ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG CƠ BMW-B58

Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : Ths CHÂU QUANG HẢI

Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : Ths CHÂU QUANG HẢI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Lớp: 16145CL4 Giảng viên hướng dẫn: Ths Châu Quang Hải ĐT: 0903374183

Ngày nhận đề tài: 07/03/2020 Ngày nộp đề tài: 15/08/2020 Tên đề tài: Chuyên đề động cơ BMW-B58

Nội dung thực hiện đề tài:  Tổng quan về động cơ

 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, kiểm tra các hệ thống trên động cơ như hệ thống phun xăng, hệ thống phân phối khí, hệ thống đánh lửa

 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, kiểm tra các cảm biến 3 Sản phẩm:

- Một quyển thuyết minh đồ án

- Upload lên google drive của khoa file thuyết minh đồ án (word, powerpoint, poster)

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*****

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Đặng Nguyễn Thanh Hoàng MSSV: 16145143

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Lớp: 16145CL4 Tên đề tài: Chuyên đề động cơ BMW-B58

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*****

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Đặng Nguyễn Thanh Hoàng MSSV: 16145143

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Lớp: 16145CL4 Tên đề tài: Chuyên đề động cơ BMW-B58

Họ và tên Giáo viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, được sự giúp đỡ tận tình về những khó khăn trong nghiên cứu đồ án của thầy Ths Châu Quang Hải Bên cạnh, là sự giúp đỡ của các giảng viên bộ môn Động cơ nói chung trong quá trình thực hiện đồ án

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Ths Châu Quang Hải, giảng viên bộ môn động cơ – trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đồ án

Tuy nhiên, với kinh nghiệm và kiến thức hạn chế, chắc chắn chúng em sẽ không tránh khỏi những thiếu xót Chúng em mong nhận sự đóng góp của thầy cô trong khoa để giúp chúng em có một đề tài nghiên cứu hoàn chỉnh và chặt chẽ hơn cũng như về mặt lý thuyết và thực tiễn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Đặng Nguyễn Thanh Hoàng

Bùi Quốc Khánh

TÓM TẮT

Tên đề tài đồ án: ―Chuyên đề động cơ BMW-B58‖ Đồ án tốt nghiệp này,

chúng em tìm hiểu thông qua lý thuyết và tài liệu kỹ thuật để nắm được cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của động cơ

Dựa vào các kiến thức đã học, tài liệu tham khảo và sử dụng đồ thị, bảng giá trị để đánh giá được hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ từ đó đưa ra được kết quả:

- Giới thiệu tổng quan về động cơ B58-BMW - So sánh, đánh giá với các thế hệ động cơ đi trước

- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các hệ thống trong động cơ - Vị trí, chức năng của các cảm biến trên động cơ

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BMW-B58 3

2.1 Giới thiệu 3

2.2 Tổng quan về động cơ BMW B58 4

2.3 Kết cấu thiết kế 6

2.4 Ứng dụng 12

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 13

3.1 Giới thiệu chung 13

3.2 Công nghệ Double-VANOS và Valvetronic 13

3.2.1 VANOS 13

3.2.2 Valvetronic 20

3.3 Hệ thống nạp 27

3.4 Hệ thống tăng áp Turbocharger 31

3.4.1 Tổng quan 31

3.4.2 Cấu tạo 32

3.4.3 Đặc điểm của hệ thống tăng áp cuộn kép 33

3.4.4 Kiểm soát áp suất tăng áp (Wastegate) 34

4.1.1 Những đặc tính kỹ thuật của động cơ B58 đáp ứng công nghệ GDI 38

4.1.2 Những đặc tính riêng biệt của công nghệ GDI 40

4.2 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động 41

4.5.2 Điều khiển kim phun 60

4.5.3 Điều khiển bơm xăng 62

4.5.4 Điều khiển nhiên liệu 63

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 65

5.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa 65

5.1.1 Nhiệm vụ 65

5.5.3 Hoạt động của IC đánh lửa 73

5.5.4 Điều khiển khi khởi động 74

5.5.5 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 74

5.6 Sự điều khiển thời điểm đánh lửa 75

5.6.1 Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh 75

5.6.2 Điều khiển góc đánh lửa sớm nhất và nhỏ nhất 76

CHƯƠNG 6: CÁC CẢM BIẾN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DME 8.6 77

