GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ TWINPOWER TURBO TRÊN ĐỘNG CƠ BMW-B58
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sản xuất ô tô toàn cầu đang tăng trưởng mạnh mẽ, với ô tô trở thành phương tiện thiết yếu cho cả hành khách và hàng hóa trong nền kinh tế Tại Việt Nam, số lượng ô tô tư nhân cũng tăng theo sự phát triển kinh tế, dẫn đến mật độ xe trên đường ngày càng cao Mỹ và Nhật Bản là hai quốc gia dẫn đầu trong sản xuất ô tô, mỗi năm sản xuất khoảng 12 đến 13 triệu chiếc Sự gia tăng nhu cầu sử dụng ô tô trong giai đoạn phổ cập xe hơi cho thấy ô tô đã trở thành nhu cầu thiết yếu của người dân Một quốc gia được coi là đã bước vào giai đoạn "ô tô hóa" khi có hơn 50 ô tô trên 1.000 dân, cho thấy ô tô đang trở nên phổ biến hơn khi thu nhập của người dân được nâng cao Thời kỳ này đánh dấu sự bùng nổ nhu cầu sở hữu và sử dụng xe du lịch dưới 9 chỗ.
Nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ, với sự gia tăng đầu quân bình quân và hạ tầng giao dịch được cải thiện Dự báo từ năm 2020 đến 2025, phân đoạn motorization sẽ bùng nổ khi tỷ lệ xe đạt trên 50 xe/1.000 dân và GDP/người vượt 3.000 USD Đến năm 2025, số lượng xe tiêu thụ có thể đạt 800-900 xe/năm, trong đó xe dưới 9 chỗ sẽ chiếm hơn 70% thị trường Các dòng xe tải và ô tô sẽ dần bão hòa, trong khi ô tô công nghiệp trở thành “khách hàng” chính của nhiều ngành như kim loại, cơ khí, điện tử và hóa chất Khi thu nhập cá nhân tăng, người tiêu dùng sẽ ưu tiên các sản phẩm hiện đại, dần thay thế xe máy và sử dụng ô tô trong nông nghiệp cũng như thương mại, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế.
Yếu tố công nghệ hiện đại mạnh mẽ trong xe sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong tương lai.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Hiểu rõ chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết và cả hệ thống công nghệ cải tiến twinpower turbo trên xe ô tô
Hiểu rõ các ưu nhược điểm của hệ thống giúp xác định giải pháp hiệu quả Việc kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa thực tế không chỉ nâng cao tính kinh tế và tiện nghi sử dụng mà còn đảm bảo độ an toàn khi vận hành hệ thống.
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ TWINPOWER TURBO TRÊN ĐỘNG CƠ BMW-B58
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT ĐỀ TÀI.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để hoàn thành đề tài, chúng em đã áp dụng nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp thông tin từ sách vở, thầy cô và Internet, cùng với việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ tin học như Word Office.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
THIỆU VỀ XE BMW
Dòng xe BMW là một trong những thương hiệu ô tô hàng đầu thế giới, nổi bật với thiết kế sang trọng và mạnh mẽ Xe BMW không chỉ thu hút người tiêu dùng bởi khả năng vận hành vượt trội mà còn được xếp hạng trong danh sách các thương hiệu ô tô hạng sang được giới thượng lưu ưa chuộng.
Hình 2 1: Những chiếc xe thuộc dòng xe BMW
2.1.1 Sự ra đời của dòng xe BMW: Đƣợc thành lập vào 07/03/1916, tiền thân của BMW là Rapp Motorenwerke BMW đã từng đạt đƣợc thành tựu lớn trong việc sản xuất động cơ máy bay Chiếc xe hơi đầu tiên của BMW đƣợc ra đời vào năm 1929 Sau Chiến tranh thế giới thứ II, BMW vươn lên nhanh chóng với dòng xe Null Zwei được ra mắt vào năm 1966, và từ đó trở thành một trong những công ty năng động nhất trong ngành công nghiệp xe ô tô
2.1.2 Ý nghĩa logo dòng xe BMW:
Logo của BMW nổi bật với nguồn gốc gây tranh cãi, khi nhiều người cho rằng nó được lấy cảm hứng từ cánh quạt máy bay đang hoạt động Ngược lại, một số ý kiến khác lại cho rằng logo này phản ánh lá cờ của vùng Bavaria với hai màu trắng và xanh da trời.
