BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ
ĐỀ TÀI
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH TRÊN XE TOYOTA
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN ĐỖ MINH TRIẾT
Sinh viên thực hiện: LƯU THÁI HÊN
BÙI HỮU THUẬN

Mã SV: 1811250882
Mã SV: 1811250711
LỚP: 18 DOTA 4

Tp.HCM, ngày … tháng … năm …


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ

TÊN ĐỀ TÀI

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH TRÊN XE
TOYOTA
Giảng viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Đỗ Minh Triết
Sinh viên thực hiện: Lưu Thái Hên
Bùi Hữu Thuận
Lớp: 18DOTA4

TP. Hồ Chí Minh,

tháng năm 202


NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Đề số: ………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
TÊN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
1.

2.
3.

4.

5.

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 2 ):
1.Lưu Thái Hên
Mã SV: 1811250882

Lớp:18 DOTA 4
2.Bùi Hữu Thuận
Mã SV: 1811250711
Lớp:18 DOTA 4
Tên đề tài : Tìm hiểu hệ thống phân phối khí thơng minh trên xe Toyota
Các dữ liệu ban đầu :
Sách môn động cơ đốt trong
Sách nguyên lý hoạt động động cơ đốt trong
Tài liệu hãng Toyota
Nội dung nhiệm vụ :
Lưu Thái Hên :
+ Tìm tài liệu liên quan, thực hiện bản vẽ, tổng hợp tài liệu, thực hiện báo cáo
Bùi Hữu Thuận:
+ Tìm tài liệu liên quan, thực hiện bản vẽ, tổng hợp tài liệu, thực hiện báo cáo
Kết quả tối thiểu phải có:
1) Bản vẽ 2D và 3D
2) Cuốn thuyết minh đề tài có đánh giá của GVHD
3) Đĩa CD có nội dung thuyết minh và bản vẽ
Ngày giao đề tài: 20/10/2020 Ngày nộp báo cáo: ……./……../………
TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH


PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ


1.Tên đề tài: Hệ thống phân phối khí thơng minh trên xe Toyota
2.Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Đỗ Minh Triết
3.Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm : 2 )

1.Lưu Thái Hên
2.Bùi Hữu Thuận

Tuần

1

2

3

4

5

Ngày

MSSV: 1811250882
MSSV: 1811250711


Nội dung thực hiện

20/10/2020 Giao đề tài

Lớp: 18 DOTA 4
Lớp: 18 DOTA 4
Kết quả thực hiện của
sinh viên (Giảng viên
hướng dẫn ghi)


Tuần

6

7

8

Ngày

Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của
sinh viên (Giảng viên
hướng dẫn ghi)


Cách tính điểm (Ghi điểm theo thang điểm 10)
Điểm quá trình 100% = điểm tích cực nghiên cứu, sáng tạo (50%) + điểm báo cáo (50%)


Họ tên sinh viên

Mã số SV

Điểm tích cực
nghiên cứu,
sáng tạo 50%
(ghi theo
thang điểm 10)

Lưu Thái Hên

1811250882

Bùi Hữu Thuận

1811250711

Điểm báo cáo
50%

Điểm quá
trình 100%

(ghi theo
thang điểm
10)

(ghi theo

thang điểm
10)

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký
nháy vào phần điểm chỉnh sửa.

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

6


LỜI CẢM ƠN
e&f
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tồn bộ q thầy cơ Trường Đại
học Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh, Q thầy cô Viện Kỹ Thuật đã dạy dỗ, truyền
đạt những kiến thức quý báu cho chúng em.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - Thầy Nguyễn Đỗ Minh Triết,
người đã nhiệt tình hướng dẫn em thực hiện đồ án này.
Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy trong bộ phận quản lý xưởng thực
tập đã tạo điều kiện tốt nhất giúp chúng em trong việc đo đạc và lấy các số liệu thực tế
từ các chi tiết thực trong xưởng để hoàn thành đồ án.

