HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ XE BMW 320I

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG DẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍMINH

KHOA CƠ KHÍ ĐÔNG LỰC

BỘ MÔN NGUYÊN LÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TIỂU LUẬN

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ XE BMW 320I

MÃ MÔN HỌC : ICEP330330

HỌC KÌ 2 – NĂM HỌC 2023 – 2024THỰC HIỆN: Đặng Thanh Quốc

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PSG TS Lý Vĩnh Đạt

MỤC LỤC

PHẦN I:

1. Hãng xe BMW là gì ?

2. Lịch sử phát triển cơ cấu phân phối khí trên xe.

PHẦN 2: Hệ thống cơ cấu phân phối khí trên xe BMW 320i

1 Cấu tạo,nguyên lí hoạt động.

2 Ưu và nhược điểm của động cơ so với các hang khác 3 Khả năng ứng dụng trong tương lai.

PHẦN 3: Nhận xét của bản thân

.

PHẦN I: GIỚI THIỆU

1.Hãng xe BMW là gì ?

BMW, hay Bayerische Motoren Werke AG, không chỉ là một thương hiệu xe

hơi, mà còn là một biểu tượng của sự đẳng cấp, hiệu suất và đổi mới trong ngành công nghiệp ô tô Thành lập vào năm 1916 tại Munich, Đức, hãng đã trải qua hơn một thế kỷ phát triển và vươn lên trở thành một trong những nhà sản xuất xe hơi hàng đầu và được yêu thích trên toàn thế giới.

BMW được biết đến với các dòng xe đa dạng và đa năng, từ sedan hạng sang như BMW 3 Series và 5 Series, coupe mạnh mẽ như BMW 4 Series, đến các dòng SUV phong cách như BMW X3, X5 và X7 Hãng cũng không ngừng đổi mới với các dòng xe thể thao và xe điện như BMW Z4 và BMW i3, cho thấy cam kết của mình với sự phát triển bền vững và tiên tiến công nghệ.

Mỗi chiếc xe của BMW đều mang trong mình sự tinh tế và thanh lịch trong thiết kế, với đặc trưng là "grille" hai phần đặc trưng và đèn pha hình tròn, tạo nên một diện mạo độc đáo và dễ nhận biết Không chỉ về thiết kế, BMW còn tập trung vào việc nâng cao hiệu suất động cơ, với các công nghệ tiên tiến như hệ thống động cơ TwinPower Turbo và EfficientDynamics, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Với mạng lưới kinh doanh rộng lớn trên toàn thế giới, BMW không ngừng mở rộng và khẳng định thương hiệu của mình ở các thị trường mới và nổi bật, không chỉ ở châu Âu mà còn ở các thị trường tiềm năng như Trung Quốc, Ấn Độ và Mỹ BMW không chỉ bán các mẫu xe hàng đầu mà còn cung cấp dịch vụ hậu mãi chất lượng và đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp, đáp ứng nhu cầu và mong đợi của khách hàng trên khắp thế giới.

2 Lịch sử phát triển cơ cấu khí trên xe BMW.

Trước khi công nghệ VANOS được giới thiệu, các động cơ của BMW đã sử dụng hệ thống phân phối khí cơ bản dựa trên trục cam cố định Hệ thống này có sự hạn chế rõ ràng về hiệu suất và linh hoạt, do thời gian mở và đóng của van trục cam không linh hoạt,dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu không hiệu quả và hiệu suất động cơ không tối ưu Điều này đã thúc đẩy BMW tìm kiếm giải pháp inovative để cải thiện động cơ của họ.

Vào đầu những năm 1990, BMW đã đột phá với việc giới thiệu công nghệ VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung) Công nghệ này cho phép điều chỉnh thời gian mở và đóng van trục cam dựa trên tốc độ và tải trọng của động cơ Sự linh hoạt này đã cải thiện đáng kể hiệu suất, độ nhạy và tiết kiệm nhiên liệu của các động cơ BMW.

Sau thành công của VANOS Gen 1, BMW tiếp tục phát triển và cải tiến hệ thống với phiên bản Gen 2 Phiên bản này tăng cường độ chính xác và đáp ứng nhanh chóng hơn, mang lại trải nghiệm lái xe tốt hơn và hiệu suất động cơ cải thiện.

