Phân phối khí trong động cơ đốt trong và các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo

Hệ thống phân phối khí được đóng vai trò như một lá phổi của động cơ, nó cung cấp dưỡng khí và năng lượng đến các bộ phận đảm bảo sự hoạt động của động cơ.. Đi sâu nghiên cứu về đề tài:

Hiện nay khi mà các nguồn năng lượng như: Năng lượng mặt trời, gió, hạt nhân… chưa thực sự phổ biến vì những nhược điểm về kinh tế, công nghệ, môi trường…thì nguồn năng lượng phổ biến nhất trên thế giới được sử dụng hiện nay được lấy từ dầu mỏ Đi song song với việc sử dụng nguồn năng lượng này là những ngành phát triển về động cơ đốt trong Tuy nhiên vấn đề lớn nhất đối với

sử dụng động cơ đốt trong hiện nay là gây ra ô nhiễm môi trường Vì vậy để động cơ đốt trong có hiệu suất sử dụng tối ưu, giảm lượng khí thải thì cần phải quan tâm đến rất nhiều vấn đề trong đó có cơ cấu phân phối khí trong động cơ đốt trong Hệ thống phân phối khí được đóng vai trò như một lá phổi của động

cơ, nó cung cấp dưỡng khí và năng lượng đến các bộ phận đảm bảo sự hoạt động của động cơ Trong quá trình học tập nhận biết được sự quan trọng và tính cấp thiết như vậy, tuy nhiên việc nghiên cứu hệ thống phân phối khí vẫn chưa có nhiều Vì vậy em mạnh dạn đi tìm hiều và nghiên cứu sâu hơn về đề tài : “ phân phối khí trong động cơ đốt trong và các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo’’ Đề tài không chỉ giúp cho chúng em tiếp cận với thực tế mà còn tạo nguồn tài liệu tham khảo và học tập cho các sinh viên khóa sau

2

2 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao kiến thức kỹ thuật về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong từ đó đề xuất các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo

3 Giả thuyết khoa học

Đi sâu nghiên cứu về đề tài: “ Phân phối khí trong động cơ đốt trong và các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo’’sẽ giúp nắm rõ quy trình làm việc, vị trí, cấu tạo của từng bộ phận trong cơ cấu từ đó áp dụng cho sửa chữa, sáng tạo trong thiết kế để đi đến tối ưu hóa về sử dụng nhiên liệu và bảo vệ môi trường

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

 Nghiên cứu hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong

 Các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo

Phạm vi nghiên cứu : cơ cấu phân phối khí

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích phân phối khí trong động cơ đốt trong

 Các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo các bộ phận của cơ cấu phân phối khí

6 Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết

7 Cấu trúc khóa luận

- Đảm bảo thải sạch và nạp đầy

- Các xupáp đóng mở phải đúng thời điểm quy định

- Độ mở phải lớn để dòng khí dễ lưu thông

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

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

1.3 Phân loại:

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chính xác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao

Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn

Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí

2 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:

Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Quá trình thải trong động

4

cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới Chất lượng các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải, hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:

Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra khí quét Cửa quét thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng khí quét trong xilanh (xem hình 1.1)

1

2

3

Hình 1.1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí

1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:

Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong

có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới vào hàng lỗ phía trên Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu

có nhiều van tự động nên phức tạp Chiều cao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động cơ

+ Hệ thống quét vòng đặt một bên: Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung bình

Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét nghiêng xuống một góc 150 Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét

+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:

Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupáp thải được đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí

6

3 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ:

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

cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…

3.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt (hình 1.2)

Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh 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

4 3 2

1 8 5

10 9

Hình 1.2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp;

8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo (hình 1.3)

Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp Khi dùng xupáp treo

có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dòng khí lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh hết sức phức tạp, rất khó đúc và gia công Để dẫn động xupáp, trục cam có thể

bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc dẫn động qua đòn bẩy Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy…

Hình 1.3: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp;

6 – Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam

Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp Có thể

sử dụng phương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp (hình 1.4)

3.2 Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:

Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:

Trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam, nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng, nếu khoảng cách trục lớn phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xích răng

Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản do cặp bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền, còn truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn (hình 1.5)

11

Hình 1.6 Kết cấu trục cam

1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 – Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn

Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh, thời điểm đóng

mở xupáp phụ thuộc vào biên dạng cam Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các cổ trục Ngoài ra một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơm xăng, bơm cao áp…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc có thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai

12

đặt trên nắp xilanh

+ Ổ chắn dọc trục: Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máy hoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục (hình 1.7 ) Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy

có giãn nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn

Hình 1.7: Kết cấu đầu trục cam

1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6 - Ổ đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động;

9 – Then; 10 – Bánh răng dẫn động trục cam

4.2 Con đội:

Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam

13

đến xupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy

Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt

Con đội có thể chia làm 3 loại chính:

