Toyota đã áp dụng công nghệ VVT-i trên hầu hết các mẫu xe của mình nhằm cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Với những ưu điểm đáng chú ý, hãy cùng tìm hiểu chi tiết về công nghệ VVT-i của Toyota.
Công nghệ VVT và VVT-i của Toyota là gì?
VVT (Variable valve timing) là hệ thống điều khiển van biến thiên được phát triển bởi hãng ô tô Toyota. Hệ thống này giúp điều chỉnh thời điểm đóng/mở của các van nạp sao cho phù hợp với tình trạng vận hành của động cơ. Nhờ đó, hiệu suất động cơ được cải thiện đáng kể, xe tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra môi trường. Hệ thống VVT được điều khiển bằng thuỷ lực hai giai đoạn.
VVT-i (Variable Valve Timing - Intelligent) là phiên bản nâng cấp và thay thế cho VVT. Hệ thống VVT-i được điều khiển bằng điện tử, giúp thay đổi thời điểm đóng/mở của các van nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ truyền động trục cam (dây đai hoặc xích) với trục cam nạp. VVT-i dùng áp suất thuỷ lực để chỉnh vị trí trục cam, từ đó làm thay đổi thời điểm phối khí, giúp thời điểm đóng van xả và mở van nạp trùng khớp với nhau.
Ý nghĩa của công nghệ VVT-i
Với động cơ đốt trong, thời điểm đóng/mở các van xupáp đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu suất và sinh công. Tuy nhiên, thời điểm và độ mở van lại giống nhau ở tất cả các tốc độ và điều kiện vận hành của động cơ. Điều này gây ra lãng phí rất lớn.
Mục đích của công nghệ VVT-i chính là khắc phục hạn chế trên. Hệ thống VVT-i giúp điều chỉnh vô cấp hoạt động của hệ thống van nạp, từ đó thời điểm mở và độ mở van có thể biến thiên theo tình trạng vận hành thực tế của động cơ. Nhờ vậy, công suất động cơ đạt được mức tối ưu, nhiên liệu tiết kiệm hơn và lượng khí xả ra môi trường cũng được giảm thiểu.
Cấu tạo hệ thống VVT-i
Hệ thống VVT-i của Toyota gồm:
- Bộ xử lý trung tâm ECU
- Bơm dầu và đường dẫn dầu
- Bộ điều khiển phối khí
- Hệ thống cảm biến: cảm biến vị trí cam VVT, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm mát...
Hệ thống chấp hành của VVT-i gồm:
- Bộ điều khiển VVT-i xoay trục cam nạp
- Áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i
- Van điều khiển đường đi của dầu
Ngoài ra, hệ thống VVT-i còn thường được kết hợp đồng bộ với bướm ga điện tử, kim phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện cùng các bugi loại Iridium.
Nguyên lý hoạt động của VVT-i
Hệ thống cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến lưu lượng khí nạp sẽ truyền dữ liệu về cho bộ xử lý trung tâm ECU. Từ các dữ liệu này, ECU sẽ tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hiệu chỉnh của ECU. Cảm biến vị trí cam VVT và cảm biến vị trí trục khuỷu truyền dữ liệu để ECU nắm được tình trạng phối khí diễn ra.
Trên cơ sở hiệu chỉnh và thực tế, ECU tính toán đưa ra lệnh phối khí tối ưu nhất. Quá trình này diễn ra trong vài phần nghìn giây. Các van điện của hệ thống thuỷ lực sẽ được đóng hoặc mở tuỳ theo lệch của ECU.
Bộ điều khiển VVT-i được dẫn động bởi xích cam và có cánh gạt lắp cố định trên trục cam nạp. Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hoặc phía làm muộn trục cam khiến các cánh gạt xoay. Từ đó, hệ thống xupáp nạp vào được đóng/mở đúng thời điểm phù hợp.
Hệ thống VVT-i có 3 chế độ tuỳ theo tình trạng vận hành:
- Chỉnh thời điểm phối khí sớm: ECU đẩy van điều khiển dầu mở để áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí, khiến trục cam nạp quay về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
- Chỉnh thời điểm phối khí muộn: ECU đẩy van điều khiển dầu mở để áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí, khiến trục cam nạp quay về chiều làm muộn thời điểm phối khí.
- Giữ nguyên thời điểm phối khí: Sau khi ECU tính toán và đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu sẽ duy trì đường dầu đóng để giữ nguyên thời điểm phối khí hiện tại.
Ưu nhược điểm hệ thống van biến thiên VVT-i
Ưu điểm:
- Hệ thống được điều khiển bằng ECU cho tốc độ xử lý nhanh.
- Hoạt động mượt mà và ổn định ở cả tốc độ thấp và tốc độ cao.
- Giúp nhiên liệu được đốt cháy triệt để, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại.
- Động cơ hoạt động tối ưu hơn, tăng tốc nhanh nhạy hơn và vận hành mạnh mẽ hơn.
Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa tốn kém hơn.
Các biến thể của hệ thống VVT-i
VVTL-i
VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift - Intelligent) là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí hành trình xupáp thông minh. VVTL-i dựa trên nền tảng của VVT-i nhưng áp dụng một cơ cấu đổi vấu cam để có thể thay đổi hành trình của xupáp. Nhờ đó, công suất được cải thiện mà không ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như khí xả ô nhiễm.
Dual VVT-i
Dual VVT-i là hệ thống điều phối van biến thiên thông minh kép (trên cả van nạp và van xả). Dual VVT-i ưu việt hơn VVT-i. Nếu VVT-i chỉ can thiệp đến việc đóng/mở của van nạp thì Dual VVT-i điều khiển thời điểm đóng/mở của van nạp và van xả. Điều này giúp hiệu suất động cơ được cải thiện tốt hơn, mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu hơn và lượng khí thải ra môi trường sạch hơn.
VVT-iE
VVT-iE (Variable Valve Timing - intelligent by Electric motor) là một phiên bản của Dual VVT-i nhưng sử dụng cơ cấu chấp hành bằng hệ thống điện với trục cam nạp, còn trục cam xả vẫn điều khiển bằng thuỷ lực. Ưu điểm của VVT-iE là phản ứng nhanh và chính xác hơn khi động cơ ở tốc độ thấp và nhiệt độ thấp. Công nghệ VVT-iE được phát triển cho các dòng xe Lexus.
VVT-iW
VVT-iW (Variable Valve Timing - intelligent Wide) là hệ thống điều khiển van biến thiên mở rộng thông minh. Hệ thống này kết hợp sử dụng VVT-iW trên van nạp và VVT-i trên van xả.
Đến đây, chúng ta đã tìm hiểu về công nghệ VVT-i của Toyota và các biến thể của nó. Công nghệ VVT-i giúp xe Toyota vận hành mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải độc hại. Sử dụng công nghệ này, các mẫu xe Toyota ngày càng được khách hàng yêu thích và tin dùng.
