VVT-i là công nghệ được Toyota áp dụng trên hầu hết các mẫu xe của mình, giúp cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.
Công nghệ VVT và VVT I Toyota là gì?
Công nghệ VVT
VVT (Variable valve timing) là hệ thống điều khiển van biến thiên được phát triển bởi hãng ô tô Toyota. Hệ thống này giúp điều chỉnh thời điểm đóng/mở của các van nạp sao cho phù hợp với tình trạng vận hành của động cơ. Nhờ đó mà hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể, xe tiết kiệm nhiên liệu hơn đồng thời giảm thiểu được lượng khí thải độc hại ra môi trường. Hệ thống VVT được điều khiển bằng thuỷ lực hai giai đoạn.
Công nghệ VVT-i
VVT-i (Variable Valve Timing – Intelligent) là hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh, phiên bản nâng cấp và thay thế cho VVT. Hệ thống VVT-i được điều khiển bằng điện tử, giúp thay đổi thời điểm đóng/mở các van nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ truyền động trục cam (dây đai hoặc xích) với trục cam nạp. VVT-i dùng áp suất thuỷ lực để chỉnh vị trí trục cam, từ đó làm thay đổi thời điểm phối khí, giúp thời điểm đóng van xả và mở van nạp trùng khớp với nhau.
Ý nghĩa của VVT-i
Với động cơ đốt trong, dòng khí nạp vào và xả ra từ buồng đốt được điều khiển bởi các van xupáp. Thời điểm đóng/mở các van này ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình đốt cháy và sinh công. Tuy nhiên, thời điểm đóng/mở và độ mở van lại giống nhau ở tất cả các tốc độ và điều kiện vận hành của động cơ. Nó không thể linh hoạt thay đổi theo từng tình huống. Điều này gây ra lãng phí rất lớn.
Mục đích của công nghệ VVT hay VVT-i chính là để khắc phục hạn chế trên. Công nghệ VVT-i giúp điều chỉnh vô cấp hoạt động của hệ thống van nạp. Từ đó thời điểm mở và độ mở van có thể biến thiên theo tình trạng vận hành thực tế của động cơ. Nhờ vậy mà công suất động cơ đạt được mức tối ưu hơn, nhiên liệu tiết kiệm hơn, lượng khí xả ra môi trường cũng giảm thiểu.
Cấu tạo VVT-i
Hệ thống VVT-i
- Bộ xử lý trung tâm ECU
- Bơm dầu và đường dẫn dầu
- Bộ điều khiển phối khí
- Hệ thống cảm biến: cảm biến vị trí cam VVT, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm mát…
Hệ thống chấp hành VVT-i
- Bộ điều khiển VVT-i xoay trục cam nạp
- Áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i
- Van điều khiển đường đi của dầu
Ngoài ra, hệ thống VVT-i còn thường được kết hợp đồng bộ với bướm ga điện tử, kim phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện cùng các bugi loại Iridium.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i
Hệ thống cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến lưu lượng khí nạp sẽ truyền dữ liệu về cho bộ xử lý trung tâm ECU. Từ các dữ liệu này, ECU sẽ tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động. Trong khi đó, cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ truyền dữ liệu để ECU hiệu chỉnh. Còn cảm biến vị trí cam VVT và cảm biến vị trí trục khuỷu truyền dữ liệu để ECU nắm được tình trạng phối khí thực tế diễn ra.
Trên cơ sở hiệu chỉnh và thực tế, ECU tính toán đưa ra lệnh phối khí tối ưu nhất. Quá trình tính toán của ECU chỉ diễn ra trong vài phần nghìn giây. Theo lệch của ECU, các van điện của hệ thống thuỷ lực sẽ được đóng hoặc mở.
Bộ điều khiển VVT-i được dẫn động bởi xích cam và có cánh gạt lắp cố định trên trục cam nạp. Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hoặc phía làm muộn trục cam khiến các cánh gạt xoay. Từ đó giúp đóng/mở hệ thống xupáp nạp vào đúng thời điểm phù hợp.