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 202


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 3. 2 Phân loại trục cam
Hình 3. 3 Các loại vấu cam khác nhau
Hình 3. 4 Hệ thống nạp VVT-i
Hình 3. 5 Hệ thống điều khiển
Hình 3. 6 Bộ điều khiển và van điều khiển
8


Hình 3. 7 Cấu tạo chung
Hình 3. 8 Hoạt động ở chế độ mở sớm
Hình 3. 9 Hoạt động ở chế độ muộn
Hình 3. 10 Hoạt động ở chế độ giữ

9


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước
lên một tầm cao mới. Rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sáng chế
mang đậm chất hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế đang
phát triển, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế. Việc tiếp
nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới được nhà nước quan tâm
cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển những ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước
ta từ một nước nơng nghiệp kém phát triển thành một nước công nghiệp phát triển.
Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển. Hiện nay nước ta đã là thành viên của
khối kinh tế quốc tế WTO. Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển,
chúng ta có thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa

học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững
chắc trên con đường quá độ lên CNXH.
Qua những bài giảng từ các giáo viên chúng em vẫn chưa có cơ hội để tìm hiểu sâu
hơn về hệ thống cam trên xe ơ tơ, vì vậy để có thề đưa ra cái nhìn khái quát nhất về cơ
cấu và cách thức vận hành của chúng, chúng em quyết định sẽ thực hiện việc tìm hiểu
thêm cơng nghệ điều khiển cam thơng minh trên ơ tơ. Đồng thời cũng cố gắng tìm ra
cách khắc phục các nhược điểm mà hệ thống đang mắc phải. Đây cũng là một cơ hội
tốt để chúng em củng cố lại những kiến thức đã được học,và tích lũy kinh nghiệm khi
ra trường.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Kiểm tra đánh giá được tình trạng kỹ thuật các thơng số chính bên trong, các thơng số
kết cấu của “Hệ thống điều khiển cam”.
Đề xuất giải pháp, phương án để kết nối kiểm tra,chẩn đoán, khắc phục hư hỏng của
“Hệ thống điều khiển cam”.
VVT-i là viết tắt của Variable Valve Timing – Intelligent hay cịn gọi là Thời điểm
phối khí thay đổi thông minh. Được ra đời và áp dụng từ rất lâu, tuy nhiên không phải
ai cũng hiểu được cấu tạo, nguyên lý và các cách thức hoạt động của hệ thống VVT-i
10


trên ơ tơ đời mới. Với đồ án này, nhóm chúng em sẽ tìm hiểu tổng quan về hệ thống
VVT-i trên ô tô.
1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Hệ thống trục cam được thiết kế với động cơ 4 kỳ ra đời với ưu điểm ít khí thải ơ
nhiễm mơi trường nhằm tiết kiệm được nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ cao cho hệ thống
động cơ. Ngoài ra, trục cam được gắn liền với nhiệm vụ Nạp đầy và thải sạch của bơ
phận cấu tạo khí. Như vậy, nhờ sự tác động điều khiển linh hoạt của trục cam và chu
trình đóng mở xupap tuần hồn liên tục giúp cho vịng quay của trục khuỷu được hoạt
động cao hay thấp.
Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của một số chi tiết chính trong hệ thống điểu khiển

cam thơng minh trên động cơ ơ tơ.
Tìm hiểu các thơng số kỹ thuật; thiết kế hệ thống điểu khiển cam thông minh trên
động cơ ô tô.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa trên những kiến thức đã được học ở giảng đường đại học và qua một số buổi
chúng em được thực hành trong khu thực hành của trường. ngồi ra chúng em cịn dựa
vào các kiến thức được tổng hợp trong sách báo và trang mạng.
Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh
giá và nhận xét của riêng mình.
1.5 KẾU CẤU ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tổng quan về công nghệ điều khiển cam thông minh trên ô tô
Chương 4: Ưu nhược điểm và nhược điểm của hệ thống
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.
Tài liệu tham khảo.
11


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ CƠNG DỤNG CỦA TRỤC CAM.
2.1.1 Nhiệm vụ
Do tính chất của hịa khí và sau khi cháy mà 3 thơng số: thời điểm, độ nâng và
thời gian mở của các xupap ở vòng tua thấp và vòng tua cao rất khác nhau. Hệ thống
điều khiển cam thơng minh có nhiệm vụ làm tối ưu việc nạp khí sạch và xi lanh bằng
cách thay đổi thời gian đóng mở của hệ thống phân phối khí trong phạm vi lớn nhất
có thể, nhằm nâng cao cơng suất, tính kinh tế và giảm tối thiểu khí xả gây ơ nhiễm.
2.1.2 u cầu
Đảm bảo thải sạch và nạp đầy.
Các xupap phải đóng mở đúng theo thời điểm quy định.

