Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của "Cụm van vvti" trên ô tô

Giới thiệu về Cụm van vvti

- Cụm van vvti là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí thông minh trên ô tô, viết tắt của từ Variable Valve Timing with intelligence (Biến thiên thời gian mở van với trí thông minh).

- Cụm van vvti ra đời vào năm 1996 bởi hãng Toyota, với mục đích tối ưu hóa hiệu suất của động cơ bằng cách thay đổi thời điểm mở và đóng van nạp và xả theo tình trạng vận hành của xe.

- Cụm van vvti mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, như tăng công suất, cải thiện hiệu quả nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí xả, so với hệ thống phối khí cố định.

- Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của cụm van vvti trên ô tô.

Cấu tạo của cụm van vvti

- Cụm van vvti gồm có ba thành phần chính, là bộ điều khiển vvti, cảm biến áp suất dầu và van điều khiển dầu phối khí trục cam.

- Bộ điều khiển vvti là một bộ vi xử lý nhận tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất dầu, cảm biến oxy, v.v. và tính toán thời điểm phối khí tối ưu cho động cơ.

- Áp suất dầu là một yếu tố quan trọng để cụm van vvti hoạt động, vì nó cung cấp lực để xoay trục cam nạp. Áp suất dầu được tạo ra bởi bơm dầu và được duy trì ở mức cao nhất có thể bằng cách sử dụng một van giảm áp.

- Van điều khiển dầu phối khí trục cam là một van điện từ được điều khiển bởi bộ điều khiển vvti, có chức năng điều chỉnh lượng dầu chảy vào và ra khỏi một ổ trượt trên trục cam nạp. Ổ trượt này có một rãnh xoắn ốc, khi dầu chảy vào, nó sẽ tạo ra một lực xoắn để xoay trục cam nạp theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại, tùy thuộc vào hướng dòng dầu.

- Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của cụm van vvti là nhiệt độ, tốc độ, tải và tín hiệu từ các cảm biến. Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu, càng cao thì độ nhớt càng giảm, làm giảm áp suất dầu và khả năng xoay trục cam nạp. Tốc độ ảnh hưởng đến lượng dầu được bơm ra, càng cao thì lượng dầu càng nhiều, làm tăng áp suất dầu và khả năng xoay trục cam nạp. Tải ảnh hưởng đến nhu cầu về công suất của động cơ, càng cao thì cần càng nhiều không khí và nhiên liệu, làm tăng thời điểm phối khí. Tín hiệu từ các cảm biến ảnh hưởng đến quyết định của bộ điều khiển vvti, càng chính xác thì càng tối ưu hóa thời điểm phối khí.

Nguyên lý hoạt động của cụm van vvti

- Nguyên lý hoạt động của cụm van vvti dựa trên việc thay đổi thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam nạp trong phạm vi 40-60 độ so với góc quay của trục khuỷu. Thời điểm phối khí là khoảng thời gian mà van nạp hoặc xả mở, được đo bằng góc quay của trục khuỷu.

- Cụm van vvti có thể hoạt động ở ba chế độ, là sớm pha, trễ pha và giữ pha, tùy theo các điều kiện vận hành của động cơ.

- Sớm pha là chế độ mà trục cam nạp được xoay theo chiều kim đồng hồ, làm cho van nạp mở sớm hơn và đóng sớm hơn so với hệ thống phối khí cố định. Chế độ này được sử dụng khi động cơ chạy ở tốc độ thấp và tải nhẹ, để tăng lượng không khí vào xi lanh, giảm tỷ số nén, giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu.

- Trễ pha là chế độ mà trục cam nạp được xoay ngược chiều kim đồng hồ, làm cho van nạp mở trễ hơn và đóng trễ hơn so với hệ thống phối khí cố định. Chế độ này được sử dụng khi động cơ chạy ở tốc độ cao và tải nặng, để tăng thời gian mở van nạp, tăng lượng không khí và nhiên liệu vào xi lanh, tăng tỷ số nén, tăng công suất và mô-men xoắn.

- Giữ pha là chế độ mà trục cam nạp được giữ ở một góc cố định, không xoay theo chiều nào, làm cho thời điểm phối khí giống như hệ thống phối khí cố định. Chế độ này được sử dụng khi động cơ chạy ở các tình huống đặc biệt, như khởi động, làm nóng, chạy ở nhiệt độ cao, v.v.

Ứng dụng của cụm van vvti trên ô tô

- Cụm van vvti được sử dụng trên nhiều loại động cơ và các hãng xe khác nhau, như Toyota, Honda, Hyundai, v.v. Cụm van vvti có thể được áp dụng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel

- Cụm van vvti mang lại hiệu quả và hiệu năng cao cho các loại động cơ và các hãng xe khác nhau, dựa trên các tiêu chí như công suất, mô-men xoắn, tiêu hao nhiên liệu, khí thải, độ ồn, độ bền, v.v. Theo một nghiên cứu của Toyota, cụm van vvti có thể tăng công suất lên đến 10%, giảm tiêu hao nhiên liệu lên đến 12%, và giảm khí thải NOx lên đến 20%, so với hệ thống phối khí cố định.

- Cụm van vvti có nhiều ưu điểm so với các hệ thống phối khí khác, như VTEC, CVVT, MIVEC, v.v. Một số ưu điểm của cụm van vvti là:

    - Có khả năng thay đổi liên tục thời điểm phối khí theo tình trạng vận hành của động cơ, không bị giới hạn bởi các mức cố định như VTEC hay MIVEC.

    - Có cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt và bảo trì, không cần thêm các bộ phận phức tạp như van điện từ hay cò mổ như CVVT hay MIVEC.

    - Có khả năng tương thích với nhiều loại động cơ và các hãng xe khác nhau, không bị hạn chế bởi kết cấu của trục cam hay xupap như VTEC hay MIVEC.