6.1 Cảm biến áp suất ống rail 78

6.3 Cảm biến khối lƣợng khí nạp kiểu hot-film 83

6.3.1 Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến khối lƣợng khí nạp 83

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EURO: Tiêu chuẩn khí xả của châu Âu ULEV: Tiêu chuẩn khí xả Hoa Kỳ

TVDI: Động cơ xăng Turbo-Valvetronic phun trực tiếp DME: Digital Module Electronics( Bộ điều khiển động cơ) HVA: Bộ điều chỉnh van thủy lực

BLDC motor: Động cơ không chổi than

CVO: Controlled Valve Operation (Chức năng kiểm soát hoạt động kim phun) DIS: Hệ thống đánh lửa trực tiếp bô-bin đơn

IGT: Tín hiệu thời điểm đánh lửa

SCV: Suction Control Valve (Van kiểm soát áp suất nhiên liệu ống rail) CPS: Camshaft Position Sensor (Cảm biến vị trí trục cam)

PIM: Tín hiệu cảm biến áp suất khí nạp

ADC: Analog to Digital Converter (Bộ chuyển đổi tín hiệu) GDI: Gasoline direct injection (Hệ thống phun xăng trực tiếp) HDEV: Kim phun nhiên liệu áp cao

CAS: Car Access System (Hệ thống nhận diện ra vào ô tô)

EKP: The electronic fuel pump control module ( mô-dun điều khiển bơm xăng) EVAP: Van thu hồi hơi xăng

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Đồ thị đặc tính ngoài động cơ B58 và N55 5

Hình 2.2: Công nghệ BMW Efficient-Dynamics 7

Hình 2.3: Mã nhận dạng động cơ 11

Hình 3.1: Cấu tạo hệ thống VANOS 14

Hình 3.2: Van solenoid VANOS 15

Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển solenoid VANOS 15

Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển thủy lực 16

Hình 3.5: Bộ chấp hành cơ khí VANOS 17

Hình 3.6: Biểu đồ góc phối khí điều khiển bởi VANOS 18

Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện sự giảm thiểu tổn thất khi sử dụng hệ thống Valvetronic 21

Hình 3.8: Cấu tạo hệ thống Valvetronic 23

Hình 3.9: Vị trí trục lệch tâm và trục cam nạp so sánh với động cơ N55 24

Hình 4.8: Cấu tạo bơm xăng 46

Hình 4.9: Phần cung cấp nhiên liệu thấp áp 47

Hình 4.10: Van giới hạn áp suất 48

Hình 4.11: Hệ thống kiểm soát hơi xăng 49

Hình 4.12: Bơm cao áp 51

Hình 4.13: Cấu tạo bơm cao áp 51

Hình 4.14: Ống rail 53

Hình 4.15: Kim phun HDEV 5.2 54

Hình 4.16: Điều khiển kim phun 55

Hình 4.17: So sánh hai thế hệ kim phun 56

Hình 4.18: Chế độ phun bán tuần tự theo thứ tự công tác 58

Hình 4.19: Chế độ phun theo thứ tự công tác 58

Hình 4.20: Các tín hiệu điều khiển phun 59

Hình 4.21: Các pha điều khiển kim phun 61

Hình 4.22: Sơ đồ điều khiển bơm xăng 62

Hình 4.23: Sơ đồ điều khiển nhiên liệu hệ thống GDI 63

Hình 5.1: Hệ thống đánh lửa trực tiếp 66

Hình 5.2: Mô-dun điều khiển động cơ DME 8.6 66

Hình 5.3: Bô-bin và bugi đánh lửa 67

Hình 5.4: Cấu tạo bô-bin đánh lửa 67

Hình 5.5: Mạch điều khiển đánh lửa giai đoạn có dòng qua cuộn sơ cấp 68

Hình 5.6: Mạch điều khiển đánh lửa giai đoạn ngắt dòng qua cuộn sơ cấp 69

Hình 5.7: Bugi 70

Hình 5.8: So sánh các loại điện cực bugi 70

Hình 5.9: Cấu tạo bugi 71

Hình 5.10: Mạch điều khiển đánh lửa DME 72

Hình 5.11: Tín hiệu đánh lửa 73

Hình 5.12: Góc đánh lửa hiệu chỉnh để hâm nóng 75

Hình 5.13: Góc đánh lửa hiệu chỉnh khi quá nhiệt 75

Hình 5.14: Góc đánh lửa hiệu chỉnh để ổn định tốc độ không tải 76

Hình 5.15: Điều khiển góc đánh lửa sớm nhất và nhỏ nhất 76

Hình 6.1: Cảm biến áp suất ống rail 77

Hình 6.2: Vị trí cảm biến áp suất ống rail 78

Hình 6.16: Cảm biến nhiệt độ và áp suất khí nạp 91

Hình 6.17: Quan hệ giữa điện áp với áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp 92

Hình 6.18: Vị trí cảm biến nhiệt độ và áp suất khí nạp 92

Hình 6.19: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 93

Hình 6.20: Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ nước làm mát 94

Hình 6.21: Đồ thị quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ 95

Hình 6.22: Cụm cảm biến vị trí bướm ga và bướm ga điện tử 96

Hình 6.23: Quan hệ giữa độ mở bướm ga và điện áp đo được 97

Hình 6.24: Cảm biến vị trí bướm ga 98

Hình 6.25: Cảm biến bàn đạp ga 99

Hình 6.26: Nguyên lý hoạt động cảm biến bàn đạp ga 100

Hình 6.27: Sơ đồ mạch điều khiển của DME 8.6 trên động cơ BMW-B58 101

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các thế hệ động cơ sáu máy thẳng hàng của BMW 4

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật 6

Bảng 2.3: Thông tin về các bộ phận mới đƣợc điều chỉnh trên động cơ 8

Bảng 2.4: Thông tin nhận dạng động cơ 10

Bảng 3.1: Tiêu chuẩn khí xả châu Âu 36

Bảng 3.2: Tiêu chuẩn khí xả Hoa Kỳ 37

Bảng 6.1: Bảng chú thích sơ đồ mạch DME 8.6 103

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề

Trong lịch sử phát triển của ngành ô tô, các nhà sản xuất đã tạo ra nhiều loại động cơ khác nhau để trang bị cho những chiếc ô tô Sau những bước phát triển không ngừng, ngày nay chúng ta chủ yếu được thấy ô tô sử dụng động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng hay các dòng máy V như V6, V8, V10 hay V12 Với các mẫu xe phổ thông (đặc biệt là SUV), V6 là lựa chọn hợp lý hơn đáng kể so với V8 Thiết kế động cơ V6 cho phép xi-lanh có dung tích lớn hơn nhiều so với thiết kế I4 – điều đồng nghĩa với hiệu suất vận hành cao hơn, động cơ V6 có độ chắc chắn đáng kể do thiết kế thành khối

Với những ưu điểm như vậy động cơ V6 đang là mẫu động cơ 6 máy đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay Tuy nhiên, động cơ V6 được thiết kế phức tạp hơn vì gặp vấn đề về độ rung, điều này được khắc phục bằng cách đặt trọng lượng vào cuối trục cân bằng Nhằm giải quyết vấn đề trên, nhiều thương hiệu xe hơi hiện nay, nổi bật là BMW thì vẫn gắn bó với động cơ I6 hay 6 xi-lanh thẳng hàng Với ưu điểm là sự cân bằng và kết cấu đơn giản hơn so với V6, loại động cơ này đã chứng minh được sự ưu việt của mình trên cả những dòng xe phổ thông cho tới xe thể thao mà vẫn giữ được các ưu điểm về hiệu suất và khả năng vận hành của động cơ V6

Động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng (I6) đang trở lại sau một thời gian bị động cơ V6 lấn át Vì vậy nắm bắt được xu hướng phát triển nghiên cứu động cơ của các hãng ô tô nên chúng em quyết định thực hiện đề tài ―Chuyên đề động cơ B58-BMW‖ là mẫu động cơ I6 mới được hãng BMW ra mắt vào năm 2015 với nhiều công nghệ và hệ thống hiện đại nhất hiện nay Với nghiên cứu này sẽ tạo tiền đề và nền tảng cho việc nghiên cứu phát triển kỹ năng và kiến thức về các mẫu động cơ mới trong tương lai và có hiểu biết thêm về các công nghệ hiện đại đang được ứng dụng trên động cơ ô tô ngày nay

1.2 Giới hạn đề tài

Vì trình độ kiến thức của chúng em có hạn và khoảng thời gian cho phép nên đề tài được giới hạn trong việc nghiên cứu về lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các phần và các hệ thống trên động cơ B58-BMW

