Variable Valve Timing with Intelligence
I. Hệ thống VVT-i :
1.1 Giới thiệu :
Kĩ thuật thay đổi thời điểm đóng mở xupap VVT-i (Variable Valve Timing with Intelligence) áp
dụng trên ô tô được phát triển bởi Toyota. Hệ thống VVT-i được đề xuất thay thế cho hệ thống
VVT từ năm 1991 bắt đầu trên động cơ 4A-GE 20 Valve.
Hình I-1: Động cơ VVT-i
VVT-i được giới thiệu năm 1996, thay đổi thời điểm nạp bằng cách điều chỉnh quan hệ giữa hệ
thống dẫn động trục cam và trục cam nạp. Hiện nay công nghệ thay đổi thời điểm nạp cũng như
xả của Toyota gồm có VVT-i , VVTL-i và VVT-iE.
1.2 Hệ thống VVT-i :
Hệ thống VVT-i ( Variable Valve Timing with Intelligence) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục
cam nạp làm thay đổi thời điểm phối khí cho thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ nhằm
làm tăng hiệu suất, cải thiện tính kinh tế về nhiên liệu cũng như hạn chế khí xả ô nhiễm môi
trường.
Để thay đổi thời điểm phối khí cho phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ ECM sẽ điều
khiển bộ chấp hành sau khi đã tính toán các giá trị được gửi về từ các cảm biến của hệ thống như
cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến khối lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt
độ nước làm mát,tín hiệu tốc độ xe, cảm biến VVT.
Về nguyên lý hoạt động sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến máy tính sẽ đưa ra tín hiệu điều
khiển bộ chấp hành hoạt động ở 3 chế độ: mở sớm, mở muộn, giữ vị trí sao cho thích hợp nhất.
Hình I.2 : Các tín hiệu từ cảm biến về ECM
1.3 Hệ thống VVTL-i:
Năm 1998, Toyota đã nghiên cứu một công nghệ mới có thể thay đổi cả thời điểm và độ nâng của
xupap, đó là công nghệ VVTL-i ( Variable Valve Timing and Lift with Intelligence). Hệ thống
này là hệ thống phát triển nhất trong các thiết kế VVT hiện tại. Nó bao gồm các chức năng sau:
- Làm thay đổi các thời điểm đóng mở xupap
- Làm thay đổi khoảng đội xupap và thời gian mở xupap
- Được thiết kế điều khiển cho cả xupap nạp và xupap thải
Hình I.3: Cấu trúc hệ thống VVTL-i
Khác với VVT-i ở hệ thống VVTL-i có 2 cam hành trình trên trục cam nạp, một cam hành trình

ngắn và một cam hành trình dài. Tùy theo tốc độ động cơ và điều kiện làm việc mà ECU sẽ đưa
ra tín hiệu để điều khiển cam hành trình ngắn hay dài. Việc kết nối giữa cam hành trình dài với
con đội (slipper follower) thông qua chốt trượt (sliding pin) được điều khiển bằng áp lực dầu.
Qua hình I.3 cho thấy cam hành trình dài hoạt động khi số vòng quay động cơ cao, thường là khi
tốc độ động cơ trên 6000 vòng/phút.

1.4 Hệ thống VVT-iE:
VVT-iE ( Variable Valve Timing – intelligent by Electric motor) là một công nghệ điều khiển
thay đổi thời điểm xupap được thực hiện bằng môtơ điện. Công nghệ này được Toyota sử dụng
riêng cho hiệu xe Lexus. Công nghệ này sử dụng bộ chấp hành điện để điều chỉnh và duy trì thời
điểm cam nạp. Sau hệ thống VVT-i thì chỉ có duy nhất hệ thống VVT-iE sử dụng bộ chấp hành
điện. Sau đó bộ chấp hành thủy lực ít được sử dụng cho cam nạp nhưng với cam thải thì nó vẫn
còn được sử dụng.
Hình I.4: Bố trí hệ thống VVT-iE trên trục cam nạp
 Về cấu trúc của VVT-iE gồm có:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu
- Cảm biến vị trí trục cam
- Bộ khuếch đại tín hiệu EDU
- Động cơ điện
- Bộ giảm tốc
 Nguyên lý hoạt động:
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa tín hiệu đến đến EDU để điều khiển động cơ
điện theo ba chế độ sau:
- Để duy trì thời điểm của trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động ở cùng tốc độ với
trục cam
- Để điều khiển sớm thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ xoay nhanh hơn tốc độ
của trục cam
- Để điều khiển muộn hơn thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ xoay chậm hơn tốc
độ của trục cam
II. Các dạng điều khiển trục cam khác :

