MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ................................................................................
5
1. Khái niệm .........................................................................................................
5
2. Một số hệ thống điều khiển ngắt xi-lanh trên các hãng xe ..........................
6
2.1. Hệ thống VCM – Variable Cylinder Management của Honda ......................
6
2.2. Hệ thống COD – Cylinder On Demand của Audi .........................................
7
2.3. Hệ thống MDS - Multi-Displacement System của Chrysler .........................
8
3. Lịch sử phát triển ............................................................................................
9
4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................
11
5.
Ưu
nhược
điểm
.............................................................................................. 12 5.1. Ưu điểm
........................................................................................................ 12
5.2. Nhược điểm .................................................................................................. 13
CHƯƠNG II TÌM HIỂU VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
XILANH THAY ĐỔI (VARIABLE CYLINDER MANAGEMENT) .............
14
1. Giới thiệu tổng quan đề tài ...........................................................................
14
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...............................................................................

14
1.2. Mục tiêu nghiên cứu .....................................................................................
14
1.3. Đối tượng nghiên cứu và phạm bi nghiên cứu .............................................
15
1.4. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................
15


SVTH :Nguyễn Quốc Hưng BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 2

1.
ội dung nghiên cứu .................................................................................... 15
1.6. Ý tưởng thiết kế mô phỏng ..........................................................................
15
2. Mô hỉnh mô phỏng ECU hệ thống ngắt xilanh chủ động .....................................................................................................
16
2.1. Sơ đồ tổng quan ............................................................................................
16
2.2. Các chế độ hoạt động ...................................................................................
16
2.3. Nguyên lý hoạt động hệ thống ngắt xi-lanh chủ động trên động cơ Honda
19
2.4. Sơ đồ khối hệ thống......................................................................................
20
3. Một số cảm biến sử dụng trong quá trình hệ thống ECU điều khiển ngắt
xi-lanh ................................................................................................................
21
4. Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống ECU ngắt xi-lanh .........................
26

5. Lựa chọn linh kiện .........................................................................................
27
5.1. Arduino .........................................................................................................
27
5.2. Biến trở .........................................................................................................
28
5.3. Màn hình LCD1602 và module I2C ............................................................
29
5.4. Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD ....................................................
30
6. Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh ...............
31

7.

Chương

trình

..............................................................

lập
32

trình
8.

Mơ

điều

hình

khiển
thực

tế

............................................................................................. 37 CHƯƠNG III
KẾT QUẢ.................................................................................. 38


1. Về lý thuyết ....................................................................................................
38
2. Về mặt thực tế ................................................................................................
38
CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................
38

Trang 2


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
PHẦN 1

Hình 1.1: Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên .................................................
5
Hình 1.2: Cơng nghệ ngắt xi-lanh ở động cơ 6 xy lanh ........................................
6
Hình 1.3: Động cơ sử dụng cơng nghệ ngắt xi-lanh Honda J35A ........................
7

Hình 1.4: Chế độ ngắt xi-lanh của Audi ...............................................................
8
Hình 1.5: Động cơ V8 5.7L HEMI với hệ thống MDS. .......................................
8
Hình 1.6: Động cơ bật tắt – hit and miss engine ...................................................
9
Hình 1.7: Mitsubishi Lancer sử dụng cơng nghệ MD (Modulated Displacement)
.............................................................................................................................
10
Hình 1.8: Chế độ ECO tiết kiệm nhiên liệu hãng xe Honda ...............................
15
PHẦN ................................................................................3

Hình 2.1: Nguyên lý chung hệ thống ngắt xi-lanh chủ động ....................................18
Hình 2.2: Các chế độ hoạt động của xe ....................................................................18
Hình 2.3: Động cơ hoạt động 6 xi-lanh ....................................................................18
Hình 2.4: Động cơ hoạt động 3 xi-lanh ....................................................................19
Hình 2.6: Cơ cấu mgắt xi-lanh trên động cơ.............................................................21
Hình 2.7: Chế độ xi-lanh hoạt động bình thường .....................................................21
Hình 2.8: Chế độ xi-lanh bị ngắt (khơng hoạt động) ................................................22
Hình 2.9: Sơ đồ khối hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh ...................................22

Trang 3


PHẦN 3

Hình 3.1:Cảm biến vị trí bàn đạp ga ...................................................................
21
Hình 3. 2:Sơ đồ mạch và đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga ..............

