HỆ THỐNG VVT-i TRÊN Ô TÔ

Thứ sáu, 04/07/2025, 10:11 (GMT+7)

Hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing – Intelligent), tạm dịch là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí biến thiên thông minh, được Toyota phát triển nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau. Hệ thống này có khả năng điều chỉnh thời điểm đóng/mở xupap nạp nhằm tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.

Hình 1. Động cơ dùng hệ thống VVT-i

Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến. 

1. Cấu tạo của hệ thống VVT-i trên ô tô

Hình 2. Cấu tạo chung hệ thống VVT-i

Trên hình 2 là sơ đồ bố trí cảm biến, bộ điều khiển VVT-i và Van điều khiển dầu phối khí trục cam.

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i: Bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i và van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.

Hình 3. Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển VVT-i: gồm 1 vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp. Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp.

Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.

Ngoài loại trên, cũng có một loại mà piston dọc chuyển theo hướng trục giữa các then xoắn của bánh răng bên ngoài (tương ứng với vỏ) và bánh răng trong (gắn trực tiếp vào trục cam) để làm xoay trục cam.

Van điều khiển dầu phối khí trục cam: Van hoạt động theo sự điều khiển (tỷ lệ hiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i để phía làm sớm hay làm muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupap nạp được giữ ở góc muộn tối đa.

Hình 4. Van điều khiển dầu

Các cảm biến:

- Cảm biến vị trí trục cam

- Cảm biến vị trí trục khuỷu

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

- Cảm biến vị trí bướm ga

- Cảm biến lưu lượng khí nạp

Các cảm biến gửi dữ liệu về ECU động cơ, từ đó ECU ra lệnh cho van điều khiển dầu để thay đổi thời điểm phối khí.

2. Hoạt động của hệ thống VVT-i trên xe ô tô

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.

Làm sớm thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.

Hình 5. VVT-I điều khiển sớm

Làm muộn thời điểm phối khí: Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình 6, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.

Hình 6. VVT-I điều khiển muộn

Giữ: ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình 7 để giữ thời điểm phối khí hiện tại.

Hình 7. VVT-i điều khiển giữ một vị trí

Hệ thống VVT-i là một trong những công nghệ tiên tiến góp phần nâng cao hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế khí thải độc hại. Thông qua việc điều khiển thời điểm phối khí một cách linh hoạt và chính xác nhờ sự phối hợp giữa bộ điều khiển, van điều khiển dầu và các cảm biến, VVT-i giúp động cơ vận hành tối ưu trong nhiều điều kiện tải và tốc độ khác nhau. Sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của công nghệ này không chỉ cho thấy nỗ lực cải tiến không ngừng của các hãng xe như Toyota, mà còn mở ra xu hướng tích hợp nhiều giải pháp thông minh hơn trong động cơ đốt trong hiện đại. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i sẽ giúp sinh viên, kỹ thuật viên và người sử dụng xe nâng cao kiến thức chuyên môn và khai thác hiệu quả phương tiện của mình.