III. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
a) Vai trò, điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo
- Đế supap
Trong cơ cấu phân phối khí, đế supap được lắp vào thân máy (cơ cấu phân phối khí dùng supap đặt) hoặc lắp vào nắp xylanh (cơ cấu phân phối khí dùng supap treo) để giảm mài mòn cho thân máy và nắp xylanh khi chịu va đập của supap.
Trục cam Thân máy Con đội supap Đũa đẩy Supap Nắp xylanh Vít điều chỉnh Cò mổ Khe hở nhiệt
Đế supap được chế tạo bằng hợp kim chống mài mòn cao, được ép chặt vào nắp máy hoặc thân máy. Khi làm việc đế supap chịu va đập với nấm supap và nhiệt độ cao trong buồng cháy.
- Lò xo supap
Lò xo supap dùng để đóng kín supap trên đế supap, không có hiện tượng va đập trên mặt cam và đồng thời bảo đảm supap chuyển động theo đúng quy luật của cơ cấu phối khí.
Lò xo supap làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi rất đột ngột. Vật việu chế tạo thường là thép C65 có đường kính 3 ÷ 5 mm.
- Ống dẫn hướng supap
Ống dẫn hướng supap là một chi tiết rời được lắp vào thân máy hoặc nắp xylanh theo chế độ lắp lỏng. Chức năng của ống dẫn hướng supap là để dẫn hướng cho supap chuyển động theo một quy luật nhất định, thuận tiện trong quá trình sửa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xylanh.
Ống dẫn hướng supap được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc bằng hợp kim đồng nhôm.
b) Kết cấu
- Đế supap
Kết cấu của đế supap đơn giản, thường chỉ là vòng tròn hình trụ, trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm supap. Một vài loại nấp supap được giới thiệu trên (hình 3.61).
- Lò xo supap
Lò xo dùng nhiều nhất là loại lò xo xoắn ốc hình trụ, hai vòng ở hai đầu của lò xo quấn sít nhau và được mài phẳng để lắp ghép. Số vòng công tác của lò xo (không tính hai vòng đầu) từ 4 ÷ 10, nếu số vòng càng nhỏ thì lò xo chịu ứng suất càng lớn còn số vòng càng lớn thì độ cứng lò xo giảm và dễ xảy ra dao động cộng hưởng làm cho lò xo bị gẫy và gây va đập trong cơ cấu.
Hình 3.61. Các loại đế supap.
a) Mặt ngoài đế supap có dạng mặt trụ. b) Mặt ngoài có độ côn nhỏ.
c) Đế supap lắp ghép bằng ren.
d) Đế supap lắp ghép có khe hở nhỏ ở mặt đáy. e) và g) rất ít dùng. a) b) ren Khe hở < 0,04 mm M56X1,5 c) d) e) g)
Các động cơ hiện nay thường dùng lò xo hình trụ có bước xoắn thay đổi hoặc lò xo hình côn. Các bước xoắn ở giữa thường lớn hơn bước xoắn ở hai đầu hoặc bước xoắn nhỏ dần về phía mặt tựa cố định của lò xo. Trong một số động cơ có tốc độ cao, còn dùng hai đến ba lò xo lồng vào nhau với chiều xoắn khác nhau để giảm ứng suất xoắn trên mỗi lò xo, tránh hiện tượng cộng hưởng và cơ cấu vẫn làm việc được trong thời gian ngắn khi có một lò xo bị gẫy (supap không tụt vào xylanh).
- Ống dẫn hướng supap
Ống dẫn hướng supap có dạng trụ, được đóng ép vào thân máy hoặc nắp xylanh đến một khoảng cách nhất định. Loại có vai cũng hay dùng và được đóng lút xuống đến sát vai, do có mặt vai tuy dễ lắp nhưng tính công nghệ kém. Ngoài hai loại trên đôi khi còn dùng loại ống dẫn hướng mặt ngoài có độ côn nhỏ đóng ép vào lỗ côn trên thân máy hoặc nắp xylanh (hình 3.63).
Chiều dày của ống dẫn hướng thường vào khoảng 2,5 ÷ 4mm; chiều dài của ống dẫn hướng phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của thân xupap, thường có trị số vào khoảng (1,75 ÷ 2,5)dn với – dn là đường kính nấm xupap).
Cần phải chú ý rằng ống dẫn hướng bao giờ cũng chế tạo dưới hình thức bán thành phẩm, ống chỉ được gia công chính xác đường kính ngoài. Sau khi ép ống dẫn hướng vào nắp xylanh hay thân máy, ta phải dùng dao doa để doa lỗ của ống dẫn hướng đến đúng kích thước quy định.
III.3.3. Trục cam, con đội, cò mổ và đũa đẩy a) Vai trò, điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo
- Trục cam
Trục cam dùng để đóng mở supap theo một quy luật nhất định. Trục cam bao gồm các phần: cam nạp, cam thải và các ổ trục. Ngoài các cam dẫn động supap trên một số động cơ, trục cam còn có các cam dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp, bộ chia điện,...
Trong quá trình làm việc, các bề mặt của trục cam chịu ma sát và mài mòn rất lớn nên các bề mặt này đều được thấm than và tôi cứng.
Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như: 15X, 15MH,... hoặc thép có thành phần cacbon trung bình như thép 40 hay 45.
- Con đội
Con đội là một chi tiết máy truyền lực trung gian đồng thời chịu lực nghiêng do cam gây ra trong quá trình dẫn động supap, làm cho supap hoàn toàn không chịu lực nghiêng.
Các loại con đội thường làm bằng thép có thành phần cacbon thấp hay trung bình hoặc thép hợp kim 15X, 20X,... Mặt làm việc được thấm than và tôi đạt độ cứng cao. Hiện nay con đội trên một số động cơ còn được làm bằng gang.