22
Hình 3. 3: Sơ đồ mạch và đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga ............
22
Hình 3. 4: Cảm biến vị trí bướm ga ....................................................................
23
Hình 3.6: Cấu tạo cảm biến đo tốc động loại điện từ ..........................................
25
Hình 3.7: Ở tốc độ cao biên độ, tần số điện áp cao hơn .....................................
25
Hình 3.8: Sơ đồ đồ mạch của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí xi-lanh ............
26
Hình
5.
2:
Arduino
R3
......................................................................................... 27
Hình 5. 3: Biến trở 100K .....................................................................................
28
Hình 5. 4: Màn hình LCD1602 ...........................................................................
29
Hình 5. 5: Sơ đồ chân Màn hình LCD 1602 Xanh Lá ........................................
30
Hình 5. 6: Mạch Chuyển Đổi Giao Tiếp I2C Cho LCD .....................................
30
Hình 5. 7: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển ..........................................................
31
PHẦN 8
Hình 8. 1: Hình ảnh mơ hình thực tế 1 ................................................................
37


Hình

8.

2:

Hình

anh

................................................................ 37

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Trang 4

mơ

hình

thực

tế

2


Bảng 1: Bảng tóm tắt các chế độ hoạt động xe ...................................................
18
Bảng 2: Bảng thông số kĩ thuật Arduino R3 .......................................................

28

CHƯƠNG I TỔNG QUAN
1. Khái niệm
Thể tích cơng tác biến thiên (Variable Displacement) trên động cơ là công nghệ
thay đổi thể tích cơng tác động cơ (Engine Displacement) bằng cách ngắt một số xilanh khi làm việc ở chế độ tải nhỏ hay còn gọi là hệ thống quản lý xi-lanh chủ động
thay đổi VCM (Variable Cylinder Management) trên Honda. Ngồi ra hệ thống ngắt
xi-lanh cịn có một số tên gọi khác nhau như: Cylinder Deactvation (CDA) trên
Toyota. Hệ thống Active Cylinder Control (ACC) trên Mercedes hay Multidisplacement System (MDS) trên Chrysler...

Trang 5


Hình 1.1: Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên
Cơng nghệ ngắt xi-lanh trên động cơ được thực hiện bằng cách giữ cho các xú
páp nạp và xả ở vị trí đóng đối với các chu kỳ làm việc của động cơ. Đồng thời, ngắt
hệ thống đánh lửa và nhiên liệu đến các xi-lanh bị ngắt để tiết kiệm năng lượng, nhiên
liệu và giảm khí xả gây ơ nhiễm mơi trường. Bằng cách đóng các xú páp khi cần ngắt
xy lanh, vì vậy xi-lanh bi ngắt được xem như một lị xo khơng khí "air spring". Lị xo
khơng khí này thực hiện q trình nén và giãn nở có chu kỳ, điều này loại bỏ các công
tổn thất.
Công nghệ ngắt xi-lanh chủ động trên động cơ ô tô thường là từ động cơ V6 trở
lên, động cơ có thể chỉ làm việc với 4 hoặc 3 xi-lanh để giảm 8 – 25% lượng nhiên liệu
tiêu thụ. Ở mức tải bằng 30% công suất tối đa, trên các động cơ cở lớn bướm ga gần
như đóng hồn tồn. Điều này đã cản trở q trình cấp khí cho các xy lanh, thiếu
khơng khí,áp suất và nhiệt độ nén giảm khiến q trình cháy kém hiệu quả, hiệu suất
nhiệt thấp khi tải động cơ nhỏ.
Thay vì để các máy tranh giành lượng khí ít ỏi, công nghệ điều khiển xy-lanh
biến thiên sẽ cho một số máy ngừng làm việc, để nhường khí nạp cho các xy-lanh cịn
lại. Một số buồng đốt nhận khí nhiều hơn làm tăng áp suất nén, vì thế hiệu suất nhiệt

được cải thiện. Theo tính tốn, lượng nhiên liệu tiêu thụ có thể giảm 8-25% khi xe
chạy trên đường cao tốc.