Logo của xe BMW là sự kết hợp hoàn hảo giữa logo của Rapp Motor và lá cờ Bavaria, cùng với hình ảnh cánh quạt máy bay được thêm vào năm 1929 Điều này không chỉ thể hiện di sản lịch sử mà còn khẳng định vị thế của dòng xe nổi tiếng này.
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ B58- BMW
Ra đời vào năm 2015, động cơ B58 được phát triển để thay thế cho động cơ N55, mang đến sự cải tiến vượt trội với cấu trúc 6 xy-lanh thẳng hàng Đây là dòng động cơ mới nhất của BMW, nổi bật với hiệu suất mạnh mẽ và công nghệ tiên tiến.
4 lần đạt giải “Động cơ tốt nhất thế giới” (2016, 2017, 2019, 2020) do tạp chí Wards
Theo Wards Auto, động cơ B58 của BMW được đánh giá gần như hoàn hảo bởi các chuyên gia hàng đầu nhờ vào những ưu điểm vượt trội như phản ứng mạnh mẽ, tăng tốc nhanh và vận hành mượt mà Động cơ này còn nổi bật với việc phát ra ít tiếng ồn và rung động, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, các chỉ tiêu đánh giá khác như công suất, mô-men xoắn và công nghệ mới cũng góp phần khẳng định chất lượng của động cơ B58.
Hình 2 4: Bên trong nắp Capo
Trong hơn 80 năm, động cơ 6 xy-lanh thẳng hàng đã trở thành một trong những dòng động cơ linh hoạt nhất của BMW Hiện tại, động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng 3.0 lít (mã B58) được trang bị trên hầu hết các dòng xe của hãng, với công suất dao động từ 335 đến 503 mã lực.
Thị trường Việt Nam Thị trường khác
BMW 740Li Pure Excellence M340i (dòng 3 Series)
BMW X5 xDrive40i (xLine và xLine
BMW X6 xDrive40i M Sport X3 M40i (dòng SUV cỡ nhỏ)
BMW X7 xDrive40i Pure Excellence X4 M40i (Crossover)
Động cơ BMW B-58 được trang bị công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp với áp suất cao lên tới 5.076 psi, mang lại hiệu suất ấn tượng và khả năng vận hành êm ái Hệ thống điều khiển cảm biến thiên Double VANOS và Valvetronic độc quyền của BMW được tinh chỉnh để tương thích hoàn hảo với các bộ phận truyền động khác, tạo ra trải nghiệm lái phấn khích đặc trưng của thương hiệu.
Dung tích động cơ (cm³) 2998
Công suất cực đại ((kW / rpm) 265 / 5.000 – 6.500
Mô men xoắn cực đại (Nm / rpm) 400 / 1.550 – 4.550
Hộp số Tự động 8 cấp Steptronic
Thời gian tăng tốc từ 0-100 km/h (s) 6,3
Vận tốc tối đa (km/h) 250
Mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình
Khí xả CO2 trung bình (g/km) 143-150
Động cơ B-58 Twinpower của BMW sử dụng công nghệ TwinsPower Turbo, một thành tựu nổi bật trong ngành công nghệ ô tô Công nghệ này tương tự như Ecoboost của Ford và bao gồm sự tích hợp của 4 hệ thống điều khiển điện tử hiện đại của BMW.
● Công nghệ điều khiển thời điểm phối khí VANOS
● Công nghệ thay đổi độ nâng Xupap VALETRONIC
● Công nghệ phun xăng trực tiếp GDI
Hình 2 5: Công nghệ Turbo tăng áp toàn cảnh động cơ.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TWINPOWER TURBO
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ TWINPOWER TURBO
Mục tiêu giảm hơn nửa mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải CO2 đã dẫn đến xu hướng "giảm kích thước động cơ" trong ngành ô tô, chuyển từ động cơ hút khí tự nhiên dung tích lớn sang bộ tăng áp nhỏ hơn BMW là một trong những tiên phong với chiến lược BMW Efficient Dynamics, không chỉ cải thiện đáng kể khả năng tiết kiệm nhiên liệu mà còn nâng cao tính năng động Hãng đã phát triển bộ tăng áp với việc sử dụng bộ sạc đôi cho các đơn vị turbo mạnh nhất, mang lại đầu ra cao hơn, tăng mô-men xoắn ở tốc độ động cơ thấp và cải thiện hiệu suất nhiên liệu.
Các động cơ này cho thấy phản ứng nhanh hơn so với các tuabin thông gió, mặc dù tất cả đều mang tên BMW TwinPower Turbo Thực tế, những bộ nguồn này áp dụng ba công nghệ tăng áp khác nhau.
Mục tiêu giảm hơn 50% mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải CO2 trong các phương tiện động cơ đã dẫn đến xu hướng “giảm kích thước động cơ”, chuyển từ động cơ hút khí tự nhiên lớn sang các bộ tăng áp nhỏ hơn BMW là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực này với chiến lược BMW Efficient Dynamics, không chỉ cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu mà còn nâng cao hiệu suất động cơ BMW đã phát triển bộ tăng áp với công nghệ sạc đôi cho các đơn vị turbo mạnh nhất, mang đến cho khách hàng đầu ra cao hơn, mô-men xoắn tốt hơn ở tốc độ động cơ thấp và hiệu suất nhiên liệu tối ưu Những động cơ này, dù đều mang tên BMW TwinPower Turbo, thực tế sử dụng ba công nghệ tăng áp khác nhau, giúp cải thiện phản ứng tức thì so với các đơn vị tuabin thông gió.
Hình 3 1: Ƣu điểm của công nghệ Twinpower Turbo.
CÔNG NGHỆ TWINPOWER
Hình 3 2: Cấu tạo hệ thống Vanos
1:Cam ba cho hệ thống dẫn động bơm cao áp
4:Bộ truyền động van điện từ, ống xả
5:Bộ truyền động van điện từ vanos, cửa nạp
7:Nhông xích trục cam cửa nạp
Hệ thống VANOS Cơ cấu VANOS đƣợc sử dụng cho cả cam tải xuống và đƣợc gọi là DOPPER
VANOS là hệ thống bánh xích chuyển động từ rung, được kết nối với nhau và hoạt động dưới tác dụng của dầu bôi trơn từ hệ thống bôi trơn với áp suất cao lên đến 100 bar Hệ thống này tạo ra chuyển động dọc trục nhờ vào bánh răng nghiêng của trục then hoa khớp với răng cưa nghiêng tại góc 60 độ, được tính toán theo góc quay ngược với đường dẫn cam lắp ráp ổ cứng Đặc biệt, động cơ BMW sử dụng cam tải dịch chuyển 60 độ và cam xả dịch chuyển 45 độ, tính theo góc quay chuyển đổi.
Hệ thống VANOS của BMW sử dụng hai trục cam quay ngược chiều nhau, cho phép điều chỉnh thời điểm mở van sớm Công nghệ này kết hợp giữa cơ khí và thủy lực để quản lý hiệu quả hoạt động của trục cam, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.
Hệ thống VANOS hoạt động dựa trên việc điều khiển các cơ cấu để thay đổi vị trí của cam tải, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ Công nghệ Double_VANOS cải thiện khả năng điều chỉnh xupap, từ đó nâng cao hiệu suất cả ở tốc độ thấp và trung bình Khi động cơ giảm tốc độ, VANOS đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, trong khi ở tốc độ trung bình, việc mở sớm xupap giúp tăng cường nén khí, cải thiện lưu thông và giảm lượng khí thải Cuối cùng, ở tốc độ cao, VANOS cho phép khai thác tối đa công suất động cơ, tăng cường đầu ra và mô-men xoắn, đồng thời tối ưu hóa cung cấp hòa khí và tiết kiệm nhiên liệu.
Hệ thống VANOS hỗ trợ điều chỉnh để tối ưu hóa phân phối không khí, bao gồm việc điều chỉnh tất cả các trục cam và điểm đóng mở van nạp và xả.
Cơ sở cho mỗi chế độ hoạt động của động cơ là yêu cầu điều chỉnh xupap van nạp và van xả, giúp tiết kiệm khí tự nhiên Điều này đảm bảo rằng lượng nhiên liệu không bị thải ra dưới dạng khí cháy, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất của động cơ trong các chế độ khác nhau Tăng cường công suất định mức của động cơ là cần thiết để đạt được hiệu quả tối ưu.
Kết quả kinh tế khi sử dụng tăng tính di động:
-Tiết kiệm tính toán độ tối ƣu hóa hỗn hợp -Sản xuất hộp xả tối ƣu hóa sự trùng chữ của xupap ở chế độ chạy không tải ổn định
Thời gian trùng lặp của van ảnh hưởng lớn đến đặc tính của động cơ xăng Động cơ với sự chồng chéo van nhỏ thường đạt mô-men xoắn cực đại cao ở tốc độ động cơ thấp.
