Nghiên cứu tối ưu hoá thời điểm xu páp trên động cơ xăng

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
29 
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HOÁ 
THỜI ĐIỂM XU PÁP TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG 
A STUDY ON VALVE TIMING OPTIMIZATION IN SI ENGINES 
Lý Vĩnh Đạt1, Trần Xuân Dung2 
1Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Việt Nam 
2 Trường Cao Đẳng Nghề Cần Thơ, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 18/1/2017, ngày phản biện đánh giá 15/2/2017, ngày chấp nhận đăng 25/2/2017 
TÓM TẮT 
Bài báo đề cập đến nội dung nghiên cứu mô phỏng động cơ xăng sử dụng phần mềm 
Matlab Simulink, nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm đóng mở xu páp nạp đến hiệu suất động cơ, 
từ đó đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng thành công mô 
hình mô phỏng động cơ xăng, khảo sát được ảnh hưởng thời điểm đóng mở xu páp nạp đến 
hiệu suất động cơ ở các tốc độ khác nhau. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, khi sử dụng VVT để 
tối ưu hoá thời điểm xu páp thì có thể nâng cao hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu trên động 
cơ: Công suất động cơ tăng lên đến 33%, mô men tăng lên 34.7%, suất tiêu hao nhiên liệu 
được cải tiến lên tới 18.65%. Động cơ được tối ưu hiệu suất nhiệt, lượng tiêu hao nhiên liệu 
giảm nhưng hiệu suất tăng, điều này cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu và tăng tính kinh 
tế nhiên liệu rất lớn khi tối ưu VVT. 
Từ khóa: Mô phỏng động cơ xăng; Hiệu suất động cơ; Suất tiêu hao nhiên liệu; Thời điểm xu 
páp biến thiên; Xu páp điện từ. 
ABSTRACT 
The study refers to simulation study that uses Matlab Simulink for SI engines. This 
research examines the effects of intake valve timing on the engine performance in order to 
propose methods for improving performance and fuel consumption efficiency in SI engines. 
The study has built a simulation model for SI engines successfullyto investigate the effects of 
valve timing on engine performance and fuel consumption at different engine speeds. The 
simulation results show that the used electromagnetic valve train, whose valve timing is 
optimized, can increase the engine performance in SI engines upto 33% and 34.7% higher for 
increasing torque, and the fuel consumption by 18.65%. Thus, the engine has got the optimal 
thermal efficiency, fuel consumption and engine performance. 
Keywords: Engine simulation; Engine performance; Fuel consumption; VVT; 
Electromagnetic valvetrain (EMV). 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Động cơ đốt trong là nguồn năng lượng 
được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận 
tải và tạo ra các nguồn năng lượng khác. Tuy 
nhiên vấn đề cải tiế n hiệu suất động cơ, phát 
xạ ô nhiễm từ khí thải và suất tiêu hao nhiên 
liệu trở thành vấn đề quan trọng trong thiết 
kế động cơ đốt trong [1]. Các phương hướng 
và công nghệ khác nhau được nghiên cứu 
theo hướng nâng cao hiệu suất nhiệt đồng 
thời làm cho lượng tiêu hao nhiên liệu và 
phát xạ ô nhiễm khí thải giảm đến mức thấp 
nhất trong động cơ đốt trong. 
