc mở bướm ga Chế độ Thời gian thường Góc mở Chế độ đi bướm ga trên đường trơn Độ dịch chuyển bàn Độ dịch chuyển không đổi Độ dịch chuyển bàn đạp ga đạp ga a b Hình 1.2: Các chế độ hoạt động của hệ thống ETC: a. Hoạt động ở chế độ thường, chế độ gia tốc và chế độ đi trên đường trơn; b. Điều khiển mômen truyền lực chủ động Điều khác biệt là ngay cả khi người lái không thay đổi sự tác động lên bàn đạp ga nhưng khi các điều kiện hoạt động của xe thay đổi thì bộ điều khiển vẫn phát tín hiệu điều chỉnh bướm ga, vai trò quyết định của người lái đối với bướm ga chỉ còn 80% so với hệ thống điều khiển bướm ga cổ điển. Đặc biệt hơn, hệ thống ETC còn có nhiều chế độ hoạt động như: chế độ gia tốc, chế độ đi trên đường trơn và hoạt động điều khiển mômen truyền lực chủ động. Ở chế độ gia tốc, bướm ga được mở lớn hơn ở chế độ thường nên động cơ phản ứng nhanh hơn và công suất lớn hơn; ở chế độ đi trên đường trơn thì hoàn toàn ngược lại. Ở hoạt động điều khiển mô-men truyền lực chủ động thì bướm ga không mở đồng bộ với bàn đạp ga mà được mở từ từ để đảm bảo tính tăng tốc êm dịu.
5 1.2. Phân loại cấu trúc hệ thống ETC Đối với hệ thống ETC ban đầu thì bộ điều khiển ETC được thiết kế riêng, để nhận được các tín hiệu từ động cơ thì bộ điều khiển ETC phải kết nối với ECU động cơ. Cảm biến vị trí Bộ điều khiển ETC bàn đạp ga ECU động cơ Bộ chấp hành Bàn đạp ga Hình 1.3a: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ETC có bộ điều khiển Ngày nay, người ta đã tích hợp bộ điều khiển ETC vào trong ECU động cơ để ECU động cơ kiểm soát và điều khiển bướm ga chính xác hơn. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ECU động cơ Bộ chấp hành Bàn đạp ga 1.3. Cấu tạo của hệ thống ETC Để đơn giản hóa, người ta chia hệ thống ETC thành ba bộ phận chính: cụm bàn đạp ga, bộ xử lý và bộ chấp hành (cổ họng gió). Cụm bàn đạp ga: Cụm bàn đạp ga bao gồm: bàn đạp ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga, lò xo hồi vị, bộ phận tạo lực cản và dây tín hiệu. Hình 1.4: Cụm Bộ phận tạo lực cản nhằm tạo cho người lái có cảm giác phù bàn đạp ga hợp khi đạp ga, nó làm cho lực đạp ga tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga, lực này có giá trị khoảng từ 20 đến 40N
6 Bộ chấp hành: Bộ chấp hành đơn giản nhất bao gồm: một mô-tơ điện một chiều, cụm bánh răng giảm tốc, cảm biến vị trí bàn đạp Mô-tơ điều khiển bướm ga ga và lò xo hồi vị. Bướm ga Các bánh răng giảm tốc Lò xo hồi vị Cảm biến vị trí bướm ga Hình 1.5: Cấu tạo bộ chấp hành Tùy theo hãng sản xuất, bộ chấp hành có thể bao gồm cả cơ cấu dự phòng và ly hợp điện từ,… Bướm ga Cảm biến vị trí Cảm biến vị trí bàn bướm ga đạp ga Mô-tơ điều khiển bướm ga Hình 1.6: Cấu tạo bộ chấp hành
