I
Ý KIẾN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2020
Chữ kí của giáo viên hướng dẫn


II
Ý KIẾN HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2020
Chữ kí của hội đồng phản biện


III
LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 7 tuần làm đồ án tốt nghiệp giờ đã hoàn thành. Em xin chân

thành cảm ơn.
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho em
trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp.
Khoa Cơng Nghệ Ơ tơ đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng
thời gian quy định.
Đặc biệt sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy Th.S Ngô Quang Tạo, thầy
đã giúp đỡ tận tình trong khi hồn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm
ơn q thầy trong khoa Cơng Nghệ Ô tô đã cho em những lời khuyên, động
viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt chương trình học và đồ án tốt
nghiệp này.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn, nên trong q
trình làm đồ án khơng thể tránh những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp
ý, nhận xét, đánh giá về nội dung cũng như hình thức trình bày của quý thầy và
các bạn để em hoàn thành tốt hơn các cơng việc của mình trong tương lai. Em
xin chân thành cảm ơn.


IV
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. III
MỤC LỤC ....................................................................................................... IV
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT ................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. 3
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN Ơ TƠ ........ 5
1.1. Nhiệm vụ .................................................................................................... 5
1.2. Yêu cầu....................................................................................................... 5
1.3. Phân loại ..................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CƠ

CẤU PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE Ơ TÔ ...................................................... 15
2.1. Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phân phối khí trên xe ơ tơ ........................... 15
2.2. Ngun lý hoạt động của hệ thống phân phối khí thơng thường ............. 21
2.3. Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống phân phối khí thơng minh ........ 27
CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VANOS
VÀ VALVETRONIC TRÊN XE BMW X5 30i 2007.................................... 34
3.1. Thông số cơ bản về kết cấu phân phối khí trên động cơ ......................... 34
3.2. VALVETRONIC ..................................................................................... 35
3.3. VANOS .................................................................................................... 45
CHƯƠNG 4: NHỮNG HƯ HỎNG, NGUYÊN NHÂN, BIỆN PHÁP SỬA
CHỮA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE Ơ TƠ ................................... 53
4.1. Một số lỗi cơ khí ...................................................................................... 53
4.2. Hư hỏng phần điện ................................................................................... 65
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71


1
DANH MỤC KÍ HIỆU, VIẾT TẮT
• DME: Digital mechanic electronic – bộ điều khiển động cơ.
• DOHC: Double OverHead Camshaft – hệ thống phân phối khí có hai trục
cam.
• EAV: Electro-magnetic Valve Actuation Systems – hệ thống van điều
khiển bằng điện từ.
• ECU: Electronic control units – bộ điều khiển động cơ.
• ETCS-i: Electronic Throttle Control System Intelligent - hệ thống điều
khiển bướm ga điện tử thơng minh.
• OHC: Overhead camshaft – trục cam nằm trên nắp máy.
• OHV: Overhead valve – van (xu-pap) nằm trên nắp máy.
• PWM: Pulse Width Modulation – chế độ điều chỉnh độ rộng xung.

• SOHC: Single OverHead Camshaft – hệ thống phân phối khí có một trục
cam.
• VANOS: Variable nockenwellensteurung – hệ thống trục cam biến thiên.
• VTEC: Variable valve Timing and lift Electronic Control – hệ thống phân
phối khí kiểm sốt độ nâng và thời gian đóng mở xu-pap.
• VVT-i: Variable valve timing intelligent – hệ thống phân phối khí thơng
minh.


2
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hệ thống phân phối khí xu-pap đặt ....................................................... 6
Hình 1.2: Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHV ..................................... 7
Hình 1.3: Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHC ..................................... 8
Hình 1.4: Hệ thống SOHC ................................................................................... 8
Hình 1.5: Hệ thống DOHC.................................................................................. 10
Hình 1.6: Cấu tạo của hệ thống điều khiển xu-pap bằng điện từ EVA .............. 11
Hình 1.7: Cấu tạo của VTEC .............................................................................. 12
Hình 1.8: Cấu tạo của VVT-i .............................................................................. 13
Hình 1.9: VarioCam trên xe Audi ....................................................................... 14
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu phân phối khí OHV trên xe ơ tơ ................... 15
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phân phối khí OHC ................................... 15
Hình 2.3: Hệ thống cam thơng minh ................................................................... 16
Hình 2.4: Trục cam trong đơng cơ ơ tơ tơ ........................................................... 16
Hình 2.5: Dẫn động trục cam bằng bánh răng .................................................... 17
Hình 2.6: Dẫn động trục cam bằng xích trên động cơ ơ tơ ................................. 18
Hình 2.7: Bánh răng dẫn động trục cam bằng đai răng ...................................... 19
Hình 2.8: Xupap trên động cơ ơ tơ ...................................................................... 19
Hình 2.9: Con đội thủy lực trên ơ tơ ................................................................... 21
Hình 2.10: Cị mổ trên động cơ ........................................................................... 21

