(News.oto-hui.com) – Từ lâu, cơ cấu phối khí kiểu cơ khí đã bị coi là đã lạc hậu vì không thể tối ưu hóa công suất động cơ cũng như không đáp ứng được nhu cầu nạp và xả ở chế độ vòng tua thấp và rất cao. Vì vậy, các hãng xe đã thay đổi cơ cấu này, biến nó thành các hệ thống thông minh hơn, phù hợp với nhu cầu của các dòng xe hiện đại. Hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) của Nissan ra đời từ đó.
Khám phá chuỗi các bài viết về công nghệ trục cam biến thiên/van biến thiên của nhiều hãng xe:
Tại đây!
1. Cấu tạo hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) của Nissan:
Hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) còn được gọi là hệ thống không bướm ga. Thay vì thay đổi lưu lượng khí nạp vào động cơ thông qua độ mở bướm ga, VVEL cho phép điều chỉnh trực tiếp quá trình đóng mở của xupap thông qua một động cơ điện một chiều (chứ không phải vì động cơ không cần bướm ga).
VVEL hoạt động tương tự như hệ thống Valvetronic của BMW nhưng với điều khiển cam lệch tâm, cho phép hệ thống VVEL hoạt động ở tốc độ động cơ cao hơn (RPM). Các hệ thống tương tự khác được cung cấp bởi Toyota như Valvematic cũng có nét tương đồng.
Hệ thống VVEL gồm có Cò mổ (Rocker arm), hai khớp nối (LinkA & LinkB), vấu cam (output cam), trục cam (drive shaft), trục điều khiển (control shaft), con đội (valve lifter), cam lệch tâm (eccentric cam), đai ốc vitme (ball screw nut), cảm biến vị trí (position sensor), trục vitme bi (ball screw shaft).
Trục vitme bi cho phép truyền chuyển động quay của trục thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc. Điều này có được nhờ việc lăn của các bi trong đai ốc bi. Nói cách khác, nó biến đổi momen xoắn thành lực đảo chiều dọc trục, giúp đai ốc tịnh tiến.
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL):
Trước tiên, ta cần biết bướm ga của động cơ trong hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) luôn mở hoàn toàn khi xe chạy, luôn tạo áp lực lên xupap. Vậy nên lượng hòa khí nạp vào buồng đốt chỉ phụ thuộc vào độ mở xupap. Xupap nạp mở càng sâu, lượng hòa khí nạp vào buồng đốt càng nhiều và ngược lại.
Bản chất của hệ thống VVEL là biến chuyển động quay của động cơ điện, qua các trục, cơ cấu cam lệch tâm và con đội thành chuyển động đóng mở của xupap.
Cụ thể hơn, ở chế độ vòng tua thấp, ECU sẽ gửi tín hiệu đến động cơ điện DC. Khi này hỗn hợp cần đậm vì vậy cần nhiều hòa khí vào buồng đốt. Lúc này động cơ DC sẽ quay theo chiều kim đồng hồ, theo nguyên lý trục vitme, đai ốc di chuyển tịnh tiến ra xa khỏi động cơ, kéo trục điều khiển quay từ trái sang phải.
Cò mổ được kết nối với trục điều khiển bởi 1 vòng tròn đặt lệch tâm. Vì vậy khi trục điều khiển quay theo chiều kim đồng hồ, trọng tâm cò mổ thay đổi, lệch sang bên phải.
Hãy tưởng tượng đến cái bập bênh, khi trọng tâm đặt ở giữa, khoảng dịch chuyển lên xuống giữa 2 bên bằng nhau (ví dụ cả 2 cùng có thể dịch chuyển xuống dưới 1 khoảng a), khi trọng tâm di chuyển sang 1 bên, ví dụ là bên phải, cánh tay đòn bên trái sẽ dài hơn bên phải, vì vậy vẫn là 1 khoảng dịch chuyển a của bập bênh bên phải, bên trái sẽ di chuyển xuống dưới một đoạn b với b>a.
Áp dụng vào hệ thống VVEL, khi này trục cam (driver shaft) quay làm quay cam lệch tâm (eccentric cam), qua khớp nối A làm dẫn động cho cánh tay đòn bên phải của cò mổ dịch chuyển lên xuống 1 khoảng d cố định. Với trọng tâm lệch sang phải, lượng dịch chuyển của cánh tay đòn bên trái cò mổ lớn hơn d, đẩy vấu cam (output cam) xuống sâu hơn, qua đó mở xupap nạp khoảng lớn hơn.
Ngược lại, khi xe đã đạt rpm (revolutions per minute – số vòng/phút) cao, động cơ chỉ cần tốc độ hơn là momen, vì vậy cần giảm độ mở xupap để tiết kiệm nhiên liệu.
Khi này bộ điều khiển ECU gửi tín hiệu điện tới động cơ điện làm quay ngược chiều kim đồng hồ, kéo đai ốc về phía lại gần động cơ điện. Ngược lại với phần trên, trọng tâm cò mổ lúc này dịch chuyển sang trái, cho phép mỗi khoảng dịch chuyển d của cánh tay đòn bên phải tương ứng với cánh tay đòn bên trái dịch chuyển xuống 1 khoảng nhỏ hơn d. Cánh tay đòn bên trái đẩy vấu cam xuống ít hơn, qua đó xupap mở 1 khoảng ngắn, hòa khí đi vào buồng đốt ít giúp tiết kiệm nhiên liệu.
3. Ưu điểm của hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL):
Dễ dàng nhận thấy hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) giúp động cơ tăng được cả công suất lẫn momen trong phạm vi tải nhỏ và vừa. Do lượng nạp không phụ thuộc vào độ mở bướm ga (bị ảnh hưởng bởi áp suất chân không sau bướm ga) mà được điều khiển điện từ ECU nên lượng hòa khí nạp vào được tính toán kỹ càng và nạp chính xác lượng nhiên liệu cần thiết.
Ưu điểm tiếp theo của hệ thống này là tiết kiệm nhiên liệu và ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Hòa khí được nạp vào được tính toán tối ưu giúp hiệu suất sinh công ở mỗi lần đốt cháy nhiên liệu tăng lên cũng như giảm lượng nhiên liệu thừa và thải ra môi trường. Tính toán cho thấy hệ thống VVEL giúp tiết kiệm 10-12% lượng nhiên liệu và 10% lượng khí thải độc hại ra môi trường.
Thêm nữa, ưu điểm của động cơ điện là hoạt động tốt ngay khi xe mới khởi động, không phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ hay nhiệt độ nước làm mát. Điều này giúp hệ thống tối ưu hóa ngay từ khi xe mới khởi động.
Nhược điểm của hệ thống là kết cấu phức tạp, do đó sẽ đắt tiền hơn, khó sửa chữa bảo dưỡng hơn. Ngoài ra hiện nay vấn đề độ chân không sau bướm ga còn có thể được giải quyết bằng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI.
Bài viết liên quan:
- Chi tiết về công nghệ van biến thiên CVVD của Hyundai: Cấu tạo, nguyên lý
- Tìm hiểu về công nghệ van biến thiên Valvetronic của BMW
- Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên Vanos của BMW
- Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên Mivec của Mitsubishi
- Tìm hiểu về công nghệ cam biến thiên VTEC của Honda
- Khám phá động cơ e-Power của Nissan: Hiệu suất nhiệt lên đến 50%
[…] Tìm hiểu về hệ thống Variable Valve Event and Lift (VVEL) của Nissan […]