Độ mở phải lớn để dòng khí dể lưu thơng.
Các xupap phải kín khít, tránh lọt khí trong q trình nén và giản nở.
Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, cơng chi phí thấp.
2.1.2.1 Yêu cầu đối với hệ thống nạp
Các đường dẫn khí phải được thiết kế đặc biệt để điền khiển lưu lượng, tốc độ và
chiều dẫn khơng khí tốt nhất.
Cung cấp khơng khí để qt.
Cung cấp khí sạch cho từng xylanh theo u cầu cháy hồn hảo.
Giảm tiếng ồn dịng khí lưu động.
Sấy nóng hỗn hợp khí và nhiên liệu đi vào các xylanh
2.1.2.2 Yêu cầu đối với hệ thống xả
Dẫn khí xả của động cơ ra ngồi khơng khí và giảm tiếng ồn .
Lọc và tiêu hủy khí xả độc.
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa… và các yêu cầu khác…
2.1.3 Công dụng
Trong các động cơ đốt trong thông thường, các xupap nạp và xupap xả được điều
khiển thông qua các con đội trên trục cam. Hình dáng của các con đội sẽ xác định thời
điểm đóng mở, độ nâng và khoảng thời gian mở của từng xupap. Đối với những xe đời
12


cũ, cả hệ thống phân phối khí được dẫn động và điều khiển thống qua các cơ cấu cơ
khí (khâu, khớp) thì việc đóng mở xupap là cố định theo thiết kế của nhà sản xuất và
không thể điều chỉnh (nó chỉ bị thay đổi khi các chi tiết mịn đi) dẫn đến lưu lượng khí
nạp khơng đổi nên khơng thể tăng được cơng suất của động cơ.
Do tính chất của hịa khí và sau khi cháy mà 3 thơng số thời điểm, độ nâng và thời
gian mở của các xupap ở vòng tua thấp và vòng tua cao rất khác nhau. Thông thường,
khi thiết kế động cơ, các kỹ sư phải lưu ý tới điều kiện làm việc của từng xe và xác
định chúng cần công suất và mô -men xoắn cực đại ở vòng tua nào. Nếu đặt điều kiện
hoạt động tối ưu của các xupap ở vòng tua thấp thì q trình đốt nhiên liệu lại khơng

hiệu quả khi động cơ ở trạng thái vòng tua cao, khiến công suất chung của động cơ bị
giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở số vòng tua cao thì động cơ lại hoạt
động khơng tốt ở vòng tua thấp.
Để khắc phục những nhược điểm này, các nhà sản xuất ô tô đưa ra giải pháp là tìm
cách tác động để thời điểm đóng mở xupap, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên
theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở
đủ để lấy đầy hịa khí vào buồng đốt. Trên thực tế, điều chỉnh một cách hồn tồn cả 3
thơng số này của xupap là điều rất khó.

Hình 2. 1 Điều khiển cam
Để giải quyết vấn đề này, có thời kỳ người ta sử dụng một cuộn cảm để điều chỉnh
xupap thay vì sử dụng biên dạng cam. Tuy nhiên, kỹ thuật trên không được sản xuất do
quá phức tạp và rất đắt. Cách tiếp cận ngược lại là điều chỉnh xupap sao cho động cơ
hoạt động tốt ở vịng tua cao. Điều này có nghĩa xe sẽ hoạt động rất yếu ở khi tốc độ
13


