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 độngcủa động cơ.. Đi sâu nghiên cứu về đề tài: “

1.Lý do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Bước vào thế kỷ XXI, nhờ những thành tựu của khoa học kỹ thuật đã làmchuyển biến mạnh mẽ cơ cấu kinh tế của các quốc gia và làm thay đổi sâu sắcmọi mặt của đời sống xã hội loài người Khoa học công nghệ luôn đóng vai tròquan trọng trong việc phát triển kinh tế Là một quốc gia đang trên đà phát triển,Việt Nam cần phải áp dụng các thành tựu của khoa học công nghệ vào việc pháttriển kinh tế đất nước, đẩy nhanh quá trình CNH-HĐH đất nước bắt kịp được vớicác nước phát triển trên thế giới

Hiện nay khi mà các nguồn năng lượng như: Năng lượng mặt trời, gió, hạtnhân… chưa thực sự phổ biến vì những nhược điểm về kinh tế, công nghệ, môitrường…thì nguồn năng lượng phổ biến nhất trên thế giới được sử dụng hiện nayđược lấy từ dầu mỏ Đi song song với việc sử dụng nguồn năng lượng này lànhững 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 đểđộng cơ đốt trong có hiệu suất sử dụng tối ưu, giảm lượng khí thải thì cần phảiquan tâm đến rất nhiều vấn đề trong đó có cơ cấu phân phối khí trong động cơđốt 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 độngcủa động cơ Trong quá trình học tập nhận biết được sự quan trọng và tính cấpthiết 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 Mục đích nghiên cứu

Nâng cao kiến thức kỹ thuật về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốttrong 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, sángtạo 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 phânphối khí

6 Phương pháp nghiên cứu

● Nghiên cứu lý thuyết

7 Cấu trúc khóa luận

Gồm 2 chương

Chương 1 :

Chương 2:

Tổng quan về hệ thống 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

- 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 rãitrong động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làmviệc 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 tiếtdiện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn

Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston củachúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Cơ cấu phân phốikhí 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 cơchỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Quá trình thải trong động

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

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

Hình 1.1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí

1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu

+ 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 đườngtâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lêntới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải

+ 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 môichất 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 thấthành 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 tâmcửa quét nghiêng xuống một góc 150 Trong hệ thống có thể có van xoay để đóngcửa 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 Xupápthải được đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lênnắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộnvới sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khísót 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 tạothành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trìnhcháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sứccản trong quá trình quét khí

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 đượcthực 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 củađộng 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 camdẫn động xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh cóthể 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 nạpnên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn

5 8 1

2

4 3

9

10

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;

Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu củanắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng, bên cạnh đó có khuyết điểm

là buồng cháy không gọn và đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạpcho việc đúc và gia công Đường nạp, thải khó thanh thoát tổn thất nạp thải lớn

+ 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 vậygiảm được tổn thất nhiệt Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điềukiện thiết kế để dòng khí lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố tríxupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí Tuy vậy cơcấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫnđộng xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanhhết 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 Trườnghợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupáp được dẫn độnggián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy…

1 2 3 4 567

8

9

10

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 quacác 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 cặpbánh răng, nếu khoảng cách trục lớn phải dùng thêm các bánh răng trung gianhoặc dùng xích răng

b a

c

d

Trục cam đặt trên nắp máy, về dẫn động trục cam có thể dùng trục trunggian dẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng Khi dùng hệ thống bánhrăng côn cần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọctrục Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ốngtrượt, trục cam dẫn động qua đòn quay

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

Hình 1.6 Kết cấu trục cam.

1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơmxăng; 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 camdẫn động bơm xăng, bơm cao áp…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyếtđịnh bởi thứ tự làm việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ Cam có thể đượcchế tạo liền trục hoặc có thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai

ốc (hình 1.6 )

Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim hoặc được đúc bằnggang, đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao

+ 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 diezen Số

cổ loại thiếu cổ Z = (i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng Các cổ phải màibóng, bề mặt có độ cứng đạt 50  60 HRC Nếu trục cam lắp luồn thì kích thước

cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam Các ổ trục cam được ép trênthân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mòn như hợp kim đồng chì,hợp kim nhôm Trục cam lắp theo kiểu đặt phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trênthân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gugiông, 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 củabánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởngđến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục (hình 1.7 ) Trongtrường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răngnghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động Còn khi dùngbánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trongtrường 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 nhưtrường 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 – Vòngchắn; 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:

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, lựcnén 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 camphải 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 dùngphổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng cho hệ thống phối khíxupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được khoét rỗng để lắp vớiđũa 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) khiđường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam Khi mặt tiếp xúc làmặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được hiện tượng càoxước Con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupápđặt Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầucủa thân

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

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 bulôngbắt 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 tácdụng 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 sẽkhông còn tồn tại khe hở nhiệt Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưuđiểm đặc biệt là có thể tự động thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phânphối khí Vì khi tốc độ động cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nênxupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều đó rất có lợi đối với quá trìnhnạp của động cơ Dùng con đội thủy lực, tuy có nhiều ưu điểm như trên, nhưngđiều cần đặc biệt chú ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rấtnhiều vào chất lượng của dầu bôi trơn Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con độithủy lực phải rất sạch và độ nhớt ổn định, ít thay đổi

4.3 Đũa đẩy:

Hình 1.10: Các dạng đũa đẩyNhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫnđộng 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 làmột thanh thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đònbẩy Để giảm nhẹ trọng lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầuhàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu hoặc mặt cầu lõm Đôi khi cả hai đầu tiếpxúc 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 trungbình, đầu tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn vớiđũa 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 đẩyhoặc cam Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha phân phối khí

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

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

4.5 Xupáp:

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

8000C

2

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

3

Hình 1.12 : Kết cấu của xupáp1- 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 thànhphần như: silic, crôm, măngan Để chống mòn và gỉ, người ta mạ lên bề mặt làmviệc của xupáp một lớp mỏng hợp kim cô ban

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

4.6 Nấm xupáp

Có dạng hình nấm, phần chuyển tiếp giữa thân và đầu có góc lượn để hạnchế sự cản trở dòng khí nạp Mặt tiếp xúc đế xupáp là mặt côn được mài nhẵn,

Hình 1.14: Kết cấu đế xupápa)- Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắpvào 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 vàorãnh giữ chắc đế xupáp Đế mặt ngoài là mặt côn, loại này có khi không ép sátđáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra Có loại đế lắpvào thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặtnắp 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 lắpxupáp, người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này Xupáp được lắpvào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng

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

Hình 1.15: Kết cấu ống dẫn hướnga) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai.

4.8 Lò xo xupáp:

Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp khôngcho 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 mộtcái ở ngoài Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau Như vậy nó sẽ ngăn cản dao độngriêng của xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Lò xo xupáp thường đượcdùng là lò xo kín hay lò xo tác động kép Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc

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 nềnkhoa 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 cónhững tính năng hiện đại Một trong những tính năng đó là việc áp dụng sự điềukhiển 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

kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối thiểu khi sử dụng Động cơ phảiphát huy được hết công suất ở những dải tốc độ khác nhau Ngoài ra động cơ khilàm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ ô nhiễm môi trường của cácquốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng Tuy các biện pháptiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điềukhiển 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 cấuphối khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thờiđiểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khíhiện 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 thờiđiểm 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 vàtruyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở củaxupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển điện tử và thực hiện theonhững tín hiệu nhận được Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộcảm ứng, xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểmđóng mở của xupáp

5.2 Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda

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

DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nđng củaxupâp 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 củaxupâp 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 vòngquay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp câc piston thủy lực A vă B chưahoạt động vă ở vị trí như (hình 1.17) Câc đòn bẩy thứ nhất vă thứ hai hoạt độngriíng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tđm ở giữa không tham gia văo hoạt động đóng

mở câc xupâp ở chế độ năy

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

VÂ ÚU CAM DẪN ĐỘNG ỞTÔ ÚC ĐỘTHẤP

2 3 7 1

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

mở các xupáp như (hình 1.18)

Hình 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 bẩythứ 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, pistonthuỷ lực di chuyển theo hướng mũi tên như (hình 1.19) Kết quả là đòn bẩy thứnhất, thứ hai và đòn bẩy trung gian được nối cứng với nhau bởi hai pis ton thủylực A và B thành một khối và chuyển động thống nhất Tất cả các đòn bẩy dichuyển bởi vấu cam trung tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả cácxupáp nạp được điều chỉnh thời điểm đóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ởtốc 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

1 2 3 7

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 bẩythứ 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 đượcđiều khiển bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạngthái làm việc của động cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quayđộng cơ, tốc độ của xe Những tín hiệu này được truyền đến bộ vi xử lí để xử lícác tín hiệu rồi từ đó điều khiển một cách chính xác hoạt động của cơ cấu phânphối 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 cảitiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiệnđại Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điềukhiển CVVT Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupápphù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong những năm

làm việc của động cơ CVVT là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Continusly VaraibleValve 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 vàthường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trựctiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, vớicác động cơ có hệ thống CVVT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiệnlàm việc của động cơ Hệ thống CVVT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằngvan điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thờiđiểm phối khí tối ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theogóc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt độngcủa 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 đãlàm 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 ônhiễm 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 sangtốc độ cao Bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhượcđiểm là: Có nhiều chi tiết, cụm chi tiết cần chế tạo với độ chính xác cao, hệ thốngđiều khiển phức tạp và việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

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 vìvậy đòi hỏi các giải pháp xử lý khi thiết kế và chế tạo phải đảm bảo cho cơ cấuđược 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 hoặcnắp 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 suấtđộng cơ bị giảm, làm thay đổi góc mở sớm, đóng muộn của xupáp khe hở nhiệtxupáp 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 quánhỏ, 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 thânđộng cơ, phía đuôi trục khủy nghe rõ hơn Do khe hở giữa bạc và trục cam quálớn, 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 khớpgiữa 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 việckhông đều và có thể không làm việc được

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 mònhóa học do dòng khí dẫn đến xupáp đóng không kín vào ổ đặt, tỉ số nén giảmdẫn đến giảm công suất của động cơ

- Thân xupáp bị mòn làm tăng khe hở lắp ghép do ma sát với ống dẫnhướng làm cho xupáp chuyển động không vững, gây va đập khi làm việc vàkhông 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 vậtliệu bị mỏi gây hỏng hóc lớn cho piston và xilanh

- Đuôi xupáp bị mòn do va đập với mỏ đòn gánh (hoặc con đội) Đuôixupáp mòn sẽ làm tăng khe hở nhiệt làm giảm góc mở sớm đóng muộn ảnhhưởng 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 sửachữa khác nhau