Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ SKODA6L 350

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 thựchiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rấ

MỤC LỤC

1 Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong 41.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí 4

1.2 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ 4

1.3.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp 61.3.2 Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam 91.4 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí cổ điển 11

1.5.2 Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển 30

2 Khảo sát và tính toán hệ thống phân phối khí trong động cơ Skoda6l-350 31

2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Skoda6l-350 362.2.2 Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ Skoda6l-350 402.3 Hệ thống phân phối khí của động cơ Skoda6l-350 45

2.3.7 Kết cấu trục cam 57

4 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí 714.1 Xác định tỷ số truyền của cơ cấu phân phối khí 71

6 Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân phối

6.3 Phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết của cơ cấu phân phối khí 97

LỜI NÓI ĐẦUĐộng cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay v.v

Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ SKODA6L-350 Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế Hệ thống phân phối khí của động cơ SKODA6L-350 có nhiều đặc điểm mới lạ Do đó việc khảo sát động cơ này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích.

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Văn Nam hiệu trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em

đã cố gắng hoàn thành đề tài này Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Trần Văn Nam, cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

1 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:

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động

cơ Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc không khí mớivào xilanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định, phát huy hết côngsuất thiết kế

Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu tuy có nhiều ưu điểm như có thểđảm bảo tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít gây ồn… Nhưng do kết cấu kháphức tạp, giá thành cao nên rất ít được dùng

Trong một số động cơ hai kỳ, việc nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston củachúng 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 chỉchiếm 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 vậtcháy ra ngoài Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vậtcháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới Chấtlượng các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơhai 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:

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 quétthường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng khôngkhí 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 tâmxilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lêntới 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 bốtrí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất côngtác mới vào hàng lổ phía trên

Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp Chiềucao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công táccủa động cơ

+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:

Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupáp thảiđược đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanhrồi 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 suấtdòng khí nạp lớn

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn Cửaquét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành mộtvận 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 trìnhquét khí.

Hình 1-1 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 ngangtheo hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp; d) - Hệ thống

quét thẳng 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 thựchiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng Tùytheo cách bố trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơbốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấuphối 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 dẫnđộng xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trítheo 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 chođường nạp trở thành đơn giản hơn.

Hình 1-2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

1 – Trục cam; 2 – Thân máy; 3 – Con đội; 4 – Đế lò xo xupáp; 5 – Lò xo xupáp; 6 –

Ống dẫn hướng; 7 – Xupáp; 8 – Bánh răng dẫn động bánh răng cam;

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

Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn Một khuyếtđiểm nữa là đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và giacông 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 mặttruyền 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 khílưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăngđược tiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểmnhư dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắpxilanh 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 tiếphoặc dẫn động qua đòn bẫy Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ởthân máy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…

Hình 1-3 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Vít điều chỉnh; 5 – Trục đòn bẫy;

6 – Đòn bẫy; 7 – Đế chặn lò xo; 8 - Lò xo xupáp; 9 - Ống dẫn hướng; 10 – Xupáp;

11 – Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu

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

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

thấy rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được  cao còn động cơxăng có thể dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phânphối khí kiểu treo Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suấtnhiệt cao hơn Dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rấtphức tạp và dẫn động cũng phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt Hệthống 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 Nếukhoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng

b)

e)

c)

d)

Nếu khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xíchrăng

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

Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, docặp bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm vàbền Tuy vậy, khi khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu lớn thì phương án nàyphải dùng thêm nhiều bánh răng trung gian Điều đó làm cho thân máy thêm phứctạp (vì phải lắp nhiều trục để lắp bánh răng trung gian ) và cơ cấu dẫn động trở nêncồng kềnh, khi làm việc thường có tiếng ồn

Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động đượctrục cam ở khoảng cách lớn Tuy vậy phương án này có nhược điểm là đắt tiền vìgiá thành chế tạo của xích đắt hơn bánh răng nhiều Khi xích bị mòn gây nên tiếng

ồn và làm sai lệch pha phân phối

Hình 1-5 Các phương án dẫn động trục cam

a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng 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 cổ điển:

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

+ 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

Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50  60 HRC Nếu trục cam lắpluồn thì kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam Đôi khi để dễ

lắp người ta làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phíacuối trục.

