Nghiên cứu khả năng dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong

Cơ cấu phân phối khí trục cam đặt trên nắp tác động trực tiếp lên xupap trường hợp có sử dụng cốc mỏng dẫn hướng...15 Hình 2.6.. Với lý do nêu trên nên tôi chọn đề tài khóa luận là: “Ngh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học:ThS Nguyễn ngọc Tuấn

Hà Nội, 2015

LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng và sâu sắc tới:

Thầy hướng dẫn khoa học: ThS Nguyễn Ngọc Tuấn - người trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành khóa luận này

Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm, Tổ Vật lí kỹ thuật khoa Vật Lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Gia đình, bạn bè đã quan tâm, chia sẻ, giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Sinh viên

ĐỖ THỊ THÚY

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi.Các số liệu, kết quả trong khóa luận là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khóa luận khác

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Sinh viên

ĐỖ THỊ THÚY

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU……… 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

PHẦN NỘI DUNG Chương 1 - Tổng quan tình hình nghiên cứu dẫn động xupap trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong……… 3

1.1 Tình hình nghiên cứu dẫn động xupap trên thế giới……….………… 3

1.2 Tình hình nghiên cứu dẫn động xupap tại Việt Nam…… ………… 8

1.3 Kết luận chương 1……….……… 9

Chương 2 - Các phương án dẫn động bằng cơ khí……… ……… 11

2.1 Phương án gián tiếp……….……… 12

2.2 Phương án trực tiếp…… ………15

2.3 Các giải pháp hoàn thiện cơ cấu dẫn động xupap bằng cơ khí……….18

2.4 Kết luận chương 2……….………23

Chương 3 – Phương án dẫn động bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong 24

3.1 Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực………24

3.2 Kết cấu của hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực có sử dụng van phân phối……… 26

3.3 Kích thước hình học của rãnh cấp và vị trí bố trí chúng trên ống lót của van phân phối……… 29

3.4 Quy luật cấp chất lỏng cho xi lanh thủy lực……… 31

3.5 Phương trình toán học mô tả chuyển động của xupap dẫn động bằng

thủy lực… ……….…33

3.5.1 Phương trình mô tả chuyển động của con trượt………33

3.5.2 Phương trình mô tả chuyển động của xupap dẫn động bằng thủy lực………35

3.6 Kết quả khảo sát mô hình toán học dẫn động xupap bằng thủy lực………38

3.6.1 Áp suất nguồn nuôi không đổi, tốc độ trục phân phối thay đổi………38

3.6.2 Tốc độ trục phân phối không đổi, áp suất nguồn nuôi thay đổi………40

3.6.3 Ảnh hưởng của độ cứng lò xo xupap đến quy luật động học của xupap dẫn động bằng thủy lực……… ……42

3.7 Kết luận chương 3 ………44

PHẦN KẾT LUẬN……… …….46

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……… 47

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG, BIỂU VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Van điện từ dẫn động xupap 3

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động xupap bằng khí nén 5

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động xupap bằng thủy lực 6

Hình 1.4 Hệ thống nạp thông minh 8

Hình 2.1 Dẫn động xupap 11

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt 12

Hình 2.3 Phương án dẫn động gián tiếp xupap với trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu 13

Hình 2.4 Phương án dẫn động gián tiếp xupap với trục cam trên nắp máy 14

Hình 2.5 Cơ cấu phân phối khí trục cam đặt trên nắp tác động trực tiếp lên xupap trường hợp có sử dụng cốc mỏng dẫn hướng 15

Hình 2.6 Cơ cấu dẫn động bằng xích 16

Hình 2.7 Dẫn động bằng đai 17

Hình 2.8 Các phương án dẫn động trục cam 17

Hình 2.9 Con đội thủy lực 21

Hình 2.10 Đầu tỳ thủy lực 20

Hình 2.11 Phương án sử dụng trục cam có nhiều tiết diện 21

Hình 2.12 Điều khiển phân phối khí có dạng cam thay đổi 22

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực 25

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực có sử dụng van phân phối kiểu khóa 26

Hình 3.3 Sơ đồ kết cấu của van phân phối và sơ đồ kết nối 27

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý van phân phối kiểu con trượt 28

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán góc quay của cửa cấp trên trục phân phối 29

Hình 3.6 Hình dáng của rãnh cấp trên van phân phối 30

Hình 3.7 Sơ đồ bố trí của cửa cấp, cửa xả trên ống lót 31 Hình 3.8 Sơ đồ tính toán sự biến thiên diện tích cửa cấp chất lỏng công tác 32 Hình 3.9 Mô hình tính toán quy luật chuyển động của con trượt 33 Hình 3.10 Mô hình tính toán quy luật chuyển động của xupap dẫn động bằng thủy lực 36 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ trục phân phối đến các giá trị cực đại của chuyển dịch, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực 39 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của áp suất nguồn nuôi đến các giá trị cực đại của chuyển vị, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực 41 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của độ cứng lò xo đến chuyển vị của xupap 42 Bảng 3.4 Hành trình của xupap dẫn động bằng thủy lực 43 Bảng 3.5 Trị số ‘thời gian – tiết diện’ lý thuyết của xupap dẫn động bằng thủy lực 43 Bảng 3.6 Pha lý thuyết của xupap dẫn 44

Cơ cấu phối khí được sử dụng nhiều nhất trên động cơ thường có 3 loại chính là: cơ cấu phối khí dùng xupap, cơ cấu phối khí dùng van trượt, cơ cấu phối khí hỗn hợp hay cơ cấu phối khí sử dụng kết hợp cả xupap và van trượt Trong đó cơ cấu phối khí dùng xupap được sử dụng rộng rãi hơn cả vì chúng

có kết cấu đơn giản, làm việc với độ tin cậy cao, giá thành chế tạo, sửa chữa tương đối thấp

Trong cơ cấu phối khí thì việc dẫn động xupap luôn hướng tới mục đích la trị số "thời gian – tiết diện" là lớn nhất Và dẫn động xupap được tiến hành với nhiều phương án khác nhau và mỗi phương án thì có ưu, nhược điểm riêng, phương án dẫn động xupap bằng thủy lực có những ưu điểm hơn

cả khắc phục những hạn chế của các phương án khác Với lý do nêu trên nên tôi chọn đề tài khóa luận là: “Nghiên cứu khả năng dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ động cơ đốt trong”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu dẫn động bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong nhằm khắc phục những hạn chế khi dẫn động xupap bằng các phương án khác

2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Các phương án dẫn động xupap bằng cơ khí trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong và đánh giá ưu, nhược điểm, biện pháp khắc phục hạn chế

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu dẫn động xupap trong cơ cấu phân phối khí

- Phương án dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong: sơ đồ nguyên lý chung, sơ đồ nguyên lý sử dụng van phân phối, quy luật cấp chất lỏng công tác cho xyalnh thủy lực, phương trình toán học mô tả chuyển động của xupap trong hệ thống dẫn động bằng thủy lực, đánh giá kết quả khảo sát mô hình toán học dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phối khí động cơ đốt trong 4.2 Phạm vi nghiên cứu

Dẫn động xupap trong động cơ đốt trong

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lí luận: Sách Báo, tạp chí, công trình liên quan đến đề tài

3

PHẦN NỘI DUNG Chương 1 - TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DẪN ĐỘNG

XUPAP TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Có nhiều hãng đi tiên phong trong lĩnh vực hoàn thiện quá trình làm việc của động cơ bằng cách tối ưu các hệ thống Tuy nhiên cơ cấu phối khí sử dụng trên các động cơ hầu như vẫn giữ nguyên kiểu dẫn động cơ khí truyền thống Việc nghiên cứu thay đổi hệ thống dẫn động xupap được tác giả Andrew Stubbs (đại học Boston) và hãng FEV của Cộng hòa liên bang Đức nghiên cứu và thí nghiệm theo hướng dẫn động bằng cơ điện từ

Một van điện từ đảm nhiệm chức năng đống mở xupap Van điện từ gồm: vỏ ngoài, lò xo, hai cuộn dây điện từ, lõi sắt từ (phần cứng) như trên hình 1.1, phần cứng có thẻ dịch chuyển trong khe của hai cuộn dây điện từ

Hình 1.1 Van điện từ dẫn động xupap

1 – xupap; 2 – lò xo dưới; 3 - cuộn mở; 4 – lõi thép từ;

5 - cuộn đóng; 6 – lò xo đẩy

4

Van điện từ hoạt động theo nguyên lý: khi không có dòng điện cấp cho các cuộn dây điện từ, dưới tác dụng của lò xo xupap và lò xo của lõi sắt, lõi sắt nằm ở vị trí giữa khe hở của hai cuộn dây; lúc này động cơ không làm việc Trong quá trình động cơ làm việc, cuộn đóng dùng để giữ lõi sắt khiến cho xupap ở trạng thái đóng Để mở xupap, cần ngắt điện cuộn đóng và dưới tác dụng của lò xo lõi sắt, lõi sắt bị đẩy dịch về phía gần với cuộn mở, đồng thời cuộn mở được cấp điện làm cho lõi sắt tiếp tục dịch chuyển, mở xupap và

lò xo xupap bị nén lại Để đóng xupap, lại ngắt điện cuộn mở và cấp điện cho cuộn đóng Thời điểm đóng, mở xupap được hệ thống điện tử điều khiển phù

hợp với các chế độ làm việc của động cơ

Phương pháp dẫn động xupap kiểu cơ điện từ có thể kiểm soát được quá trình làm việc của động cơ như thay đổi pha phối khí phù hợp với các chế

độ làm việc, như vậy có thể giảm được mức độ độc hại trong khí xả Tiết kiệm tới 15 % nhiên liệu Hệ thống làm việc êm dịu do giảm được số lượng các chi tiết chuyển động Tuy hệ thống dẫn động kiểu này đơn giản về mặt kết cấu, song lại rất nhiều phức tạp về mặt điều khiển, đòi hỏi công nghệ chế tạo tiên tiến, do đó làm tăng giá thành động cơ Quá trình bảo dưỡng hệ thống đơn giản, nhưng quá trình sửa chữa lại phức tạp

Các công trình nghiên cứu dẫn động xupap bằng khí nén ít được công

bố, tuy nhiên nếu sử dụng khí nén trong việc dẫn động xupap thì có thể theo một sơ đồ nguyên lý chung như trên hình 1.2

Tín hiệu điều khiển có thể lấy từ trục cam hoặc bộ cảm biến vị trí, cũng

có thể lấy trực tiếp từ trục khuỷu của động cơ

Van phân phối 3 cấp khí đến các xi lanh chấp hành 6 để mở hoặc đóng các xupap 7 Van phân phối có thể dược điều khiển bằng cơ khí hoặc điện

5

3 2 4 5 6

1 8 7

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dẫn động xupap bằng khí nén

1 - nguồn áp suất; 2, 5 - đường ống; 3 – van phân phối;

4 - tiết lưu; 6 – xi lanh chấp hành; 7 – xupap

Các xi lanh chấp hành có thể là loại tác động hai chiều hoặc một chiều Trong trường hợp tác động một chiều thì lò xo xupap được giữ nguyên, còn khi sử dụng xi lanh tác động hai chiều thì xupap được đóng bằng khí nén

Có thể khái quát nguyên lý làm việc của hệ thống này như sau: khi có tín hiệu mở xupap đưa tới điều khiển van phân phối, thì van sẽ cấp khí nén để

mở hoặc đóng xupap theo chu trình làm việc của động cơ

Phương án sử dụng khí nén dẫn động cho xupap có những ưu, nhược điểm sau:

Ưu điểm: để tạo nguồn khí nén, có thể điều chỉnh được áp suất làm việc của hệ thống dễ dàng; thời gian tác động nhanh, có thể tận dụng luôn nguồn khí nén trên xe máy

6

Nhược điểm: do có sự tác động tức thời của hệ thống nên khó điều khiển, khó khăn trong quá trình bôi trơn cho các chi tiết chuyển động, do khí nén chưa được tách hoàn toàn hơi nước nên gây ra han gỉ các chi tiết dẫn đến tình trạng kẹt, đặc biệt là khi hệ thống ngừng làm việc trong thời gian dài ở điều kiện khí hậu Việt Nam, khó khăn trong vấn đề làm kín; khi tốc độ lớn, van khí nén khó đáp ứng được yêu cầu đóng mở xupap

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý dẫn động xupap bằng thủy lực

có sử dụng gốm áp điện điều khiển van phân phối

1 – con trượt; 2 - bản lề; 3 - cụm gốm áp điện;

4 – pittong dẫn động xupap; 5 – xu pap

Dòng chất lỏng công tác được được điều khiển bằng các van điện từ Ví

dụ khoa chế tạo máy của trường Đại học Nam Ca – ro – lina đã sử dụng cụm gốm áp điện để điều khiển van phân phối thay thế hoàn toàn trục cam (hình 1.3)

7

Nguyên lý hoạt động: Khi có một xung điện áp điều khiển từ bộ điều khiển thì cụm gốm áp điện 3 sẽ giãn nở Sự giãn nở tuyến tính này tác động đến con trượt 1 thông qua bản lề 2 và khi đó dòng chất lỏng bị thay đổi hoặc dược dẫn vào khoang trên hoặc được dẫn vào khoang dưới pittong dẫn động xupap 4 để đóng hoặc mở xupap 5 Khi điện áp giảm dần thì cụm gốm áp điện

co lại và van phân phối làm việc hoàn toàn ngược lại so với cụm gốm áp điện được cấp điện hệ thống làm việc với tần số 50Hz tương đương 600 v/phút, tốc

độ trục khuỷu thay đổi thời gian đóng mở xupap được thực hiện bằng cách

thay đổi điện áp cấp cho cụm gốm áp điện

Hãng Ford đã thử chế tạo một vài sản phẩm dẫn động xupap bằng thủy lực điều khiển bằng van điện từ song nó bộc lộ một số hạn chế đó là các cuộn van điện từ tiêu tốn khá nhiều năng liệu và có những hạn chế của chính bản thân các van điện từ Tuy nhiên, thiết kế này ít nhiều cho phép thay đổi được

pha phối khí

Ngoài hướng sử dụng các tín hiệu điện để điều khiển xupap như trên với các động cơ mà trên đó hệ thống cung cấp điện không có sẵn thì việc sử dụng hệ thống dẫn động xupap kiểu cơ - thủy lực tỏ ra khả thi Trong hệ thống này không sử dụng các cuộn dây điện từ hay cụm gốm áp điện nhưng vẫn giữ nguyên phần chấp hành bằng thủy lực Một trong những kết cấu kiểu này được Vianney Rabhi đề xuất, theo tác giả thì khi sử dụng cơ cấu điều khiển này hoàn toàn có thể thay đổi được thời điểm đóng, mở và cả hành trình xupap Đây là phương án điều khiển phù hợp cho bất kì động cơ nào mà không đòi hỏi trên động cơ đó phải có một nguồn điện như các phương pháp điều khiển bằng điện Tuy nhiên việc chế tạo các xơ cấu này đòi hỏi một công nghệ tiên tiến

8

1.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay trên các động cơ vẫn sử dụng phương án dẫn động xupap bằng cơ khí là chủ yếu hãng như HonDa có sử dụng hệ thống dẫn động xupap mới gọi là “hệ thống nạp thông minh” có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupap bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau Ở dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tăng lên Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng

Hình 1.4: Hệ thống nạp thông minh

Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc 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

9

mổ, dẫn động các xupap nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa Mỗi xupap nạp được dẫn động bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay đòn 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 các xupap thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn động các xupáp

Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy tay đòn chữ

T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc độ cao

Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu về khả năng dẫn động của xupap trong cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong Tuy nhiên trong thực tế thì chưa có động cơ có tốc độ nào sử dụng thủy lực để dẫn động xupap

1.3 Kết luận chương 1

Qua việc tìm hiểu tình hình nghiên cứu phát triển các phương án dẫn động mới (khí nén, điện tử, thủy lực) cho xupap trên thế giới ta thấy rằng phương án này đang được các nhà chế tạo động cơ nghiên cứu và bước đầu được áp dụng do chúng có những ưu điểm nổi bật như: kiểm soát được quá trình làm việc của động cơ bằng cách thay đổi pha phối khí phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ, hệ thống làm việc êm dịu do giảm được các chi tiết chuyển động đơn giản về mặt kết cấu và đơn giản trong việc chăm sóc, bảo dưỡng, nhưng dòi hỏi công nghệ chế tạo cơ khí và điện tử rất hiện đại

Trong số các phương án mới, phương án dẫn động bằng thủy lực điều khiển bằng cơ khí có nhiều triển vọng hơn đối với điều kiện và khả năng công

10

nghệ ở Việt Nam bởi khi xupap dẫn động bằng thủy lực có thể loại bỏ hoàn toàn các chi tiết trung gian như con đội, đĩa đẩy, cò mỏ thậm chí cả trục cam tùy thuộc vào từng kết cấu cụ thể; giảm tải trọng quán tính do giảm các chi tiết có khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến; có khả năng thay đổi thời điểm đóng mở xupap, điều mà việc sử dụng trục cam dẫn động xupap rất khó thực hiện

11

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG

XUPAP BẰNG CƠ KHÍ Hiện nay trên các động cơ, xupap được dẫn động chủ yếu bằng cách cụ thể là dùng trục cam để đóng , mở xupap Và thông qua các chi tiết trung gian như con đội, đũa đẩy, đòn gánh, cò mổ … thì xupap được dẫn động một cách gián tiếp Ngoài ra để giảm bớt các chi tiết dẫn động trung gian xupap được dẫn động trực tiếp từ cam hoặc qua một chi tiết trung gian là đòn bẩy để khuyếch đại hành trình xupap Và ta có hai phương án dẫn động xupap bằng

cơ khí chủ yếu là phương án gián tiếp và phương án trực tiếp và chúng có những hạn chế nhất định

Hình 2.1 Dẫn động xupap

a Dẫn động trực tiếp

b Dẫn động kiểu gián tiếp thông qua cơ cấu trung gian (cò mổ)

c Dẫn động kiểu gián tiếp thông qua cơ cấu trung gian (con đội, đũa đẩy, cò mổ)

d Dẫn động kiểu gián tiếp thông qua cơ cấu trung gian (con đội

e Dẫn động kiểu gián tiếp thông qua cơ cấu trung gian (con đội cò mổ)

12

2.1 Phương án gián tiếp

Những động cơ có sơ đồ bố trí xupap đặt thường sử dụng phương án dẫn động gián tiếp xupap thông qua con đội và sử dụng mộ trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt

1 – trục cam; 2- thân máy; 3- con đội; 4 – đế lò xo xupap; 5- lò xo xupap; 6 - ống dẫn hướng; 7 – xupap; 8 –bánh răng dẫn động bánh răng cam

Xupap được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupap thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xi lanh 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 Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn Một khuyết điểm nữa là đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và gia công thân máy, đường thải, nạp khó thanh thoát, tổn thất nạp thải lớn