Trang 6


Hình 1.2: Cơng nghệ ngắt xi-lanh ở động cơ 6 xy lanh
Trên các xi-lanh tạm dừng làm việc, các van xả và nạp đóng kín, hỗn hợp khơng
khí trong buồng đốt bị cơ lập với bên ngồi. Lúc này, chúng có vai trị như một chiếc
lị xo. Nó sẽ bị nén khi khi pít tơng đi từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên
(ĐCT), và giãn nở trong hành trình ngược lại từ ĐCT xuống ĐCD. Quá trình giãn nở
của khối khí cơ lập tạo sự cân bằng tổng thể, đồng thời không gây ra phụ tải cho động
cơ. Ví dụ điển hình nhất cho cơng nghệ này là loại động cỡ lớn V12 chỉ có 6 xy-lanh
làm việc khi tải trọng thấp.
Quá trình chuyển đổi trạng thái được thực hiện bằng cách thay đổi đồng bộ hệ
thống đánh lửa, hệ thống phân phối khí, và vị trí bướm ga.
2. Một số hệ thống điều khiển ngắt xi-lanh trên các hãng xe
2.1. Hệ thống VCM – Variable Cylinder Management của Honda
Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên (Variable Cylinder Management – VCM)
được Honda giới thiệu vào năm 2004 trên mẫu xe Hybrid Accord, đây là hãng đầu tiên
sử dụng công nghệ này trên động cơ 6 xi-lanh và được xem là bước đột phá của Honda
trong việc nâng công suất cũng như tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi
trường.
Công nghệ này cho phép ngắt, không bơm nhiên liệu vào xi-lanh theo điều khiển
của máy tính tùy theo từng điều kiện vận hành (có thể ngắt nhiên liệu vào 2 hoặc 3
xilanh cùng lúc) mà vẫn đảm bảo xe vận hành tốt.
Trang 7


Hình 1.3: Động cơ sử dụng cơng nghệ ngắt xi-lanh Honda J35A

2.2. Hệ thống COD – Cylinder On Demand của Audi
Đối với hãng Honda hệ thống ngắt giảm xi-lanh gọi là Variable Cylinder
Management, cịn với hãng Audi thì gọi là Cylinder On Demand - COD. Ở hãng Audi
họ sử dụng hệ thống COD trên các xe có động cơ 4, 8 và 12 xy lanh, số xi-lanh ngắt
giảm ở động cơ 4 xi-lanh là 2, ở động cơ 8 xi-lanh là 4 và ở động cơ 12 xi-lanh là 6.
Khác với hãng Honda, ở hãng Audi chỉ ngắt giảm xi-lanh ở một chế độ duy nhất
và khi ngắt giảm nó sẽ ngắt đi một nửa số xi-lanh của động cơ. Đối với mỗi loại động
cơ của Audi thì điều kiện ngắt xi-lanh cũng khác nhau.

Trang 8


Hình 1.4: Chế độ ngắt xi-lanh của Audi
2.3. Hệ thống MDS - Multi-Displacement System của Chrysler
Đây là hãng sản xuất đầu tiên áp dụng công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên
trên động cơ V8. Hệ thống này cho phép ngắt giảm một nửa số xi-lanh khi xe hoạt
động ở các chế độ không yêu cầu công suất cao để tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 1.5: Động cơ V8 5.7L HEMI với hệ thống MDS.

Trang 9


3. Lịch sử phát triển
Phát minh tiền thân cho công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên là loại động cơ
bật – tắt (hit and miss engine) ở thế kỉ 19. Thay vì sử dụng bướm ga để thay đổi tốc độ
quay trục khuỷu, thì động cơ này giảm tốc độ bằng cách ngừng làm việc, và khi muốn
tăng duy trì tốc độ, động cơ sẽ làm việc trở lại.