Các nghiên cứu trước đó đã chứng minh 
được những lợi ích khi sử dụng công nghệ 
VVT trong việc giảm tiêu hao nhiên liệu và 
phát xạ ô nhiễm từ khí thải đã được đề cập 
trong [2, 3]. Trong bài báo này, các tác giả đã 
có kết luận rằng việc sử dụng hệ thống phân 
30 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
phối khí biến thiên (VVT) trong động cơ xăng 
để điều khiển lưu lượng khí nạp vào bằng sự 
đóng mở của xu páp nạp đã làm giảm công 
hao phí trong quá trình nạp, từ đó tăng tính 
kinh tế nhiên liệu cho động cơ. Một nghiên 
cứu khác của H. Hong và các cộng sự đã tiến 
hành phân tích và đánh giá phương pháp sử 
dụng VVT trong việc nâng cao hiệu suất và 
giảm phát xạ ô nhiễm khí thải ở động cơ 
không trục cam bằng cách thay đổi thời điểm 
đóng mở xu páp nạp và thải [4]. Nghiên cứu 
này kết luận rằng thay đổi thời điểm đóng xu 
páp nạp IVC là thông số quan trọng nhất trong 
việc nâng cao hiệu suất và suất tiêu hao nhiên 
liệu trong động cơ không trục cam. Kết quả 
nghiên cứu cũng cho thấy việc tối ưu thời 
điểm IVC có thể giúp động cơ tiết kiệm đến 
7% suất tiêu hao nhiên liệu [5]. Bài báo kết 
luận sự tối ưu thời điểm đóng mở xu páp trên 
động cơ không trục cam sẽ cho hiệu suất cao 
nhất, điều này được đề cập trong [6]. Kết quả 
của nghiên cứu chỉ ra rằng thời điểm đóng mở 
xu páp tối ưu phụ thuộc tuyến tính vào tốc độ 
động cơ và không phụ thuộc đáng kể vào tải 
động cơ. Khi ứng dụng công nghệ VVT vào 
động cơ xăng, mô men xoắn động cơ và suất 
tiêu hao nhiên liệu được cải thiện ở chế độ 
không tải và tốc độ động cơ thấp. Một nghiên 
cứu khác nhằm xem xét quá trình cháy trong 
động cơ ở các thời điểm đóng mở xu páp nạp 
khác nhau ở điều kiện không tải và chế độ 
hoạt động lạnh [7]. Kết quả nghiên cứu này 
cho thấy thời điểm mở xu páp nạp sớm làm 
giảm HC và NOx một cách đáng kể. Điều này 
có được là do sự cháy lại HC (chưa cháy) và 
giảm nhiệt độ buồng đốt của động cơ. 
Trong bài báo này một mô hình động cơ 
xăng, trong đó hệ thống phân phối khí sử 
dụng xu páp điện từ, được xây dựng bằng 
phần mềm Matlab Simulink. Nghiên cứu đã 
sử dụng phương pháp "Filling and Emptying" 
để mô hình hoá động cơ. Bài báo xem xét ảnh 
hưởng của thời điểm đóng mở xu páp nạp đến 
hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu trên động 
cơ xăng ở các số vòng quay khác nhau. Bên 
cạnh đó, nghiên cứu cũng đề xuất thời điểm 
đóng mở xu páp tối ưu về mặt công suất, mô 
men xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu ở các chế 
độ hoạt động khác nhau. 
2. MÔ HÌNH HOÁ ĐỘNG CƠ 
2.1. Động lực ống góp nạp và góp thải 
a. Ống góp nạp 
Hình 1. Sơ đồ ống góp nạp 
Hệ thống nạp được chia thành một số 
phần như được thể hiện hình 1 bao gồm: phần 
đầu hệ thống nạp, ống góp nạp, ống góp nạp 
vào từng xy lanh, xy lanh. Các phần đó được 
xem như là thể tích xác định bằng phương 
pháp “Filling and Emptying Methods”. Lưu 
lượng khí được tính bằng công thức [8]: 
( , , , )
0 0 1 2 1 2
m C A d p p T T
d
 (1) 
Trong đó: 
-Cd: hệ số lưu lượng dòng chảy. 
-A0: diện tích lỗ dòng chảy. 
-d0: hàm chuẩn dòng chảy qua lỗ, thông số 
này phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ 
phía dưới, p1 và T1, áp suất và nhiệt độ 
phía trên, p2 và T2. 
12
0 1 2
22
0 1 2 1 2
21
0 1 2
11
 khi 
( , , , )
 khi 
pP
p p
pRT
d p p T T
pP
p p
pRT


 
 
(2) 
Với 
1 /2 1
1/2 
/( 1)
1
2
0
1/ 1 /
1 1
2 2
/( 1)
1
2
2 
1
2 khi 
1
( )
2 (1 
1
2 khi 
1
p
p
x
p p
p p
p
p
 
 
  
 







(3)
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
31 
b. Ống góp thải 
Ống góp thải cũng áp dụng phương pháp 
“Filling and Emptying”. Hệ thống thải có thể 
được chia thành các phần bao gồm: xy lanh, 
ống góp nạp và thải. Xác định lưu lượng chất 
thải qua ống góp thải và mức độ thay đổi áp 
suất ống góp thải, exp , như sau: 
, , ,
1
n
m m mm ex c ex ex pipeii
 
 (4) 
( )
,ex ex,
1
ndp RTex ex m m
ci pipedt V iex
 
 (5) 
Trong đó: 
- excim , : lưu lượng chất thải từ xy lanh thứ 
ith ra ống góp thải (kg/s). 