1.3 Mục tiêu đề tài

Nhằm mục đích hiểu được nội dung đề tài, chúng em xin đưa ra các mục tiêu cần đạt được khi thực hiên đề tài:

- Giới thiệu tổng quan về động cơ B58-BMW - So sánh, đánh giá với các thế hệ động cơ đi trước

- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các hệ thống trong động cơ - Vị trí, chức năng của các cảm biến trên động cơ

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu thông qua lý thuyết và tài liệu kỹ thuật để nắm được cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của động cơ Sử dụng đồ thị để đánh giá được hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ từ đó đưa ra được kết luận

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BMW-B58 2.1 Giới thiệu

Động cơ B58 là mẫu động cơ 6 máy thẳng do BMW nghiên cứu và sản suất, được ra mắt lần đầu tiên năm 2015, được ứng dụng trên các mẫu xe của hãng như dòng BMW 3 Series LCI và liên tục được cải tiến cho đến nay

Chiến lược phát triển quan trọng nhất của BMW là sử dụng công nghệ BMW Efficient-Dynamics Đây không đơn thuần là một trang bị hay một tính năng cụ thể nào, mà là một loạt những công nghệ tiên tiến hàng đầu của tập đoàn BMW Với mục tiêu là giúp các mẫu xe tối ưu hiệu suất vận hành, gia tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu tối đa

Trong đó Efficient-Dynamics bao gồm gói công nghệ động cơ tiêu biểu của BMW là công nghệ BMW Twin-Power Turbo

Các thế hệ động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng

Mã động cơ Năm sử dụng Dung tích

Động cơ B58 giới thiệu năm 2015 là B58B30M0 sử dụng nhiên liệu xăng, có dung tích 3.0L (2,998 cc), tỉ số nén 11.0:1 Động cơ có công suất tối đa 240[kW] tại 5200-6500[rpm], mô-men xoắn tối đa 450[Nm] tại 1380 [rpm] đƣợc thể hiện qua biểu đồ sau:

Hình 2.1: Đồ thị đặc tính ngoài so sánh động cơ B58 và N55

Các thông số kỹ thuật chung của động cơ được thể hiện chi tiết và được so sánh với động cơ N55 thế hệ trước qua bảng sau:

Công suất tại số vòng

Sự phát thải CO2 [grams per

Động cơ B58 sáu xi-lanh là 1 phần của dòng động cơ thẳng hàng mới B58 có các thành phần đặc trƣng bao gồm Double-VANOS, công nghệ tăng áp Twin-Power, bộ làm mát khí nạp gián tiếp đƣợc tích hợp vào hệ thống nạp và thành phần điều khiển nhiệt độ khí nạp

Thế hệ động cơ mới đặc trƣng bởi mức tiêu thụ nhiên liệu ít hơn và ít chất khí thải hơn (phù hợp với tiêu chuẩn Euro 6 của châu Âu và ULEV II của Mỹ) Đặc điểm mạch điều khiển bơm xăng, hệ thống phun nhiên liệu với ống rail, kim phun trực tiếp để đạt mức tiêu thụ ít nhất Tất cả động cơ đều đƣợc trang bị chức năng start-stop thông minh tự động (tính năng dừng khởi động sẽ tự động tắt động cơ khi xe không hoạt động ở trạng thái dừng hoàn toàn) Điều này làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu trong khi chạy không tải trong thời gian dài

Động cơ sẽ tự động hoạt động khi nhả bàn đạp phanh, xoay vô lăng của bạn (kích hoạt trợ lực lái) hoặc chuyển số từ số P Trong các mô hình hộp số tay cần phải chọn số N và chân bạn nhấc khỏi ly hợp để động cơ dừng lại Nó sẽ khởi động lại khi đạp bàn đạp ly hợp một lần nữa Cũng cần lưu ý rằng trong một số trường hợp, động cơ sẽ tự động khởi động lại mà không cần sự can thiệp của người dùng

Hình 2.2: Công nghệ BMW Efficient-Dynamics

BMW Efficient-Dynamics còn là công nghệ giúp động cơ mạnh mẽ hơn, giảm thiểu sức tiêu hao nhiên liệu và giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường Ngoài ra, việc giảm chi phí, thời gian sản xuất, gia tăng sự linh hoạt cũng như nâng cao sự hài lòng của khách hàng cũng là mục tiêu mà hãng theo đuổi