vòng tua thấp (trạng thái mà hầu hết các xe ln có) và hoạt động tốt ở vịng tua cao.
Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử các nhà sản xuất đã kết hợp hoàn
hảo điện tử – thủy lực – cơ khí để cho phép điều chỉnh các thơng số: thời điểm đóng
mở xupap, độ mở và khoảng thời gian mở để đạt được hiệu suất làm việc tối ưu cho
động cơ. Hiện nay, công nghệ này có mặt trên hầu hết các hãng xe với các tên gọi khác
nhau như: VVT-I (Toyota), I-VTEC (Honda), MIVEC (Mitsubishi)…
2.2 CẤU TẠO CHUNG
2.2.1 Cấu tạo trục cam
Trục cam có cấu tạo gồm các vấu cam nạp, cam thải và cổ trục. Các vấu cam được
bố trí phù hợp với thứ tự làm hoạt động nạp và xả của các xi-lanh. Việc bố trí các vấu
cam yêu cầu phải tuyệt đối chính xác để pha làm việc của hệ thống phân phối khí và
xi-lanh trùng nhau.
Thơng thường cam có biên dạng đối xứng đối xứng nhau, chiều cao của vấu cam

có tính chất quyết định đến độ mở của xu páp. Một số biên dạng của vấu cam như cam
lồi cung trịn, cam tiếp tuyến, cam lõm…

Hình 2. 2 Cấu tạo của trục cam
2.2.1.1 Dẫn động bằng bộ truyền bánh răng
Dẫn động bằng bộ truyền bánh răng thường là các bánh răng trụ răng nghiêng với
mục đích là để giảm ồn và kích thước chiều trục. Bộ truyền này có thể gồm hai cặp
bánh ăn khớp trực tiếp hoặc qua một bánh răng trung gian.
Bộ truyền bánh răng thường được sử dụng chủ yếu trên các động cơ cỡ lớn như ô
tô tải hoặc tàu thủy,…
14


Hình 2. 3: Bánh răng cam
2.2.1.2 Cổ trục cam
Cổ trục là nơi lắp ráp ổ đỡ, thường là ổ trượt với lớp hợp kim ba bít chống mịn,
hợp kim đồng thanh. Trục cam được lắp ráp theo kiểu luồn vào các ổ đỡ, lúc này các
cổ trục được làm to, làm sao cho có thể luồn được trục qua các bạc lót của ổ đỡ. Mục
đích là định vị trục cam theo chiều trục, có vành chặn ở đầu trục hoặc dùng vít chặn.
2.2.1.3 Vấu cam
Vấu cam có nhiệm vụ đẩy cò mổ hoặc đũa đẩy thủy lực theo một pha làm việc của
xilanh. Mục đích là để mở các xupap nạp và hút khí. Có 2 dạng chế tạo vấu cam:
Dạng liền khối với trục cam. Loại này thường được sử dụng ở các dịng xe cao cấp có
tốc độ cao.
Dạng thứ hai là dạng chế tạo riêng rẽ rồi sử dụng công cụ để lắp lên trục cam. Loại
này thường được dùng cho các xe có tốc độ thấp hơn.

Hình 2. 4 Vấu cam
15



2.2.1.4 Cảm biến trục cam
Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position Sensor) nắm một vai trò quan
trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ. ECU sử dụng tín hiệu này để xác định
điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để
xác định thời điểm đánh lửa (với động cơ xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động
cơ phun dầu điện tử Common rail) cho chính xác.
Với những động cơ đời mới hiện nay được trang bị thêm hệ thống điều khiển trục
cam biến thiên thông minh cảm biến trục cam cịn đóng vai trị giám sát sự hoạt động
của hệ thống điều khiển trục cam biến thiên, ECU sử dụng tín hiệu của cảm biến này
để xác định rằng hệ thống Trục cam biến thiên có đang làm việc đúng như tín hiệu từ
hộp ECU điều khiển hay khơng.

Hình 2. 5 Các cảm biến
1_ Cảm biến trục khủy; 2_Cảm biến trục cam

16


CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN CAM
THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ.
3.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG CAM THÔNG MINH (HỆ THỐNG NẠP
THÔNG MINH)
3.1.1 Giới thiệu hệ thống.
Hệ thống điều khiển cam thông minh (Hệ thống nạp thông minh) giúp cho thời
điểm phối khí thay đổi thơng minh VVT-i là viết tắt của Variable Vavle TimingIntelligent.
Hệ thống này có nhiệm vụ điều thời gian đóng mở, khoảng nâng cũng như khoảng
thời gian đóng mở xupap để tối ưu hóa công suất làm việc của động cơ giúp nâng cao
hiệu quả làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí xả, Vì vậy, hệ thống nạp thơng
minh ngày càng phổ biến trên ơ tơ.


