Hệ thống VTEC cho động cơ ô tô

Động cơ đốt trong trên ô tô không ngừng cải tiến, các kỹ sư đang cố gắng “vắt” công suất và mô-men xoắn cực đại, đặc biệt là không cần dùng đến việc tăng thể tích xi-lanh. Các kỹ sư ô tô Nhật Bản trở nên nổi tiếng với thực tế là động cơ khí quyển của họ, từ những năm 90 của thế kỷ trước, nhận được 1000 mã lực từ thể tích 100 cm³. Chúng ta đang nói về những chiếc xe Honda, vốn nổi tiếng với động cơ ga, đặc biệt là nhờ hệ thống VTEC.

Vì vậy, trong bài viết chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về VTEC là gì, cách thức hoạt động, nguyên lý hoạt động và thiết kế các tính năng.

Hệ thống VTEC là gì

Điều khiển điện tử nâng và hẹn giờ van biến thiên, được dịch sang tiếng Nga, là một hệ thống điện tử để điều khiển thời gian mở và nâng của van của cơ cấu phân phối khí. Nói một cách dễ hiểu, đây là một hệ thống thay đổi thời gian của thời gian. Cơ chế này được phát minh là có lý do.

Được biết, động cơ đốt trong hút khí tự nhiên có khả năng phát công suất cực đại cực kỳ hạn chế, và cái gọi là “giới hạn” mô-men xoắn quá ngắn nên động cơ chỉ hoạt động hiệu quả trong một dải tốc độ nhất định. Tất nhiên, việc lắp đặt một tuabin sẽ giải quyết triệt để vấn đề này, nhưng chúng tôi quan tâm đến động cơ khí quyển, rẻ hơn để sản xuất và dễ vận hành hơn.

Quay trở lại những năm 80 của thế kỷ trước, các kỹ sư Nhật Bản tại Honda bắt đầu nghĩ cách làm cho động cơ subcompact hoạt động hiệu quả ở mọi chế độ, loại bỏ hiện tượng “gặp nhau” giữa van-thành-xi-lanh và tăng tốc độ vận hành lên 8000-9000 vòng / phút.

Ngày nay, các xe Honda được trang bị hệ thống 3 Series VTEC, được đặc trưng bởi sự hiện diện của các thiết bị điện tử tinh vi chịu trách nhiệm về số lần nâng và thời gian mở van cho ba chế độ vận hành (vòng tua thấp, trung bình và cao).

Ở tốc độ không tải và tốc độ thấp, hệ thống mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu nhờ hỗn hợp nạc, và khi đạt tốc độ trung bình và cao - công suất tối đa.

Nhân tiện, "VTECH" thế hệ mới cho phép mở một trong hai van nạp, cho phép tiết kiệm nhiên liệu đáng kể ở chế độ thành phố.

Nguyên tắc cơ bản của công việc

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp và trung bình, bộ phận điều khiển điện tử của động cơ đốt trong giữ van điện từ đóng, không có áp suất dầu trong các bộ điều chỉnh, và các van hoạt động bình thường từ chuyển động quay của trục cam chính.

Khi đạt đến một số vòng quay nhất định, tại đó yêu cầu công suất tối đa, ECU sẽ gửi tín hiệu đến điện từ, khi được mở, sẽ truyền dầu dưới áp suất vào khoang của bộ điều chỉnh và di chuyển các chốt, buộc các cam tương tự hoạt động, thay đổi chiều cao nâng của van và thời gian mở của chúng. 

Đồng thời, ECM điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu trên không khí bằng cách bơm hỗn hợp giàu vào xi-lanh để có mô-men xoắn cực đại.

Ngay sau khi tốc độ động cơ giảm xuống, bộ điện từ đóng kênh dẫn dầu, các chân quay trở lại vị trí ban đầu và các van hoạt động từ các cam bên.

Như vậy, hoạt động của hệ thống mang lại hiệu quả của một tuabin nhỏ.

VTEC giống

Trong hơn 30 năm áp dụng hệ thống, có bốn loại VTEC:

•  DOHC VTEC;
•  SOHC VTEC;
•  i-VTEC;
•  SOHC VTEC-E.

Mặc dù hệ thống điều khiển thời gian và hành trình van có nhiều loại khác nhau, nguyên lý hoạt động là giống nhau, chỉ khác nhau về thiết kế và sơ đồ điều khiển.

Hệ thống DOHC VTEC

Năm 1989, hai bản sửa đổi của Honda Integra đã được phát hành cho thị trường nội địa Nhật Bản - XSi và RSi. Động cơ 1.6 lít được trang bị VTEC và công suất tối đa là 160 mã lực. Đáng chú ý là động cơ ở tốc độ thấp có đặc điểm là phản ứng chân ga tốt, tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường. Nhân tiện, động cơ này vẫn được sản xuất, chỉ ở phiên bản hiện đại hóa.

Về mặt cấu tạo, động cơ DOHC được trang bị hai trục cam và bốn van trên mỗi xi-lanh. Mỗi cặp van được trang bị ba cam có hình dạng đặc biệt, hai trong số đó hoạt động ở tốc độ thấp và trung bình, và van trung tâm được “kết nối” ở tốc độ cao.

Hai cam bên ngoài liên lạc trực tiếp với các van thông qua bộ điều chỉnh, trong khi cam giữa chạy không tải cho đến khi đạt đến một tốc độ nhất định.

Trục cam bên là dạng elip tiêu chuẩn, nhưng chỉ mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu ở vòng tua máy thấp. Khi tốc độ tăng, cam giữa, dưới tác động của áp suất dầu, được kích hoạt, và do hình dạng tròn hơn và lớn hơn, nó sẽ mở van tại thời điểm cần thiết và đến độ cao lớn hơn. Do đó, quá trình làm đầy xi lanh được cải thiện, cung cấp sự thanh lọc cần thiết và hỗn hợp nhiên liệu-không khí được đốt cháy với hiệu suất tối đa.

Hệ thống SOHC VTEC

Việc áp dụng VTEC đã đáp ứng được kỳ vọng của các kỹ sư Nhật Bản, và họ quyết định tiếp tục phát triển sự đổi mới. Giờ đây, những động cơ như vậy là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với các đơn vị có tuabin, và động cơ trước đây có cấu trúc đơn giản hơn và vận hành rẻ hơn.

Năm 1991, VTEC cũng được lắp đặt trên động cơ D15B với hệ thống phân phối khí SOHC, và với thể tích khiêm tốn 1,5 lít, động cơ này “sản sinh” 130 mã lực. Thiết kế của bộ nguồn cung cấp cho một trục cam duy nhất. Theo đó, các cam nằm trên cùng một trục.

Nguyên lý hoạt động của thiết kế đơn giản không khác nhiều so với những loại khác: nó cũng sử dụng ba cam cho một cặp van và hệ thống chỉ hoạt động cho van nạp, trong khi van xả, bất kể tốc độ, hoạt động ở chế độ hình học và thời gian tiêu chuẩn.

Thiết kế đơn giản hóa có ưu điểm là động cơ nhỏ gọn hơn và nhẹ hơn, và điều này rất quan trọng đối với hiệu suất năng động của xe và bố cục của xe nói chung. 

Hệ thống I-VTEC

Chắc chắn bạn biết những chiếc xe như Honda Accord thế hệ thứ 7 và thứ 8, cũng như chiếc crossover CR-V, được trang bị động cơ với hệ thống i-VTEC. Trong trường hợp này, chữ cái "i" là viết tắt của từ thông minh, có nghĩa là, "thông minh". So với dòng trước, thế hệ mới nhờ có thêm chức năng VTC hoạt động liên tục, kiểm soát hoàn toàn thời điểm van bắt đầu mở.

Ở đây, các van nạp không chỉ mở sớm hơn hoặc muộn hơn và đến một độ cao nhất định mà trục cam còn có thể quay được một góc nhất định nhờ đai ốc bánh răng ăn chặt cùng trục cam. Nhìn chung, hệ thống này loại bỏ hiện tượng “sụt” mô-men xoắn, giúp tăng tốc tốt cũng như mức tiêu hao nhiên liệu vừa phải.

