Nghiên cứu tổng quan về động cơ không trục cam

Bài viết "Nghiên cứu tổng quan về động cơ không trục cam" tập trung nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động của loại động cơ không trục cam này. Bộ truyền van động cơ không trục cam, trong đó chuyển động của các van nạp và xả hoàn toàn độc lập với chuyển động của pít-tông, hiện đang là chủ đề của một hoạt động nghiên cứu chuyên sâu, cả từ giới học thuật và một số nhà sản xuất. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng quan về động cơ không trục cam NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC CAM Lê Hồng Trọng Phú, Lê Minh Quốc Huy*, Nguyễn Hữu Vinh Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: Huỳnh Quang Thảo TÓM TẮT Động cơ đốt trong là nguồn động lực quan trọng đối với các phuơng tiện giao thông. Động cơ đốt trong truyền thống sử dụng trục cam để dẫn động các van nạp và xả thông qua các cơ cấu cơ khí. Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ và mặc dù ngày nay các nhà sản xuất dộng cơ đã sử dụng cơ cấu van biến thiên thông minh (Variable Valve Timing – Intelligent, Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) tuy nhiên sự đóng mở của các van vẫn phụ thuộc lớn vào kết cấu và hoạt động của trục cam và trục khuỷu. Chính vì điều này đã dẫn đến sự hoạt động của động cơ tạo ra công suất, mô men xoắn, tiêu hoa nhiên liệu, khí xả không đạt được giá trị tối ưu. Bộ truyền van động cơ không trục cam, trong đó chuyển động của các van nạp và xả hoàn toàn độc lập với chuyển động của pít-tông, hiện đang là chủ đề của một hoạt động nghiên cứu chuyên sâu, cả từ giới học thuật và một số nhà sản xuất. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động của loại động cơ không trục cam này. Từ khóa: Camless, Động cơ không trục cam, Điều khiển xupap, freevalve, Van nạp xả biến thiên. 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC CAM Động cơ không trục cam hoặc van tự do là động cơ có van nạp và xả vận hành bằng bộ truyền động điện từ, thủy lực hoặc khí nén thay vì các trục cam thông thường. Trục cam thường có một thùy trên mỗi van, với thời gian và độ nâng của van cố định. Mặc dù nhiều động cơ hiện đại sử dụng phân kỳ trục cam, nhưng việc điều chỉnh độ nâng và thời gian van trong động cơ đang hoạt động sẽ khó khăn hơn. Một số nhà sản xuất sử dụng các hệ thống có nhiều hơn một vấu cam, nhưng đây vẫn chỉ có một vài cấu hình có thể hoạt động cùng một lúc. Đối với động cơ không trục cam, các van sẽ được kích hoạt đóng mở bởi một cơ chế khác, chẳng hạn như điện, thủy lực hoặc khí nén (gọi là các bộ hay module truyền động). Thời gian và độ nâng của van được điều khiển điện tử bằng máy tính. Máy tính nhận thông tin về trạng thái hiện tại của động cơ từ các tín hiệu về khí nạp, nhiên liệu, khí thải (oxy), điều kiện tải… và cảm biến tại chính module nâng van, và tùy thuộc vào những gì mong muốn tại thời điểm này, chương trình điều khiển sẽ xác định thời điểm, khoảng, thời gian và lượng mở van tối ưu nhất. trong đó lực nâng và thời gian van có thể được điều chỉnh tùy ý từ van này sang van khác và từ chu kỳ này sang chu kỳ khác. Nó cũng cho phép nhiều sự kiện nâng trên mỗi chu kỳ hoạt động, cho phép không nâng mở van trong mỗi chu kỳ công suất — xilanh tắt hoàn toàn (tắt xả, tắt nạp hoặc tắt cả xả và nạp). Đây là một lợi thế lớn cho việc kiểm soát quá trình đốt cháy. 2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VAN 278 Hình 1. Sơ đồ điều khiển Các cảm biến: Các cảm biến đo các thông số như vị trí của piston, vòng tua động cơ, lượng khí nạp và áp suất nạp, nhiệt độ khí nạp, …. để giúp bộ điều khiển điều chỉnh van đúng cách. Bộ điều khiển trung tâm (ECU): Là bộ điều khiển trung tâm của hệ thống, nó điều khiển cơ cấu chấp hành làm thay đổi hoạt động của các van nạp và xả để tạo ra đúng tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu/khí cho quá trình đốt cháy và cải thiện hiệu suất động cơ phù hợp với từng điều kiện hoạt dộng của đông cơ. Cơ cấu chấp hành: Là bộ phận nhận tín hiệu điều khiển từ ECU để điều khiển trực tiếp các van nạp và xả. Cơ cấu chấp hành có thể ở dạng điện tử hoặc thủy lực. 2.1 Truyền động van điện tử Truyền động van điện từ (Electromagnetic Valve Actuation - EMVA) mang lại sự linh hoạt về thời điểm, khoảng thời gian và lực nâng của van. Hoạt động của van trong loại hệ thống này thường được thực hiện bằng sự kết hợp khác nhau của các solenoid điện từ và lò xo cơ học. Hình 2. Truyền động van điện tử [1] Bộ truyền động cơ điện thường được chế tạo với hai cuộn dây điện từ và hai lò xo. Như có thể thấy trong Hình 2, bộ điều khiển điện (ECU) nhận đầu vào từ cảm biến vị trí trục khuỷu và một số tín hiệu khác để đóng van, điều này sẽ kích hoạt Solenoid 1 bằng cách lấy dòng điện từ ắc quy. Dòng điện được truyền qua bộ điều biến độ rộng xung (PWM) giúp điều chỉnh biên độ của dòng điện hoặc điện áp để điều khiển tốc độ và độ mở của van. Từ trường do solenoid 1 tạo ra sẽ hút phần ứng ở vị trí phía 279 trên. Lò xo 1 bị nén và do đó đóng van. Ngược lại, khi cuộc dây solenoid 2 được cung cấp điện thì từ trường của cuộn dây này kéo phần ứng xuống để mở van. Hệ thống điện từ EMVA có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với hệ thống van dẫn động trục cam tiêu chuẩn ở cùng tốc độ ...