Khảo sát hệ thống phân phối khí động cơ Mitsubishi 4DQ50

Khảo sát hệ thống phân phối khí động cơ Mitsubishi 4DQ50

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Giáo viên hướng dẫn.

2 Giáo viên duyệt .

3 Hội đồng bảo vệ .

MỤC LỤ LỜI NÓI ĐẦU 1

MỞ ĐẦU 2

1 Mục đích đề tài 2

2 Ý nghĩa đề tài 2

NỘI DUNG 3

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Công dụng 3

1.2 Yêu cầu 3

1.3 Phân loại 3

1.3.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo 4

1.3.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt 6

1.3.3 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại 8

2 KHẢO SÁT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ MITSUBISHI 4DQ50 15

2.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo có trục cam đặt trong thân máy (HOV ) 15

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo 15

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 16

2.2 Xupap 17

2.2.1 Công dụng 17

2.2.2 Kết cấu 18

2.3 Đế xupap 20

2.4 Ống dẫn hướng xupap 20

2.4.1 Công dụng 20

2.4.2 Vật liệu chế tạo 21

2.5 Lò xo xupap 21

2.5.1 Công dụng 21

2.5.2 Kết cấu 22

2.5.3 Điều kiện làm việc 23

2.6 Con đội 23

2.6.1 Công dụng 23

2.6.2 Điều kiện làm việc 23

2.6.3 Vật liệu chế tạo 23

2.6.4 Kết cấu 23

2.6.5 Phân loại 23

2.7 Đòn bẩy 25

2.7.1 Công dụng 25

2.7.2 Kết cấu 25

2.7.3 Vật liệu chế tạo 25

2.8 Đũa đẩy 25

2.8.1 Công dụng 25

2.8.2 Kết cấu 26

2.8.3 Vật liệu chế tạo 26

2.9 Trục cam 26

2.9.1 Công dụng 26

2.9.2 Vật liệu chế tạo 26

3 CÁC HƯ HỎNG CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 27

3.1 Một số dạng hư hỏng chính 27

3.2 Xây dựng quy trình kiểm tra sửa chữa, khắc phục hư hỏng cơ cấu phân phối khí 29

3.2.1 Xupap 29

3.2.2 Ổ đặt 33

3.2.3 Rà nấm xupap 35

3.2.4 Ống dẫn hướng 37

3.2.5 Lò xo xupap 40

3.2.6 Con đội 41

3.2.7 Móng hãm và đĩa chặn lò xo 44

3.2.8 Trục cam và bạc lót 45

3.2.9 Đặt cam và điều chỉnh khe hở nhiệt 51

3.2.10 Thông số kiểm tra điều chỉnh 53

4 ĐỘNG CƠ SAU ĐẠI TU 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, các ngành kinh tế

-kỹ thuật trong cả nước đang phát triển nhanh góp phần tạo ra năng suất lao độngngày càng cao hơn nhu cầu cuộc sống…

Ngành công nghiệp ôtô của chúng ta cũng không nằm ngoài guồng quay đó.Hiện tại ngành công nghiệp ôtô không chỉ giữ vị trí quan trọng trong việc thúc đẩynền kinh tế quốc dân phát triển thông qua đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, gópphần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại mà còn là một ngành kinh tếmang lại lợi nhuận rất cao nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị vượt trội.Ngành công nghiệp ôtô ngày càng phát triển theo hướng đa dạng về chủngloại, tiện dụng, tiết kiệm nhiên liệu và đặc biệt là thân thiện với môi trường Đó lànhững lý do thúc đẩy các hãng chế tạo ôtô trong và ngoài nước hiện nay phải cảitiến và nâng cao tính ưu việt của động cơ, làm sao phải sử dụng nhiên liệu mộtcách tiết kiệm nhất mà vẫn cho hiệu suất sử dụng cao nhất Để giải quyết vấn đềnày nhằm nâng cao hiệu suất, cần phải có hệ thống “ Phân Phối Khí ” chính xác,đúng thời điểm để tạo hiệu suất tối ưu cho động cơ, lại giải quyết được vấn đềnhiên liệu Đối với các ôtô hiện đại ngày nay cơ cấu phân phối khí đã được cảithiện một cách tốt nhất, có thể tự điều chỉnh được quá trình phân phối khí, dựa vàotình trạng hoạt động của động cơ ở từng thời điểm Trong quá trình thực hiện làm

đề tài, do trình độ hiểu biết của chúng em còn hạn chế Nhưng dưới sự chỉ bảo, vàhướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn “ NGUYỄN QUỐC HOÀNG ”, và các bạncùng lớp nên đề tài của chúng em đã được hoàn thành Tuy đề tài hoàn thànhnhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Mong các thầy trong khoa hướng dẫn

và chỉ bảo thêm cho em, để đề tài của em được hoàn thiện hơn

em xin chân thành cảm ơn!

