ĐỀ tài hệ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN ô tô

Vì thế trong thiết kế, trục cam được thực hiện trong một vòng quay để điều khiển sự hoạt động của xúpáp hút và thải cho hai vòng quay của trục khuỷu... Ơû các động cơ kiểu DOHC, trên nắp

ỦY BAN NHÂN DÂ N TP H Ồ CH Í MINH TR

ƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN Ô TÔ

GVHD : Nguyễn Thanh Hùng SVTT : Nguyễn Đức Long

Lê Hoàng Minh

Lớp : 14 CD-O5

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ

I Nhiệm vụ: cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí Nó bao gồm thải sạch

khí cháy ra khỏi lòng xylanh ở chu trình trước và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xylanh trong quá trình làm việc của động cơ, theo đúng thứ tự công tác

Ơû động cơ 4 thì có các quá trình hút, nén, cháy-giãn nở và thải nhưng sự hoạt động của xúpáp chỉ cần thiết ở quá trình hút và thải Vì thế trong thiết kế, trục cam được thực hiện trong một vòng quay để điều khiển sự hoạt động của xúpáp hút và thải cho hai vòng quay của trục khuỷu

́C KIỂU PHỐI KHÍ TRÊN ÔTÔ

3

Yêu cầu :

+ Đóng mở xúpáp phải đúng thời điểm qui định

+ Độ mở phải lớn để đảm bảo dòng khí lưu thông dễ dàng

+ Khi đóng thì phải đóng kín, không có hiện tượng tự mở nhất là xúpáp thải

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa, ít mòn, không bị biến dạng, kinh tế

III Phương pháp bố trí xúpáp : có 2 cách:

Hình 1: Hệ thống phân phối khí

a Kiểu cơ cấu xúpáp đặt b Kiểu cơ cấu xúpáp treo

1/.Xúpáp đặt: thường được bố trí trên thân máy

* Ưu điểm:

+ Giảm chiều cao động cơ

+ Nắp máy đơn giản

+ Dẫn động xúpáp dễ dàng

*Khuyết điểm :

+ Bố trí không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn

+ Tiêu hao nhiên liệu nhiều,tính kinh tế động cơ giảm.

+ Ở tốc độ cao thì hệ số nạp giảm

+ Khó tăng tỉ số nén

+

2/ Xúpáp treo: loại này xúpáp thường được bố trí trên nắp xylanh

* Ưu điểm:

+ Buồng cháy nhỏ gọn

+ Diện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm hiện tượng kích nổ của động cơ xăng

+ Xúpáp treo tạo điều kiện thuận lợi cho dòng khí nạp đi thẳng vào xylanh Vì vậy còn có tác dụng tăng hệ số nạp từ (5-7 )%

* Khuyết điểm:

+ Chiều cao động cơ tăng lên

+ Nắp máy phức tạp, khó đúc

+ Khi lò xo xúpáp bị gãy thì rơi vào buồng đốt gây hỏng nặng các chi tiết khác của động cơ

5

Đặc điểm của cơ cấu xúpáp treo:

+ Ở động cơ đường kính xylanh nhỏ ( D < 120 mm) thường dùng 2 xúpáp, ở động cơ xylanh lớn và cao tốc dùng 3-4 xúpáp cho 1 xylanh

+ Những động cơ dùng 2 xúpáp cho 1 xylanh, xúpáp có bố trí 1 dãy hay 2 dãy dọc theo thân máy Khi bố trí 1 dãy thì đặt xúpáp hút và thải xen kẻ nhau ( thường dùng ở động cơ Diesel ) + Ở động cơ xăng đường ống nạp và thải thường bố trí cùng 1 phía

+ Ở động cơ Diesel đường nạp và thải bố trí về 2 phía

* Nguyen lý hoạt đợng : khi đợng cơ làm việc, trục khuỷu dẫn đợng trục cam tác đợng vò con đợi làm cò mở quay đẩy xupap đi xuớng( mở xupap) thực hiện quá trình nạp hoặc thải khí Lúc này lò xo xupap bị nén lại Khi cam tiếp tục quay qua vị trí tác đợng thì lo xo xupap làm cho xupap đóng kín vào bệ đỡ, cò mở, đũa đẩy con đợi trở về vị trí ban đầu, xupap đóng

IV Các phương pháp dẫn động trục cam:

