Cấu tạo và hoạt động của hệ thống van biến thiên VVT-i

(News.oto-hui.com) – VVT-i là viết tắt của Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là van biến thiên thông minh được phát triển bởi Toyota để thay thế hệ thống Toyota VVT (hệ thống cam pha điều khiển thủy lực 2 giai đoạn).

Chuỗi các bài viết về hệ thống van biến thiên của Toyota:

VVT-i, được giới thiệu trên động cơ 1JZ-GTE / 2JZ-GTE vào năm 1996, thay đổi thời gian của các van nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa ổ trục cam (đai hoặc xích) và trục cam nạp. Áp suất dầu động cơ được áp dụng cho một bộ truyền động để điều chỉnh vị trí trục cam. Điều chỉnh trong thời gian giữa đóng van xả và mở van nạp dẫn đến hiệu quả động cơ được cải thiện. Các biến thể của hệ thống bao gồm VVTL-i , Dual VVT-i , VVT-iE , VVT-iW và Valvical .

Tìm hiểu thêm về chuỗi bài viết Cam biến thiên của các hãng xe: Tại đây!

1. Cấu tạo hệ thống van biến thiên VVT-i:

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 phí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.

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. Ngoài 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.

Bộ điều khiển VVT-i bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp, áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để thay đổi liên lục thời điểm phối khí của trục cam nạp. Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i:

Trong quá 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 toán thông số phối khí theo yêu 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 thông 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 toán 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 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.

3. Chế độ hoạt động của hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i?

Hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i có 3 chế độ hoạt động tuỳ theo tình trạng vận hành của động cơ.

a. 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.

b. 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.

c. Hoạt động của bộ điều khiển khi giữ nguyên vị trí:

ECU động cơ tính toán 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.

Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỷ lệ % nhiên liệu được đốt. Thông tin từ đây được gửi 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.

4. Ưu và nhược điểm của hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i?

a. Ưu điểm của hệ thống van biến thiên VVT-i:

Hoạt động êm dịu và ổn định ở tốc độ thấp nhưng vẫn phát huy công suất tối đa ở tốc độ cao. Hiệu suất động cơ làm giảm nhiên liệu tiêu hao và giảm khí thải độc hại nhờ sự cháy hoàn toàn.
Hệ thống được điều khiển bằng ECU nên tốc độ xử lý nhanh, giúp nâng cao tính năng hoạt động của động cơ ở mọi chế độ, cung cấp cho động cơ khả năng tăng tốc nhạy, tạo cảm giác mạnh mẽ so với các xe không trang bị hệ thống.

b. Nhược điểm của hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i:

Kết cấu phức tạp nên việc nâng cấp VVT-i cho các dòng xe không trang bị hệ thống này là không thể.
Nhiều cơ cấu chi tiết hơn nên thường xảy ra hư hỏng, chi phí bảo dưỡng – sửa chữa cao hơn.

5. Video mô phỏng hệ thống van biến thiên VVT-i:

Bài viết liên quan: