Variable Valve Event and Lift (VVEL) của Nissan | Tài liệu môn Công nghệ kĩ thuật Ô tô Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

Variable Valve Event and Lift (VVEL) của Nissan 1. Giới thiệu 1.1 Nguồn gốc
- Variable Valve Event and Lift (thường được viết tắt là VVEL) là một
công nghệ điều khiển van biến thiên trên ô tô được phát triển bởi Nissan.
Nissan VVEL lần đầu tiên được giới thiệu ra thị trường Mỹ vào cuối
năm 2007 với tư cách là hệ thống CVVL thứ hai trên thế giới trên chiếc
Infiniti G37 Coupe 2008 sử dụng động cơ VQ37VHR "VVEL" mới
(thông số động cơ VQ37VHR: 11.0: 1 CR, đường kính 95,5mm, hành
trình 86mm, 7500 vòng / phút). Điều phối van biến thiên VVEL cũng
được sử dụng trong động cơ VK50VE V8 của Infiniti FX50. 1.2 Định nghĩa
- VVEL (Variable valve event and lift) điều khiển Quá trình đóng mở xupap nạp
bằng cách biến chuyển động quay của động cơ điện một chiều, thông qua trục dẫn
động, cam lệch tâm, trục cam và các vấu cam thành chuyển động đóng mở của xupap.
- Rất khác so với các hệ thống thay dổi độ nâng Xupap như hệ thống VVTL – i của
Toyota hay hệ thống i-VTEC của Honda. Việc thay đổi độ nâng xupap của các hệ
thống chỉ giúp việc tối ưu hóa việc nạp khí. Nhưng việc thay đổi độ nâng Xupap
của VVEL quyết định lượng hòa khí sẽ nạp vào động cơ ứng với tình trạng tải.
2. Lý do sử dụng công nghệ
- Trong khi động cơ thông thường kiểm soát lượng khí nạp bằng van tiết lưu, thì
động cơ được trang bị VVEL thực hiện điều này trực tiếp tại van nạp, liên tục
kiểm soát các sự kiện van và thang máy của chúng. CVTC và VVEL cùng nhau
kiểm soát các giai đoạn van và các sự kiện van của nó, cho phép kiểm soát tự do
thời gian và lực nâng của van . Điều này dẫn đến luồng không khí đến xi lanh hiệu
quả hơn, cải thiện đáng kể khả năng phản hồi, tối ưu hóa sự cân bằng giữa công
suất và hiệu suất môi trường. Nó hoạt động tương tự như hệ thống Valvetronic của
BMW nhưng với điều khiển desmodromic của cam đầu ra, cho phép VVEL hoạt
động ở tốc độ động cơ cao hơn (RPM).
- Đối với các động cơ truyền thống, việc điều chỉnh lưu lượng khí nạp được thực
hiện ở bướm ga thì đối với động cơ VVEL, việc điều chỉnh lưu lượng khí nạp đi
vào trong xi lanh được thực hiện bằng cách điều khiển trực tiếp đóng mở xupap
nạp, kết hợp hệ thống VVEL với hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở xupap C-
CTV (continuos valve timing control) để điều chỉnh pha phân phối khí, giúp nâng
cao hiệu quả của quá trình nạp và xả, đem lại những hiệu quả nổi bật so với động
cơ không có hệ thống VVEL.
3. Cấu tạo của hệ thống
- Công nghệ VVEL trang bị trên Nissan cấu tạo gồm: Cò mổ (Rocker arm), hai
khớp nối (LinkA & LinkB), vấu cam (output cam), trục cam (drive shaft), trục điều
khiển (control shaft), nâng xupap (valve lifter), cam lệch tâm (eccentric cam), hạt
bóng vít (ball screw nut), cảm biến vị trí (position sensor), trục vít bóng (position sensor).
4. Nguyên lí hoạt động
- Cò mổ hình chữ A và hai mối liên kết ở hai bên sẽ đóng mở van bằng cách truyền
chuyển động quay của trục dẫn động với một cam lệch tâm thành chuyển động của cam ngoài.
- VVEL không sử dụng trục cam nạp thông thường. Mỗi van được kích hoạt bởi
một cam được xoay trên - nhưng không cố định vào - trục cam. Trong khi cam
truyền thống quay quanh trục cam, cam trong VVEL xoay lên và xuống qua lại,
đây là lý do tại sao nó không cần cấu hình đối xứng. Chuyển động của nó được dẫn
động bởi trục cam thông qua một loạt các bộ phận, tức là cam lệch tâm (được cố
định ở trục cam), liên kết A, tay đòn và liên kết B. Hình ảnh động sau đây sẽ giúp
bạn hiểu cách nó hoạt động: Low Lift High lift
- VVEL thay đổi van nâng bởi trục điều khiển lệch tâm bên trong cánh tay
đòn. Bằng cách quay trục điều khiển lệch tâm, vị trí của cánh tay đòn được dịch
chuyển, thay đổi hình dạng của Liên kết A và B, sau đó là góc xoay của cam. Góc
xoay của cam xác định mức độ nâng của van, như bạn có thể thấy từ các sơ đồ trên.
- Việc điều khiển tải động cơ được thực hiện bằng cách điều khiển độ mở nâng
Xupap bằng chuyển động quay của động cơ điện một chiều, thông qua trục dẫn
động, cam lệch tâm, trục cam và các vấu cam thành chuyển động đóng mở của
Xupap. Từ đó, giảm thiểu được tối đa áp suất chân không sau bướm ga ở tải thấp và trung bình.
Công nghệ VVEL trang bị trên Nissan – Nguyên lý hoạt động hệ thống VVEL
- Chuyển động của vấu cam được thay đổi bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ
điện một chiều, hoặc thay đổi điểm tiếp xúc của thanh nối và con đội xupap.