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

Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân haynắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấunày dùng ở động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam đặt trên nắpxilanh

+ Ổ chắn dọc trục:

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

Hình 1-7 Kết cấu đầu trục cam

1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6

-Ổ đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then;

10 – Bánh răng dẫn động trục cam

1.4.2 Con đội:

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

xupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy

Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò

xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phảiđược 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 nấmdùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con độiđược khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩykhoảng (0,2  0,3) mm Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt conđội (hoặc mặt cam) khi đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trụccam

Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránhđược hiện tượng cào xước

Loại 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

+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn Lò xo chặn có tácdụng không cho con đội xoay Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để conđội hoạt động đúng hướng

Hình 1-9 :Kết cấu con đội con lăn.

Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn Cơ cấu con đội con lăn có tác dụnglàm 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 loạicon 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 độngthay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí Vì khi tốc độ động cơtăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độnày, 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 biệtchú ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượngcủa 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 Đủa đẩy:

Nhiệm vụ: Đủa 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: Đủa 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, đủa 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

Hình 1-10 Các dạng đũa đẩy

(đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh) Đôi khi cả hai đầu tiếp xúc của đủa đẩy đều làhình cầu.

Vật liệu chế tạo: Đủa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung bình,đầu tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với đủa đẩy rồitôi 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 mởxupáp theo đúng theo pha phân phối khí Đòn bẩy được gắn trên trục của nó Hoạtđộng của đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theođúng pha phân phối khí

Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh Sau khi điều chỉnhkhe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupápthường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng Nhưng cũng có khi dùng vít để khimòn thay thế được dễ dàng

Hình 1-11 Kết cấu đòn bẩy

Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờnchứa trong phần rỗng của trục Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫndầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.Vât liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trungbình

1.4.5 Xupáp:

Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài vớithời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston Xupáp hoạt động được theochiều thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp

Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệttruyền qua xupáp khi xupáp 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.Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi Phầnnấm do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khilàm việc chịu va đập lớn gây biến dạng Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắpráp Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đườngống nạp và thải một vòng đế xupáp

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

Hình 1-12 Kết cấu xupáp

a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; d, đ,e) – Nấm lồi; c) – Nấm xupáp được làm 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 rãnhgiữ 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 thânmáy hoặc nắp xilanh bằng ren Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy đểkim loại biến dạng giữ chặt đế Loại này ít dùng

1.4.7 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 lắp vàoống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng

Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít.Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanhnhôm Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng khôngxảy ra hiện tượng kẹt xupáp

b)

c)

e)

Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ởngoài Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng củaxupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Lò xo xupáp thường được dùng là lò xokín 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 vậtliệu 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 họccông nghệ Các hãng sản xuất ôtô như Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ranhiều sản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại Một trong nhữngtính năng đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khítrong động cơ Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phùhợp với từng dãi tốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ranhư việc sử dụng động cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tốithiểu khi sử dụng Động cơ phải phát huy được hết công suất ở những dải tốc độkhác 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 tiêudùng Tuy các biện pháp tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưngđều tìm cách điều khiển và chế tạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần vớigiá trị tính toán lý thuyết lý tưởng

1.5.1.Các cơ cấu phân phối khí hiện đại :

1.5.1.1 Động cơ không dùng trục cam: Công nghệ do Valeo phát triển là một hệ

thống sử dụng các van điện từ để đóng mở xu páp Các van điện từ sẽ được gắnngay trên đỉnh xu páp bên trong động cơ Valeo SA cho biết công nghệ sử dụng xupáp điều khiển điện tử này sẽ giúp giảm 20% mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ

Hình:1-16 Động cơ không dùng trục cam

Trong tất cả các loại động cơ đốt trong, trục cơ được liên kết với trục cam quadây đai (cuaroa), xích hoặc bánh răng Khi trục cơ quay, trục cam quay theo và lầnlượt đóng mở xu páp hút xả Rất nhiều năng lượng do động cơ sản sinh ra đã bị mất

đi do trục cơ phải kéo theo trục cam Trong động cơ không sử dụng trục cam thì các

xu páp đóng mở nhờ vào hệ thống điều khiển điện tử nhờ vậy công năng sẽ không

bị tổn hao vô ích Cho tới thời điểm này, Valeo đã hoàn thiện và đưa ra thử nghiệmhai chiếc Peugeot 407 sử dụng động cơ dùng xu páp điều khiển điện Theo ThierryMorin, cả hai chiếc xe đã hoàn động tốt trong mọi điều kiện thời tiết với cấp độ thửnghiệm rất khắc nghiệt