– Xupáp; 11 – Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu

Xupap đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy dẫn động gián tiếp xupap

Trên các động cơ cao tốc, trục cam được bố trí trên nắp xi lanh thay cho việc bố trí giữa hai khối thân xi lanh hoặc trong hộp trục khuỷu (hình 2.4)

14

Hình 2.4 Phương án dẫn động gián tiếp xupap

với trục cam trên nắp máy

Việc đưa trục cam lên bên trên nắp xi lanh làm cho kết cấu dẫn động đơn giản hơn (giảm được con đội, đũa đẩy và cò mổ nếu đẫn động trục tiếp xupap) Như vậy sẽ giảm được tải trọng lực quán tính, khối lượng, kích thước

lò xo xupap và cho phép tăng tốc độ động cơ

Một nhược điểm của phương án bố trí này là khoảng cách lớn giữa trục khuỷu và trục cam Nếu dùng hệ thống bánh răng hoặc kết hợp bánh răng, bánh răng côn và trục truyền thì kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết, khối lượng và lực quán tính lớn nên ảnh hưởng tới khả năng gia tốc và hạn chế mức độ cường độ hóa động cơ theo tốc độ trục khuỷu Nguyên nhân là tiếng ồn lớn và hiệu suất cơ khí của bộ truyền giảm nhanh ở tốc độ cao Để khắc phục những nhược điểm này người ta thường sử dụng bộ truyền xích (TOYOTA, LADA, HONDA, MOCKBH4 412) Xích còn được dùng cho cả trường hợp khi mà trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu thay cho việc dùng ba, bốn bánh răng

15

2.2 Phương án dẫn động trực tiếp

Trên các động cơ công suất lớn số lượng xupap nhiều hơn (thường là bốn) cho mỗi xi lanh nên thường dùng hai trục cam cho một dãy xi lanh và cam tác động trực tiếp lên xupap Như vậy trong kết cấu của cơ cấu phân phối khí sẽ không còn đũa đẩy, cò mổ, trục cò mổ, con đội và kết cấu trở nên đơn giản hơn

Hình 2.5 Cơ cấu phân phối khí trục cam đặt trên nắp máy tác động trực tiếp

lên xupap, trường hợp có sử dụng cốc mỏng dẫn hướng

Ở động cơ tốc độ cao xích và đai răng thường được dùng dẫn động các trục cam Phương án này làm giảm đến mức tối đa giới hạn các chi tiết truyền động từ trục cam đến xupáp thuận tiện cho việc tăng tốc độ động cơ Dẫn động bằng xích có ưu điểm gọn nhẹ có thể dẫn động trục cam ở khoảng cách lớn Tuy vậy phương án này có nhược điểm là giá thành của xích đắt hơn giá thành chế tạo bánh răng nhiều Khi phụ tải lớn và sau một thời gian sử dụng, xích thường bị rão, gây nên tiếng ồn và làm sai lệch phân phối khí Để giữ cho xích luôn được căng thường dùng cơ cấu căng xích có lò xo hoặc vít điều

10 – bạc của bulông điều chỉnh; 11- bu lông điều chỉnh; 12 – cơ cấu đỡ xích;

13 – bánh răng dẫn động bơm dầu

Việc kết hợp xích để dẫn động cả bơm cao áp và các cụm khác càng làm cho kết cấu thêm đơn giản Tuy nhiên tuổi thọ của xích thấp, giá thành xích cao làm tăng giá thành của động cơ Nhược điểm nữa của bộ truyền động xích là phải thực hiện bôi trơn (như với truyền động bánh răng), xích bị rão sẽ làm muộn pha phối khí trong khi phải có cơ cấu căng và giảm rung động xích

