Có gì trên Exciter 2020 - [Phần 1] - Van biến thiên VVA

Có gì trên Exciter 2020 - [Phần 1] - Van biến thiên VVA

Theo như lời đồn đại, thì tháng 8 này Yamaha sẽ ra mắt Exciter 2020. Mặc dù chưa có bất cứ thông bố chính thức nào từ Yamaha Việt Nam, nhưng dựa trên những thông tin đã rò rỉ, có thể khẳng định 99% rằng lần này Exciter sẽ được nâng cấp động cơ lên một phiên bản hoàn toàn mới.

Vòng đời của phiên bản Exciter hiện tại đã kéo dài đến hơn 5 năm. Lần nâng cấp gọi là lớn nhất năm 2019 thì cũng chỉ là “bình mới rượu cũ”. Động thái này của Yamaha đang bị thị trường đánh giá là khá tham lam.

Hình ảnh rò rỉ Exciter 155 VVA phiên bản đỏ xám – Nguồn ảnh: Julak Sendie Design

Tham lam thị trường, nhưng không bảo thủ công nghệ, Yamaha là vậy. Dù yêu hay ghét, dù là fan hay antifan, cũng đều phải thừa nhận rằng Yamaha luôn là hãng rất hào phóng về công nghệ.

Ngay từ phiên bản Exciter đầu tiên, chúng ta đã có nòng kính DiASil, piston nén và giải nhiệt nước.

Năm nay, Yamaha sẽ tiếp tục thể hiện sự hào phóng đó với phiên bản Exciter động cơ 155cc, van biến thiên VVA, và nồi trợ lực kiêm chống trượt Assist & Slipper Clutch.

Video hôm nay thì mình sẽ không so sánh Yamaha với các hãng khác. Mình chỉ tập trung chia sẻ với các bạn về một thứ mà thôi. Đó là VVA.

VVA là gì?

Có gì trên Exciter 2020 – [Phần 1] – Van biến thiên VVA

Chúng ta sẽ bắt đầu từ gốc rễ của vấn đề.

Động cơ đốt trong là một trong những dạng của động cơ nhiệt - hoạt động dựa trên các chu trình nhiệt động lực học. Nhiệt năng sinh ra từ phản ứng cháy của nhiên liệu được các cơ cấu cơ khí chuyển hóa thành cơ năng.

Nói riêng trên động cơ đốt trong 4 thì. Việc nạp xả nhiên liệu cũng như sản phẩm cháy, và chu trình sinh công được điều khiển bởi một tổ hợp gọi là cơ cấu phân phối khí. Hai thành phần cơ bản của tổ hợp này là các van đóng mở - gọi là supap, và các cơ cấu đóng mở van - gọi là cam.

Supap đóng mở đường nạp được gọi là supap nạp. Supap đóng mở đường xả được gọi là supap xả.

Tương ứng, cam điều khiển supap nạp được gọi là cam nạp. Cam điều khiển supap xả được gọi là cam xả.

Tùy kiểu thiết kế động cơ, mà cam nạp và xả có thể được tích hợp trên cùng một trục hoặc tách riêng thành hai trục độc lập.

Cơ cấu cam là môt cơ cấu thuần cơ khí, chịu nhiều sự chi phối bởi các giới hạn vật lý nên có một sự thật là không bao giờ có thể chế tạo được một cây cam hoàn hảo lý tưởng cho tất cả các dải vòng tua máy. Vấn đề này càng trở nên lớn hơn khi các động cơ hiện nay, đặc biệt là động cơ xăng, và đặc biệt là động cơ trang bị trên xe 2 bánh, thường được thiết kế với dải tua máy trải rất dài. Từ tốc độ cầm chừng loanh quanh 1.000-1.500 RPM, trải dài lên tới 10.000-13.000 RPM trên các động cơ nhỏ, và thậm chí lên tới 17.000-20.000 trên các động cơ cỡ lớn hoặc động cơ hiệu năng cao trên xe đua.