MỞ ĐẦU

1 Mục đích đề tài.

Hệ thống phân phối khí trên xe là một hệ thống rất quan trọng, nó ảnh hưởngrất lớn đến quá trình làm việc của xe Để cho xe có thể hoạt động ổn định và tiếtkiệm nhiên liệu thì thời điểm phân phối khí phải là lý tưởng Tuy nhiên góc phaphối khí là không cố định, nó thay đổi theo từng chế độ hoạt động của động cơnhư: tải trọng, tốc độ Cùng với sự phát triển của xã hội yêu cầu đối với xe ngàycàng cao: nhiên liệu, khí thải Đó là những lý do thúc đẩy các hãng chế tạo ôtôtrong và ngoài nước hiện nay phải cải tiến và nâng cao tính ưu việt của động cơ,làm sao phải sử dụng nhiên liệu một cách tiết kiệm nhất mà vẫn cho hiệu suất sửdụng cao nhất Để giải quyết vấn đề này nhằm nâng cao hiệu suất, cần phải có hệthống “ Phân Phối Khí ” chính xác, đúng thời điểm để tạo hiệu suất tối ưu chođộng cơ, lại giải quyết được vấn đề nhiên liệu

Tìm hiểu hệ thống phân phối khí của động cơ sẽ giúp chúng ta thấy rõ sự quantrọng của hệ thống này Đồng thời củng cố và bổ sung kiến thức về chuyênnghành

Tìm hiểu, nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc, kết cấu của chi tiết, cụm chitiết để từ đó rút ra ưu, nhược điểm và có kiến thức cơ bản để chuẩn đoán, pháthiện những hư hỏng thường gặp, tìm cách khắc phục, cải tiến, phát triển chúngngày càng tốt hơn

2 Ý nghĩa đề tài.

Hệ thống phân phối khí là một trong những hệ thống quan trọng nhất của động

cơ và cũng là một trong những hệ thống được quan tâm hàng đầu của các nhànghiên cứu và chế tạo động cơ, trước các yêu cầu hết sức khắc khe về tiết kiệmnhiên liệu và giảm lượng khí thải Nghiên cứu và khảo sát hệ thống phân phối khí

sẽ giúp chúng ta nắm vững những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sửdụng, sửa chữa, cải tiến Ngoài ra việc tìm hiểu hệ thống phân phối khí còn bổsung thêm nguồn tài liệu để phục vụ cho việc học tập cũng như công việc sau này

NỘI DUNG

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Công suất động cơ phụ thuộc rất lớn vào thành phần và khối lượng khí nạp Rõràng rằng lượng không khí đi vào xilanh trong quá trình nạp sẽ phụ thuộc vào việcxilanh động cơ được thải sạch ở mức độ nào đó trong chu kỳ trước của động cơ.Trong chu trình làm việc của động cơ cần thải sạch sản phẩm cháy của chu kỳtrước ra khỏi xilanh để nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ Hai quá trìnhnạp thải này liên quan mật thiết với nhau vì vậy kết cấu của hệ thống phân phốikhí sao cho động cơ làm việc với hiệu quả cao nhất

1.1.Công dụng.

Hệ thống phân phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khítrong động cơ Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp khí nạp hoặckhông khí mới vào xilanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định,phát huy hết công suất thiết kế Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiênliệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định Việc nạp khôngkhí và làm sạch xilanh động cơ 4 kỳ thực hiện thông qua xupap nạp và thải

1.2 Yêu cầu.

- Đóng mở xupap đúng thời gian quy định và đúng pha phối khí

- Độ mở đủ lớn để dòng khí lưu thông, ít trở lực

- Quá trình trao đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch

- Đóng xupap phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt khí

- Làm việc êm dịu, tuổi thọ, độ tin cậy cao

- Thuận tiện trong việc bảo dưỡng, sửa chữa và giá thành chế tạo hợp lý

1.3 Phân loại.

Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới đượcthực 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 củađộng cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo,

cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…

1.3.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo.

a Cơ cấu phân phối khí loại trục cam bố trí trên nắp máy.

- Sơ đồ cấu tạo (hình 2.1).

Hình 1.1 cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo

3 bị nén lại Khi bề mặt làm việc của cam 6 không tác động vào con đội 5 lúc này

nhờ lực đẩy lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên và đóng kín không chothông giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa xả.

b Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo loại trục cam bố trí trên thân máy.

- Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.2 cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo

1 ống dẫn hướng 5 xupap 9 Đũa đẩy

2 lò xo xupap 6 Đòn bẩy 10 Con đội

3 đĩa lò xo 7 Vít chỉnh xupap 11 cam

4 móng hãm 8 Đế xupap

- Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc nhờ sự dẫn động từ trục cơ làm cho

trục cam quay Khi bề mặt làm việc của vấu cam 11 tác động vào con đội 10 làmcho con đội chuyển động đi lên, dẫn đến đũa đẩy 9 cũng chuyển động đi lên, khiđũa đẩy 9 chuyển động đi lên thì sẽ tác động vào đuôi đòn bẩy 6 làm cho đuôi đòn

bẩy 6 chuyển động đi lên và xoay xung quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bẩy 6chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyển động đixuống lúc này lò xo 2 bị nén lại Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thôngcửa nạp với bên trong xi lanh (nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả(nếu ở xupáp xả) Khi vấu cam 11 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2dãn ra và làm cho xupáp 5 đóng lại, kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của

động cơ Quá trình này diễn ra liên tục trong suốt quá trình làm việc của động cơ

- Nhược điểm.

+ Dẫn động xupáp phức tạp

+ Tăng chiều cao động cơ

+ Kết cấu nắp xilanh phức tạp, khó chế tạo

+ Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt

1.3.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt.

a Sơ đồ cấu tạo.(hình 1.3.)

b Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc thông qua dẫn động từ bánh

răng trục khuỷu 10 làm cho trục cam 8 quay, khi trục cam quay vấu cam sẽ tácđộng lên con đội 7 làm cho con đội chuyển động đi lên và tác dụng vào đuôixupáp 1 làm cho xupáp chuyển động đi lên lúc này lò xo 3 bị nén lại Khi xupápchuyển động đi lên sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xilanh (nếu ở xupáp hút) ở

bên trong xilanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả) Khi vấu cam 8 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 3 dãn ra và làm cho xupáp đóng lại, kết thúc quá trình

hút hoặc quá trình thải của động cơ

- Ưu điểm: Chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xilanh đơn giản, dẫn động

xupáp

dễ dàng thuận tiện Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề

mặt cam và con đội ít bi mòn

- Nhược điểm:

+ Buồng cháy không gọn (Vc tăng) làm cho tỉ số nén giảm dẫn đến động cơ

có tỉ số nén thấp

+ Diện tích làm mát lớn dẫn tới tổn thất nhiệt nhiều, dẫn đến t giảm

+ Tăng tổn thất khí động Do có nhiều hạn chế nên người ta chỉ sử d ụngphương án này cho các loại động cơ xăng có tỉ số nén thấp (<7,5) và số vòng quaykhông cao lắm

Hình 1.3 hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt

1 xupap 5 bulong điều chỉnh 9.bánh răng trục cam

2 ống dẫn hướng 6 Đai ốc điều chỉnh 10 Bánh răng trục cơ

3 lò xo 7 Con đội

4 đĩa lò xo 8 Cam.

1.3.3 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại.

a Cơ cấu phân phối khí VTEC của Honda.

Hệ thống VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nằm tối ưuhóa hiệu quả của động cơ Được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, KenichisNagahiro sáng tạo

- Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.4 Cấu tạo của hệ thống VTEC.

1 Trục cam 4 Cò mổ thứ hai 7 Xupap hút

2 Tấm định vị 5 Piston đồng bộ

3 Cò mổ thứ cấp 6 Piston tác động.

Động cơ bố trí 4 xupáp cho mỗi xylanh, bao gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp xả.Hai vấu cam nạp có biên độ mở khác nhau, một cam có biên độ mở lớn và mộtcam có biên độ mở nhỏ Các piston lắp đặt bên trong cò mổ sẽ đẩy piston đồng bộ

di chuyển cùng hướng để ép piston chặn và lò xo bị nén lại tạo sự liên kết hai cò

mổ lại với nhau Khi mất áp lực dầu, dưới sự hoàn lực của lò xo thông qua pistonchặn sẽ đưa piston đồng bộ trở về làm tách 2 cò mổ mở riêng rẽ Ở tốc độ thấp, hai

cò mổ được tách rời, vì thế xupáp hút thứ nhất điều khiển sự phân phối chính

trong khi đó xupáp hút thứ hai chỉ hé mở để ngăn chặn nhiên liệu tích luỹ ở cửanạp Ở tốc độ cao, hai cò mổ được liên kết thành một khối nhờ vào piston đồng bộ.

Vì vậy tốc độ này cả hai xupáp đều chịu sự tác động của vấu cam có biên độ mởlớn nhất

- Nguyên lý hoạt động.

Kỹ thuật thay đổi thời gian phân phối khí và mức độ nâng xupáp được sử dụngcho động cơ nhằm mục đích tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất nhưng công suất phát ravẫn cao Với hệ thống này, đặc điểm nổi bật là với một tỷ lệ hoà khí tiết kiệmnhưng vẫn tạo ra một momen lớn ở tốc độ thấp, đồng thời ở tốc độ cao công suấtphát ra lớn tương đương như động cơ bốn xupáp tiêu chuẩn đạt được

Hình 1.5 Hoạt động của hệ thống VTEC.

 Ở tốc độ thấp:

Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và B điều khiển riêng biệt hai xupáp, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở xupáp (một xupáp điều khiển sự phân phối khí chính)

Hinh 1.6 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp.

1 Piston tác động 4 Cò mổ thứ nhất 7 Cam thứ hai.

ở tốc độ cao giống như động cơ 4 xupáp thông thường (2 xupáp điều khiển ppk)

Hình 1.7 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao.

1 Áp lực dầu đến 2 Cam thứ nhất

- Ưu điểm của hệ thống:

Tính ưu việt ở loại động cơ này là công suất động cơ cao đồng thời với việctiết kiệm nhiên liệu Cơ cấu phân phối khí của động cơ này gần giống như kiểuphân phối khí của động cơ bốn xupáp thông thường, nhưng nó được cải tiến sựphân phối tốt hơn Ở tốc độ thấp, lượng hoà khí nạp vào trong xilanh được tiết

kiệm do chỉ mở một trong hai xupáp nhưng ở tốc độ trung bình và cao, công suấtphát ra lớn do mở đồng thời cả hai xupáp hút

b Cơ cấu phân phối khí MIVEC của Mitsubishi:

Hệ thống này có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở cácxupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau Ở dải tốc độ thấp, vấu camnhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượngkhí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp Khi vấu cam lớn được kíchhoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tănglên Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắntăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng

- Nguyên lý hoạt động

Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở dãi tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lạinâng cao công suất ở vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trênnhờ chủ động điều khiển cả thời điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp Hệthống MIVEC điều khiển hoán đổi các vấu cam có cùng chức năng Một số cácloại xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục đích sinh ranhiều công suất hơn Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự độngnhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động

cơ, số vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga,…ECU sẽđưa ra tín hiệu điều khiển để kích hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC

Hình 1.8 Hoạt động của hệ thống Mivec.

Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau củađộng cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là camtốc độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt

là cam tốc độ cao Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupápnạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa Mỗi xupáp nạp được dẫn độngbởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tayđòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp Lúc này cácxupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao Ở dải tốc độthấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độthấp dẫn động các xupáp Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lựclên, bởi vậy tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hànhvới các cam tốc độ cao

Nói chung, chế độ MIVEC được kích hoạt để chuyển sang vấu cam tốc độ caokhi tốc độ động cơ tăng và chuyển sang vấu cam tốc độ thấp khi tốc độ động cơgiảm Ở dải tốc độ thấp, thời gian đóng mở các xu páp nạp và xả trùng nhau tăng

để tăng sự ổn định ở chế độ không tải Khi tăng tốc, thời điểm xupáp nạp đóngđược làm chậm lại để giảm áp lực ngược đồng thời cải thiện hiệu suất khí nạp,giúp tăng công suất động cơ cũng như giảm hệ số ma sát

- Ưu điểm của hệ thống:

Hệ thống MIVEC điều khiển bốn chế độ vận hành tối ưu của động cơ như sau:+ Trong hầu hết các điều kiện làm việc, để đảm bảo hiệu suất nhiên liệucao nhất, thời gian đóng xupáp trùng nhau tăng lên để giảm tổn thất bơm Thờiđiểm xupáp xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén, tăng tính kinh tế củanhiên liệu

+ Khi cần công suất cực đại (tốc độ và tải trọng cao), thời điểm đóngxupáp nạp được làm chậm lại để đồng nhất hóa không khí nạp với thể tích nạp làlớn nhất

+ Ở dải tốc độ thấp và tải nặng, MIVEC đảm bảo tối ưu mômen xoắn dothời điểm xupáp nạp đóng được làm trễ hơn để đảm bảo đủ lượng khí nạp Cùng

lúc đó, thời điểm xupáp xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén và cải thiệnhiệu suất động cơ.

+ Ở chế độ không tải, thời điểm xupáp xả và nạp trùng nhau được loại bỏ

để ổn định quá trình cháy

Hình 1.9 Cấu tạo của hệ thống Mivec.

c Cơ cấu phân phối khí VCT của hãng Ford:

Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực 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 khiểnxoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VCT Với hệ thống này nhằmthay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việccủa động cơ được ra đời trong nhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Namtrên các loại xe như: Focus, Mondeo, Escape, Transit…

VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việccủa động cơ VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing

Hình 1.10 Hệ thống cơ cấu phân phối khí VTC.

Đối với các động cơ cổ điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơctính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trụckhuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có

hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động

cơ Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoaytrục 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 đểđạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào cáctín 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

 Ưu điểm của cơ cấu phân phối khí hiện đại so với cổ điển:

Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và quy luật nâng của xupáp, làmcho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm chođộng cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc giatốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm vàđạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịutrong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độcao

 Ưu điểm của VCT so với VTEC và MIVEC:

Đối với động cơ sử dụng VTEC và MIVEC thì mặc dù cho công suất tối đa lớnnhưng không cải thiện được mô men xoắn cực đại và có cơ chế hoạt động phứctạp, chỉ hoạt động được 2 hoặc 3 pha và không liên tục Trong khi đó VCT côngnghệ của Ford giúp tối ưu hoạt động của xupáp nạp và xả trên toàn bộ dãi tốc độcủa động cơ, biến thiên góc quay trục cam cho phép xupáp đóng mở tại các thờiđiểm khác nhau trong mỗi chu trình cháy (4 kỳ) để phân bố công suất của động cơphù hợp theo tốc độ và tải (chân ga) một cách nhanh chóng

2 KHẢO SÁT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ MITSUBISHI 4DQ50 2.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo có trục cam đặt trong thân

máy( HOV ).

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo.

Hình 2.1 cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo(HOV)

3.đĩa lò xo 7 Vít chỉnh xupap 11 cam

2.3.2 Nguyên lý hoạt động.

Khi động cơ làm việc nhờ sự dẫn động từ trục cơ làm cho trục cam quay Khi

bề mặt làm việc của vấu cam 11 tác động vào con đội 10 làm cho con đội chuyểnđộng đi lên, dẫn đến đũa đẩy 9 cũng chuyển động đi lên, khi đũa đẩy 9 chuyểnđộng đi lên thì sẽ tác động vào đuôi đòn bẩy 6 làm cho đuôi đòn bẩy 6 chuyểnđộng đi lên và xoay xung quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bẩy 6 chuyển động đixuống tác động vào đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyển động đi xuống lúc này lò

xo 2 bị nén lại Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thông cửa nạp với bêntrong xi lanh (nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả).Khi vấu cam 11 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2 dãn ra và làm choxupáp 5 đóng lại, kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ Quá trìnhnày diễn ra liên tục trong suốt quá trình làm việc của động cơ

Ống dẫn hướng 1 có nhiệm vụ định hướng cho xupap 5 chuyển động tịnh tiến.móng hãm 4, đĩa tựa lò xo 3 có tác dụng cố định cán xupap với đĩa ép lò xo, khôngcho xupap rơi xuống buồng đốt Lò xo 2 có tác dụng luôn luôn đẩy xupap đóng kín

bệ xupap

Vít điều chỉnh 7 có tác dụng điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap

Tùy loại xupap nạp hay xả mà ta điều chỉnh khe hở nhiệt của các xupap này

Sở dĩ cần có khe hở nhiệt là vì khi động cơ hoạt động, dưới tác dụng của nhiệt độ

và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao, xupap tiếp xúc trực tiếpvới nhiệt độ cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt bị hở, động cơhoạt động vói công suất không đạt yêu cầu, hiệu suất không cao Ngoài ra hệthống còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc mở hé xupap để thực hiện việc giảm

áp cho xilanh khi cần

Thông thường khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng 0,3 ÷ 1,5 mm, cònxupap nạp nằm trong khoảng 0,1÷ 0,2 mm

Xupap đặt trong thân máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũađẩy, đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupap

Khi dùng xupap treo có ưu điểm: Diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ, mặt khác,dòng khí lưu thông ít bị ngoặt vì vậy giảm được tổn thất nhiệt, tạo điều kiện thảisạch và nạp đầy hơn

Do xupap bố trí trong phần không gian của xilanh theo dạng treo nên buồngcháy rất gọn, đây là điều kiện tiên quyết có tỷ số nén cao

Đường nạp, đều bố trí trên nắp xilanh nên dòng khí lưu thông thanh thoát hơn,đồng thời tăng tiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy, cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo cũng tồn tại một số khuyếtđiểm như dẫn động xupap phức tạp, có nhiều chi tiết hơn và được bố trí ở thânmáy và nắp xilanh nên làm tăng chiều cao động cơ Lực quán tính của các chi tiếttác dụng lên trục cam và con đội lớn hơn Nắp máy của động cơ phức tạp hơn nênkhó khăn khi chế tạo, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém

2.2 Xupap.

2.2.1 Công dụng.

Cho khí nạp vào buồng đốt và cho khí cháy ra ngoài với thời gian ngắn trongmột chu kỳ làm việc của piston Xupap hoạt động được theo chiều thẳng đứng nhờvào ống dẫn hướng xupap

Miệng xupap được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupap và dẫnnhiệt truyền qua xupap khi xupap đóng kín Xupap được làm bằng thép chịu nhiệt

vì khi xupap nạp phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupap xả phải chịu nhiệt độ

500 – 8000C

Xupap là chi tiết trực tiếp cho dòng khí nạp vào buồng đốt và thảo khí cháy rangoài cới một thời gian ngắn trong một chu kỳ làm việc của piston Trong quátrình làm việc xupap chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt

Về tải trọng cơ học: nấm xupap chiu áp suất khí thể từ 0,6 – 1,5 MN/m2 vàchịu tác động của lực quán tính nên khi làm việc luôn bị va đập mạnh nên rất dễgây biến dạng

Về tải trọng nhiệt: xupap thải làm việc trực tiếp với khí thải có nhiệt độkhoảng 1000 – 1200 0C và với tốc độ dòng khí vào cỡ 400 – 600 (m/s), xupap thảithường quá nóng và bị mòn Xupap nạp nhờ dòng khí nạp làm mát nên chịu nhiệtnhỏ hơn xupap xả

XUPẠP NẢ P XUPẠP XAÍ

Ø5.5 Ø5.5

2.2.2 Kết cấu: gồm 3phần chính phần nấm xupap, thân xupap và đuơi xupap.

a Phần nấm.

Kết cấu của nấm xupap chẳng những ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm màcịn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và tình trạng của dịng khí lưu động quahọng xupap Nấm xupap nạp và xả của động cơ mitsubishi 4DQ50 là loại nấmbằng Ưu điểm của loại này là dễ chế tạo

Mặt làm việc quan trọng của nấm là mặt cơn, cĩ gĩc độ a = 450 Điều này vừađảm bảo được độ bền của nấm, vừa đảm bảo tiết diện lưu thơng khi mở xupap vàvừa đảm bảo dịng khí lưu động dễ dàng Gĩc a này càng nhỏ thì tiết diện lưuthơng càng lớn Tuy nhiên nếu a càng nhỏ thì mặt nấm càng nhỏ, độ cứng vữngcủa mặt nấm càng kém do đĩ dễ bị cong vênh, tiếp xúc khơng kín khít với đếxupap

Đôi khi góc mặt côn trên nấm xupap còn làm nhỏ hơn góc mặt côn trên đếxupap từ (0,5 – 1) để xupap có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài củamặt côn Làm như vậy có thể đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bịbiến dạng nhỏ.

+ Chiều rộng của mặt côn trên nấm xupap nạp và thải b = 2(mm)

+ Đường kính của nấm xupap nạp Xn = 35(mm)

+ Đường kính của nấm xupap thải Xt = 30(mm)

+ Chiều dày của nấm xupap nạp (0.08 – 0.114) Xn = 0,114.35 = 4

+ Chiều dày của nấm xupap thải (0.08 – 0.12) Xt = 0.12.30 = 4

b Phần thân xupap.

Thân xupap có đường kính thích hợp để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt và chịuđược lực nghiêng khi xupap đóng mở Để giảm nhiêt độ cho xupap người ta có xuhướng tăng đường kính cho thân xupap và kéo dài ống dãn hướng đến gần nấmxupap Nhưng do đảm bảo tiết diện lưu thông và gọn nhẹ nên thân xupap cũngkhông thể làm quá lớn Vì hệ thống phân phối khí động cơ mitsubushi xupap đượcdẫn động từ trục cam nên xupap chịu lực ngang lớn nên đường kính thân xupaplớn

Thân xupap nạp và thải có dạng hình trụ dài Chỗ chuyển tiếp giữa thân vànấm có góc lượn

Chiều dài của thân xupap tùy thuộc vào cách bố trí xupap Nó thường thay đổitrong phạm vi khá lớn lt = (2,5 – 3,5).X chiều dài của thân xupap cần lựa chọn đủ

để lắp ống dẫn hướng và lò xo xupap

c Đuôi xupap.

Hình 2.3 kết cấu phần đuôi xupap

Phần đuôi xupap trực tiếp va đập với con đội do đó mặt trên của phần đuôiphải được tôi cứng Ở phần đuôi xupap có đoạn khoét rãnh để lắp móng hãm.

Đế chặn lò xo phía trên được lắp với xupap bằng 2 móng hãm hình côn lắp vàođoạn có đường kính nhỏ trên đuôi Mặt phía ngoài của móng hãm ăn khớp với mặtcôn của lỗ đĩa lò xo

Móng hãm được chế tạo dạng hình côn

Kiểu lắp dùng móng hãm có ưu điểm lớn là không gây nên ứng suất tập trungtrên đuôi xupap Tuy vậy viêc gia công móng hãm rất khó khăn

2.3 Đế xupap.

Hình 2.4 kết cấu đế xupap.

Cơ cấu phân phối khí động cơ mitsubishi 4DQ50 dùng xupap treo, đường thải

và nạp được bố trí trên nắp xilanh Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanhkhi chịu lực va đập của xupap, người ta dùng đế xupap ép vào họng đường thải vàđường nạp Vì thân máy và nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nên đếxupap được ép cho cả đường nạp và đường thải

Kết cấu của đế xupap rất đơn giản Mặt ngoài của đế là hình trụ nên có vátmặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupap Đế được chế tạo bằng thép hợpkim chịu mài mòn

như có thể dùng vật liệu tốt nhằm tăng tuổi thọ, ống dẫn hướng được chế tạo rờirồi lắp vào nắp xilanh

Ø5.5 3

Ø5.5 3

Một đầu của ống dẫn hướng được vát côn để việc lắp ghép được dễ dàng

2.4.2 Vật liệu chế tạo.

Ống dẫn hướng chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclit.Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanhnhôm Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũngkhông xảy ra hiện tượng kẹt xupap

2.5 Lò xo xupap.

2.5.1 Công dụng.

Lò xo xupap có nhiệm vụ giữ cho xupap đóng kín sát vào đế xupap không chokhí nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài Lò xo xupap giữ cho các chi tiết làm việccủa xupap nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khixupap chuyển động do đó đóng mở xupap chính xác theo biên dạng cam

Lò xo chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ và chịu dao động

Kết cấu lò xo của xupap nạp và thải trong động cơ là giống nhau Có chiều dàilớn nhất là llx = 47.31 Lò xo có tổng công 8 vòng Số vòng công tác là 6 (không

kể 2 vòng đầu của lò xo) Nếu số vòng công tác của lò xo càng ít thì mỗi vòng của

lò xo sẽ biến dạng càng nhiều vì vậy lò xo chịu ứng suất xoắn càng lớn Ngược lạinếu số vòng công tác quá nhiều, lò xo quá dài, độ cứng của lò xo giảm, tầng sốdao động tự do thấp dễ bị cộng hưởng, sinh va đập với mặt cam

Đa số một cây xupap dùng một lò xo, một số động cơ người ta dùng hai lò xocho một cây xupap Để tránh lò xo bị gãy do cộng hưởng ở số vòng quay cao,người ta chế tạo lò xo xupap có bước thay đổi Lực đàn hồi của lò xo phải đủ lớn

để giữ cho xupap làm việc chính xác Nếu lực đàn hồi quá lớn sẽ làm cho các chitiết mau mòn Ở một số động cơ, cơ cấu xoay xupap thay thế cho đế chặn lò xo

Cơ cấu này làm cho xupap xoay để đảm bảo cho xupap đóng kín trên bệ do muội

2.5.3 Điều kiện làm việc.

Lò xo xupap làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột Vìvậy vật liệu chế tạo lò xo thường là dây thép có đường kính 3mm

2.6 Con đội.

29,96 Ø

29,96 Ø

Hình 2.7 kết cấu con đội.

a con đội xupap nạp b Con đội xupap xả

2.6.1 Công dụng.

Con đội là chi tiết máy truyền lực trung gian dùng để truyền chuyển động từtrục cam đến xupap thông qua đũa đẩy và đòn bẩy

2.6.2 Điều kiện làm việc.

Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò xo xupap và lựcquán tính của các chi tiết chuyển động

Con đội có thể chia làm 3 loại chính:

+ Con đội hình nấm và hình trụ: Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trêncác loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho hệ thống phối khí xupap đặt, đôi khidùng cho xupap kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp với đũa đẩy Sở dĩ làm

như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi đườngtâm 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 tránhđược hiện tượng cào xước

Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupapđặt Thân con đội thường nhỏ, đặt, vít điều chỉnh khe hở xupap bắt trên phần đầucủa thân

+ Con đội lăn: gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn Lò xo chặn có tácdụng không cho con đội xoay Ngoài ra còn có bulong bắt trong thân máy để conđội hoạt động đúng hướng

Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn Cơ cấu con đội con lăn có tác dụnglàm giả ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu hao nhiên liệu

+ Con đôi thủy lực: để tránh hiên tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn và vađập, trong các xe du lịch cao cấp người ta thường dùng con đội thủy lực Dùngloại con đội này sẽ không còn tồn tại khe hở nhiệt

Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu điểm đặt biệt đó là có thể tựđộng thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí Vì khi tốc độđộng cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupap mở sớm hơn khi chạyvới 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 trên, nhưng một điều cần đặt biệtlưu ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượngdầu 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

Động cơ mitsubishi 4DQ50 dùng con đội hình trụ Khi dùng loại con đội nàythì dạng cam phân phối khí là cam lồi Đường kính tiếp xúc với mặt cam phải cóđường kính lớn nhất để tránh hiện tượng bị kẹt

Loại con đội này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, gọn nhẹ Đường kính thâncon đội thường có kích thước bằng đường kính mặt tiếp xúc

Mặt tiếp xúc giữa con đội không phải là mặt phẳng mà là mặt cong có đườngkính khá lớn nên khó nhận ra Làm như vậy để tránh hiện tượng mòn vẹt con độikhi mà đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam.

Ngoài ra để thân con đội và nấm mòn đều ta thường lắp con đội lệch với cammột khoảng e = 1 – 3 (mm) Như thế trong quá trình làm việc con đội vừa tịnh tiếnvừa có thể xoay quanh trục của nó

Đường kính đáy và chiều dài thân của con đội của xupap nạp và thải như nhau.Đường kính thân con đội d = 22.2mm

Chiều dài thân con đội l = 27.5mm

2.7.Đòn bẩy.

2.7.1 Công dụng.

Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupap theođúng pha phân phối khí Đòn bẩy được gắn trên trục của nó Hoạt động của đònbẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc trục cam Nhờ có đòn bẩy xupap đóng mở theo đúngpha phân phối khí

2.7.2 Kết cấu.

Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh Sau khi điều chỉnh khe hởnhiệt vít này được hãm chặt bằng đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupap thường cómặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mònthay thế được dễ dàng

Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờnchứa trong phần rỗng của trục Ngoài ra trên đòn bẫy người ta còn khoan lổ để dẫndầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupap và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh

2.8.2 Kết cấu

Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xupap treo thường là một thanh thépnhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẫy Để giảmtrọng lượng đũa đẩy thường được làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn vớicác đầu tiếp xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm (đầu tiếpxúc với vít điều chỉnh) Đôi khi cả hai đầu tiếp xúc của đũa đẩy đều là hình cầu

2.8.3 Vật liệu chế tạo.

Đũa đẩy thường làm bằng thép cacbon thành phần trung bình, đầu tiếp xúc làmbằng thép cacbon thanh phần cacbon thấp, hàn gắn với đũa đẩy rồi tôi đạt độ cứngHRC 50 – 60

cổ trục Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc

độ phối khí và số kỳ của động cơ Cam có thể được làm liền trục hoặc c ó thể làmrời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc

2.9.2 Vật liệu chế tạo.

Thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH,12XH hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép 45 Cácmặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trụccam ) đều thâm than và tôi cứng

+ 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 diesel Số cổ loại

thiếu cổ Z = (i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng

Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịumài mòn như babit, hợp kim chì, hợp kim nhôm

Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên than haynắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulong hay gugiong, kết cấu