1/ Dẫn động trục cam bằng bánh răng:

Khi trục khuỷu và trục cam gần nhau người ta dùng 1 cặp bánh răng để dẫn động trục cam Khi trục khuỷu và trục cam hơi xa nhau có thể dùng bánh răng trung gian

Bánh răng cam trên trục khuỷu thường làm bằng thép, bánh răng trên trục cam là gỗ phíp hay chất dẻo Bánh răng thường làm răng nghiêng giúp ăn khớp êm Để đảm bảo lắp đúng vị trí tương quan bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam phải có dấu

Bánh răng với tỷ số truyền 1:2 cho động cơ 4 thì ; 1:1 cho động cơ 2 thì

Hình 2: Các kiểu dẫn động trục cam

a Dẫn động trục cam bằng bánh răng

b Dẫn động trục cam bằng bánh răng trung gian

c Dẫn động bằng dây cam

d Dẫn động bằng trục

2/ Dẫn độâng trục cam bằng xích:

Trong trường hợp xúpáp được đặt trên nắp xylanh, khoảng cách giữa trục khuỷu và trục cam rất xa Khi đó trục cam được dẫn động bằng bộ truyền xích có bộ phận căng xích Tuy nhiên khi làm việc , bộ truyền xích gây ồn và khi rão sẽ làm sai lệch pha phối khí so với thiết kế

3/ Dẫn động trục cam bằng trục :

Sử dụng bộ truyền bánh răng côn, khắc phục được những nhược điểm trên nhưng chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh khó khăn

4/ Dẫn dộng trục cam bằng đai :

Ưu điểm : giảm tiếng ồn so với các loại trên và không cần phải bôi trơn Khi dùng đai thì trọng lượng của cơ cấu giảm đi rất nhiều Vì vậy nó được sửû dụng phổ biến trên các động cơ ngày nay Dây đai được chế tạo rất đặc biệt , người ta dùng các sợi thuỷ tinh để nâng cao khả năng chịu kéo Do vậy, nó chịu được ứng suất kéo lớn, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ

V Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí:

1/ Trục cam : (cam shaft)

Là trục thép dài có nhiều mấu cam để điều khiển sự đóng mở của các xúpáp Động tác đóng mở xúpáp tuỳ thuộc vào hình dáng mấu cam và thứ tự thì nổ của động cơ

Trên trục cam còn bố trí bánh lệch tâm điều khiển bơm xăng, bánh răng dẫn động dencô ( ở động cơ xăng ), bơm nhớt Đầu trục có lắp cơ cấu truyền động từ trục khuỷu

Ơû đầu trục cam được bố trí một bánh răng để nhận chuyển động từ trục khuỷu Ơû các động cơ kiểu DOHC, trên nắp xylanh được bố trí 2 trục cam , một trục cam dẫn động xúpáp hút và trục cam còn lại dẫn động các xúpáp thải

Trên các trục cam được bôi trơn bằng dầu nhờn của động cơ, vì vậy trong sử dụng và sửa chữa phải chú ý đến sự làm kín ở đầu trục cam

Trục cam được làm bằng thép tôi cứng để giảm mài mòn

2/ Con đội : (Valve Lifter ).

7

Con đội được sử dụng trong cơ cấu xúpáp đặt và cả cơ cấu xúpáp treo, nó thường có dạng hình trụ hoặc hình nấm Trong quá trình làm việc mỗi con đội được tiếp xúc với mỗi cam và điều khiển sự đóng mở của xúpáp Các con đội chuyển động lên xuống trong các xylanh của nó ở bên trong thân máy hoặc trong nắp máy, để điều khiển sự đóng mở của các xúpáp khi trục cam quay

Ơû các động cơ dùng con đội cơ khí thì trong cơ cấu luôn tồn tại khe hở gọi là khe hở nhiệt, để đảm bảo các xúpáp đóng kín khi các chi tiết chịu tác dụng của nhiệt độ

Do có sự tồn tại khe hở nhiệt trong cơ cấu vì vậy khi động cơ làm việc sẽ sinh ra tiếng ồn Để khắc phục điều này, ở một số động cơ người ta sử dụng con đội thủy lực Khi sử dụng con đội thủy lực thì khe hở trong cơ cấu bằng 0 mm

Nguyên lý làm việc của con đội thủy lực như sau :

