Tìm hiểu về hệ thống VTEC của hãng Honda

Hệ thống này đã được Honda sử dụng trên các mẫu động cơ của hãng từ năm 1992. Theo lý giải của Honda, VTEC sẽ gồm 3 hệ thống khác nhau cho phép PCM (Powertrain Control Module) điều khiển đồng thời ba yếu tố là thời điểm đóng, mở; độ mở và khoảng thời gian mở của xu páp động cơ. VTEC có nghĩa là: “Variable Valve Timing and Lift, Electronic Control”. Sau nhiều cải tiến bổ sung, cho đến nay VTEC đã có những phiên bản phát triển hơn như VTEC-E, i-VTEC.

Ban đầu, hệ thống VTEC sử dụng 2 xu páp hút trên một xy lanh được điều khiển bởi 3 “cò mổ”. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, các cò mổ hoạt động một cách độc lập với nhau. Cò mổ chính được dùng để mở xu páp hút chính; cò này được điều khiển bởi vấu cam thấp, có thời gian mở ngắn trên trục cam. Cò mổ thứ 2 được điều khiển bởi vấu cam siêu thấp, có thời gian mở ngắn; nó sẽ mở xu páp hút thứ hai vừa đủ để tránh việc nhiên liệu bị tích tụ trong họng hút khi lưu lượng khí nhỏ. Ngoài ra còn có một cò mổ trung gian nằm giữa hai cò mổ nói trên và nó được điều khiển bởi vấu cam cao, có thời gian mở dài. Tuy nhiên, khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp cò mổ trung gian này không đóng mở bất kỳ xu páp nào. Nó sẽ quay tự do quanh trục dàn cò khi vấu cam tác động và hồi vị nhờ một cơ cấu lò xo. Bên trong cò mổ chính và trung gian đều có chứa piston đồng bộ, nhưng ở tốc độ thấp piston đồng bộ nằm hoàn toàn trong thân cò mổ nhờ cơ cấu lò xo hồi vị và chốt đẩy nằm trong cò mổ thứ 2.

Nguyên lý làm việc của các cò mổ trong hệ thống VTEC

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, PCM sẽ kích hoạt một van điện từ, van này sẽ dẫn một dòng dầu thủy lực vào đường dầu bên trong cò mổ chính. Áp suất dầu tác động vào các piston đồng bộ, chốt đẩy và nén lò xo hồi vị. Do đó, ba cò mổ sẽ được khóa cứng với nhau và khi đó cò mổ chính, cò mổ thứ 2 sẽ do cò mổ cùng cam trung gian điều khiển ( cam có độ mở xu páp lớn và thời gian mở dài). Khi tốc độ động cơ giảm xuống, PCM thôi tác động vào van điện từ làm mất áp suất dầu thủy lực. Lúc này, lò xo hồi vị cùng chốt đẩy sẽ đẩy các piston đồng bộ về vị trí ban đầu cho phép các cò mổ hoạt động độc lập với nhau.

PCM sẽ theo dõi bốn thông số đầu vào trước khi kích hoạt van điện từ trong hệ thống VTEC. Tốc độ động cơ phải nằm trong khoảng từ 2300 – 3200 vòng/phút đối với các động cơ 4 xy lanh, phải trên 3500 vòng/phút đối với những động cơ 3.0l và trên 4900 vòng/phút đối với dòng động cơ Prelude. Tốc độ xe phải trên 19 m/h, nhiệt độ nước làm mát phải trên 1400F (600C) và động cơ ở chế độ tải phù hợp. Cuối cùng, ở chế độ vòng tua thấp, xy lanh động cơ hoạt động với chỉ một xu páp hút và một xu páp xả, do đó dòng khí nạp với vận tốc cao được duy trì giúp cải thiện hiệu suất động cơ. Còn ở vòng tua máy cao thì xi lanh làm việc với cả 2 xu páp hút và 2 xu páp xả do cam có độ mở lớn, thời gian mở dài điều khiển để lưu lượng khí nạp là lớn nhất.
VTEC-E: hệ thống này được ứng dụng trên một số dòng động cơ của Honda, về cơ bản nó giống với phiên bản VTEC ngoài trừ việc nó không có cò mổ trung gian. Một pisttông đồng bộ nằm trong cò mổ chính sẽ làm cho cò mổ chính và cò mổ thứ 2 nối cứng với nhau khi động cơ làm việc ở tốc độ cao.
i-VTEC: là hệ thống kết hợp giữa VTEC và hệ thống xoay trục cam nạp để thay đổi góc trùng trùng lặp trong pha phân phối khí của động cơ. i- VTEC được áp dụng lần đầu trên các dòng xe CR-V 2002 và Acura RSX 2002. Độ nâng mở của xu páp được thực hiện bằng cách sử dụng 2 cò mổ và 2 cam có biên dạng khác nhau. Với thiết kế mới này, sẽ chỉ có một xu páp được mở khi động cơ làm việc ở tốc độ thấp. Điều đó tạo ra hiện tượng xoáy lốc cho hỗn hợp không khí-nhiên liệu, tối ưu quá trình cháy ở dải tốc độ thấp.

Ở một giá trị vòng quay đã được xác định, dầu có áp suất cao đơ[cj dùng để khóa 2 cò mổ với nhau, kết quả là cả 2 xu páp sẽ mở cùng nhau. Tuy nhiên lúc này cò mổ điều khiển đóng mở xu páp là cò mổ ứng với cam có biên dạng cao, còn cò mổ thứ hai chỉ là được dẫn theo.

Chức năng thay đổi thời điểm mở xu páp được thực hiện nhờ một cơ cấu chấp hành do máy tính điều khiển hoặc một cơ cấu xoay cam, chúng có thể thay đổi cam nạp tới 50 độ góc quay trục khuỷu. PCM sẽ điều khiển dòng dầu vào, ra cơ cấu xoay trục cam để làm thay đổi vị trí tương đối của trục cam.

Bên trong cơ cấu xoay trục cam.

i-VTEC hiện đại: Ngày nay, Honda sử dụng thuật ngữ này để chỉ tất cả các động cơ hiện đại của hãng. Hệ thống i-VTEC có 4 chức năng , trong đó tối đa ba chức năng có thể được sử dụng trên một động cơ. Đó là:
- Thay đổi độ mở và thời gian mở của xu páp (VLD): Chức năng này đã trình bày trong hệ thống VTEC nguyên thủy ban đầu.
- Điều khiển thời điểm mở xu páp (VTC): Chức năng này đã trình bày trong hệ thống i-VTEC.
- Điều khiển thông minh hoạt động của xu páp (PVD): Chức năng này cho phép vô hiệu hóa 1 xu páp hút hoặc một xu páp xả khi động cơ làm việc ở vòng tua thấp để tạo hiệu ứng xoáy lốc cải thiện quá trình hòa trộn, từ đó nâng cao hiệu quả quá trình cháy.
- Vô hiệu hóa hoạt động của xu páp (DVO): Hệ thống này có chức năng mở treo toàn bộ xu páp của một xi lanh để ngắt hoàn toàn hoạt động của nó, đồng thời giảm sự tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi ở chế độ tải thấp.