- ,ex pipem : lưu lượng chất thải qua ống thải 
ra ngoài (kg/s). 
-
exT : nhiệt độ khí thải (K) 
-
exV : thể tích ống góp thải (m
3
). 
Tương tự, lưu lượng chất thải qua ống 
thải ,ex pipem và xu páp thải excim , được viết 
như sau: 
 ,, 0m A C d p pex exex pipe d (6) 
( ) ( , )ex, , , ,m A L d p pci ex ex vi ex vi ci out 
(7) 
Trong đó: 
- exA : diện tích ống góp thải (m
2
). 
- exP : áp suất ống góp thải (Pa). 
- viexA , : diện tích hiệu dụng xu páp thải (m
2
). 
- viexL , : độ nâng xu páp thải (mm). 
- outcip , : áp suất xy lanh thứ ith. 
Chúng ta cũng có thể áp dụng công thức 
(1), (2), (3) để tính lưu lượng khí xả thông qua 
xu páp xả và ống xả. 
2.2 Động học trong xy lanh 
Mức độ thay đổi áp suất trong xy lanh thu 
được từ phương trình sau [8]: 
1 dQ dQdp p dV ht hr
d V d V d d


   
 (8) 
Trong đó: 
- hrQ : nhiệt phát ra. 
- htQ : nhiệt truyền đi. 
- p và V: áp suất xy lanh (Pa) và thể tích 
xy lanh (m
3
). 
- θ: là góc quay trục khuỷu. 
a. Toả nhiệt 
Sự toả nhiệt trong suốt quá trình cháy 
được thực hiện bằng mô hình cháy một vùng, 
trong đó khối lượng nhiên liệu mf, và nhiệt trị 
thấp LHVQ được nhân với đạo hàm khối 
lượng nhiên liệu cháy xb. Trong nghiên cứu 
này xb được xác định bằng hàm số mũ Wiebe: 
fLHV
hr mQy
d
dQ
)( 

 (9) 
1
01 exp
m
x a
b
d
 

1
dx 1b 0 0 exp
d d
m m
m
y a a
d d
   
   
Trong đó: 
- 0: góc quay trục khuỷu tại lúc bắt đầu 
quá trình cháy. 
- d
: khoảng góc quay trục khuỷu từ lúc 
bắt đầu đến lúc hoàn thành quá trình cháy. 
- a, m: tham số hiệu dụng được xác định 
bằng thực nghiệm. 
b. Truyền nhiệt 
Tốc độ truyền nhiệt đối lưu đến thành 
buồng đốt trong động cơ có thể được tính như 
sau [8]: 
 wht TThA
dt
dQ
 (10) 
Trong đó: 
- Tw: nhiệt độ thành buồng đốt (K). 
- 
PV
T
mR
 : nhiệt độ trung bình của khí đốt. 
- h: hệ số truyền nhiệt đối lưu (W/m2/K). 
- A: diện tích bề mặt buồng đốt (m2). 
32 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
2.3. Xây dựng mô hình động cơ 
Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng 
thông số động cơ 1NZ-FE để tiến hành xây 
dựng mô hình mô phỏng động cơ. 
Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE 
được thể hiện ở bảng 1. 
Bảng 1. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE 
Loại động cơ 1.5l, 1NZ-FE. 
Kiểu động cơ 
4 xy lanh thẳng 
hàng, 16 xu páp 
DOHC, VVT-i. 
Dung tích xy lanh (cc). 1497 
Đường kính xy lanh (mm). 75 
Hành trình pít tông (mm). 84.7 
Đường kính bệ xu páp (mm). 
Nạp: 30,5 
Thải : 25,5 
Tỷ số nén. 10,5 : 1 
Công suất cực đại (kW 
/rpm). 
80/6.000 
Mô men xoắn cực đại 
(N.m/rpm). 
141/4.200 
Thời điểm 
phối khí. 
Xu páp nạp. 
Mở 
-7-33 
BTDC. 
Đóng 
52-12 
ABDC. 
Xu páp thải. 
Mở 
42 
BBDC. 
Đóng 
2 
ATDC. 