7 - Cụm bánh răng giảm tốc: Cụm bánh răng giảm tốc nhằm Bánh răng để giảm tốc độ truyền từ mô-tơ sang bướm ga. Đĩa từ Cảm biến GMR C6 Bộ chia điện Hình 1.7: Mô-tơ và cụm bánh răng giảm tốc - Cảm biến vị trí bướm ga – Throttle Position Sensor (TPS) và Cảm biến vị trí bàn đạp ga - Acceleration Pedal Position Sensor (APPS): Để xác định vị trí bướm ga, người ta bố trí một cảm biến vị trí bướm ga bên trong bộ chấp hành. Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga của ETC có thể là dạng tương tự hoặc dạng số nhưng người ta thường dùng cảm biến này cùng dạng tín hiệu với cảm biến vị trí bàn đạp ga để ECU dễ xử lý. Có nhiều loại cảm biến để xác định vị trí như: cảm biến Hall, cảm biến loại biến trở, cảm biến loại tạo tín hiệu số, v.v… nhưng loại thường được dùng nhất đó là cảm biến loại biến trở (trình bày ở phần phụ lục). Để xác định chính xác vị trí của bàn đạp ga Mức tăng điện thế (%) Cảm biến 1 (hoặc của bướm ga), người ta sử dụng 2 hoặc 3 cảm biến với các giá Cảm biến 3 trị biến trở khác nhau, điều này còn Cảm biến 2 tạo thuận lợi trong việc chẩn đoán khi có một cảm biến nào đó bị hư Độ dịch chuyển của bàn đạp ga (mm) hỏng. Một số ô tô trang bị ba cảm biến để xác định vị trí bàn đạp ga. Hình 1.8: Tín hiệu điện thế của 3 cảm biến
8 1.4. Hoạt động Hoạt động điều khiển mô-tơ của bộ chấp hành: Mô-tơ điều khiển bướm ga là động cơ điện một chiều. ECU sẽ điều khiển chiều và cường độ dòng điện đi vào mô-tơ. Tín hiệu điện từ ECU đến mô-tơ không phải là tín hiệu liên tục mà là tín hiệu xung. Tỉ lệ khoảng thời gian giữa mức xung cao và mức xung thấp sẽ quyết định mô-men quay của mô-tơ tạo ra mạnh hay yếu. ECU sẽ điều chỉnh khoảng thời gian này để cân bằng với lực đàn hồi của lò xo hoàn lực ở bướm ga. Các chế độ hoạt động của mô-tơ như sau: khi cần đóng bướm ga, ECU sẽ kích hoạt cho transitor 1 & 4 dẫn, dòng điện đi từ cực MC qua mô-tơ đến cực MO của ECU (hình 9a), mức độ đóng bướm ga là do khoảng thời gian của mức xung cao quyết định. Khi cần mở bướm ga: ECU sẽ kích hoạt transitor 2 & 3 dẫn, dòng điện đi từ cực MO qua mô-tơ đến cực MC của ECU. Khi cần cố định vị trí bướm ga, ECU điều chỉnh xung kích hoạt vừa đủ để mô-men của mô-tơ cân bằng với mô- men của lò xo. a. Trường hợp đóng bướm ga b. Trường hợp mở bướm ga Hình 1.9: Sơ đồ mạch điện điều khiển mô-tơ 1.5. Chức năng dự phòng khi xảy ra sự cố ở hệ thống ETC Để đề phòng trường hợp cảm biến vị trí bàn đạp ga gặp sự cố, hệ thống ETC có chế độ dự phòng ở hai mức độ: nếu một trong hai cảm biến bị sự cố, ECU sẽ điều khiển cho bướm ga hoạt động trong phạm vi từ không tải đến 25% tải nhằm duy trì hoạt động của động cơ để ôtô có thể về trạm sửa chữa; nếu cả hai
9 cảm biến đều mất tín hiệu, ECU sẽ điều khiển bướm ga hoạt động ở chế độ không tải. Hoạt động bình thường Một cảm biến bị hỏng Cả hai cảm biến bị hỏng Vị trí Cảm biến vị trí Cảm biến vị trí không tải Cảm biến vị trí bàn đạp ga bàn đạp ga bàn đạp ga (a) (b) (c) Ngoài ra, ECU sẽ cắt điện đến bougie hoặc cắt dầu đến kim phun ở một số xilanh. Chạy không tải Đạp hết chân ga Tóm lại, hệ thống ETC có các ưu điểm so với hệ thống điều khiển bướm ga cổ điển là: - Điều khiển cực nhanh (gần như là tức khắc) và rất chính xác vì không có độ rơ. - Có thể thay đổi nhiều chế độ để phù hợp với điều kiện hoạt động của xe. - Ngay cả khi người lái không tác động lên bàn đạp ga thì bướm ga vẫn được điều khiển một phần để đáp ứng sự hoạt động của động cơ. - Ngay cả khi hoàn toàn mất tín hiệu vị trí bàn đạp ga thì động cơ vẫn hoạt động được ở chế độ không tải.
