đề tài nghiên cứu hệ thống phân phối khí thông minh trên động cơ ô tô

Hệ thống phânphối khí là một trong những hệ thống cơ bản để cấu thành nên một động cơ đốt trong,nó cũng là hệ thống mà được các kỹ sư đã và đang vẫn tìm cách cải tiến một cách hoànchỉnh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 2024

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay Ôtô là một trong những phương tiện giao thông không thểthiếu đối với việc phát triển kinh tế - xã hội Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹthuật được ứng dụng rất nhiều vào nền công nghiệp sản xuất Ôtô Công nghệ chế tạo,lắp giáp và sửa chữa ngày càng được cải tiến mạnh mẽ, để tạo ra một chiếc Ôtô hiệnđại, tiện nghi đảm bảo vệ sinh môi trường và giảm tối thiểu tai nạn giao thông

Nước ta hiện nay đang trên đà phát triển, thực hiện việc công nghiệp hóahiện đại hóa đất nước Do đó nhu cầu về đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng cao

cả về chất lượng và số lượng Vì thế nhà nước ta đã ưu tiên phát triển ngành côngnghiệp này Hiện nay ở nước ta đã có nhiều công ty cổ phần, liên doanh với nướcngoài về sản xuất, lắp giáp ô tô xe máy như : FORD, TOYOTA, MERCEDES,HONDA, SUZUKI…

Được sự phân công của khoa Cơ khí Động lực và sự giúp đỡ của cô DươngThị Thu Hằng trong quá trình hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phân phối khíthông minh trên động cơ ô tô” Đề tài đã giúp em hoàn thiện và củng cố hơn nữa kiếnthức của mình về hệ thống phân phối khí trên dòng xe hiện đại, áp dụng những gì đãđược học từ lý thuyết trong công tác bảo dưỡng sửa chữa thực tế Điều này khôngnhững kéo dài tuổi thọ làm việc của chi tiết mà còn tăng cường thêm tính chất làm việc

ổn định, tin cậy của hệ thống phân phối khí

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa và cácbạn đã giúp em hoàn thành đề tài được giao!

Hưng Yên, ngày……tháng……năm 2024

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Với một sự phát triển nhanh và mạnh của thị trường ô tô Việt Nam Một yêucầu được đặt ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhất động cơ của ô tô,

nhất là về phần điều khiển Để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năngcủa nó, đem lại chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (ít tiêu hao nhiên liệu, giảm sự ô nhiễm, côngsuất động cơ) cao nhất

Ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong được coi là bộ phận tất yếu củangành cơ khí Vấn đề tạo đội ngũ kỹ thuật kỹ thuật về động cơ đốt trong có số lượng

và chất lượng nhất định phải được coi trọng Trong động cơ đốt trong có rất nhiều hệthống kết hợp với nhau, mỗi hệ thống đều có vai trò nhất định của nó Hệ thống phânphối khí là một trong những hệ thống cơ bản để cấu thành nên một động cơ đốt trong,

nó cũng là hệ thống mà được các kỹ sư đã và đang vẫn tìm cách cải tiến một cách hoànchỉnh nhất để cải thiện tính nhiên liệu và khí thải hiện nay

Đó cũng là lý do mà em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu hệ thống phân phối khí thông minh trên động cơ ô tô” Trong phạm vi giới hạn của đề

tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các công việc cần phải làm để khai thác hết tínhnăng Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những động cơtương tự sau này

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu được công dụng, phân loại hệ thống phân phối khí trên ô tô

- Nghiên cứu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí lắptrên ô tô

- Phân tích được những hư hỏng, xây dựng được quy trình kiểm tra và sửa chữa

hệ thống phân phối khí

1.3 Phương pháp nghiên cứu đề tài

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương phápnghiên cứu sau:

- Tra cứu tài liệu, giáo trình kỹ thuật, đặc biệt là các cuốn cẩm nang khai thác,bảo dưỡng sửa chữa của các hãng

- Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên mạng internet, các website về chuyênngành ô tô

- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra nhữngđánh giá và nhận xét của riêng mình

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

- Nghiên cứu kết cấu, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí trênđộng cơ

- Nghiên cứu một số loại cơ cấu phân phối khí thông minh trên ô tô

- Xây dựng quy trình tháo lắp, phương pháp kiểm tra và sửa chữa hệ thống phânphối khí trên động cơ ô tô

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

2.1 Cơ cấu phân phối khí trên động cơ ô tô

2.1.1 Nhiệm vụ của cơ cấu phân phối khí.

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí Thải sạchkhí ra khỏi xylanh và nạp đầy, đủ hỗn hợp khí mới vào xylanh để động cơ làm việcliên tục được

2.1.2 Yêu cầu của cơ cấu phân phối khí.

- Đảm bảo thải sạch và nạp đầy

- Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí ra ngoài trong quá trình nén hay

là cháy dãn nở

- Các xupap phải đóng mở đúng theo các thời điểm mong muốn đã đượcquy định sẵn

- Độ mở xupap phải lớn để dòng khí lưu thông được tốt nhất

- Hệ thống phải hoạt động trơn tru, êm dịu, tin cậy và công chi phí chế tạothấp

2.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống nạp.

- Tất cả các đường ống dẫn khí đều phải được thiết kế đặc biệt để lưu lượng,tốc độ và chiều dẫn không khí được điều khiển tốt nhất

- Cung cấp đầy đủ và đảm bảo sạch cho từng xylanh theo yêu cầu để có thểcháy được hoàn hảo

- Giảm tiếng ồn xuống hết mức có thể khi lưu động

- Sấy nóng sẵn hỗn hợp khí - nhiên liệu khi cho đi vào xylanh

* Yêu cầu đối với hệ thống xả.

- Dẫn khí của động cơ thải ra ngoài không khí

- Giảm tiếng ồn hết mức có thể

2.1.4 Phân loại cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong.

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí ra khỏi xylanh vànạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xylanh trong quá trình làm việc của động cơ,đảm bảo đóng kín cửa nạp và cửa xả trong suốt quá trình làm việc

1 Cơ cấu phân phối khí có xupap treo.

Hình 2 1: Cơ cấu phân phối khí xupap treo

Cơ cấu phân phối khí có xupap treo( hình 1) có các xupap được bố trí ở phíatrên của nắp máy Hệ thống nạp xả này được dùng ở hầu hết trong các động cơ diesel

và động cơ xăng có tỷ số nén cao

Cơ cấu của xupap treo bao gồm:

Trục cam, con đội, đòn gánh, đũa đẩy, lò xo ống dẫn hướng và xupap Đối với các cơcấu xupap treo có trục cam đặt ở phía trên nắp máy thì cũng có thể không có đũa đẩy

mà thay vào đó là bánh răng và xích Ngoài ra có thể có hoặc không có đòn gánh Khitrục cam quay, cam sẽ chuyển động tịnh tiến cùng con đội làm cho đũa đẩy cũng sẽchuyển động tịnh tiến theo Do đó làm cho đòn gánh quay xung quanh trục đòn Đầucủa đòn gánh sẽ đè lên đuôi xupap làm cho xupap chuyển động tịnh tiến đi xuống mởcửa nạp và cửa xả để thực hiện quá trình trao đổi khí Vào lúc cam không có con độithì lò xo xupap dãn nở ra, khi đó xupap chuyển động đi lên đóng cửa nạp và cửa xả lại

để thực hiện quá trình nén cháy, dãn nở và sinh công Ở tư thế này khi máy cònnguội, giữa đầu đòn gánh và đuôi xupap sẽ có khe hở gọi là “ khe hở nhiệt ” Nhờ đó

mà máy làm việc, nhiệt độ tăng lên, xupap dãn nở, buồng đốt cũng không bị hở nhiệt

2 Cơ cấu phân phối khí có xupap đặt.

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí xupap đặt

1-Đế xupap; 2-Xupap; 3-Ống dẫn hướng xupap; 4-Lò xo xupap; 5-Móng hànhtinh côn; 6-Đĩa chặn lò xo; 7-Bu lông điều chỉnh 8-Đai ốc hãm; 9-Con đội; 10-Trục

cam

Cơ cấu phân phối khí có xupap đặt: loại này thường dùng ở động cơ chạy nguyênliệu là xăng Ở đây không có đũa đẩy, đòn gánh con đội (9) trực tiếp truyền động choxupap (2) Khi chúng ta thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông (7) và

ốc hãm (8) thì ta sẽ có thể điều chỉnh được khe hở nhiệt Loại hệ thống nạp xả cóxupap đặt này đã làm tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupaptreo Do đó độ tin cậy làm việc của xupap này cao hơn hệ thống nạp xả của xupap treo

và an toàn hơn loại xupap treo Vì giả xử, móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũngkhông rơi vào xylanh, không gây hư hỏng cho piston, xylanh đặc biệt khi có động cơlàm việc

3 Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp xupap.

Hình 2 3: Cơ cấu phân phối khí có xupap treo, trục cam đặt ở nắp xupap

1-Xupap; 2-Lò xo xupap; 3-Trục cam; 4-Đĩa tựa; 5-Bu lông điều chỉnh; 6-Thân xupap;7-Vành tựa; 8-Mặt trụ; 9-Đĩa tựa lò xo

Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap này khi trụccam được đặt trên nắp xylanh, cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mở xupap, khôngqua con đội, đũa đẩy và đòn gánh Mặc dù hệ trục và hai cặp bánh răng côn có phứctạp, chế tạo

khó nhưng nó có ưu điểm là làm việc êm hơn, ít gây tiếng ồn hơn Vì cơ cấu nàykhông có chi tiết làm việc theo chuyển động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp cóđòn gánh và đũa đẩy Loại này có xupap rỗng ghép Bu lông (5) giúp ta điểu chỉnhđược chiều dài xupap, cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữa mặt tựa của cam và đuôixupap)

Tuy nhiên, đối với xupap xả thường làm việc ở nhiệt độ từ 300 độ C đến 400 độ

C Vì vậy các đường ren sẽ bị kẹt do han rỉ, việc điều chỉnh bu lông (5) sẽ trở nên khókhăn hơn Lò xo xupap ở đây có hai chiếc, chúng có độ cứng khác nhau, chiều quántính ngược nhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy sẽ tránh được sự cộng hưởng nênbền lâu hơn

Đối với máy nhỏ, đôi khi người ta đúc liền một khối nên không điều chỉnh đượckhe hở nhiệt Trong trường hợp này nhà chế tạo để cho khe hở nhiệt lớn hơn một chút,khi độ mòn càng lớn, khi máy làm việc thì có thể có tiếng gõ nhưng cấu tạo đơn giản,làm việc an toàn hơn

4.Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên xylanh nhưng vẫn có đòn gánh

Hình 2 4: Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên xylanh nhưng vẫn

có đòn gánh.

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên xylanh nhưng vẫn có đòn gánh được thểhiện rõ trên hình vẽ 2.4.Trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng cam không trực tiếp tì vàonắp xupap mà lại thông qua đòn gánh số.Chuyển động từ trục khuỷu cho trục cambằng xích.Điều chỉnh khe hở nhiệt được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh và ốc hãm ởđầu đòn gánh

5 Cơ cấu phân phối khí điều khiển bằng điện tử.

Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình

Hệ thống điểu khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soátliên tục tình trạnh hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến,

xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hànhluôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạtđộng của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết đểgiảm thiểu tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu thải ramôi trường

ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúpchẩn đoán khí có sự cố xảy ra Điều khiển động cơ bao gồm điều khiển phun nhiênliệu, điều khiển góc phối cam, điều khiển đánh lửa, điều khiển ra tự động

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2 6: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống điều khiển Valvetronic

1-Mô tơ; 2-Bộ truyền trục vít, bánh vít; 3-Cần dẫn hướng;

4-Trục nắp cần dẫn hướng; 5-Đòn gánh; 6-Lò xo xupap; 7-Xupap

Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họng bướm

ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu Bướm ga mởcàng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càng nhiều Tại vùng họng bướm ga,bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng, nhưng piston vẫn còn hoạt động,không khí được lấy vào từ một phần của ống thông của đường ống phân phối đườngvào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga và buồng đốt có độ chân không thấp, ngăn cản

sự tác động của sự hút vào bơm của piston, làm lãng phí năng lượng

Các kỹ sư ô tô nói đến hiện tượng này như sự bỏ phí năng lượng khí có sự bơm.Động cơ hoạt động càng chậm thì sự lãng phí năng lương càng lớn Valvetronic giảmtối thiểu mất mát khí bơm bằng sự giảm bớt sự tăng lên của trục van và số lượngkhông khí của buồng cháy So với những động cơ cam đội kiểu cũ thì với sự xuất hiện

của bánh con lăn có bộ định hướng, valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, mộtmotor điện và cần đẩy trung gian mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của xupap lớnnhất, sẽ làm cho tiết diện lưu thông qua các van lớn nhất.

6 Cơ cấu phân phối khí có trục cam trên đỉnh.

Ngày nay thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì cơ cấu này có nhiều

ưu điểm hơn cơ cấu phân phối khí xupap đặt Cấu tạo nhỏ gọn của nó làm cho buồngcháy gọn hơn, đây là yêu tố quan trọng để có tỷ số nén cao và giảm được khả năngkích nổ của động cơ xăng Ngoài ra, dòng khí lưu thông ít bị tổn thất hoặc chỉ tổn thấtnhỏ để tạo điều kiện cho việc thải sạch và nạp đầy hơn

Hình 2.7: Cơ cấu phoios khí trục cam trên đỉnh DHOC

Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh là thuật ngữ trong công nghệ ô tô để chỉ cơcấu điều hành sự chuyển động của động cơ ô tô nhờ vào cách đặt trên đỉnh động cơ

Có một số cơ cấu thông dụng như SOHC, DOHC,

Hình 2.8: Cơ cấu SOHC

Một số cơ cấu SOHC (viết tắt cho từ single over head camshaft )

Dùng để chỉ cơ cấu phân phối khí trục cam trên đỉnh Trong cơ cấu này được bố trítrong cụm xylanh (trên đỉnh piston) được dẫn động bởi xích cam và điều chỉnh xupapthông qua

- Ưu điểm của cơ cấu: Do giảm thời gian chi tiết và dẫn động nên nó hoạt động ổn

định hơn, ngay cả tốc độ cao

Tuy nhiên cơ cấu này có nhược điểm là khả năng đáp ứng của xupap không nhanhbằng cơ cấu DOHC

Hình 2.9: Cơ cấu DOHC

Cơ cấu DOHC cho phép thiết kế dạng buồng ưu việt hơn loại SOHC Khả năng đápứng và hoạt động xupap cũng nhanh hơn và chính xác hơn so với lại SOHC Do vậy, cơcấu này cần áp dụng cho các loại động cơ cần tính năng cao, tốc độ cao

2.2 Một số loại hệ thống phân phối khí thông minh trên động cơ ô tô

Xu hướng phát triển của ô tô hiện đại ngày nay là gia tăng tốc độ cực đại từ

180 – 250 km đến 250 – 330 km/h và giảm thiểu lượng tiêu hao nhiên liệu Các giảiphát đưa ra nhằm tăng tốc độ động cơ bằng cách điều khiển hệ thống phân phối khíhoặc thay đổi hành trình xupap thông minh Tiếp theo đó, các hãng xe trên thế giới

đã và đang áp dụng giải pháp thứ hai là vào mục đích trên các công nghệ nhưVVTL-i , VVT-i của Toyota trên dòng xe Toyota hạng trung và sang như: ToyotaVious, Toyota Camry

VTEC của Honda trên động cơ 4 xi lanh như Honda City, Honda AccordHybrid, MIVEC của Mitsubishi, VALETRONIC của BMW, VVEL Ninssan, lầnlượt xuất hiện và đã khẳng định được tầm quan trọng của vấn đề trên.

Hiện nay, trên động cơ ô tô có nhiều kí hiệu chữ cái viết tắt như HONDA gọi tắtVTEC hay i-VTEC, VVT–i và VVTL–i của Toyota Chúng tôi nhằm quảng bá côngnghệ mới nhất và tiên tiến nhất của các hãng nhưng bên cạnh đó người tiêu dùng khôngthể hiểu hết được các kí hiệu phức tạp đó

Dẫn động cam biến thiên là một giải pháp thay đổi thời điểm phối khí, việc này cóthể thực hiện nhờ điều khiển khớp xoay cam kiểu dầu hoặc kiểu điện Các kiểu khớp dầu

có cánh, kiểu piston di trượt hoặc kiểu thay đổi sườn căng xích cam đều điều khiển thôngqua một van dầu, van này sẽ chuyển cửa dầu từ tuyến dầu bôi trơn động cơ đến khớp dầu

và xả dầu từ khớp dầu về đường dầu hồi để làm sớm hoặc muộn thời điểm phối khí Kiểukhớp điện được thực hiện bằng việc điều khiển mở mô tơ điện Sau đây chúng em sẽphân tích về một số giải pháp đó:

2.2.1 Điều khiển khớp xoay cam kiểu dầu

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trục đơn giản điều khiển một trục cam nạp

Khớp xoay cam kiểu dầu được bố trí ở đầu trục cam và sẽ xoay trục cam một góc cùng