Hình 2.11: Ảnh hưởng của việc thay đổi xu-pap xả ........................................... 24
Hình 2.12: Ảnh hưởng của góc mở sớm xu-pap nạp .......................................... 26
Hình 2.13: Nguyên lý VVT-i .............................................................................. 29
Hình 2.14: Nguyên lý VTEC .............................................................................. 31
Hình 2.15: Hệ thống cam thơng minh trên BMW............................................... 32
Hình 3.1: Cấu tạo hệ thống Valvetronic ............................................................. 35
Hình 3.2: Trục cam Valvetronic.......................................................................... 36
Hình 3.3: Mơ-tơ Valvetronic ............................................................................... 37
Hình 3.4: Cảm biến trục cam Valvetronic .......................................................... 37
Hình 3.5: Điểm min/max stop ............................................................................. 38


3
Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động Valvetronic ....................................................... 38
Hình 3.7: Biểu đồ kiểm sốt tải trọng động cơ ................................................... 41
Hình 3.8: Sơ đồ đường ống nạp trên động cơ N52 ............................................. 42
Hình 3.9: Đường đi khí nạp theo chế độ tải ........................................................ 43
Hình 3.10: Vị trí của cơ cấp chấp hành bướm gió .............................................. 44
Hình 3.11: Đường dầu van điện từ ...................................................................... 46
Hình 3.12: Van điện từ VANOS ......................................................................... 46
Hình 3.13: Cấu tạo van điện từ ........................................................................... 47
Hình 3.14: Cảm biến vị trí trục cam.................................................................... 47
Hình 3.15: Cụm VANOS .................................................................................... 48
Hình 3.16: Khóa VANOS ................................................................................... 48
Hình 3.17: Cấu tạo VANOS................................................................................ 49
Hình 3.18: Sơ đồ hệ thống thủy lực VANOS ..................................................... 50
Hình 3.19: Biểu đồ VANOS ............................................................................... 51
Hình 4.1: Dụng cụ kiểm tra sự đàn hồi lị xo ...................................................... 54
Hình 4.2: Kiểm tra độ thẳng đứng của lị xo ....................................................... 55
Hình 4.3: Kiểm tra độ thẳng đứng của lò xo ....................................................... 55

Hình 4.4: Bề mặt làm việc xu-pap bị cháy và rỗ................................................. 56
Hình 4.5: Kiểm tra độ kín xu-pap ....................................................................... 57
Hình 4.6: Cách ra xu-pap bằng tay...................................................................... 58
Hình 4.7: Cách rà xu-pap bằng máy.................................................................... 59
Hình 4.8: Trục cam bị xước do thiếu dâu bơi trơn .............................................. 61
Hình 4.9: Xupap bị cong ..................................................................................... 62
Hình 4.10: Kiểm tra đi xu-pap ........................................................................ 63
Hình 4.11: Van điện từ bị hỏng ........................................................................... 66
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Thông số cơ bản về động cơ ........................................................... 34
Bảng 4.1: Mã lỗi đối với BMW ...................................................................... 68
Bảng 4.2: Các mã lỗi thơng thường cảm biến vị trí trục cam của TOYOTA . 69


4
MỞ ĐẦU
Ơ tơ đã trở thành phương tiện quan trọng khơng thể thiếu trong cuộc sống
ngày nay. Nhưng ngồi những cơng dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì
nó vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi
nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần và nhất là gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục
những nhược điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động cơ đốt trong như hệ
thống phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống nạp và
thải của động cơ…Gần đây những cải tiến quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất
động cơ thường liên quan tới hệ thống nạp. Đây được coi như một linh hồn của
một khối động cơ. Và một trong những công nghệ được hãng BWM trang bị cho
động cơ của mình là Valvetronic và VANOS. Đây là một trong những công nghệ
đắt giá, là linh hồn của BMW trong công cuộc phát triển động cơ theo hướng thân
thiện với mơi trường. vì vậy, tơi quyết định chọn đề tài” Tìm hiểu cơ cấu phân
phối khí VANOS và VALVETRONIC trên xe BMW X5 30i 2007” làm đồ án
tốt nghiệp. Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ

thống phân phối khí và tìm hiểu về việc tối ưu hóa thời gian, thời điểm, độ nâng
và góc đóng mở của xu-pap để làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu,
thân thiện với môi trường. Phần sau chúng tôi phân tích kết cấu và nguyên lý hoạt
động của các hệ thống phân phối khí thơng minh trên các xe BMW X5 30i 2007.