Ưu điểm: Do giảm được các bộ phận chuyển động nên lực cản động cơ do masát sẽ giảm đáng kể Ở tốc độ thấp, khoảng 25% lực cản ma sát là do hệ thống trụccam cơ khí tạo ra Công suất, mô men xoắn và mức tiêu hao nhiên liệu đều được cảithiện do động cơ sinh công chỉ để làm bánh xe chuyển động Lượng khí thải độc hại

sẽ giảm vì máy tính điện tử sẽ điều khiển các xu páp đóng mở chính xác Mỗi xupáp trong một xi lanh có thể đóng mở hoàn toàn độc lập, một điều không thể cótrong loại động cơ sử dụng trục cam

Nhược điểm: Tuy có rất nhiều ưu điểm nhưng động cơ với xu páp điều khiển điện

tử vẫn có những khiếm khuyết như khả năng xảy ra trục trặc lớn do lệ thuộc nhiềuvào các thiết bị điện tử Nếu máy tính điện tử gặp sự cố hoặc hệ thống điện có trụctrặc, rất có thể động cơ sẽ cho ra lượng khí thải độc hại lớn hoặc tệ hơn nữa: nếu xupáp đóng mở không đúng thời điểm sẽ phá vỡ đỉnh piston, hỏng động cơ

1.5.1.2 Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda:

Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) cónghĩa là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi qui luật nângcủa 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 củađộng 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 làmviệc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ Cơ cấuphối khí VTEC có hai kiểu sau:

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

và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên

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

* Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối DOHC VTEC:

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

và B chưa hoạt động và ở vị trí như hình 1 – 17 Các đòn bẩy thứ nhất và thứ hai

hoạt động riíng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tđm ở giữa không tham gia văo hoạt độngđóng mở câc xupâp ở chế độ năy.

VẤ U CAM DẪ N ĐỘ NG Ở TỐ C ĐỘ THẤ P

1

Hình1-17 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 trunggian; 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 sẽđẩy piston A dịch chuyển về bín phải theo hướng mũi tín trín hình Lăm cho đònbẩy thứ nhất, thứ hai vă đòn bẩy trung gian được nối với nhau thănh một khốichuyển 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

Hình 1-18 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 trunggian; 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 hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành ở tốc

độ cao của DOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn 5300(vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát phải lớn hơn 600C

* Nguyên lý làm việc cơ cấu phân phối SOHC VTEC:

Ở số vòng quay thấp: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp đòn bẩy thứnhất và thứ hai hoạt động riêng lẻ, không được liên kết với nhau Lúc này các pistonthủy lực A và B chưa hoạt động và vấu cam ở giữa không tham gia vào chuyểnđộng đóng mở các xupáp

7 3

2 1

6 5

4

Hình 1-19: Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

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

Ở số vòng quay cao: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, piston thuỷ lực

di chuyển theo hướng mũi tên như 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 vấucam trung tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điềuchỉnh thời điểm đóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao

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

độ cao của SOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn 4800(vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát là 600C

7 3

2 1

Hình 1-20 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao

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

Hệ thống điều khiển: Cơ cấu DOHC – VTEC và SOHC – VTEC được điềukhiển bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng thái làmviệc 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

1.5.1.3 Cơ cấu VVT-i của Toyota.

Cùng với hãng Honda, hang Toyota đã đi đầu trong lĩnh vực chú tâm cải tiến hệthông 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 VVT –

i (tên gọi của hãng Toyota) Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí củacác xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trongnhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Camry,Corolla Altis, Vios, …

VVT-i là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việccủa động cơ VVT-i là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Varaible Valve Timing –intelligent (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 thườngđựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trụckhuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có

hệ thống VVT-i thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động

cơ Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoaytrục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệthống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạtthời 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, làmcho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm chođộng cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc giatốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm vàđạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịutrong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độcao Tuy nhiên 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 Việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

Hình 1.21 Hệ thống VVT-i của động cơ Toyota

Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i(Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp

và làm thay đổi thời điểm phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiệntính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm

Hình 1.23 Sơ đồ thời điểm phối khí.

Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ.Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trể lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều này làm ổn định chế độ không tải và cả thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và tính khởi động Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng Thời diểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hoàn khí thải) nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiểm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp

Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupápnạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoaytrục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i và van điềukhiển dầu phối phí trục cam để điều khiển đường đi của dầu

Hình 1.24 Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được

cố định trên trục cam nạp

Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánhgạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên lục thời điểm phốikhí của trục cam nạp

Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duytrì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lậptức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điềukhiển VVT-i để tránh tiếng gõ

Hình 1.25 Van điều khiển dầu phối khí trục cam

Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệ hiệudụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầucấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn Khi động cơ ngừnghoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-itương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-i quay trục

cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặp áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộnhoặc duy trì thời điểm phối khí

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạtđộng khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độnước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam Hơn nữa, ECUdùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tínhtoán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thờiđiểm phối khí chuẩn

Hình 1.26 Làm sớm thời điểm phối khí

Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằngECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểmphối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí

Hình 1.27 Làm muộn thời điểm phối khí

Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra tronghình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phốikhí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí

Hình 1.28 Sơ đồ điều khiển hệ thống xoay cam nạp

ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau khi đặtthời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầuđóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại

1.5.2 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 phốikhí 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 luônluôn 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 ởnhững bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểmđóng 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 truyềntín hiệu về bộ điều khiển điện tử

Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộđiều 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 vàtruyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp

2.Khảo sát và tính toán hệ thống phân phối khí trong động cơ Skoda6l-350 2.1 Giới thiệu động cơ Skoda6l-350:

Động cơ Skoda6l-350 được lắp trên tàu kéo TK980, đây là loại động cơ đượcphục vụ cho việc điều khiển những con tàu trên sông và trên biển Động cơ này lànhững loại động cơ 4 kỳ, với 6 xilanh xếp thẳng hàng

Động cơ Skoda6l-350 được làm mát bằng nước và nhiên liệu được phun trực tiếpvào xilanh động cơ, một số loại động cơ được chế tạo có hệ thống nạp bình thường,một số loại khác thì dùng thiết bị tăng áp bởi tuốc bin và máy nén Động cơ nàythiết kế chiều quay với chiều quay ngược chiều kim đồng hồ,khi cần thiết thì động

cơ này quay chiều ngược lại để thuận tiện cho việc tàu chạy lùi Động cơ này đượcđiều khiển bằng phương tiện là một bộ phận điều khiển trung tâm được đặt trênbánh đà và bao gồm một số bộ phận đặt trên đó như: bộ phận cài đặt tín hiệu, bộphận đo khoảng cách

4 d Nhiệt độ khí xả trước tua bin tại 110%

(Pj)

5

d Định mức lượng dầu tiêu hao 3,5 (+10%) g/kW.h

e Lưu lượng dầu được bơm cung cấp 13700 l/h

6

d Nhiệt độ nước sau khi làm mát giới hạn 25 0C

f Nhiệt độ nước làm mát tại ống thải 70 0C

h Lưu lượng của nước do bơm cung cấp 500 l/ph

7

a Áp suất dòng không khí nạp khi đảo

chiều

b Lưu lượng không khí khi đảo chiều 100 l

b Lưu lượng khí nạp của động cơ 500 m3/h

c Áp suất khí nạp thấp nhất khi tăng áp 0,135 MPa

e Tốc độ cao nhất của tuốcbin-máy nén 16400 v/p

13 Dung tích thùng chứa dầu 400÷600 l

( kg/h )

(v/p)

ge

17652 15690 13729 11768 9806 7845

t v

( 0C )

400 300 200

100 200 300 400 500

3922 5884 0 147 294 441

19613 588 735

ge Ne ( N.m) ( KW) (g/kw.h)

394 380 367 354 340 326 312 299 286 272 258 245 231 218 204 0 160 140 120 100

8 0

6 0

4 0 20 0 100

2 1

2.2 Hệ thống nạp, thải trong động cơ Skoda6l-350

Công nhận rằng công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào khối lượng vàthành phần khí nạp Rõ ràng rằng lượng không khí đi vào xilanh trong quá trình nạp

sẽ phụ thuộc vào việc xilanh của động cơ được thải sạch ở mức độ nào đó trong chutrình trước Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vậtcháy của chu trình trước ra khoải xi lanh để nạp đầy môi chất mới vào xilanh động

cơ Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau Vì vậy kết cấu của hệthống nạp thải phải thiết kế sao cho động cơ làm việc với hiệu quả cao nhất