Có cam tối ưu cho tua thấp.

Có cam tối ưu cho tua giữa.

Và có cam tối ưu cho tua cao.

Người kỹ sư thiết kế động cơ sẽ phải đắn đo, cân nhắc và dung hòa nhiều thứ để đưa ra lựa chọn.
Để giải quyết vấn đề này, người ta bắt đầu nghiên cứu các công nghệ để có thể điều khiển, tùy biến các thông số của cây cam, hay chính xác hơn là điều khiển quá trình đóng mở supap, từ đó điều khiển chu trình nạp xả nhiên liệu môt cách linh hoạt hơn theo từng dải tua máy. Các công nghệ này được gọi chung là Variable Valve Control, viết tắt là VVC - dịch đại khái là cơ cấu điều khiển van biến thiên.

Như đã dẫn giải từ đầu, năng lượng phát ra từ động cơ đốt trong bản chất là năng lượng được chuyển hóa từ phản ứng cháy của nhiên liệu. Vậy nên, cơ bản mà nói, chất lượng của việc nạp nhiên liệu đóng một vai trò vô cùng quan trọng, quyết định trực tiếp đến hiệu năng của động cơ. Đây cũng là lý do các công nghệ về cam thường được ưu tiên áp dụng trên cam nạp nhiều hơn cam xả. Từ đoạn này về sau, những gì mình trình bày về công nghệ cam, sẽ được mặc định hiểu là áp dung trên cam xả mà thôi.

Công nghệ van biến thiên có rất nhiều dạng. Để hiểu được vấn đề này, chúng ta cần đào sâu một chút về nguyên lý hoạt động của cam.

Ứng dụng cơ cấu cam để điều khiển chuyển động

Cam là môt cơ cấu truyền chuyển động theo quy luật. Đại khái, để điều khiển một cơ cấu nào đó chuyển động theo một kịch bản nào đó, chúng ta có thể “nạp” cái kịch bản đó vào một cơ cấu cam. Có thể nói, cơ cấu cam là một dạng sơ khai của khái niệm “bộ nhớ” trong kỹ thuật. Từ cách đây hàng trăm năm, dùng cơ cấu cam, người ta đã có thể chế tạo được các cỗ máy có chuyển động vô cùng tinh vi, phức tạp. Muốn tìm hiểu đỉnh cao của kỹ thuật này, các bạn hãy Google từ khóa “Automaton” để xem những con búp bê có thể trình diễn nhảy múa, đánh đàn, thậm chí cầm bút viết chữ y như người thật.

Quay lại vấn đề, cam trong động cơ đốt trong là một dạng rất cơ bản. Lấy góc quay của trục khuỷu, hay vị trí tương đối của piston trong xylanh làm hệ quy chiếu, chuyển động đóng mở của supap được thông số hóa và “nạp” vào thiết kế của cây cam.

Các thông số này bao gồm: Timing, LiftDuration.

Timing là thời điểm bắt đầu và kết thúc việc đóng mở.

Lift là độ mở lớn nhất.

Duration là khoảng thời gian duy trì trạng thái mở.

Cơ cấu van biến thiên sẽ thay đổi, tùy biến 1,2 hoặc cả 3 thông số trên. Một cách đồng thời, hoặc độc lập với nhau. Thứ tự mình vừa nêu được sắp xếp theo sự tăng dần về độ phức tạp của cơ cấu.

Dạng đơn giản nhất là thay đổi Timing. Hệ thống này gọi là VVT, viết tắt của Variable Valve Timing. Phương pháp này thường được áp dụng trên động cơ cam đôi DOHC. Thay đổi Timing của cam nạp để thay đổi overlap. Overlap là gì thì xin hẹn lại các bạn vào một bài viết, hay một video khác.

