Khoá luận tốt nghiệp 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.... Với lý do nêu trên nên tôi chọn đề tài khóa luận là: “Nghiên cửu khả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2

TR Ư Ờ N G ĐẠI H Ọ C s u PHẠM HÀ NỘI 2

K H O A Vậ t LỶ

ĐỎ THỊ THÚY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DẪN ĐỘNG XUPAP BẰNG

ĐỘNG C ơ ĐỐT TRONG

Chuyên ngành: Vật lí kĩ thuật

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

Neu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên

ĐỎ THỊ THÚY

MỤC LỤC

PHẦN M Ở Đ Ầ U 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cún 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

PHẰN 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 N am 8

1.3 Ket 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 k hí 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 Ket 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 chuyến động của xupap dẫn động bằng

thủy lự c 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 Ket quả khảo sát mô hình toán học dẫn động xupap bằng thủy lự c 38

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

3.6.2 Tốc độ trục phân phối không đổi, áp suất nguồn nuôi thay đ ố i 40

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

3.7 Kết luận chương 3 44

PHẦN KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KH ẢO 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 m inh 8

Hình 2.1 Dần 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 Dan 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 kiếu 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 31Hình 3.8 Sơ đồ tính toán sự biến thiên diện tích cửa cấp chất lỏng côngtác 32Hình 3.9 Mô hình tính toán quy luật chuyển động của con trượt 33Hình 3.10 Mô hình tính toán quy luật chuyến động của xupap dẫn độngbằng thủy lực 36Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tốc độ trục phân phối đến các giá trị cực đại củachuyển dịch, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực 39Bảng 3.2 Ảnh hưởng của áp suất nguồn nuôi đến các giá trị cực đại củachuyển vị, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực 41Bảng 3.3 Ảnh hưởng của độ cứng lò xo đến chuyển vị của xupap 42Bảng 3.4 Hành trình của xupap dẫn động bằng thủy lực 43Bảng 3.5 Trị số ‘thời gian - tiết diện’ lý thuyết của xupap dẫn động bằngthủy lực 43Bảng 3.6 Pha lý thuyết của xupap dẫn 44

PHÀN MỞ ĐÀU

1 Lí do chọn đề tài

Trong động cơ đốt trong, cơ cấu phối khí có nhiệm vụ đặc biệt quan trọng trong việc thực hiện quá trình thay đổi khí trong xi lanh động cơ: thải sạch khí cháy và nạp đầy hỗn hợp nhiên liệu hoặc không khí vào xi lanh Và chính cơ cấu này ảnh hưởng rất nhiều đến các đặc tính kĩ thuật của động cơ

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 họp 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 cửu 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

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 cún

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Dan động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phối khí động cơ đốt trong

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Dan 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

2

PHÀN NỘI DUNG Chương 1 - TỐNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN c ứ u 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 kiếu dẫn động cơ khí truyền thống Việc nghiên cún 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 dân động xupap

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

5 - cuộn đóng; 6 - l ò xo đây

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 Đe 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 chuyến, mở xupap và

lò xo xupap bị nén lại Đe 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 họp 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 đối 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 đế mở hoặc đóng các xupap 7 Van phân phối có thế dược điều khiến bằng cơ khí hoặc điện

4

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lỷ của hệ thống dẫn động xupap bằng khỉ nén.

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

4 - tiết lim; 6 — xỉ 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

Nhược điếm: 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 gom áp điện điều khiến van phân phối

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

4 -p ỉtto n g 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 đế điều khiến van phân phối thay thế hoàn toàn trục cam (hình1.3)

6

Nguyên lý hoạt động: Khi có một xung điện áp điều khiến 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 đối hoặc dược dẫn vào khoang trên hoặc được dẫn vào khoang dưới pittong dẫn động xupap 4 đế 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 đối điện áp cấp cho cụm gốm áp điện

Hãng Ford đã thử chế tạo một vài sản phâm dẫn động xupap bằng thủy lực điều khiến 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 tù’ Tuy nhiên, thiết kế này ít nhiều cho phép thay đổi được pha phối khí