II.1Hệ thống VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control):
Động cơ VTEC
VTEC là thuật ngữ viết tắt từ cụm từ “Variable valve Timing and lift Electronic Control”. Hệ
thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua
động cơ khác nhau. VTEC của Honda là một trong nhiều công nghệ điều van biến thiên trên thế
giới như VVT-i của Toyota hay VarioCam plus của Porsche. VTEC được kỹ sư thiết kế động cơ
của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo nên.
Ngoài ra thuật ngữ i-VTEC là sự kết hợp bởi VTEC và VTC ( Variable Timing Control). i-VTEC cho
phép điều khiển rất chính xác thời điểm mở van, độ nâng và toàn bộ các hoạt động của động cơ để đạt
được sự cân bằng, công suất tối đa, tiết kiệm nhiên liệu và đạt được hiệu suất về khí xả.Nhờ kết quả đó
mà nâng cao được sự ổn định khi chạy không tải, mang lại một công suất lớn ở tốc độ thấp và trung bình,
kể cả ở tốc độ cao. i-VTEC tạo cho 1 động cơ tốt hơn cho quá trình nạp ở mọi tốc độ.Hệ thống i-VTEC
hoạt động dựa trên 3 nguyên tắc: ổn định chạy không tải, cân bằng sự tiêu hao nhiên liệu và đầu ra lớn
 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:
Khi so sánh cơ cấu cam của động cơ thường và động cơ VTEC ta thấy có sự khác biệt ở số lượng
vấu cam và cò mổ như trên hình vẽ. Động cơ thường ở cam nạp chỉ có hai vấu cam được điều
khiển cùng thời điểm và cùng khoảng nâng nhất định. Ở động cơ VTEC được trang bị hai vấu
cam nạp với biên độ mở khác nhau, một dành cho động cơ làm việc ở tốc độ thấp và một dành
cho động cơ khi làm việc ở tốc độ cao. Bên cạnh đó ở động cơ trang bị hệ thống VTEC có thêm
một cò mổ được thiết kế phục vụ cho động cơ hoạt động ở tốc độ cao.
Các cò mổ sẽ được liên kết với nhau thông qua chốt liên kết được điều khiển bằng áp lực dầu.
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp chốt liên kết cò mổ sẽ không được tác động do đó cò mổ
dành cho hoạt động ở tốc độ cao sẽ được cam có biên độ lớn điều khiển xoay tự do. Khi động cơ
hoạt động ở tốc độ cao, áp lực dầu sẽ được điều khiển mở bởi các van điện để cấp dầu đến điều
khiển chốt liên kết cò mổ, lúc này hai cò mổ ở hai tốc độ được liên kết với nhau và làm việc theo
biên độ cam lớn. Khi động cơ trở lại làm việc ở tốc độ thấp các van điện sẽ dừng tác động, lúc
này lực lò xo bên trong chốt liên kết cò mổ sẽ đẩy chốt liên kết trả về vị trí ban đầu, ngắt liên kết
các cò mổ do đó cơ cấu trở lại làm việc ở tốc độ động cơ thấp.
 Các loại công nghệ VTEC đang được Honda sử dụng :
• DOHC VTEC

Hệ thống DOHC VTEC của Honda là một biện pháp đơn giản nhằm linh hoạt hóa động cơ bằng
cách sử dụng nhiều biên dạng cam khác nhau, thích hợp cho cả hoạt động khi ở tốc độ thấp, lẫn
tốc độ cao.
• SOHC VTEC
Trên động cơ SOHC, xupáp nạp và xupáp xả đều nằm trên một trục do động cơ này sử dụng một
trục cam. Trong động cơ này, bugi được đặt giữa hai xupáp xả nên công nghệ VTEC chỉ được sử
dụng cho hai xupáp nạp.
• SOHC VTEC-E
Một phiên bản khác của hệ thống VTEC, VTEC-E, được sử dụng theo một cách khác; thay vào
việc tối ưu hóa công suất động cơ ở tốc độ cao, hệ thống này được sử dụng để tăng hiệu suất động cơ
ở tốc độ thấp. Ở tốc độ thấp, một trong hai xupáp nạp chỉ mở với một lượng rất nhỏ nhằm tạo xoáy
lốc, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu trong buồng đốt, do đó cho phép động cơ sử dụng một tỉ lệ hòa
khí nghèo hơn. Khi tốc độ động cơ tăng cao, hệ thống SOHC VTEC-E hoạt động tương tự như
nguyên lý cơ bản của hệ thống VTEC, một piston liên kết bên trong 2 cò xupáp sẽ liên kết chúng lại
với nhau, cho phép chúng hoạt động cùng nhau.
• VTEC 3 giai đoạn
Hệ thống này kết hợp đặc tính của cả công nghệ SOHC VTEC và công nghệ SOHC VTEC-E.
II.2Hệ thống MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing and lifting Elecrtonic Control) :
MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên viết tắt của công
nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phá triển bởi hãng Mitsubishi. Cũng tương tự như
các hệ thống với xupáp nạp biến thiên của các hãng khác, hệ thống này cũng có khả năng thay đổi
hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau. Ở
dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn
định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp. Khi vấu cam lớn được kích
hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tăng lên. Bởi vậy làm
tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được
mở rộng.
 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:
Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở giải tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lại nâng cao công suất ở
vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trên nhờ chủ động điều khiển cả thời

điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp. Hệ thống MIVEC điều khiển hoán đổi các vấu cam có
cùng chức năng. Một số các loại xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục
đích sinh ra nhiều công suất hơn. Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ
các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, số vòng quay
trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga,…ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển để kích
hoạt hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC.
Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của động cơ: một cam có
biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc độ thấp và vấu cam còn lại có biên
dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt là cam tốc độ cao. Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò
mổ, dẫn động các xupáp nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa. Mỗi xupáp nạp được dẫn
động bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ. Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay đòn chữ T
được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp. Điều này cho phép các cam tốc độ cao
dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp. Lúc này các xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi
cam tốc độ cao.Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam
tốc độ thấp dẫn động các xupáp. Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy
tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc độ cao.
II.3Hệ thống VANOS (Variable nockenwellen steuerung ) trên động cơ BMW:
Ra đời năm 1992 và năm 2000 được sử dụng ở động cơ BMW M3 6 xilanh, 2 múi xupap dung
tích 3.24L đạt 252kW ở 7.900 von g/phút. Cơ cấu VANOS dùng cho cả hai trục cam nạp và thải
được gọi là DOPPER VANOS.
VANOS kết hợp giữa thiết bị điều khiển cơ khí và hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực để điều
khiển các trục cam và được quản lý bởi (DME) hệ thống điều khiển động cơ của xe.
 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động :
Bánh xích để dẫn động từ trục khuỷu được nối với trục then hoa, dưới tác dụng của áp suất dầu
lấy từ hệ thống bôi trơn và có bơm cao áp để nâng lên áp suất 100 bar, trục then hoa có chuyển
động dọc trục. Bánh răng nghiêng của trục then hoa ăn khớp trong với bánh răng nghiêng dẫn
động trục cam. Khi trục then hoa dịch chuyển dọc trục thì trục cam sẽ xoay một góc tương ứng
tính theo góc quay trục khuỷu so với bánh xích dẫn động trục cam lắp trục khuỷu.
Trong những động cơ mà có trục cam được đặt ơ phía trên của nắp xylanh, những trục cam đó
được dẫn động bởi trục khuỷu bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền xích và những cặp bánh răng.