5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN Ô TÔ
1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống phân phối khí dùng để nạp đầy hỗn hợp hịa khí đối với động cơ
xăng hay khơng khí sạch đối với động cơ diesel vào các xy-lanh ở kỳ nạp và thải
sạch khí thải trong xy-lanh ở kỳ xả.
1.2. Yêu cầu
 Đóng mở các xu-pap đúng lúc, đúng thì, đúng thứ tự hoạt động của động cơ,
đóng kín các của nạp và cửa thải trong kỳ nén, cháy và giãn nở
 Đảm bảo việc nạp đầy nghĩa là hệ số nạp phải lớn và việc xả sạch nghĩa là hệ
số khí sót phải nhỏ.
 Đảm bảo trị số “thời gian - tiết diện” thông qua phải lớn để dịng khí dễ lưu
thơng
 Xu-pap cần được mở sớm và đóng muộn tùy theo kết cấu của từng loại động
cơ và điều kiện vận hành của động cơ.
 Làm việc êm dịu, độ tin cậy và tuổi thọ cao, thuận tiện trong việc chế tạo, bảo
dưỡng, sửa chữa.
1.3. Phân loại
Hệ thống phân phối khí dùng cam và xu-pap được dùng phổ biến trên động
cơ đốt trong do kết cấu đơn giản và dễ dàng điều chỉnh. Loại này lại được phân
ra nhiều loại.
1.3.1. Hệ thống phân phối khí xu-pap đặt
1.3.1.1. Cấu tạo hệ thống phân phối khí xu-pap đặt
Cơ cấu phân phối khí dùng xu-pap đặt tồn bộ cơ cấu phối khí được đặt ở

thân máy gồm có:
 Trục cam, con đội, xu-pap, lị xo, cửa nạp và cửa xả.
 Trên con đội có lắp bu-lơng để điều chỉnh khe hở xu-pap, lò xo lồng vào xupap và được hãm vào đi xu-pap bằng móng hãm.
 Trục cam do trục khuỷu dẫn động qua cặp bánh răng hay đĩa xích.


6

Xupap

Lị xo xupap
Con đội
Cam
Trục cam
Hình 1.1: Hệ thống phân phối khí xu-pap đặt
1.3.1.2. Nguyên lý làm việc xu-pap đặt
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay với tỷ số truyền là 1/2, cơ cấu phân
phối khí sẽ làm việc như sau:
Khi đỉnh cam chưa tác dụng vào đi xu-pap, lị xo đẩy xu-pap đi xuống,
cửa nạp hoặc cửa xả được đóng lại.
Khi đỉnh cam quay lên, con đội tác dụng vào xu-pap nâng xu-pap đi lên,
cửa nạp hoặc cửa xả từ từ được mở ra. Khi con đội tiếp xúc ở vị trí cao nhất của
cam thì cửa nạp hoặc cửa xả được mở lớn nhất
Trục cam tiếp tục quay, đỉnh cam quay xuống, lò xo căng ra đẩy xu-pap đi
xuống đóng dần cửa nạp hoặc cửa xả. Khi con đội tiếp xúc tại vị trí thấp nhất của
cam thì cửa nạp hoặc cửa xả được đóng kín hồn tồn.
Nếu động cơ tiếp tục làm việc trục cam tiếp tục quay thì q trình làm việc
của cơ cấu phối khí xu-pap đặt lại được lặp lại như trên.
1.3.2. Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHV
Kiểu xu-pap treo: dùng phổ biến trên các động cơ hiện đại



7
Loại OHV (OverHead Valve): trục cam đạt dưới thân máy, xu-pap bố trí
trên nắp máy và được điều khiển qua con đội, đũa đẩy và cị mổ.
Vít điều chỉnh

Cị mổ
Lị xo
Nắp máy

Đũa đẩy

Khí nạp
pit-tơng

Con đội

Thanh truyền
Trục khuỷu
Trục cam
Hình 1.2: Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHV
Nguyên lý làm việc: Trục cam nằm trong thân máy và được dẫn động trực
tiếp bằng bánh răng hoặc qua xích. Khi trục cam quay làm cho bề mặt làm việc
của cam tác động vào con đội đẩy đũa đẩy đi lên làm cị mổ xoay quanh trục của
nó. Đầu kia của cị mổ ấn đi xu-pap đi xuống, lúc này lị xo bị nén lại. Xu-pap
đi xuống làm thông của nạp với xy-lanh động cơ nếu trong kỳ hút hoặc cửa thải
với xy-lanh động cơ nếu trong kỳ xả. Khi cam quay hết hành trình tác dụng thì lị
xo sẽ dãn ra đóng xu-pap lại kết thúc q trình hút hoặc thải. Quá trình này diễn
ra liên tục khi động cơ hoạt động, mỗi một chu kỳ xu-pap hút và xả chỉ mở một

lần.
Ưu điểm: có các ưu điểm của loại xu-pap treo như có thể tăng tỉ số nén
động cơ do buồng đốt có kết cấu nhỏ lại, diện tích truyền nhiệt giảm nên giảm tổn
thất nhiệt, tăng hệ số nạp và giảm hệ số khí sót do kết cấu đường nạp và thải thơng
thống hơn.
Nhược điểm: thân máy và nắp máy có kết cấu phức tạp hơn, tăng chiều cao
động cơ và cơ cấu dẫn động phức tạp.