*Xét trường hợp khi cam không đội: Ở trường hợp này xúpáp

đóng, lò xo bên dưới đẩy piston đi lên nên khe hở nhiệt của cơ

cấu bằng 0 mm Dầu nhớt có áp suất từ bơm sẽ đi qua lỗ trên

xylanh và piston của con đội Aùp suất nhớt của khoang làm việc

có khuynh hướng đẩy piston của con đội đi lên

*Xét trường hợp cam đội: Khi cam đội vào thân của con đội,

áp suất nhớt trong buồng làm việc của con đội gia tăng, làm

van bi đóng Do đó khi cam tiếp tục quay thì thân và piston con

đội đi lên theo, điều khiển xúpáp mở

Do tồn tại khe hở lắp ráp giữa thân và piston con đội Vì vậy một lượng nhớt bé trong khoang làm việc sẽ thoát ra ngoài khi con đội đi lên Lượng nhớt này sẽ bù lại khi cam không đội, để đảm bảo khe hở cơ cấu bằng 0 mm

Hình 3: Con đội thủy lực

Đũa đẩy có dạng thanh trụ, nó được sử dụng trong cơ cấu xúpáp treo kiểu OHV Một đầu của đũa đẩy tiếp xúc với con đội và đầu còn lại tiếp xúc với cò mổ Hiện nay đũa đẩy thường được sử dụng trong động cơ Diesel, còn động cơ xăng thì ít sử dụng

4/ Cò mỗ và trục cò mỗ :

Các cò mỗ được bố trí trên một trục gọi là trục cò mỗ, tuỳ theo số lượng xúpáp bố trí trong một xúpáp mà một động cơ có thể có một hoặc 2 trục cò mỗ Cò mỗ là chi tiết chuyển động xoay, nó được điều khiển từ đũa đẩy ( OHV ) hoặc được điều khiển trực tiếp bởi các cam trên trục cam ( OHC ) Trường hợp sử dụng con đội cơ khí, trên cò mỗ có bố trí vít và đai ốc hãm để điều chỉnh khe hở nhiệt của xúpáp

5/ Bệ xúpáp :

Bệ xúpáp được ép chặt vào nắp máy hoặc thân máy Khi xúpáp đóng, bề mặt của nấm xúpáp ép chặt vào bề mặt của bệ để đảm bảo độ kín trong buồng đốt Bệ xúpáp cũng có tác dụng truyền nhiệt từ đầu xúpáp ra nắp máy để làm mát xúpáp Góc nghiêng của bệ xúpáp phải phù hợp với góc nghiêng của bề mặt đầu xúpáp và bề rộng tiếp xúc giữa bệ và bề mặt xúpáp từ 1,2 đến 1,3 mm

Vật liệu chế tạo thường là thép đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao và chống mài mòn tốt

6/ Ống kềm xúpáp:

Ống kềm xúpáp dùng để dẫn hướng thân xúpáp, nó thường được chế tạo bằng gang và được ép chặt vào nắp máy hay thân máy Ống kềm xúpáp phải đảm bảo bề mặt đầu xúpáp tiếp xúc chính xác với bệ xúpáp

9

Thân xúpáp và ống kềm được bôi trơn tốt từ nhớt của động cơ Tuy nhiên có trường hợp, để hạn chế dầu bôi trơn vào ống dẫn hướng, nhằm tránh hiện tượng dầu bị cháy và muội than gây kẹt xúpáp thì người ta dùng phốt chặn dầu lắp ở đầu ống kềm xúpáp

7/ Xúpáp :

a Vai trò :

Các xúpáp có vai trò đóng mở các đường nạp và thải để thực hiện quá trình trao đổi khí

b Điều kiện làm việc :

+ Xúpáp làm việc trong điều kiện chịu nhiệt độ cao, cao nhất là xúpáp thải Ví dụ, ở động cơ xăng nhiệt độ xúpáp thải 800 – 850 0C , ở động cơ Diesel 500 – 600 0C

+ Khi làm việc xúpáp còn bị ăn mòn hoá học do các hơi axít trong khí cháy, đặc biệt là xúpáp thải

+ Khi xúpáp đóng mở, nấm xúpáp va với bệ xúpáp dễ bị biến dạng cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm

+ Vận tốc lưu động của môi chất qua xúpáp rất lớn Đối với xúpáp thải, vận tốc này có thể đạt 400 – 600 m/s gây ăn mòn cơ học bề mặt nấm và đế

c Vật liệu:

Xúpáp nạp và thải: thường sử dụng thép hợp kim chịu nhiệt Để chống mòn và chống gỉ, người

ta mạ lên bề mặt làm việc của xúpáp một lớp mỏng hợp kim côban

d Kết cấu: gồm 3 phần: nấm, thân, đuôi.