Một phương án khác thay cho xích là dùng đai răng Đai răng cho phép tăng tốc độ truyền động mà tiếng ồn lại thấp hơn trong khi không cần bôi trơn

vì thế các động cơ hiện đại ngày nay, kể cả động cơ điêsel, có xu hướng dùng dây đai răng thay cho xích (hình 2.7)

18

Khi cam dẫn động trực tiếp xupap thì giảm được tải trọng quán tính tác động lên cơ cấu, tiếng ồn va đập nhỏ (cho dù thường phải dùng thêm cốc mỏng dẫn hướng để chịu lực ngang), độ tin cậy làm việc của cơ cấu cao Do giảm được nhiều chi tiết chuyển động trung gian nên giảm giá thành của cơ cấu nói riêng và của động cơ nói chung Chính vì những lí do trên mà phương pháp dẫn động trực tiếp xupap đang được sử dụng phổ biến trên các động cơ hiện nay, đặc biệt là động cơ của các nước tư bản Tuy nhiên trong cơ cấu dẫn động xupap bằng cơ khí, vấn đề điều chỉnh vô cấp rất khó thực hiện và tính

êm dịu của chuyển động thấp

2.3 Các giải pháp hoàn thiện cơ cấu dẫn động xupap bằng cơ khí

Trong quá trình làm việc, xupap và các chi tiết khác của cơ cấu phối khí giãn nở do chịu nhiệt độ cao Vì vậy để tránh hiện tượng xupap bị kênh thì phải có khe hở nhiệt trong khâu dẫn động xupap

Chính vì có khe hở niệt này nên khi đóng, mở xu pap gây nên tiếng gõ đập đặc biệt là khi thay đổi tốc độ động cơ Trong quá trình động cơ làm việc khe hở nhiệt thường bị thay đổi, do đó theo một chu kì nhất định cần phải điều tra, điều chỉnh lại Biện pháp khắc phục nhược điểm này là triệt tiêu khe

hở nhệt (khe hở đuôi xupap) Khe hở nhiệt được triệt tiêu bằng con đội thủy lực hoặc đầu tỳ thủy lực (một dạng kết cấu khác của con đội thủy lực) Đầu tỳ thủy lực có thể đặt trực tiếp trên phần đuôi xupap hoặc trên cò mổ

Con đội thủy lực có cấu tạo như hình 2.9, với nguyên lý làm việc như

sau: Khi cam tác động vào con đội để mở xupáp thì con đội sẽ đi xuống phía

dưới, cho đến khi lỗ dầu 6 được bịt kín bởi piston số 1 thì dầu ở buồng a và b bắt đầu bị nén Lúc này ta coi hai buồng dầu như là một khối cứng Con đội tác động vào đuôi xupáp đẩy xupáp làm lò xo nén, lúc này van bi 4 đóng ngăn cách giữa buồng a và buồng b trong quá trình làm việc dầu trong buồng bị

19

nén, do lắp ghép sẽ rò rỉ một phần dầu qua khe hở giữa piston và xi lanh Khi

cam thôi tác động lò xo xupáp đẩy cho xupáp trở lại trạng thái đóng kín, lò xo

3 giãn ra đẩy cho phần thân của con đội đi lên, phần thân luôn tỳ vào xupáp Khi lỗ dầu 6 thoát ra khỏi piston 1 thì một lượng dầu từ mạch bôi trơn qua lỗ

6 bổ xung vào buồng a và buồng b của con đội Không có khe hở nhiệt vì vậy

quá trình làm việc rất êm không phải điều chỉnh khe hở nhiệt, tự động điều chỉnh trị số thời gian tiết diện

Hình 2.9 Con đội thủy lực

1 – pittong; 2 – lòng dẫn hướng; 3 – lò xo; 4 – van bi (van một chiều) ;

5 – thân con đội; 6 – đường vào dầu; 7 – lò xo van bi (lò xo hồi vị)

Đầu tỳ thủy lực có cấu tạo như hình 2.10 và nguyên lý làm việc như sau: