Valvetronic hiểu đơn giản là một cụm công nghệ kết hợp quản lý xupap và phun nhiên liệu, tạo ra truyền động biến thiên hành trình cho xupap đã được BMW phát triển để giảm tiêu thụ nhiên liệu, bảo vệ môi trường. Nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất tốt nhất cho động cơ, cụm công nghệ này mỗi hãng xe đều có và đặt ra những tên gọi khác nhau, có thể khác nhau về cơ chế hoạt động như VVTi của Toyota, VTEC của Honda.
Có lẽ mối quan tâm lớn nhất hiện nay của những người muốn sở hữu xe của VinFast là cái động cơ N20 mua bản quyền từ BMW nhưng không được đầy đủ vì bị ngắt lại cái công nghệ điều khiển Valvetronic. Trước khi có câu trả lời việc này có ảnh hưởng hay không đến chất lượng vận hành của động cơ N20 gắn trên những chiếc xe VinFast, thì bạn hãy dành một chút thời gian để phân biệt các kiểu tăng áp hiện nay áp dụng cho động cơ.
Riêng về tăng áp với dẫn động cơ học (siêu nạp supercharger), hoặc tăng áp kép được kết hợp giữa một bộ siêu nạp và một turbo khí thải, xin đề cập trong một bài viết khác.
Phân biệt các loại tăng áp
Tăng áp cuộn đôi (Twin roll Turbo): Đây là một sự tiến bộ của động cơ tăng áp để giải quyết vấn đề turbo lag (độ trễ) của động cơ tăng áp thời kỳ đầu. Động cơ vẫn chỉ sử dụng một bộ turbo nhưng rất nhiều người lầm tưởng nó có 02 turbo.
Nguyên lý dùng phần khí xả của động cơ để quay các tua bin trong turbo tạo dòng khí nén dồi dào trong quá trình đốt nhiên liệu. Vì dòng khí xả biến thiên phụ thuộc vào vòng tua máy (vòng tua cao nghĩa là động cơ đang đốt nhiều sinh ra nhiều khí thải, và ngược lại), chính vì thế có hiện tượng lúc thì dư thừa nhưng lúc lại thiếu nguồn khí xả để đủ tạo ra một một lực nén lớn quay tua bin đẩy không khí vào buồng đốt.
Thay vì khí xả ra bao nhiêu thì dẫn vào bộ tăng áp bấy nhiêu, thì người ta thiết kết ra 02 đường khí xả, chẳng hạn sự kết hợp giữa đường xả thải của piston số 2&4 và piston1&3, như thế sẽ có liên tục hai dòng khí xả riêng biệt thay nhau tác động lên tua bin của turbo để tránh tối đa tình trạng trễ, như thế một luồng khí xả ít khi động cơ còn ở vòng tua nhỏ nhưng nếu được đẩy trong một tiết diện nhỏ sẽ gia tăng được tốc độ cũng như lực tác động theo nguyên lý vòi phun càng nhỏ thì lực phun càng mạnh.
Tăng áp Bi-Turbo (Tăng áp bộ đôi)
Tăng áp Bi-turbo sử dụng 02 turbo có kích thước bằng nhau và được nối mạch song song (Bi-turbo). Trong phạm vi động cơ quay với tốc độ thấp thì chỉ có một turbo hoạt động, trong khi turbo tăng áp thứ hai chỉ được kết nối vào hệ thống tùy công suất và áp suất nén đòi hỏi, thường thì nó sẽ hoạt động trong dải vòng tua máy từ 2600v/phút đến 3200v/phút. Ở phạm vị tốc độ vòng tua máy quay cao thì cả hai turbo đều hoạt động.
Việc đóng mở turbo thứ hai thông qua một van hoạt động theo nguyên tắc khí lực, nhờ áp suất tạo ra qua một bơm chân không mà không phụ thuộc vào dòng khí thải. Như vậy việc đóng mở turbo thứ hai được điều khiển bởi phần mềm quản lý của động cơ thông qua việc xác định vòng tua máy. Ích lợi của việc trang bị Bi-turbo là sử dụng hai turbo sẽ đáp ứng nhanh vì khối lượng nhẹ và có quán tính nhỏ, chúng có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau phụ thuộc vào tình trạng tải, thấp hơn quán tính so với sử dụng một turbo lớn.