Bảng dưới đây sẽ cung cấp những thông tin tổng quan về các bộ phận mới, phổ biến và được điều chỉnh ở trong động cơ thế hệ mới

Bảng 2.3: Thông tin về các bộ phận mới được điều chỉnh trên động cơ

B: Các chi tiết lắp ghép (từ động cơ khác) 5: Bộ truyền động dây đai C: Các bộ phận mới 6: Van biến thiên Valvetronic B38: Động cơ xăng 3 xi-lanh 7: Cac-te dầu

B48: Động cơ xăng 4 xi-lanh 8: Vỏ bộ lọc dầu B57: Động cơ diesel 6 xi-lanh 9: Trục khuỷu

B58: Động cơ xăng 6 xi-lanh 10: Bộ truyền động xích

Các bộ phận chung là các bộ phận đƣợc sử dụng với cùng chức năng và cấu trúc của nhà sản xuất Ngƣợc lại các chi tiết lắp ghép thì có cùng nguyên tắc hoạt động nhƣng điều chỉnh theo các yêu cầu khác nhau

Thay đổi cơ bản trong khái niệm động cơ

7

8

Diesel phun nhiên liệu trực tiếp với tăng áp

Động cơ xăng Turbo-Valve tronic phun trực tiếp (TVDI)

Hình 2.3: Mã nhận dạng động cơ

1: Số seri

2: Kí hiệu động cơ

Những nhận dạng của động cơ đƣợc dập nổi trên bề mặt động cơ để nhận dạng chỉ có duy nhất 1 động cơ mang số seri và kí hiệu đó

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 3.1 Giới thiệu chung

Công nghệ Twin-power Turbo đã tạo nên sự khác biệt cho động cơ của BMW về khả năng tối ưu công suất, nhiên liệu, khí xả Trong công nghệ này hệ thống phân phối khí được nhà sản xuất đặc biệt chú trọng khi nó bao gồm các hệ thống như VANOS; Valvetronic; Twin-scroll turbocharger nhằm hỗ trợ tốt nhất cho hiệu suất nạp của động cơ Hệ thống phân phối khí của động cơ B58 ứng dụng tất cả hệ thống trên và được cải tiến hơn các thế hệ động cơ trước

3.2 Công nghệ Double-VANOS và Valvetronic 3.2.1 VANOS

3.2.1.1 Giới thiệu

Hệ thống điều chỉnh pha phối khí VANOS trên động cơ B58 là kiểu Double-VANOS giúp cho việc điều khiển hệ thống phân phối khí ở chế độ tối ưu nhất Hệ thống này điều chỉnh cả trục cam nạp và cam xả, điều chỉnh được thời điểm đóng, mở các xupap nạp và xả theo từng chế độ làm việc yêu cầu của động cơ giúp tăng mô-men xoắn ở tốc độ thấp và tốc độ trung bình mà không ảnh hưởng nhiều tới phạm vi công suất động cơ Nhờ việc điều chỉnh hợp lý của xupap nạp và xả do đó sẽ tiết kiệm được nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở các chế độ khác nhau và lượng nhiên liệu thất thoát ra ngoài theo khí thải trong quá trình xả của động cơ Kết quả là làm giảm được chi phí nhiên liệu khi vận hành động cơ, làm tăng công suất định mức của động cơ do đó hiệu quả kinh tế khi sử dụng động cơ tăng

1 Vấu cam thứ 3 cho truyền

2 Đĩa xích trục cam xả 7 Đĩa xích trục cam nạp 3 VANOS bên xả

Cấu tạo của hệ thống VANOS gồm những thành phần chính sau:  Hệ thống điều khiển

Mô-dun điều khiển động cơ (DME) chịu trách nhiệm kích hoạt các van solenoid VANOS dựa vào các biểu đồ chương trình điều khiển động cơ được lưu trong DME thông qua các cảm biến tín hiệu đầu vào bao gồm: tốc độ động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát, vị trí trục cam và trục khuỷu, nhiệt độ dầu Hệ thống VANOS trên động cơ B58 sử dụng van solenoid loại điều độ rộng xung PWM

Hình 3.2: Van solenoid VANOS

Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển solenoid VANOS

 Hệ thống điều khiển thuỷ lực

Gồm bơm dầu và đường ống dầu bôi trơn để tạo áp lực tác dụng lên piston, van solenoid điều khiển trực tiếp dòng dầu tác động vào bộ chấp hành cơ khí của hệ thống VANOS để từ đó thay đổi vị trí trục cam, với áp suất tác dụng đạt từ 100 bar