8
1.3.3. Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHC
Loại OHC (OverHead Camshaft): loại có một trục cam đặt trên nắp máy
SOHC (Single OverHead Camshaft) và hai trục cam đặt trên nắp máy DOHC
(Double OverHead Camshaft) điều khiển trực tiếp xu-pap hoặc thơng qua cị mổ.
Trục cam xả
Con đội

Cị mổ

Lị xo xupap
Xupap nạp
Xupap thải

Trục khuỷu
Hình 1.3: Hệ thống phân phối khí xu-pap treo loại OHC
Ưu điểm: giống loại xu-pap treo OHV, trục cam nằm trên nắp máy thuận
tiện trong việc bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ghép.
Nhược điểm: dẫn động trục cam phức
tạp hơn, nắp máy khó đúc.
1.3.4. Hệ thống phân phối khí SOHC

SOHC (Single OverHead Camshaft)
nghĩa là động cơ chỉ có duy nhất một trục
cam bố trí ở nắp máy, phía trên các van. Trục
cam này dẫn động đóng mở trực tiếp cả xupap nạp lẫn xả thông qua con đội hoặc cị mổ

Hình 1.4: Hệ thống SOHC

tùy theo các hình dạng cam khác nhau. Động cơ SOHC thơng thường chỉ được bố


9
trí 2 van cho mỗi xi lanh, vẫn có thể dùng 3 van hoặc 4 van nhưng kết cấu truyền
động sẽ rất phức tạp nên hiếm khi được áp dụng.
SOHC với cấu tạo đơn giản kéo theo việc giảm giá bán, hoặc thay vào đó
sẽ đầu tư hơn vào thiết kế, tiện ích. Vì đây là loại động cơ thơng dụng nên khi bị
hỏng hóc dễ tìm được nơi sửa chữa, chi phí sửa chữa và thay thế cũng thấp hơn
nhiều.
Dù trên lý thuyết, SOHC có ưu thế hơn ở vòng tua thấp, còn DOHC vượt
trội ở vòng tua cao. Nhưng để so sánh loại động cơ nào hiệu quả hơn cịn phải dựa
vào vật liệu và độ chính xác khi chế tạo, do đó chạy thử trên điều kiện thực tế phù
hợp luôn là cách đánh giá chuẩn xác nhất. Ngồi ra, với tính chất thị trường như
Việt Nam, một chiếc xe trang bị động cơ SOHC sẽ có nhiều lợi thế hơn bởi giá
thành và chi phí sửa chữa thay thế không quá tốn kém.
1.3.5. Hệ thống phân phối khí DOHC
DOHC (Double OverHead Camshaft) là động cơ sử dụng 2 trục cam bố trí
trên nắp máy, mỗi trục dẫn động một bên xu-pap hút hoặc xả riêng biệt. Mục đích
chính của việc sử dụng động cơ DOHC nhằm tăng số lượng van trên mỗi xy-lanh
do loại động cơ này có thể bố trí 4 van trên mỗi xy-lanh tương đối đơn giản, nhờ
đó dễ dàng đạt tốc độ vòng quay lớn, đồng thời cho phép đặt xu-pap ở các vị trí
tối ưu giúp tăng khả năng vận hành.

DOHC có thể lắp 4 van hoặc nhiều hơn nên khi cùng một mức dung tích sẽ
cho cơng suất lớn hơn nhiều so với động cơ SOHC chỉ cho phép sử dụng 2 van
trên mỗi xi lanh. Việc có 2 trục cam riêng biệt cho 2 van hút và xả trong động cơ
DOHC cũng giúp xe hoạt động êm ái và ít nóng máy hơn những xe sử dụng động
cơ SOHC. Ở tốc độ thấp, động cơ SOHC sẽ tạo ra mơ-men cao hơn loại DOHC
có cùng dung tích, nhưng ở tốc độ cao, mô-men và công suất tối đa của DOHC
lại cao hơn, giúp máy khỏe hơn.
Ngoài ra, việc bố trí được bu-gi ở chính giữa đỉnh buồng đốt giúp cho động
cơ DOHC có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu tốt hơn. Ngược lại, động cơ SOHC do
trục cam phải đặt chính giữa buồng đốt để truyền động cho cả van nạp/xả nên bu-


10
gi phải đặt sang bên cạnh khiến hiệu quả sử dụng nhiên liệu kém hơn hẳn, do vậy
xe sử dụng động cơ SOHC thường hao xăng hơn động cơ DOHC.
Động cơ DOHC còn sở hữu ưu thế về khả năng ứng dụng công nghệ van
biến thiên, điều chỉnh trục cam giúp tối ưu hóa chế độ vận hành. Trong khi đó,
việc áp dụng hệ thống này trên SOHC lại gặp nhiều khó khăn.
Thế nhưng, những chiếc xe
trang bị động cơ DOHC thường có
giá thành cao hơn vì cấu tạo động
cơ phức tạp với nhiều chi tiết và
yêu cầu công nghệ cao hơn. Khi
gặp hư hỏng phải sửa đòi hỏi sự tỉ
mỉ và người thợ có tay nghề cao,
chi phí sửa chữa thay thế đắt đỏ.
Kết cấu cồng kềnh làm trọng
lượng xe tăng lên, điều này ảnh

