Thuyết minh bài tập lớn kết cấu Ô tô Đề tài cơ cấu phân phối khí

LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ.Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt đểchuyên chở người h

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NCM Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

-THUYẾT MINH

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU Ô TÔ

ĐỀ TÀI : CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Cán bộ hướng dẫn : Thầy Nguyễn Tiến Dũng

Sinh viên thực hiện : Cao Đức Trụ MSSV : 20207003

Lớp : 141695

Khóa : K65

Hà Nội - 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ.Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt đểchuyên chở người hàng hóa với các khoảng cách khác nhau, trên nhiều địa hình.Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển với nhiều ứng dụng mới, công nghệmới và ngày càng thân thiện với môi trường

Nhiều loại nhiên liệu được dùng cho ô tô,nhưng Xăng và dầu Diesel vẫn đượcdùng phổ biến.Một cơ cấu không thể thiếu trên ô tô là cơ cấu phối khí : sử dụng đểcung cấp nhiên liệu cho động cơ,giúp động cơ làm việc tốt ở các tải trọng và điềukiện khác nhau

Nghiên cứu về cơ cấu phối khí là rất quan trọng, giúp mọi người hiểu được sựhoạt động của động cơ ở nhiều chế độ làm việc, giúp tiết kiệm nhiên liệu đồng thờilàm giảm các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường

Do kiến thức lý luận và thực tiễn còn hạn chế, bài làm của em không thể tránhkhỏi sự thiếu sót Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp, cũng nhưnhững chỉ bảo tận tình của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Tiến Dũng đã giúp em hoàn

thành bài tập này

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨUⅠ TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 4

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 4

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍⅡ TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 5

2.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 5

2.2 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI 6

2.2.1 CÔNG DỤNG 6

2.2.2 PHÂN LOẠI 6

2.2.2.1 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPAP TREO 6

2.2.2.2 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CÓ XUPAP ĐỨNG 7

2.2.2.3 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CÓ TRỤC CAM TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP CHO XUPAP 8

2.2.2.4 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ CÓ TRỤC CAM ĐẶT TRÊN NẮP XYLANH NHƯNG VẪN CÓ ĐÒN GÁNH 10

2.2.2.5 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 10

CHƯƠNG : SƠ ĐỒ CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CƠ CẤUⅢ : SƠ ĐỒ CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 14

3.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 14

3.1.1 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPAP TREO 14

3.1.1.1 LOẠI DẪN ĐỘNG GIÁN TIẾP 14

3.1.1.2 LOẠI DẪN ĐỘNG TRỰC TIẾP 16

3.1.2 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPAP ĐẶT 18

CHƯƠNG : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA CƠ CẤUⅣ : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 20

4.1 TRỤC CAM 20

4.2 DẪN ĐỘNG TRỤC CAM 21

4.3 XUPAP 21

4.4 CÁC CHI TIẾT KHÁC 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Ⅰ : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1Tính cấp thiết của 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 nhà nghiên cứu và chế tạo động cơ, trước các yếu tố hết sức khắt khe về tiết kiệm nhiênliệu 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 sử dụng, sửa chữa, cải tiến,…Ngoài ra tìm hiểu hệ thống phân phối khí còn bổ sung them nguồntài liệu để phục vụ cho việc học tập cũng như công việc sau này

1.2 Mục tiêu nghiên cứu :

- Mục tiêu nghiên cứu chủ yếu là nắm bắt được cấu tạo của hệ thống, từ đó áp dụng vào quá trình bảo dưỡng kiểm tra và sửa chữa cơ cấu phân phối khí

1.3 Đối tượng nghiên cứu :

- Đối tượng nghiên cứu tập chung vào hệ thống phân phối khí trên xe ô tô connói chung

1.4 Phương pháp nghiên cứu :

- Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu: sử dụng và kế thừa những liệu sẵn

có để xây dựng và phát triển thành cơ sở dữ liệu cần thiết cho việc nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: sử dụng trong việc phân tích và nghiêncứu, lựa chọn quy trình hợp

- Phương pháp điều, khảo sát thực tế: là cơ sở để kiểm nghiệm quy trình đượcxây dựng với tình hình thực tế

CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI Ⅱ: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI

- Đảm bảo chất lượng trong quá trình trao đổi khí

- Đảm bảo các xupap phải đóng mở đúng thời điểm

- Độ mở phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông

- Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giản nở

- Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, công chi phí thấp

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa

c) Điều kiện làm việc :

- Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệtrất lớn Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên đến 10.000đến 20.000 N,trong động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể tăng đến 30.000N

- Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biếndạng Do xupap trực tiếp tiếp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt độ rấtcao Nhiệt độ của xupap thải trong động cơ xăng thường đạt 800-850 0C, trongđộng cơ diezel là 500-600 0C Nhất là trong kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếpxúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao, vào khoảng 700-900 0C đối với động cơdiezel còn ở động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200 0C Hơn nữa tốc độ dòng khí thải

rất lớn, mới bắt đầu thải có thể đạt được 400-600 m/s nên khiến cho xupap nhất làxupap xả thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn Ngoài ra trong nhiên liệu

có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap Vì vậy vật liệu dùng đểchế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóahọc và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao

2.2 Công dụng và phân loại.

2.2.1 Công dụng :

- Cơ cấu phối khí hay còn gọi là hệ thống phân phối khí có công dụng điềukhiển quá trình trao đổi khí trong xylanh Thực hiện các công việc đóng mở các cửanạp và cửa xả với mục đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy gồmxăng - không khí đối với động cơ xăng) và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh

2.2.2 Phân loại :

2.2.2.1 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo :

- Cơ cấu phân phối khí có xupap treo ( Hình 1.1), các xupap được bố trí ở phía

trên của nắp máy Hệ thống nạp xả này được dùng hầu hết trong động cơ diesel vàđộng cơ cơ xăng có tỷ số nén cao Cơ cấu xupap treo gồm: trục cam, con đội, đũađẩy, đòn gánh, lò xo, ống đẫn hướng và đế xupap

- Đối với cơ cấu xupap treo có trục cam đặt ở phía trên nắp máy Thì có thểkhông có đũa đẩy mà thay vào đó là xích hoặc bánh răng Và có thể có hoặc không

có đòn gánh Khi trục cam quay, cam sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho con độilàm cho đũa đẩy chuyển động tịnh tiến do đó làm cho đòn gánh quay quanh trụcđòn gánh Đầu đòn gánh sẽ đè lên đuôi xupap làm cho xupap chuyển động tịnh tiến

đi xuống mở cửa nạp và xả để thực hiện quá trình trao đổi khí Vào lúc cam khôngđội con đội thì lò xo xupap sẽ giãn ra, làm cho xupap chuyển động đi lên đóng cửanạp và xả lại để thực hiện quá trình nén, cháy, giãn nở và sinh công Ở tư thế này,lúc máy còn nguội, giữa đầu đòn gánh và đuôi xupap sẽ có khe hở, gọi là “khe hởnhiệt” Nhờ nó, khi máy làm việc, do nóng lên, xupap có giãn nở, buồng đốt cũngkhông bị, hở nhiệt

Hình 2.1 Cơ cấu phân phối khí xupap treo 1-Cò mổ 2- Đũa đẩy 3- Xupap 4- Con đội 5- Trục cam.

2.2.2.2 Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng (xupap đặt):

- Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng trình bầy trên hình 1.2, loại này thường

dùng ở máy xăng

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng.

1 –đế xupap; 2 – xupap; 3- ống dẫn huớng xupap; 4 – lò xo xupap;5– móng hãm hình côn; 6 – đĩa chặn lò xo; 7 – bulông điều chỉnh;; 8– con đội; 9– trục cam

- Ở đây không có đũa đẩy, đòn gánh, con đội 8 trực tiếp truyền động choxupap 2 Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông 7 và ốc hãm sẽđiều chỉnh được khe hở nhiệt Loại hệ thống nạp xả có xupap đứng này làm tăngdiện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupap treo do đó độ tin cậy khilàm việc của loại này cao hơn hệ thống nạp xả có xupap treo Và an toàn hơn loạixupap treo, vì giả sử móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vàoxylanh, không gây hư hỏng cho piston, xylanh đặc biệt khi khi động cơ đang làmviệc

2.2.2.3 Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap :

(Hình 1.3)

- Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap thể hiệntrên hình vẽ (hình 1.3) Khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp điềukhiển việc đóng, mở xupap, không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh…… Tuy nhiên

hệ trục và hai cặp bánh răng côn có phức tạp, chế tạo khó, nhưng nó có ưu điểm làlàm việc êm hơn, ít gây tiếng ồn Bởi vì cơ cấu này không có chi tiết làm việc theochuyển động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp có đòn gánh và đũa đẩy Loạinày có xupap rỗng, ghép Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap, sẽ cho phépđiều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupap) Tuy nhiên, đối vớixupap xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 – 400)0C vì vậy các đường ren dễ bịkẹt do han rỉ, điều chỉnh bu lông 5 rất khó Lò xo xupap ở đây có hai chiếc có độcứng khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy tránhđược sự cộng hưởng nên bền lâu hơn Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền mộtkhối, như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt Trong trường hợp này, nhà chếtạo để khe hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khimáy làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.

Hình 2.3 Cơ cấu phân phối khí có xupap được dẫn động trục tiếp bằng cam

1–xupap xả; 2–lò xo xupap; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh; 6–thân xupap

rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ;

2.2.2.4 Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có

đòn gánh : ( hình 1.4)

- Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn

gánh được thể hiện trên hình vẽ (Hình 1.4) Trục cam đặt trên nắp xylanh, nhưng

cam không trực tiếp tỳ vào xupap mà thông qua đòn gánh Chuyển động từ trụckhuỷu cho trục cam bằng xích Điều chỉnh khe hở nhiệt được thực hiện nhờ vít điềuchỉnh và ốc hãm ở đầu đòn gánh

Hình 2.4 Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn

gánh.