Hình 1.6: Động cơ bật tắt – hit and miss engine

Cuộc thử nghiệm động cơ điều khiển xi-lanh biến thiên đầu tiên được Cadillac
thực hiện trên động cơ V8 vào năm 1981 và trở thành tiêu chuẩn cho các các mẫu xe
Cadillac. Việc hợp tác với Eaton Corporation đã giúp Cadillac phát triển hệ thống điều
khiển động cơ V-8-6-4 sử dụng ECU đầu tiên cho phép chuyển đổi động cơ từ trạng
thái 8 về 6 rồi về 4 xi-lanh tùy thuộc vào công suất sử dụng. Hệ thống này điều khiển
tắt 2 xi-lanh nằm đối diện, do đó động cơ có thể làm việc ở 3 chế độ khác nhau (8, 6
hoặc 4 xy lanh). Nhưng có một số vấn đề rắc rối xảy ra và những hỏng hóc khơng thể
lường trước đã kìm hãm sự phát triển của cơng nghệ này.
Một năm sau đó, Mitsubishi phát triển hệ thống tương tự có tên MD (Modulated
Displacement) trên động cơ 1.4L 4 xi-lanh thẳng hàng. Mitsubishi tự hào là hãng đầu
tiên trên thế giới áp dụng công nghệ này.

Trang 10


Hình 1.7: Mitsubishi Lancer sử dụng cơng nghệ MD (Modulated Displacement)
Hãng xe Nhật tiếp tục ứng dụng công nghệ MD lên động cơ V6, nhưng chỉ được
một thời gian ngắn bởi thiếu vắng những phản ứng phía từ người mua. Năm 1993, một
năm sau khi Mitsubishi phát triển công nghệ trục cam biến thiên, Mivec-MD được giới
thiệu đã làm sống lại công nghệ MD lần 2 với bộ điều khiển điện tử cho phép chuyển
đổi động cơ từ 4 xi-lanh về 2 xi-lanh một cách trơn tru. Mivec-MD làm giảm mức tiêu
thụ nhiên liệu từ 10-20%, dù bước phát triển này là do công nghệ điều khiển trục cam
chứ không phải hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên. Vì thế, năm 1996, Modulated
Displacement bị loại bỏ.
Cuối thập kỷ 90, Mercedes thử nghiệm công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên
lên động cơ V12, tiếp sau đó Chrysler, GM và Honda cũng giới thiệu những công nghệ
tương tự. Năm 1998, Chrysler đã giới thiệu lại công nghệ ngắt giảm xi-lanh trên động
cơ 5.0L V8 và 6.0L V12, được Mercedes- Benz sử dụng. Hệ thống này có thể ngắt
giảm 4 đến 6 xy lanh.
Hãng Honda cũng áp dụng công nghệ này nhưng với tên gọi là Variable Cylinder

Management (VCM) vào năm 2005 trên động cơ xăng 3.5L V6, nhưng chỉ có thể ngắt
được 1 trong 3 xi-lanh nằm thẳng hàng.
Sau năm 2008 giá nhiên liệu liên tục tăng cao, người tiêu dùng đang tìm kiếm
những loại động cơ tiết kiệm nhiên liệu đồng thời đảm bảo công suất hoạt động, điều
Trang 11


này sẽ là một cơ hội để công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên tiếp tục phát triển
trong tương lai.
4. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Hiện nay có rất nhiều cơng trình nghiên cứu đến hệ thống ngắt xi-lanh chủ động,
nhưng đa số các nghiên cứu đều ở ngồi nước và số lượng cịn hạn chế. Năm 2001, P.
Kreuter và các cộng sự nghiên cứu một động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng mà có thể
ngắt bớt 2 xi-lanh khi làm việc ở chế tải thấp. Kết quả nghiên cứu chứng minh có thể
cải tiến 20% hiệu suất động cơ và giảm từ 10 ÷40% khí xả độc hại trên động cơ ở chế
tải thấp .
Một nghiên cứu khác, tác giả R. T. Nate và các cộng sự sử dụng hệ thống phân
phối khí điện từ để có thể ngắt từ 2 đến 4 xú páp tuỳ thuộc vào chế độ hoạt động. Kết
quả nghiên cứu chỉ ra có thể cải tiến đến 11.5% suất tiêu hao nhiên liệu ở chế độ tải
thấp khi ngắt bớt 2 xi-lanh trên động cơ không trục cam thẳng hàng 4 xi-lanh với dung
tích xi-lanh là 2.0 lít .
Tương tự, một động cơ xăng 6 xi-lanh với kỹ thuật quản lý xi-lanh chủ động
được nghiên cứu bởi tác giả Fujiwara và các cộng sự. Số xi-lanh chủ động được quyết
định bởi điều kiện tải trên xe, nghiên cứu này chỉ ra rằng: chế độ 3 xi-lanh chủ động
được sử dụng ở xe chạy chế độ tự động (Cruise Control) với tải thấp, chế độ 4 xi-lanh
chủ động được hoạt động ở chế độ tải cao hơn và chế độ tất cả các xi-lanh chủ động
hoạt động là tối ưu ở chế độ tồn tải .
Tất cả các nghiên cứu ngày chỉ mơ phỏng lý thuyết hay thực nghiệm trên động cơ
sử dụng các hệ thống phân phối khí điện từ hay hệ thống phân phối khí đươc cải tiến
phức tạp, địi hỏi chi phí sản xuất và thực nghiệm rất cao.