Tăng áp Twin-Turbo (Tăng áp kép hay tăng áp tầng nối tiếp)
Trong hệ thống này là sự kết hợp một turbo tăng áp nhỏ và lớn, được vận hành nối tiếp nhau (nghĩa là turbo nhỏ sẽ hoạt động trước ở giai đoạn tốc độ động cơ nhỏ) thông qua một nắp điều khiển, dòng khí thải và không khí sẽ được kích hoạt. Điều này cho phép động cơ đáp ứng nhanh dưới sự biến đổi của tốc độ quay và tải. Sau khi động cơ có tốc độ quay lớn tạo ra dòng khí thải lớn hơn thì turbo lớn sẽ hoạt động.
So với những turbo thông thường thì thì áp suất nén tăng nhanh hơn ngay cả trong phạm vi tốc độ quay nhỏ, vì một turbo nhỏ với những cánh nhỏ của tua bin sẽ đạt được độ quay cao đảm đương khi động cơ có tốc độ thấp. Turbo lớn sẽ đảm đương nhiệm vụ khi tốc độ quay lớn hơn.
Dựa vào nắp điều khiển khi dòng khí thải thấp chưa đủ vận hành turbo lớn thì nó được dẫn hướng đi qua turbo nhỏ trong dải vòng tua máy khoảng từ 800 – 1500v/phút. Khi vòng tua máy đạt khoảng từ 2500v/phút – 4000v/phút, lúc này dòng khí thải sẽ được điều hướng đến turbo lớn để kích hoạt tạo ra dòng khí nén lớn. Người ta còn thiết kế van chống quá tải khí nén ở vòng tua ngoài 4000v/phút, để giải phóng một lượng khí thải không cho đi qua turbo lớn.
Ưu điểm của tăng áp Twin-turbo là nhanh chóng hình thành dòng khí nén, đáp ứng nhanh tốc độ quay và biến đổi của tải, tạo ra lưu lượng không khí lớn cho động cơ ở tốc độ cao.
Tại sao VinFast không có được Valvetronic?
Đầu tiên nói về động cơ N20, nhiều ý kiến cho rằng đó là động cơ cũ của BMW, điều này hoàn toàn chính xác nếu chỉ gói gọn trong nội bộ BMW. Nhưng nếu đem công nghệ được trang bị trên N20 so với mặt bằng chung của ngành ô tô thế giới, thì nó vẫn là một động cơ có số má giang hồ và là niềm mong ước của những hãng xe phổ thông.
Cũng như nhiều hãng xe trên thế giới, mỗi hãng có một bí kíp riêng về công nghệ và hệ thống quản lý động cơ, công nghệ này được phát triển dựa trên triết lý mà hãng theo đuổi và cũng là nét đặc trưng riêng của hãng. Công nghệ Valvetronic của BMW cũng không ngoại lệ, nó là xương sống ứng dụng vào nhiều dòng động cơ của BMW, thậm chí cả những thế hệ động cơ trước N20 đã được dùng Valvetronic. Cứ mỗi thế hệ động cơ mới thì Valvetronic lại được điều chỉnh cho phù hợp, đến đây thì bạn đã hiểu vì sao BMW không thể trao phần “linh hồn” của động cơ N20 cho VinFast.
Thực ra nếu VinFast không mua bản quyền, mà mua hẳn động cơ N20 của BMW theo số lượng lớn thường xuyên thì lại là câu chuyện khác, khi đó những gì có trên N20 của BMW thì VinFast sẽ có hết và chỉ việc mang về lắp vào xe.
Phần linh hồn của động cơ N20 ít nhất đã bị mã hóa ở phần mềm quản lý để bảo vệ bản quyền mà không thể bị lấy mất, nếu dễ lấy thì chắc những công ty ô tô của Trung Quốc sẽ làm một động cơ copy y chang N20, và khi đó giải mã phần mềm quản lý cụm Valvetronic của N20 rồi ung dung sử dụng rồi.
Quay trở lại vấn đề công nghệ Valvetronic của BMW không thể bán, vì họ không muốn có hãng xe thứ hai có được bí kíp này là hiển nhiên. Bên cạnh đó, việc sâu xa hơn là họ có thể đề phòng công nghệ này sẽ bị lấy, mang qua áp dụng cho những thế hệ động cơ kế tiếp của đối tác tự phát triển.
