1.Lịch sử phát triển của hệ thống valvetronic của hãng xe BMW:Dòng xe 3Series được BMW giới thiệu lần dầu tiên vào tháng 071975 có mã hiệu E21 thế hệ đầu tiên chỉ có 2 dạng Sedan 2 cửa cỡ nhỏ với thiết kế thể thao, tiện dụng. Thế hệ thứ hai được bổ sung thêm phiên bản Diesel đầu tiên 324d và phiên bản dẫn động 4 bánh 325iX. Thế hệ thứ ba được ra mắt dưới dạng Sedan 4 cửa vào năm 1990, xe Series E36 dạng couple ra đời 2 năm sau đó được trang bị 6 xylanh tích hợp công nghệ trục cam kép và mỗi buồng đốt có 4 van, ngoài ra công nghệ điều chỉnh trục cam VANOS cũng được ra mắt lần đầu tiên trên xe E36. Thế hệ thứ 4, E46 được sản xuất tích hợp công nghệ điều chỉnh trục cam kép Double VANOS hoàn toàn mới. 2. Cấu tạo của hệ thống valvetronic: Valvetronic sử dụng thêm một môtơ điện xoay một chiều, một trục lệch tâm và một số cần đẩy (đòn gánh) trung gian mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở các xupap. Nếu đón gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupap lớn nhất và làm tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất. Như vậy, Valvetronic có khả năng nạp nhiều, thời gian nộp nhiều (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tùy thuộc vào vị trí định trước trên động cơ.3.Nguyên lí hoạt động của hệ thống Valvetronic:Valvetronic hoạt động dựa trên sự thay đổi vị trí của đòn bẩy hướng để sự tác dụng của vấu cam lên đòn gánh thay đổi làm cho độ năng của xupap biến thiên.4. Phân tích ưu điểm, nhược điểm của hệ thống valvetronic:5. So sánh công nghệ Valvetronic của hãng xe BMW với công nghệ VTEC của Hãng xe Honda: Công nghệ VTEC của Honda là công nghệ sử dụng xupap thay đổi hành trình giống như Valvetronic của BMW. Tuy nhiên, VTEC lại giảm thiểu tối đa lực ma sát giữa các chi tiết trong quá trình chuyển động, song vẫn hoạt động êm dịu, mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu hơn ở động cơ có số vòng quay lớn hơn 6.000 vòngphút. Do đó sử dụng lâu hơn, bền bỉ hơn so với công nghệ Valvetronic bởi Valvetronic có nhiều chi tiết như trục cam dẫn động các cò mổ trung gian tác động vào các đòn gây ra nhiều lực ma sát. Điều này làm cho VTEC của Honda vượt trội hơn so với Valvetronic. Vì vậy Valvetronic ít sử dụng hơn ở những động cơ yêu cầu hiệu suất cao, số vòng tua lớn.6.Khả năng ứng dụng Valvetronic so với các công nghệ khác trong tương lai: Qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu, ta thấy công nghệ Valvetronic của BMW là 1 phát mình tiến tiến giúp con người tiết kiệm được nhiên liệu trong tình hình lượng dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dần, động cơ hoạt động êm dịu ở số vòng tua nhỏ và giảm bớt lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường. Đây được coi là một dấu ấn thành tựu quan trong khi lần đầu tiên áp dụng công nghệ Valvetronic giúp cho hãng BMW ngày càng phát triển nói riêng và ngành công nghệ ô tô trên thế giới nói chung.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TIỂU LUẬN
MÔN NGUYÊN LÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
TÌM HIỂU HỆ THỐNG PHẤN PHỐI KHÍ SỬ DỤNG CÔNG
NGHỆ VALVETRONIC CỦA HÃNG BMW
GIẢNG VIÊN HD: PGS.TS LÝ VĨNH ĐẠT
SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHẠM NGỌC THẠCH– 19145488
(Lớp thứ 2, tiết 7 - 9)
Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 4 - 2021
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU………3
1.Mục tiêu ……….3
2.Nhiệm vụ ……… 3
3.Đối tượng nghiên cứu ……… 3
4.Phương pháp nghiên cứu……… 3
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG BÁO CÁO……….4