Sự ra đời của công nghệ VALVETRONIC là bước tiến mới tiếp theo của BMW trong việc tối ưu hóa hệ thống cơ cấu khí VALVETRONIC cho phép điều chỉnh hành trình mở và đóng của van trực tiếp, giảm thiểu ma sát và mất áp suất, tối ưu hóa hiệu suấtvà tiết kiệm nhiên liệu, cũng như tăng cường độ bền và độ tin cậy của động cơ.

Khi tích hợp công nghệ TwinPower Turbo vào các động cơ của mình, BMW đã thúc đẩy một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực động cơ ô tô Hệ thống cơ cấu khí trở nên phức tạp và linh hoạt hơn bao giờ hết TwinPower Turbo không chỉ tăng cường hiệu suất và mô men xoắn, mà còn giúp cải thiện tiêu thụ nhiên liệu và giảm thiểu khí thải, đồng thời đảm bảo khả năng phản ứng nhanh chóng và độ ổn định cao.

 BMW 3/20 with M68a, 2 overhead valves Per cylinder, block-mounted camshart

 BMW 1500 with M115, 2 overhead valves Per cylinder, overhead camshaft (ohc)

 BMW 520i with M50B20, 4 overhead Valves per cylinder , double overhead

520i with M50B20TU, 4 overhead Valves per cylinder , double overhead Camshaft (dohc), inlet VANOS

BMW 528i with M52B28TU, 4 overhead Valves per cylinder , double overhead

Camshaft (dohc), double VANOS

 BMW 316ti with N42B18, 4 overhead

Valves per cylinder, double overhead

Camshaft (dhoc), VALVETRONIC (double VANOS + fully variable valve gear)

 BMW 630ti with N52B30OL, 4overhead

Valves per cylinder, double over head

Camshaft (dhoc), VALVETRONIC || (double VANOS + fully variable valve gear)

Động cơ VALVETRONIC

Đông cơ TWINPOWER TURBO.

DOHC được cấu thành từ hai bộ phận chính, gồm: cánh tay thủy lực và hai trục cam Ngoài ra còn một số bộ phận khác như bugi, xi lanh, van,…

Cánh tay thủy lực (cánh tay rocker): Là một phần quan trọng của cơ cấu truyền động hệ thống van Cánh tay tiếp điểm được sử dụng để truyền động từ trục cam đến van để mở và đóng chúng.

Hai trục cam: Trong DOHC có hai trục cam (camshaft) được đặt ở phía trên đầu xi lanh Mỗi trục cam điều khiển một nhóm van tương ứng (van hút và van xả) cho một bộ xi lanh Trục cam có nhiệm vụ mở các van để khí vào và khí thải ra khỏi động cơ Trục cam sử dụng các thùy quay, được gọi là cam, đẩy các van để mở chúng.

 Nguyên lý hoạt động của động cơ DOHC

Nguyên lý hoạt động của DOHC liên quan chủ yếu đến việc quản lý hoạt động mở và đóng của các van trong động cơ để kiểm soát luồng không khí và nhiên liệu vào và ra khỏi xi lanh.

Trục Cam: Động cơ DOHC có hai trục cam riêng biệt, mỗi trục cam điều khiển một nhóm van (van hút và van xả) cho một bộ xi lanh Trục cam chứa các vấu cam (lobe) có hình dáng đặc biệt Khi trục cam quay, các vấu cam tiếp xúc với cơ cấu truyền động Mỗi vấu cam được thiết kế để tạo ra một lực đẩy hoặc kéo tại các điểm cụ thể trong vòng quay của trục cam

Van hút và van xả: Van hút hút hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí vào buồng đốt, van xả mở ra để đẩy khí thải ra ngoài.

Mở/đóng van: Khi vấu cam (lobe) tiếp xúc với cơ cấu truyền động, van tương ứng (van hút hoặc van xả) sẽ mở hoặc đóng Việc mở và đóng van xảy ra theo lịch trình và thời gian được xác định bởi hình dáng của vấu cam và cơ cấu truyền động.

Như vậy, động cơ DOHC hoạt động bằng cách sử dụng các trục cam riêng biệt để điều khiển van trong các xi lanh Các vấu cam (lobe) được thiết kế đặc biệt để đạt được lịch trình mở và đóng van tốt nhất cho hiệu suất và hiệu quả của động cơ.

