Đề tài Tìm hiểu về hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless): Điện từ EVA (Electro-Magnetic Valve Actuation Systems)

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tên đề tài: Tìm hiểu về hệ thống phân phối khí không trục cam (Camless): Điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems) Giáo viên hướng dẫn: Lý Vĩnh Đạt Sinh viên thực hiện: Võ Văn Trung Mã số sinh viên: 13145302 Hồ Chí Minh - năm 2015 Giới thiệu khái quát Trục cam là một cơ cấu phức tạp, làm tăng trọng lượng động cơ và tiêu hao nhiều công suất do mất mát ma sát. Do kết cấu vật lý nên một cam chỉ điều khiển chuyển động của một xupap với các thông số thời điểm và độ nâng hạn chế do đó sẽ không tối ưu cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ. Hệ thống phân phối khí không trục cam được phát minh đã mang lại bước đột phá mới trong động cơ đốt trong. Với công nghệ này động cơ không cần sử dụng bướm ga đã làm giảm sự cản trên đường ống nạp và tổn thất do bơm, việc điều khiển lượng hòa khí mới vào trong xilanh bằng việc thay đổi thời gian và hành trình xupap. Với mong muốn sẽ thay đổi ngành công nghiệp ô tô, hiện tại, các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đang tiến hành phát triển và thử nghiệm một khối động cơ không sử dụng trục cam – Hệ thống phân phối khí không trục cam: Điện từ EVA. Cấu tạo Cấu tạo của hệ thống xupap điều khiển không trục cam gồm nam châm điện (electromagnet) được đặt phía trên đỉnh xupap, miếng sắt từ đóng vai trò phần ứng được kết nối với đuôi xupap, các lò xo hoàn lực, chén chặn và xupap. Khi nam châm điện phía trên được kích hoạt sẽ tạo ra một lực từ trường hút miếng sắt phần ứng lên trên cùng làm cho xupap ở vị trí đóng. Khi từ tính do nam châm điện phía trên bị ngắt, miếng sắt phần ứng kết nối với đuôi xupap sẽ bị kéo xuống bởi lò xo. Bộ chấp hành nam châm điện phía dưới sẽ duy trì xupap ở vị trí mở. Nguyên lý hoạt động 1 - Tín hiệu từ các cảm biến 4 - Xupap nạp 2 - ECU 5 - Nam châm điện trên xupap xả 3 - Nam châm điện trên xupap nạp 6 - Xupap xả Hệ thống sử dụng các nam châm điện 3 và 5 để đóng mở xupap 4 và 6. Tín hiệu nhập vào từ các cảm biến 1 thông qua mạch giao tiếp nhập/xuất như vị trí pittong, tốc độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạpECU liên tục nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó tính toán thời gian và độ nâng xupap tối ưu để điều khiển bộ chấp hành nam châm điện. Sự chính xác của tín hiệu đầu vào là rất quan trọng để động cơ hoạt động hiệu quả. Ưu điểm và nhược điểm 4.1 Ưu điểm Giảm khoảng 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, đồng thời giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường vì máy tính điện tử sẽ điều khiển các xupap đóng mở chính xác, mỗi xupap trong một xilanh có thể đóng mở hoàn toàn độc lập, một điều không thể có trong loại động cơ sử dụng trục cam. Kết cấu đợn giản không còn các bộ phận truyền động, nắp máy được đơn giản hóa, giảm được các bộ phận chuyển động nên lực cản động cơ do ma sát sẽ giảm đáng kể, từ đó công suất, momen xoắn được cải thiện do động cơ sinh công chỉ để làm bánh xe chuyển động, tăng khoảng 20% momen xoắn của động cơ ở tốc độ thấp. 4.2 Nhược điểm Chi phí của động cơ không trục cam điều khiển bằng điện từ cao hơn so với động cơ sử dụng trục cam truyền thống. Khả năng xảy ra trục trặc lớn do lệ thuộc nhiều vào các thiết bị điện tử, nếu máy tính điện tử gặp sự cố hoặc hệ thống điện có trục trặc, rất có thể động cơ sẽ cho ra lượng khí thải độc hại lớn, nếu xupap đóng mở không đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh pittong, hư hỏng động cơ. Hướng phát triển và ứng dụng Mặc dù có lợi thế hơn hẳn loại động cơ sử dụng trục cam truyền thống nhưng cho tới thời điểm này, những khó khăn về kỹ thuật đã khiến cho kiểu động cơ không sử dụng trục cam chưa thể có mặt trên thị trường. Hàng loạt các vấn đề lớn phát sinh khi thiết kế động cơ không sử dụng trục cam: xupap điều khiển điện phải đóng mở thật chính xác, đưa hệ thống điều khiển điện tử vào môi trường khắc nghiệt bên trong động cơ và phát triển phần mềm điều khiển. Hơn nữa, giá thành cao cũng là một trở ngại lớn. Ngay cả BMW đã dành hàng trăm triệu USD để phát triển công nghệ này, tuy nhiên, kết quả vẫn còn rất khiêm tốn. Valeo SA - Tập đoàn sản xuất phụ kiện xe hơi của Pháp đã tuyên bố họ đang hoàn thiện công nghệ động cơ không dùng trục cam cho các loại động cơ đốt trong trên xe hơi. Valeo đã hoàn thiện và đưa ra thử nghiệm hai chiếc Peugeot 407 sử dụng động cơ dùng xu páp điều khiển điện. Theo Thierry Morin, cả hai chiếc xe đã hoàn động tốt trong mọi điều kiện thời tiết với cấp độ thử nghiệm rất khắc nghiệt. Có thể trong tương lai công nghệ trục cam sẽ biến mất.