Công nghệ Valvetronic của hãng BMW.

Động cơ Valvetronic của hãng BMW là động cơ đầu tiên trên thế giới không sử dụng bướm ga. BMW phát triển công nghệ này với mục tiêu tiết kiệm được khoảng 10% nhiên liệu so với các loại động cơ thông thường khác.

Để hiểu tại sao một động cơ không có bướm ga lại có khả năng tiết kiệm được nhiên liệu thì điều đầu tiên bạn phải hiểu được nguyên lý hoạt động của một động cơ thông thường. Khi đạp hết ga nghĩa bạn không thể khống chế được lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy (điều này dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ không khí-nhiên liệu dẫn đến nổ ngược) cũng như lượng không khí đi vào các xilanh. Trong hệ thống vòi phun nhiên liệu, lượng không khí đi qua bướm ga sẽ được giám sát chặt chẽ và căn cứ vào đó, hệ thống điều chỉnh lượng nhiên liệu cho phù hợp. Khi bướm ga càng mở rộng, không khí đi vào buồng cháy càng nhiều, công suất động cơ tăng lên.

Hơn nữa, khi bướm ga mở rất ít (khi đạp ga một cách đều đặn, xe xuống dốc hoặc đường khá trơn nhẵn), mở một phần hoặc thậm chí đóng lại gần như hoàn toàn. Trong khi đó, các piston vẫn di chuyển, hút một phần không khí còn lại trong đường ống nạp khí đã được đóng kín. Không cần phải giải thích quá nhiều, bạn đọc cũng có thể dễ dàng hình dung ra rằng trong đường ống dẫn khí nạp, phần giữa bướm ga và buồng cháy sẽ tự hình thành chân không trong đó, để chống lại lực hút/lực bơm hút của các piston. Do vậy làm tổn hao một phần năng lượng. Động cơ càng chạy chậm bao nhiêu, bướm ga càng đóng kín bao nhiêu thì càng tiêu tốn nhiều năng lượng.

Công nghệ Valvetronic đã loại bỏ sự có mặt của bướm ga để tiết kiệm nhiên liệu, đặc biệt ở dải tốc độ thấp của động cơ. Qua quy trình kiểm tra thành phần khí thải của EU bao gồm ở cả dải tốc độ cao và thấp, một động cơ Valvetronic 1,8L tiết kiệm được khoảng 5,3 lít nhiên liệu trên 100 km. Hơn nữa không giống với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (hệ thống nhiên liệu phổ biến nhất hiện nay) không cần thiết phải sử dụng loại xăng có hàm lượng lưu huỳnh thấp.

Không có bướm ga, vậy làm sao để hệ thống này có thể khống chế lượng không khí đi vào các xilanh? Bí ẩn nằm ở việc áp dụng biện pháp công nghệ để thay đổi độ mở của xupáp. Valvetronic chứa một hệ thống cò mổ có khả năng thay đổi một cách linh hoạt khi tác động lên các xupáp. So với các loại động cơ có hai loại vấu cam thông thường khác, nó sử dụng một trục truyền động lệch tâm, một mô tơ điện và một số cò mổ trung gian. Tùy theo tín hiệu điện từ bộ điều khiển ECU sẽ kích hoạt mô tơ điều khiển góc xoay của trục lệch tâm, trục này sẽ xoay đi một góc nào đó khiến cò mổ trung gian ấn sâu hơn khi tác động lên các trục đòn gánh, trục đòn gánh này có nhiệm vụ đóng hoặc mở các xu páp. Nếu cò mổ đẩy các trục đòn gánh vào sâu hơn, các xupáp nạp sẽ mở rộng hơn và ngược lại.

So với công nghệ VTEC của Honda, Valvetronic cũng sử dụng xupáp thay đổi hành trình để tăng công suất như VTEC nhưng đáng tiếc, Valvetronic quả thực ít hiệu quả ở khả năng tiết kiệm nhiên liệu ở số vòng quay cao hơn so VTEC. Quan sát hình ảnh trên đây, các bạn co thể nhận thấy trục cam dẫn động các cò mổ trung gian, tiếp đó tác động vào các trục đòn gánh khiến phát sinh ra khá nhiều lực ma sát. Bởi vậy mà tính hiệu quả và cải tiến của Valvetronic đã giảm đi rất nhanh ở số vòng tua lớn hơn 6.000 vòng/phút. Không ngạc nhiên khi trong tương lai BMW không trang bị Valvetronic cho các động cơ M-power của họ.

