Tải bản đầy đủ

Phân phối khí trong động cơ đốt trong và các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo

MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Bước vào thế kỷ XXI, nhờ những thành tựu của khoa học kỹ thuật đã làm
chuyển biến mạnh mẽ cơ cấu kinh tế của các quốc gia và làm thay đổi sâu sắc
mọi mặt của đời sống xã hội loài người. Khoa học công nghệ luôn đóng vai trò
quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Là một quốc gia đang trên đà phát triển,
Việt Nam cần phải áp dụng các thành tựu của khoa học công nghệ vào việc phát
triển kinh tế đất nước, đẩy nhanh quá trình CNH-HĐH đất nước bắt kịp được với
các nước phát triển trên thế giới .
Hiện nay khi mà các nguồn năng lượng như: Năng lượng mặt trời, gió, hạt
nhân… chưa thực sự phổ biến vì những nhược điểm về kinh tế, công nghệ, môi
trường…thì nguồn năng lượng phổ biến nhất trên thế giới được sử dụng hiện nay
được lấy từ dầu mỏ. Đi song song với việc sử dụng nguồn năng lượng này là
những ngành phát triển về động cơ đốt trong. Tuy nhiên vấn đề lớn nhất đối với
sử dụng động cơ đốt trong hiện nay là gây ra ô nhiễm môi trường. Vì vậy để
động cơ đốt trong có hiệu suất sử dụng tối ưu, giảm lượng khí thải thì cần phải
quan tâm đến rất nhiều vấn đề trong đó có cơ cấu phân phối khí trong động cơ
đốt trong. Hệ thống phân phối khí được đóng vai trò như một lá phổi của động
cơ, nó cung cấp dưỡng khí và năng lượng đến các bộ phận đảm bảo sự hoạt động
của động cơ. Trong quá trình học tập nhận biết được sự quan trọng và tính cấp
thiết như vậy, tuy nhiên việc nghiên cứu hệ thống phân phối khí vẫn chưa có

nhiều. Vì vậy em mạnh dạn đi tìm hiều và nghiên cứu sâu hơn về đề tài : “ phân
phối khí trong động cơ đốt trong và các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế
tạo’’. Đề tài không chỉ giúp cho chúng em tiếp cận với thực tế mà còn tạo nguồn
tài liệu tham khảo và học tập cho các sinh viên khóa sau.

1


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao kiến thức kỹ thuật về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt
trong từ đó đề xuất các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo.
3. Giả thuyết khoa học.
Đi sâu nghiên cứu về đề tài: “ Phân phối khí trong động cơ đốt trong và
các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo’’sẽ giúp nắm rõ quy trình làm việc, vị
trí, cấu tạo của từng bộ phận trong cơ cấu từ đó áp dụng cho sửa chữa, sáng tạo
trong thiết kế để đi đến tối ưu hóa về sử dụng nhiên liệu và bảo vệ môi trường.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:


Nghiên cứu hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong.



Các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo.
Phạm vi nghiên cứu : cơ cấu phân phối khí.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu


Tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích phân phối khí trong động cơ đốt trong.




Các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo các bộ phận của cơ cấu phân

phối khí.
6. Phương pháp nghiên cứu


Nghiên cứu lý thuyết.

7. Cấu trúc khóa luận
Gồm 2 chương
Chương 1:
Tổng quan về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong.
Chương 2:
Các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo các bộ phận của cơ cấu phân phối khí.

2


NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG
1. Mục đích, yêu cầu, phân loại hệ thống phân phối khí:
1.1. Mục đích:
Đóng mở các cửa nạp, thải đúng lúc để động cơ thực hiện quá trình nạp khí
mới vào xi lanh và thải khí đã cháy trong xi lanh ra ngoài.
1.2. Yêu cầu:
- Đảm bảo thải sạch và nạp đầy.
- Các xupáp đóng mở phải đúng thời điểm quy định.
- Độ mở phải lớn để dòng khí dễ lưu thông.
- Các xupáp phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giãn nở.
- Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, công chi phí thấp.
1.3. Phân loại:
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi
trong động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm
việc chính xác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao.
Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết
diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn.
Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của
chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Cơ cấu phân phối
khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.
2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:
Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ
chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải trong động