10 Nhưng hệ thống này có nhược điểm là: - Các cảm biến vị trí bàn đạp ga không thể có độ bền như dây cáp kéo ga. - Khi cảm biến vị trí bàn đạp ga bị hỏng thì phải dỡ bỏ tải trên xe mới có thể chạy tới xưởng sửa chữa nếu như không có thiết bị thay thế - Trong khi đó đối với hệ thống điều khiển bướm ga cơ khí thì hầu như không bao giờ hư hỏng, mà nếu có trục trặc thì người lái có thể tự khắc phục dễ dàng. Như vậy, vấn đề ứng dụng thiết bị hiện đại cũng có nhược điểm của nó đó là: người sử dụng gặp khó khăn hơn trong việc khắc phục sự cố nếu như không có thiết bị thay thế. Hệ thống ETC đã thể hiện được ưu điểm của nó nhưng rõ ràng về mặt độ bền thì chắc chắn là không thể bằng hệ thống điều khiển bướm ga cơ khí. Chưa có báo cáo nào so sánh tính tiện ích, tính an toàn, tính kinh tế, và mức độ ưa chuộng của người lái đối với hai hệ thống này. 1.6. Một số cảm biến trên hệ thống ETC Cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga loại hai tín hiệu điện áp tăng: Các cảm biến này được sử dụng rộng rải vì kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và thay thế. Cảm biến vị trí bướm ga Bướm ga ở 15o Bướm ga ở 90o Vùng có ích Góc mở bướm ga (độ) Sơ đồ và tín hiệu điện áp của cảm biến vị trí bướm ga Điện thế đầu ra Góc bàn đạp ga Sơ đồ và tín hiệu điện áp của cảm biến vị trí bàn đạp ga
11 2. Hệ thống xu-pap biến thiên thông minh - Variable Valve Timing with Intelligence (VVT-I) 2.1. Lịch sử phát triển hệ thống VVT Alfa Romeo là nhà sản xuất ôtô đầu tiên sử dụng hệ thống phân phối khí (VVT) trên các sản phẩm của họ. Chiếc Alfa Romeo Spider 2.0 L sản xuất năm 1980 đã sử dụng hệ thống VVT trên động cơ phun xăng kiểu Spica bán ở thị trường Mỹ. Sau đó hệ thống này cũng được sử dụng trên chiếc Alfetta 2.0 Quadrifoglio Oro sản xuất năm 1983, các model này cũng rất tốt như các dòng xe khác. Năm 1986, Nissan dựa trên các hình thái của hệ thống này để phát triển lên một hệ thống khác sử dụng trong động cơ VG30DE, động cơ này gắn trên chiếc mô hình MID-4 của hãng. Nissan chủ yếu dùng hệ thống NVCS (Nissan valve- timing control system) cho phần lớn các xe gắn động cơ có tốc độ và mômen xoắn nhỏ và trung bình. Hệ thống NVCS có thể điều khiển động cơ một cách êm dịu cả ở tốc độ cầm chừng, tốc dộ thấp đến cao và mômen xoắn trung bình. Mặc dù hệ thống này có thể điều khiển ở tốc độ cao nhưng hiệu quả chủ yếu trong phạm vi thấp đến trung bình. Động cơ VG30DE được dùng lần đầu tiên trên model 300ZX(Z31) sản xuất năm 1987, đây là chiếc đầu tiên sử dụng kỹ thuật VVT điều khiển bằng điện tử. Năm 1995, Toyota cải tiến hệ thống này và đặt tên cho nó là VVT-i. 2.2. Phân loại hệ thống VVT-i VVT-i gồm các loại sau: Cơ cấu VVT-i D4 được sử dụng cho động cơ phun xăng trực tiếp. Loại dộng cơ này xăng được phun thẳng vào xilanh, vào buồn cháy khí trên đỉnh piston, không giống như loại phun xăng điện tử EFI phun nhiên liệu vào đường nạp bên ngoài xilanh. Do phun xăng trực tiếp nên hiệu suất cháy rất cao và đạt hiệu quả cao về kinh tế. Cơ cấu VVTL-i (variable valve timing and lift with intelligence) vừa thay đổi thời gian mở xu-pap lại vừa thay đổi hành trình xu-pap theo tỉ trọng và tốc độ