Nhƣng công suất tối đa có thể đạt đƣợc ở tốc độ động cơ cao và thấp
-Mặt khác, đạt đƣợc với một sự chồng chéo van lớn thì cao hơn, những điều này là do mô-men xoắn ở tốc độ động cơ thấp
Hình 3 3: Công nghệ Vanos bên trong động cơ B58
Valvetronic đã được cải tiến để áp dụng cho các động cơ B58 mới, với một điểm nổi bật là động cơ servo Valvetronic được đặt bên ngoài đầu xi lanh.
Hình 3 4: Cấu tạo của hệ thống vanlvetronic
Nguyên lý hoạt động của Valvetronic dựa trên việc điều chỉnh đòn dẫn hướng, cho phép sự tác động của vấu cam lên đòn gánh thay đổi, từ đó làm cho độ nâng của xupap biến thiên.
Khi xupap đóng hoàn toàn, mô tơ điện quay trục lệch tâm ở vị trí đóng, khiến vấu cam tác dụng lên đòn dẫn Tuy nhiên, ở vị trí này, đòn dẫn không tác động lên đòn gánh, dẫn đến việc đòn gánh không ảnh hưởng đến đuôi xupap, từ đó xupap được đóng hoàn toàn.
Vị trí xupap có thể được ứng dụng để đóng hoàn toàn trong hệ thống xi lanh biến thiên, cho phép ngắt một số xylanh không cần thiết, như trong động cơ V6, nhằm điều khiển chế độ hoạt động 3 hoặc 6 xylanh Khi ở chế độ tải nhẹ, khi không cần công suất và mô-men lớn, hệ thống sẽ ngừng hoạt động các xupap hút của dãy động cơ phía trước, giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Hình 3 5: Xupap đóng hoàn toàn
Khi động cơ hoạt động với tốc độ thấp, các cảm biến như tốc độ động cơ, tải trọng và nhiệt độ nước làm mát sẽ gửi thông tin về hệ thống điều khiển Hệ thống này sau đó tính toán và điều chỉnh mô tơ điện để quay trục lệch tâm, từ đó tác động vào vấu cam Quá trình này làm cho đòn gánh và xupap mở với hành trình nhỏ, dẫn đến tiết diện lưu thông nhỏ và lượng hòa khí vào xilanh giảm, gây ra công suất động cơ thấp.
Khi động cơ hoạt động với tốc độ cao hoặc tải nặng, mô tơ quay trục lệch tâm ở vị trí mở lớn nhất, dẫn đến độ nâng xupap tối đa Điều này tạo ra tiết diện lưu thông qua các xupap lớn nhất, cho phép hòa khí nạp vào xilanh nhiều hơn và thời gian nạp kéo dài hơn Kết quả là công suất và mô men động tăng, đáp ứng kịp thời các chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 3 6: Hoạt động ở tốc độ thấp và tốc độ cao
Độ nâng xupap có thể điều chỉnh từ 0 đến 9,7 mm tùy thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ, cho phép khả năng đáp ứng của cơ cấu trở nên nhanh chóng và chính xác.
Động cơ Valvetronic của BMW là động cơ đầu tiên trên thế giới không sử dụng bướm ga, giúp tiết kiệm khoảng 10% nhiên liệu so với động cơ thông thường Công nghệ này loại bỏ bướm ga, đặc biệt hiệu quả ở dải tốc độ thấp, và trong các kiểm tra khí thải của EU, động cơ Valvetronic 1.8L tiết kiệm được khoảng 5,3 lít nhiên liệu trên 100km.
Hệ thống nhiên liệu phổ biến nhất hiện nay) không cần thiết phải sử dụng loại xăng có hàm lượng lưu huỳnh thấp
Valvetronic rất hiệu quả với động cơ có vòng tua thấp, nhưng không phát huy tác dụng ở tốc độ trên 6000 vòng/phút Ở tốc độ cao, cần lò xo xupap cứng hơn để đảm bảo tính đàn hồi, nhưng lò xo cứng lại gây tổn hao năng lượng do ma sát lớn hơn Do đó, các mẫu xe hiệu suất cao như BMW M-series không cần sử dụng Valvetronic.
