Van biến thiên và những sự lầm tưởng

Chắc hẳn anh em xe cộ cũng đã khá quen với cụm từ “van biến thiên” rồi, van biến thiên thì thường được giới thiệu kiểu “ở tua máy cao thì máy tự chuyển qua gối cam cao hơn làm xe mạnh hơn”?!? Mạnh hơn chắc ai cũng nghĩ là làm cho công suất cuối của động cơ cao hơn, nhưng thực sự không phải vậy, mình sẽ giải thích trong bài sau.

Hãy so sánh 2 chiếc xe 150cc phổ biến mà anh em nào cũng biết, đó là Suzuki GSX R150 và Yamaha R15 v3. Mâu thuẫn ở đây là cả hai xe đều có công suất tối đa là như nhau (18.9HP và 19HP) trong khi chỉ có R15 v3 là có van biến thiên!??

Khi muốn làm động cơ mạnh nhất có thể thì có nghĩa là bộ gối cam phải làm xupap mở đủ lâu ở rpm thiết kế của máy (dải tua cao nhất của động cơ), đặc biệt động cơ xe máy nó lên tới 10k – 14k – 16k rpm (đây là mấy con số khá khủng long nếu bạn so với máy của oto), từ đó mới được mã lực lớn nhất. Vậy có nghĩa là gì? Nghĩa là với cái thời gian overlap đủ lâu ở tua máy cao thì khi tua máy thấp cái thời gian này nó dài khiếp, overlap lâu tới nỗi hòa khí tươi bị hút ra ngoài luôn trong kì hút, trong khi đó thì piston lại thụt chậm rãi lắm. Hút không đủ mà còn bị mất bớt, piston thụt chậm làm hòa khí trộn phối không tốt, thành ra ở tua máy thấp lực máy sẽ như hạch, gọi là bị retarded (bị ngu, bị khuyết tật).

Như vậy, khi chúng ta thay đổi bộ gối cam khác hoặc thay đổi góc lệch cam thì cái thay đổi chính là hiệu suất nạp khí của động cơ đó anh em!

Để mình lấy ví dụ cho anh em về con R6 của Yamaha. Do thiết kế máy đạt được tua máy rất cao lên đến 17.500rpm ở đời đầu tiên. Khi chạy tà tà xe khá hiền do VE thấp ở ga đầu. Anh em nào lần đầu ngồi lên xe cũng cho rằng xe dễ điều khiển cả, nhưng khi vào dải tua mạnh của xe thì mới hoảng hốt. Một số bài viết trên diễn đàn bikervn đã từng mô tả khá chi tiết về sức mạnh của chiếc xe này.



Quay trở lại với VVT. Và bùm một ngày nọ, mấy anh kĩ sư sáng kiến ra việc chế một hệ thống dùng thêm 1 bộ gối cam và những cơ cấu thay đổi góc cam, cải thiện những vấn đề trên ở rpm thấp, và VVT ra đời, cũng từ hồi những năm 60-70 thế kỉ trước rồi. Khi này những vấn đề mình nói ở trên được khắc phục (làm thời gian overlap ngắn lại, gối cam thấp hơn) và giờ mọi thứ lại vui vẻ trở lại. Tới lúc cần chỉ việc dùng các kết cấu cơ khí để chuyển đổi. Về cơ cấu chuyển thì hiện giờ dùng solenoid và hệ thống thủy lực là chủ yếu, tùy sở thích và công nghệ của các kĩ sư hãng xe.

Tóm lại, để làm được một cái xe mạnh thì không nhất thiết phải làm van biến thiên, nhưng nếu động cơ có tua máy hoạt động quá cao, khi làm xe mạnh dẫn đến tình trạng ở tua máy thấp lực máy khá yếu. Khi sử dụng động cơ đó vào các xe phổ thông thường ngày sẽ mang đến sự khó chịu trong vận hành, vì thế sinh ra VVT để khắc phục vấn đề "yếu ở tua thấp".

Một sự thật phũ phàng là với xe phổ thông dân dụng người ta mới thích VVT, là vì xe phổ thông nên cần mạnh nhất tại thời điểm cần thiết. Còn mấy anh đua sân hay mấy anh hết ga hết số thì chả anh nào thích dùng cả vì thực chất xe chạy track chỉ chạy ở dải tua cuối của máy, giữ xe đều trong Power Band (dải công suất) để xe luôn luôn mạnh, dải tua đầu thì không cần, trong khi đề pa thì toàn ở tua cao rồi mới buông côn. Có chăng thì ở xe chạy rally có nhiều khúc cua ngoặc phải giảm nhiều ga thì mới cần, nhưng cũng ít lắm toàn hết ga hết số thôi. Hô hô, nếu anh em thường theo dõi mấy kênh xe cộ, nhất là xe đua thì thường gặp mấy cú troll khắm bựa xe VTEC của Honda lắm đó.



Ở các hãng xe máy hiện tại thì làm van biến thiên cho xe phổ thông bắt đầu phổ biến. Điều này là hợp lí vì xe phổ thông hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau nên cứ làm xe mạnh nhất có thể tại thời điểm vặn ga. Hãng sản xuất xe 2 bánh đi đầu trong vụ này theo mình biết là Honda. Bây giờ là Suzuki với hệ thống SR-VVT, họ chỉ dùng cơ cấu để xoay góc cam đi chứ không dùng gối cam khác, tức là xe cũng chỉ có 1 bộ gối cam nhưng khi đến tua máy thích hợp thì xe sẽ tự thay đổi góc lệch CLSA này. Yamaha thì vẫn im ỉm mặc dù cục 155cc với VVA đã ra mắt trên nhiều dòng xe nhỏ. Honda thì có tin đồn VVT cho CBR1000rr bản mới. Còn anh “cá mập huyền thoại” có khá là nhiều fan thì đang thành công lắm với công nghệ BMW shiftCAM, moment xoắn (torque) từ 110-120Nm trong từ 5000rpm – 14000rpm luôn, cũng phải tốn nhiều máu não lắm mới làm được.

Khi nãy mình nói “với công nghệ hiện nay thì chỉ có 2 bộ gối cam trong động cơ” là vì các giới hạn công nghệ và vật liệu hiện chỉ cho phép đến thế, làm nhiều mà nặng xe lại không cải thiện hơn thì lại không có ích. Công nghệ tốt nhất để có thể gọi là valve biến thiên thật sự thì chúng ta phải dùng valve điện tử - đóng mở valve hoàn toàn bằng công nghệ nam châm điện. Nhưng rất khó vì phải điều khiển điện chính xác mấy cái xupap với chu kì đóng mở rất bé chỉ tính bằng mili giây, đồng thời lực tác động vào xupap cũng rất lớn. Nhưng nếu làm được, thì có thể điều chỉnh chi tiết ở từng rpm chứ không phải như hiện tại, đạt rpm rồi switch qua gối cam khác.

VVT tới đây là hết, những gì thắc mắc hoặc tranh luận mọi người cứ tự nhiên để cái comment ở đây chúng ta cùng bàn, dưới đây là một số video demo về công nghệ VVT trên một số mẫu xe 2 bánh.

Video minh họa cho công nghệ VVT của một số hãng 2 bánh

Suzuki SR-VVT

BMW shiftCAM

Honda VTEC



Yamaha VVA



Ducati variable valve timing