Trong những môtơ BMW_VANOS có lắp đặt một bộ truyền xích và một vài đĩa xích. Bánh răng
đĩa xích mà được gắn trên trục khuỷu sẽ truyền chuyển động cho trục cam điều khiển xupáp xả và
bánh răng được gắn trên trục cam xả được lắp ghép bằng then với trục cam xả. Và một bộ phận
thứ hai đó là gồm một bánh răng di động, và một bộ truyền xích thứ hai cũng có thể di động sẽ đi
tới trục cam điều khiển các xupáp nạp.
Khác với trường hợp trên thì bánh đĩa xích lớn gắn trên trục cam điều khiển các xupáp nạp không
được ghép then (ghép cố định) với trục cam, mà thay vào đó là bánh đĩa xích này được khoét một
lỗ rỗng lớn ở giữa tâm của đĩa xích. Biên dạng bên trong của lỗ trống giống như là một bánh răng
hình trơn ốc. Trên đầu trục cam sẽ có gắn một bánh răng biên dạng hình trơn ốc ăn khớp ngoài,
nhưng nó có thêm một số bánh răng nhỏ được đặt sát phía trong của bánh răng lớn. Ở đó có một
bánh răng hình trơn ốc để khớp với hình dạng bên trong của cam va khớp với bánh răng đĩa xích
ăn khớp ngoài.
Sự điều khiển có thể điều chỉnh được ở VANOS là hoàn toàn theo hướng xoắn ban đầu của
những ren. Bánh răng hình trơn ốc di chuyển được nhờ cơ cấu thuỷ lực làm việc trên nguyên tắc
điều khiển áp lực dầu của DME. Ở tốc độ thấp nhất của động cơ sự điều khiển các trục cam diễn
ra rất chậm. Chỉ cần tăng tốc độ động cơ vượt khỏi giá trị thấp nhất ổn định thì Solenoid của
DME hoạt động điều đó cho phép áp lực dầu làm di chuyển bánh răng hình trơn ốc vô cam sớm
hơn một khoảng 12,5 độ (tính theo góc quay trục khuyủ ), và sau đó tốc độ động cơ vào khoảng
5000 vịng/pht(rpm)nĩ tự động trở về vị trí điều khiển ban đầu, sự sớm pha lớn (góc nạp sớm lớn )
là nhằm mục đích nạp đầy khí vào xylanh hơn (làm cho hệ số nạp tăng). Ở tại tốc độ trung bình
làm cho mômen xoắn tăng (công xuất động cơ tăng), tiếng ồn mà ta nghe thấy là kết quả do sai số
trong chế tạo làm cho bánh răng côn bị lắc một chút lúc bánh răng côn di chuyển vào trong hoặc
ra ngoài khi ăn khớp.
 Ngoài các hệ thống kể trên ta còn nhiều hệ thống khác cũng với nguyên tắc điều khiển thời điểm
và độ mở xupap được các hãng sản xuất khác nhau như: Mitsubishi có động cơ MIVEC
( Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system ) hệ thống điều khiển van bằng
hệ thống kiểm soát thời gian bằng điện tử, Nissan có động cơ VVL ( Variable Valve Lift and
Timing): độ mở van và thời gian, Porsche goi là VarioCam Plus: van biến thời gian, Subaru
cũng không chịu kém phần đặt luôn cái tên là Dual AVCS (active valve control system). Tất cả
đều với mục đích làm tăng công suất cho động cơ, giảm thiểu khí xả ô nhiễm môi trường và tăng

tính kinh tế nhiên liệu. Nhưng với việc điều khiển xupap ra sao và ảnh hưởng thế nào đến quá
trình làm việc của động cơ ta sẽ nghiên cứu phần Ảnh hưởng của thời điểm đóng, mở
xupap đến hiệu suất động cơ.
III. Ảnh hưởng của thời điểm đóng, mở xupap đến hiệu suất động cơ :
Trong động cơ đốt trong mỗi thời điểm đóng, mở cũng như hình dạng các xupap đều có ảnh
hưởng đến hiệu suất, tính kinh tế nhiên liệu và vấn đề khí xả ô nhiễm của động cơ thông qua quá
trình nạp và xả khí. Một cách gián tiếp trên số liệu thực nghiệm cho thấy động cơ có hệ thống
VVT and Lift giúp giảm 5-15% tiêu hao nhiên liệu so với động cơ bình thường khi cùng điều
kiện làm việc.
Trên một động cơ ôtô, các xupap nạp và thải có tổng thể là tám trạng thái khi hoạt động :
1. Van nạp đóng muộn ( LIVC)
2. Van nạp đóng sớm (EIVC)
3. Van nạp mở muộn ( LIVO)
4. Van nạp mở sớm (EIVO)
5. Van xả đóng sớm (EEVC)
6. Van xả đóng muộn (LEVC)
7. Van xả mở sớm ( EEVO)
8. Van xả mở muộn (LEVO)
Mỗi một trạng thái hoạt động của các van đều có một mục đích mà nhà chế tạo muốn mang lại
cho hiệu quả làm việc của động cơ. Nếu đi phân tích từng trạng thái làm việc của một động cơ có
hệ thống VVT sẽ thấy được ý nghĩa của nó so với một động cơ bình thường.
Trên lý thuyết khi so sánh hiệu suất làm việc của hai động cơ ta dựa vào đồ thị công PV. Sau đây
là đồ thị công PV của một động cơ xăng thường khi hoạt động và loại có VVT and Lift
Hình I.5: Đồ thị công PV trên một động cơ xăng bốn kì thường
Hình I.6: Đồ thị công PV có VVT và Lift
Đồ thị công PV trên động cơ xăng bốn kì,hoạt động bình thường, các điểm đóng, mở xupap là cố
định điều này sẽ dẫn đến không thích hợp khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, có thể dẫn
đến sự thừa hoặc thiếu công suất, sự tiêu hao nhiên liệu khi điều kiện tải đặt lên động cơ thay đổi
liên tục. Trên động cơ có hệ thống VVT-i and Lift, các thời điểm đóng, mở, khoảng đội và thời
gian đóng mở xupap được điều khiển sao cho phù hợp với công suất động cơ theo chế độ làm

