Đã gần một phần ba thế kỷ trôi qua kể từ khi động cơ VVT-i của Toyota ra đời, và hiện vẫn là một từ khoá để thuyết phục khách hàng.
Thuật ngữ VVT – Variable Valve Timing (thời điểm đóng mở van biến thiên) xuất hiện từ năm 1991 trên động cơ mã 4A-GE của Toyota. Công nghệ này góp phần đưa hãng xe Nhật Bản trở nên thành công trên toàn thế giới. Đến năm 1996, hệ thống Variable Valve Timing with intelligence (VVT-i – van biến thiên thông minh) xuất hiện, là phiên bản nâng cấp thay thế cho VVT. Ngoài Toyota, các hãng xe cũng đi theo cách giải quyết vấn đề tương tự nhưng với những tên gọi khác. Chẳng hạn Honda có i-VTEC, trên Mitsubishi là MIVEC hay BMW phức tạp hơn chút với VANOS.
Về cơ bản, VVT-i có nhiệm vụ thay đổi độ mở và thời gian mở của van (xu-pap) nạp nhằm tối ưu hiệu suất động cơ. Trước đó ở các động cơ thông thường, xu-pap nạp chỉ có độ mở cố định khiến lượng không khí vào không đủ đốt cháy hết nhiên liệu, dẫn tới hao phí nhiên liệu rất nhiều. Hệ thống VVT-i được hỗ trợ bởi các cảm biến vị trí bướm ga cũng như thông tin về lưu lượng khí nạp, nhiệt độ động cơ để ECU tính toán đưa ra lượng khí tối ưu vào buồng đốt. Toàn bộ quá trình này chỉ diễn ra trong vài phần nghìn giây.
VVT-i giúp điều khiển van chủ động.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng, chỉ bằng cách tối ưu lượng khí nạp ở từng thời điểm, chiếc xe sẽ tiết kiệm được khoảng 20% nhiên liệu, đồng thời tăng mô-men xoắn và giảm chất phát thải. Tức là, xe tiết kiệm nhiên liệu hơn, và thân thiện môi trường hơn.
Nhiều người cho rằng công nghệ VVT-i xuất hiện quá lâu trên những chiếc Toyota mà không có sự cải tiến nào, nhưng đánh giá này mang phần chủ quan. Năm 1998, tức là chỉ sau 2 năm ra đời VVT-i, động cơ 3S-GE của Toyota đã được ứng dụng công nghệ Dual VVT-i. Như tên gọi, Dual VVT-i tức là VVT-i kép. Ngoài việc điều khiển thời gian đóng, mở và lượng khí nạp ở xu-pap nạp, xe còn làm điều tương tự với xu-pap xả. Khi đó, lượng khí xả ra bao nhiêu, xả vào lúc nào là do máy tính quyết định. Lexus IS đời 1999 là mẫu đầu tiên được lắp động cơ này. Sau đó nó được áp dụng rộng rãi trên các dòng Avalon hay Camry cấu hình V6.
Hiện hầu hết các mẫu xe của Toyota trên thế giới cũng như bán ở Việt Nam đều sử dụng công nghệ này. Ví như gà đẻ trứng vàng Vios, cũng nâng cấp từ VVT-i lên Dual VVT-i vào năm 2016. Đến nay, đây vẫn là một trong những “key word” để tìm kiếm giá trị trên chiếc sedan cỡ B. Vios dùng máy 1.5, công suất 107 mã lực, mô-men xoắn 140 Nm, cao hơn tương đối so với Accent dùng máy 1.4, công suất 100 mã lực và mô-men xoắn 132 Nm. Dù dùng máy to hơn đối thủ, nhưng Vios lại có mức tiêu hao nhiên liệu trên đường hỗn hợp là 5,78 lít/100 km, ít hơn so với Accent là 6,2 lít/100 km.
Vì sao sau 30 năm, Toyota vẫn trung thành với hệ thống VVT-i? Bởi sự bền bỉ và hiệu quả của nó phù hợp với triết lý sản phẩm của Toyota. Hãng xe Nhật không làm ra những mẫu xe thiên hướng lái thể thao vui nhộn, mà làm xe đi lại tin cậy hàng ngày. Các hãng chọn tăng tỷ số nén hay thêm bộ tăng áp, siêu nạp để tăng hiệu suất động cơ cũng như công suất. Tuy nhiên các giải pháp này đều ít nhiều mang đến những đánh đổi nhất định về độ bền cũng như chi phí bảo trì, sửa chữa. Dù vậy, các hãng sẽ vẫn trung thành với lựa chọn của riêng mình, bởi nhu cầu của khách hàng mỗi dòng xe của mỗi hãng là khác nhau. Không thể bắt khách hàng BMW phải dùng xe không turbo mà vẫn mạnh mẽ đồng thời tiết kiệm, và cũng không thể đưa lựa chọn thêm turbo cho những khách Toyota không muốn tốn nhiều tiền nuôi xe, chăm sóc.
Ngoài VVT-i cho động cơ xăng thông thường, còn có biến thể VVT-iE là phiên bản sử dụng bộ truyền động môtơ điện để điều khiển thời gian đóng mở xu-pap nạp, còn xu-pap xả vẫn được điều khiển bởi truyền động thủy lực, hệ thống này ban đầu được phát triển cho những chiếc Lexus. Năm 2007, LS460 là mẫu xe đầu tiên được trang bị VVT-iE. Lần lượt các năm tiếp theo Toyota cho ra đời các biến thể khác như Valvematic trên mẫu MPV Noah và VVT-iW trên Lexus NX-200t.