1.Lịch sử phát triển của hệ thống Valvetronic của hãng xe BMW 4-5 2.Cấu tạo của hệ thống Valvetronic ……….5-6 3.Nguyên lí hoạt động của hệ thống Valvetronic ……….6-7 4.Phân tích ưu điểm và nhược điểm của Valvetronic……….7-8 4.1 Ưu điểm của hệ thống Valvetronic……….7-8 4.2 Nhược điểm của hệ thống Valvetronic ………8
5.So sánh công nghệ Valvetronic của hãng BMW với công nghệ VTEC của Hãng Honda……… 8 6.Khả năng ứng dụng Valvetronic so với các công nghệ khác trong tương lai.9
Trang 3Lời nói đầu
Có thể nói, ô tô là một trong những ngành quan trọng trong lĩnh vực kinh tế góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Ô tô có vai trò rất lớn trong việc vận chuyển người và hàng hóa tuy nhiên nó gây ra nhược điểm rất lớn là khí thải gây ô nhiễm môi trường và tiêu hao nhiên liệu trong quá trình vận chuyển Điều này thúc đẩy các kỹ sư của các hãng xe nghiên cứu ra những công nghệ mới để hạn chế, khắc phục các nhược điểm trên Từ đó, công nghệ Valvetronic của hãng BMW được ra đời để khắc phục sự tiêu hao nhiên liệu như công nghệ không sử dụng bướm ga mà thay vào đó dùng xupap biến thiên Đây là một bước ngoặc thành công của hãng BMW nói riêng và ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nói chung đã làm giảm sự tiêu hao nhiên liệu trên động cơ, bài tiểu luận này sẽ tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ Valvetronic
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.Mục tiêu:
Hiểu rõ hơn về lịch sử cải tiến, cấu tạo nguyên lí, ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của công nghệ Valvetronic trong tương lai.,
2.Nhiệm vụ:
Tìm hiểu một cách tổng quan, sâu hơn về hệ thống phân phối khí Multi stages thông qua công nghệ Valvetronic của hãng BMW
3.Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống Valvetronic của hãng BMW
4.Phương pháp nghiên cứu:
Thông qua môn học nguyên lí động cơ đốt trong để tìm hiểu sâu hơn về công nghệ này
Trang 4
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG BÁO CÁO
1.Lịch sử phát triển của hệ thống valvetronic của hãng xe BMW:
Dòng xe 3-Series được BMW giới thiệu lần dầu tiên vào tháng 07/1975 có mã hiệu E21 thế hệ đầu tiên chỉ có 2 dạng Sedan 2 cửa cỡ nhỏ với thiết kế thể thao, tiện dụng Thế hệ thứ hai được bổ sung thêm phiên bản Diesel đầu tiên 324d và phiên bản dẫn động 4 bánh 325iX Thế hệ thứ ba được ra mắt dưới dạng Sedan 4 cửa vào năm 1990, xe Series E36 dạng couple ra đời 2 năm sau đó được trang bị 6 xylanh tích hợp công nghệ trục cam kép
và mỗi buồng đốt có 4 van, ngoài ra công nghệ điều chỉnh trục cam VANOS cũng được ra mắt lần đầu tiên trên xe E36 Thế hệ thứ 4, E46 được sản xuất tích hợp công nghệ điều chỉnh trục cam kép Double VANOS hoàn toàn mới
Mãi cho đến phiên bản Diesel 330d của thế hệ thứ 4 mới được trang bị hệ thống phun Diesel trực tiếp và công nghệ không sử dụng bướm ga Valvetronic được ra đời
Hệ thống valvetronic được sản xuất tại Hams Hall, một nhà máy của BMW gần Coventry của Anh Valvetronic lần đầu tiên xuất hiện trên mẫu xe BMW 316ti vào năm
2001 và hiện nay được sử dụng trên các mẫu BMW Series 3 Động cơ dùng công nghệ valvetronic không sử dụng đai, bánh răng chuyển động trục cam do toàn bộ hệ thống valvetronic được chế tạo dưới dạng module độc lập, có bộ xử lí riêng, kết nối với hệ thống máy tính quản lí có bộ xử lý 40-megahertz, 32-bit trên xe
Hình 1 Hệ thống Valvetronic
Trang 5để điều chỉnh lượng hòa khí cho động cơ mà dùng cơ cấu xupap có độ biến thiên do đó giảm tiêu hao nhiên liệu
Trong hệ thống valvetronic có một trục lệch tâm điều chỉnh bằng điện sử dụng đòn bẩy trung gian để thay đổi hiệu dụng của trục cam trên cò mổ Điều này tạo ra sự điều chỉnh hành trình các xupap
