Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại

Động cơ ô tô là nguồn động lực giúp ô tô có thể chuyển động được trên đường. Từ khi ra đời, động cơ đã có nhiều cuộc cách mạng công nghệ làm thay đổi đáng kể kết cấu cũng như các thông số của động cơ. Với xu thế phát triển ngày một cao của nền công nghiệp ô tô bằng việc ứng dụng các thành tựu trong các lĩnh vực điện- điện tử và công nghệ thông tin. Yêu cầu về tăng tốc hay nói cách khác là nâng cao tốc độ của ô tô là mục...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại KS.Nguyễn Hùng Mạnh Các phương pháp điều khiển đường đặc tính động cơ trên ô tô hiện đại Động cơ ô tô là nguồn động lực giúp ô tô có thể chuyển động được trên đường. Từ khi ra đời, động cơ đã có nhiều cuộc cách mạng công nghệ làm thay đổi đáng kể kết cấu cũng như các thông số của động cơ. Với xu thế phát triển ngày một cao của nền công nghiệp ô tô bằng việc ứng dụng các thành tựu trong các lĩnh vực điện- điện tử và công nghệ thông tin. Yêu cầu về tăng tốc hay nói cách khác là nâng cao tốc độ của ô tô là mục đích của các nhà chế tạo ô tô trong tương lai. Động cơ nguyên thủy ban đầu không đáp ứng được yêu cầu này. Để có thể hiểu rõ hơn, có thể tìm hiểu từ đường đặc tính ngoài của động cơ như trên hình 1. Hình 1 : Đường đặc tính mômen xoắn của động cơ Qua đồ thị đặc tính mômen xoắn ta thấy, với động cơ nguyên thủy cho mô men xoắn cao ngay cả khi tốc độ của xe thấp đồng thời cho phép chạy không tải ổn định. Tuy nhiên nhược điểm là vùng vận tốc bị giới hạn nhỏ, khi vượt quá giới hạn vận tốc này các giá trị về mô men xoắn, công suất đều giảm nhanh chóng, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, xe không có khả năng tăng tốc được nữa. Vấn đề đặt ra là cần thiết nâng cao tốc độ lớn nhất của ô tô hay mở rộng vùng làm việc của động cơ ở số vòng quay cao. Từ đồ thị ta thấy khi dịch chuyển đường đặc tính ngoài cho phép 1 Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại KS.Nguyễn Hùng Mạnh phát huy công suất cực đại của động cơ, giá trị công suất, mô men xoắn cực đại có thể tăng thêm. Như vậy mong muốn có được động cơ có hai đặc tính như trên để có thể phát huy được hết các ưu điểm và khắc phục được các nhược điểm vốn có của động cơ nguyên thủy. Để làm được điều này, các hãng ô tô ở các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển đã nghiên cứu và triển khai nhiều công nghệ khác nhau. Sau đây là một số phương pháp điều khiển hiện đang được ứng dụng trên các loại xe hiện đại của các hãng. 1. Điều khiển pha phối khí của động cơ: Ở các nhà sản xuất khác nhau, công nghệ ứng dụng có thể khác nhau, do vậy tên gọi của hệ thống điều khiển này thường quy định theo chính nhà thiết kế. Trong nhóm điều khiển pha phối khí của động cơ: Hãng Honda dùng thuật nhữ VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) hoặc VTC (Valve Timing Control), Hãng GM dùng thuật ngữ VVT ( Variable Valve Timing), Hãng Toyota dùng thuật ngữ VVT-i (Variable Valve Timing-Intelligent) hoặc VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift- Intelligent). Pha phối khí của động cơ được quyết định bởi cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình trao đổi khí trong xy lanh động cơ. Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí là nạp đầy nhiên liệu và thải sạch khí cháy ra khỏi buồng đốt đáp ứng được mọi chế độ làm việc của động cơ. Trên ô tô hiện nay phổ biến vẫn là loại cơ cấu phối khí dùng cam – xupáp. Pha phối khí của cơ cấu phối khí phụ thuộc vào việc đặt dấu cam và biên dạng cam của trục cam. Xuất phát từ điều này mà các tác động điều khiển đến cơ cấu phối khí nhằm vào tác động điều khiển đặt tự động dấu cam (xoay trục cam đi một góc nào đó so với thời điểm ban đầu) hoặc là thay đổi kết cấu biên dạng cam. a) Đặt lại dấu cam tự động: Trên các loại xe hiện đại, công việc này có thể thực hiện bằng cách điều khiển tự động thay đổi chiều căng đai cam (đối với loại dẫn động trục cam bằng dây đai). Khi thay đổi chiều căng đai cam, bánh răng đầu 2 Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại KS.Nguyễn Hùng Mạnh trục cam bị xoay đi một góc so với góc ban đầu làm xoay trục cam. Hoặc dùng khớp dầu đầu trục cam để làm xoay trục cam như trên hình 2. Bộ chấp hành của bộ điều khiển VVT-i dùng để điều khiển xoay trục cam nạp. Vỏ của nó được dẫn động bởi xích cam, nhận chuyển động từ trục khuỷu động cơ. Các cánh gạt được lắp trên trục cam. Sự thay đổi chiều áp lực dầu làm xoay cánh gạt đồng thời cam quay, làm thay đổi thời điểm phối khí của trục cam nạp. Hình 2 : Điều khiển pha phối khí bằng việc thay đổi khớp dầu đầu trục cam ECU sau khi nhận được các thông tin từ các cảm biến gửi về, tính toán thời điểm đóng mở xu páp tối ưu phù hợp với các chế độ của động cơ và gửi tín hiệu điều khiển van phân phối dầu đến trục cam. Việc cấp dầu làm quay cánh gạt lắp trên trục cam dẫn đến làm sớm, muộn hay duy trì thời điểm phối khí. Các trạng thái cụ thể như sau: 3 Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại KS.Nguyễn Hùng Mạnh *) Trạng thái làm sớm: ECU điều khiển van phân phối dầu, cấp dầu theo đường đi như hình 3, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt, làm xoay Hình 3 : Trạng thái sớm pha phối khí trục cam theo chiều làm sớm pha phối khí. *) Trạng thái làm muộn: Ngược lại trạng thái trên, ECU điều khiển van cấp dầu đi theo chiều như hình 4, áp suất dầu làm cánh gạt quay, trục cam quay theo theo chiều làm Hình 4 : Trạng thái muộn pha phối khí muộn pha phối khí *) Trạng thái giữ: ECU tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng đang hoạt động của động cơ. Sau khi đặt pha phối khí chuẩn, van phân phối dầu được điều khiển Hình 5 : Trạng thái giữ pha phối khí đóng van như hình 5 4 Hệ thống cơ - điện tử ô tô hiện đại KS.Nguyễn Hùng Mạnh b) Thay đổi biên dạng cam: Trên các loại xe hiện đại, trục cam có thể có hai vấu cam hoặc ba vấu cam (cam tốc độ thấp và ...