Hệ thống VVT-iE gen I (Variable Valve Timing – Intelligent Electric) có gì đặc biệt

(News.oto-hui.com) – VVT-iE gen I là hệ thống van thông minh điều khiển điện đầu tiên được Toyota cho ra mắt vào năm 2006, và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Đây là tiền đề cho sự phát triển của VVT-iE và đánh dấu cho sự chuyển dần điều khiển van thông minh từ thủy lực sang điện của Toyota.

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

• Hệ thống Valvematic của Toyota có gì đặc biệt?
• Cấu tạo và hoạt động của hệ thống van biến thiên VVT-i
• Hệ thống VVT-iW có gì đặc biệt?
• Hệ thống DVVT của Toyota có gì đặc biệt?

---

1. Khả năng của hệ thống VVT-iE gen I (VVT-iE thế hệ thứ nhất):

Về khả năng của hệ thống này, nó có thể giúp thay đổi thời điểm đóng mở xupap bằng cách xoay trục cam nạp so với đĩa xích truyền động từ trục khuỷu trong khoảng 40° so với góc quay trục khuỷu đối với trục cam nạp và khoảng 35° so với góc quay trục khuỷu đối với trục cam xả.

2. Kết cấu hệ thống VVT-iE gen I (VVT-iE thế hệ thứ nhất):

Hệ thống VVT-iE gen I là sự kết hợp của hệ thống VVT-iE và hệ thống VVT-i thủy lực thông thường, tuy nhiên mỗi hệ thống riêng biệt này lại khác với những phiên bản còn lại.

a. Kết cấu và nguyên lý làm việc hệ thống VVT-iE:

Để thay đổi được góc quay trục cam, hệ thống VVT-iE gen II cần có motor điện và một biến tần. Motor điện được dùng để thay đổi tốc độ quay của rô to. Có 3 trạng thái thường thấy của motor điện đó là: quay nhanh hơn tốc độ quay trục cam; quay chậm hơn tốc độ quay trục cam; quay bằng tốc độ quay trục cam.

Motor điện có ưu điểm là cho phép hoạt động tốt ở cả với nhiệt độ động cơ thấp, áp suất dầu thấp ở số vòng tua thấp. Biến tần hoạt động khi động cơ nổ, từ đó giúp tối ưu hóa trục cam nạp và xả khi động cơ mới khởi động. Motor điện được sử dụng ở đây là motor điện một chiều không chổi than (Brushless DC motor), có vai trò thay đổi chiều, vận tốc của rotor.

Cùng với bộ điều khiển EDU và cảm biến vị trí trục cam loại Hall, motor điện tạo nên bộ điều khiển của hệ thống này. EDU có vai trò nhận tín hiệu từ 2 nguồn: bộ điều khiển trung tâm ECU về tốc độ, trạng thái quay của trục khuỷu; cảm biến vị trí trục cam về tốc độ, trạng thái của trục cam. EDU sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều chỉnh cho motor điện.

Cơ cấu chấp hành (VVT-iE Actuator) của hệ thống có nhiệm vụ dẫn truyền chuyển động từ motor điện để thay đổi vận tốc quay của trục cam. Cơ cấu đòn bẩy 5678 bao gồm vỏ 8 được kết nối với xích dẫn động từ trục khủyu; giá đỡ 7 kết nối với trục cam; đĩa xoắn 5 cùng các đòn bẩy 6 kết nối với nhau và gắn cùng với bánh răng dẫn động 4.

Cơ cấu dẫn động gồm: rô to 3 (kết nối với motor điện) được gắn với bánh răng dẫn động 4.

Bánh răng dẫn động 4 có nhiều hơn bánh răng stato 1 răng. Sự khác nhau này khiến khi bánh răng stato quay 1 vòng, bánh răng dẫn động sẽ lệch 1 răng so với bánh răng stato.

Nguyên lý hoạt động:

a. 1. Pha tăng tốc trục cam:

Khi EDU nhận được tín hiệu cần tăng tốc trục cam lớn hơn so với vận tốc trục khuỷu, EDU sẽ xử lý và truyền tín hiệu điện cho motor điện chạy.

Khi này, Motor điện quay với vận tốc góc lớn hơn vận tốc góc của trục cam, kéo theo rô to 3 quay cùng vận tốc đó. Rô to kéo theo bánh răng dẫn động 4 quay rồi đến đĩa xoắn 5 quay. Khi này, đĩa xoắn 5 quay với vận tốc lớn hơn vận tốc trục cam nên sẽ kéo các đòn bẩy về phía gần hơn với tâm trục cam (mũi tên đen hướng vào trong). Thông qua cơ cấu đòn bẩy, giá đỡ 7 được đẩy đi quay với tốc độ cao hơn, từ đó tăng tốc cho trục cam.

Khi này vận tốc trục cam và bánh răng stato 2 là khác nhau. Đồng nghĩa với bánh răng dẫn động 4 và bánh răng stato 2 quay khác vận tốc nhau. Lúc này bánh răng 4 vừa quay quanh trục của mình vửa quay quanh bánh răng stato, đóng vai trò như bánh răng vi sai giúp vận tốc trục cam có thể khác với vận tốc trục khuỷu.

a. 2. Pha giảm tốc trục cam:

Khi cần giảm tốc độ trục cam, EDU sẽ điều khiển motor điện quay với tốc độ chậm hơn tốc độ trục cam. Cùng với motor điện, rô tô 3, bánh răng dẫn động 4 và đĩa xoắn 5 cũng quay chậm hơn tốc độ trục cam.

Khi này các chốt đòn bẩy sẽ bị đẩy sang vị trí xa tâm trục cam nhất (mũi tên đen hướng ra ngoài). Thông qua cơ cấu đòn bẩy, giá đỡ 7 được kéo quay chậm lại, từ đó giảm tốc độ trục cam. Việc vận tốc giữa trục cam và đĩa xích khác nhau được giải quyết nhờ bộ bánh răng stato 2 và bánh răng dẫn động 4 quay quanh trục và quay quanh nhau.

a. 3. Pha giữ:

Sau khi đạt được trạng thái cần thiết, tín hiệu từ ECU truyền tín hiệu đến EDU để điều khiển motor điện chạy cùng tốc độ với trục cam, từ đó giữ nguyên tốc độ trục cam.

b. Kết cấu và nguyên lý hoạt động hệ thống VVT-i:

Hệ thống VVT-i có các bộ phận chính là van điều khiển và bộ phận chấp hành.

Van điều khiển áp suất dầu hoạt động theo hiện tượng cảm ứng điện từ, khi có tín hiệu điện từ ECU yêu cầu tăng, giảm hay giữ nguyên tốc độ trục cam xả, dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ đẩy pittong j sang phải, mở các cửa tăng tốc, giảm tốc hoặc trung tính.

Nguyên lý hoạt động:

Van điều khiển nhận tín hiệu từ ECU và tạo tín hiệu điện điều khiển pit tông.

b. 1. Pha tăng tốc trục cam xả:

Khi này, điều khiển điện từ mở lên đẩy chốt khóa vào trong (mở), đồng thời van điều khiển mở cổng dầu tăng tốc. Dầu với áp suất cao được bơm vào khoang tăng tốc trong bộ phận chấp hành, đẩy cánh gạt quay theo chiều kim đồng hồ và tăng tốc cho trục cam xả.

b. 2. Pha giảm tốc trục cam xả:

Khi này, điều khiển điện từ đẩy chốt khóa vào trong, đồng thời van điều khiển mở cổng dầu giảm tốc. Dầu với áp suất cao được bơm vào khoang giảm tốc, đẩy cánh gạt quay ngược chiều kim đồng hồ từ đó giảm tốc cho trục cam xả.

b. 3. Pha giữ:

Khi đã tăng hoặc giảm tốc, ECM sẽ tính toán góc tối ưu cho việc mở sớm hay muộn xupap xả và khi đã đạt được những điều kiện tối ưu, điều khiển điện tử sẽ đẩy van điều khiển tới vị trí trung tính. Vị trí van điều khiển sẽ bị thay đổi nếu ECM nhận được tín hiệu cần thay đổi thời gian đóng mở xupap xả.

3. Ứng dụng của hệ thống VVT-iE Gen I:

Hệ thống VVTI-E gen I với điều khiển thời gian đóng mở xupap bằng điện ở trục cam nạp và bằng thủy lực ở trục cam xả được ứng dụng trong các động cơ dòng UR (1UR-FSE, 2UR-FSE). Đây là dòng động cơ DOHC V8 với 32 xupap được dùng trên dòng Lexus.

• Động cơ 1UR-FSE: được dùng trên các xe Lexus LS 460 và Lexus LS460 L từ 2006 đến 2017; Lexus GS460 từ 2008 đến 2011.
• Động cơ 2UR-FSE: được đặt trên các xe Lexus LS 600h và LS 600h L từ 2007 đến 2017; Toyota Century từ 2018 đến hiện nay.

---

Bài viết liên quan:

• Chi tiết về công nghệ van biến thiên CVVD của Hyundai: Cấu tạo, nguyên lý
• Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên Mivec của Mitsubishi
• Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên VTEC của Honda