Công nghệ Valvetronic đã làm giảm tiêu thụ nhiên liệu do piston dịch chuyển không chịu tác động từ hiệu ứng chân không Khi nhấn hoặc thả chân ga tạo ra tín hiệu điện và sau
đó truyền đến môtơ Nếu người lái tăng tốc, môtơ tác động tới xupap qua cơ cấu tay đòn
và bánh răng để điều khiển độ mở xupap lớn và lượng hòa khí vào xylanh nhiều hơn Tương tự như vậy, khi người lái giảm tốc thì xupap sẽ điều khiển lượng hòa khí vào xylanh ít Do đó tiết kiệm được nhiên liệu hơn so với các động cơ khác
Công nghệ Valvetronic không dùng bướm ga, điều này giúp cho piston thực hiện trong quá trình nạp không tăng thêm độ chân không giữa cánh bướm ga và buồng cháy và không làm giảm công suất của động cơ, làm hạn chế sự tiêu hao nhiên liệu
2 Cấu tạo của hệ thống valvetronic:
Trang 6
-Valvetronic sử dụng thêm một môtơ điện xoay một chiều, một trục lệch tâm và một số cần đẩy (đòn gánh) trung gian mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở các xupap Nếu đón gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupap lớn nhất và làm tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất Như vậy, Valvetronic có khả năng nạp nhiều, thời gian nộp nhiều (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tùy thuộc vào vị trí định trước trên động cơ
3.Nguyên lí hoạt động của hệ thống Valvetronic:
- Valvetronic hoạt động dựa trên sự thay đổi vị trí của đòn bẩy hướng để sự tác dụng của vấu cam lên đòn gánh thay đổi làm cho độ năng của xupap biến thiên
+ Khi môtơ điện một chiều quay làm xoay trục lệch tâm, tuy nhiên lúc này vấu cam vẫn tác dụng lên đòn bẫy nhưng ở vị trí này đòn bẫy không tác dụng lên đòn gánh và không tác dụng vào được đuôi xupap làm cho xupap đóng hoàn toàn Điều này được ứng dụng cho động cơ ở chế độ tải nhẹ, không cần momen và công suất lớn hệ thống sẽ làm ngưng
Hình 3 Cấu tạo Hệ thống Valvetronic
Trang 7+ Khi tốc độ động cơ thấp, tải nhỏ: Khi người lái xe đạp chân ga nhẹ, các cảm biến tại
vị trí như chân ga cùng với tốc độ động cơ và nhiệt độ nước làm mát gửi về hệ thống
điều khiển Lúc này hệ thống sẽ xác định tính toán và điều khiển môtơ điện quay làm
trục lệch tâm quay theo và vấu cam tác dụng lên đòn bẩy tới đòn gánh điều khiển
xupap làm xupap mở ra với hành trình nhỏ Điều này làm cho quá trình lưu thông nhỏ
và lượng hòa khí vào xylanh ít Công suất nhỏ và tiết kiệm được nhiên liệu
+ Khi tốc độ động cơ cao, nặng tải:Khi người lái xe đạp chân ga lớn, lúc này cảm biến
gửi về hệ thống sẽ tính toán và điểu khiển môtơ điện quay làm trục lệch tâm ở vị trí
mở lớn nhất tiết diện lưu thông lớn lượng hòa khí vào xylanh nhiều công suất,
momen tăng đáp ứng kịp thời các chế độ hoạt động của động cơ
Do lượng hòa khí vào buồng đốt động cơ luôn được điều chỉnh tùy
theo yêu cầu về công suất và momen xoắn nên Valvetronic có khả
năng tiết kiệm nhiên liệu 10% so với các động cơ có cùng dung tích
xi-lanh, động cơ hoạt động êm và phản ứng nhanh hơn khi tăng/giảm tốc;
giảm lượng khí thải độc hại do hòa khí được đốt cháy triệt để
4 Phân tích ưu điểm, nhược điểm của hệ thống
valvetronic:
4.1 Ưu điểm hệ thống valvetronic:
- Công nghệ valvetronic :là động cơ đầu tiên trên thế giới không sử dùng bướm ga mà dùng xupap có độ biến thiên do đó tiết kiệm được 10% nhiên liệu so với các động cơ thông thường, đặc biệt khi động cơ ở dải tốc độ thấp Đây là một trong những mục tiêu quan trọng của hãng xe BMW khi phát triển công nghệ này Ví dụ: Một động cơ valvetronic 1,8l tiết kiệm được khoảng 5,3l nhiên liệu trên quãng đường 100km Đặc biệt, đối với các ô tô thường
xuyên hoạt động trong thành phố lượng tiết kiệm có thể còn cao
Hình 4 Vị trí trục lệch tâm
Trang 8khí thải độc hại do hòa khí được đốt cháy triệt để (140 gram
CO 2 /km).
