(News.oto-hui.com) – Ngày nay có rất nhiều công nghệ cam biến thiên được trang bị trên động cơ ô tô. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về một trong những loại công nghệ cam biến thiên phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay là công nghệ cam biến thiên VTEC của hãng xe Honda.
Tìm hiểu thêm về chuỗi bài viết Cam biến thiên của các hãng xe: Tại đây!
I. Cam biến thiên là gì?
Như mọi người đã biết, trục cam trên động cơ có vai trò điều khiển các hoạt động của xupap. Hoạt động của loại trục cam bình thường phụ thuộc hoàn toàn vào sự dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Điều này khiến cho thời điểm đóng mở của xupap không thay đổi được. Các vấu cam trên trục cũng chỉ có một kích thước cố định làm cho hành trình của xupap cũng không thể thay đổi. Những điều này làm cho động cơ sẽ không thể hoạt động một cách tối ưu nhất.
Chính vì thế, các hãng xe đã phát triển một công nghệ gọi là cam biến thiên nhằm tối ưu hóa khả năng hoạt động của động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.
Khác với các loại cam thông thường: Cam biến thiên là loại cam có thể tùy biến hoạt động của các xupap theo từng chế độ hoạt động của động cơ mà không phải phụ thuộc hoàn toàn vào trục khuỷu (gọi là không phụ thuộc hoàn toàn vì trục cam vẫn cần sự dẫn động từ trục khuỷu). Nói một cách đơn giản khác đó là cam biến thiên có thể điều khiển xupap theo ý của mình, không phụ thuộc vào sự tính toán trước của kết cấu động cơ.
Hiện nay có rất nhiều công nghệ cam biến thiên đến từ nhiều hãng xe khác nhau. Phổ biến như công nghệ VTEC của Honda, VVT-i của Toyota, Mivec của Mitsubishi, Vanos của BMW,…Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về công nghệ VTEC của Honda.
II. Công nghệ cam biến thiên VTEC của Honda
1. Kết cấu Cam biến thiên VTEC:
Khác với các loại cam thông thường, trục cam của công nghệ VTEC sử dụng nhiều vấu cam với kích thước khác nhau để điều khiển hành trình xupap thay vì chỉ sử dụng một kích thước vấu cam như thường lệ. Điều này giúp cho chúng ta có thể kiểm soát được hành trình của xupap dài hay ngắn tùy theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Ví dụ khi động cơ hoạt động ở dải vòng tua cao, hành trình của xupap được đẩy lên lớn hơn đồng nghĩa với việc hòa khí được đưa vào nhiều hơn. Giúp tăng công suất của động cơ và ngược lại.
2. Nguyên lí hoạt động của Cam biến thiên VTEC:
Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống cam biến thiên VTEC là sử dụng các vấu cam có kích thước khác nhau để điều khiển xupap. Một xupap có thể được điều khiển bởi nhiều vấu cam có kích thước khác nhau, từ đó làm thay đổi hành trình của xupap. Giúp động cơ hoạt động tối ưu hơn ở nhiều chế độ làm việc khác nhau.
Khi động cơ hoạt động ở vòng tua thấp. Lúc này lượng hòa khí đưa vào xylanh chưa cần nhiều. Chốt cố định 4 chưa được đưa vào, ba cò mổ 5, 6, 7 hoạt động độc lập, không liên kết với nhau. Hai xupap lúc này chịu sự điều khiển của hai vấu cam 1 và 2. Vì hai cấu cam 1, 2 là vấu cam có kích thước nhỏ nên hành trình của xupap (độ mở xupap) lúc này cũng nhỏ, lượng hòa khí đi vào trong xylanh ít, phù hợp với động cơ đang hoạt động ở vòng thua thấp.
Khi động cơ bắt đầu hoạt động ở vòng tua cao hơn. ECU nhận thông tin từ các cảm biến và điều khiển đưa chốt định vị 4 vào trong, khóa các cò mổ lại với nhau. Hai cò mổ chính 5, 6 lúc này chịu sự tác dụng của vấu cam lớn 3 thông qua cò mổ trung gian 7. Sử dụng vấu cam có kích thước lớn hơn giúp cho hành trình của xupap (độ mở xupap) lúc này tăng lên, hòa khí được đưa vào trong xylanh nhiều hơn giúp tăng công suất của động cơ, đảm bảo động cơ hoạt động ở vòng tua cao.
Trên thực tế, để các cò mổ có thể kết hợp hoặc tách nhau ra hoạt động độc lập một cách trơn tru hơn. Chốt cố định thường được chia thành nhiều phần khác nhau như trên hình. Điều này giúp giảm khoảng thời gian khóa định vị hoặc tách các cò mổ. Tránh làm hư hỏng các chi tiết khi trục cam quay với tốc độ cao.