Hình 1.5: Hệ thống DOHC


hưởng một phần đến khả năng vận
hành, hoặc buộc nhà sản xuất phải tối giản một số chi tiết để cân bằng.
1.3.6. Hệ thống phân phối khí khơng trục cam (Camless)
Hệ thống điều khiển xu-pap bằng điện từ EVA (Electro-magnetic Valve
Actuation Systems). ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến điều khiển cuộn solenoid
hay nam châm điện đóng mở trực tiếp xu-pap, hệ thống này khơng sử dụng trục
cam và có thể thay đổi được thời điểm, thời gian và độ nâng xu-pap một cách tối
ưu tùy thuộc vào các chế độ hoạt động của động cơ.
Gồm có loại điện từ, điện – thủy lực và loại thủy lực. Dưới đây trình bày
loại điện từ EVA (Electro-magnetic Valve Actuation Systems).
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 xu-pap 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. Những tiến bộ


11
trong công nghệ điều khiển thay đổi thời gian và độ nâng xu-pap. Trong những
năm gần đây đã cải thiện được hiệu suất và hiệu quả động cơ tuy nhiên các hệ
thống này vẫn còn phức tạp và chưa tối ưu. Hệ thống phân phối khí khơng 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 hịa khí mới vào trong
xy-lanh bằng việc thay đổi thời gian và hành trình xu-pap.

Hình 1.6: Cấu tạo của hệ thống điều khiển xu-pap bằng điện từ EVA
Cấu tạo cơ cấu chấp hành gồm nam châm điện (electromagnet) được đặt
phía trên đỉnh xu-pap, miếng sắt từ đóng vai rị phần ứng được kết nối với đi
xu-pap, các lị xo, chén chặn và xu-pap.

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 xu-pap ở vị trí đóng.
Khi từ tính do nam châm điện phía trên bị ngắt, miếng sắt phần ứng kết nối
với đuôi xu-pap sẽ bị kéo xuống bởi lò xo. Bộ chấp hành nam châm điện phía
dưới sẽ duy trì xu-pap ở vị trí mở.
Hệ thống sử dụng các nam châm điện để đóng mở xu-pap. Tín hiệu nhập
vào từ các cảm biến thơng qua mạch giao tiếp nhập/xuất như vị trí pit-tông, tốc
độ động cơ, tố độ xe, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí nạp…ECU liên tục nhận
tín hiệu từ các cảm biến sau đó tính tốn thời gian và độ nâng xu-pap tối ưu để


12
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: giảm 20% lượng tiêu thụ nhiên liệu, 20% các khí thải ơ nhiễm và
tăng 20% mômen xoắn ở tốc độ thấp, giảm ma sát do dễ bôi trơn và kết cấu đơn
giản không còn các bộ phận truyền động, nắp máy được đơn giản hóa.
Nhược điểm: tuy có rất nhiều ưu điểm nhưng động cơ với xu-pap điều khiển
điện tử vẫn có những khiếm khuyết như 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 hoặc tệ hơn
nếu xu-pap đóng mở khơng đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh pit-tông, hư hỏng động
cơ.
1.3.7. Một số hệ thống phân phối khí thơng minh
1.3.7.1. VTEC- HONDA
VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ "Variable valve Timing and lift
Electronic Control". Hệ thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của
các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua động cơ khác nhau.

Hình 1.7: Cấu tạo của VTEC

Động cơ bố trí 4 xu-pap cho mỗi xylanh, bao gồm 2 xu-pap nạp và 2 xupap xả. Hai vấu cam nạp có biên độ mở khác nhau, một cam có biên độ mở lớn
và một cam có biên độ mở nhỏ. Các pit-tơng lắp đặt bên trong cị mổ sẽ đẩy pittông đồng bộ di chuyển cùng hướng để ép pit-tơng chặn và lị xo lại tạo sự liên


13
kết hai cò mổ lại với nhau. Khi mất áp lực dầu, dưới sự hồn lực của lị xo thơng
qua pit-tông chặn sẽ được pit-tông đồng bộ trở về làm tách 2 cò mổ mở riêng rẽ.
Ở tốc độ thấp, hai cị mổ được tách rời, vì thế xu-pap hút thứ nhất điều khiển sự
phân phối chính trong khi đó xu-pap hút thứ hai chỉ hé mở để ngăn chặn nhiên
liệu tích luỹ ở cửa nạp. Ở tốc độ cao, hai cò mổ được liên kết thành một khối nhờ
vào pit-tơng đồng bộ. Vì vậy tốc độ này cả hai xu-pap đều chịu sự tác động của
vấu cam có biên độ mở lớn nhất.
1.3.7.2. VVT-i TOYOTA

