TL HT phân phối khí CVVT

Hệ thống điều khiển phân phối khí thông minh CVVT (Continuously Varible Valve timing)Hệ thống phân phối khí của động cơ được dùng là xupáp treo. Gồm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thải). Trục cam dẫn động xupáp được đặt trên nắp máy. Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh xích dẫn động. Các bánh xích trục cam được dẫn động bằng xích. Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng xích bằng thủy lực.Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupáp nạp và 2 xupáp thải). Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là 390 .Các đường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ. Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ. Ở đầu trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối của xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay ngành giao thông vận tải đang trên đà phát triển mạnh mẽ, hoà nhập cùng với tốc độ phát triển sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đáp ứng nhu cầu về phương tiện đi lại và vận chuyển hàng hoá, phục vụ đời sống sinh hoạt của xã hội

Xe HYUNDAI là loại xe do Hàn Quốc sản xuất và được sử dụng rất phổ biến

ở nước ta hiện nay Đó là loại xe có nhiều chủng loại dùng để chở hàng được thiết kế và chế tạo khá hoàn thiện về mỹ thuật cũng như tính năng hoạt động Xe

có động cơ hiệu suất, độ bền và độ tin cậy cao, kết cấu cứng vững, gồm nhiều thiết bị đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong các điều kiện đường sá khác nhau Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh, giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác Tuy nhiên, con đường phát triển đi lên của ngành động cơ đốt trong nói chung và ngành công nghiệp ôtô nói riêng của các nước rất khác nhau Tuỳ thuộc chủ yếu vào năng lực của ngành cơ khí và mức độ công nghiệp hoá của từng nước.Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta chia ra trong động cơ đốt trong cũng như trong ôtô ra nhiều hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hê thống làm mát , mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định Hệ thống bôi trơn là một trong những hệ thống chính của động cơ Việc khảo sát một hệ thống bất kỳ trong động cơ sẽ giúp cho sinh viên củng cố lại những kiến thức đã học và biết đi sâu tìm hiểu những hệ thống khác Do vậy, đề tài khảo sát hệ thống bôi trơn trên động cơ ôtô là một trong những đề tài đã nói trên Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Anh Tuấn em đã hoàn thành đề tài này.Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo ít nên bài tiểu luận không tránh khỏi những thiếu sót những

vấn đề còn sơ sài Kính mong được quý thầy cô chỉ bảo để bài tiểu luận của em được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin gởi đến thầy giáo hướng dẫn và quý thầy cô giáo trong bộ môn sự biết ơn chân thành nhất

Chương I Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong

1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí.

1.1.1 Mục đích.

Thực hiện quá trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ:Thải sạch khí thải

ra khỏi xilanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ

để động cơ làm việc được liên tục

1.1.2 Yêu cầu.

Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí như nạp đầy thải sạch Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định Độ mở

lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất

nén, không bị cháy do lọt khí Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp Ít va đập, tránh gây mòn Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.

1.1.3 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 Loại dùng trong động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền dẫn động piston

Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí

1.2 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 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:

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.

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

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:

Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn

Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải

Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ và áp suất không khí quét lớn

+ 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 lổ 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

cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét

+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:

2 3 4

6 7 9

8

Hình 1–2: Cơ cấu quét thẳng qua xupáp thải

1 – Ống dẫn hướng; 2 - L ò xo xupáp; 3 – Đĩa lò xo; 4 - Móng hãm; 5 – Xupáp;

6 - Đ òn bẩy; 7 - Đ ũa đẩy; 8 - Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam

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

b) c)

d)

e) a)

Hình 1–3: Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ

a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp;d) - Hệ thống quét qua xupáp thải; e) - Hệ thống quét vòng đặt một bên

1.3 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…

I.3.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp.

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt:

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 1-4: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

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

Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng

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 + Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo:

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 bẫy 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

2

10 9 8

Hình 1-5 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

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 1-6 Các phương án dẫn động xupáp.

a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn động

trực tiếp; c) – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy

Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp nạp đặt trên thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh Khi bố trí như thế kết cấu của cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất nhiều do đó có thể tăng khả năng cường hóa động cơ Kết cấu này thường dùng trong các loại động cơ xăng tốc độ cao

Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt và treo

xăng có thể dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suất nhiệt cao hơn Dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rất phức tạp và dẫn động cũng phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt Hệ thống phân phối khí xupáp treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ

1.3.2 Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam.

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

Loại 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

Loại trục cam đặt trên nắp máy Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng Khi dùng hệ thống bánh răng côn cần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay

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

Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối

bánh răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.

1.4 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí.

1.4.1 Trục cam

Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải đúng theo chu kì hoạt động của động cơ

Hình 1-9 Kết cấu trục cam

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 trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơm xăng, bơm cao áp vv…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 ốc

Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép 45 Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của mặt đầu trục cam…) đều thấm than và tôi cứng

+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là

i thì: Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen Số cổ loại trốn cổ Z = (i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng

luồn thì kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam

Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm

Trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng ở động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam 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 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 1-10 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 –

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:

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

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.