3


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy
sản vật cháy ra ngoài. Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét
với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí
quét tới. Chất lượng các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới
trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải,
hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:
Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra khí quét. Cửa quét
thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng khí
quét trong xilanh (xem hình 1.1).
1

2

3

Hình 1.1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí
1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu
Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
4


+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm: Thường dùng trên
các động cơ hai kỳ có công suất lớn.
Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường
tâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên
tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:
Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong
có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi
chất công tác mới vào hàng lỗ phía trên. Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu
có nhiều van tự động nên phức tạp. Chiều cao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất
hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động cơ.
+ Hệ thống quét vòng đặt một bên: Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ
tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung bình.
Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm
cửa quét nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng
cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét.
+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:
Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp
thải được đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên
nắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn
với sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí
sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn.
Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn.
Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo
thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình
cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức
cản trong quá trình quét khí.

5


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ:
Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được
thực hiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng.
Tùy theo cách bố trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của
động cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo,
cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…
3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt (hình 1.2).
Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam
dẫn động xupáp thông qua con đội. Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có
thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một.
Khi bố trí từng cặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp
nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn.
5
8
1

2
4
3

9

10

Hình 1.2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp;
8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;

6


Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của
nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng, bên cạnh đó có khuyết điểm
là buồng cháy không gọn và đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp
cho việc đúc và gia công. Đường nạp, thải khó thanh thoát tổn thất nạp thải lớn.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo (hình 1.3).
Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội,
đũa đẩy, đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp. Khi dùng xupáp treo
có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy
giảm được tổn thất nhiệt. Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều
kiện thiết kế để dòng khí lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí
xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí. Tuy vậy cơ
cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫn
động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh
hết sức phức tạp, rất khó đúc và gia công. Để dẫn động xupáp, trục cam có thể
bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc dẫn động qua đòn bẩy. Trường
hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupáp được dẫn động
gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy…

7


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

1 23 4 5

6

7

8
9

10

Hình 1.3: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp;
6 – Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam.
Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp. Có thể
sử dụng phương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua
các đòn bẩy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp (hình 1.4)

8


Hình 1.4 Các phương án dẫn động xupáp.
a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn
động trực tiếp; c) – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy.
Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp
nạp đặt trên thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh. Khi bố trí như thế
kết cấu của cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện
lưu thông rất nhiều, do đó có thể tăng khả năng cường hóa động cơ. Kết cấu này
thường dùng trong các loại động cơ xăng tốc độ cao.
3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:
Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:
Trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam,
nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp
bánh răng, nếu khoảng cách trục lớn phải dùng thêm các bánh răng trung gian
hoặc dùng xích răng.

9


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Trục cam đặt trên nắp máy, về dẫn động trục cam có thể dùng trục trung
gian dẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh
răng côn cần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc
trục. Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống
trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay.
Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn
giản do cặp bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn
khớp êm và bền, còn truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có
thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn (hình 1.5).

a

b

c

e

d

Hình 1.5: Các phương án dẫn động trục cam.
a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng
bánh răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí
4.1. Trục cam:
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở các xupáp
đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.

10


Hình 1.6 Kết cấu trục cam.
1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm
xăng; 5 – Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn.
Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh, thời điểm đóng
mở xupáp phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải,
cam nạp và các cổ trục. Ngoài ra một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam
dẫn động bơm xăng, bơm cao áp…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết
định bởi thứ tự làm việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được
chế tạo liền trục hoặc có thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai
ốc (hình 1.6 ).
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim hoặc được đúc bằng
gang, đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao.
+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số
xilanh là i thì: Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ diezen. Số
cổ loại thiếu cổ Z = (i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng. Các cổ phải mài
bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50  60 HRC. Nếu trục cam lắp luồn thì kích thước
cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam. Các ổ trục cam được ép trên
thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn như hợp kim đồng chì,
hợp kim nhôm. Trục cam lắp theo kiểu đặt phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên
thân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu
giông, kết cấu này dùng ở động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam

11


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

đặt trên nắp xilanh.
+ Ổ chắn dọc trục: Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục
(khi trục cam, thân máy hoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của
bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng
đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục (hình 1.7 ). Trong
trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng
nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động. Còn khi dùng
bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong
trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy
có giãn nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như
trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn.

Hình 1.7: Kết cấu đầu trục cam.
1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng
chắn; 6 - Ổ đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động;
9 – Then; 10 – Bánh răng dẫn động trục cam.
4.2. Con đội:
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam

12


đến xupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy.
Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực
nén lò xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam
phải được tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ (hình 1.8). Là loại con đội đáy bằng dùng
phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho hệ thống phối khí
xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp với
đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2  0,3) mm. Sở
dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi
đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam. Khi mặt tiếp xúc là
mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được hiện tượng cào
xước. Con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp
đặt. Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu
của thân.

Hình 1.8: Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm

13


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Hình 1.9: Kết cấu con đội con lăn
+ Con đội con lăn (hình 1.9 ). Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn.
Lò xo chặn có tác dụng không cho con đội xoay. Ngoài ra, còn có bulông
bắt trong thân máy để con đội hoạt động đúng hướng.
Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn. Cơ cấu con đội con lăn có tác
dụng làm giảm ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu hao nhiên liệu.
+ Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn
và va đập, người ta thường dùng loại con đội thủy lực. Dùng loại con đội này sẽ
không còn tồn tại khe hở nhiệt. Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu
điểm đặc biệt là có thể tự động thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân
phối khí. Vì khi tốc độ động cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên
xupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều đó rất có lợi đối với quá trình
nạp của động cơ. Dùng con đội thủy lực, tuy có nhiều ưu điểm như trên, nhưng
điều cần đặc biệt chú ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất
nhiều vào chất lượng của dầu bôi trơn. Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con đội
thủy lực phải rất sạch và độ nhớt ổn định, ít thay đổi.

14


4.3. Đũa đẩy:

Hình 1.10: Các dạng đũa đẩy
Nhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫn
động gián tiếp, truyền chuyển động và lực từ con đội đến đòn bẩy.
Kết cấu: Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo thường là
một thanh thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn
bẩy. Để giảm nhẹ trọng lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu
hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu hoặc mặt cầu lõm. Đôi khi cả hai đầu tiếp
xúc của đũa đẩy đều là hình cầu. Một số dạng đũa đẩy (hình 1.10).
Vật liệu chế tạo: Đũa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung
bình, đầu tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với
đũa đẩy rồi tôi đạt độ cứng HRC 50  60.
4.4. Đòn bẩy:
Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng
mở xupáp theo đúng theo pha phân phối khí.
Đòn bẩy được gắn trên trục của nó, hoạt động của đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy
hoặc cam. Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha phân phối khí.

15


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Kết cấu đòn bẩy (hình 1.11): Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều
chỉnh. Sau khi điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu
tiếp xúc với đuôi xupáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng. Nhưng
cũng có khi dùng vít để khi mòn thay thế được dễ dàng. Mặt ma sát giữa trục và
bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của
trục. Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt
tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.

Hình 1.11: Kết cấu đòn bẩy
Vật liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon
trung bình.
4.5. Xupáp:
Nhiệm vụ của xupáp là: Đóng mở các cửa để thực hiện trao đổi môi chất
công tác. Xupáp hoạt động được theo chiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng
xupáp. Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450để được đóng kín với đế xupáp và dẫn
nhiệt truyền qua xupáp khi đóng. Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp
nạp phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 –
8000C.