Hình 1.8: Cấu tạo của VVT-i
Ngoài ra thiết kế của hệ thống VVT-i được đồng bộ với bướm ga điện tử
ETCS-i (bướm ga điện tử ETCS-i hoạt động nhờ một mô tơ cực nhạy điều khiển
bằng xung điện), đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (lúc này khơng khí khơng cịn đóng
vai trị hỗ trợ trong hệ thống điện – thủy lực nữa) và bộ chia điện bằng điện tử
cùng các bu-gi đầu iridium.
Đi cùng với khái niệm VVT-i Toyota là khái niệm dual VVT-i, vậy Dual
VVT-i là gì và có liên quan gì đến VVT-i. Dual VVT-i là hệ thống điều phối van
biến thiên thông minh kép có chức năng điều khiển thời điểm đóng mở đồng thời
của cả van nạp và van xả. Điểm này khác so với nguyên lý hoạt động VVT-i khi
mới chỉ can thiệp đến việc đóng mở van nạp. Vì vậy hệ thống dual VVT-i nhiều
điểm ưu việt hơn so với VVT-i, hệ thống giúp động cơ tăng công suất tối đa và
có khí thải ra mơi trường sạch hơn do tận dụng tối đa nhiên liệu hơn.


14

1.3.7.3. VarioCam - Audi

Hình 1.9: VarioCam trên xe Audi
Bằng việc điều khiển các xu-pap nạp xả một cách độc lập và liên tục, hệ
thống này cung cấp sự kết hợp của công suất tối đa, tiết kiệm nhiên liệu và đảm
bảo tiêu chuẩn khí thải bằng cách điều khiển chính xác xu-pap theo từng vòng tua
động cơ và mức tải của động cơ so với hệ thống khác.
Với một động cơ xăng thơng thường, khối lượng khơng khí nạp được điều
khiển bằng bướm ga, điều này làm tăng lực cản lượng khí nạp khi pit-tơng đi
xuống. VarioCam giúp cho khí nạp được lưu thơng dễ dàng bằng cách kiểm sốt
độ mở của xapap cũng như việc đóng/mở xu-pap đồng thời và liên tục. Do đó,
giúp cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách giảm thất thốt lượng khí nạp.
Cam thơng minh có một ưu điểm mạnh mẽ trong việc tăng công suất động
cơ tiết kiệm nhiên liệu phù hợp với xu hướng thân thiện mơi trường. Do đó các
hãng xe cạnh tranh nhau đưa ra các giải pháp về hệ thống phân phối khí thơng
minh.


15
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CƠ
CẤU PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE Ơ TƠ
2.1. Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phân phối khí trên xe ô tô
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phân phối khí trên xe ơ tơ
Cam tác động

Nhờ cặp
Bánh
răng

Lị xo


Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu phân phối khí OHV trên xe ơ tơ
2.1.2. Sơ đồ ngun lý cơ cấu phân phối khí OHC trên xe ơ tơ
Dẫn động trục cam
Trục khuỷu

Trục cam

Cam
tác
động

Xupap

Cò mổ

Con đội

Lò xo
Cửa thải (nạp) đóng (mở)
Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý hệ thống phân phối khí OHC


16
2.1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phân phối khí OHCrên xe e ơ tơ
Cảm biến
Cảm biến VVT-i
vị trí

Van điện từ


bướm ga

Cảm biến nước làm
mát

ECM

Van điện từ
Cảm biến VVT-i
Cảm biến vị trí trục khuỷu

Cảm biến lưu
lượng khí nạp

Hình 2.3: Hệ thống cam thông minh
Hệ thống cam thông minh điều khiển thời điểm đóng mở xu-pap bằng ECM,
ECM thu thập thơng tin từ các cảm biến như tốc độ xe cảm biến nhiệt độ nước,
cảm biến vị trí trục khuỷu để tính tốn rồi đưa ra tín hiệu đến van điện từ điều
chỉnh áp suất dầu bên trong cơ cấu điều khiển thay đổi góc đóng mở xu-pap theo
chế độ làm việc động cơ. Nhờ đó đảm bảo cơng suất mơ-men và độ phát thải khí
xả được cải thiện đáng kể.
2.1.4. Cấu tạo cơ cấu phân phối khí trên xe ơ tô
2.1.4.1. Trục cam
Số lượng cam đúng bằng số
xu-pap, chúng được bố trí sao cho
đảm bảo thứ tự nổ của các xy-lanh
của động cơ. Số cổ trục được tính
tốn, thiết kế tuỳ theo số lượng xylanh và cách bố trí các xi lanh, sao
cho đảm bảo độ cứng vững cho trục.