12 của động cơ nhằm cải thiện tính năng công suất và tính năng kinh tế. Loại xe Cellica T Sport sử dụng loại cơ cấu phân phối khí này. Cơ cấu VVTi-E (variable value timing intelligent by electric) được phát triển trên hệ thống VVT-i cũ. Dưới sự hổ trợ cuả các thiết bị điện tử, hệ thống này hoạt động chính xác hơn tạo ra công suất động cơ cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm ô nhiểm môi trường hơn. Hệ thống VVTi-E chủ yếu được sử dụng trên các dòng xe Lexus. 2.3. Nguyên lý chung Cảm biến lưu ECU động cơ lượng khí nạp Thời điểm phối khí Van điều khiển dầu Cảm biến vị trí mục tiêu phối khí trục cam bướm ga Cảm biến vị trí trục Hiệu chỉnh khuỷu Bộ điều khiển VVT-i Cảm biến nhiệt độ nước Thời điểm phối khí Tín hiệu tốc độ xe thực tế Cảm biến vị trí trục cam Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống VVT-i Đối với hệ thống cam và xu-pap thì các thông số kỹ thuật của chúng là thời điểm, thời gian và biên độ nâng xu-pap, do đó các cải tiến đều nhằm vào ba thông số này. Hệ thống xu-pap biến thiên thông minh (gọi tắt là hệ thống VVT-i) còn được gọi là hệ thống phối khí điện tử. Hệ thống 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 như: vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát,v.v... Căn cứ vào các yếu tố này, ECU sẽ quyết định đóng hoặc mở van điều khiển dầu phối khí trục cam để tác động lên bộ điều khiển VVT-i làm cho trục cam xoay tương đối đi một góc so với vị trí chuẩn của nó để làm thay đổi thời điểm phối khí.
13 2.4. Cấu tạo chung của VVT-i Hệ thống VVT-i bao gồm: bộ xử lý trung tâm được tích hợp trong ECU động cơ, bộ điều khiển VVT-i, Van điều khiển dầu phối khí trục cam và các cảm biến. Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống VVT-i hệ thống ETC và bộ chia điện bằng điện tử. 2.5. Các bộ phận của VVT-i - Van điều khiển dầu phối khí trục cam: Tùy theo tín hiệu từ ECU cung cấp đến cuộn dây, pis-ton và lõi van sẽ chuyển động tịnh tiến để khóa hoặc thông đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i theo hướng mở sớm hay mở muộn. Hình 1.18: Cấu tạo của van điều khiển dầu phối khí trục cam - Bộ điều khiển VVT-i:
14 Bộ điều khiển VVT-i lắp ở đầu trục cam nạp bao gồm bánh răng trong (kết nối với trục cam nạp) và bánh răng ngoài (chính là vỏ của bộ điều khiển VVT-i, được dẫn động bởi puly cam hoặc xích cam). Bánh răng trong và bánh răng ngoài ăn khớp với nhau gián tiếp qua các then hoa nghiêng nhờ có pis-ton chèn vào giữa các rãnh then. Khi pis-ton dịch chuyển trong rãnh then này thì bánh răng ngoài và bánh răng trong sẽ xoay tương đối với nhau làm cho trục cam xoay theo. Hình 1.19: Bộ điều khiển VVT-i và các trục cam