CƠ CẤU HỆ THỒNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE CON

Trong động cơ bốn kỳ quá trình thay đổi môi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở xupáp thải (điểm b’). Từ b’ đến ĐCD (góc mở sớm xupáp thải) nhờ chênh áp, sản vật cháy tự thoát ra đường thải, sau đó từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưởng bức của pistôn sản vật cháy được đẩy tiếp. Tại ĐCT (điểm r), sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy Vc tới áp suất pr >pthải tạo ra chênh áp ( =prpth, trong đó pth là áp suất khí trong ống thải). Chênh áp phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí qua xupáp thải và trợ lực của bản thân đường thải

MỤC LỤC

Mở đầu

Mục lục……….…………1

Nội dung đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HE THONG PHÂN PHỐI KHÍ ……… 4

I.1 Quá trình thay đổi môi chất trong động cơ 4 kỳ và 2 kỳ……… 4

I.1.1 Động cơ 4 kỳ……… 4

I.1.2 Động cơ 2 kỳ……… 5

I.2 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại cơ cấu ppk dùng trong động cơ đốt trong 6

I.1.1 Nhiệm vụ 6

I.1.2 Yêu cầu: 6

I.1.3 Phân loại cơ cấu PPK ………6

CHƯƠNG II: KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN TRONG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ……… 14

II.1 Hệ thống dẫn động……….…14

II.1.1 Hệ thống dẫn động bằng bánh răng ……….… 15

II.1.2 Hệ thống dẫn động bằng xích……….…15

II.1.3 Hệ thống dẫn động bằng đai ……… 16

II.2 Kết cấu các bộ phận của hệ thống phân phối khí……… …16

II.2.1 Nắp máy ………16

II.2.2 Xupap 17

II.2.3 Đế Xupap 23

II.2.4 Ống dẫn hướng Xupap: 25

II.2.5 Lò xo Xupap 26

II.2.6 Trục cam 29

II.2.7 Con đội 33

II.2.8 Đũa đẩy 37

II.2.9 Đòn bẩy: 38

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ HIỆN ĐẠI 40

III.1 Cơ cấu phân phối khí VVT-i……… ………… 40

III.1.1 Khái niệm……….… ………….40

III.1.2 Cấu tạo chung ……….….………… 40

III.1.3 Nguyên lí hoạt động ……….….………… … 41

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG, KIỂM TRA , CHUẨN ĐOÁN HỆ THỒNG PHÂN PHỐI KHÍ……… 54

IV.1 Quy trình bảo dưỡng hệ thống phân phối khí……… …54

IV.1.1 Bảo dưỡng xu páp ……… 54

IV.1.2 Bảo dưỡng cò xupáp……… ………54

IV.1.3 Bảo dưỡng thanh đẩy ……… …… 55

IV.1.4 Bảo dưỡng ống dẫn xupáp ……… …… …55

IV.1.5 Bảo dưỡng mặt tựa xu páp ……….55

IV.1.6 Bảo dưỡng trục cam ……… 56

IV.2 Kiểm tra,chuẩn đoán hệ thống phân phối khí……… 57

IV.2.1 Kiểm tra tình trang kỷ thuật của xupáp và bệ đỡ xupáp……… 57

IV.2.2 Kiểm tra lò xo xupáp……… …62

IV.3 Kiểm tra,bảo dưỡng hệ thống phân phối khíthông minh VVT i………… 63

IV.3.1 Kiểm tra cụm van dầu điều khiển phối khí trục cam……….63

IV.3.2 Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam……… 64

IV.3.3 Kiểm tra, bảo dưỡng bộ diều chỉnh khe hở xupáp……….65

IV.3.4 Kiểm tra áp suất nén……… 66

IV.3.5 Kiểm tra báng răng phối khí trục cam(sự vận hành của bộ điều khiển VVT-1)………67

IV.3.6 Kiểm tra bạc dẩn hướng xupáp……… 68

IV.4 Chuẩn đoán hệ thống phân phối khí thông minh VVT i…… …………69

IV.4.1 Chuẩn đoán hệ thống phân phối khí thông minh VVT i thông qua triệu chứng……….…… ………… 69

IV.4.2 Chuẩn đoán hệ thống phân phối khí thông minh VVT i thông qua máy chuẩn đoán (intelligent tester II)……….……… 69

CHƯƠNG V: QUY TRÌNH THÁO, LẮP HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ……72

V.1 Quy trình tháo hệ thống phân phối khí……….……… 72

V.2 Quy trình lắp hệ thống phân phối khí……….………….73

Kết luận

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ XE CON

I.1 Quá trình thay đổi môi chất trong động cơ bốn kỳ và hai kỳ

Trong chu trình là việc của động cơ đốt trong Cần thải sạch sản vật cháy củachu trình trước ra khỏi xi lanh để nạp vào môi chất mới hai quá trình nạp thải liênquan mật thiết với nhau tuỳ theo số chu kỳ của động cơ và phương pháp thải nạp, cóthời điểm xảy ra cùng một lúc

I.1.1 Động cơ bốn kỳ

Hình 1.1: Đồ thị công quá trình thay đổi môi

chất trong động cơ bốn kỳ

Trong động cơ bốn kỳ quá trình thay đổi môi chất được thực hiện lúc bắt đầu

mở xupáp thải (điểm b’) Từ b’ đến ĐCD (góc mở sớm xupáp thải) nhờ chênh áp, sảnvật cháy tự thoát ra đường thải, sau đó từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưởng bức củapistôn sản vật cháy được đẩy tiếp Tại ĐCT (điểm r), sản vật cháy chứa đầy thể tíchbuồng cháy Vc tới áp suất pr >pthải tạo ra chênh áp p r(p r=pr-pth, trong đó pth là áp suấtkhí trong ống thải) Chênh áp p r phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí qua xupápthải và trợ lực của bản thân đường thải

Xupáp thải được đóng sau ĐCT nhằm tăng thêm giá trị “tiết diện-thời gian” mởcửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp p r và quán tính của dòng khí thải tiếp tụcthải sạch khí sót ra ngoài

Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi pistôn đi từ ĐCT tớiĐCD Lúc đầu tại điểm r do pr>pk (pk áp suất môi chất mới ở trước xupáp nạp) và

pr>pth một sản vật cháy trong thể tích Vc vẩn tiếp tục chảy ra ống thải, bên trong xi

lanh, khí sót giản nở tới điểm r0 rồi từ đó trở đi môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xilanh

I.1.2 Động cơ hai kỳ

Hình 1.2: Đồ thị công quá trình thay đổi môi chất trong động cơ hai kỳ

Điểm khác biệt giữa động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ là ở chổ: động cơ hai kỳ

do không có riêng các hành trình thải và nạp (chiếm một vòng quay trục khuỷu) nênphải thực hiện thải và nạp cùng một lúc, trong thời gian rất ngắn, ngay trước và sauĐCD của pistôn Vì thời gian thay đổi môi chất (thải sản vật đã cháy và nạp môi chấtmới chỉ bằng khoảng 1/3 thời gian nạp và thải của động cơ bốn kỳ,nên phải dùng môichất mới đã được nén trước đưa vào tạo áp lực đẩy sản vật cháy từ xilanh ra đườngthải gậy tác dụng quét khí thải ra khỏi xilanh Nếu trong một thời gian ấy làm tốt việcquét sạch sản vật cháy ra ngoài và nạp đầy môi chất mới vào xilanh thì với cùng mộtkính thước, một số vòng quay n và số xilanh i, sẻ thu được công suất lớn hơn động cơbốn thì khoảng 0,5 – 0,7 lần Ngược lại nếu tác dụng quét khí thực hiện không tốt, đểlại nhiều khí sót và mất nhiều môi chất đi tắt qua cửa thải cùng sản vật cháy ra khỏixilanh trong thời gian thải và quét, thì do thiếu môi chất mới và do tốn công nén cho sốmôi chất mới chạy qua cửa thải, sẻ ảnh hưởng lớn tới công suất động cơ Nếu là động

cơ xăng dùng bộ chế hoà khí, do môi chất mới chứa hơi xăng nên sự thoát môi chấtmới qua cửa thải sẻ làm tốn nhiên liệu và làm cho khí xả tốn nhiều nhiên liệu chưacháy, gây ô nhiểm môi trường

Như vậy tác dụng quét khí trong động cơ hai kỳ quyết định bởi hệ thống quétthải của động cơ gây ảnh hưởng lớn tới tính năng hoạt động của động cơ.

Trong quá trình phát triển của động cơ 2 kỳ đã xuất hiện nhiều hệ thống quétthải khác nhau

* Kết luận:Sự khác biệt giữ động cơ bốn kỳ và hai kỳ là

- Động cơ bốn kỳ: Quá trình thay đổi môi chất được diễn ra trong hai quá trìnhnạp, thải sau hai vòng quay của trục khuỹu động cơ

- Động cơ hai kỳ: Quá trình thay đổi môi chất do không có riêng hành trìnhnap, thải nên phải thực hiện nạp thải cùng một lúc, trong thời gian ngắn, ngay trước vàsau ĐCT của pistôn

I.2 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại cơ cấu phân phối khí dùng trong động cơ đốt trong.

I.2.1 Nhiệm vụ:

Cơ cấu phân phối khí thực hiện quá trình đóng mở các xupáp nhằm mục đíchthay đổi môi chất: thải sạch khí cháy ra khỏi ra khỏi xylanh, nạp đầy khí hỗn hợp hoặckhí mới vào xylanh, đảm bảo quá trinh công tác động cơ

I.2.2 Yêu cầu:

Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đóng mở đúng thời gian, thời điểm quy định;

- Đảm bảo tiết diên lưu thông;

- Đảm bảo độ kín khít;

- Ít mòn, tiếng kêu bé;

- Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ

I.2.3 Phân loại cơ cấu PPK

Cơ cấu phối khí dùng trên động cơ ô tô hiện nay có nhiều loại Để đảm bảo yêucầu nhiệm vụ trên, ta phân loại cơ cấu phân phối khí dùng xupáp ra thành các loại nhưsau:

* Theo phương án bố trí xupáp:

Các động cơ đốt trong cơ cấu phân phối dùng xupáp ngày nay đều bố trí xupáptheo một trong hai phương án chủ yếu là xupáp đặt và xupáp treo

- Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

Một loại được lắp với mặt xupáp hướng lên trên (hướng lên nắp máy), đuôixupáp hướng xuống dưới (hướng về phía lốc máy) được gọi là xupáp đặt…

Hình 1.3: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt 1: trục can, 2: con đội, 3: lò xo xupáp, 4: xupáp,

5: thân máy, 6: trục cam,

Vì vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt thường chỉ dùng trong một số động

cơ xăng có tỉ số nén thấp, số vòng quay không cao lắm

Khả năng thải khí cháy chậm và còn sót lại nhiều Kết cấu buồng đốt cồng kềnh do đó

tỉ số nén không cao

- Cơ cấu phân phối khí xupáp treo

Một loại nữa xupáp được lắp với mặt xupáp quay xuống dưới hướng vào đỉnhpiston, đuôi xupáp quay lên trên và được lò lo giữ ở dạng treo nên được gọi là xupáp

+Ưu điểm:

Khi dùng cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo, buồng cháy rất gọn, diện tichtích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt Đối với động cơ xăng khidùng cơ cấu phân phối khí xupáp treo do buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên có thể

tăng lên từ 0,5÷ 2 so với cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.