 Hệ thống VANOS:

 Cấu tạo Vanos

Công nghệ Vanos có khả năng làm thay đổi thời điểm đóng mở của các xupap giúp tối ưu khả năng hoạt động của động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau Chính vì thế nên nguyên lí hoạt động cơ bản của công nghệ Vanos đó là làm thay đổi vị trí góc của trục cam so với đĩa xích cam Cách làm này khá giống với công nghệ cam biến thiên VVT-i của hãng xe đến từ Nhật Bản Toyota.

Khác với kết cấu của công nghệ VVT-i, công nghệ Vanos không sử dụng các cánh gạt bên trong đĩa xích cam mà thay vào đó là một bánh răng di chuyển được theo hướng dọc trục cam nhờ các rãnh then hoa Bánh răng này ăn khớp với các răng bên trong đĩa xích cam.

Các răng này là răng nghiêng nên mỗi khi bánh răng di chuyển trên trục cam thì trục cam sẽ có một vị trí góc mới so với đĩa xích cam Từ đó làm thay đổi thời

điểm đóng mở của các xupap Sự di chuyển của bánh răng sẽ được điều khiển bởi ECU thông qua hệ thống thủy lực.

 Nguyên lí hoạt động

Khi động cơ hoạt động ở dải tua thấp: Van điều chỉnh 3 đóng các đường

dầu 4, 5 Pít tông 6 và bánh răng 7 đang ở vị trí ban đầu Lúc này vị trí góc của trục cam phù hợp để điều khiển hoạt động xupap với chế độ vòng tua thấp của động cơ Cảm biến 2 là một tập hợp nhiều cảm biến khác nhau được gắn trên động cơ và thiết bị điều khiển của người lái như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến lưu lượng khí nạp,… Các cảm biến này có vai trò cung cấp thông tin từ người lái và tình trạng hoạt động của động cơ cho ECU Từ đó giúp ECU có thể điều khiển hoạt động của động cơ theo ý muốn của người lái và giúp động cơ hoạt động tối ưu hơn.

Khi động cơ bắt đầu hoạt động ở dải tua cao hơn

Các cảm biến 2 cảm nhận được và gửi thông tin về ECU 1 ECU 1 nhận được thông tin và điều khiển hoạt động của van điều chỉnh 3 Đường dầu 4 mở, dầu thủy lực được cấp vào khoang bên trái, đẩy pít tông 6 di chuyển dang phải Pít tông 6 di chuyển khiến cho bánh răng 7 di chuyển theo.

Khi này bánh răng 7 đã có một vị trí mới Vì lắp ghép giữa bánh răng 7 và trục cam 8 là mối ghép then hoa nên bánh răng 7 chỉ có thể di chuyển dọc trục trên trục cam 8, vị trí góc giữa bánh răng 7 và trục cam 8 là không đổi.

Mặt khác, lắp ghép giữa bánh răng 7 và đĩa xích cam lại là các răng nghiêng nên khi này vị trí góc giữa bánh răng 7 và đĩa xích cam bị thay đổi Khiến cho vị trí góc giữa trục cam 8 và đĩa xích cam bị thay đổi theo Qua đó làm thay đổi thời điểm đóng mở xupap sao cho phù hợp hơn với chế độ hoạt động ở dải tua cao của động cơ.

Khi động cơ quay trở về hoạt động ở dải tua thấp: Van điều chỉnh 3 điều khiển không cấp thêm dầu vào đường dầu 4 nữa mà cấp dầu vào đường dầu 5 Dầu thủy lực theo đường dầu 5 tràn vào khoang bên phải đẩy pít tông 6 di chuyển về lại vị trí ban đầu Bánh răng 7 cũng đi theo pít tông 6 về lại vị trí cũ, điều chỉnh vị trí góc của trục cam quay về hoạt động ở chế độ dải tua thấp của động cơ.

Dựa vào các thông tin thu thập được từ các cảm biến 2: ECU 1 sẽ tính toán và điều khiển vị trí của bánh răng 7 sao cho phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ.

 Hệ Thống VALVETRONIC: Cấu tạo

Cũng giống như những công nghệ van biến thiên khác, công nghệ Valvetronic chủ yếu tác động vào cơ cấu cò mổ trên động cơ Điểm khác của Valvetronic là công nghệ này không sử dụng trục cam có nhiều kích thước vấu cam khác nhau như VTEC của Honda hay Mivec của Mitsubishi.