VANOS

VANOS

 Hệ thống điều khiển cơ khí bộ chấp hành VANOS

Gồm đĩa xích VANOS được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ Đĩa xích không gắn cứng với trục cam mà được liên kết với trục cam thông qua then hoa Bánh răng nghiêng trên đĩa xích ăn khớp trong với bánh răng nghiêng của trục then hoa Trục cam liên kết với trục then hoa bằng ăn khớp trong răng thẳng Trục then hoa có thể di chuyển dọc trục dưới tác dụng của áp suất dầu để làm thay đổi vị trí tương đối của trục cam với đĩa xích Góc độ thay đổi phụ thuộc vào hướng nghiêng ban đầu của trục then hoa và bánh răng nghiêng của đĩa xích

Hình 3.5: Bộ chấp hành cơ khí VANOS

Ký hiệu Chú thích Ký hiệu Chú thích

trễ thời điểm khối khí

thời điểm phối khí

3.2.1.3 Nguyên lý hoạt động

Trong cơ cấu VANOS, bánh xích được dẫn động từ trục khuỷu được nối với trục then hoa dưới tác dụng của áp suất dầu lấy từ hệ thống bôi trơn với áp suất 100 bar Khi trục then hoa chuyển động dọc trục thì trục cam có thể quay theo một góc tương đối Trên động cơ B58, trục cam nạp có thể dịch chuyển tối đa 700

và trục cam xả là 600 tính theo góc quay trục khuỷu

Hình 3.6: Biều đồ góc phối khí điều khiển bởi VANOS

Giới hạn VANOS điều chỉnh

Giới hạn VANOS điều chỉnh

Khoảng điều chỉnh, cam nạp [theo góc quay trục khuỷu] 129.5-59.5 Khoảng điều chỉnh, cam xả [theo góc quay trục khuỷu] 120-60 Thời gian cam nạp mở [theo góc quay trục khuỷu] 273.5 Thời gian cam xả mở [theo góc quay trục khuỷu] 262.3

VANOS làm cho việc điều khiển trên trục cam hoạt động đáp ứng được mọi tốc độ của động cơ và mọi vị trí bàn đạp chân ga khi thay đổi Khi động ở tốc độ cầm chừng ổn định DME sẽ điều khiển VANOS ở chế độ góc phối khí ban đầu sao cho tốc độ yêu cầu ở 450 [rpm] và mô-men xoắn ở giới hạn thấp nhất Khi tốc độ động cơ ở mức trung bình, những xupap được điều khiển mở sớm trong khoảng từ góc mở sớm trung bình đến góc mở sớm tối đa tuỳ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và tốc độ yêu cầu Điều này làm tăng khả năng hút khí nạp vào bên trong xi-lanh cải thiện quá trình cháy hoà khí ở thì nổ từ đó nâng cao công suất của động cơ, giảm lượng nhiên liệu tiêu hao cũng như nhiên liệu bị thoát ra theo cùng khí thải và quá trình thải hiệu quả toàn bộ lượng khí cháy Cuối cùng ở những tốc độ động cơ cao các xupap lại được điều khiển mở muộn hơn so với trường hợp tốc độ trung bình (góc nạp sớm nhỏ hơn), khi đó có thể khai thác hết công suất của động cơ, làm tăng đáng kể công suất và mô-men xoắn Ngoài ra, khi động cơ mới khởi động đang chạy ấm máy VANOS điều chỉnh phù hợp sự pha trộn giữa nhiên liệu và không khí giúp cho việc nhanh chóng làm cho ấm động cơ đến nhiệt độ hoạt động bình thường

Các pha điều khiển của VANOS được mô tả như sau:

Làm trễ thời điểm phối khí: Ở vị trí làm trễ thời điểm phối khí, lúc này áp lực dầu tác dụng trực tiếp lên mặt sau của piston cơ cấu chấp hành VANOS (mặt gần trục cam) làm trục then hoa di chuyển sang trái kéo theo trục cam quay theo hướng làm trễ thời điểm phối khí

Làm sớm thời điểm phối khí: Khi áp lực dầu tác dụng trực tiếp lên mặt trước của piston làm trục then hoa kéo sang phải làm trục cam quay theo hướng làm sớm thời điểm phối khí