Mô hình động cơ được thực hiện bằng 
cách sử dụng hệ thống điều khiển xu páp 
bằng xu páp điện từ đã loại bỏ bướm ga trong 
động cơ xăng. Động cơ không bướm ga có 
thể sử dụng sự thay đổi thời điểm đóng mở 
xu páp để điều khiển tải động cơ. Vì thế, một 
mô hình động cơ không trục cam không 
bướm ga được xây dựng bằng phần mềm 
Matlab-Simulink được thực hiện trong 
nghiên cứu này. Mô hình được xây dựng dựa 
trên quá trình nạp của từng xy lanh. Mô hình 
mô phỏng dựa trên mô hình trạng thái tĩnh 
(quasi-steady) tương ứng với điều khiển thời 
gian thực. Để tính toán các phần trong mô 
hình, tác giả chia mô hình động cơ thành các 
phần bao gồm: mô hình động học ống góp 
nạp và thải, mô hình động học trong xy lanh, 
mô hình hệ thống động học, mô hình tính 
năng động cơ như hình 2. 
Động học ống góp nạp và thải được tính 
toán dựa trên định luật khí lý tưởng và bảo 
toàn khối lượng. Các xy lanh được xem xét 
với tư cách là thể tích chung, mô hình cháy 
dựa trên Wiebe và truyền nhiệt trong xy lanh. 
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
3.1. Ảnh hưởng của thời điểm đóng xu páp 
nạp 
Nếu xu páp nạp đóng sớm, lượng khí 
vào trong xy lanh không đủ, điều này làm 
giảm công suất và mô men động cơ. 
Hình 2. Mô hình động cơ. 
Ngược lại, nếu xu páp nạp đóng trễ, xy 
lanh sẽ được nạp đầy. Tuy nhiên, chuyển 
động đi lên của pít tông tạo ra một dòng khí 
quay trở lại đi qua xu páp nạp làm gia tăng 
tổn thất, điều này có thể làm giảm tính năng 
động cơ. Hình 3 thể hiện mô men đầu ra ở 
các tốc độ động cơ ứng với thời điểm đóng 
xu páp nạp khác nhau. 
Hình 3. Ảnh hưởng thời điểm đóng xu páp 
nạp đến mô men xoắn động cơ 
Trong hình 3, các giá trị thời điểm đóng 
xu páp nạp tương ứng với mô men xoắn cao 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
33 
nhất của động cơ ở mỗi tốc độ của động cơ 
được coi là IVC tối ưu tại tốc độ đó. Không 
giống như xu páp điều khiển bằng cam, ở 
động cơ sử dụng hệ thống điều khiển xu páp 
bằng xu páp điện từ diện tích biên dạng nâng 
xu páp nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ. 
Góc nâng θr tăng lên đáng kể khi tốc độ 
động cơ tăng cao. Vì thế, nó làm giảm diện 
tích biên dạng nâng xu páp nạp và kết quả 
làm giảm lượng khí nạp vào xy lanh. 
Từ đây, thời điểm tối ưu IVC diễn ra trễ 
khi động cơ ở tốc độ cao, như được thể hiện 
ở hình 3. Kết quả mô phỏng cho thấy phù 
hợp với thực tế đã chỉ ra rằng khi tăng tốc độ 
động cơ từ 1000 lên 5000 vòng/phút ở chế độ 
đầy tải đòi hỏi thời điểm tối ưu IVC tăng từ 
8
0
 lên 52
0
 sau điểm chết trên. 
Hình 4 thể hiện ảnh hưởng thời điểm 
IVC đến lượng tiêu hao nhiên liệu suất tiêu 
hao nhiên liệu 
Hình 4. Ảnh hưởng thời điểm đóng xu páp 
nạp đến suất tiêu hao nhiên liệu 
Thời điểm IVC tương ứng với giá trị 
thấp nhất lượng tiêu hao nhiên liệu ở mỗi tốc 
độ động cơ là thời điểm tối ưu IVC đối với 
suất tiêu hao nhiên liệu. Tương tự ảnh hưởng 
thời điểm đóng xu páp lên mô men xoắn 
động cơ, tốc độ càng cao thời điểm tối ưu 
IVC đối với suất tiêu hao nhiên liệu diễn ra 
càng trễ. Kết quả mô phỏng phù hợp với thực 
tế chỉ ra rằng khi tăng tốc độ động cơ từ 1000 
lên 5000 vòng/phút ở chế độ đầy tải đòi hỏi 
thời điểm tối ưu IVC tăng từ 110 lên 570 sau 
điểm chết trên. 
