Chữ ký giáo viên
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG
2.1. Khái niệm
VVT là viết tắt của Variable Valve Timing – dịch ra là Định thời (thời gian) Van Biến Thiên hay Thay đổi thời điểm van. Hệ thống VVT còn được hiểu rộng hơn là Hệ thống điều khiển van biến thiên. VVT là quá trình thay đổi thời gian/thời điểm của sự kiện nâng van (sự kiện van là những lần xảy ra q trình đóng và mở van – sự kiện đóng và sự kiện mở), và thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu hoặc tối ưu khí thải.
Trong ứng dụng mở rộng, VVT kết hợp với hệ thống nâng van biến thiên (Variable Valve Lift – VVL) tạo thành hệ thống điều khiển van biến thiên – đây là lý do mà tiêu đề bài viết được đặt. Định nghĩa mở rộng thì VVT là quá trình thay đổi thời điểm, lực nâng, khoảng, khoảng thời gian của sự kiện nâng van. Có nhiều cách để đạt được điều này, từ các thiết bị cơ khí đến hệ thống điện thủy lực và không cam.
2.2. Lịch sử
Động cơ hơi nước
Nói về lịch sử của hệ thống VVT thì phải quay lại trở lại thời kì đầu của động cơ hơi nước khi thời gian mở van được gọi là “cắt hơi”. Bánh van Stephenson - được sử dụng trên động cơ đầu xe lửa đời đầu- để hỗ trợ việc cắt, bánh van có thể thay đổi thời gian nạp của hơi nước vào xy lanh trong q trình sinh cơng của động cơ.
Máy bay
Một chiếc Clerget V-8 200 mã lực thử nghiệm ban đầu từ những năm 1910 đã sử dụng một trục cam trượt để thay đổi thời gian của van . Một số phiên bản của động cơ hướng tâm Bristol Jupiter đầu những năm 1920 kết hợp bánh răng điều khiển van biến thiên, chủ yếu để thay đổi thời gian van đầu vào liên quan đến tỷ số nén cao hơn. Động cơ Lycoming R-7755 có hệ thống Định giờ van biến thiên bao gồm hai cam có thể được lựa chọn bởi phi cơng. Một chiếc để cất cánh, truy đuổi và trốn thốt, chiếc cịn lại để bay tiết kiệm.
Ơ tơ
Hệ thống điều khiển van biến thiên được sử dụng đầu tiên trên Cadillac Runabout và Tonneau năm 1903 được tạo ra bởi Alanson Partridge Brush. Khoảng thời gian trước năm 1919, Thiết kế trưởng của Vauxhall, đã thiết kế một động cơ 4,4l được gọi là H-type. Trong động cơ này, trục cam duy nhất trên cao di chuyển theo chiều dọc để cho phép các thùy trục cam khác nhau được tham gia.
Năm 1958, Porsche đã sử dụng một cam dao động để tăng lực nâng và thời gian hoạt động của van. Cam desmodromic được điều khiển thông qua một thanh đẩy / kéo từ một trục lệch tâm hoặc tấm chắn gió . Khơng biết liệu có bất kỳ nguyên mẫu hoạt động nào đã từng được thực hiện hay không.
FIAT là hãng xe hơi trên thế giới phát minh ra hệ thống có thể thay đổi thời điểm phối khí bao gồm sự thay đổi về độ nâng van. Được phát triển bởi Giovanni Torazza vào cuối những năm 1960, hệ thống này đã sử dụng áp suất bằng thủy lực để làm thay đổi điểm tựa của cam cho phù hợp. Áp suất thủy lực này thay đổi tuỳ theo tốc độ động cơ và áp suất của van nạp. Độ mở của van có thể thay đổi tới 37%.
Vào tháng 9 năm 1975, hãng General Motor phát minh ra hệ thống có ý định là thay đổi độ nâng van. GM đã chú ý đến họng của van nạp nhằm giảm bớt lượng nhiệt thoát ra. Bằng cách giảm đến mức tối thiểu lượng nâng van tại tải trọng thấp mà vẫn giữ được tốc độ nạp cao, do đó làm nhỏ lại họng nạp. GM đã khơng giải quyết được vấn đề khi hoạt động, độ nâng của van rất thấp nên dự án đã bị bỏ dở.
Hãng Alfa Romeo là hãng sãn xuất xe đầu tiên đã sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm độ nâng van trong sản xuất xe. Chiếc xe Alfa Romeo Spider 2.0L năm 1980 đã sử dụng hệ thống VVT với hệ thống phun xăng Spica và được bán ở Mỹ. Về sau nó cũng cịn được sử dụng trên model xe Alfetta 2.0 Quandrifoglio Oro vào năm 1983 cũng như các loại xe khác.
Nissan cũng phát triển hệ thống VVT riêng với động cơ VG30DE(TT) cho loại xe Concept Mid-4 của họ. Nissan đã tập trung chính vào việc sản xuất hệ thống NVCS của mình (Nissan Valve- Timing Control System) tại tốc độ momen xoắn nhỏ và trung bình, bởi vì phần lớn động cơ khơng hoạt động nhiều ở tốc độ cao. Hệ thống NVCS này có thể đáp ứng được cả hai yêu cầu là tốc độ cầm chừng êm dịu và hoạt động nhiều ở tốc độ thấp và trung bình. Mặc dù vậy nó vẫn hoạt động tốt được ở tốc độ cao, nhưng hệ thống vẫn tập trung chính là phạm vi tốc độ thấp và trung bình. Động cơ VG30DE là loại động cơ đầu tiên áp dụng và được lắp ráp trên model xe 300ZX(Z31)300ZR vào năm 1987, đây là loại ô tô đầu tiên sử dụng kỹ thuật điều khiển VVT bằng điện tử.
Vào năm 1989, Honda với hệ thống VTEC (Variable Valve Timing And Lift Electronic Control) nhằm làm cho động cơ có khả năng hoạt động trên các chế độ của cam khác nhau, bằng cách điều chỉnh lại trong việc thiết kế. Một chế độ được thiết kế để mở van tại tốc độ động cơ thấp, được quy định bởi một phương pháp có lợi khi cần sự tiêu hao nhiên liệu thấp và phát ra công suất nhỏ. Ở chế độ nâng cao, chế độ thời gian hoạt động dài, và hoạt động suốt khi tốc độ cao nhằm gia tăng công suất đầu ra.
Vào năm 1992 hãng BMW đã giới thiệu hệ thống VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung). Nó cũng tương tự như hệ thống NVCS của Nissan, nó có thể cung cấp sự thay đổi về thời gian cho trục cam nạp theo từng bước hoặc theo từng giai đoạn.
Xe máy
Hệ thống điều khiển van biến thiên được sử dụng trên xe máy lần đầu vào cuối năm 2004, được xem là kỹ thuật vô ích do hình phạt về khối lượng hệ thống ở thời điểm đó. Về sau hệ thơng VVT được trang bị trên Kawasaki 1400GTR / Concours 14 (2007), Ducati Multistrada 1200 (2015), BMW R1250GS (2019) và Yamaha YZF-R15 V3.0 (2017), Suzuki GSX-R1000R 2017 L7.