Ở Việt Nam, hệ thống quản lý xi-lanh chủ động là hướng nghiên cứu mới. Hiện
nay, có rất ít nhà khoa học chun ngành về ơ tơ nghiên cứu, vì vậy hầu như khơng có
cơng trình nghiên cứu về hệ thống này trong nước.

Trang 12


5. Ưu nhược điểm
5.1. Ưu điểm
Phương pháp ngắt giảm xi-lanh khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ hoặc
không tải nhằm giúp động cơ làm việc một cách tiết kiệm nhiên liệu nhất mà hiệu suất
đạt được lại cao
Như chúng ta đã biết, khi động cơ hoạt động ở chế độ tải nhỏ thì bướm ga đóng
một phần, lượng khí được hút vào xi-lanh trên đường ống nạp sẽ bị cản trở bởi cánh
bướm ga, do đó cần tốn một cơng lớn dùng để hút khơng khí vào buồng đốt trong kì
nạp. Chính phần cơng này làm cho hiệu suất của động cơ giảm đi hay nói cách khác
làm tổn thất cơng suất có ích của động cơ. Để khắc phục sự tổn thất công khi ở tải thấp
việc ngắt giảm bớt một xi-lanh sẽ giúp cho động cơ làm việc với hiệu suất cao hơn
nhưng lại tiết kiệm được nhiên liệu hơn

Hình 2.6. Động cơ V-6, 3.5-lít của Honda và sự ngắt giảm xy lanh
Như trên Hình 2.6 cho thấy, khi động cơ hoạt động ở điều kiện tải nhỏ với nhu
cầu công suất đầu ra không lớn, thay vì cho tất cả 6 xi-lanh cùng hoạt động thì mỗi xilanh sẽ làm việc với cơng suất thấp và cánh bướm ga gần như đóng hồn tồn. Điều
này dẫn tới sự tổn thất công suất cho động cơ rất lớn như được thể hiện trên Hình 2.6,
Trang 13


phần diện tích tổn hao cơng suất (pumping loss) của mỗi xi-lanh khi 6 xi-lanh cùng
hoạt động là rất lớn. Để tránh sự tổn thất cơng suất có ích của động cơ trong trường
hợp này số xilanh được ngắt giảm phân nữa cịn lại 3 xi-lanh làm việc với cơng suất