- Đặc biệt, công nghệ valvetronic chứa một hệ thống cò mổ có khả năng thay đổi một cách linh hoạt khi tác động lên xupap So với các loại động cơ
có hai loại vấu cam thông thường khác, nó sử dụng một trục truyền
tâm, một môtơ điện và một số cò mổ trung gian Tùy theo tín hiệu
điều khiển ECU sẽ kích hoạt môtơ điều khiển góc xoay của trục lệch
này sẽ xoay đi một góc nào đó khiến cò mổ trung gian ấn sâu hơn khi
lên các trục đòn gánh, trục đòn gánh này có nhiệm vụ đóng hoặc mở các
xupap Nếu cò mổ đẩy các trục đòn gánh vào sâu hơn, các xupap nạp
rộng hơn và nếu cò mổ đẩy các trục đòn gánh vào cạn, các xupap nạp sẽ mở nhỏ hơn.
- Không giống với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp được sử dụng hiện nay, Valvetronic không cần phải sử dụng loại xăng có hàm lượng lưu huỳnh thấp
- Công nghệ valvetronic hoạt động êm dịu, nhẹ nhàng, không gây tiếng ồn vì các van chỉ di chuyển nhẹ trong quá trình hoạt động ở số vòng tua thấp
4.2 Nhược điểm của công nghệ valvetronic của hãng xe BMW:
- Mặc dù Valvetronic có hiệu quả để giảm mức tiêu hao nhiên liệu khi chạy một phần tải nhưng nó hoàn toàn không mang lại lợi ích cho công suất cuối.Vì các thành phần bổ sung gây ra lực ma sát do trục cam dẫn động các cò mổ trung gian tác động vào các trục đòn gánh gây ra nhiều lực ma sát Do đó Valvetronic chỉ hiệu quả ở những động cơ có số vòng quay tua không lớn hơn 6.000 vòng/phút Không những thế khi chạy ở tốc độ cao cần phải có lò xo xupap cứng hơn, đảm bảo tính đàn hồi tốt hơn nhưng lò xo cứng lại gây tổn hao năng lượng vì vậy các mẫu
xe có tính năng vận hành cao không sử dụng Valvetronic
Đây là lí do tại sao BMW chưa bao giờ áp dụng công nghệ Valvetronic cho những động cơ M-power có hiệu suất cao
- Thêm nhược điểm nữa là kích thước chiếm nhiều diện tích làm tăng chiều cao của phía trên đầu xylanh
5 So sánh công nghệ Valvetronic của hãng xe BMW với công nghệ VTEC
Trang 9Công nghệ VTEC của Honda là công nghệ sử dụng xupap thay đổi
hành trình giống như Valvetronic của BMW Tuy nhiên, VTEC lại giảm
thiểu tối đa lực ma sát giữa các chi tiết trong quá trình chuyển động,
song vẫn hoạt động êm dịu, mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu hơn ở động
cơ có số vòng quay lớn hơn 6.000 vòng/phút Do đó sử dụng lâu hơn,
bền bỉ hơn so với công nghệ Valvetronic bởi Valvetronic có nhiều chi tiết
như trục cam dẫn động các cò mổ trung gian tác động vào các đòn gây
ra nhiều lực ma sát Điều này làm cho VTEC của Honda vượt trội hơn so
với Valvetronic Vì vậy Valvetronic ít sử dụng hơn ở những động cơ yêu
cầu hiệu suất cao, số vòng tua lớn
6.Khả năng ứng dụng Valvetronic so với các công nghệ khác trong tương lai:
Qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu, ta thấy công nghệ Valvetronic của BMW là 1 phát
mình tiến tiến giúp con người tiết kiệm được nhiên liệu trong tình hình lượng dầu mỏ
ngày càng cạn kiệt dần, động cơ hoạt động êm dịu ở số vòng tua nhỏ và giảm bớt lượng
khí thải gây ô nhiễm môi trường Đây được coi là một dấu ấn thành tựu quan trong khi lần
đầu tiên áp dụng công nghệ Valvetronic giúp cho hãng BMW ngày càng phát triển nói
riêng và ngành công nghệ ô tô trên thế giới nói chung
Bởi những nhược điểm tạo ra ma sát lớn khi động cơ có số vòng tua lớn hơn 6.000
vòng/phút nên trong tương lai Valvetronic sẽ không được sử dụng ở những động cơ có
hiệu suất cao
Nhìn chung,công nghệ Valvetronic vẫn đang được sử dụng nhiều ở các thành phố
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1 https://autopro.com.vn/ky-thuat-tu-van/nguyen-ly-va-tien-ich-cua-valvetronic-tren-xe-bmw-200842820221310.chn
2 https://www.oto-hui.com/diendan/threads/he-thong-valvetronic-cua-bmw.30297/
3 http://doantotnghiep.vn/nghien-cuu-mot-so-he-thong-dieu-khien-cam-thong-minh.html? fbclid=IwAR1mKcqePoG-yv8TcALfJkiOXSk0aRrdp9OqhxL53meGNIdtEVptrF6-Kp8