5. Phân tích các ưu điểm, ảnh hưởng của hệ thống đó đến các công nghệ, kỹ
thuật khác sử dụng trên động cơ
- Nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu: ở tốc độ thấp và trung bình, hệ thống
VVEL sẽ điều khiển dòng khí nạp tại xupap nạp ngay trước buồng cháy, nó trái
ngược hẳn với các động cơ trước đây điều chỉnh dòng khí nạp tại bướm ga. Nhờ
đó, dòng khí nạp đi vào bên trong xilanh dễ dàng hơn, giúp cải thiện hiệu quả của
quá trình nạp. Mặt khác, khi động cơ ở tốc độ thấp hay trung bình, xupap mở nhỏ
và được giữ, nhờ đó giảm ma sát, giảm đô u
mài mòn cho trục cam, đồng thời nâng
cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
– Tăng cường khả năng tăng tốc: với việc điều khiển dòng khí nạp ngay tại xupap
nạp, làm tăng lượng khí nạp vào bên trong xilanh ngay từ khi bắt đầu của quá trình
tăng tốc, khiến cho quá trình tăng tốc diễn ra nhanh hơn.
– Tăng công suất động cơ: ở số vòng quay động cơ thấp, độ mở xupap nhỏ làm
giảm hiện tượng dội ngược lại của hỗn hợp nhiên liệu và không khí, giúp tăng công
suất động cơ. Khi số vòng quay động cơ tăng cao, độ mở xupap lớn làm tăng lượng
khí nạp, giúp tăng công suất đầu ra của động cơ.
– Bảo vệ môi trường tốt hơn: thời gian đóng mở xupap nạp được tối ưu hoá ngay
từ khi khởi động. Khi động cơ còn lạnh thì sản phẩm cháy vẫn “sạch” nhờ lượng
nhiên liệu được cấp phù hợp, khi động cơ làm việc ở tốc độ thấp hoặc trung bình,
lượng khí thải cacbondioxit cũng được giảm xuống nhờ góc mở xupap nhỏ, đồng
thời tốc độ dòng khí nạp và hỗn hợp nhiên liệu vào trong xilanh rất tơi, làm tăng
hiệu quả cháy và giảm lượng khí độc thải ra môi trường.
6. Phân tích ưu và nhược điểm của hệ thống với các hệ thống các hãng khác
- Nói về đề tài thay đổi thời gian và thời điểm phối khí thì hiện nay ta có rất nhiều
công nghệ của các hãng làm điều đó như thay đổi thời điểm phối khí của Toyota là VVT-I VVTL-I
, hay thay đổi khoảng thời gian phối khí là Audi , thì có VVT,
Huyndai ta lại có CVVT,…
- Cũng như nhiều hãng xe trên thế giới, mỗi hãng có một bí kiếp riêng về công
nghệ và hệ thống quản lý động cơ, công nghệ này được phát triển dựa trên triết lý
mà hãng theo đuổi và cũng là nét đặc trưng riêng của hãng. Công nghê VVEL của
Nissan cũng không ngoại lệ, Nissan đã công bố một phương pháp truyền động van
mới mang lại sự cân bằng giữa khả năng đáp ứng và công suất, tiết kiệm nhiên liệu
và lượng khí thải thấp. Hệ thống kết hợp sự kiện và nâng hạ van biến thiên
(VVEL) mới của Nissan và công nghệ điều khiển thời gian van liên tục (C-VTC)
để mang lại hiệu suất nâng cao đáng kể.
- Ưu điểm của hệ thống so với các hệ thống khác :
+ So với Valvetronic của BMW, hệ thống của Nissan nhỏ gọn hơn, ít bộ phận hơn
và ít mất năng lượng hơn, do đó nó phù hợp với động cơ hiệu suất cao.
+Tăng cường sức mạnh ở vòng quay cao. Tiết kiệm nhiên liệu bằng cách loại bỏ
bướm ga ,không ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng như BMW Valvetronic.
+ Giúp cho động cơ tăng được công suất lẫn moment xoắn trong vùng phạm vi tải
thấp hoặc trung bình cho những đặc trưng về phương pháp nạp khí.
- Nhược điểm của hệ thống so với các hệ thống khác :
+ Do kết cấu quá phức tạp, cồng kềnh nên các động cơ trang bị hệ thống VVEL
thường có giá thành cao hơn so với các động cơ cùng phân khúc.
7. Tình hình sử dụng hiện tại và tương lai ở Việt Nam và thế giới
- Hệ thống VVEL mới này đã được áp dụng cho động cơ V6 mới (VQ37VHR) cho
Infiniti G37 Coupe (Skyline Coupe), và sau đó xe được áp dụng sẽ được mở rộng
cho Nissan 370Z, Infiniti FX37 và Infiniti G37 (Skyline Sedan). Ngoài ra, động cơ
V8 mới (VH50VE) với VVEL đã được áp dụng cho Infiniti FX50.
- Công nghệ này đã giúp đạt được những cải tiến cân bằng trong cả ba thuộc tính
hiệu suất chính của động cơ ô tô - tiết kiệm nhiên liệu, lượng khí thải và công suất
động cơ. Công nghệ VVEL nhận được nhiều ý kiến ủng hộ, sẽ mở rộng số lượng xe ứng dụng.
- Trong khuôn khổ Chương trình Xanh Nissan 2010, Nissan đã công bố kế hoạch
phát triển động cơ chạy bằng xăng với lượng khí thải CO2 giảm xuống mức tương
đương với động cơ diesel, sẽ có mặt trên toàn cầu vào năm 2010. Đối với động cơ
nhiều xi-lanh, dung tích lớn, Nissan sẽ kết hợp công nghệ VVEL với hệ thống phun trực tiếp.