riêng lớn và bướm ga mở gần như tối đa nhằm đảm bảo công suất đầu ra đúng như yêu
cầu khi cả 6 xi-lanh làm việc. Hình 2.6 cho thấy phần pumping loss của mỗi xi-lanh
khi chỉ có 3 xilanh làm việc là rất thấp đồng thời ở 3 xi-lanh được ngắt giảm thì cơng
tổn thất được giảm hồn tồn.
Giảm ô nhiễm môi trường. Nhờ việc tắt bớt các xi-lanh khơng cần thiết, nên
lượng khí thải phát thải ra mơi trường cũng giảm theo, góp giảm ơ nhiễm mơi trường.
Theo số liệu thống kê cho thấy công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên có thể giảm
lượng khí CO2 từ 2.1% - 8.0% .
Giảm tiêu hao nhiên liệu. Các cuộc thử nghiệm cụ thể sẽ cho ta thấy rõ hơn lợi
ích về tiêu hao nhiên liệu của việc ngắt giảm xy lanh: Làm thử nghiệm với xe taxi sử
dụng động cơ 4 xi-lanh mà có 2 xi-lanh bị ngắt giảm cho thấy khi chạy trên đường thì
nó có thể giảm mức tiêu hao nhiên liệu từ 20 – 30%. Với một động cơ 6 xi-lanh thẳng
hàng được thử nghiệm theo chu trình NEDC (New European Driving Cycle) nó có thể
cải thiện được 25,4 % suất tiêu hao nhiên liệu khi ngắt giảm 3 xy lanh, một trường hợp
khác là động cơ V8 dung tích 5 lít của Mercedes-Benz nó giảm 6,5% khi thử nghiệm
theo chu trình NEDC và 10,3% khi thử nghiệm theo chu trình American FTP (Federal
Test Procedure) với 4 xi-lanh bị ngắt giảm.

5.2. Nhược điểm
Động cơ làm việc ồn hơn bình thường do các xi-lanh cịn lại làm việc với công
suất cao.
Sự rung giật sẽ diễn ra khi động cơ hoạt động. Động cơ bị rung: Khi VCM được
kích hoạt thì 3, hoặc 4 xi-lanh sẽ ngừng hoạt động, động cơ sẽ bị rung và ồn. Để khắc
phục chuyện này thì Honda dùng những cục chân máy thiết kế đặc biệt để triệt tiêu
hiện tượng rung này. Nhưng các cục cao su chân máy này lại nhanh chóng lão hóa và
hỏng sớm hơn so với động cơ khơng có VCM.
Trang 14


Địi hỏi độ bền chi tiết động cơ cao vì dễ bị mòn do va đập giữa các chi tiết nhất

là với các chi tiết xú páp và liên quan đến xú páp trên động cơ điều khiển không trục
cam.

CHƯƠNG II TÌM HIỂU VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ XI-LANH
THAY ĐỔI (VARIABLE CYLINDER MANAGEMENT)
1. Giới thiệu tổng quan đề tài
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, ơ tơ sử dụng động cơ đốt trong là phương tiện di chuyển chủ yếu của
con người với số lượng ngày càng phát triển. Điều đó có nghĩa là con người đang sử
dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch với mức độ ngày càng tăng. Nhưng nguồn nhiên liệu
hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt trong khi hiệu suất của động cơ ô tô chưa
được cao. Những năm gần đây, động cơ ơ tơ đã có nhiều cải tiến quyết định tạo nên
những bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: Tăng công suất động cơ,
giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí xả, tăng tính an tồn và tiện nghi cho
ơtơ, giảm giá thành sản phẩm...Trong đó, tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ đốt trong là
một trong các vấn đề cấp bách hiện nay trên thế giới, do vấn đề phụ thuộc vào nguồn
năng lượng hoá thạch ngày càng cạn kiệt. Hiệu suất trên động cơ đốt trong, 4 kỳ không
tăng áp tối đa là khoảng 30 ÷35% ở chế độ tồn tải, còn ở các chế độ khác, đặc biệt là
chế độ tải nhỏ, thì hiệu suất cịn thấp hơn nhiều. Vì vậy, hiện nay có nhiều phương
pháp nâng cao hiệu suất động cơ xăng ở chế độ tải thấp, trong đó phương pháp quản lý
xilanh chủ động (ngắt bớt xy lanh) khi động cơ hoạt động chế độ tải nhỏ là một
phương pháp hiệu quả góp phần nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu trên động
cơ đốt trong.
Chính vì thế việc nghiên cứu thiết kế cơ cấu điều khiển ngắt xi-lanh trên động cơ
góp phần giảm suất tiêu hao nhiên liệu trên động cơ xăng ở các chế độ tải thấp, là một
vấn đề cấp bách và hết sức cần thiết trong thời kỳ hiện nay
Trang 15