Như vậy thời điểm tối ưu IVC đối với 
suất tiêu hao nhiên liệu xảy ra gần như đồng 
thời với thời điểm IVC tối ưu đối với mô 
men xoắn động cơ. Điều này được thể hiện 
trong hình 5. Việc tối ưu IVC kiểm soát 
lượng lớn khí nạp vào xi lanh để nâng cao 
hiệu suất động cơ. 
Hình 5. Tối ưu thời điểm đóng xu páp nạp 
Tương tự ảnh hưởng của thời điểm tối 
ưu IVC tối ưu đối với hiệu suất nạp và hiệu 
suất nhiên liệu ở các tốc độ động cơ khác 
nhau xảy ra tương tự như đối với mô men và 
suất tiêu hao nhiên liệu như hình 6 và 7. 
Hình 6. Ảnh hưởng thời điểm đóng xu páp 
nạp đến hiệu suất nạp 
Hình 7. Ảnh hưởng thời điểm đóng xu páp 
nạp đến hiệu suất nhiên liệu 
3.2. Ảnh hưởng của thời điểm mở xu páp 
nạp. 
Nếu xu páp nạp mở sớm, nó sẽ khiến 
góc trùng điệp lớn. Điều này có thể làm pha 
loãng khí do tuần hoàn khí thải. Ngược lại, 
nếu xu páp nạp mở muộn, nó sẽ làm giảm 
quá trình nạp và làm tăng tổn thất công hút 
trong động cơ. Hình 8 và 9 thể hiện ảnh 
hưởng thời điểm mở xu páp nạp đến mô men 
động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu. 
34 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Hình 8. Ảnh hưởng thời điểm mở xu páp 
nạp đến mô men động cơ 
Thời điểm mở xu páp nạp IVO cho mô 
men động cơ đạt giá trị lớn nhất và giá trị 
suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất ở nhiều tốc 
độ động cơ khác nhau xảy ra xung quanh 
điểm chết trên. Theo kết quả mô phỏng đối 
với thời điểm IVO, thời điểm tối ưu IVO 
tăng từ 50 sau ATDC đến 30 BTDC là cần 
thiết để phù hợp với tốc độ động cơ từ 1000 
đến 5000 vòng/phút. 
Hình 9. Ảnh hưởng thời điểm mở xu páp nạp 
đến suất tiêu hao nhiên liệu 
Từ kết quả này, có thể thấy rằng ảnh 
hưởng thời điểm tối ưu IVO đến tính năng 
động cơ được giới hạn trong phạm vi rất nhỏ. 
Thời điểm tối ưu IVO xảy ra trễ ở tốc độ 
động cơ thấp và sớm ở tốc độ động cơ cao. 
Tương tự thời điểm tối ưu IVO cho hiệu 
suất nạp và hiệu suất nhiên liệu ở các tốc độ 
động cơ khác nhau giống như đối với mô 
men và suất tiêu hao nhiên liệu được thể hiện 
ở hình 10 và 11. 
Hình 10. Ảnh hưởng thời điểm mở xu páp 
nạp đến hiệu suất nạp 
Hình 11. Ảnh hưởng thời điểm mở xu páp 
nạp đến hiệu suất nhiên liệu 
Hình 12 thể hiện sự so sánh giữa thời 
điểm IVO đối với mô men cực đại của động 
cơ và suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ở các 
tốc độ động cơ khác nhau. Kết quả của sự so 
sánh cho thấy rằng độ lệch gần như là không 
đáng kể ở mỗi tốc độ động cơ tương ứng, 
nghĩa là thời điểm tối ưu IVO đối với suất 
tiêu hao nhiên liệu xảy ra gần như đồng thời 
với thời điểm IVO tối ưu đối với mô men 
xoắn động cơ. 
Hình 12. Thời điểm mở tối ưu xu páp nạp. 
Các phương án tối ưu thời điểm đóng 
mở xu páp nạp ở các tốc độ động cơ được thể 
hiện ở bảng 2. Thời điểm tối ưu phụ thuộc 
tuyến tính đối với tốc độ động cơ. Kết quả 
phù hợp với thực tế là thời điểm IVC xảy ra 
muộn, trong khi thời điểm IVO phải diễn ra 
sớm ở tốc độ động cơ cao. 
Bảng 2. Tối ưu thời điểm đóng mở xu páp nạp. 
1000 2000 3000 4000 5000 
IVO 
50 
ATDC 
30 
ATDC 
20 
ATDC 
10 
ATDC 
30 
BTDC 
IVC 
80 
ABDC 
160 
ABDC 
200 
ABDC 
390 
ABDC 
520 
ABDC 
3.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận 
Hình 13, 14, 15 thể hiện sự so sánh giữa 
công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu 
Tốc độ 
động cơ 
Thời điểm 
đóng mở 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
35 
của động cơ có thời điểm đóng mở xu páp 
nạp cố định và động cơ có sử dụng VVT tối 
ưu thời điểm đóng mở xu páp nạp. 
Hình 13. So sánh công suất với sự tối ưu 
VVT và không VVT 
Việc sử dụng mô hình động cơ sử dụng 
công nghệ VVT dùng xu páp điện từ đã loại 
bỏ bướm ga, làm giảm tổn tất từ bướm ga. 
Thời điểm cũng như khoảng nâng của xu páp 
được điều khiển một cách linh hoạt mà không 
cần trục cam dẫn động. Điều này giúp gia tăng 
hiệu suất nạp động cơ. 
Nhìn vào hình 13 ta thấy ở tốc độ vòng 
quay thấp có sự chênh lệch đáng kể về công 
suất động cơ, khi tốc độ càng cao thì sự chênh 
lệch này giảm xuống. Công suất sau khi cải 
tiến tăng lên từ 1.7% cho đến 33% tùy theo tốc 
độ động cơ. 
Hình 14. So sánh mô men xoắn động cơ với 
tối ưu VVT và không VVT 
Đối với đường đặc tính mômen ta nhận 
thấy sau khi tối ưu VVT, mô men tăng lên 
đáng kể so với lúc chưa tối ưu VVT. Ở tốc độ 
thấp, sự chênh lệch này là đáng kể, càng lên 
tốc độ cao, sự chênh lệch này giảm xuống. 
Mức độ tăng mô men vào khoảng 1.82% đến 
34.7% tùy vào tốc độ động cơ (hình 14). 
Tương tự, đối với đường đặc tính suất 
tiêu hao nhiên liệu ta nhận thấy sau khi tối ưu 
VVT, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đi đáng 
kể so với lúc chưa tối ưu VVT. Ở tốc độ thấp, 
sự chênh lệch này là đáng kể, càng lên tốc độ 
cao, sự chênh lệch này giảm xuống. Mức độ 
giảm đi vào khoảng 1.56% đến 18.65% tùy 
vào tốc độ động cơ (hình 15). 
Hình 15. So sánh suất tiêu hao nhiên liệu với 
sự tối ưu VVT và không VVT. 
Như vậy sau kết quả mô phỏng cho thấy 
công suất và mô men tăng lên, suất tiêu hao 
nhiên liệu giảm xuống, điều này phù hợp với 
yêu cầu đề ra. Đồng thời có thể thấy rằng ở 
động cơ có VVT dùng xu páp điện từ, sự cải 
tiến ở tính năng động cơ và lượng tiêu hao 
nhiên liệu có thể thực hiện trên dãi rộng tốc 
độ động cơ thuận lợi hơn so với hệ thống xu 
páp thông thường điều khiển bằng cơ 
4. KẾT LUẬN 
Trong nghiên cứu này, công nghệ thay 
đổi thời điểm đóng mở xu páp VVT được 
nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao hiệu 
suất động cơ xăng. Động cơ xăng sử dụng 
công nghệ VVT dùng xu páp điện từ EMV sẽ 
khắc phục những hạn chế từ hệ thống trục 
cam cơ khí. Khoảng thời gian hoạt động và 
thời điểm đóng mở xu páp được điều khiển 
biến đổi mà không cần trục cam của động cơ. 
Vì thế, công nghệ VVT hoạt động một cách 
linh hoạt, nhạy bén, hoàn toàn. Một số kết 
luận được rút ra từ nghiên cứu này: 
- Ảnh hưởng của thời điểm mở xu páp 
nạp IVO lên tính năng động cơ là không 
đáng kể, vì thế tối ưu thời điểm IVO chỉ xảy 
ra lân cận điểm chết trên. Trong khi đó, tối 
ưu thời điểm đóng xu páp nạp IVC phụ thuộc 
vào tốc độ động cơ. Thời điểm tối ưu IVC 
xảy ra sớm ở tốc độ thấp và xảy ra trễ ở tốc 
độ cao. Kết quả mô phỏng cho thấy phù hợp 
với thực tế đã chỉ ra rằng khi tăng tốc độ 
động cơ từ 1000 lên 5000 vòng/ phút ở chế 
36 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 44B(10/2017) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
độ đầy tải đòi hỏi phải tăng thời điểm tối ưu 
từ 80 lên 520 ATDC. 