Công nghệ VVEL của Nissan.

Cũng tương tự như các công nghệ đã được đề cập ở trên. Đó là công nghệ có sự phối hợp vừa chặt chẽ, vừa độc lập ở khả năng điều khiển thông minh thời điểm đóng mở xupáp và độ mở của xupáp nạp. Nissan gọi công nghệ của họ là Variable Valve Event and Lift (VVEL) và Continuous Valve Timing control (C-VTC). Hệ thống VVEL sử dụng một số mối liên kết được bố trí một cách thông minh để tác động lên các xupáp và nhờ một động cơ điện nhận tín hiệu điều khiển từ ECU sẽ quay trục dẫn động đi một góc phù hợp, nó làm dịch chuyển bản lề nối với thanh dẫn, rồi tác động lên các trục riêng biệt. Do sự dịch chuyển của trục bản lề mà độ mở của các xupáp cũng thay đổi theo tương ứng.

Hình ảnh chuyển động

Khi xe mới khởi động và cần phải được làm nóng nhanh để tăng hiệu suất nhiên liệu, hệ thống VVEL và C-VTC sẽ tối ưu hóa số lần tác động lên các xupáp để nhanh chóng làm nóng khí xả, kích hoạt bộ lọc xúc tác nhanh hơn, cải thiện sự phân tán nhiên liệu và cải thiện quá trình cháy.

Hệ thống VVEL và C-VTC là một phần của Chương trình phát triển công nghệ xanh đến năm 2010 của Nissan, mục tiêu của chương trình nhằm giảm lượng CO₂ trong khí thải của động cơ xăng đến mức thấp nhất và là công nghệ mang tính toàn cầu đến năm 2010.

Các ưu điểm nổi bật của công nghệ VVEL

Tăng hiệu suất nhiên liệu.

Ở dải tải trọng từ thấp đến trung bình, VVEL kiểm soát lượng không khí nạp vào qua xupáp nạp trước khí nó vào trong buống cháy. Khác với động cơ thông thường, không khí được nạp vào qua bướm ga, biện pháp này làm tăng hiệu suất bởi lưu lượng khí đi vào trong xilanh dễ dàng hơn.

Ở dải tốc độ thấp và trung bình, xupáp nạp được mở ít để giảm ma sát của trục cam và cải thiện hiệu suất nhiên liệu.

Tăng tốc nhạy cảm hơn.

VVEL khống chế lượng không khí nạp qua xupáp nạp, cải thiện độ nhạy khi cần tăng tốc bằng cách tăng mật độ khí nạp vào trong xilanh từ lúc bát đầu tăng tốc.

Tăng công suất.

Ở dải tốc độ thấp, thời gian các xupáp nạp mở được rút ngắn để ngăn hỗn hợp nhiên liệu – không khí chảy ngược lại đường ống nạp, cải thiện mômen xoắn. Ở dải tốc độ cao, thời gian xupáp nạp mở được kéo dài cho phép tăng lượng khí nạp vào, nhờ vậy mômen xoắn tăng lên.

Cải thiện khí thải.

Việc định thời xu páp nạp được tối ưu hóa trong quá trình khởi động khi động cơ vẫn còn nguội để tăng nhiệt độ của khí xả lên một cách nhanh chóng và kích hoạt bộ lọc xúc tác một cách nhanh nhất.

Lượng hydrocacbon trong khí xả được giảm đi ở dải tốc độ thấp và trung bình bằng cách duy trì độ mở của xu páp nạp ở mức thấp. Tốc độ khí nạp và độ phân tán của nhiên liệu dưới dạng sương mù khá hoàn hảo. Kết quả là hiệu quả của cả quá trình cháy tăng lên.

VVEL cải thiện hiệu suất nhiên liệu một cách tốt nhất ở dải tốc độ thấp và trung bình. Do vậy nó phù hợp nhất với động cơ có nhiều xilanh và dung tích lớn.