Hệ thống VVT-i có 3 chế độ tùy theo tình trạng vận hành:
Chỉnh thời điểm phối khí sớm
ECU đẩy van điều khiển dầu mỡ để áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí, khiến trục cam nạp quay về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
Chỉnh thời điểm phối khí muộn
ECU đẩy van điều khiển dầu mỡ để áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí, khiến trục cam nạp quay về chiều làm muộn thời điểm phối khí.
Giữ nguyên thời điểm phối khí
Sau khi ECU tính toán và đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu sẽ duy trì đường dầu đóng để giữ nguyên thời điểm phối khí hiện tại.
Ưu nhược điểm của VVT-i
Ưu điểm
- Hệ thống được điều khiển bằng ECU cho tốc độ xử lý nhanh
- Hoạt động mượt mà và ổn định ở tốc độ thấp và cả tốc độ cao
- Giúp nhiên liệu được đốt cháy triệt để nên làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm khí thải độc hại…
- Động cơ hoạt động tối ưu hơn, tăng tốc nhanh nhạy hơn, vận hành mạnh mẽ hơn…
Nhược điểm
- Kết cấu phức tạp, chi phí bảo dưỡng – sửa chữa tốn kém hơn.
Các biến thể khác dựa trên VVT-i
VVTL-i
VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift – Intelligent) là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí hành trình xupáp thông minh. VVTL-i dựa trên nền tảng của VVT-i nhưng áp dụng một cơ cấu đổi vấu cam để có thể thay đổi hành trình của xupáp. Nhờ đó công suất được cải thiện mà không ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như khí xả ô nhiễm.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VVTL-i tương tự như VVT-i. Tuy nhiên việc chuyển đổi giữa hai vấu cam có hành trình khác nhau giúp thay đổi hành trình của xupáp. ECU sẽ tính toán và tiến hành chuyển đổi này bằng van điều khiểu dầu VVTL.
Hệ thống có hai chế độ: vận hành ở tốc độ thấp – trung bình và vận hành ở tốc độ cao. Cam biên độ nhỏ sẽ chịu trách nhiệm vận hành ở tốc độ thấp – trung bình, giúp nâng xupáp có độ mở nhỏ hơn nhằm giảm tình trạng khí nạp dội ngược lại, tránh hồi lưu khí thải. Cảm biến độ cao sẽ chịu trách nhiệm vận hành ở tốc độ cao.
Dual VVT-i
Dual VVT-i là hệ thống điều phối van biến thiên thông minh kép (trên cả van nạp và van xả). Dual VVT-i ưu việt hơn VVT-i. Nếu VVT-i chỉ can thiệp đến việc đóng/mở của van nạp thì Dual VVT-i điều khiển thời điểm đóng/mở của van nạp lẫn van xả. Điều này giúp hiệu suất động cơ được cải thiện tốt hơn, mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu hơn, lượng khí thải ra môi trường sạch hơn do nhiên liệu được đốt cháy triệt để.
VVT – iE
VVT-iE (Variable Valve Timing – intelligent by Electric motor) là một phiên bản của Dual VVT-i nhưng sử dụng cơ cấu chấp hành bằng hệ thống điện với trục cam nạp, còn trục cam xả vẫn điều khiển bằng thuỷ lực. Ưu điểm của VVT-iE là phản ứng nhanh và chính xác hơn khi động cơ ở tốc độ thấp và nhiệt độ thấp. Công nghệ VVT-iE được phát triển cho các dòng xe Lexus.
VVT – iW
VVT-iW (Variable Valve Timing – intelligent Wide) là hệ thống điều khiển van biến thiên mở rộng thông minh. Hệ thống này kết hợp sử dụng VVT-iW trên van nạp và VVT-i trên van xả.