Biên dạng cam quyết định Hình 2.4: Trục cam trong đơng cơ ơ tơ
tơ tốn sao cho đảm bảo
thời điểm đóng, mở các xu-pap, vì vậy nó phải được tính
được các pha phối khí của động cơ theo như thiết kế, còn chiều cao của đỉnh cam


17
thì quyết định độ mở của xu-pap. Hiện nay, được sử dụng phổ biến hơn cả là các
cam có biên dạng đối xứng, nó đảm bảo đóng, mở xu-pap một cách êm dịu và dứt
khốt.
Thơng thường các cam được chế tạo liền với trục. Để giảm ma sát và mài
mòn khi làm việc, bề mặt của cam được gia công kỹ lưỡng: tơi thấm các-bon,
thấm ni-tơ và mài bóng.
Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gối đỡ trục, các gối này thường là
các ổ trượt .
2.1.4.2. Dẫn động trục cam
Trên các động cơ đốt trong hiện nay phổ biến 3 phương pháp dẫn động trục
cam: bằng bánh răng, bằng dây đai răng và bằng xích. Việc lựa chọn phương pháp
dẫn động phụ thuộc vào vị trí bố trí trục cam, loại động cơ và truyền thống của
hãng chế tạo. Chẳng hạn, các động cơ diesel công suất lớn thường sử dụng dẫn
động bằng bánh răng với các trục cam bố trí dưới (trong thân máy). Các động cơ
cỡ nhỏ, đặt trên các xe ôtô con thường sử dụng dẫn động xích hoặc đai răng.
Bánh răng chủ động
được lắp ở đầu trục khuỷu của
động cơ và truyền động cho
bánh răng (hoặc các bánh
răng) trên trục cam. Tỷ số
truyền của các cặp bánh răng
này bằng 2 đối với các động
cơ 4 kỳ. Trong một số trường

hợp các bánh răng dẫn động
bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên
liệu, bộ chia điện, ... cũng ăn

Hình 2.5: Dẫn động trục cam bằng bánh

răng
khớp với bánh răng dẫn động cam, tạo thành một cụm
và thường được bố trí trong
một hộp nằm ở phía đầu động cơ. Để đảm bảo độ êm dịu và giảm độ ồn khi làm


18
việc, các bánh răng dẫn động trục cam thường là các bánh răng nghiêng. Khi lắp
các bánh răng này cần lưu đặt đúng theo dấu đã đánh trên các bánh răng.
Ưu điểm của dẫn động bằng bánh răng là có độ bền và tuổi thọ cao mà kết
cấu lại đơn giản, tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là ồn. Hiện nay, dẫn động trục
cam bằng bánh răng chỉ còn được sử dụng chủ yếu trên các động cơ lớn, cịn trên
các động cơ ơtơ con, nó được thay thế bằng dẫn động đai răng và dẫn động
Đối với các động cơ có trục cam bố trí trên, ký hiệu OHC (overhead
camshaft) và các động cơ có 2 trục cam bố trí trên, ký hiệu DOHC (dual overhead
camshaft) thì trục cam nằm trên nắp máy, do vậy dẫn động bằng đai và xích thuận
lợi hơn nhiều so với dẫn động bánh răng. Hơn nữa, các dạng dẫn động này làm
việc có độ ồn ít hơn nhiều so với dẫn động bánh răng.
Dẫn động xích cũng cần phải được bơi trơn giống như dẫn động bánh răng.
Để đảm bảo cho xích ln có độ căng nhất định trong q trình làm việc thì cần
phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được. Ngồi ra, để tránh
rung động q mạnh của xích thì phải có bộ phận giảm chấn.

Hình 2.6: Dẫn động trục cam bằng xích trên động cơ ô tô



19
Dẫn động đai răng được sử dụng ngày càng nhiều trong thời gian gần đây
và chiếm số nhiều trên các động cơ ôtô con. Điều này được lý giải bởi các ưu
điểm nổi bật của dẫn động đai là: ít ồn hơn cả dẫn động xích, khơng cần bơi trơn
và khơng địi hỏi phải
điều chỉnh độ căng
trong q trình sử
dụng. Hơn nữa, dây đai
nhẹ hơn nhiều so với
các bánh răng hay xích.
Tuy nhiên, để chế tạo
được các dây đai đảm
bảo độ bền và tuổi thọ
cao thì cần phải có
cơng nghệ cao.

Hình 2.7: Bánh răng dẫn động trục cam bằng đai

2.1.5. Xu-pap

răng

Các xu-pap được cấu tạo gồm 2
phần: đầu và thân. Đầu xu-pap có hình
đĩa, mặt làm kín (tỳ lên đế xu-pap) được
chế tạo vát hình cơn (thường có góc
nghiêng là 45°). Đế xu-pap nằm trên
nắp máy và cũng có mặt vát tương tự.