việc,việc thay đổi thời điểm phối khí có ảnh hưởng ra sao đến hiệu suất làm việc của động cơ, sau
đây ta sẽ đi phân tích điều đó.
1. Van nạp đóng muộn ( LIVC ) :
Hình I.6: Đồ thị công PV khi LIVC
Trong hệ thống LIVC, xupap nạp được điều khiển đóng muộn sau điểm chết dưới (BDC) một góc
tùy theo điều kiện làm việc động cơ, lúc này đã chu trình đã vào kì nén. Việc đóng muộn van nạp
khi đã vào kì nén làm cho một lượng khí nạp bị đẩy ngược lại vào đường ống nạp điều này làm áp
suất trên đường ống nạp tăng lên, lớn hơn áp suất khí quyển. Trong lần nạp kế tiếp, do áp suất
trên đường ống nạp cao nên lượng khí được nạp vào nhiều hơn do sự chênh lệch áp suất do đó
công dùng cho việc hút khí mới vào được giảm đi ( hình I.6). Hay nói cách khác lực hút chân
không được tạo ra khi xupap nạp đóng muộn không quá thấp, như vậy lực hút cần thiết để hoàn
thành chu trình nạp được giảm đi do đó làm giảm đi sự tổn thất công suất dành cho việc nạp khí
mới đồng nghĩa với việc làm cho hiệu suất động cơ tăng lên.
Trên thực tế qua các công trình nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa học đã cho thấy ảnh
hưởng của việc đóng muộn van nạp đến hiệu suất của động cơ như theo kết quả của cuộc nghiên
cứu trên động cơ xăng bốn kì với một xilanh đơn của Tuttle, J. H cho thấy LIVC giảm tổn thất
công suất tới 40% ở chế độ không tải và giảm 24% lượng khí thải NO
X
ở chế độ tải trung bình
nhưng lượng hydrocarbons (HC) không đổi. Theo nghiên cứu của Sauners and Abdual-Wahab
thì việc kết hợp giữa LIVC với VCR ( thay đổi tỉ số nén) tạo nên chu trình Otto-Atkinson sẽ cải
thiện được 20% tính kinh tế tiêu hao nhiên liệu so với động cơ bình thường ở điều kiện tải thấp.
Stein, Galietti and Leone nghiên cứu trên mẫu động cơ 2.01, 4-valve với sự đóng trễ van nạp
30
0
, kết quả cho thấy lượng khí thải NO
X
, lượng HC chưa cháy và tổn thất công suất tất cả đều
giảm. Lượng khí NO
X

giảm là do khí nạp mới cùng khí thải quay ngược lại đường ống nạp trong
thời gian đóng trễ van nạp, sau đó lại được nạp ở kì nạp kế tiếp, như vậy LIVC giúp cho việc
giảm NO
X
cơ bản giống như là hệ thống luân hồi khí thải EGR. Lượng HC giảm là do đốt lại khí
xả chưa cháy bị lọt vào đường ống nạp trong thời gian đóng trễ van nạp, như vậy quá trình cháy
sạch hơn. Điều quan trọng là giảm tổn hao công suất cho quá trình nạp nhờ sự chênh lệch áp suất
trên đường ống nạp và trong xilanh.
2. Van nạp đóng sớm ( EIVC ):
Hình I.7: Đồ thị công PV khi EIVC
Việc đóng sớm van nạp được thực hiện khi nhu cầu về hỗn hợp hòa khí được cắt giảm. Gần giống
như LIVC hệ thống EIVC giúp cho động cơ tăng hiệu suất làm việc, giảm tiêu hao nhiên liệu, đặc
biệt là ở chế độ tải nhỏ hay không tải khi nhu cầu về hỗn hợp hòa khí không cao.
Nếu như việc đóng trễ van nạp làm tăng áp suất trên đường ống nạp do sự dội ngược của dòng
khí trong xilanh thì việc đóng sớm van nạp cũng làm tăng áp suất trên đường ống nạp nhưng sự
tăng áp suất được tạo ra bởi quán tính dòng khí nạp mới bị ngăn lại do đóng sớm van nạp. Như
vậy ở lần nạp tiếp theo áp suất nạp lại tăng lên do quán tính dòng khí ở lần nạp trước tạo ra, điều
này đồng nghĩa với việc giảm đi công dùng để hút khí mới vào xilanh, làm cho hiệu suất tăng lên
( hình I.7).
Khi động cơ hoạt động ở chế độ EIVC trên thực nghiệm từ Tuttle, J. H đưa ra kết quả giảm
40% sự tổn hao công suất so với động cơ thường, tiêu hao nhiên liệu giảm 7% và giảm 24% NO
X