Nếu phải nêu một ví dụ, thì Suzuki đang sử dụng công nghệ này trên chiếc GSX-R1000 của họ, và gọi nó là SR-VVT, Suzuki Racing Variable Valve Timing.

Cao cấp hơn VVT một chút là phương pháp thay đổi cả Timing, Lift và Duration đồng thời với nhau.

Honda đặt tên cho công nghệ này là VTEC.

Yamaha thì gọi là VVA - Variable Valve Actuation.

Biểu đồ thông số của cam trên động cơ đốt trong

VVA của Yamaha sử dụng hai gối cam nạp riêng rẽ cho hai dải vòng tua. Việc chuyển đổi giữa hai gối cam được thực hiện bằng một cơ cấu đặc biệt đặt trên cò mổ.

Hàm lượng công nghệ nghe có vẻ cao như vậy, vậy rốt cục VVA sẽ đem lại những gì? Câu trả lời là VVA sẽ cho người kỹ sư thêm một tham số, thêm một bậc tự do, mở rộng thêm một chút giới hạn để có thể thiết kế ra một động cơ hoạt động tối ưu hơn trên một dải RPM trải dài. Thay vì phải cắt bên này, xén bên kia để tìm điểm dung hòa. Đoạn tối ưu của cây cam tua thấp và đoạn tối ưu của cây cam tua cao sẽ được nối tiếp để kết hợp, bổ trợ cho nhau.

Được định hình phân khúc là một chiếc underbone thể thao đường phố. VVA sẽ giúp Exciter 2020 vận hành êm ái, mượt mà hơn trong đô thị. Đồng thời, phát máy hơn một chút, nói dân giã là sẽ đâm hậu sâu hơn một chút khi chạy trên đường trường.

Trình bày có vẻ đao to búa lớn, nhưng kỳ thực cấu tạo của VVA trên thực tế khá đơn giản. Toàn bộ cơ cấu chuyển đổi phức tạp thì đã được đặt trên con cò. Cây cam VVA thì chỉ khác cam thường ở chỗ là có thêm một gối nạp. Và việc chế tạo một cây cam độ có 3 gối cũng không phải là chuyện gì đó quá phức tạp. Việc thiết kế đơn giản như vậy mở ra một con đường rộng lớn cho việc độ máy, nâng công suất động cơ sau này. Tiếp tục duy trì hình ảnh Exciter là một chiếc xe dễ độ trong mắt dân chơi xe.

Bên cạnh VVT, VTEC, VVA thì còn rất nhiều công nghệ phức tạp khác liên quan đến cam. Chẳng hạn như Shiftcam của BMW, hay CVVD - Continuously Variable Valve Duration - Công nghệ cho phép điều khiển duration độc lập với lift và timing của Hyundai.

Công nghệ Freevalve trên động cơ của Koegnisegg

Các bạn xem MotoGP thấy các tay dua rượt đuổi nhau trên sân khốc liệt thế nào, thì đằng sau cánh gà, các đội R&D của các hãng xe cũng đang chạy một cuộc đua về công nghệ khốc liệt y như, thậm chí còn hơn như vậy.

Với xe Bình Xăng Con, muốn canh xăng phải tháo BXC xuống, thay đổi gic-lơ, nâng hạ kim các kiểu. Qua Fi, canh xăng chỉ cần rút điện thoại, mở App bấm bấm là xong.

Thử tưởng tượng một ngày nào đó, muốn độ cam không cần phải rớt nắp nữa, mà cũng chỉ cần rút điện thoại ra và bấm.

Mình đang nói về công nghệ động cơ không trục cam - Camless Engine, một tương lai vượt trội của VVA hiện tại.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi video và bài viết của mình. Mọi thắc mắc, bình luận, góp ý luôn được nhiệt tình đón nhận. Và hẹn gặp lại các bạn trong các video sau với nhiều đề tài thú vị hơn.

← Bài trước Bài sau →

Bình luận