Cơ cấu phân phối khí xupáp treo còn làm cho dạng đường cong thanh thoát hơnkhiến sức cản khí động nhỏ, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lí, hơn nữa có thể tăng

được tiết diện lưu thông dòng khí Khiến cho hệ số nạp có thể tăng lên từ 5 ÷ 7%.

Do có ưu điểm trên nên cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo dược dùng rộngrãi trong các động cơ cường hóa (động cơ có công suất và số vòng quay lớn)

Dẫn động xupáp phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ

Khoảng cách truyền động cam dài hoặc truyền động xupáp xa

Dễ bị hiện tượng xupáp chạm đỉnh piston do bị tuột xupáp hay do điều chỉnhcam sai

* Phân loại theo các phương pháp bố trí trục cam

- Cơ cấu phân phối khí dùng trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp.

Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trục tiếp cho xupáp khi trục camđặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp đóng mở xupáp không qua con đội, đũa đẩy, đòn

Cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn

+ Nhược điểm:

Hệ trục và hai cặp bánh răng côn phức tạp, khó chế tạo

Đối với máy nhỏ được đúc liền thành một khối thì không điều chỉnh được khe

hở nhiệt Trong trường hợp này người ta chế tạo khe hở nhiệt lớn hơn một chút nhưngnhư thế có thể có tiếng gõ khi xe làm việc

- Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên đỉnh nhưng vẫn có đòn gánh.

`

Hình 1.6: Dẫn động trục cam

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên đỉnh nhưng vẫn có đòn gánh Trụccam đặt trên nắp xylanh nhưng không trực tiếp tì vào xupáp mà thông qua đòn gánh.Khe hở nhiệt được điều chỉnh nhờ khe hở nhiệt ở đầu đòn gánh.

- Bố trí một trục cam trên đỉnh dẫn động cho hai hàng xupáp

Hình 1.7: Dẫn động hai dãy xupáp bằng một trục cam trên đỉnh

Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy dẫn động xupáp rất phước tạp, có thể bố trí

dẫn động xupáp như (hình 1.7) dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy

hoặc hai trục can dẫn động trực tiếp

- Trục cam bố trí trong nắp máy dẫn động cho xupáp

Đối với phương án bố trí này trục cam có các cam nhỏ hơn đường kính trục để

có thể lắp theo kiểu luồn qua

Hình 1.8: Dẫn động xupáp bằng trục cam bố trí trong nắp máy

* Phân loại theo các phương án dẫn động trục cam:

+ Dẫn động bánh răng:

Trục cam bố trí trên thân máy hoặc ở hộp trục khuỷu thường được dẫn động bằng bánhrăng Nếu khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ, thường chỉ dùng một cặpbánh răng, nếu khoảng cánh lớn thì thường phải dùng bánh răng trung gian Nếu trụccam bố trí trên nắp xylanh dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn độngbằng bánh răng côn, khi đó mỗi bánh răng côn còn cần ổ bi chắn dọc trục để chịu lựcdọc trục và khống chế rơ dọc trục, khe hở bánh răng đảm bảo khe hở ăn khớp khoảng

0,1÷ 0,25 để đảm bảo không bị bó kẹt do giãn nở nhiệt.

- Dẫn động bằng xích:

Gọn nhẹ, có thể dẫn động trục cam ở khoảng cách lớn Tuy nhiên phương ánnày có nhược điểm là đắt tiền vì giá thành chế tạo của xích đắt hơn bánh răng nhiều.Hơn nữa khi phụ tải thay đổi đột ngột xích dễ bị rung động, sau một thời gian sử dụngxích thường bị rão gây tiếng ồn và gây sai lệch pha phân phối khí Để giữ cho xíchluôn căng người ta phải dùng cơ cấu căng xích có lò xo hoặc vít điều chỉnh để chốngrung xích, người ta còn dùng cơ cấu dẫn hướng cho xích

Hình 1.9 Các phương án dẫn động trục cam a,b,c) Dẫn động bằng bánh răng; d) dẫn động bằng đai e) Dẫn động bắng xích;

- Dẫn động bằng đai:

Dễ chế tạo, không phải bôi trơn Tuy nhiên khi phụ tải, tốc độ thay đổi thì đai

dễ bị rung động, thời gian sử dụng không lâu

Kết luận: Cơ cấu phân phối khí xupap treo:

Mỗi xupap được dẫn động bởi một cam, con đội, đũa đẩy và cò mổ

riêng.Trục cam đặt trong thân máy, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cạp bánh răng phân phối

Nếu trục cam đặt trên nắp máy, thường sử dụng xích cam làm chi tiết dẫn động trung gian

Số vòng quay của trục cam bằng ½ số vòng quay của trục khuỷu

Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt có cấu tạo đơn giản hơn Do được đặt trong thân máy nên con đội trực tiếp dẫn động xupap mà không cần các chi tiết dẫn động trung gian(đũa đẫy, cò mổ)

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo được sử dụng phổ biến hơn vì có cấu tạo buồng cháy gọn hơn, đảm bảo nạp đầy và thải sạch hơn, dễ điều chỉnh khe hở xupap

CHƯƠNG II:

KẾT CẤU CÁC LOẠI HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ

II.1 Hệ thống dẫn động

II.1.1 Hệ thống dẫn động bằng bánh răng

Hình 2.1: Sơ đồ dẫn động bánh răng cam bằng bánh răng

Ưu điểm: Phương pháp này có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, do thường dùngbánh răng nghiêng nên ăn khớp êm dịu, bền Tuy nhiên nếu như khoảng cách trục cam

và trục khuỷu lớn thì phương pháp này phải dùng trục trung gian do đó kết cấu phứctạp, cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh và có nhiều tiếng ồn

II.1.2 Hệ thống dẫn động bằng xích

Hình 2.2: Sơ đồ dẫn động bánh răng cam bằng xích

Ưu điểm: Gọn nhẹ, có thể dẫn động trục cam ở khoảng cách lớn Tuy nhiên

phương án này có nhược điểm là đắt tiền vì giá thành chế tạo của xích đắt hơn bánhrăng nhiều Hơn nữa khi phụ tải thay đổi đột ngột xích dễ bị rung động, sau một thờigian sử dụng xích thường bị rão gây tiếng ồn và gây sai lệch pha phân phối khí Để giữcho xích luôn căng người ta phải dùng cơ cấu căng xích có lò xo hoặc vít điều chỉnh đểchống rung xích, người ta còn dùng cơ cấu dẫn hướng cho xích

I.1.3 Hệ thống dẫn động bằng đai

Hình 2.3: Sơ đồ dẫn động trục cam bằng đai răng

Ưu điểm: Dễ chế tạo, không phải bôi trơn Tuy nhiên khi phụ tải, tốc độ thay

đổi thì đai dễ bị rung động, thời gian sử dụng không lâu

II.2 Kết cấu của các bộ phận của hệ thống phân phối khí

II.2.1 Nắp máy

a Vai trò

Cùng với xilanh và đỉnh pistôn ổ ĐCT tạo thành buồng cháy và là nơi để gá đặtcác bộ phận như trục cam, bugie, xupáp, vòi phun, đòn gánh…

b điều kiện làm việc.

Nắp máy làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao,áp suất lớn và ăn mòn hoá họcbởi các chất ăn mòn có trong sản vật cháy

Hình 2.4 Nắp máy có buồng cháy chỏm cầu

II.2.2 Xupáp

a Vai trò

Các xupáp có vai trò đóng mở các đường nạp và thải để thực hiện quá trình traođổi khí

b Điều kiện làm việc:

Trong quá trình làm việc, nấm xupáp chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn

Lực khí thể tác dụng lên diện tích mặt nấm xupáp có thể lên đến 10000÷20000N, trong động cơ cường hóa và tăng áp; lực này có thể tăng đến 30000N Hơn nữa, mặt nấm

xupáp luôn luôn va đập mạnh với đế xupáp nên rất dễ bị biến dạng Do xupáp trục tiếptiếp xúc với khí cháy nên xupáp còn phải chịu đựng nhiệt độ cao Nhiệt độ của xupáp

thải trong động cơ thường đạt đến 1073÷1123 0 K (800÷850 0 ) Trong động cơ Diezen đật tới 773÷873 0 K (500÷600 0 c) Nhất là trong thời kỳ thải khí, nấm và thân xupáp phải

tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao Đối với động cơ xăng, nhiệt độ dòng khí

thải vào khoảng 1373÷1473 0 k (1100÷1200 0 c) Đối với động cơ diezen, nhiệt độ dòng khí thải vào khoảng 973÷1173 0 K ( 700÷900 0 c) Hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn (khi mới bắt đầu thải tốc độ dòng khí thải đạt từ 400÷ 600m/s) nên khiến xupáp nhất là

xupáp thải quá nóng và bị dòng khí ăn mòn

Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo thành axit ăn mòn mặtnấm xupáp vì vậy vật liệu dùng để chế tạo xupáp phải có sức bền cơ học cao, chịunhiệt tốt, chồng được ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải khi ởnhiệt độ cao

c Vật liệu:

* Đối với xupáp thải:

Vật liệu chế tạo xupáp thải thường dùng các loại thép hợp kim Trong động cơcường hóa; vật liệu dùng làm xupáp thải thường là thép chịu nhiệt Để tiết kiệm thépchịu nhiệt người ta thường dùng thép hợp kim chịu nhiệt để chế tạo phần nấm xupápsau đó hàn phần nấm này vào thân xupáp làm bằng thép

Để nâng cao tính chống mòn, chống gỉ của mặt nấm xupáp thải, người ta thường mạlên bề mặt làm việc của nấm xupáp một lớp hợp kim cứng (hợp kim coban) dày

khoảng 1,5÷2,5mm.

* Xupáp nạp:

Do được dòng khí nạp làm mát nên nhiệt độ thường thấp hơn xupáp thải(thường khoảng 573÷6700k) Vì vậy vật liệu chế tạo xupáp nạp thường dùng các loạithép hợp kim crom hay crom-niken 4CX; 37XC; 40XH; 50XH đối với động cơ máykéo và 40X; X9C2; 4X9C2… đối với động cơ ô tô

mở xupáp và vừa đảm bảo dòng khí lưu thông dễ dàng Xu pap nạp của một số động

cơ cũng thường dùng góc α = 300, còn xupáp thải thì hầu như chỉ dùng một góc α= 450

Góc của mặt côn trên nấm xupáp còn thường làm nhỏ hơn góc của mặt côn trên

đế xupáp khoảng 0,5÷ 1 0 để xupáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoàicủa mặt côn (nếu như mặt đế rộng hơn mặt côn của xupáp) Làm như thế có thể bảođảm tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ

Hình 2.6: Kết cấu nấm xupáp Chiều rộng b của mặt côn trên nấm xupáp thường bằng: (0,05÷0,12).d n Chiều

dày của nấm xupáp thường vào khoảng (0,08÷0,12)d n Trong đó d n là đường kính nấmxupáp Chiều rộng b của mặt côn phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu làm xupáp và đếxupáp Nếu độ cứng của xupáp lớn hơn của đế xupáp thì chiều rộng của xupáp phảilớn hơn của đế xupáp và ngược lại Như vậy mới đảm bảo tiếp xúc kín khít với đếtrong quá trình làm việc và khi đế xupáp bi hao mòn, sửa chữa cũng dễ dàng hơn

Kết cấu của nấm xupáp chẳng nhưng có ảnh hưởng tới giá thành chế tạo xupáp

mà còn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và tình trạng lưu động của dòng khí quahọng đế xupáp nữa, kết cấu của nấm xupáp thường có 3 loại chính sau đây:



Nhược điểm của xupáp lõm là khó chế tạo và diện tích chiụ nhiệt lớn, xupáp dễ

bị quá nóng, do đó xupáp lõm thường dùng làm xupáp nạp cơ động cơ máy bay

- Nấm lồi:

Dạng nấm lồi cải tạo được tình trạng lưu thông dòng khí thải (vì mặt lồi lên nênkhí thải không bị xoáy của dòng khí Chính vì vậy xupáp thải tất cả các động cơ cườnghóa đều làm theo dạng nấm lồi Để giảm trọng lượng của nấm người ta thường khoétlõm phần trên nấm

Nhược điểm: là khó chế tạo và bệ măt chịu nhiệt lớn

Do quá trình làm việc phải chịu nhiệt độ cao, nhất là trong động cơ cường hóacông suất vì vậy vấn đề tản nhiệt gặp rất nhiều khó khăn.Xupáp thải các động cơcường hóa công suất thường làm rỗng trong có chứa Natri, lượng Natri chiếm khoảng50÷60% thể tích buồng rỗng Do Natri nóng chảy ở 3700K (970c) nên khi làm việcNatri thu nhiệt của xupáp, nóng chảy thành thể lỏng tạo điều kiện truyền nhiệt từ nấmxuống thân được nhanh khiến xupáp không bị cháy

* Thân xupáp

Thân xupáp thường có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt, chịu nhiệt tốt

và chịu lực nghiêng khi xupáp đóng mở

Khi không có lực nghiêng tác dụng như khi dẫn động bằng con đội hoặc lựcnghiêng nhỏ như khi dẫn động xupáp bằng đòn bẩy thân xupáp thường vào khoảng:

d t = (0,14÷0.25)d n

Khi trực tiếp dẫn động xupáp, lực nghiêng tác dụng lên thân lớn nhất nên đường

kính của thân có thể lên đến d t = (0,3 ÷ 0,4) d n trong đó dn là đường kính nấm xupáp

Để tránh hiện tượng xupáp kẹt trong ống dẫn hướng khi bị đốt nóng nên đườngkính của thân xupáp ở phần nối tiếp với nấm xupáp thường làm nhỏ đi một ít hoặckhoét rỗng lỗ của ống dẫn hướng

Hình 2.7: Kết cấu thân xupáp

Chiều dài của thân xupáp tùy thuộc vào cách bố trí xupáp nó thường thay đổi

phạm vi khá lớn l t = (2,5 ÷ 3,5)d n , trong đó dn là đường kính nấm xupáp Chiều dài

thân cần lựa chọn đủ để lắp ống dẫn hướng và lò xo

* Đuôi xupáp

Phần đuôi xupáp thường có dạng đặc biệt để lắp ghép với đĩa lò xo xupáp

Hình 2.8: Kết cấu đuôi xupáp

Khi dẫn động xupáp bằng cơ cấu con đội và đòn bẩy, đĩa lò xo lắp với xupápbằng hai móng hãm hình côn, lắp vào đoạn có đường kính nhỏ trên đuôi xupáp Mặtcôn phía ngoài của móng hãm ăn khớp với mặt côn của lỗ đĩa lò xo (góc côn thường từ

10÷15 0) Các rãnh hãm trên đuôi xupáp có thể là rãng hình trụ, hình côn, một rãnh haynhiều rãnh Trong cơ cấu phối khí xupáp treo trên đuôi xupáp còn lắp vòng an toàn đểgiữ không cho xupáp tụt vào xylanh khi gãy lò xo xupáp Ngoài cách lắp dùng móng

hãm ra còn có thể dùng nhiều cách lắp khác như dùng chốt hãm, đai ốc hãm… lắp trênđuôi xupáp để hãm đĩa lò xo Tuy vậy khiểu lắp ghép dùng móng hãm có ưu điểm làkhông gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp vì vậy được dùng rất rộng rãi, mặc

dù gia công móng hãm tương đối khó khăn

Khi trục cam dẫn động trục tiếp xupáp đuôi xupáp lắp với lò xo theo hình

Hình 2.9: Kết cấu đuôi xupáp( tiếp)

Trong đó vít điều chỉnh lò xo 1 vặn vào thân xupáp 3, mặt dưới của đĩa vít phaynhiều răng ăn khớp nhỏ với các răng trên đĩa lò xo 2 Đĩa này được lắp với với đuôixupáp theo khiểu then hoa hoặc vát Khi muốn điều chỉnh khe hở giữa mặt đĩa vít (mặtnày được tôi cứng) với mặt lưng cam ta ấn lò xo xuống để đĩa lò xo 2 tách khỏi đĩa vít

1 sau đó xoay đĩa vít một theo một góc nào đó tùy theo khe hở muốn điều chỉnh (xoayđĩa vít theo chiều kim đồng hồ tăng khe hở)

Khi dẫn động xupáp bằng con đội hay đòn bẩy đuôi xupáp trực tiếp va đập vàocon đội và đòn bẩy do đó nặt trên của đuôi xupáp phải tôi cứng Để tránh mòn đôi khingười ta tráng (hay dán) lên mặt đuôi một lớp thép hợp kim cứng (thép stenlit) hoặc

chụp vào phần đuôi một nắp bằng thép hợp kim cứng (hình 2.8c).

Để tăng tuổi thọ cho xupáp và đảm bảo cho xupáp làm việc tốt có thể thiết kế

cơ cấu đặc biệt để xoay xupáp quanh đường tâm của nó, khiến cho xupáp vừa di độnglên xuống vừa quay tròn Tốc độ quay thường nhỏ, vài chục lần đóng mở xupáp mớiquay trọn một vòng

Hình 2.10 a giới thiệu cơ cấu quay xupáp dùng ống lót hình côn Trong kết cấu

này móng hãm xupáp không lắp trực tiếp với đĩa lò xo mà lắp với ống lót hình côn.Ống lót này lắp trong lỗ hình côn của đĩa lò xo và chỉ tiếp xúc với mặt côn của lỗ bằng

mặt vành phía trên của ồng lót, vì vậy mô mem ma sát trêm mặt này rất nhỏ Trongquá trình giao động của cơ cấu, mô mem ma sát có lúc giảm xuống bằng không do đótạo điề kiện cho xupáp quay quanh trục của nó.

Hình 2.10b giới thiệu cơ cấu đặc biệt dùng để xoay xupáp khi xupáp mở ra Do

xupáp quay được quanh trục của nó, thân xupáp lâu mòn và nấm xupáp sẽ tiếp xúc khítvới đế hơn, ít bị cong vênh

Hình 2.10: Kết cấu xupáp tự xoay 1: Lò xo xupáp, 2: thân xupáp, 3: ống dẫn hướng xupáp, 4: lò xo đĩa, 5: bi trượt, 6: vỏ bọc, 7: nắp xylanh, 8: đế, 9: lò xo, 10: rãnh trượt

II.2.3 Đế Xupáp

a Vai trò:

Đế xupáp tiếp xúc với nấm xupáp khi xupáp đóng, để tăng tuổi thọ và thuântiện khi sửa chữa, đế xupáp thường được chế tạo rời (bằng vật liệu chịu mòn) rồi lắpghép vào thân máy (cơ cấu phối khí xupáp đặt) hoặc nắp máy (cơ cấu phối khí xupáptreo)

b Vật liệu:

Đối với thân máy hoặc nắp xylanh bằng nhôm, đế xupáp làm cho cả hai xupáp.Còn thân máy và nắp xi lanh bằng gang thì chỉ làm đế rời cho xupáp thải Đế xupáp

thường làm bằng thép hợp kim hoặc gang trắng và lắp có độ dôi vào thân máy hoặcnắp xylanh

c Kết cấu:

Mặt ngoài của đế xupáp có thể là mặt trụ, trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho

chắc (hình2.11 a) Có khi mặt ngoài có độ côn ngoài (khoảng 12 0) loại đế xupáp hình

côn này thường không ép sát đáy mà để một khe hở nhỏ hơn 0,04mm Như thế sau này nết đế bị lỏng ra ta có thể đóng nút sâu xuống để lắp chặt hơn (hình 2.11b) Trên mặt

côn của đế cũng tiện rãnh đàn hồi, sau khi ép vào kim loại trên thân máy hoăc nắp

xylanh sẽ điền kín vào rãnh và giữ chặt lấy đế Các loại đế giới thiệu trên (hình 2.11c)

thường ít gặp Các loại đế này sau khi ép vào nắp xlanh rồi phải cán để kim loại biến

dạng sít vào mép đế Loại đế giới thiệu trên (hình 2.11d ) lắp ghép bằng ren.

Hình 2.11: Kết cấu đế xupáp Chiều dày của đế nằm trong khảng (0,08÷0,15)d, chiều cao của đế

(0,18÷0.25)d 0 ( d 0 là đường kính họng đế) Đế xupáp bằng thép hợp kim thường ép

vào thân máy hoặc nắp xylanh với độ dôi vào khoảng 0,0015÷ 0,0035 đường kính

ngoài của đế

b Điều kiện làm việc, vật liệu:

Vùng tiếp xúc của ống đẫn với xupáp chịu nhiều mài mòn, bôi trơn có khi gặpkhó khăn vì ở xupáp thải có nhiệt độ cao, dầu bôi trơn dễ bị cháy, xupáp nạp khí nạp

có áp suất lớn thổi qua làm khô dầu bôi trơn Do đó người ta dùng gang hợp kim, gangdẻo nhiệt luyện để chế tạo ống đẫn hướng xupáp cho các động cơ thông thường Đốivới động cơ cao tốc vật liệu được dùng là đồng thanh - nhôm hoặc kim loại bột đượctẩm dầu nhằm tăng khả năng chịu nhiệt và khả năng thích ứng với điều kiện bôi trơnkhó khăn

c Kết cấu:

Kết cấu các loại ống dẫn hướng thường dùng giới thiệu trên (hình 2.13)

Loại hình trụ hay dùng nhất vì tính công nghệ đơ giản, loại này được đóng vàothân máy hoặc nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định

Loại có vai cũng hay dùng, do có vai nên dễ lắp ghép nhưng tính công nghệkém

Loại ống dẫn hướng mặt ngoài có đô côn nhỏ (1:100) đóng ép vào thân máy

dẫn hướng phụ thuộc vào nhiệt độ và kết cấu của xupáp, đối với xupáp có thân to khe

hở thường vào khoảng 0.004d t đối với xupáp nạp và khoảng 0,06d t đối với xupáp thải

Đối với loại xupáp có thân nhỏ khe hở tương đối lớn hơn: (0,005 ÷ 0,01)d t đối với

xupáp nạp và (0,008 ÷ 0,0012)d t trong đó d t là đường kính thân xupáp

Hình 2.13: Kết cấu ống dẫn hướng

Ống dẫn hướng bao giờ cũng chế tạo dưới hình thức bán thành phẩm, ống chỉđược gia công chính xác bề mặt ngoài, sau khi ép ống dẫn hướng vào xylanh hoặc thânmáy ta phải dùng dao doa để doa ống dẫn hướng đúng kích thước quy định

Trong các động cơ cỡ lớn, để thuận lợi cho việc tháo lắp ra khỏi nắp xylanh khisửa chữa, rà hoặc thay thế xupáp mà không phải tháo nắp xylanh các xupáp đều nắptrên ổ riêng Trong kết cấu này, ống dẫn hướng được lắp liền với ổ đế, các ổ đế đềudùng bulong bắt chặt với xylanh Kết cấu loại này có nhược điểm là giảm tiết diện lưuthông của đường thải và đường nạp Ngày nay các phương tiện tháo lắp dùng cần trụccũng như trình độ công nghệ chế tạo phát triển nhanh nên khi tháo lắp động cơ cỡ lớnkhông còn là vấn đề khó khăn nữa nên kết cấu đế rời dần dần ít sử dụng

Do đó lò xo xupáp ngoài sức căng ban đầu còn phải chịu tải trọng thay đổi độtngột và tuần hoàn trong quá trình đóng mở.

c Vật liệu:

Vật liệu chế tạo thường dùng dây thép có đường kính 3÷5mm loại thép C56,

C65A,…để nâng cao sức bền, chống mỏi, chống gỉ cho lò xo người ta thường dùngcác biện pháp công nghệ như phun hạt thép làm chai bề măt, nhuộm đen bằng sơn đặcbiệt, mạ crom, mạ cát mium…

d Kết cấu:

Lò xo xupáp thường là lò xo xoắn ốc hình trụ, hai vòng hai đầu đựơc quấn sítvào nhau và mài phẳng để lắp với đĩa xupáp và đế lò xo Số vòng lò xo thường là từ4÷10 vòng Số vòng lò xo càng ít mỗi vòng lò xo biến dạng càng nhiều, vì vậy lò xochịu ứng suất xoắn càng lớn Ngược lại số vòng công tác quá nhiều, lò xo quá dài, độcứng của lò xo giảm, tần số giao động tự do thấp, dễ bị cộng hưởng sinh ra va đập mặtcam

Hình 2.14: Kết cấu lò xo xupáp

Bước xoắn của lò xo có thể quấn giống nhau trên toàn bộ chiều dài của lò xo.Nhưng để tránh hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm thường làm cho lò xo bị gãy gây vađập mạnh trong cơ cấu phân phối khí Các động cơ ngày nay thường dùng các lo xo có

bước xoắn thay đổi, hoặc lò xo hình côn (hình 2.14b,c,d) Các bước xoắn giữa thường

nhỏ hơn bước xoắn hai đầu hoặc bước xoắn nhỏ dần về phía mặt tựa cố định (mặt lắpvới nắp xylanh hoặc thân máy) Hai vòng đầu có khi còn mài vát đi một góc 900 để khi

lắp ghép không vướng vào góc lượn của đĩa lò xo (hình 2.14a).

e Vấn đề tránh cộng hưởng trong cơ cấu phân phối khí

Lò xo xupáp có tính đàn hồi cao, cùng với các yếu tố khác tạo thành hệ daođộng Khi biên độ giao động của xupáp quá lớn, đặc biệt ở chế độ cộng hưởng sẽ gây

ra hậu quả nghiêm trọng như sai lệch quy luật làm việc của pha phân phối khí, va đập,gây gẫy lò xo xupáp

Biện pháp tránh cộng hưởng:

* Dùng lò xo có bước xoắn thay đổi

* Dùng lò xo hình côn vì bản thân lò xo có cá tần số riêng khác nhau

* Dùng nhiều lò xo có chiều xoắn khác nhau lắp lồng vào nhau Trong thực tế

có khi người ta dùng tới 3 lò xo lắp lồng vào nhau cho một xupáp

Biện pháp này có ưu điểm:

* Các lò xo xó chiều xoắn khác nhau để không bị kẹt vào nhau trong quá trìnhlàm việc

* Ứng suất lên mỗi lò xo nhỏ hơn nhiều so với dùng một lò xo do vậy ít khi cóhiện tượng gãy lò xo

* Khi 1 lò xo bị gãy thì các lò xo còn lại vẫn làm việc tránh tình trạng xupáp rơivào buồng đốt

* Lắp vào mặt tựa của lò xo các vành giảm rung Vành giảm rung thực hiệntheo nguyên tắc lợi dụng ma sát giữa lò xo và vành để tiêu hao giao động để tránh hiệttượng giao động cộng hưởng của lò xo Khi xupáp mở ra lò xo biến dạng kiến đườngkính tăng lên do đó lực ma sat giữa lò xo và vành giảm rung tăng lên theo độ mở củaxupáp

* Dùng cốc trượt chụp lên lò xo xupáp Cốc trượt trượt trong lỗ dẫn hướngriêng, khe hở giữa cốc trượt với lỗ thường phải nhỏ hơn khe hở khe hở của xupáp vàống dẫn hướng Do đường kính cốc trượt lớn nên dễ bôi trơn và ít mòn

Hình 2.15: Biện pháp giảm chấn cho xupáp

Ưu điểm:

Khi dùng cốc trượt tránh cho xupáp chị lực nghiêng

Khi dùng cốc trượt có lợi là tránh được hiện tượng dầu nhờn chảy qua ống dẫnhướng xuống mặt nấm xupáp và tránh mài mòn đuôi xupáp Chính vì vậy mà cơ cấu

này chẳng những được dùng nhiều đối với cơ cấu dẫn động xupáp mà còn trong các cơcấu dẫn động gián tiếp, mặc dù khi dùng cốc trượt cơ cấu phân phối khí phức tạp hơn.

II.2.6 Trục cam

a Vai trò, nhiệm vụ:

Trục cam dẫn động xupáp đóng mở theo quy luật nhất định Một số trường hợp trêncam có các bộ phận của các hệ thống khác để dẫn độn bơm xăng, bơm cao áp, dẫnđộng bơm dầu, bộ chia điện…

b Điều kiện làn việc:

Về mặt tải trọng trục cam không chịu điều kiện làm việc nặng nhọc Các bề mặtcam làm việc tiếp xúc nên dạng hư hỏng chủ yếu của trục cam là mài mòn

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 cam dẫn động bơm xăng, cam dẫn động bơm cao áp,bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện.vv…

Hình 2.16: Trục cam 1.Đầu trục cam, 2.Cổ trục cam, 3.cam nạp và cam thải,

4 Cam lệch tâm bơm xăng, 5 Bánh răng dẫn động dầu bôi trơn.

*Cam nạp và cam thải:

Trong động cơ ô tô máy kéo trục cam không phân đoạn, các cam làm liền với trục,trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy cam thải và cam nạp thường làm rời từng cái rồi lắptrên trục bằng then hoa hoặc bằng đai ốc.

Hình 2.17: Các dạng cam thường gặp

Hình dạng và vị trí của của cam phân phối quyết định bởi thứ tự làm việc, góc

độ phối khí và thứ tự làm việc của động cơ Trong động cơ 4 kỳ cam nạp và cam thải

có thể bố trí trên cùng một trục theo vị trí xupáp, nhưng có thể bố trí cam cùng loạitrên cùng một trục (trục toàn cam thải và trục toàn cam nạp) Trong động cơ hai kỳcam phân phối khí đều là cam thải Hình dạng của cam bao gồm cam lồi gồm các cung

tròn như cam hai cung (hình 2 17a), cam ba cung (hình 2.17b), cam lõm và cam tiếp truyến, chúng thường có dạng đối xứng (hình 2.17c,d)

Kích thước của các cam chế tạo liền với trục cam thường nhỏ hơn đường kính

cổ trục vì loại trục cam này thường lắp theo kiểu luồn qua các cổ trục Ngược lại camrời thường lớn hơn cổ trục vì loại cam này thường lắp ghép theo kiểu đặt vào cổtrục( cổ trục được chia làm hai nửa) bên hông thân máy

Cam rời cần phải lắp chắc chắn trên trục và định vị chính xác Vì vậy người ta thườngđịnh vị bằng then hoa, bu lông, vít định vị

Hình 2.18: Cam rời lắp trên trục

Khi cần thiết phải điều chỉnh phân phân phối khí, cam rời không lắp trục tiếptrên trục mà lắp trên ống lót sau đấy dùng đai ốc để hãm chặt cam với ống lót Ống lótnày dùng then để định vị, khi kích thước của cam rời quá lớn cam rời có thể chia làmhai nửa rồi dùng bulong lắp chặt

Trong động cơ một hàng xylanh, góc lệch cam của hai cam cùng tên được xácđịnh bởi số xylanh và số kỳ của động cơ, còn vị trí của các cam cùng tên quyết địnhbởi thứ tự làm việc của các xylanh và chiều quay của trục cam Trong động cơ 4 kỳ,góc lệch 1 giữa hai đỉnh cam cùng tên của hai xylanh làm việc kế tiếp nhau bằng nửagóc công tác k của hai xylanh đó

1 trong đó t là góc giữa hai con đội

Trong công thức trên dùng dấu dương đối với các cam của hàng xylanh ở bêntrái trục cam và dấu âm đối với các cam của xylanh bên phải trục cam (chiều quay củatrục cam theo chiều kim đồng hồ)

Hình 2.19: Xác định góc giữa các cam phân phối khí

Góc lệch đỉnh cam của hai cam khác tên của một xylanh phụ thuộc vào góc mởsớm đóng muộn của xupáp thải và xupáp nạp Đối với động cơ 4 kỳ góc giữa hai đỉnhcam khác tên xác định theo công thức sau:

) 360

( 4

1 2

2

0 1

0 2

0 1



Trong đó:

 là góc giữa hai đỉnh cam nạp và cam thải

1 và 2 là góc mở sớm đóng muộn của xupáp nạp

1 và2 là góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải

Nếu con lăn của đòn bẩy dẫn động xupáp thải đặt trước con lăn dẫn động xupápnạp thì góc giữa hai đỉnh cam khác tên được xác định bằng công thức:





2 1

Ngược lại nếu con lăn dẫn động xupáp thải bố trí sau con lăn dẫn động xuppapnạp góc giữa hai đỉnh cam khác tên được xác định theo công thức:





2 1

Trong đó: là góc giữa hai con lăn khi không dẫn động xupáp

trục cam để lắp ráp dễ dàng Tuy nhiên sẽ phức tạp cho việc chế tạo và sửa chữa vàthay thế phụ tùng.

* Chắn dọc trục cam:

Để giữ cho trục cam không 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 vàbánh răng nghiêng dẫn động trục can thay đổi, làm ảnh hưởng tới pha phân phối khí,người ta dùng chắn dọc trục Trong trường hợp dẫn động trục cam

Hình 2.20: Kết cấu chắn dọc trục cam

là bánh răng côn hay bánh răng nghiêng, ổ chắn phải đặt ngay sau bánh răng dẫn động.Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt bất kỳ vị trí nào trên trục cam vìtrong trường hợp này trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam và nắp máy cógiãn nở cũng không ảnh hưởng tới pha phân phối khí

Cũng như ổ chắn dọc trục của trục khuỷu, ổ chắn dọc trục của trục cam cũng lợidụng các mặt bên của cổ trục cam tì lên các bích chắn bằng thép hoặc đồng để khốngchế khe hở dọc trục và chịu lực chiều trục

Ổ chắn dọc trục của động cơ ô tô kết cấu thường đơn giản và dễ chế tạo

II.2.7 Con đội