Hình 3. 1 Động cơ VVT-i của hãng Toyota

17


3.1.1.1 Phân loại hệ thống cam thơng minh
Đều có nhiệm vụ điều khiển thời điểm đóng mở, khoảng nâng cũng như khoảng
thời gian đóng mở xupap để tối ưu hóa công suất làm việc của động cơ giúp nâng cao
hiệu quả làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí xả, tuy nhiên mỗi nhà sản xuất
ơ tơ lại đưa ra một các phương pháp khác nhau để giải quyết vấn đề này. Trong phạm
vi đồ án này chúng em xin giới thiệu hai giải pháp phổ biến nhất hiện nay:

Hình 3. 2 Phân loại trục cam
3.1.1.1.1 Dịch chuyển trục cam: VVV-I (Toyota), CVTCS ( Nissan), VANOS
(BMW)…
Trên hệ thống VVT-i của hãng Toyota sử dụng nguyên lý điện – thủy lực để tối ưu
hóa góc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với
các thông số điều khiển chủ động.
Các bộ phận của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit; bơm và đường dẫn
dầu; bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện; các cảm biến: VVT, vị trí bướm
ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước. Ngồi ra, VVT-i thường được
thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (loại
bỏ sự hỗ trợ bằng khí) và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium.
18


3.1.1.1.2 Sử dụng 2 vấu cam có biên dạng khác nhau: VTEC (Honda), MIVEC
(Mitsubishi)


Hình 3. 3 Các loại vấu cam khác nhau
VTEC của Honda là viết tắt của thuật ngữ “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.
Hệ thống VTEC của Honda là phương pháp khá đơn giản nhằm đảm bảo động cơ
hoạt động hiệu quả ở dải vịng tua rộng, thơng qua trục cam kép đa trạng thái đã được
tối ưu hóa. Thay vì mỗi con đội phụ trách một van, sẽ có 2 con đội điều khiển. Một
con đội được thiết kế để động cơ hoạt động tốt ở vòng tua thấp còn một con khác đảm
nhiệm vai trò ở vòng tua cao.Sự thay đổi trạng thái giữa hai con đội này được điều
khiển bằng máy tính sau khi thu thập các thơng số như áp suất dầu động cơ, nhiệt độ
máy, vận tốc xe và vòng tua động cơ. Khi vòng tua động cơ tăng, máy tính sẽ kích hoạt
con đội thiết kế cho vòng tua cao hoạt động. Từ lúc này, van sẽ được đóng mở theo
chế độ vịng tua cao như khoảng mở rộng hơn, thời gian mở dài hơn nhằm cung cấp đủ
hịa khí cho buồng đốt. Hệ thống VTEC trên động cơ trục cam kép sẽ điều khiển cả
van xả và van nạp.
19


3.1.1.2 Ưu thế vượt trội của hệ thống nạp thông minh VVT (Variable Vavle
Timing)
Trong các động cơ đốt trong thông thường, các xupap nạp và xupap xả được điều
khiển thông qua các con đội trên trục cam. Hình dáng của các con đội sẽ xác định thời
điểm đóng mở, độ nâng và khoảng thời gian mở của từng xupap. Đối với những xe đời
cũ, cả hệ thống phân phối khí được dẫn động và điều khiển thông qua các cơ cấu cơ
khí (khâu,khớp) thì việc đóng mở xupap là cố định theo thiết kế của nhà sản xuất và
không thể điều chỉnh ( chỉ có thể thay đổi khi các chi tiết mịn đi) dẫn đến lưu lượng
khí nạp khơng đổi nên khơng thể tăng được cơng suất động cơ.