Đế có thể được gia cơng trực tiếp trên
nắp máy (nếu nắp máy đúc bằng gang)

Hình 2.8: Xupap trên động cơ ô tô

hoặc chế tạo thành chi tiết rời rồi ép vào nắp máy. Các mặt tỳ của xu-pap và đế
phải được mài rà với nhau kỹ lưỡng trước khi lắp để đảm bảo độ kín. Thân xupap di chuyển trong ống dẫn hướng, ống này thường được chế tạo độc lập sau đó
ép vào nắp máy.
Nó vừa có nhiệm vụ dẫn hướng vừa làm kín. Do vậy, phần thân xu-pap
trượt trong ống phải được gia công với độ chính xác và độ bóng cao. Đi của xu-


20
pap thường là nơi bố trí chi tiết hãm. Kết cấu của khoá hãm tương đối đa dạng,
nhưng phổ biến hơn cả là loại khố hãm 2 nửa: mặt ngồi cơn, mặt trong trụ và
có gờ ăn vào rãnh tiện trên đi xu-pap. Khố này chặn đĩa đỡ phía trên của lị
xo, nhờ nó mà lực đẩy của lị xo được truyền sang thân xu-pap, đảm bảo cho mặt
tỳ của xu-pap luôn tỳ chặt lên đế, nghĩa là đảm bảo độ kín cho buồng đốt khi xupap ở trạng thái đóng.
Trong q trình làm việc của động cơ, xu-pap xả phải chịu nhiệt độ rất cao
do luồng khí cháy đi qua nó ở kỳ xả. Vì vậy, xu-pap xả thường được chế tạo bằng
thép hợp kim chịu nhiệt, còn xu-pap hút được chế tạo bằng thép crôm. Đôi khi
phần đầu và thân của xu-pap được chế tạo rời từ các loại vật liệu khác nhau và
ghép lại với nhau bằng mối hàn. Trong một số trường hợp, thân và đầu xu-pap
được làm rỗng, trong đó chứa các loại muối nóng chảy hay natri kim loại (nóng
chảy ở nhiệt độ 97° C). Khi gặp nhiệt độ cao, các chất này nóng chảy, làm tăng
khả năng điều hoà nhiệt độ trên toàn thân xu-pap (dẫn nhiệt nhanh từ vùng nóng
sang vùng nhiệt độ thấp hơn) và làm giảm nhiệt độ cho khu vực chịu nhiệt cao
của xu-pap.
Lị xo xu-pap có nhiệm vụ ép chặt mặt tỳ của xu-pap lên đế của nó để đảm
bảo giữ cho xu-pap ln đóng kín. Để định vị cho xu-pap nằm chính xác trên đế

của nó, trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng 2 lò xo lồng vào nhau và có
hướng xoắn ngược nhau.
2.1.6. Các chi tiết khác
Đối với các động cơ có xu-pap trên (OHC) và trục cam đặt dưới thì các cam
điều khiển các xu-pap đóng mở theo đúng pha phối khí nhờ một hệ thống dẫn
động cơ khí bao gồm con đội, đũa đẩy và đòn mở.


21
Con đội thường có dạng cốc hình trụ, mặt dưới của nó tỳ lên vấu cam, cịn
trong cốc chứa đầu dưới của đũa đẩy. Phía dưới của con đội có thể lắp con lăn
hoặc có dạng hình nấm để độ bền chống mài mịn trong q trình làm việc.
Trên một số động cơ của ôtô
du lịch hiện đại, người ta sử dụng
con đội thuỷ lực với mục đích đảm
bảo cho đầu dài địn mở ln tỳ sát
vào đi của xu-pap (khơng có khe
hở nhiệt), nhờ nó mà trong q
trình sử dụng không cần phải điều
chỉnh xu-pap. Hơn nữa con đội
thuỷ lực giúp cho cơ cấu làm

Hình 2.9: Con đội thủy lực trên ơ tơ

việc êm dịu và ít ồn hơn
Địn mở có dạng địn quay quanh một trục với 2 nửa địn có độ dài khơng
bằng nhau. Các địn được chế tạo từ thép bằng công nghệ dập, chúng được lắp lên
trục của giàn xu-pap thông qua các bạc bằng
đồng. Đầu dài của địn mở có mặt cầu để tỳ
lên đi của xu-pap.

Đối với các động cơ có trục cam đặt ở
trên nắp máy (OHC và DOHC) thì cơ cấu
phối khí khơng có đũa đẩy, các cam có thể
tác động trực tiếp lên các xu-pap hoặc thơng

Hình 2.10: Cị mổ trên động cơ

qua các địn mở đặc biệt.

ơ tơ

2.2. Ngun lý hoạt động của hệ thống phân phối khí thơng thường
2.2.1. Ngun lí hoạt động
Cơ cấu phân phối khí thơng thường sẽ làm việc như sau:
Trục cam đặt trên nắp máy và được dẫn động bằng trục khuỷu thông qua
dây đai hoặc xích. Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay với tỷ số truyền là ½.