Hình 4: Kết cấu xúpáp

* Nấm xúpáp:

Tiếp xúc với bệ xúpáp bởi mặt côn có góc nghiêng thường là 300, 450, 600 Đây là mặt làm việc rất quan trọng đảm bảo lưu thông dòng khí ( nạp &ø thải ) và kín khít khi đóng xúpáp

Có 3 loại nấm:

- Nấm bằng: đơn giản, dễ chế tạo và có diện tích chịu nhiệt nhỏ

- Nấm lõm: có bán kính chuyển tiếp giữa nấm và thân rất lớn nên được dùng làm xúpáp nạp để cho dòng khí đỡ bị ngoặt Phần lõm nhằm giảm trọng lượng của nấm hay toàn bộ xúpáp

- Nấm lồi: được dùng cho xúpáp thải nhằm cải thiện quá trình thải

+ Biện pháp giải nhiệt cho xúpáp: một số động cơ xúpáp thải rỗng với 50 – 60% thể tích chứa

natri Khi động cơ làm việc natri nóng chảy ( t0 nóng chảy Na 970C ) và thu nhiệt từ nấm rồi truyền đến thân qua ống dẫn hướng xúpáp

* Thân xúpáp: có nhiệm vụ dẫn hướng và tản nhiệt cho nấm xúpáp Phần nối tiếp giữa nấm và

thân thường được làm nhỏ lại để dễ gia công và tránh bị kẹt xúpáp trong ống dẫn hướng

*Đuôi xúpáp : Đuôi xúpáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xúpáp Thông thường đuôi xúpáp

có rãnh vòng, mặt côn để lắp móng hãm Kết cấu đơn giản nhất là dùng chốt, nhưng tạo ra ứng suất tập trung Để đảm bảo an toàn, chốt phải được chế tạo bằng vật liệu có độ bền cao

Nếu cơ cấu điều khiển xúpáp không dùng con đội thủy lực để tự chỉnh khe hở nhiệt bằng 0mm, thì phải có khe hở nhiệt của xúpáp, thường khe hở nhiệt của xúpáp thải lớn hơn xúpáp nạp

8/ Lò xo xúpáp:

a) Điều kiện làm việc: Lò xo xúpáp ngoài sức căng ban đầu còn chịu tải trọng thay đổi đột

ngột và tuần hoàn trong quá trình xúpáp đóng mở

b) Vật liệu : thường được chế tạo bằng thép lò xo dây có đường kính 3 – 5mm

c) Kết cấu : thường là lò xo trụ, hai đầu được mài phẳng để lắp ráp với đĩa xúpáp và đế lò xo

d) Vấn đề tránh cộng hưởng trong cơ cấu phối khí:

Để tránh cộng hưởng cho cơ cấu thì phải làm cho hệ dao động có nhiều tần số khác nhau, gồm có:

11 Hình 5: Các dạng nấm xúpáp

a Nấm bằng; b.Nấm lõm; c Nấm lồi; d Giải nhiệt xúpáp bằng natrisodium

+ Dùng lò xo có bước xoắn khác nhau

+ Dùng lò xo côn ( bản thân lò xo côn có các tần số riêng khác nhau )

+ Dùng nhiều lò xo có chiều xoắn khác nhau lắp lồng vào nhau

* Sơ đờ lắp ráp hệ thớng phới khí

VI Hệ thống phân phối khí VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic

Control System).