Ngoài hướng sử dụng các tín hiệu điện đế 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 họp cho bất kì động cơ nào mà không đòi hỏi trên động cơ đó phải có một nguồn điện như các phương pháp điều khiến bằng điện Tuy nhiên việc chế tạo các xơ cấu này đòi hỏi một công nghệ tiên tiến

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 m inh” 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 on 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

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

Hình 1.4: H ệ thống nạp thông minh

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 Đe 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 chuyến cùng với cam tốc độ thấp Lúc này các xupap thay đối 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

Ớ 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 hiếu 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 un điểm nổi bật như: kiểm soát được quá trình làm việc của động cơ bằng cách thay đối 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 khiến bằng cơ khí có nhiều triển vọng hơn đối với điều kiện và khả năng công

nghệ ở Việt Nam bởi khi xupap dẫn động bằng thủy lực có thế 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.

10

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG

XUPAP BẰNG C ơ 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 Dan động xupap

a Dân động trực tiêp

b Dân động kiếu giản tiếp thông qua cơ cẩu trung gian (cò mô)

c Dân động kỉếu gián tiếp thông qua cơ cẩu trung gian (con đội, đũa đây, cò mô)

d Dân động kiếu giản tiếp thông qua cơ cẩu trung gian (con đội

e Dan động kiếu gián tiếp thông qua cơ cẩu trung gian (con đội cò mô)

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 cẩu phân phổi khí dùng xupap đặt

1 - trục cam; 2- thân máy; 3- con đội; 4 - đế lò xo xupap; 5- lò xo xupap; 6 - ổng dân hướng; 7 - xupap; 8 -bánh răng dân động bảnh 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 tòng cặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đon 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

12

Xupap treo được dẫn động bằng trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu cũng rất thông dụng cho động cơ hình chữ “V” cũng như trong động cơ một

xi lanh (hình 2.3)

Hình 2.3 Phương án dân động gián tiếp xupap với trục cam

bố trí trong hộp trục khuỷu

1 - Trục cam; 2 - Con đội; 3 - Đũa đây; 4 — Vít điều chỉnh; 5 - Trục đòn

bây; 6 - Đòn bây; 7 - Đe chặn lò xo; 8 - Lò xo xupáp; 9 - Ồng dân hướng; 10

- Xupảp; 1 1 - Dây đai; 12 - Bảnh 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

3

»

2.4)

Hình 2.4 Phương án dân động gián tiêp 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 Neu dùng hệ thống bánh răng hoặc kết họp 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 Đe khắc phục những nhược điếm 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

14

2.2 Phương án dẫn động trực tiếp

Trên các động cơ công suất lớn số lượng xupap nhiều hon (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 mố, con đội và kết cấu trở nên đơn giản hơn

Hình 2.5 Cơ cấu phân phổi khỉ trục cam đặt trên пар mảy tác động trực tiếp

lên xupap, trường họp có sử dụng côc mỏng dân hướng

ơ 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 Dan 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 điếm 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 Đe giữ cho xích luôn được căng thường dùng cơ cấu căng xích có lò xo hoặc vít điều

chỉnh độ căng của xích Đe chống rung cho xích người ta dùng tấm dẫn hướng cho xích, (hình 2.6)

Hình 2.6 Cơ cấu dân động bằng xích

1 - trục khuỷu; 2 - bảnh răng cơ; 3 - xích; 4 - guốc căng xích; 5 - cơ cấu căng xích; 6 - bánh răng cam; 7 - trục cam; 8 - đòn bây xupap; 9 — xnpap;

1 0 - bạc của bulông điều chỉnh; 11- bu lông điều chỉnh; 12 - cơ cấu đỡ xích;

13 — bảnh răng dân 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)

16

Hình 2.8: Các phương án dân động trục cam

(a, c) - dân động trục cam dùng bánh răng côn; (b) - Dân động trục cam dùng bảnh răng trung gian; ịd, e) — dân động trục cam dùng xích.

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 đế 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 chuyến 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 đối, 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 mố

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

18

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 bố 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 - pỉttong; 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 bỉ (lò xo hôi vị)

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