3. Phân loại:
Hệ thống cam biến thiên VTEC thường có 3 loại phổ biến đó là VTEC-E, VTEC 3 giai đoạn và i-VTEC.
a. Cam biến thiên VTEC-E:
Loại cam biến thiên VTEC-E là hệ thống có kết cấu và nguyên lí hoạt động đơn giản nhất trong 3 loại hệ thống vừa nêu trên. Nó cũng chính là hệ thống vừa được trình bày ở phần trên của bài viết.
b. Cam biến thiên VTEC 3 giai đoạn:
Theo như tên gọi của nó, hệ thống VTEC 3 giai đoạn là hệ thống có khả năng hoạt động theo 3 giai đoạn hoạt động của động cơ. Vòng tua thấp, vòng tua trung bình và vòng tua cao. Hệ thống này chỉ được trang bị trên trục cam nạp của động cơ.
Ở vòng tua thấp, hệ thống chỉ cho phép một xupap hoạt động với độ mở xupap nhỏ. Các chốt cố định lúc này không hoạt động, vấu cam nhỏ tác động lên một cò mổ làm cho một xupap hoạt động (trục cam ở hệ thống này có ít vấu cam kích thước nhỏ hơn so với hệ thống VTEC-E, hai xupap được điều khiển bằng hai vấu cam, một vấu cam nhỏ và một vấu cam lớn). Hành trình xupap ngắn nên lượng hòa khí đi vào xylanh ít, đủ để động cơ hoạt động ở vòng tua thấp.
Ở vòng tua trung bình, hệ thống cấp dầu thủy lực điều khiển chốt cố định phía trên hoạt động. Hai cò mổ chính lúc này được khóa lại với nhau nhưng không khóa với cò mổ trung gian. Hai xupap cùng được mở nhưng vì vẫn sử dụng vấu cam nhỏ nên hành trình của xupap vẫn là hành trình ngắn. Vì cả hai xupap đều được mở nên hòa khí đi vào xylanh lúc này nhiều hơn so với trường hợp chỉ mở một xupap ban đầu, phù hợp với mức hoạt động trung bình của động cơ.
Ở vòng tua cao, cả hai hệ thống chốt cố định trên và dưới đều được hoạt động. Chốt cố định trên khóa hai cò mổ chính vơi nhau, chốt cố định dưới khóa cụm hai cò mổ chính với cò mổ trung gian. Lúc này cụm ba cò mổ chịu sự tác dụng của vấu cam lớn. Cả hai xupap cùng hoạt động và hành trình xupap lớn. Cung cấp càng nhiều hòa khí hơn vào xylanh, giúp tăng công suất động cơ, đảm bảo động cơ hoạt động ở vòng tua cao.
c. Cam biến thiên i-VTEC:
Hệ thống cam biến thiên i-VTEC là sự kết hợp của hệ thống VTEC-E và hệ thống VTC (Variable Overlap Timing Control).
Hệ thống VTC là hệ thống có khả năng làm thay đổi vị trí góc của trục cam (cả cam nạp và cam xả). Qua đó làm thay đổi góc trùng điệp. Việc sử dụng đồng thời cả hai hệ thống VTEC-E và VTC giúp cho hệ thống i-VTEC có thể nói là đã kiểm soát được toàn bộ các hoạt động của xupap trên động cơ (thời điểm đóng mở, thời gian mở, độ mở).
3. Ưu nhược điểm của hệ thống cam biến thiên VTEC:
a. Ưu điểm:
Việc hệ thống cam biến thiên có thể tự điều chỉnh hoạt động của các van nạp và xả giúp cho động cơ hoạt động tối ưu hơn ở các chế độ hoạt động khác nhau. Cung cấp ít hòa khí giúp động cơ tiết kiệm nhiên liệu khi hoạt động ở vòng tua thấp và cung cấp nhiều hòa khí giúp tăng công suất động cơ khi hoạt động ở vòng tua cao. Cung cấp lượng hòa khí phù hợp cũng giúp cho động cơ thải ít lượng khí thải ra môi trường hơn.
b. Nhược điểm:
Vì hệ thống có khả năng giúp động cơ hoạt động tốt hơn so với các loại động cơ thông thường nên giá thành của nó cũng sẽ cao hơn. Ngoài ra, vì có kết cấu phức tạp hơn nên việc sửa chữa và bảo dưỡng cũng sẽ khó khăn hơn.
Một số bài viết liên quan:
- Tìm hiểu về cách bố trí trục cam SOHC và DOHC
- Dấu hiệu nhận biết cảm biến vị trí trục cam bị hư hỏng
- Hướng dẫn thay thế cảm biến vị trí trục cam
- Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên Vanos của BMW
- Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên Mivec của Mitsubishi