Loại 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 1-11 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm

+ Con đội con lăn: 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

Hình 1-12 Kết cấu con đội con lăn

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 nhiên liệu

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

đập, trong các xe du lịch cao cấp 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

1.4.3 Đũa đẩy

Nhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫn 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 trong lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm (đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh) Đôi khi cả hai đầu tiếp xúc của đũa đẩy đều là hình cầu

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.

1.4.4 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

Kết cấu: 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

Hình

1-14 Kết cấu đòn bẩy

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

Vật liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung bình

1.4.5 Xupáp

Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài

với thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston Xupáp hoạt động được theo chiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp.

nhiệt truyền qua xupáp khi xupáp đóng Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì

– 8000C

Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi 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

Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) và Tungsten (W) Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mòn cao và chống lại sự oxy hóa ở nhiệt độ cao Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupáp hay đế xupáp để tăng khả năng chịu nhiệt

Hình 1-12 Kết cấu xupáp

rỗng

1.4.6 Đế xupáp.

Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế xupáp ép vào họng của đường ống nạp và đường ống thải

Hình 1-13 Kết cấu đế xupáp

a) - Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắp vào

nắp xilanh bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren

Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ chắc đế xupáp Có khi 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 ít dùng

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

b)

c) a)

e)

ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không xảy ra hiện tượng kẹt xupáp

1.4.8 Lò xo xupáp

Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không cho khí nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm việc của xupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khi xupáp chuyển động do đó đóng mở xupáp chính xác theo biên dạng cam

Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ở ngoài Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng của xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Lò xo xupáp thường được dùng

là lò xo kín hay lò xo tác động kép Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc độ cao

Hình 1-15 Kết cấu lò xo xupáp

a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lò xo hình côn

Do lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột Vì vậy vật liệu chế tạo lò xo thường dùng là thép C65, C65A…

1.5 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 HUYNDAI, HONDA, TOYOTA,

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

1.5.1 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

1.5.2 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 qui luật nâng của xupáp bằng điện tử

Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh góc độ phối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp với chế độ, tốc

độ của động cơ Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ

Với cách sử dụng cơ cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làm việc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ

Cơ cấu phối khí VTEC có hai kiểu sau:

DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp

nạp vă thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trín.

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

* Nguyín lý lăm việc của cơ cấu phđn phối DOHC VTEC:

Ở số vòng quay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp câc piston thủy lực

A vă B chưa hoạt động vă ở vị trí như hình 1 – 16 Câc đòn bẩy thứ nhất vă thứ hai hoạt động riíng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tđm ở giữa không tham gia văo hoạt động đóng mở câc xupâp ở chế độ năy

VẤU CAM DẪN ĐỘNG Ở TỐC ĐỘ THẤP

1

Hình1-16 Hoạt động DOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

1 - Piston A; 2 - Piston B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ thấp

Ở số vòng quay cao: Khi hoạt động ở số vòng quay cao, dưới âp lực của dầu

sẽ đẩy piston A dịch chuyển về bín phải theo hướng mũi tín trín hình Lăm cho đòn bẩy thứ nhất, thứ hai vă đòn bẩy trung gian được nối với nhau thănh một khối chuyển động thống nhất Tất cả câc đòn bẩy di chuyển bởi cam ở tốc độ cao Điều đó có nghĩa lă câc xupâp được điều chỉnh thời điểm vă qui luật nđng khi hoạt động ở tốc độ cao

5 6 72

VẤU VAM HOẠT ĐỘNG Ở TỐC ĐỘ CAO

Hình 1-17 Hoạt động của DOHC-VTEC ở số vòng quay cao

1 - Piston A; 2 - Piston B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ cao.Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hănh ở tốc độ thấp sang chế độ vận hănh ở tốc độ cao của DOHC lă khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn

5300 (vòng/phút), vă nhiệt độ nước lăm mât phải lớn hơn 600C

* Nguyín lý lăm việc cơ cấu phđn phối SOHC VTEC:

Ở số vòng quay thấp: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp đòn bẩy thứ nhất vă thứ hai hoạt động riíng lẻ, không được liín kết với nhau Lúc năy câc piston thủy lực A vă B chưa hoạt động vă vấu cam ở giữa không tham gia văo chuyển động đóng mở câc xupâp

Hình 1-18 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số

2 1

6 5

4

7 3

2 1

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 trên 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

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

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

Bên cạnh hãng Toyota và hãng Ford thì hãng HUYNDAI 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 làm việc của động cơ CVVT là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Continusly Varaible Valve Timing (Thay đổi thời điểm phối khí thông minh).