3.2.3 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp:
SO SÁNH HIỆU NĂNG CỦA TWINPOWER TURBO CỦA
So sánh TOYOTA (Toyota Fortuner 2018 Động cơ 2KD-FTV bộ tăng áp vòi
-ƢU ĐIỂM : Giảm hơn nửa mức tiêu thụ nhiên liệu và lƣợng khí thải CO2 trong các phương tiện có động cơ
+Tăng công suất động cơ, giảm trọng lƣợng xe, giảm dung tích xi lanh, giảm cả mức tiêu hao nhiên liệu
+Tối ƣu hoá giữa công suất và mức tiêu hao nhiên liệu ĐIỂM KHÁC NHAU:
-Cấu tạo: Gồm 3 phần : +Công nghệ van biến thiên
+Phun nhiên liệu trực tiếp
+Tăng áp tầng nối tiếp Twin-scroll turbo
Hệ thống tăng áp của động cơ bao gồm 1 Turbo lớn và 1 Turbo nhỏ hoạt động nối tiếp, giúp tối ưu hóa hiệu suất Qua nắp điều khiển, dòng khí sạch và khí thải được kích hoạt, mang lại khả năng phản ứng nhanh chóng của động cơ trước sự thay đổi về tốc độ quay và tải.
Hình 4 1: Tăng áp tần nối tiếp
+Tốc độ động cơ từ 800 – 1500:
+Phía khí thải: Nắp điều khiển Turbo & van vòng đóng Dòng khí thải dẫn động Turbo nhỏ nhƣng không đủ sức dẫn động Turbo lớn
+Phía không khí: Nắp vòng của bộ phận nén đƣợc đóng Không khí chảy xuyên qua Turbo lớn và đƣợc nén trong Turbo tăng áp nhỏ
+ Tốc độ động cơ từ 1500 – 2500:
+Phần khí thải: Nắp điều khiển Turbo mở 1 ít, van dòng vẫn đóng à Dòng khí thải mạnh dần & Dẫn động cả 2 Turbo
+Phần không khí: Nắp vòng của bộ phận nén vẫn đóng Trong Turbo tăng áp lớn, không khí được nén trước & tiếp tục nén khi vào tăng áp nhỏ
Turbo tăng áp mang lại nhiều ưu điểm so với các loại turbo thông thường, với khả năng tăng áp suất nén nhanh hơn ở tốc độ thấp, giúp hạn chế hiện tượng Turbo Lag Turbo lớn cho phép lưu lượng khí nạp cao hơn, đồng thời sử dụng động cơ diesel sạch nhất thế giới Công nghệ BMW BluePerformance giúp giảm thiểu khí thải tối đa nhờ vào các thành phần như bộ chuyển đổi xúc tác ô-xy hoá và bộ lọc hạt diesel Bộ xúc tác lưu lượng NOx có chức năng giảm lượng khí Ni-tơ ô-xít trong hệ thống xả mà không ảnh hưởng đến hiệu suất đốt nhiên liệu và hoạt động của động cơ diesel.
Nhược điểm của hệ thống Turbo là chi phí sửa chữa cao do tính phức tạp của nó Độ trễ Turbo, một phản ứng chậm sau khi nhấn ga, có thể xảy ra khi động cơ không sản xuất đủ khí xả để quay tuabin nhanh chóng Tình trạng này thường xuất hiện khi xe đang đánh lái mạnh hoặc từ vị trí bướm ga đóng.
*TURBOCHANGER FORTUNER( 2KD-FTV VNT)
-Cấu tạo: Variable nozzle turborcharger
Hình 4 2: Chi tiết turbochanger fortuner.
-Nguyên lý: hệ thống tăng áp VNT này cũng tương tự như hệ thống VGT (Variable Geometry Turbo)
Khí thải từ động cơ tác động lên bánh Turbine trong hệ thống Turbo tăng áp Turbine và bánh nén được lắp trên cùng một trục, khi Turbine quay sẽ kéo theo bánh nén quay, từ đó nén khí và tăng cường hiệu quả nạp không khí.
-Ƣu điểm: loại Turbo có khả năng hạn chế độ trễ
-Tăng tốc, độ ồn bên trong khoang xe đƣợc cải thiện
-Về hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và công suất đang dần chiếm đƣợc sự ƣa chuộng của thị trường xe con
-Nhƣợc điểm : máy ồn, công suất thấp, hiệu năng sử dụng không cao.