16


Theo kết cấu người ta chia xupáp ra thành 3 phần là: nấm, thân và đuôi
xupáp (hình 1.12 ). Phần nấm do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác
dụng của lực quán tính nên khi làm việc chịu va đập lớn gây biến dạng. Phần
đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp. Để tránh hao mòn thân máy và nắp
xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp và thải một vòng đế xupáp
1

2

3

Hình 1.12 : Kết cấu của xupáp
1- Đuôi xu páp; 2- Thân xupáp; 3- Nấm xupáp.
Vật liệu chế tạo: Cần chịu được nhiệt độ cao, có sức bền cơ học tốt, có hệ
số giãn nở nhiệt nhỏ, không bị ăn mòn hoá học ở nhiệt độ cao.
- Đối với xupáp xả: Thường sử dụng thép hợp kim chịu nhiệt có thành
phần như: silic, crôm, măngan. Để chống mòn và gỉ, người ta mạ lên bề mặt làm
việc của xupáp một lớp mỏng hợp kim cô ban .
- Đối với xupáp hút: cũng sử dụng thép hợp kim crôm, măngan hoặc hợp
kim chịu nhiệt độ có thêm thành phần silic. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt không
cần cao như đối với xupáp xả.
4.6. Nấm xupáp
Có dạng hình nấm, phần chuyển tiếp giữa thân và đầu có góc lượn để hạn
chế sự cản trở dòng khí nạp. Mặt tiếp xúc đế xupáp là mặt côn được mài nhẵn,

17


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

góc côn thường 450. Kết cấu của nấm xupáp gồm: Nấm bằng, nấm lõm, nấm lồi,
nấm rỗng (hình 1.13).

a

b

c

d

Hình 1.13: Kết cấu nấm xupáp
a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; c) – Nấm lồi; d) – Nấm rỗng .
4.7. Đế xupáp:
Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế xupáp ép vào họng của
đường ống nạp và đường ống thải. Một số dạng đế (hình 1.14).

a)

d)

b)
e)
c)
Hình 1.14: Kết cấu đế xupáp
a)- Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắp
vào nắp xilanh bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren.

18


Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào
rãnh giữ chắc đế xupáp. Đế mặt ngoài là mặt côn, loại này có khi không ép sát
đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra. Có loại đế lắp
vào thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren. Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt
nắp máy để kim loại biến dạng giữ chặt đế loại này thường ít dùng.
4.7. Ống dẫn hướng
Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp
xupáp, người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này. Xupáp được lắp
vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng.
Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức
peclít. Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim
đồng thanh nhôm, loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi
trơn cũng không xảy ra hiện tượng kẹt xupáp (hình 1.15).

Hình 1.15: Kết cấu ống dẫn hướng
a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai.
4.8. Lò xo xupáp:
Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không
cho khí nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài. Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm

19


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

việc của xupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong
khi xupáp chuyển động do đó đóng mở xupáp chính xác theo biên dạng cam.
Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một
cái ở ngoài. Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau. Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động
riêng của xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Lò xo xupáp thường được
dùng là lò xo kín hay lò xo tác động kép. Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc
độ cao.

Hình 1.16 Kết cấu lò xo xupáp.
a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lò xo hình côn.
Do lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vì
vậy vật liệu chế tạo lò xo thường dùng là thép C65, C65A…
5. Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại:
Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền
khoa học công nghệ. Các hãng sản xuất ôtô như KIA MOTORS, HONDA,
TOYOTA, FORD…đã lần lượt đưa ra nhiều sản phẩm với nhiều động cơ có
những tính năng hiện đại. Một trong những tính năng đó là việc áp dụng sự điều
khiển tự động vào hệ thống phân phối khí trong động cơ. Với sự điều khiển này
sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp với từng dãy tốc độ của động
cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc sử dụng động cơ có tính

20


kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối thiểu khi sử dụng. Động cơ phải
phát huy được hết công suất ở những dải tốc độ khác nhau. Ngoài ra động cơ khi
làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ ô nhiễm môi trường của các
quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng. Tuy các biện pháp
tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điều
khiển và chế tạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần với giá trị tính toán
lý thuyết lý tưởng.
5.1. Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển
Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển. Cơ cấu
phối khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời
điểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ. Nhờ đó mà cơ cấu phối khí
hiện đại luôn luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất.
Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển
ở những bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời
điểm đóng mở xupáp, hệ thống điều khiển điện tử.
Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và
truyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử. Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của
xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển điện tử và thực hiện theo
những tín hiệu nhận được. Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ
cảm ứng, xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm
đóng mở của xupáp.
5.2. Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda
Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control
System). Có nghĩa là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay
đổi quy luật nâng của xupáp bằng điện tử.

