Tìm hiểu hệ thống VTEC của Honda

VTEC là hệ thống điều khiển van biến thiên cho động cơ đốt trong do Honda phát triển, hiện vẫn khẳng định được chỗ đứng, mặc dù nhiều hãng cũng đã nghiên cứu và phát triển hệ thống riêng cho mình.

Honda thử nghiệm công nghệ Advanced VTEC trên chiếc JDM-spec Accord
EuroR năm 2006.

Lịch sử ra đời hệ thống VTEC

Vào những năm đầu thập niên 1980, thị trường môtô bắt đầu đặt ra yêu cầu về một động cơ môtô thể thao công suất lớn. Honda đã cố gắng nghiên cứu một loại động cơ có thể vừa tạo ra công suất lớn, vừa có khả năng dẫn động trong toàn bộ dải vòng tua. Với mục tiêu này, nhóm kỹ sư của Honda đã cố gắng tập trung phát triển một loại động cơ công suất 200 mã lực/1 lít và có độ nghỉ ổn định. Trong quá trình nghiên cứu, họ phát hiện ra rằng, để chế tạo được một động cơ như vậy, họ phải tìm ra một phương pháp để chống lại việc ngăn cản dòng không khí đi vào từ các vòng tua thấp đến các vòng tua trung bình.

Và vấn đề đó đã được giải quyết nhờ Hệ thống dừng van REV (Revolution-modulated valve control). Hệ thống này sẽ cưỡng chế các van dừng lại, nếu cần, để tối ưu hóa dòng không khí, đạt được độ nghỉ ổn định, giúp động cơ hoạt động êm dù ở vận tốc thấp hay vận tốc trung bình. Chiếc môtô đầu tiên được trang bị hệ thống REV này là chiếc CBR400F sản xuất năm 1983.

Từ hệ thống REV được sử dụng cho động cơ của môtô, Honda tiếp tục phát triển hệ thống VTEC dành cho ôtô. Hệ thống VTEC gồm một thiết bị điều khiển thời gian mở van và hai chế độ trục cam: một cam được thiết kế để động cơ hoạt động tốt ở vòng tua thấp còn một cam khác đảm nhiệm vai trò ở vòng tua cao. Chiếc ôtô đầu tiên của Honda được trang bị hệ thống VTEC là chiếc JDM-spec Integra sản xuất năm 1989 và chiếc Civic CRX SiR sử dụng động cơ B16A DOHC 160 mã lực. Năm 1991, hệ thống này đã đi vào thị trường Mỹ khi nó được thiết kế cho siêu xe thể thao Acura NSX sử dụng cụm động cơ DOHC VTEC V6 công suất 270 mã lực tại 7.100 vòng/phút.

Honda CBR400F sản xuất năm 1983 được trang bị hệ thống REV.

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống VTEC

Ban đầu, VTEC được thiết kế cho động cơ trục cam kép DOHC. Hệ thống này có nhiệm vụ chuyển đổi giữa trạng thái tiết kiệm nhiên liệu sang trạng thái hoạt động của động cơ. Khi động cơ hoạt động ở vận tốc thấp, thời gian mở van sẽ ngắn và chế độ cam thiết kế cho vòng tua thấp được sử dụng để giảm mức tiêu hao nhiên liệu và tăng khả năng cháy của nhiên liệu. Mặt khác, khi động cơ cần nhiều năng lượng để hoạt động ở vận tốc cao, hệ thống VTEC sẽ tăng thời gian mở của van và chế độ cam thiết kế cho vòng tua cao được sử dụng cho phép khoảng mở van rộng hơn và thời gian mở van lâu hơn.