Các quá trình trao đổi khí không chỉ có quan hệ với nhau mà việc tạo hướngchuyển động của khí nạp trong thời gian nạp ở xilanh động cơ phụ thuộc vào việcphân bố các xupáp trên nắp xilanh Đây là một trong những yếu tố cơ bản có khảnăng cải thiện việc tạo thành hỗn hợp và đôt cháy

Các thí nghiệm chỉ ra rằng, để trao đổi khí tốt hơn xupáp nạp cần được mở sớmkhi píttông đến điểm chết trên còn xupáp xả cần đóng muộn sau ĐCT

Như vậy theo những nhận định trên, các hệ thống nạp và thải của động cơ ảnhhưởng trực tiếp đến hệ thống phân phối khí của động cơ như: Thời gian đóng mởcác xupáp, kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí cũng như việc bố trí cácxupáp…Vì vậy khi phân tích đặc điểm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí chúng

ta cần phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống và nạp thải trong động cơ

2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Skoda6l-350:

Theo nguyên lý động cơ đốt trong, lượng môi chất nạp vào xi lanh trong mỗichu trình động cơ bốn kỳ phụ thuộc nhiều nhất vào độ chênh áp suất của môi chấttrước xupáp nạp (pk) và áp suất môi chất trong xilanh (pa) Suốt kỳ nạp áp suất trong

xi lanh đều thấp hơn pk Sự chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi chất mới đi vàoxilanh qua xupáp nạp, nó ảnh hưởng đến trợ lực của xupáp nạp đối với dòng chảy

Hệ số nạp v là một trong những thông số đặc trưng cơ bản của động cơ trongquá trình trao đổi môi chất Đó là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vàoxilanh ở đầu quá trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng môichất mới theo lý thuyết có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xilanh ở điều kiệnnhiệt độ và áp suất của môi chất trước xupáp nạp Ảnh hưởng đến hệ số nạp có rấtnhiều yếu tố như: Tỷ số nén, áp suất cuối quá trình nạp, kết cấu đường ống nạp…

Sức cản của đường nạp: Tổn thất áp suất khi nạp là p a p0  p a Tổn thất

a

p

 càng lớn thì áp suất pa càng nhỏ và do đó mật độ mồi mới khí nạp trong xilanh

và hệ số khí nạp càng nhỏ Tổn thất của đường nạp có thể tính theo công thức:

2

)

1(

2

k

p a  Bn k 

Với Bn là hệ số cản của hệ thống nạp, đặc trưng cho tính chất đường nạp ví dụnhư tiết diện lưu thông qua xupáp nạp

5

3

4

210 15,5

và cấu tạo của xupáp Việc tăng hành trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở các xupáp,tăng thời gian giữ xupáp ở vị trí mở lớn nhất, đều làm tăng khả năng lưu thông quaxupáp Thế nhưng những vấn đề trên đều bị giới hạn bởi phụ tải động do lực quán

tính của cơ cấu phân phối khí tạo ra Mặt khác khi xupáp đã mở hết hành trìnhkhoảng cách từ mép nấm đến thành cũng gây ảnh hưởng đến lực cản của dòng chảy.Khoảng cách trên nếu nhỏ sẽ làm giảm hiệu suất lưu thông của tiết diện sát thànhxilanh và làm tăng lực cản.

Ngoài ra trong quá trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường nạp cũngảnh hưởng rất nhiều đến việc nạp đầy môi chất mới vào xilanh Các sóng này đượctruyền qua lại trong đường ống nạp tạo nên hiệu ứng động của dao động áp suất.Nếu sóng nén được truyền đến khu xupáp mà xupáp chưa đóng sẽ làm tăng áp suất

ở khu vực trước xupáp và làm tăng số nạp Khi tốc độ động cơ tăng thì vận tốc dòngkhí lưu thông qua xupáp nạp cũng tăng theo Sự dao động của dòng khí nạp phụthuộc vào sự đóng mở xupáp nạp

