Trục cam biến thiên là gì? Tại sao càng ngày càng nhiều hãng áp dụng công nghệ này vào động cơ?

Trục cam biến thiên trên động cơ xe hơi là một công nghệ không còn gọi là hiện đại mà thực ra đã được áp dụng từ rất lâu rồi. Nay ngay cả với xe moto và xe động cơ dung tích nhỏ cũng bắt đầu được áp dụng công nghệ này. Trục cam biến thiên tối ưu được tốc độ nạp nhiên liệu cũng như tốc độ xả của sú pắp. Nhờ vậy mà nhiên liệu được đốt tối ưu hơn, cũng như khi cháy xong được xả ra nhanh hơn dẫn đến tăng công suất động cơ.



Cam biến thiên là để điều khiển thời điểm đóng mở sú pắp theo tiếng Anh là VVT (Variable Valve Timing), nếu lục lại lịch sử thì nó ra đời từ thời động cơ hơi nước và nó dùng để tối ưu thời điểm lượng hơi nước nạp vào và xả ra trong chu kỳ nén của piston máy hơi nước. Chúng ta sẽ bàn một chút về vấn đề kỹ thuật ở đây. Ở trong buồng đốt sẽ có một chu kỳ mà hỗn hợp nhiên liệu - không khí đưa và, và sẽ có một chu kỳ mà hỗn hợp này sau khi sinh công được đẩy ra. Khi ở chu kỳ hút thì sú pắp nạp sẽ mở, sú pắp xả sẽ đóng. Còn ở chu kỳ xả thì sú pắp hút sẽ đóng, sú pắp xả sẽ mở. Quy trình này được lặp đi lặp lại bất kể điều kiện hoạt động, bất kể vòng tua máy cao hay thấp nếu chỉ sử dụng trục cam bình thường.

Solenoid kích hoạt Cam phụ biến thiên
​

Nhưng sẽ có phát sinh một vài vấn đề khi piston chạy quá nhanh (động cơ hoạt động ở vòng tua cao). Đó là khi ở tua máy cao thì động cơ cần lượng hỗn hợp nhiên liệu nhiều hơn, và nếu như trục cam vẫn hoạt động giống nhau ở mọi vòng tua sẽ khiến cho sú pắp nạp đóng khi chưa đủ lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt. Nói nôm na cho dễ hiểu thì vợ chưa kịp vào nhà thì mình đã đóng cửa quá nhanh, khiến cho chỉ mới có 1-2 cô vợ vào được, còn những cô còn lại thì vẫn đứng ngoài dùng mình cần đến 8 cô vợ mới đúng.



Hoặc nếu thiết kế trục cam để đóng sú pắp nạp trễ hơn chút (thường trên động cơ xe đua) thì động cơ sẽ gặp vấn đề ở vòng tua thấp. Sú pắp đóng chậm sẽ khiến cho lượng nhiên liệu chưa kịp đốt hết sẽ đi ra ngoài do sú pắp ko kín. Từ đó sẽ khiến động cơ đốt không sạch nhiên liệu ở tua máy thấp. Chính vì những nhược điểm đó của trục cam bình thường mà trục cam biến thiên ra đời.



Có nhiều giải pháp được các hãng chọn để kích hoạt cam biến thiên. Có hãng thì dùng áp suất nhớt để kích hoạt trục biến thiên, có hãng dùng solenoid điện, còn công nghệ mới nhất thì có thể không cần dùng tới cam mà sú pắp được điều khiển điện bằng nam châm. Cách nào cũng được, miễn sao tối ưu được thời điểm đóng mở sú pắp là được. Ở trên xe hơi thì có thể thấy gần như tất cả các hãng đều áp dụng công nghệ này. Mới đây thì Toyota áp dụng công nghệ này trên cả sú pắp nạp và xả rồi gọi là Dual - VVTi. Còn trên Honda thì họ gọi là VTEC, hãng khác thì cũng nhiều cách gọi nhưng nói chung tiếng Việt dịch nôm na là Cam Biến Thiên (không chính xác theo nghĩa đen nhưng tương đồng). Công nghệ này bắt đầu được áp dụng trên xe hơi từ năm 1980 bởi hãng Alpha Romeo và sau đó dần dần phổ biến.

Đây là công nghệ cốt cam biến thiên của BMW M6 F12 đời 2012
​

BMW thì gọi là Vanos và Valvetronic. Xe của BMW thông minh hơn ở chỗ nó giải quyết cả thời điểm đóng mở sú pắp và cả đóng mở sú pắp trong bao lâu. Vanos giải quyết vấn đề thời điểm đóng mở sú pắp và Valvetronic thì do trục cam phụ hỗ trợ bằng mô tơ Valvetronic và giải quyết vấn đề thời gian đóng mở sú pắp bao lâu. Nói chung là phức tạp hơn cái VVTi cũng như VTEC nhiều.

Đây là solenoid kích hoạt cam phụ của Honda CB400 VTEC III
​

Trên xe moto thì trên xe đua cũng đã được áp dụng công nghệ này từ lâu còn trên xe thương mại thì cũng bắt đầu có vài hãng áp dụng. Sơ khai nhất có thể kể đến đó là công nghệ VTEC trang bị cho mẫu Honda CB400. Bắt đầu từ chiếc CB400 VTEC I vào những năm 90 khiến người dùng khá bất ngờ khi ở vòng tua cao chiếc xe mới thật sự "bung lụa" còn ở tua thấp thì cực kỳ êm ái và tiết kiệm xăng. Vào năm 2002 thì công nghệ này được Honda áp dụng cho chiếc Honda VFR800 một mẫu xe thường được Honda thử nghiệm công nghệ.

Phần 2 của bài này sẽ tiếp tục trong vài ngày tới.

Hình ảnh: Google​