2.2.2.5 Cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử

a Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

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

- Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểmsoát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từcảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấuchấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảbiến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứngcần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiênliệu ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúpchẩn đoán khi có sự cố xảy ra Điều khiển đông cơ bao gồm điều khiển phun nhiênliệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển góc phối cam, điều khiển ra tự động

b Sơ đồ cấu tạo: (hình 1.6)

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển kiểu Valvetronic.

1:Mô tơ bước; 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.

- Hê thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họngbướm ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu Bướm

ga mở càng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càng nhiều Tại vùng họngbướm ga, bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng, nhưng những piston vẫncòn hoạt động, không khí được lấy vào từ một phần của ống thông của đường ốngphân phối đầu vào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga và buồng đốt có độ chânkhông thấp ngăn cản tác động của sự hút vào và bơm vào của những piston, làmlãng phí năng lượng.Các kỹ sư ô tô nói đến hiện tượng này như sự bỏ phí nănglượng khi có sự bơm Động cơ hoạt động càng chậm thì các bướm ga đóng càngnhiều, và sự lãng phí năng lượng càng lớn Valvetronic giảm tối thiểu mất mát khibơm bằng sự giảm bớt sự tăng lên của trục van và số lượng không khí đi vào buồngcháy So với những động cơ cam đôi kiểu cũ với sự xuất hiện của bánh con lăn có

bộ phận định hướng, valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, một mô tơ điện

và một số cần đẩy (đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở củacác xupap Nếu đòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí

mở xupap lớn nhất và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất Như vậy,valvetronic có khả năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quátrình nạp được đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳthuộc vào vị trí định trước trên động cơ

CHƯƠNG Ⅲ : : SƠ ĐỒ CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.

3.1.1. Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo :

Hình 3.1 Cơ cấu phối khí dùng xupap treo

3.1.1.1 Loại dẫn động gián tiếp.

a) Sơ đồ cấu tạo ( Hình 3.2)

Hình 3.2 Cơ cấu phân phối khí có xupap treo dẫn động gián tiếp

1 - Trục cam 2 - Con đội 3 - Đũa đẩy 4 - Vít điều chỉnh 5 - Đai ốc hãm.

- Khi trục cam 1 quay, quả đào truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội 2 và đũa đẩy 3 làm đòn gánh 6 quay quanh trục đòn gánh 7, đầu đòn gánh đè xupap 10 xuống mở cửa xylanh, khi vấu cam ở vị trí cao nhất thì xupap mở hoàn toàn.Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi xuống, lúc này cam không còn đội con đội nữa, dưới tác dụng của lực lò

xo 9 giãn ra làm xupap đậy kín bệ xupap, đồng thời đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại Bạc dẫn hướng 11 có nhiệm vụ định hướng cho xupap 10 chuyển động tịnh tiến Móng hãm 8, đĩa tựa lò xo có tác dụng cố định cán xupap với đĩa ép lò xo, không cho xupap rơi xuống buồng đốt Lò xo 9 có tác dụng luôn luôn đẩy xupap đóng kín bệ xupap.

- Vít điều chỉnh 4 có tác dụng điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap.

- Tùy loại xupap nạp hay xả mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các xupap này Sở dĩ cần phải 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 tiếp với nhiệt độn cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt bị hở, động cơ hoạt động với công suất không đạt yêu cầu, hiệu suất không cao Ngoài ra hệ thống còn có trục giảm

áp dùng để đóng hoặc mở hé xupap để thực hiện việc giảm áp cho xylanh khi cần

- Thông thường khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng 0,3 - 1,5 mm, còn xupap nạp nằm trong khoảng 0,1 – 0.2 mm.

- Số xupap trên nắp xylanh, tỷ số kết cấu của xupap được bố trí và chọn sao cho phù hợp Động cơ diesel 4 kỳ bố trí từ 2 đến 4 xupap trên nắp xylanh Góc côn của đĩa xupap thường chọn γ = 30 – 45 °.

- Ưu nhược điểm của loại cơ cấu này : có nhiều chi tiết hơn và được bố trí ở thân

máy và nắp xylanh nên làm tăng chiều cao động cơ Lực quán tính của các chi tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn hơn Nắp máy của động cơ phức tạp hơn nên khó khăn khi chế tạo Tuy nhiên, do xupap bố trí trong phần không gian của xylanh dạng treo nên buồng cháy rất gọn Đây là điều kiện tiên quyết có tỷ số nén cao Mặt khác, dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tạo điều kiện thải sạch và nạp đầy hơn

3.1.1.2 Loại dẫn động trực tiếp :

a Sơ đồ cấu tạo: (hình 3.3)