Để thực hiện quá trình nạp cho động cơ, máy nén, nồi hơi và các thiết bị khác,đồng thời đảm bảo sự thông thoáng buồng máy cần phải liên tục thực hiện việc cấpkhông khí Đối với các trang bị động lực trên bộ (ôtô máy kéo, máy phát điện ) việctiếp nhận không khí được thực hiện trực tiếp bên ngoài, còn trên tàu sông và tàubiển –từ buồng máy hay từ trên boong tàu nhờ hệ thống ống dẫn

Kết quả nhiều nhà nghiên cứu cho thấy tuổi thọ của các chi tiết piston, xilanh,xecmăng động cơ phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết của không khí nạp.Vì vậy cáctrang thiết bị trên bộ thường bố trí có lọc hút với kết cấu khác nhau Đối với trangthiết bị động lực tàu thủy và tĩnh tại, phương pháp thu nạp không khí từ buồng máytuy có đơn giản hơn (vì không cần hệ thống ống dẫn với hệ thống giằng và gia cốphức tạp) và tạo được sự lưu thông gió tự nhiên, nhưng gây ồn lớn trong khoangmáy, nhất là đối với những động cơ cao tốc Trên hình 2.4 là sự phân bổ âm lượngkhí nạp của quá trình hút trực tiếp từ khoang máy, việc trang bị hệ thống ống hútriêng từ bên ngoài hay từ trên boong tàu cho phép giảm mức âm lượng đến (6-10)dβ.Song với phương pháp dẫn gián tiếp khí nạp này, ngoại sự phức tạp hóa về kếtcấu còn làm tăng cản thủy lực, và dẫn đến giảm áp suất có ích trung bình pe và giảmcông suất cảu động cơ

Lượng không khí cần thiết cho động cơ phụ thuộc vào lượng tiêu thụ nhiên liệu

và chế độ tải

3600

L N g

Tiết diện ngang của ống dẫn khí nạp

Hình 2-4: Sự phân bổ âm lượng khí nạp trên động cơ

Động cơ Skoda6l-350 sử dụng bộ tuốc bin tăng áp nhằm tận dụng năng lượng khí

thải của động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ Năng lương khí thải được sửdụng để dẫn động cánh tuốc bin, cánh nén quay theo (nhờ được gắn đồng trục vớituốc bin) để nén khí vào xilanh động cơ

Mặt khác, trên động cơ sử dụng bộ hồi lưu khí xả nên giảm hàm lượng NOx, CO,

CH trong khí thải và hạn chế mức độ gây ô nhiễm môi trường

Hệ thống nạp thải bao gồm bộ lọc không khí, bộ tuốc bin khí, ống dẫn khí và các xupáp

60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống nạp thải của động cơ Skoda6l-350

1- Bộ làm mát khí nạp; 2- Bộ tăng áp động cơ; 3- Thiết bị bù;

4- Đường ống thải; 5-Bộ tiêu âm; 6- Ống khói

2.2.2 Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ Skoda6l-350

Hệ thống thải trong động cơ có nhiệm vụ thải sạch khí cháy ra ngoài qua đó nạpđầy môi chất mới vào trong xilanh động cơ Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơcũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môitrường Thỏa mãn điều kiện này, kết cấu các chi tiết của cơ cấu phân phối khí cầnphải phù hợp Vì vậy khi phân tích hệ thống phối khí cần phân tích hệ thống xả củađộng cơ

Sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy với áp suất pr > pthải (áp suất khí trongđường thải) tạo ra sự chênh áp Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độdòng khí qua xupáp thải và phụ thuộc vào trở lực của bản thân đường thải

Xupáp thải thường đóng sau điểm chết trên nhằm làm tăng thêm giá trị “tiết diệnthời gian” mở cửa thải đồng thời để tận dụng độ chênh áp giữa pr và áp suất trongđường thải cùng với quán tính của dòng khí thải tiếp tục thải sạch khí sót ra ngoàilàm tăng hiệu quả cho động cơ

Ngoài ra hệ thống phải đảm bảo cho khí thải ra môi trường bên ngoài ít gây ra ônhiễm môi trường, giảm tiếng ồn

Để đảm bảo các yêu cầu trên, cổ góp thải của hệ thống thải trong động cơSkoda6l-350 được chế tạo bằng vật liệu inox Với vật liệu này làm tản nhiệt nhanhtrên đường thải hiện đại hơn các động cơ khác cổ góp được chế tạo bằng gang