Việc chuyển từ cam thiết kế cho vòng tua thấp để giảm tiêu hao nhiên liệu sang cam thiết kế cho vòng tua cao để tăng công suất được thực hiện thông qua một chốt khóa nối hai vấu cam độc lập tại tốc độ động cơ nhất định. Dựa vào các đặc điểm của động cơ, hệ thống này có thể nâng dải vòng tua động cơ hoặc giảm dải vòng tua động cơ để tăng mô men xoắn nhưng vẫn tiết kiệm nhiên liệu. Ở kỳ trở lại, khi động cơ chuyển từ cam thiết kế cho vòng tua thấp sang cam thiết kế cho vòng tua cao, chốt khóa thụt vào tại tốc độ động cơ thấp hơn so với khi mới khởi động để tránh hiện tượng động cơ chuyển động xung quanh đường biên hoạt động của hệ thống VTEC.

Hệ thống VTEC hoạt động giống như một thiết bị nén hay một tuốc bin tăng áp bằng cách tạo ra khả năng cuốn cao và hiệu suất tiếp nhiên liệu hiệu quả để tạo ra công suất lớn.

Trong những năm qua, Honda đã phát triển một vài hệ thống dựa trên VTEC, thay đổi một chút về hệ thống van để phù hợp với từng công suất động cơ khác nhau và yêu cầu khác nhau về lượng tiêu thụ nhiên liệu. VTEC cũng có thể được áp dụng cho động cơ trục cam đơn SOHC. Tuy nhiên, động cơ sử dụng SOHC chỉ hiệu quả khi hệ thống VTEC áp dụng trên van nạp do chỉ có duy nhất một trục cam điều khiển độ nâng của cả van xả và van nạp. Do đó, mặc dù có những cải biến, động cơ SOHC chỉ có thể tận dụng được ưu điểm của hệ thống VTEC đối với từng van xả hoặc van nạp.

Động cơ i-VTEC của Honda.

Sau đây là một số phiên bản của hệ thống VTEC:

VTEC-E: là hệ thống bộ truyền động van trong đó hai chế độ cam điều khiển van có kích thước khác nhau. Cam ngắn hơn cho phép một van mở với độ mở ít và điều này làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu. Giống hệ thống VTEC ban đầu, khi động cơ đạt số vòng/phút lớn hơn, chốt khóa khóa cam thiết kế cho vòng tua cao và thời gian mở van được tăng lên để đạt được công suất lớn hơn.

3STAGE VTEC: Hệ thống này sử dụng 3 chế độ cam khác nhau hoạt động ở 3 pha. Mỗi cam điều khiển một pha thời gian mở và nâng van khác nhau.

i-VTEC: (Intelligent VTEC) là hệ thống điều khiển van thành công nhất từ trước tới nay của hãng Honda và được ứng dụng trên nhiều mẫu xe. Hệ thống i-VTEC được giới thiệu năm 2001 và sử dụng thiết bị điều chỉnh thời gian van nạp biến thiên liên tục và hệ thống quản lý do máy tính điều khiển để tối ưu hóa mô men xoắn và hiệu suất sử dụng nhiên liệu.

AVTEC: Advanced VTEC được hãng Honda giới thiệu năm 2006. Hệ thống này kết hợp những lợi thế của hệ thống i-VTEC với hệ thống điều khiển pha biến thiên liên tục. Hãng Honda cho biết hệ thống AVTEC sẽ cho phép tiết kiệm 13% nhiên liệu so với hệ thống i-VTEC và giảm tới 75% khí thải so với tiêu chuẩn năm 2005. Tuy vậy, cho đến nay, hệ thống này vẫn chưa được trang bị cho các mẫu xe ô tô mới được sản xuất.

Tầm quan trọng của hệ thống VTEC

Hệ thống VTEC của Honda là dấu mốc quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong vì nó đã góp phần giải quyết thành công một vấn đề đã được đặt ra từ lâu. Đó là vấn đề về hiệu suất hoạt động của động cơ. Hệ thống VTEC ra đời không chỉ giúp tăng hiệu suất của động cơ đốt trong mà còn mang đến cho khách hàng một chiếc xe công suất cao và tiết kiệm nhiên liệu.

An Huy

Theo ZIng