- Cò mổ
Cò mổ là chi tiết truyền lực trung gian từ cam tới supap, một đầu tiếp xúc với đũa đẩy và một đầu tiếp xúc với đuôi supap. Khi cam nâng con đội, đũa đẩy nâng một đầu đòn bẩy đi lên còn đầu kia nén lò xo xuống để mở supap.
Đòn bẩy thường được dập bằng thép cacbon có thành phần cacon trong bình như 30, 35, hoặc 45. Trong một vài động cơ xăng cỡ nhỏ, đòn bẩy còn được dập bằng thép tấm.
- Đũa đẩy
Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí kiểu supap treo có dạng thanh thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy.
Đũa đẩy thường làm bằng thép có thành phần cacbon trung bình.
b) Kết cấu
- Trục cam
Kết cấu của trục cam gồm có các phần như (hình 3.64).
Trong động cơ ô tô các cam được làm liền với trục, hình dạng và vị trí đặt cam quyết định thứ tự làm việc và góc độ phối khí cũng như số kỳ trên động cơ. Trên động cơ bốn kỳ, cam nạp và cam thải có thể bố trí trên cùng một trục hoặc hai trục trong đó một trục cam nạp và một trục cam thải.
Trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy cam nạp và cam thải thường làm rời rồi lắp lên trục bằng then hoặc bằng đai ốc.
Để dẫn động êm dịu, dạng răng trên bánh răng trục cam thường là kiểu răng nghiêng.
Để trục cam không di chuyển theo chiều dọc trục làm ảnh hưởng đến pha phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục.
- Con đội
Kết cấu của con đội gồm hai phần: phần dẫn hướng và phần tiếp xúc với mặt cam phối khí.
Trục cam nạp
Trục cam thải Cam
Bánh răng kép Cổ trục cam
Thân con đội đều có dạng hình trụ còn phần mặt tiếp xúc có nhiều dạng khác nhau. Có ba loại con đội sau:
1) Con đội hình nấm và hình trụ
Đây là loại có cấu tạo đơn giản và được sử dụng nhiều nhất. Con đội hình nấm được dùng nhiều trong cơ cấu phân phối khí supap đặt. Gần đây, con đội hình nấm thường được làm rỗng. Phần tiếp xúc với đầu đũa đẩy thường có bán kính lớn hơn bán kính đầu đũa đẩy khoảng 0,2 ÷ 0,3 mm.
Để thân con đội và mặt nấm mòn đều, ta thường lắp con đội lệch với mặt cam một khoảng e=1 3 mm. Như thế trong quá trình làm việc con đội vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay tròn chung quanh đường tâm của nó.
2) Con đội con lăn
Do con đội tiếp xúc với mặt cam bằng con lăn nên ma sát giữa con đội với cam là ma sát lăn. Chính vì vậy con đội này có ưu điểm là ma sát nhỏ khi truyền động, nhưng nhược điểm là kết cấu phức tạp (hình 3.66a).
2) Con đội thủy lực
Trong hai kiểu con đội trên bao giờ cũng tính đến sự giãn nở của cơ cấu phân phối khí do chịu nhiệt độ cao khi làm việc nên người ta phải để khe hở trong khâu dẫn động cơ cấu supap.
Cũng chính do có khe hở này mà trong cơ cấu truyền lực từ cam, con đội đến supap có sự va đập. Để khắc phục hiện tượng này người ta dùng con đội thủy lực, trong cơ cấu phân phối khí dùng con đội thủy lực không tồn tại khe hở nhiệt do đó khắc phục được tiếng gõ (hình 3.66b).
Nguyên lý làm việc của con đội thủy lực
Khi cam không đội: các supap đóng, dưới tác dụng của lực lò xo làm cho piston của con đội đi
lên, đồng thời áp lực từ bơm dầu sẽ đẩy dầu bôi trơn vào xylanh, qua piston, đẩy van một chiều mở. Lượng dầu này qua van một chiều điền đầy vào khoang dưới của piston, dưới tác dụng của áp suất
a) b)
c) d) e) f)
Hình 3.65. Con đội hình nấm a) và
các loại con đội hình trụ c), d), e), f).
Lò xo Xylanh Piston Lỗ thoát dầu Van bi Thân van Thân con đội
Rãnh dầu
Hình 3.66. Con đội con lăn a) và con đội thủy lực b)
nhớt và lực lò xo làm cho piston của con đội đi lên để làm mất khe hở trong cơ cấu phân phối khí.
Khi cam đội: cam sẽ ép cò mổ hoặc con đội đi xuống làm cho piston con đội nén dầu ở bên
dưới, van một chiều đóng lại. Do vậy ở trường hợp này piston và xylanh con đội trở thành một khối cứng, dưới tác dụng của cam làm cho supap mở ra.
Do tồn tại khe hở lắp ghép giữa xylanh và piston con đội, cho nên một lượng nhớt nhỏ trong khoang bên dưới piston sẽ thoát ra ngoài khi cam đội. Lượng nhớt này sẽ được bù lại khi cam không đội, để bảo đảm cho khe hở của cơ cấu phối khí bằng không.
- Cò mổ và đũa đẩy
Đũa đẩy có dạng một thanh thép nhỏ, đặc hoặc rỗng có công dụng truyền lực từ con đội đến cò mổ. Đầu tiếp xúc có dạng hình cầu hoặc hình lõm.
Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi supap thường có dạng hình trụ được tôi cứng. Trên đòn bẩy, một số trường hợp người ta còn khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn cho mặt tiếp xúc với đuôi supap và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh. --- Cò mổ Đũa đẩy Con đội Cam Vít điều chỉnh Supap
Đầu đũa đẩy có dạng cầu