Trục cam của Valvetronic không giống với những trục cam thông thường, thay vào đó họ thay đổi khoảng cách giữa đỉnh vấu cam và cò mổ Qua đó làm thay đổi hành trình và thời gian mở xupap theo từng chế độ hoạt động của động cơ.

cò giữa 4 (cò trung gian) Cò giữa 4 là chi tiết nằm giữa vấu cam 5 và cò mổ chính 7 Có vai trò điều chỉnh khoảng cách giữa vấu cam và cò mổ chính.

Cò giữa 4 lại được điều khiển bằng trục quay lệch tâm 2 Trục quay lệch tâm

kết cấu

khá giống với một vấu cam nhưng khác về phần hình dạng đường bao bên ngoài Đường bao của trục quay lệch tâm có độ xa tâm tăng dần và đều hơn so với vấu cam thông thường Giúp điều khiển vị trí cò giữa 4 biến thiên đều và ổn định hơn.

Trục quay lệch tâm 2 được điều khiển bởi mô tơ điện 1 thông qua cơ cấu trục vít bánh vít Cơ cấu này giúp cho việc điều khiển vị trí của trục quay lệch tâm 2 được chính xác hơn so với việc sử dụng mô tơ bước để điều khiển trực tiếp trục quay lệch tâm.

Cơ cấu bánh vít trục vít có một khả năng đặc biệt đó là chỉ có thể truyền chuyển động đi theo một chiều Trục vít quay làm cho bánh vít quay theo nhưng bánh vít lại không thể làm được điều ngược lại Điều này giúp vị trí của trục quay lệch tâm có thể tự cố định sau khi được điều chỉnh Giúp cho vị trí của trục quay lệch tâm không bị thay đổi khi chịu phản lực tác dụng từ cò giữa.

Ngoài ra, lò xo hồi vị 3 có tác dụng hồi vị cho cò giữa 4 và giúp cò giữa 4 luôn tì vào vấu cam 5 và cò mổ chính 7 Giúp cho các chi tiết luôn trong trạng thái sẵn sàng hoạt động và tránh sự va đập va đập giữa các chi tiết khi hoạt động.

 Nguyên lí hoạt động

Khi động cơ hoạt động ở dải tua thấp

Khi động cơ đang hoạt động ở dải vòng tua thấp Lúc này lượng hòa khí đưa vào động cơ chưa cần nhiều Các cảm biến gắn trên động cơ truyền thông tin về ECU của động cơ, ECU điều khiển mô tơ điện 1 quay, điều chỉnh vị trí của trục quay lệch tâm 2 thông qua cơ cấu trục vít bánh vít.

Trục quay lệch tâm 2 được điều khiển sao cho khoảng cách từ tâm trục đến điểm tiếp xúc với cò giữa 4 là khoảng cách nhỏ Qua đó khiến cho khoảng cách giữa đỉnh của vấu cam 5 với cò mổ chính 6 cũng nhỏ theo Giúp hành trình của xupap 7 giảm xuống Độ mở của xupap nhỏ đồng nghĩa với lượng hòa khí đi vào động cơ lúc này sẽ ít đi, phù hợp với chế độ hoạt động ở dải tua thấp của động cơ.

Khi động cơ hoạt động ở dải tua cao:

Cò giữa 4 tiếp tục tì vào cò mổ chính 6, làm tăng khoảng cách giữa đỉnh của cấu cam 5 và cò mổ chính 6 Giúp cho độ mở của xupap 7 lúc này lớn hơn, hòa khí được đưa vào nhiều hơn hỗ trợ động cơ hoạt động ở chế độ vòng tua cao.

Khi động cơ giảm tốc độ, quay về hoạt động ở dải tua thấp Mô tơ điện 1 lại điều chỉnh vị trí góc của trục quay lệch tâm 2 về lại vị trí ban đầu Lò xo hồi vị 3 giúp hồi vị cò giữa 4, giữ cho cò giữa 4 luôn tì vào trục quay lệch tâm 2, vấu cam 5 và cò mổ chính 6.

 Twin-scroll turbo Cấu tạo:

 Cánh Quạt Nén (Compressor Wheel):

Twin-scroll turbocharger sử dụng hai cánh quạt nén đặt song song trên cùng một trục.

Mỗi cánh quạt nén được thiết kế riêng cho một nhóm xi-lanh, giúp tối ưu hóa luồng khí và tăng áp suất.