Đối với các động cơ thông thường thì có thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có hệ thống CVVT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ Hệ thống CVVT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ

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 Tuy nhiên 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 thông điều khiển phức tạp Việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

Chương II

Hệ thống điều khiển phân phối khí thông minh CVVT

(ContinuouslyVarible Valve timing)

Hệ thống phân phối khí của động cơ được dùng là xupáp treo Gồm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thải) Trục cam dẫn động xupáp được đặt trên nắp máy Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh xích dẫn động Các bánh xích trục cam được dẫn động bằng xích Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng xích bằng thủy lực

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupáp nạp và 2 xupáp thải) Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là

390 Các đường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ

Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ Ở đầu trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối của xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ

Hình 2-1: a) động cơ thường b) động cơ có hệ thống phân phối khí CVVT

Hình 2-2: Hệ thống dẫn động trục cam

1 – Lò xo vấu hãm; 2 - Vấu hãm;3 – Piston; 4 – Lò xo; 5 – Van bi;

6 – Đĩa xích dẫn động trục cam nạp; 7 – Đĩa xích dẫn động trục cam thải;

8 - Bộ căn xích; 9 – Đĩa xích chủ động ;10 – Đĩa xích chủ động dẫn động bơm ;

11 –xích dẫn động; 12 cần căng xích

Trong động cơ trục cam được bố trí phía trên nắp xi lanh và dây xích dùng để dẫn động trục cam thường là loại xích răng cao tốc làm bằng thép hợp kim có sức bền rất cao khi chuyển động gây ra tiếng động ở mức thấp nhất Khi xích ăn khớp dễ bị rung động và sau một thời gian sử dụng xích thường bị rão gây ra tiếng ồn và sai lệch pha phân phối khí do đó phải tăng cường sức bền cho sên cam để làm việc đạt hiệu qủa tốt nhất Dùng hệ thống điều tiết thời điểm mở xupáp đúng lúc sao cho momen đạt giá trị nhỏ nhất hoặc tốc độ trung bình và hiệu suất nhiên liệu tăng lên

Bánh răng dẫn động xích được lắp ở đầu trục khuỷu Phía đầu trục khuỷu có biên độ dao động xoắn lớn vì vậy khi lắp theo kiểu này làm cho hệ thống phân phối khí chịu dao dộng xoắn làm sai lệch pha phân phối và chịu tải trọng phụ do dao động đó gây nên Ngoài ra khi trục cam bị ảnh hưởng của dao động xoắn thì góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm cũng bị ảnh hưởng Tuy vậy khi lắp bánh răng ở đuôi trục khuỷu sẽ làm cho kết cấu dẫn động trở nên phức tạp

* Nguyên lý làm việc của bộ căng xích: Khi động cơ bắt đầu hoạt động, xích dẫn động làm việc và căng theo Trong quá trình hoạt động lâu dài các mắt xích

sẽ bị mòn làm cho độ chùng của xích tăng lên vượt quá giới hạn cho phép Khi xích chùng đến giới hạn đó dầu có áp suất cao được đưa vào qua van bi Dưới áp lực dầu, piston bị ép về phía bên trái đẩy thanh dẫn hướng xích đi theo và xích được căng ra Trên piston có khía rãnh, các khía rãnh này ăn khớp với rãnh trên chốt hãm Nhờ đó piston sẽ được giữ lại tại vị trí có độ chùng cho phép khi áp lực dầu không còn tác dụng Muốn cho piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hãm cho piston trượt trên các rãnh của chốt hãm nhờ vào lực lò xo

2.1.2 Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phân phối khí của động cơ dùng xupáp treo Với kiểu bố trí này làm cho buồng cháy động cơ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt Khả năng chống kích nổ được cải thiện nhiều Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút,

2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giảm được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp thải) Các đường ống nạp và ống thải bố trí về hai phía Theo cách bố trí này trong động cơ xupáp được đặt nghiêng đi một góc 19,50 so với đường tâm xilanh do đó dễ dàng bố trí đường thải và đường nạp trong nắp xilanh Tuy nhiên phương án này lại làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều Để khắc phục nhược điểm này ở động cơ dùng hai trục cam (cam nạp và cam thải) để dẫn động trực tiếp xupáp

* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình

lò xo giãn đóng kín xupáp

24 16

200 160

15

38°

11 12

9 8

7 6

5 4 3 2

1

17

18 19

1 – Ống dẫn hướng; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa chặn lò xo; 4 – Con đội; 5 Xupáp;

6 – Trục cam; 7 – Bu lông cố định bánh răng cam; 8 – Cánh xoay;

9 – Đĩa xích dẫn động trục cam; 10 – Xích dẫn động trục cam; 11 – Xéc măng;

12 – Piston; 13 – Đế xupáp; 14 – Vấu cam nạp; 15 – Đế chặn lò xo dưới;

16 – Đường ống nạp; 17 – Đường ống thải; 18 – Vấu cam thải ; 19 - Nắp cổ

trục cam

Quá trình vấu cam đóng mở xupáp: Động cơ làm việc làm trục khuỷu quay làm cho đĩa xích dẫn động cơ câu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu thong qua xích dẫn động trung gian (10) làm cho đĩa xích (9) lắp ở đầu trục cam làm cho