Ở mức tải bằng 30% công suất tối đa, trên các động cơ cỡ lớn bướm ga gần như đóng hoàn toàn. Điều này đã cản trở quá trình cấp khí cho các xi-lanh. Thiếu không khí, áp suất và nhiệt độ nén giảm khiến quá trình cháy kém hiệu quả, hiệu suất nhiệt thấp.
Thay vì để các máy tranh giành lượng khí ít ỏi, công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên sẽ cho một số máy ngừng làm việc, để nhường khí nạp cho các xi-lanh còn lại. Một số buồng đốt nhận khí nhiều hơn làm tăng áp suất nén, vì thế hiệu suất nhiệt được cải thiện. Theo tính toán, lượng nhiên liệu tiêu thụ có thể giảm 8-25% khi xe chạy trên đường cao tốc.
Trên các xi-lanh tạm dừng làm việc, các van xả và nạp đóng kín, hỗn hợp không khí trong buồng đốt bị cô lập với bên ngoài. Lúc này, chúng có vai trò như một chiếc lò xo. Nó sẽ bị nén khi khi pít-tông đi từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT), và giãn nở trong hành trình ngược lại từ ĐCT xuống ĐCD. Quá trình giãn nở của khối khí cô lập tạo sự cân bằng tổng thể, đồng thời không gây ra phụ tải cho động cơ.
Quá trình chuyển đổi trạng thái được thực hiện bằng cách thay đổi đồng bộ hệ thống đánh lửa, hệ thống phân phối khí, và vị trí bướm ga. Ví dụ điển hình nhất cho công nghệ này là loại động cơ cỡ lớn V12 chỉ có 6 xi-lanh làm việc khi tải trọng thấp.
 |
| Áp lực dầu bên trong con đội thủy lực cho phép trục cam tác động hoặc không tác động tới van. |
Honda Accord là một trong các dòng xe trang bị VCM tại Việt Nam. Khi khởi động hoặc lên dốc, động cơ làm việc đầy đủ với 6 xi-lanh. Khi đạt tốc độ ổn định, động cơ chỉ làm việc với 4 xi-lanh, hai xi-lanh còn lại không sử dụng nhiên liệu. Ở chế độ cầm chừng hoặc tốc độ chậm, Accord chỉ có 3 xi-lanh hoạt động. Ba xi-lanh còn lại "nghỉ", tức piston vẫn lên-xuống nhưng không đốt nhiên liệu. Tuy nhiên, không phải tốc độ chậm nào xe cũng ngắt 3 xi-lanh mà còn tùy thuộc vào tải trọng. Tại tốc độ ổn định cao thì động cơ vẫn hoạt động đầy đủ với 6 xi-lanh để đảm bảo công suất.
Chế độ động cơ được điều khiển bằng ECU và người lái gần như không nhận ra sự thay đổi. Khi chuyển từ 6 xi-lanh sang trạng thái 4 hoặc 3 xi-lanh, động cơ sẽ chống rung và tiếng ồn bằng cách sinh ra sóng triệt tiêu một cách chủ động.
Phát minh tiền thân cho công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên chính là phương pháp kiểm soát vòng tua thông qua việc bật - tắt động cơ. Ở thế kỷ 19, thay vì sử dụng van tiết lưu để thay đổi tốc độ quay trục khuỷu, một số động cơ giảm tốc độ bằng cách ngừng làm việc, và khi muốn tăng duy trì tốc độ, động cơ sẽ làm việc trở lại.
Cuộc thử nghiệm động cơ điều khiển xi-lanh biến thiên đầu tiên được Cadillac thực hiện trên động cơ V8 vào năm 1981 đã không có được thành công như mong đợi. Nhưng sau đó, công nghệ này đã trở thành tiêu chuẩn cho các các mẫu xe Cadillac trừ Seville. Việc hợp tác với Eaton Corporation đã giúp Cadillac phát triển động cơ V -8- 6-4 cải tiến sử dụng ECU đầu tiên trong công nghiệp cho phép chuyển đổi động cơ từ trạng thái 8 về 6 rồi về 4 xi-lanh làm việc thông tính toán công xuất cần thiết.
Hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên nguyên gốc sẽ tắt 2 xi-lanh đối diện, do đó động cơ có thể làm việc ở 3 hình thái khác nhau (8, 6 hoặc 4 xi-lanh). Một số vấn đề rắc rối, và những hỏng hóc không thể lường trước đã kìm sự phát triển của công nghệ này.
Một năm sau đó, Mitsubishi phát triển hệ thống tương tự có tên MD (Modulated Displacement). Cadillac từng thất bại với công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên trên động cơ 4 máy, Mitsubishi tung ra động cơ I4 trang bị MD như là một lời tự khen ngợi bản thân. Hãng xe Nhật tiếp tục ứng dụng MD lên động cơ V6, nhưng chỉ được một thời gian ngắn bởi thiếu vắng những phản ứng phía từ người mua.
Năm 1993, một năm sau khi Mitsubishi phát triển công nghệ trục cam biến thiên, Mivec-MD được giới thiệu đã làm sống lại công nghệ MD lần 2 với bộ điều khiển điện tử cho phép chuyển đổi động cơ từ 4 xi-lanh về 2 xi-lanh một cách trơn tru. Mivec-MD làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu từ 10-20%, dù bước phát triển này là do công nghệ điều khiển trục cam chứ không phải hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên. Vì thế, năm 1996, Modulated Displacement bị loại bỏ.
Cuối thập kỷ 90, Mercedes thử nghiệm công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên lên động cơ V12, tiếp sau đó DaimlerChrysler, GM và Honda cũng giới thiệu những công nghệ tương tự.
Sau năm 2008 giá nhiên liệu liên tục tăng cao, người tiêu dùng đang tìm kiếm những loại động cơ tiết kiệm nhiên liệu đồng thời không phải hy sinh công suất, điều này rất có thể sẽ làm một cơ hội để công nghệ điều khiển xi-lanh biến thiên tiếp tục phát triển.
| >> Video nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển xi-lanh biến thiên của Honda |
Thế Hoàng