Giữ nguyên thời điểm phối khí: Khi đã đạt điểm phối khí tối ưu, DME sẽ giữ nguyên tỉ lệ hiệu dụng của xung điều khiển để duy trì vị trí trục cam

Giá trị của độ rộng xung do DME gửi tới solenoid sẽ điều khiển áp lực dầu tác dụng lên piston để làm trễ, sớm hay giữ nguyên thời điểm phối khí

3.2.2 Valvetronic 3.2.2.1 Giới thiệu

Với sự ra đời của hệ thống kiểm soát tải trọng dựa trên độ mở biến thiên của xupap nạp (Valvetronic) đã đạt được sự gia tăng đáng kế về mặt hiệu quả

Kết quả của sự phát triển này là: - Động lực học tăng

- Hiệu suất tăng

- Cải thiện mức độ xả thải

Những kết quả này nhấn mạnh tiêu chuẩn cụ thể của BMW Việc ứng dụng Valvetronic động cơ B58 có những tối ưu hóa sau:

- Tốc độ động cơ tối đa tăng lên 7000 rpm

- Giảm thiểu lượng khí xả CO, thỏa mãn những yêu cầu về khí xả trên toàn thế giới

Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện sự giảm thiểu tổn thất khi sử dụng hệ thống Valvetronic

Ảnh minh họa bên trái cho ta thấy phương pháp thông thường với tổn thất cao hơn Trong khi đó, tổn thất đã giảm thấy rõ trong ảnh minh họa bên phải Khu vực phía trên đại diện cho công suất thu được trong quá trình cháy, còn khu vực phía dưới minh họa cho sự tổn thất trong quá trình này Vùng tổn thất này có thể tương đương với chu kỳ nạp, liên quan đến lượng năng lượng sử dụng để xả và hút khí vào xi-lanh

Valvetronic không sử dụng bướm ga cơ khí để điều khiển lượng khí nạp cho động cơ mà dùng cơ cấu xupap có độ mở biến thiên kết hợp với cụm bướm ga điện tử được điều khiển từ DME (bộ điều khiển động cơ) cùng thực hiện nhiệm vụ đó Hệ thống thông thường dùng bướm ga để điều chỉnh lượng gió (do đó bướm ga càng đóng hẹp thì lượng gió nạp vào càng ít; tuy nhiên lúc này piston vẫn tiếp tục hút khí qua bướm ga đã đóng gần kín, gây ra hiệu ứng chân không tác động tiêu cực đến quá trình tịnh tiến của piston dẫn đến tổn hao năng lượng, động cơ vận hành càng chậm thì tổn hao càng lớn

Với công nghệ Valvetronic tổn hao này đã được giảm thiểu tới mức thấp

nhất, do piston dịch chuyển tự do không còn bị tác động từ hiệu ứng chân không

3.2.2.2 Chức năng

Valvetronic là sự kết hợp của nâng xupap biến thiên và điều khiển thay đổi trục cam (VANOS)

Việc kiểm soát tốc độ được thực hiện bằng cách : - Điều chỉnh độ nâng của xupap nạp

- Điều chỉnh thời gian mở của xupap nạp

- Điều chỉnh thời điểm đóng mở của trục cam nạp và xả

Tối ưu hóa hệ thống bao gồm sửa đổi động học của bánh răng xupap, một cơ cấu chấp hành được sửa đổi và sự tương thích hoạt động với VANOS

Trong hệ thống Valvetronic vẫn có trục cam xupap truyền thống, nhưng trục cam nạp tiếp xúc với một trục trung gian với nhiều tay đòn và bánh răng trung gian được kết nối với một motor điện Khi người lái nhấn hoặc nhả chân ga, động tác này được chuyển sang tín hiệu điện báo về bộ điều khiển động cơ (DME) Tuỳ theo chế độ tăng hay giảm tốc mà motor sẽ dịch chuyển để thay độ mở của xupap theo sự tín hiệu điều khiển từ DME Do lượng khí nạp vào buồng đốt động cơ luôn được điều chỉnh tùy theo yêu cầu về công suất và mô-men xoắn nên Valvetronic có khả năng tiết kiệm nhiên liệu 10% so với các động cơ có cùng dung tích xi-lanh, động cơ êm và phản ứng nhanh hơn khi tăng/giảm tốc; giảm lượng khí thải độc hại do hòa khí được đốt cháy triệt để