- Việc sử dụng công nghệ VVT bằng cách 
sử dụng xu páp điện từ EMV mang lại nhiều 
lợi ích trong việc cải tiến hiệu suất động cơ. 
Công suất động cơ tăng lên từ 1,7% đến 33%, 
mô men tăng lên từ 1,82% đến 34,7%, suất 
tiêu hao nhiên liệu được cải tiến giảm tới 
1,56% đến 18,65% tùy vào tốc độ động cơ. 
Động cơ được tối ưu hiệu suất nhiệt trong 
phạm vi tốc độ rộng phù hợp với điều kiện 
làm việc của động cơ. Lượng nhiên liệu giảm 
nhưng hiệu suất tăng. Điều này cho thấy đã 
đảm bảo khả năng tiết kiệm nhiên liệu và tăng 
tính kinh tế rất lớn. 
Công nghệ VVT dùng xu páp điện từ với 
sự điều khiển hoàn hảo cần được thử nghiệm 
trên băng thử để kiểm nghiệm những ảnh 
hưởng các yếu tố khác đến hoạt động xu páp 
điện từ cũng như động học xu páp như: độ 
nhạy, khoảng di chuyển xu páp, vận tốc, 
dòng điện điều khiển xu páp 
Việc ứng dụng công nghệ VVT dùng xu 
páp điện từ EMV làm cải thiện đáng kể lượng 
tiêu hao nhiên liệu và tính năng động cơ. Tuy 
nhiên kết quả này là dự đoán lý thuyết cần 
được chứng minh bằng thực nghiệm để tăng 
tính thực tiễn cho kết quả mô phỏng. 
Hơn nữa, việc sử dụng VVT làm cho 
thời điểm đóng mở xu páp được điều khiển 
linh hoạt và hoàn toàn, điều này thuận lợi cho 
việc kết hợp công nghệ VVT với nhiều công 
nghệ khác như công nghệ thay đổi tỉ số nén, 
thay đổi khoảng nâng xu páp, tăng áp động 
cơ, công nghệ ngắt xy lanh nhằm mục đích 
cải thiện hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu 
trong động cơ xăng. Vì thế, công nghệ VVT 
dùng xu páp điện từ cần được ứng dụng trên 
động cơ xăng để điều khiển thời gian, thời 
điểm đóng mở xu páp. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] O. A. Kutlar, H. Arslan, and A. T. Calik, Methods to Improve Efficiency of Four Stroke, 
Spark Ignition Engines at Part Load, Energy Conversion and Management, Vol. 46, no. 
20, pp. 3202–3220, Dec. 2005. 
[2] C. Gray, A Review of Variable EngineValve Timing, SAE Paper 880386, 1988. 
[3] V. Picron, Y. Postel, E. Nicot, and D. Durrieu, Electro-Magnetic Valve Actuation System: 
First Steps toward Mass Production, SAE Paper 2008-01-1360, 2008. 
[4] H. Hong, G. B. Parvate-Patil, and B. Gordon, Review and Analysis of VariableValve 
Timing Strategies-Eight Ways to Approach, Proceedings of the Institution of Mechanical 
Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, vol. 218, no. 10, pp. 1179–1200, 
Oct. 2004. 
[5] D. Cleary and G. Silvas, Unthrottled Engine Operation with Variable Intake Valve Lift, 
Duration , and Timing, SAE Technical Paper Series 2007-01-1282, 2007. 
[6] E. Sher and T. Bar-Kohany, Optimization of Variable Valve Timing for Maximizing 
Performance of an Unthrottled SI Engine A Theoretical Study, Energy, vol. 27, pp. 
757–775, 2002. 
[7] C. L. Myung, K. H. Choi, I. G. Hwang, K. H. Lee, and S. Park, Effects of Valve Timing 
and Intake Flow Motion Control on Combustion and Time-Resolved HC & NOx 
Formation Characteristics, International Journal of Automotive Technology, vol. 10, no. 
2, pp. 161–166, 2009. 
[8] John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, 1988. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Lý Vĩnh Đạt 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM 
Email: datlv@hcmute.edu.vn