 Cánh Quạt Hướng (Turbine Wheel):

Twin-scroll cũng có hai cánh quạt hướng, được đặt song song và cùng quay trên trục với cánh quạt nén.

Khí thải từ động cơ được đẩy vào turbine wheel, tạo ra sức mạnh để quay cánh quạt nén.

 Nhánh Đường Ống (Scrolls):

Twin-scroll có hai nhánh ống (scrolls) riêng biệt cho mỗi cánh quạt nén và cánh quạt hướng.

Nhánh ống giúp hướng và phân phối luồng khí vào và ra khỏi cánh quạt nén và turbine wheel một cách hiệu quả.

 Hộp Và Lõi Làm Lạnh (Housing and Core):

Hộp bọc (housing) chứa cả cánh quạt nén và cánh quạt hướng, với những kết nối và ống dẫn.

Lõi làm lạnh (core) chứa các thành phần nhiệt và làm lạnh, giúp làm mát khí nén trước khi nó được đưa vào động cơ.

 Nguyên lý hoạt động:

Đối với động cơ 4 xi lanh, thứ tự nổ 1-3-4-2, với xi lanh 1 và 4 có ống xả chung và xi lanh 2,3 có ống xả chung thứ hai Cả hai ống đều làm nhiệm vụ vận chuyển khí thải lên đầu vào tuabin.

Các luồng khí thải từ hai cặp xi-lanh được chuyển đến tuabin thông qua các ống hình xoắn ốc, có kích thước khác nhau.

Ống lớn hơn (A) sẽ dẫn dòng khí thải của xi lanh 2,3, đến mép ngoài của cánh tuabin, giúp động cơ tăng áp quay nhanh hơn.

Ống nhỏ hơn (B) sẽ dẫn dòng khí thải của xi lanh 1,4, đến các bề mặt bên trong của cánh tuabin, cải thiện phản ứng của bộ tăng áp trong các hoạt động nhất thời (tăng tốc động cơ).

Thay vì thoát ra ngoài thông qua ống xả, nguồn khí nóng sinh ra trong quá trình đốt cháy sẽ chảy đến bộ tăng áp Các xi lanh bên trong động cơ đốt trong, đốt cháy theo thứ tự, do đó khí thải sẽ thoát ra khỏi buồng đốt theo các xung không đều

Khí thải đập vào các cánh tuabin, quay chúng với tốc độ lên đến 150.000 vòng/phút Các nhịp xả luân phiên sẽ giúp loại bỏ độ trễ của turbo.

Để thực hiện chức năng, khí thải chảy qua một cửa xả đến bộ chuyển đổi xúc tác, nơi chúng sẽ được lọc sạch cacbon monoxit, nito oxit và các chất ô nhiễm khác trước khi thoát ra ngoài qua ống xả.

Trong khi đó, tuabin cung cấp năng lượng cho một máy nén khí, máy nén tập hợp không khí lạnh, sạch từ một lỗ thông hơi và nén nó đến 30% so với áp suất khí quyển Luồng không khí sau đó đi đến buồng đốt, giúp động cơ có thể đốt cháy xăng hoàn toàn, tạo ra hiệu suất cao hơn.

Động cơ Twin-scroll turbo có khả năng tạo ra công suất lớn hơn 30% so với động cơ không tăng áp có cùng kích thước.

2 Ưu và nhược điểm của động cơ so với các hang khác.

 Hệ thống vanos:

Tính ưu điểm của động cơ sử dụng hệ thống VANOS:

Hệ thống VANOS cho phép điều chỉnh góc mở và đóng của van nạp một cách linh hoạt, tối ưu hóa lịch trình van nạp, từ đó tăng cường hiệu suất làm việc của động cơ và giảm lãng phí nhiên liệu Hệ thống này hoạt động hiệu quả ở nhiều tốc độ và tải trọng khác nhau, tạo điều kiện cho việc lái xe mượt mà và linh hoạt Đồng thời, VANOS giúp cải thiện độ ổn định, khả năng phản ứng của động cơ và giảm tiếng ồn, tạo ra trải nghiệm lái mượt mà và yên tĩnh hơn.

Tính nhược điểm của động cơ sử dụng hệ thống VANOS:

Tuy nhiên, thiết kế và công nghệ của hệ thống VANOS có thể gây ra chi phí bảo dưỡng và sửa chữa cao do đòi hỏi kỹ thuật cao và phải được tinh chỉnh chính