+ Con đội hình nấm và hình trụ (hình 1.8) Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2  0,3) mm Sở

dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi đường tâm 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 tránh được hiện tượng cào xước Con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân

Hình 1.8: Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm

14

Hình 1.9: Kết cấu con đội con lăn

+ Con đội con lăn (hình 1.9 ) Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn

Lò xo chặn có tác dụng không cho con đội xoay Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt động đúng hướng

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

+ Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn

và va đập, người ta thường dùng loại con đội thủy lực Dùng loại con đội này sẽ không còn tồn tại khe hở nhiệt Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu điểm đặc biệt là có thể tự động thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí Vì khi tốc độ động cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupáp mở sớm hơn khi chạy với 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 như trên, nhưng điều cần đặc biệt chú ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của dầu 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 gián tiếp, truyền chuyển động và lực từ con đội đến đòn bẩy

Kết cấu: Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo thường là

một thanh thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn

bẩy Để giảm nhẹ trọng lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu

hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu hoặc mặt cầu lõm Đôi khi cả hai đầu tiếp

xúc của đũa đẩy đều là hình cầu Một số dạng đũa đẩy (hình 1.10)

Vật liệu chế tạo: Đũa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung

bình, đầu tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với

đũa đẩy rồi tôi đạt độ cứng HRC 50  60

4.4 Đòn bẩy:

Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng

mở xupáp theo đúng theo pha phân phối khí

Đòn bẩy được gắn trên trục của nó, hoạt động của đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy

hoặc cam Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha phân phối khí

16

Kết cấu đòn bẩy (hình 1.11): Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh Sau khi điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thay thế được dễ dàng Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh

Hình 1.11: Kết cấu đòn bẩy Vật liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung bình

4.5 Xupáp:

Nhiệm vụ của xupáp là: Đóng mở các cửa để thực hiện trao đổi môi chất công tác Xupáp hoạt động được theo chiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt truyền qua xupáp khi đóng Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 –

8000C

17

Theo kết cấu người ta chia xupáp ra thành 3 phần là: nấm, thân và đuôi xupáp (hình 1.12 ) Phần nấm do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khi làm việc chịu va đập lớn gây biến dạng Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp và thải một vòng đế xupáp

Hình 1.12 : Kết cấu của xupáp 1- Đuôi xu páp; 2- Thân xupáp; 3- Nấm xupáp

Vật liệu chế tạo: Cần chịu được nhiệt độ cao, có sức bền cơ học tốt, có hệ

số giãn nở nhiệt nhỏ, không bị ăn mòn hoá học ở nhiệt độ cao

- Đối với xupáp xả: Thường sử dụng thép hợp kim chịu nhiệt có thành phần như: silic, crôm, măngan Để chống mòn và gỉ, người ta mạ lên bề mặt làm việc của xupáp một lớp mỏng hợp kim cô ban

- Đối với xupáp hút: cũng sử dụng thép hợp kim crôm, măngan hoặc hợp kim chịu nhiệt độ có thêm thành phần silic Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt không cần cao như đối với xupáp xả

b)

c) a)

19

Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ chắc đế xupáp Đế mặt ngoài là mặt côn, loại này có khi không ép sát đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra Có loại đế lắp vào thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy để kim loại biến dạng giữ chặt đế loại này thường ít dùng

4.7 Ống dẫn hướng

Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp xupáp, người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này Xupáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng

Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanh nhôm, loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không xảy ra hiện tượng kẹt xupáp (hình 1.15)

5 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại:

Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa học công nghệ Các hãng sản xuất ôtô như KIA MOTORS, HONDA, TOYOTA, FORD…đã lần lượt đưa ra nhiều sản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại Một trong những tính năng đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí trong động cơ Với sự điều khiển này

sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp với từng dãy tốc độ của động

cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc sử dụng động cơ có tính

21

kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối thiểu khi sử dụng Động cơ phải phát huy được hết công suất ở những dải tốc độ khác nhau Ngoài ra động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ ô nhiễm môi trường của các quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng Tuy các biện pháp tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điều khiển và chế tạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần với giá trị tính toán

lý thuyết lý tưởng

5.1 Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển

Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển Cơ cấu phối khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại luôn luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất

Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển

ở những bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở xupáp, hệ thống điều khiển điện tử

Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và truyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển điện tử và thực hiện theo những tín hiệu nhận được Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp

5.2 Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda

Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) Có nghĩa là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi quy luật nâng của xupáp bằng điện tử

DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạp và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên

SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạp bằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên

* Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối DOHC VTEC Ở số vòng quay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp các piston thủy lực A và B chưa hoạt động và ở vị trí như (hình 1.17) Các đòn bẩy thứ nhất và thứ hai hoạt động riêng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tâm ở giữa không tham gia vào hoạt động đóng

mở các xupáp ở chế độ này

Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành

ở tốc độ cao của DOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn

5300 (vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát phải lớn hơn 600C

và B chưa hoạt động và vấu cam ở giữa không tham gia vào chuyển động đóng

mở các xupáp như (hình 1.18)

7 3

2 1

6 5

4Hình 1.18: Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo

Ở số vòng quay cao: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, piston thuỷ lực di chuyển theo hướng mũi tên như (hình 1.19) Kết quả là đòn bẩy thứ nhất, thứ hai và đòn bẩy trung gian được nối cứng với nhau bởi hai pis ton thủy lực A và B thành một khối và chuyển động thống nhất Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi vấu cam trung tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điều chỉnh thời điểm đóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao

Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành

ở tốc độ cao của SOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn

4800 (vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát là 600C

24

4 5 6

7 3

2 1

Hình 1.19 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;

Hệ thống điều khiển: Cơ cấu DOHC – VTEC và SOHC – VTEC được điều khiển bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng thái làm việc của động cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay động cơ, tốc độ của xe Những tín hiệu này được truyền đến bộ vi xử lí để xử lí các tín hiệu rồi từ đó điều khiển một cách chính xác hoạt động của cơ cấu phân phối khí của động cơ dưới mọi điều kiện

5.3 Cơ cấu phân phối khí dùng hệ thống điều khiển xoay cam

Bên cạnh hãng Toyota và hãng Ford thì hãng KIA MOTOR đã chú tâm 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 khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển CVVT Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong những năm gần đây CVVT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ

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

Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và qui luật nâng của xupáp, làm cho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm cho động cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc gia tốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm và đạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy

êm dịu trong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độ cao Bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhược điểm là: Có nhiều chi tiết, cụm chi tiết cần chế tạo với độ chính xác cao, hệ thống điều khiển phức tạp và việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

26

Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ KHI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC

BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI Khi cơ cấu làm việc lâu ngày các bộ phận sẽ gặp các sự cố và hư hỏng vì vậy đòi hỏi các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo phải đảm bảo cho cơ cấu được bền và hoạt động hiệu quả nhất

2.1 Một số dạng hư hỏng chính

- Khi động cơ làm việc có tiếng kêu lách cách đều ở buồng xupáp hoặc nắp che giàn đòn gánh Do khe hở của đuôi xupáp với con đội (khe hở nhiệt), thân xupáp với ống dẫn hướng quá lớn làm cho các chi tiết mòn nhanh, công suất động cơ bị giảm, làm thay đổi góc mở sớm, đóng muộn của xupáp khe hở nhiệt xupáp lớn quá làm cho hành trình mở xupáp bị giảm

- Khi nổ máy công suất động cơ bị giảm là do khe hở nhiệt của xupáp quá nhỏ, nấm và ổ đặt bị cháy rỗ, dẫn đến lọt khí, tỷ số nén thấp, công suất động cơ

bị giảm

- Động cơ làm việc có tếng kêu ở thân động cơ: Tiếng kêu nhỏ ở giữa thân động cơ, phía đuôi trục khủy nghe rõ hơn Do khe hở giữa bạc và trục cam quá lớn, tác hại làm cho bạc và trục cam mòn nhanh, áp suất dầu bôi trơn bị giảm

- Động cơ làm việc có tếng kêu rào rào ở phía trước, do khe hở ăn khớp giữa các bánh răng trục khuỷu và bánh răng cam quá lớn hoặc không đều, răng

bị sứt mẻ, gãy Tác hại làm cho mòn nhanh cặp bánh răng, động cơ làm việc không đều và có thể không làm việc được

27

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

2.2.1 Xupáp và đế xupáp

a Hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng

- Bề mặt làm việc của xupáp bị mòn hỏng, cháy rỗ do chịu va đập có chu

kỳ, chịu nhiệt độ cao, chịu va đập, không được bôi trơn, chịu sói mòn và ăn mòn hóa học do dòng khí dẫn đến xupáp đóng không kín vào ổ đặt, tỉ số nén giảm dẫn đến giảm công suất của động cơ

- Thân xupáp bị mòn làm tăng khe hở lắp ghép do ma sát với ống dẫn hướng làm cho xupáp chuyển động không vững, gây va đập khi làm việc và không đóng kín bề mặt làm việc với ổ đặt Ngoài ra thân xupáp còn bị cong do

va đập với đỉnh, bị nứt gãy chỗ chuyển tiếp do va đập và làm việc lâu ngày vật liệu bị mỏi gây hỏng hóc lớn cho piston và xilanh

- Đuôi xupáp bị mòn do va đập với mỏ đòn gánh (hoặc con đội) Đuôi xupáp mòn sẽ làm tăng khe hở nhiệt làm giảm góc mở sớm đóng muộn ảnh hưởng tới việc nạp đầy, xả sạch của xilanh

- Đế xupáp hư hỏng chủ yếu do mòn, cháy rỗ làm xupáp đóng không kín Khi đó cần phải sửa chữa, tuỳ theo mức độ hư hỏng mà có các phương pháp sửa chữa khác nhau