ở chế độ tải trung bình. Ở chế độ không tải, nhiệt độ trong xilanh thấp do đó giúp giảm NO
X

nhưng thay vào đó HC tăng lên do lượng hòa khí thấp khi đóng sớm van nạp dẫn đến nhiệt độ
cháy không cao. Theo Diana, S., Lorio, B., Giglio, V and Police, G nghiên cứu thời điểm mở
van nạp kết hợp với việc đóng sớm van nạp cho ra hai trường hợp. Một là mở van nạp gần tới
TDC (EIVC) và cái còn lại mở trễ sau TDC (EIVC-C). Qua khảo sát cho thấy giải pháp EIVC

hiệu quả hơn EIVC-C, đó là do hiệu quả từ việc trộn hòa khí khi van nạp mở gần TDC hơn điều
này có ảnh hưởng rất lớn đến áp suất cuối kì nén, góp phần làm cho sự tổn thất công suất thấp đi.
3. Van nạp mở muộn ( LIVO):
Hình I.8 : Đồ thị công PV khi LIVO
Sự mở van nạp được bắt đầu khi đầu kì nạp cũng như bắt đầu giai đoạn góc trùng điệp. Thường
van nạp được mở ở khoảng 10
0
trước TDC, nhưng việc mở trể van nạp được thực hiện khi không
có sự chênh lệch áp suất giữa xilanh và đường ống nạp. Sự tổn thất công suất sẽ tăng lên (hình
I.8) do áp lực tác dụng lên xilanh trong kì hút giảm. Tuy tổn thất công suất có tăng lên nhưng điều
đó không ảnh hưởng đến hiệu suất nạp do hòa khí được hút vào với tốc độ cao sau khi van nạp
mở. Với tốc độ dòng khí được hút vào cao sẽ tạo ra sự xoáy lốc hỗn hợp tốt, điều này giúp quá
trình cháy tốt hơn và giảm lượng khí xả hydrocarbon chưa cháy (UBHC).
Theo nghiên cứu của Badami, M., Marzano, M.R and Nuccio, P việc kết hợp LIVO với đánh
lửa sớm từ 5-10
0
thu được kết quả giảm 6% tiêu hao nhiên liệu khi thực hiện với mức nhiên liệu
định trước và 20% khi thực hiện với một mức độ mở bướm ga đặt trước. Lượng HC giảm 40%
nhưng thay vào đó là tốc độ động cơ làm việc không đều.
4. Van nạp mở sớm (EIVO):
Hình I.9 : Đồ thị công PV khi EIVO
Trên động cơ thường van nạp sẽ mở trước TDC một góc khoảng 10
0
nhưng việc điều khiển mở
sơm hơn nhằm làm tăng góc trùng điệp khi đó khí xả sẽ lọt vào đường ống nạp làm tăng áp suất
trên đường ống nạp. Việc khí xả lọt vào đường ống nạp làm cho lượng khí được đẩy ra ở ống xả
giảm đi do đó công dùng để tiêu hao cho việc đẩy khí xả giảm đi ở cuối kì thải ( hình I.9), làm
giảm tổn thất công suất dành cho việc thải khí. Thêm vào đó việc nạp lại khí thải lọt vào đường
ống nạp làm cho khí ga xả tiếp xúc với khí nạp mới có áp suất thấp lâu hơn do đó khí xả khi được
nạp lại có nhiệt độ giảm đi sẽ giúp cho quá trình thải giảm khí NO

X
như khi sử dụng EGR.
5. Van xả đóng sớm (EEVC):
Hình I.10 : Đồ thị công PV khi EEVC
Trên động cơ thường, xupap nạp thường được đóng sau TDC một góc khoảng 10
0
. Đó là thời
điểm kết thúc kì xả cũng như kết thúc giai đoạn góc trùng điệp.
Việc đóng sớm van nạp với mục đích làm giảm bớt hoặc ngăn không cho khí thải trên đường ống
thải đi ngược lại đường ống nạp. Tổng số khí thải đi ngược lại đường nạp được xác định bởi góc
độ trùng điệp. Khi thực hiện đóng sớm van xả sẽ là cho tổn thất công suất tăng lên trong kì nén do
phải nén lại khí ga xả có áp suất cao (hình I.10). Nhưng thay vào đó cháy lại khí xả giúp giảm
NO
X
. Theo nghiên cứu của Law, D., Kemp, D., Allen, J., Kirkpatrick, G and Copland, T về
việc điều khiển đánh lửa kết hợp với thay đổi thời điểm đóng, mở của các van khí cho thấy EEVC
kết hợp với điều khiển đánh lửa tự động sẽ làm giảm lượng NO
X
lên đến 90%.

6. Van xả đóng muộn (LEVC):
Hình I.11 : Đồ thị công PV khi LEVC
Việc đóng muộn van xả đồng nghĩa với làm tăng góc trùng điệp, điều này làm tăng lượng khí xả
đi ngược vào đường ống nạp và làm giảm lượng khí mới nạp vào trong kì hút ( giảm hiệu suất
nạp), đồng thời giảm tổn hao công suất cho quá trình nạp do áp suất nạp trên đường ống nạp cao
(hình I.11). Lượng khí xả đi ngược vào đường nạp nhiều khi góc trùng điệp tăng lên, đồng thời
lượng khí xả ngược vào đường nạp lại tăng thêm nữa khi thời gian góc trùng điệp được điều
khiển lâu hơn. Ở tốc độ cao, góc trùng điệp lớn sẽ có lợi cho việc xả khí dư khi mà lực đẩy ở
đường ra cao. Nhưng điều có có hại khi ở tốc độ cầm chừng do quá nhiều khí xả dư đi ngược vào
đường nạp làm giảm hiệu suất nạp. Tuy nhiên, LEVC cũng giúp cho lượng HC trong khí thải

giảm xuống do đốt lại khí dư chưa cháy khi chúng đi ngược vào đường nạp trong thời gian đóng
trễ van xả. Nhưng theo Siewert, R.M, LEVC ít hiệu quả hơn EEVC trong việc làm giảm khí xả
HC.
7. Van xả mở sớm ( EEVO):
Hình I.12 : Đồ thị công PV khi EEVO
Việc mở sớm van xả xảy ra trước khi kết thúc kì cháy giãn nở. Viếc mở sớm van xả giúp cho việc
thải sạch hơn nhưng lại làm giảm áp suất cuối kì cháy giãn nở. Do vậy, sẽ làm giảm công có ích
khi mở sớm van xả. Tuy nhiên, EEVO lại làm giảm tổn hao công suất cho quá trình thải vì lượng
khí thải được đẩy ra sau BDC ít đi do đó lực đẩy cần cho quá trình thải ít. Theo Asmus, T. W tổn
thất công suất là ít nhất nếu như áp suất trong xilanh ở kì thải không tăng lên quá cao so với trên
đường ống thải. Siewert, R, M thực nghiệm trên động cơ một xilanh cho ra kết quả việc mở sớm
van xả làm tăng khí xả hydrocarbons do hỗn hợp cháy chưa bão hòa. Điều cần chú ý đó là NO
X

giảm do khí nạp mới trong trường hợp này loãng nên nhiệt độ buồn đốt không cao.
8. Van xả mở muộn (LEVO)
Hình I.13 : Đồ thị công PV khi LEVO
Ở chế độ LEVO thì sự tổn thất công suất lại tăng lên do sự tiêu hao cho quá trình thải chủ yếu là
lực dùng để đẩy khí xả ra ngoài nhiều hơn khi van thải mở muộn làm thời gian thải bị rút ngắn lại
( hình I.13). Do đó LEVO sẽ làm tổn thất công suất cho động cơ. Tuy nhiên LEVO góp phần làm
giảm NO
X
khi đốt lại khí dư đi vào ống nạp trong thời gian góc trùng điệp do khí xả vẫn chưa thải
hết vì thời gian thải bị rút ngắn.
 Khi nhìn tổng quan lại các trạng thái hoạt động của các van, ta thấy chủ yếu để làm giảm tổn thất
công suất của động cơ được tiến hành trên van nạp. Còn trên van thải chủ yếu dùng để giảm
lượng khí thải ô nhiễm ra môi trường. Đây được xem là hai vấn đề cấp thiết cần phải giải quyết
trên ôtô hiện nay khi mà vấn đề về giá xăng dầu ngày càng tăng và vấn đề ô nhiễm môi trường
ngày càng báo động. Việc kết hợp điều khiển cả van nạp và thải sẽ giúp động cơ ôtô vừa cải thiện
được cả hai vấn đề trên.

 Hệ thống VVT-i được xem là một trong những hệ thống đem lại kết quả cao cho việc tăng hiệu
suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm. Với kết cấu không quá phức tạp
và độ tin cậy làm việc cao của các chi tiết, hệ thống VVT-i giúp cho động cơ làm việc với sự tổn
thất công suất và khí thải ô nhiễm là thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất nạp là lớn nhất.
IV. Hiệu quả của việc thay đổi thời điểm phối khí trong động cơ đốt trong :
Bằng việc thay đổi thời điểm phối khí sớm hay muộn hơn theo điều kiện làm việc của động cơ sẽ
đem lại hiệu quả về tính kinh tế tiêu hao nhiên liệu, làm tăng hiệu suất cho động cơ đồng thời
cũng làm giảm lượng khí xả ô nhiễm ra môi trường.
Một số hiệu quả mà việc thay đổi thời điểm phối khí mang lai như sau :
 Cầm chừng êm diệu hơn : Ở tốc độ cầm chừng, góc trùng điệp được loại bỏ bằng
cách làm trục cam mở muộn hơn. Lúc này xupap nạp mở sau khi xupap thải đã
đóng, nên khí thải sẽ không lọt vào vùng nạp. Nhờ đó, quá trình cháy sẽ tốt hơn
nhờ hỗn hợp cháy sạch. Điều này cho phép động cơ cầm chừng ở tốc độ thấp và
tiết kiệm nhiên liệu hơn.
 Tăng mômen xoắn ở tốc độ thấp và trung bình : Ở tốc độ thấp và trung bình với
tải lớn, trục cam được mở sớm để tăng góc trùng điệp. Việc này có hai tác dụng.
Thứ nhất, lợi dụng quán tính của dòng khí thải để nạp tốt hơn. Thứ hai, xupap
nạp đóng sớm sẽ giúp hỗn hợp cháy không bị dội ra lại. Việc này làm tăng dung
tích có ích của động cơ và tăng mômen xoắn ở tốc độ động cơ thấp và trung bình.
 Giảm tổn hao công suất động cơ : Do làm tăng áp suất trên đường ống nạp khi
van nạp đóng sớm và đóng trễ làm cho dòng khí được nạp vào với sự tiêu hao
công suất dành cho quá trình nạp giảm đi, vì thế làm tăng công suất có ích cho
động cơ hay làm tăng hiệu suất.
 Hiệu quả của sự luân hồi khí thải : Hệ thống VVT-i không cần dùng đến van luân
hồi khí thải. Nhờ góc trùng điệp tăng lên, khí thải có thể trở ngược lại buồng
cháy pha trộn với khí mới làm cho giảm nhiệt độ quá trình cháy và giảm lượng
NO
X
sinh ra. Thêm vào đó, hỗn hợp cháy chưa hết sẽ được cháy lại, điều này làm
giảm lượng HC trong khí xả.

 Tiết kiệm nhiên liệu hơn : Một động cơ có trang bị hệ thống VVT-i sẽ hoạt động
hiệu quả hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn so với các loại khác. Khi không có
VVT-i, cùng một công suất ra như vậy, ta sẽ cần một động cơ lớn hơn và nặng
hơn. Do đó cùng một công suất nhưng với động cơ nhẹ hơn sẽ cải thiện được tính
tiết kiệm nhiên liệu cho xe.
o Tính tiết kiệm nhiên liệu cũng được tạo ra bằng cách làm giảm trở lực
trên đường ống nạp. Ở chế độ tải trung bình, góc trùng điệp được tăng
lên, làm giảm độ chân không trên ống góp. Việc này làm giảm công suất
mất mác dùng để đẩy piston đi xuống trong kì nạp. Với việc giảm công
suất mất mác này, công suất có ích của động cơ sẽ tăng lên.
o Khi cầm chừng, góc trúng điệp giảm xuống bằng 0
0
, tốc độ cầm chừng
thấp hơn cũng làm tăng tính tiết kiệm nhiên liệu.
Một ưu điểm khác nữa đó là hỗn hợp HC cũng giảm xuống. Do lượng hỗn hợp cháy còn sót lại ở
chu trước được đưa lại vào xilanh để cháy tiếp. Và cuối cùng, nồng độ CO
2
trong khí thải cũng
giảm nhờ sự tiết kiệm nhiên liệu, giúp cho công nghệ ôtô ngày càng thân thiện với môi trường
hơn.