21


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh
góc độ phối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp với chế độ, tốc
độ của động cơ. Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ. Với cách sử dụng cơ
cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làm việc ở tốc độ thấp và
cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ. Cơ cấu phối khí VTEC có
hai kiểu sau:
DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của
xupáp nạp và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên.
SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của
xupáp nạp bằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên.
* Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối DOHC VTEC. Ở số vòng
quay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp các piston thủy lực A và B chưa
hoạt động và ở vị trí như (hình 1.17). Các đòn bẩy thứ nhất và thứ hai hoạt động
riêng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tâm ở giữa không tham gia vào hoạt động đóng
mở các xupáp ở chế độ này.
Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành
ở tốc độ cao của DOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn
5300 (vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát phải lớn hơn 600C.
VÁ Ú
U CA M DÁÙ
N Â ÄÜ
NG ÅÍTÄ Ú
C Â ÄÜ
THÁÚ
P

1

2

3

5

4

6

7

Hình 1.17: Hoạt động của DOHC-VTEC ở số vòng quay cao.
22


1 - Piston A; 2 - Đòn bẩy thứ nhất; 3 - Piston B; 4 - Đòn bẩy trung gian; 5 Piston chặn; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ cao.
* Nguyên lý làm việc cơ cấu phân phối SOHC VTEC. Ở số vòng quay
thấp: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp đòn bẩy thứ nhất và thứ hai
hoạt động riêng lẻ, không được liên kết với nhau. Lúc này các piston thủy lực A
và B chưa hoạt động và vấu cam ở giữa không tham gia vào chuyển động đóng
mở các xupáp như (hình 1.18).
1

4

2

7

3

6

5

Hình 1.18: Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp.
1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy
thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo.
Ở số vòng quay cao: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, piston thuỷ
lực di chuyển theo hướng mũi tên như (hình 1.19). Kết quả là đòn bẩy thứ nhất, thứ
hai và đòn bẩy trung gian được nối cứng với nhau bởi hai pis ton thủy lực A và B
thành một khối và chuyển động thống nhất. Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi vấu
cam trung tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điều
chỉnh thời điểm đóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao.
Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành
ở tốc độ cao của SOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn
4800 (vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát là 600C.

23


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

1

4

2

5

3

7

6

Hình 1.19 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao.
1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy
thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;
Hệ thống điều khiển: Cơ cấu DOHC – VTEC và SOHC – VTEC được
điều khiển bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng
thái làm việc của động cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay
động cơ, tốc độ của xe. Những tín hiệu này được truyền đến bộ vi xử lí để xử lí
các tín hiệu rồi từ đó điều khiển một cách chính xác hoạt động của cơ cấu phân
phối khí của động cơ dưới mọi điều kiện.
5.3. Cơ cấu phân phối khí dùng hệ thống điều khiển xoay cam
Bên cạnh hãng Toyota và hãng Ford thì hãng KIA MOTOR đã chú tâm cải
tiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện
đại. Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều
khiển CVVT. Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp
phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong những năm
gần đây. CVVT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ

24


làm việc của động cơ. CVVT là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Continusly Varaible
Valve Timing (Thay đổi thời điểm phối khí thông minh).
Đối với các động cơ thông thường thì có thời điểm phối khí là cố định và
thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ. Vì nó được dẫn động trực
tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích. Ngược lại, với
các động cơ có hệ thống CVVT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện
làm việc của động cơ. Hệ thống CVVT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng
van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời
điểm phối khí tối ưu. Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo
góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động
của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ.
Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải,
tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và qui luật nâng của xupáp,
làm cho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Điều đó đã
làm cho động cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp,
việc gia tốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô
nhiễm và đạt công suất cao. Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy
êm dịu trong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang
tốc độ cao. Bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhược
điểm là: Có nhiều chi tiết, cụm chi tiết cần chế tạo với độ chính xác cao, hệ thống
điều khiển phức tạp và việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao.

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×