Công nghệ cam biến thiên (Variable Valve Timing) cho phép điều chỉnh thời điểm đóng mở xupap tùy theo điều kiện vận hành của động cơ, từ đó tối ưu hiệu suất đốt cháy, tăng công suất và tiết kiệm nhiên liệu. Bằng cách thay đổi góc cam nạp và xả, hệ thống này còn giúp giảm khí thải và cải thiện khả năng đáp ứng ở mọi dải vòng tua. Bài viết sẽ phân tích nguyên lý hoạt động, các biến thể công nghệ và lợi ích của cam biến thiên trong động cơ hiện đại.
1. Cam biến thiên là gì?
Cam biến thiên là công nghệ can thiệp vào kỳ nạp và xả. Làm thay đổi các thời điểm đóng mở, thời gian mở và độ sâu xupap để tối ưu công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và tối ưu khí xả làm cho động cơ trở nên thân thiện với môi trường hơn.
2. Vì sao cần có công nghệ cam biến thiên?
Ta biết động cơ có thể hoạt động ở nhiều dãy tốc độ và tải khác nhau và từng chế độ tải và tốc độ thì góc phối khí của động cơ phải khác nhau.
Ví dụ như khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp hay tải nhẹ lúc này không cần quá nhiều hòa khí nạp vào buồn đốt để tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế sự tổn thất bơm và khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao hay đầy tải lúc này động cơ cần nạp nhiều hòa khí nhất có thể vào buồn đốt để tối ưu công suất của động cơ.
Tuy nhiên khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp (lúc này cần nạp ít hòa khí) thì thời gian mở của xupap lại quá lâu dẫn đến nạp hòa khí vào buồn đốt nhiều hơn mong muốn gây ra hiện tượng tổn thất bơm làm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn và khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao (lúc này cần nạp nhiều hòa khí) thì lúc này thời gian mở của xupap lại quá nhanh làm cho lượng hòa khí được nạp vào buồn đốt bị giảm đi làm giảm công suất động cơ.
Do những nguyên nhân trên làm cho những động cơ đời cũ phải đưa ra lựa chọn hoặc là tối ưu động cơ ở những dãy tốc độ thấp hoặc tối ưu công suất động cơ ở những dãy tốc độ cao hay là tối ưu động cơ ở tốc độ mà động cơ thường hoạt động nhất. Còn đối với động cơ có công nghệ cam biến thiên thì động cơ có thể hoạt động tối ưu ở mọi dãy tốc độ do có thể thay đổi được các: Timing (thời điểm đóng mở xupap), duration (thời gian mở xupap), depth (độ sâu xupap).
3. Cam biến thiên thì biến thiên về cái gì?
Công nghệ cam biến thiên về cơ bản có 3 dạng thay đổi:
- Timing: Thời điểm đóng mở xupap
- Duration: Thời gian mở xupap
- Depth: Độ sâu xupap
3.1 Thế nào là thay đổi Timing?
Như hình minh họa dưới đây, ta thấy hình bên trái là sơ đồ phối khí của động cơ khi hoạt động ở tốc độ thấp ta thấy thời điểm mở xupap nạp trễ 7° sau điểm chết trên và đóng trễ 17° sau điểm chết dưới. Hình bên phải là sơ đồ phối khi của động cơ khi hoạt động ở tốc độ cao ta thấy xupap nạp mở sớm 28° trước điểm chết trên và đóng sớm 8° trước điểm chết dưới.
3.2 Thay đổi Duration là gì?
Duration là tổng thời gian mở của xupap khi vừa chớm mở cho đến khi xupap đóng hoàn toàn.
Tương tự như sơ đồ phối khí ở tốc độ thấp ta thấy xupap nạp mở sớm 10° trước điểm chết trên và đóng muộn 10° sau điểm chết dưới ta biết hành trình piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới là 180° độ vậy tổng duration của xupap nạp tại tốc độ thấp là 180°+10°+10°=200°.
Tương tự khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao thì xupap nạp mở sớm 10° và đóng muộn 60° vậy tổng duration của xupap nạp tại tốc độ cao là 180°+10°+60°=250°.
3.3 Thay đổi độ sâu xupap (Depth) là gì?
Là độ cắm của xupap từ lúc đóng kính hoàn toàn đến khi xupap mở tối đa.
Như hình dưới đây. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp ta thấy độ mở tối đa là 4mm và khi hoạt động ở tốc độ cao là 10.5mm
4. Các công nghệ cam biến thiên trên ô tô
Cam biến thiên hiện nay được chia thành 2 loại là:
- Cam-Phasing (Thay đổi thời điểm phối khí).
- Cam-Changing (Thay đổi độ sâu xupap).
4.1 Cam-Phasing
Là công nghệ thay đổi thời điểm đóng mở xupap công nghệ này chỉ có thể thay đổi biến thiên liên tục được timing nhưng không thay đổi được duration và depth. Các hãng khác nhau sẽ có tên gọi khác nhau.
- Toyota: VVT-i (Variable Valve Timing – Intelligent)
- Honda: VTC( Variable Timing Contror)
- BMW: VANOS (Variable Nockenwellensteuerung),…
4.2 Cam-Changing
Là công nghệ thay đổi độ sâu xupap công nghệ này có thể thay đổi được duration và depth của xupap và các hãng xe khác nhau cũng sẽ có tên gọi khác nhau.
- Toyota: VVTL-i (Variable Valve Timing Lift-Intelligent): Valvematic
- Honda: VTEC (Valve Timing Electronic Control)
- BMW: Valvetronic
- NISSAN: VVEL (Variable Valve Event and Lift),…
4.3 Kết hợp
Và công nghệ khi kết hợp 2 công nghệ trên lại với nhau ta có 1 động cơ vừa có thể thay đổi được cả timing, duration và depth. Tuy nhiên công nghệ này không được áp dụng rộng rãi do chi phí sản xuất cũng như là bảo trì bảo dưỡng rất cao. Các công nghệ nổi trội như là:
- Toyota: VVTL-i (Variable Valve Timing Lift-Intelligent)
- Honda: i-VTEC: (Intelligent- Valve Timing Electronic Control),…
Trên đây là toàn bộ thông tin về công nghệ cam biến thiên mà trung tâm VATC gửi đến bạn. Hy vọng bạn đã có thêm cho mình kiến thức hay trong ngày.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
