HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VAN BIẾN THIÊN VTEC CỦA HONDA

Hệ thống điều khiển van biến thiên VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu quả của động cơ. VTEC sẽ điều khiển các thông số của van nạp, xả hoặc cả hai sao cho hòa khí đi vào buồng đốt hay khí xả đi ra một cách thích hợp nhất.

VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ "Variable valve Timing and lift Electronic Control". Hệ thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua động cơ khác nhau. VTEC của Honda là một trong nhiều công nghệ điều van biến thiên trên thế giới như VVT-i của Toyota hay VarioCam plus của Porsche. VTEC được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo nên.

Động cơ tích hợp i-VTEC của Honda Accord

Trong các động cơ đốt trong 4 kỳ thông thường, các van nạp và van xả được điều khiển thông qua các con đội trên trục cam. Hình dáng của các con đội sẽ xác định thời điểm (timing), độ nâng (lift) và khoảng thời gian mở (duration) của từng van. Thuật ngữ timing dùng để chỉ khi nào van được mở/đóng so với chu trình của piston Từ lift dùng để chỉ van được mở ở mức độ như thế nào và duration thể hiện van ở trạng thái mở trong thời gian bao lâu.

Do tính chất của hòa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các van ở vòng tua thấp và vòng tua cao rất khác nhau. Thông thường, khi thiết kế động cơ, các kỹ sư phải lưu ý tới điều kiện làm việc của từng xe và xác định chúng cần công suất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua nào. Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các van ở vòng tua thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng thái vòng tua cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở số vòng tua cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở vòng tua thấp.

Từ những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt. Trên thực tế, điều chỉnh một cách hoàn toàn cả 3 thông số của van là điều rất khó.

Để làm điều này, có thời kỳ người ta sử dụng một cuộn cảm để điều chỉnh van thay vì sử dụng cam. Tuy nhiên, kỹ thuật trên không được sản xuất do quá phức tạp và rất đắt. Cách tiếp cận ngược lại là điều chỉnh van sao cho động cơ hoạt động tốt ở vòng tua cao. Điều này có nghĩa xe sẽ hoạt động rất yếu ở khi tốc độ vòng tua thấp (trạng thái mà hầu hết các xe luôn có) và hoạt động tốt ở vòng tua cao.

VTEC trên động cơ trục cam kép DOHC

Hệ thống VTEC của Honda là phương pháp khá đơn giản nhằm đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả ở dải vòng tua rộng, thông qua trục cam kép đa trạng thái đã được tối ưu hóa. Thay vì mỗi con đội phục trách một van, sẽ có 2 con đội điều khiển. Một con đội được thiết kế để động cơ hoạt động tốt ở vòng tua thấp còn một con khác đảm nhiệm vai trò ở vòng tua cao.

Sự thay đổi trạng thái giữ hai con đội này được điều khiển bằng máy tính sau khi thu thập các thông số như áp suất dầu động cơ, nhiệt độ máy, vận tốc xe và vòng tua động cơ. Khi vòng tua động cơ tăng, máy tính sẽ kích hoạt con đội thiết kế cho vòng tua cao hoạt động. Từ lúc này, van sẽ được đóng mở theo chế độ vòng tua cao như khoảng mở rộng hơn, thời gian mở dài hơn nhằm cung cấp đủ hòa khí cho buồng đốt. Hệ thống VTEC trên động cơ trục cam kép sẽ điều khiển cả van xả và van nạp.

VTEC trên động cơ có trục cam kép (DOHC) được giới thiệu vào năm 1989 trên chiếc Honda Integra bán ở Nhật. Nó có công suất 160 mã lực. Khách hàng Mỹ làm quen với VTEC từ 1991 trên Acura NSX, sử dụng động cơ DOHC VTEC V6.

VTEC trên động cơ trục cam đơn SOHC

Để tăng sự phổ biến và giá trị của VTEC, Honda tích hợp hệ thống này trên động cơ trục cam đơn SOHC. Trên động cơ trục cam đơn, người ta chỉ sử dụng một trục cam để điều chỉnh cả van nạp lẫn van xả. Trên thực tế, động cơ sử dụng SOHC chỉ hiệu quả khi hệ thống VTEC áp dụng trên van nạp. Lý do là ở động cơ SOHC, bu-gi đặt nghiêng với trục cam và nó nằm giữa hai van xả nên việc ứng dụng VTEC ở van xả là không thể.

Công nghệ mới i-VTEC

i-VTEC (chữ i lấy từ từ Intelligent) là công nghệ điều van biến thiên liên tục trên van nạp ở các động cơ của Honda. Công nghệ này xuất hiện lần đầu tiên năm 2001 trên mẫu K-series sử dụng 4 xi-lanh thẳng hàng. Khoảng mở và khoảng thời gian mở vẫn được điều chỉnh theo hai chế độ vòng tua thấp và vòng tua cao như trên VTEC. Tuy nhiên, ở i-VTEC, trục cam điều khiển van nạp có thể thay đổi một góc trong khoảng từ 25 đến 50 độ (tùy thuộc vào cấu trúc động cơ) khi đang vận hành. Các trạng thái của trục cam được máy tính điều khiển dựa trên các dữ liệu về tải trọng xe và vòng tua máy. Tác dụng của i-VTEC là nâng mô-men xoắn của động cơ, đặc biệt khi ở tốc độ vòng tua trung bình. Trên mẫu Civic bán tại Việt Nam, Honda trang bị i-VTEC ở cả động cơ I4 trục cam kép DOHC và I4 trục cam đơn SOHC.

 Động cơ i-VTEC DOHC của Honda Civic Si Coupe

Năm 2004, Honda giới thiệu công nghệ i-VTEC trên động cơ V6. Tuy nhiên, không giống như ở động cơ I4, i-VTEC áp dụng trên động cơ V6 có khả năng ngắt một nửa số xi-lanh khi xe có tải trọng nhẹ và vận tốc thấp nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu. Công nghệ i-VTEC V6 được Honda tích hợp trên các mẫu Honda Odyssey và hiện tại có thể thấy công nghệ này trên Honda Accord Hybrid và Honda Pilot 2006.

Một phiên bản i-VTEC khác được Honda giới thiệu trên Civic R-series 2006 lắp động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng. Khi ở vận tốc thấp, tải trọng nhẹ, i-VTEC điều khiển van nạp sao cho có khoảng mở nhỏ và mở hết bướm ga nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu bằng cách giảm mất mát năng lượng ở bơm.

(Theo Vnexpress)