1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nhằm nâng cao kiến thức chuyên mơn và vận dụng được những gì đã học trên
trường vào thực tiễn và cụ thể là mong muốn được ứng dụng điện tử vào trang bị
những tiện nghi trên ơ tơ. Bên cạnh đó thì nhóm chúng em cũng mong muốn có cơ hội
tìm tịi, học hỏi để hiểu thêm về hệ thống ngắt xi-lanh chủ động.
Mơ hình hóa mơ phỏng lại q trình ECU điều khiển ngắt xi-lanh phụ thuộc vào
vận tốc và tải trọng tác dụng.
1.3. Đối tượng nghiên cứu và phạm bi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh chủ động động cơ
Honda, mơ hình hố, các chế độ ngắt xi-lanh trên động cơ ở các chế độ tải khác nhau,
khảo sát các phương pháp thiết kế tối ưu cho việc ngắt xú páp trên động cơ
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: trên cơ sở thu thập và tham khảo tài liệu về hệ
thống điều khiển ngắt xi-lanh trên động cơ
Phương pháp thiết kế hệ thống: trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết mô phỏng các
trường hợp thực tế của hệ thống ECU ngắt xy lanh.
1.5. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống ngắt xi-lanh trên động cơ
Mô phỏng các trường hợp thực tế của hệ thống ECU ngắt xy lanh
1.6. Ý tưởng thiết kế mô phỏng
- Sử dụng 6 led mô phỏng thay cho trạng thái hoạt động của 6 xy lanh.
- Đèn led ECO hoạt động khi xe ở chế độ tiết kiệm nhiên liệu.
- 2 biến trở giả lập tốc độ và tải trọng tác dụng lên xe.
- Màn hình LCD hiển thị các thơng số giả lập thống số của cảm biến tốc độ xe và
mức tải trọng tác dụng thông qua 2 biến trở.

Trang 16


Hình 1.8: Chế độ ECO tiết kiệm nhiên liệu hãng xe Honda


2. Mô hỉnh mô phỏng ECU hệ thống ngắt xi-lanhchủ động
2.1. Sơ đồ tổng quan

Trang 17


Hình 2.1: Nguyên lý chung hệ thống ngắt xi-lanh chủ động
2.2. Các chế độ hoạt động

Hình 2.2: Các chế độ hoạt động của xe
ECU dựa vào tín hiệu của các cảm biến trên hệ thống i-VTEC để xác định chế độ
hoạt động của xe, từ đó điều khiển động cơ hoạt động ở các chế độ 3 hoặc 4 hoặc 6 xy
lanh..

Động cơ làm việc 6 xi-lanh

Hình 2.3: Động cơ hoạt động 6 xi-lanh
-

Khi dốc cao cần công suất cao

Trang 18


Tại tốc độ ổn định cao (>110km/h) động cơ cần hoạt động đầy đủ với 6 xi-lanh

-

để đảm bảo công suất.
Động cơ làm việc 3 hoặc 4 xi-lanh

Động cơ chỉ có 3 xi-lanh hoạt động (V3). Ba xi-lanh cịn lại "nghỉ", tức piston
vẫn lên-xuống nhưng không đốt nhiên liệu. Tuy nhiên, không phải tốc độ chậm nào xe
cũng ngắt 3 xi-lanh mà còn tùy thuộc vào tải động cơ.
Động cơ chỉ làm việc với 4 xi-lanh khi đang leo dốc thấp (V4), hai xi-lanh cịn lại
khơng sử dụng nhiên liệu.

STT Tốc độ xe

1

0

Hình 2.4: Động cơ hoạt động 3 xi-lanh
Tải trọng
Trạng Số Xi-lanh
tác dụng
thái xe hoạt động
Thấp

Ghi chú

Khởi
động

6

Làm nóng máy

Thấp


Tiết
kiệm

3

Xe xuống dốc/ chạy
đường trường

Trung bình

Ổn

4

Xe lên dốc thấp

Trung bình
Cao
2

3

Thấp (060km/h)