Trả lời VnExpress trong buổi ra mắt online Lexus NX mới đây, sếp của Lexus cho biết hãng xe Nhật (gồm cả hãng mẹ Toyota) đang lên kế hoạch cho quá trình chuyển đổi điện khí hóa trong 25 năm tới, ở đó các xe thuần điện, thậm chí xe sử dụng công nghệ pin hydro mà Toyota là người tiên phong sẽ gần như chiếm trọn danh mục của hãng. Có nghĩa là, phát triển thêm những thứ khác cho động cơ đốt trong có vẻ không phù hợp với chiến lược. VVT-i vẫn sẽ phổ biến trên mọi mẫu xe truyền thống của Toyota, với những tinh chỉnh cần thiết, đủ dùng.
Hoàng Hải (VNE)
Tìm hiểu nhanh về hệ thống nạp thông minh VVT
Hệ thống nạp thông minh VVT có nhiệm vụ điều khiển thời gian mở đóng xupap để tối ưu hóa công suất làm việc của động cơ cũng như giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, đây là hệ thống không thể thiếu của động cơ.
Hệ thống nạp thông minh VVT là gì?
Hệ thống nạp thông minh VVT đã được biết đến ở Việt Nam từ những năm 2000 với sự xuất hiện của các mẫu xe đến từ Honda, Toyota… Hệ thống nạp VVT được viết tắt từ cụm từ Variable Valve Timing. Công nghệ này có nhiều tên gọi tùy theo các hãng sản xuất như VVT của Toyota, V-TEC của Honda, MVIC của Mitsubishi…
Được biết đến là phương pháp phổ biến nhất, hệ thống VVT-i của Toyota là thiết kế phun xăng theo nguyên tắc điện – thủy lực. Hệ thống nạp VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) theo định nghĩa chuyên môn là hệ thống điều khiển xupap với góc mở biến thiên thông minh. Và đây là công nghệ được sử dụng trên các xe của Toyota như Toyota Camry, Toyota Corolla Altis…
Động cơ hoạt động có được ổn định và hoạt động hết công suất hay không là nhờ vào hoạt động cung cấp nhiên liệu. Hệ thống nạp thông minh gồm có bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit, bơm và đường ống dẫn dầu, bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện, các cảm biến… Nhiệm vụ của hệ thống là sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phân phối khí. Hệ thống được điều khiển dựa trên các tín hiệu của các cảm biến thu thập về như vị trí bướm ga, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước…
Hệ thống nạp thông minh VVT được cấu tạo từ nhiều bộ phận
Ngoài ra thiết kế của hệ thống VVT-i được đồng bộ với bướm ga điện tử ETCS-i (bướm ga điện tử ETCS-i hoạt động nhờ một mô tơ cực nhạy điều khiển bằng xung điện), đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (lúc này không khí không còn đóng vai trò hỗ trợ trong hệ thống điện – thủy lực nữa) và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium.
Đi cùng với khái niệm VVT-i Toyota là khái niệm dual VVT-i, vậy Dual VVT-i là gì và có liên quan gì đến VVT-i. Dual VVT-i là hệ thống điều phối van biến thiên thông minh kép có chức năng điều khiển thời điểm đóng mở đồng thời của cả van nạp và van xả. Điểm này khác so với nguyên lý hoạt động VVT-i khi mới chỉ can thiệp đến việc đóng mở van nạp. Vì vậy hệ thống dual VVT-i nhiều điểm ưu việt hơn so với VVT-i, hệ thống giúp động cơ tăng công suất tối đa và có khí thải ra môi trường sạch hơn do tận dụng tối đa nhiên liệu hơn.
Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp thông minh VVT-i
Hệ thống nạp nhiên liệu điện tử VVT-i của Toyota tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông số điều khiển chủ động. Nguyên lý hoạt động VVT-i dựa trên các cảm biến để thu thập thông tin, dữ liệu, từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát và lưu lượng khí nạp cung cấp về ECU để tính toán thông số cho hệ thống phối khí VVT-i theo yêu cầu chủ động.
Bộ phận ECU xử lý thông tin từ các cảm biến
Trong quá trình hoạt động dựa 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. ECU tính toán lệnh phối khí trong vài phần nghìn giây và ra 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 hệ thống phối khí VVT-i, mở các xupap nạp đúng mức cần thiết vào từng thời điểm thích hợp.
Khác với hệ thống cam kiểu cũ có độ mở xupap không thay đổi thì hệ thống nạp thông minh VVT-i của Toyota đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp tác động thay đổi độ mở và thời điểm mở biến thiên của xupap theo sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ.
Bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp bao gồm các bánh răng trong và các bánh răng ngoài, van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu. Tùy theo lệnh từ ECU mà van điều khiển dầu phối khí sẽ cho dòng chảy dầu thủy lực đến bộ điều khiển sớm hoặc muộn. Tùy vào trạng thái hoạt động của động cơ mà hệ thống thông minh sẽ làm sớm, trễ thời điểm phối khí hoặc duy trì thời điểm phân phối khí hiện tại.
Hệ thống nạp thông minh VVT – i tiết kiệm nhiên liệu tối ưu
Ưu điểm của hệ thống nạp nhiên liệu thông minh VVT giúp cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu, làm giảm lượng khí thải ra môi trường. Vì nhờ có cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả để nhận biết tỷ lệ nhiên liệu được đốt có tối ưu từ đó điều chỉnh chế độ nạp nhiên liệu. Hiện nay Toyota đã ứng dụng rộng rãi công nghệ nạp thông minh VVT-i trên các mẫu xe hạng trung với thiết kế động cơ cỡ vừa và nhỏ.
Tuấn Phong
