Hệ thống VVT (Variable Valve Timing) đã được sử dụng rộng khắp và được nhiều công ty sản xuất ô tô áp dụng cách đây cũng hơn 40 năm. Hệ thống VVT đơn giản đã được sử dụng và đem lại kết quả khả quan. Hệ thống gồm hai bộ phận chính là van điều khiển dầu phối khí trục cam và bộ điều khiển VVT.
VVT thế hệ I (1991-2001)
Hệ thống VVT ban đầu hoạt động một cách tương đối đơn giản tại số vòng quay cố định (4400 vòng/phút trên động cơ 20 xupap 4AGE) tín hiệu từ ECU sẽ làm cho van điều khiển dầu phối khí trục cam mở, nó sẽ làm cho áp suất dầu đi qua một đường đặc biệt trong cam nạp, đi xuyên qua trung tâm của cam nạp tới bộ điều khiển VVT. Trong đó có một piston nhỏ, áp suất dầu này sẽ đẩy piston ra phía sau, làm cho phần phía ngoài của pully điều chỉnh đúng với phần bên trong, vì then hình trôn ốc nên điều khiển hướng đi của piston. Như vậy, khi tín hiệu từ ECU làm bộ điều khiển VVT hoạt động, van điều khiển dầu phối khí trục cam mở, đó là nguyên nhân làm bộ điều khiển VVT hoạt động sớm hơn 30 độ góc quay trục khuỷu (sớm hơn 15 độ so với bản thân nó).
Hình 2.6.1.1 Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục
Truyền động điều khiển bằng dây đai cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên hai giai đoạn với bộ điều khiển VVT đặt trên trục cam nạp (sử dụng trên động cơ 4A- GE loại 91 màu bạc và loại 95 màu đen).
Hình 2.6.1.2 Cơ cấu VVT cổ điển
VTT-i
VVT-i là viết tắt của Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là van biến thiên thông minh là thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện - thủy lực. Hệ thống Toyota VVT-i thay thế cho Toyota VVT (Hệ thống pha cam điều khiển bằng thủy lực 2 giai đoạn) được cung cấp bắt đầu từ năm 1991 trên động cơ 4A-GE 5 van mỗi xi lanh. VVT-i được giới thiệu trên động cơ 1JZ-GTE, 2JZ-GTE vào năm 1996, thay đổi thời gian của các van nạp bởi điều chỉnh mối quan hệ giữa bộ truyền động trục cam (dây đai hoặc xích) và trục cam nạp. Áp suất dầu động cơ được đưa vào một cơ cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí trục cam. Điều chỉnh thời gian trùng lặp giữa đóng van xả và mở van
Các biến thể của hệ thống bao gồm: VVTL-i, Dual VVT-i, VVT-iE, VVT-iW và Valvematic.
VVT-i thế hệ II (1995-2004)
Được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40 độ đến 60 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
Hình 2.6.1.3 Sơ đồ điều khiển van biến thiên liên tục
Truyền động điều khiển bằng dây đai cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên liên tục với bộ điều khiển VVT-I đặt trên trục cam nạp (sử dụng trên động cơ 1JZ- GE loại 96, 2JZ-GE loại 95, 1JZ-GTE loại 00, 3S-GE loại 97).
Hình 2.6.1.4 Hệ thống VVT-i trên động cơ JZ
1 – Bộ điều khiển VVT-i, 2 - Van điều khiển dầu phối khí trục cam, 3 - Cảm biến vị trí trục cam, 4 - Cảm biến vị trí trục khuỷu.
VVT-i thế hệ III (1997-2012):
Truyền động điều khiển bằng dây đai và truyền động bánh răng giữa các trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên với bộ điều khiển VVT-i ở phía trước hoặc phía sau của trục cam (sử dụng trên động cơ 1MZ-FE loại 97, 3MZ-FE, 3S-FSE, 1JZ-FSE, 2JZ-FSE, 1G-FE loại 98, 1UZ-FE loại 97, 2UZ-FE loại 05, 3UZ-FE).
Hình 2.6.1.5 Hệ thống VVT-i trên động cơ MZ
1 - cảm biến vị trí bướm ga, 2 - cảm biến vị trí trục cam, 3 - van điều khiển dầu phối khí trục cam, 4 - cảm biến nhiệt độ nước, 5 - cảm biến vị trí trục khuỷu.
Hình 2.6.1.6 Bộ điều khiển VVT-i trên động cơ
VVT-i thế hệ IV (1997- ..): Truyền động điều khiển bằng xích cho cả hai trục cam, cơ cấu điều phối van biến thiên bộ điều khiển VVT-i đặt trên đĩa xích trục cam nạp (sử dụng trên động cơ NZ, AZ, ZZ, SZ, KR, 1GR-FE loại 04).
Hình 2.6.1.7 Hệ thống VVT-i trên động cơ AZ
1 - van điều khiển dầu phối khí trục cam, 2 - cảm biến vị trí trục cam, 3 - cảm biến nhiệt độ nước, 4 - cảm biến vị trí trục khuỷu, 5 - bộ điều khiển VVT-i.
VVTL-i
Hệ thống VVTL-i phát triển dựa trên hệ thống VVT-i và áp dụng cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình của van nạp và van xả. Hệ thống này được giới thiệu lần đầu tiên trên động cơ 2ZZ-GE bố trí trên xe Toyota Celica năm 2000.
Hệ thống này cho phép đạt được công suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế của nhiên liệu hay ô nhiễm khí xả. Cấu tạo và hoạt động cơ bản của hệ thống VVTL-i giống như hệ thống VVT-i. Việc chuyển giữa hai vấu cam có hành trình khác nhau được sử dụng để thay đổi hành trình của các van. ECU động cơ chuyển giữa hai vấu cam bằng van điều khiển dầu VVTL dựa trên các tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến vị trí trục khuỷu.
Các bộ phận cấu thành hệ thống VVTL-i gần giống những bộ phận cấu thành hệ thống VVT-i. Những bộ phận đặc biệt trên hệ thống VVTL-i là van điều khiển dầu VVTL và các trục cam, cò mổ
Dual VVT-i
Hệ thống Dual VVT-i được phát triển từ hệ thống VVT-i của hãng Toyota. Hệ thống này điều chỉnh thời gian đóng mở van trên cả van nạp và van xả và được hãng Toyota giới thiệu lần đầu tiên trên động cơ 3S-GE vào năm 1998. Năm 2005 hệ thống Dual VVT-i được bố trí trên động cơ Toyota V6 2GR-FE. Hiện nay động cơ này được sử dụng nhiều trên các động cơ Toyota và Lexus. Cấu tạo và hoạt động của hệ thống Dual VVT-i cơ bản giống hoạt động của hệ thống VVT-i. Với công nghệ tiên tiến này, động cơ xăng của Toyota đã tối ưu hóa quá trình nạp và xả trên động cơ giúp cho động cơ tăng công suất tối đa, thải sạch hơn, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ động cơ.