Hệ thống SOHC VTEC-E

Thế hệ tiếp theo của "VTECH" tập trung vào việc đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu tối đa. Để hiểu hoạt động của VTEC-E, chúng ta hãy chuyển sang lý thuyết về động cơ với chu trình Otto. Vì vậy, hỗn hợp không khí-nhiên liệu thu được bằng cách trộn không khí và xăng trong đường ống nạp hoặc trực tiếp trong xi lanh. Trong số những thứ khác, một yếu tố quan trọng trong hiệu quả đốt cháy của hỗn hợp là tính đồng nhất của nó.

Ở tốc độ thấp, mức độ hút gió ít đồng nghĩa với việc hòa trộn nhiên liệu với không khí không hiệu quả, tức là chúng ta đang đối mặt với tình trạng động cơ hoạt động không ổn định. Để đảm bảo hoạt động trơn tru của bộ nguồn, một hỗn hợp đã được làm giàu đi vào các xi lanh.

Hệ thống VTEC-E không có thêm cam trong thiết kế, vì nó chỉ nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường cao. 

Ngoài ra, một tính năng đặc biệt của VTEC-E là sử dụng các cam có nhiều hình dạng khác nhau, một trong số đó là hình tiêu chuẩn và hình thứ hai là hình bầu dục. Do đó, một van đầu vào mở ở mức bình thường và van thứ hai hầu như không mở. Thông qua một van, hỗn hợp nhiên liệu-không khí đi vào đầy đủ, trong khi van thứ hai, do lưu lượng thấp, tạo ra hiệu ứng xoáy, có nghĩa là hỗn hợp sẽ cháy hết hiệu suất. Sau 2500 vòng / phút, van thứ hai cũng bắt đầu hoạt động, giống như van thứ nhất, bằng cách đóng cam theo cách tương tự như trong các hệ thống được mô tả ở trên.

Nhân tiện, VTEC-E không chỉ nhắm đến mục tiêu kinh tế mà còn mạnh hơn 6-10% so với động cơ khí quyển đơn giản, do dải mô-men xoắn đa dạng. Vì vậy, không phải vô ích, đã có lúc VTEC trở thành đối thủ nặng ký của động cơ tăng áp.

Hệ thống SOHC VTEC 3 giai đoạn

Một tính năng đặc biệt của 3 giai đoạn là hệ thống nhằm mục đích vận hành VTEC ở ba chế độ, nói một cách đơn giản - các kỹ sư đã kết hợp ba thế hệ VTEC thành một. Ba chế độ hoạt động như sau:

• ở tốc độ động cơ thấp, hoạt động của VTEC-E hoàn toàn bị sao chép, nơi chỉ một trong hai van mở hoàn toàn;
• ở tốc độ trung bình, hai van mở hoàn toàn;
• ở số vòng quay cao, cam trung tâm tham gia, mở van ở độ cao tối đa.

Một bộ điện từ bổ sung được thiết kế cho hoạt động ba chế độ.

Nó đã được chứng minh rằng một động cơ như vậy, ở tốc độ không đổi 60 km / h, cho thấy mức tiêu thụ nhiên liệu là 3.6 lít trên 100 km.

Dựa trên mô tả của VTEC, hệ thống này được coi là đáng tin cậy, vì ít bộ phận đi kèm được sử dụng trong thiết kế. Điều quan trọng là phải hiểu rằng việc duy trì hoạt động đầy đủ của động cơ như vậy phải được tiến hành bảo dưỡng kịp thời, cũng như sử dụng dầu động cơ có độ nhớt nhất định và một gói phụ gia. Ngoài ra, một số chủ sở hữu không ngụ ý rằng VTEC có bộ lọc lưới riêng của mình, ngoài ra còn bảo vệ các nắp và cam khỏi dầu bẩn, và các tấm chắn này phải được thay sau mỗi 100 km.

Câu hỏi và trả lời:

Tôi VTEC là gì và nó hoạt động như thế nào? Nó là một hệ thống điện tử thay đổi thời gian và chiều cao của thời gian van. Nó là một sửa đổi của một hệ thống VTEC tương tự do Honda phát triển.

Các tính năng thiết kế và cách thức hoạt động của hệ thống VTEC? Hai van được hỗ trợ bởi ba cam (không phải hai). Tùy thuộc vào thiết kế thời gian, các cam bên ngoài tiếp xúc với các van thông qua cần gạt, tay quay hoặc bộ đẩy. Trong một hệ thống như vậy, có hai chế độ hoạt động của thời gian van.