Hệ thống valvetronic của BMW

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN
MƠN NGUN LÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TÌM HIỂU HỆ THỐNG PHẤN PHỐI KHÍ SỬ DỤNG CƠNG
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

1


MỤC 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

2


Lời nói đầu
Có thể nói, ơ tơ là một trong những ngành quan trọng trong lĩnh vực kinh tế góp phần
cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Ơ tơ có vai trị rất lớn trong việc vận chuyển
người và hàng hóa tuy nhiên nó gây ra nhược điểm rất lớn là khí thải gây ơ nhiễm mơi
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, cơng 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 cơng của hãng BMW nói riêng và ngành cơng nghệ kỹ
thuật ơ tơ nói chung đã làm giảm sự tiêu hao nhiên liệu trên động cơ, bài tiểu luận này sẽ
tìm hiểu kĩ hơn về cơng 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 cơng nghệ Valvetronic trong tương lai.,
2.Nhiệm vụ:
Tìm hiểu một cách tổng quan, sâu hơn về hệ thống phân phối khí Multi stages thơng qua
cơng nghệ Valvetronic của hãng BMW.
3.Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống Valvetronic của hãng BMW.
4.Phương pháp nghiên cứu:

Thơng qua mơn học ngun lí động cơ đốt trong để tìm hiểu sâu hơn về cơng nghệ này.

3


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 cơng nghệ trục cam kép
và mỗi buồng đốt có 4 van, ngồi ra cơng 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 cơng 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.

Hình 1. Hệ thống Valvetronic
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.
Động cơ dùng Valvetronic không tạo sức cản trên đường nạp và tổn thất tổn hao năng
lượng trên động cơ và là động cơ đầu tiên trên thế giới không cần sử dụng bướm ga cơ khí

4

để điều chỉnh lượng hịa 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 cị 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 hịa khí vào xylanh nhiều hơn.
Tương tự như vậy, khi người lái giảm tốc thì xupap sẽ điều khiển lượng hịa 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:

Hình
5 2. Cấu trúc hệ thống Valvetronic


Cấu
tạođiện
Hệ thống
Valvetronic
-Valvetronic sử dụngHình
thêm 3.
một
mơtơ

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 hồn tồn, tiết diện
lưu thơng 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 địn 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 địn bẫy nhưng ở vị trí này địn bẫy khơng tác dụng lên địn gánh và khơng
tác dụng vào được đi xupap làm cho xupap đóng hồn tồn. 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
hoạt động các xupap hút ở dãy động cơ phía trước sẽ làm giảm sự tiêu thụ nhiên liệu trên
động cơ.

6


Hình 4. Vị trí trục lệch tâm
+ 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 tốn 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 q trình lưu thơng nhỏ
và lượng hịa khí vào xylanh ít  Cơng 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 tốn và điểu khiển môtơ điện quay làm trục lệch tâm ở vị trí
mở lớn nhất  tiết diện lưu thơng lớn  lượng hịa khí vào xylanh nhiều  cơng suất,

momen tăng đáp ứng kịp thời các chế độ hoạt động của động cơ.
Do lượng hịa 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 xilanh, động cơ hoạt động êm và phản ứng nhanh hơn khi tăng/giảm tốc;
giảm lượng khí thải độc hại do hịa khí được đốt cháy triệt để.

4. Phân tích
valvetronic:

ưu

điểm,

nhược

điểm

của

hệ

thống

4.1 Ưu điểm hệ thống valvetronic:
-

Cơng 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

cơng 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 cịn cao
hơn, động cơ êm và phản ứng nhanh hơn khi tăng/giảm tốc, giảm
lượng

7


khí thải độc hại do hịa khí được đốt cháy triệt để (140 gram
CO2/km).
Đặc biệt, công nghệ valvetronic chứa một hệ thống cị 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 thơng thường khác, nó sử dụng một trục truyền
động
lệch
tâm, một môtơ điện và một số cị mổ trung gian. Tùy theo tín hiệu
điện
từ
bộ
điều khiển ECU sẽ kích hoạt mơtơ điều khiển góc xoay của trục lệch
tâm,
trục
này sẽ xoay đi một góc nào đó khiến cò mổ trung gian ấn sâu hơn khi
tác
động
lên các trục địn gánh, trục địn gánh này có nhiệm vụ đóng hoặc mở
các
xupap. Nếu cò mổ đẩy các trục đòn gánh vào sâu hơn, các xupap nạp

sẽ
mở
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 q trình hoạt động ở số vịng 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 hồn tồn khơng mang lại lợi ích cho cơng
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 địn gánh gây ra
nhiều lực ma sát. Do đó Valvetronic chỉ hiệu quả ở những động cơ có số
vịng quay tua khơng lớn hơn 6.000 vịng/phút. Khơng những thế khi
chạy ở tốc độ cao cần phải có lị xo xupap cứng hơn, đảm bảo tính đàn
hồi tốt hơn nhưng lị xo cứng lại gây tổn hao năng lượng vì vậy các mẫu
xe có tính năng vận hành cao khơng 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
của
Hãng xe Honda:

8


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 vịng quay lớn hơn 6.000 vịng/phút. Do đó sử dụng lâu hơn,
bền bỉ hơn so với cơng 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 cơng 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 ơ nhiễm mơi 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 cơng nghệ ơ tơ 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,cơng nghệ Valvetronic vẫn đang được sử dụng nhiều ở các thành phố.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. />2. />3. />fbclid=IwAR1mKcqePoG-yv8TcALfJkiOXSk0aRrdp9OqhxL53meGNIdtEVptrF6-Kp8

9

10