Chu trình Atkinson có quê mùa không?
Khi VinFast không có được Valvetronic, đến đây đã nảy sinh một vấn đề tranh cãi trong vài ngày qua, một vài bài viết đại khái lo lắng cho VinFast khi có được thể xác động cơ N20 nhưng lại thiếu phần linh hồn để vận hành, như thế sẽ không tối ưu hóa việc đốt nhiên liệu cho động cơ N20 và nhiều hệ lụy khác.
VinFast đã buộc phải tìm kiếm nhà phát triển phần thiếu hụt này và tái thiết lại động cơ N20, và đối tác của họ là AVL vốn đã rất nổi tiếng trong ngành ô tô thế giới. Ở phần tái thiết N20 như nào thì không rõ, vì BMW không biết có lấy hết lại cụm Valvetronic kể cả phần cứng và phần mềm quản lý, hay chỉ là phần mềm quản lý Valvetronic? Nhưng như thông báo của VinFast là AVL sẽ thay thế công nghệ Valvetronic bằng chu trình Atkinson. Dù ở bất cứ dưới dạng tên gọi nào thì nó cũng là một cụm công nghệ và quản lý đốt nhiên liệu, sao cho tiết kiệm mà vẫn đảm bảo các thông số khác ở mức tốt nhất.
Xin nói lại sơ qua chu trình Atkinson
| Chu trình này được phát triển bởi James Atkinson dựa trên nguyên lý của chu trình Otto. Ở động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson (gọi tắt là động cơ Atkinson), van nạp đóng trễ ở cuối kỳ nạp, đầu kỳ nén. Điều này khiến cho hòa khí bị đấy nhẹ ngược về đường ống nạp, làm giảm bớt lượng hòa khí vào cylinder, dẫn đến mức công suất sinh ra của động cơ cũng giảm theo. Mặc dù điều này làm giảm tỷ số nén của động cơ nhưng vẫn giữ nguyên được tỷ số giản nở. Điều này có nghĩa rằng động cơ sẽ tốn ít năng lượng hơn cho quá trình nén và gia tăng công sinh ra từ quá trình cháy-nổ. |
Về tổng quan, điều này sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu của động cơ.
Thực tế thì chu trình Atkinson hiện nay vẫn còn sử dụng, nhưng theo sự phát triển công nghệ vượt bậc thì nó tiến bộ khá xa so với khi mới được phát minh. Có lẽ khá nhiều người chỉ dừng lại ở sự hiểu biết quy trình ‘Nạp – Nén – Nổ – Xả’ khá cơ bản, dựa trên chu trình Otto hay chu trình Atkinson trước kia. Công nghệ ô tô hiện đại ngày nay còn làm được nhiều thứ can thiệp phức tạp hơn trong các chu kỳ mà nó diễn ra dưới 1/giây như: thời gian phun, lượng phun biến thiên, thời gian đóng mở xupap, hành trình biến thiên của xupap… dưới sự hỗ trợ của hàng tá cảm biến thu thập thông tin đưa về ECU xử lý để ra quyết định tối ưu tính toán lượng phun nhiên liệu tại từng thời điểm.
Việc VinFast tin sử dụng đối tác AVL để xây dựng chu trình gọi là Atkinson là cách dùng từ chung chung, cũng giống như nhiều nơi xử dụng tên nước mắm Phú Quốc nhưng thực tế có nhiều loại khác nhau. Ở đây cũng vậy, chu trình Atkinson do AVL phát triển cho động cơ N20 sẽ khác so với các chu trình Atkison cho những động cơ khác, đơn giản là các động cơ công nghệ khác nhau thì không thể áp dụng một chuẩn Atkinson.
Nếu việc AVL phát triển chu trình Atkinson cho N20 hoàn hảo sẽ giúp cho hệ thống tăng áp cuộn đôi hoạt động hiệu quả hơn, và ngược lại. Hoàn toàn không có chuyện khi N20 thiếu Valvetronic thì hệ thống tăng áp không thể hoạt động. Hãy nên nhớ rằng hệ thống tăng áp cuộn đôi hoạt động phụ thuộc vào nguồn khí thải xả ra, hoàn toàn không bị điều khiển bởi điện tử.
Quốc Huy