1 Định nghĩa

Hình 6: Lò xo xúpáp

Hệ thống VTEC là hệ thống đđiều khiển sự thay đổi thời gian và độ đóng mở xú páp bằng điện tử để phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ thông qua việc sử dụng một cơ cấu cam đặc biệt: Cam tốc độ thấp và cam tốc độ cao

2 Đặc điểm

-Dễ sử dụng như một động cơ thường

-Công suất cao phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

-Tăng tốc nhanh từ tốc độ thấp đến tốc độ cao

-Vận hành êm dịu trong thành phố nhờ vào sự hoạt động của cam tốc độ thấp

-Hiệu suất ưu việt ở tốc độ cao và tiết kiệm nhiên liệu

-Không cần sử dụng turbo tăng áp nhờ vào khả năng tự hút của nó

3 Phân loại

a DOHC VTEC: là kiểu động cơ có sự thay đổi độ mở và thời gian phân phối khí của cả xúpáp hút và xúpáp thải để phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ Đây là loại động cơ có hiệu suất cao với khả năng tiết kiệm nhiên liệu, thích hợp cho các loại xe du lịch và thể thao

b SOHC VTEC: Là kiểu động cơ chỉ điều khiển sự thay đổi trạng thái đóng mở của cặp xúpáp hút còn xúpáp xả vẫn làm việc bình thường ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ

c VTEC – E: Cơ cấu phân phối khí của loại động cơ này gần giống như kiểu phân phối khí của động cơ 4 xúpáp thông thường nhưng nó được cải tiến để sự phân phối khí được tốt hơn Ở tốc độ thấp lượng hòa khí nạp vào trong xylanh ít do chỉ mở 1 trong 2 xúpáp nhưng ở tốc độ trung bình và cao thì công suất phát ra lớn nên mở đồng thời cả 2 xúpáp hút

4 Nguyên lý hoạt động

a Nguyên lý hoạt động

1 Cò mổ thứ 1

2 Piston thủy lực A

3 Piston thủy lực B

4 Cò mổ giữa

5 Chốt chặn

6 Cò mổ thứ 2

7 Lò xo hoàn lực

8 Biên dạng cam

a Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp

- Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp áp lực dầu điều khiển không cung cấp đến các piston thủy lực nên cò mổ thứ 1 và cò mổ thứ 2 được tách rời không liên kết với cò mổ giữa nhờ vào lò xo hòan lực được đặt bên trong cò mổ thứ 2 Lúc này 2 vấu cam A và B tác động đến cò mổ thứ 1

và thứ 2 để điều khiển sự đóng mở của xúpáp Mặc dù vấu cam trung tâm vẫn tác động vào vấu cam giữa nhưng nó không ảnh hưởng đến quá trình mở của soupape

13

- Khi động cơ vận hành ở tốc độ cao dưới áp lực của dầu điều khiển các piston thủy lực sẽ di chuyển theo hướng mũi tên như hình vẽ Kết quả là cả 3 cò mổ liên kết thành một khối duy nhất bởi các piston thủy lực Ở giai đoạn này các cò mổ được điều khiển bởi một vấu cam C có biên độ lớn nhất

Khi

b Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao

VII Hệ thống phân phối khí VVT-i

Plunger Coil

Oil Pressure

Spool Valve

Drain

To VVT-i Controller

(Advanced Side) (Retard Side)

Engine ECU

Engine ECU

Oil Pressure

[In Operation]

Lock Pin

Housing

Vane (Fixed on Intake Camshaft)

Timing Rotor

[At a Stop]

Ở hệ thống phân phối khí VVT-i, xúpáp được mở sớm tùy thuộc vào tốc độ của động cơ ECU sẽ điều khiển van từ để mở đường dầu và xoay trục cam sớm đi một góc độ phù hợp với tốc độ của động cơ

Mục lục

HỆ THỚNG PHÂN PHỚI KHÍ

I Nhiệm vụ:

CA

́C KIỂU PHỚI KHÍ TRÊN ƠTƠ

II

Yêu c ầ u :

III Phương pháp bố trí xupap :

1/.Xupap nạp

2/ Xupap treo

IV Các phương pháp dẫn động trục cam

1/ Dẫn động trục cam bằng bánh răng

2/ Dẫn động trục cam bằng xích

3/ Dẫn động trục cam bằng trục

4/ Dẫn động trục cam bằng đai

V Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí

1/ Trục cam

2/ Con đội

3/.Đũa đẩy :(PushRod)

4/ Cị mổ và trục cị mổ

5/ Bệ xupap

6/ Ớng kềm xupap

7/ Xupap

8/ Lị xo xupap

VI Hệ thống phân phối khí VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic

Control System)

VII Hệ thống phân phối khí

VVT-15