Hình 3. 4 Hệ thống nạp VVT-i
3.1.1.3 Mô tả hệ thống điều khiển cam thông minh (VVT-i)

Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-I sử dụng áp
suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể
làm tăng công suất, cải thiện kinh tế nhiên liệu và giảm khí xã ơ nhiễm.
Như trong hình minh họa hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối
khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để
đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên
tín hiệu từ các cảm biến. Thời điểm phối khí được điều khiển như hình sau:

20


Hình 3. 5 Hệ thống điều khiển
1- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2- Bộ điều khiển VVT-i; 3- Cảm biến vị trí trục cam
4- Van điều khiển dầu phối khí trục cam; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6- ECU động cơ
7- Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ hay khi tải nhẹ:
Thời điểm phối khí trục cam được làm trễ lại và độ trùng lặp xuppap giảm đi để
giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ khơng tải và cải
thiện tính khinh tế nhiên liệu và tính khởi động.
Khi tải trung bình hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng:
Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng EGR
nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế
nhiên liệu. Ngồi ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupap nạp được đẩy sớm lên để giảm
hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Khi tốc độ cao và tải nặng:
Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR
nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ơ nhiễm khí xả và tính kinh tế
nhiên liệu. Ngồi ra, cùng lúc đó thời điểm đóng đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực
tế ở đúng thời điểm tính tốn bằng cảm biến vị trí trục cam.

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục
cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển
dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
21


Hình 3. 6 Bộ điều khiển và van điều khiển

3.1.1.4 Cấu tạo của hệ thống

Hình 3. 7 Cấu tạo chung
22


Trên mỗi chiếc xe Toyota, chúng ta ln thấy có dịng chữ VVT-i nằm ở vị trí hai
bên cửa xe. Vậy dịng chữ viết tắt này có ý nghĩa là gì ?
VVT-i là chữ viết tắt của từ Variable Valve Timing with intelligence - một hệ thống
thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện – thủy lực. Cơ cấu này tối ưu
hóa góc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với
các thông số điều khiển chủ động.
Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động cung cấp nhiên
liệu. Hệ thống điều khiển hệ thống van nạp biến thiên VVT-i được thiết kế với mục
đích nâng cao mơ men xoắn của động cơ, cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc.
Trong q trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu
lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính tốn thơng số phối khí theo
u cầu chủ động. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ tổng
hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ
với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp.
Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp các thơng số về lưu lượng khí nạp,
vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ. Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ

oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỉ lệ % nhiên liệu được đốt. Thông tin từ đây được
gởi về ECU và cũng được phối hợp xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết
kiệm xăng và bảo vệ môi trường.
Hiện nay, VVT-i được áp dụng rộng rãi trên các mẫu xe hạng trung của Toyota, đặc
biệt với thiết kế động cơ 4 xi-lanh cỡ vừa và nhỏ.
3.2.1 Tìm hiểu và nguyên cứu nguyên lí hoạt động của hệ thống cam thơng minh
(VVT-i).
Trong q trình hoạt động, các cảm biến vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung
cấp các dữ liệu chính về ECU để tính tốn thơng số phối khí theo u cầu chủ động.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh, cảm biến vị trí
cam VVT và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thơng tin về tình trạng phối khí thực tế.
Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ tổng hợp được lệnh
phối khí tối ưu cho buồng đốt. Lệnh này được tính tốn trong vài phần nghìn giây và
quyết định đóng (mở) các van điện của hệ thống thủy lực. Áp lực dầu sẽ tác động thay

23


đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, mở các xu-páp nạp đúng mức cần thiết vào thời điểm
thích hợp.
Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã
điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp. Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo
sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động
cơ.
Hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i được điều khiển ở 3 chế độ tùy theo
tình trạng vận hành của động cơ.
Làm sớm thời điểm phối khí
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU
động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để
quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.


24


Hình 3. 8 Hoạt động ở chế độ mở sớm
Làm muộn thời điểm phối khí
Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong
hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí
để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.

Hình 3. 9 Hoạt động ở chế độ muộn
Hoạt động của bộ điều khiển khi giữ nguyên vị trí
ECU động cơ tính tốn góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt
thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu
đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại.

25