định

Trang 19


4


Cao

Cơng

6

Xe lên dốc cao

suất cao

5

Trung bình

Thấp

Tiếm
kiệm

3

Chạy đường trường

Trung bình

Cơng

6


Xe lên dốc

6

Xe lên dốc cao

6

Động cơ vẫn hoạt
động 6 xi-lanh để
đảm bảo công suất

(606

110km/h)

suất cao

7

Cao

Công
suất cao

8

Cao
(Trên


Với mọi
mức tải

Công
suất cao

110km/h)
Bảng 1: Bảng tóm tắt các chế độ hoạt động xe phụ thuộc vào tốc độ và tải trọng

2.3. Nguyên lý hoạt động hệ thống ngắt xi-lanh chủ động trên động cơ Honda

Trang 20


Hình 2.5: Cơ cấu mgắt xi-lanh trên động cơ
Việc ngắt giảm xi-lanh bằng cách sử dụng các van điện từ để thay đổi áp suất dầu
làm vơ hiệu hóa tác động của con đội đến xú páp. Lúc này trục cam vẫn tác động lên
con đội nhưng con đội không tác dụng lên xú páp, dẫn đến xú páp được giữ đóng kín.
Đồng thời lúc đó hệ thống điều khiển động cơ sẽ ngưng điều khiển phun xăng và
đánh lửa đến các xi-lanh này, khi đó piston chạy trơn và nén khí nên chúng khơng thể
hoạt động.
Khi hoạt động, vấu cam chỉ tác động vào cò mổ số 1, cò mổ số 2 được dẫn động
thông qua chốt kết nối để điều khiển xú páp. ECU điều khiển dầu thủy lực đẩy chốt
sang trái hoặc phải để điều khiển hoạt động của xy lanh
Ở chế độ xi-lanh hoạt động, ECU điều khiển dầu thủy lực đóng chốt kết nối giữa
hai cò mổ nên xú páp được điều khiển hoạt động bình thường.

Hình 2.6: Chế độ xi-lanh hoạt động bình thường

Cịn ở chế độ xi-lanh không hoạt động, ECU điều khiển dầu thủy lực đẩy chốt

sang vị trí ngắt kết nối giữa hai cị mổ. Khi đó, cị mổ số 1 hoạt động tự do khi trục
cam quay, cò mổ số 2 khơng được dẫn động nên xú páp đóng kín nhờ lực lò xo.

Trang 21


Hình 2.7: Chế độ xi-lanh bị ngắt (khơng hoạt động)
2.4. Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.8: Sơ đồ khối hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh

3. Một số cảm biến sử dụng trong quá trình hệ thống ECU điều khiển ngắt xi-lanh
3.1.1. Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bàn đạp ga (Pedal Position Sensor) là cảm biến được lắp phía
dưới vị trí bàn đạp, giúp đo vị trí và độ mở bàn đạp ga khi người lái nhấn vào bàn đạp

Trang 22


xe. Qua đó, cảm biến bàn đạp sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều khiển độ mở mô tơ bướm
ga cho động cơ theo mong muốn của người điều khiển.

Hình 3.1:Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Khi người lái đạp ga, điện trở cầu trên sẽ giảm và điện áp VPA sẽ tăng tuyến tính
Cảm biến vị trí bàn đạp ga loại 6 dây
-

VPA: truyền tín hiệu dạng điện áp

-


VPA2: truyền tín hiệu dạng điện áp tăng độ tin cậy

-

VCP1,VCP2: 5V

-

EP1, EP2: GND

Hình 3. 2:Sơ đồ mạch và đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga

Trang 23


Hình 3. 3: Sơ đồ mạch và đường đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga loại Hall
Nguyên lý đo khơng chạm
Khi đạp bàn đạp ga thì trục xoay nam châm gần lại IC hall làm cho từ trường tác
dụng lên nam châm tăng lên. Khi càng tăng ga thì từ trường sẽ tăng tuyến tính với điện
áp vị trí bàn đạp ga.
-

VPA: truyền tín hiệu dạng điện áp
VPA2: truyền tín hiệu dạng điện áp tăng độ tin cậy

-

VCPA,VCPA2: 5V


-

EPA, EPA2: GND

3.1.2. Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến bướm ga TPS (Throttle position sensor) là cảm biến nằm trên trục bướm
ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU. Từ đó, ECU
sẽ sử dụng thơng tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính tốn mức độ tải
của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa, …
Trang 24