CƠ CẤU PHĐN PHỐI KHÍ:

2.1- Nhiệm vụ vă yíu cầu:

a, Nhiệm vụ:

- Hệ thớng phđn phới khí có nhiệm vụ thực hiện q trình thay đổi khí trong động cơ. Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh vă nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc khơng khí mới văo xilanh động cơ để động cơ lăm việc được liín tục, ổn định, phât huy hết cơng suất thiết kế.

b, u cầu:

- Cơ cấu phđn phới khí phải đảm bảo câc u cầu:

+ Q trình thay đổi khí phải hoăn hảo, nạp đầy thải sạch. + Đóng mở xupap đúng quy luật vă đúng thời gian quy định. + Độ mở lớn để dịng khí lưu thơng, ít trở lực.

+ Đóng xupap phải kín nhằm đảm bảo âp suất nĩn, khơng bị chây do lọt khí.

75 + Ít va đập, trânh gđy mịn.

+ Dễ dăng điều chỉnh, sửa chữa, giâ thănh chế tạo thấp.

2.2- Phương ân bố trí xupap vă dẫn động cơ cấu phđn phối khí:

a, Phương ân bớ trí vă dẫn động xupap: bớ trí xupap treo

- Cơ cấu phđn phới khí dùng xupap treo vì kết cấu của loại xupap treo lăm cho buồng chây nhỏ gọn, tăng được tỷ số nĩn.

- Ưu điểm: + Buồng chây rất gọn.

+ Diện tích bề mặt truyền nhỏ nín lăm giảm tổn thất nhiệt

+ Với động cơ xăng thì khi sử dụng cơ cấu năy có thể tăng tỷ sớ nĩn thím 0,5 – 2 so với bớ trí xupap đặt

+ Đường nạp vă đường thải thông thơng, lăm cho sức cản khí động nhỏ vă tăng được hệ số nạp 5 – 7%

- Nhược điểm:

Dẫn động xupap phức tạp vă lăm tăng chiều cao động cơ

Lăm cho kết cđu của nắp xylanh trở nín phức tạp gđy khó khăn cho gia cơng chế tạo.

Vì động cơ sử dụng 16 xupap nín mỗi xylanh sẽ có 4 xupap ( 2 xupap nạp vă 2 xupap thải), câc xupap nạp nằm về cùng 1 phía vă xupap thải nằm về 1 phía. - dẫn động xupap:

76 Dẫn động xupap bằng 2 trục cam đặt trín nắp xylanh, mỗi trục cam sẽ dẫn động trực tiếp 1 dêy xupap nạp vă 1 dêy xupap thải theo kiểu DOHC

Việc sử dụng kết cấu phđn phới khí DOHC như trín sẽ lăm cho cơ cấu đơn giản hơn, khơng gian trín nắp mây rộng thuận tiện cho việc thiết kế câc góc xupap, tăng kích thước xupap, đảm bảo hình dânh b̀ng chây tới ưu.

Chọn góc giữa 2 dêy xupap nạp vă thải: β= 22.5o b- Phương ân dẫn động trục cam:

- Trục cam được dẫn động trực tiíp hoặc giân tiếp từ trục khuỷu với tỷ sớ truyền 1:2. Khi lắp ghĩp chú ý đến dấu trín bânh răng trục cam vă bânh răng trục

khuỷu để khơng lăm sai quy luật phđn phới khí.

- Động cơ sử dụng phương phâp dẫn động trục cam bằng xích vì trục khuỷu vă trục cam đặt khâ xa với nhau

- Ưu điểm: gọn nhẹ vă dùng được cho câc trục có khoảng câch lớn.

- Nhược điểm:+ việc sử dụng xích sẽ có giâ thănh lớn hơn so với việc sử dụng bânh răng để dẫn động trục cam.

+ Khi cơ cấu lăm việc xích sẽ có nguy cơ gđy ra tiếng ờn vă dễ bị rung động lăm sai lệch pha phđn phới khí

+ Nín để lăm cho xích ln được căng, sử dụng thím cơ cấu căng xích.

77

1- Xupap:

- Trong quâ trình lăm việc, xupap có nhiệm vụ đóng vă mở câc lỗ nạp vă lỗ thải

theo đúng thời điểm quy định. Hình thănh nín quy luật phới khí trín động cơ. - Khi thực hiện q trình đóng mở, mặt nấm xupap chịu tải trọng va đập, lực khí thể vă tải trọng nhiệt độ rất lớn.

- Lực khí thể tâc dụng lín mặt nấm có thể đạt 10000 – 30000N - Va đập mạnh với đế xupap nín rất dễ bị biến dạng.

- Mặt nấm xupap thải tiếp xúc trực tiếp với khí chây có nhiệt độ cao (1100- 1200oC) vă vận tớc lớn.

- Bị ăn mòn hóa học do lưu huỳnh trong nhiín liệu chây tạo thănh axit ăn mòn mặt nấm.

- Vì điều kiện lăm việc phức tạp nín vật liệu chế tạo xupap thải phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tớt vă chớng được ăn mòn hóa học. Còn đới với xupap nạp thì do được lăm mât bởi dịng khí nạp đi văo nín thường sử dụng loại vật liệu có u cầu thấp hơn như thĩp hợp kim crom hay crom niken….

78 - Động cơ còn sử dụng hệ thớng điều khiển phđn phới khí thơng minh VVT-i, có tâc dụng thay đổi góc phới khí của trục cam nạp một câch tối ưu theo câc chế động hoạt động của động cơ nhằm nđng cao cơng suất, tính kinh tế nhiín liệu vă giảm tới thiểu lượng khí xả gđy ơ nhiễm.

* Kết cấu xupap:

Xupap được cấu tạo gồm 3 phần: nấm xupap, thđn xupap vă đuôi xupap a, nấm xupap:

Mặt nấm xupap tiếp xúc với đế xupap nín đđy lă bề mặt lăm việc quan trọng nhất của xupap. Mặt nấm có dạng hình cơn với góc α= 15 – 45o. Nếu góc α căng nhỏ thì tiết diện lưu thơng căng lớn, tuy nhiín phần nấm sẽ mỏng đi vă độ cứng vững căng kĩm.

Chọn góc cơn của mặt nấm α= 45o

Góc của mặt cơn trín nấm thường lăm nhỏ hơn góc của mặt cơn trín đế xupap khoảng 0,5- 1o để đảm bảo kín khít, cho dù mặt nấm có biến dạng nhỏ.

Sử dụng loại nấm bằng cho xupap vì nấm có kết cấu đơn giản, có thể dùng cho cả xupap nạp vă xupap thải.

Đường kính của nấm xupap nạp dn = 32 mm Đường kính của nấm xupap thải dt = 30 mm

Chiều rộng b của mặt cơn trín nấm b= 0,05- 0,12dn = 1,6- 3,84mm chọn b= 3 mm cho cả xupap nạp vă xupap thải.

b, thđn xupap:

Thđn xupap có tâc dụng dẫn hướng vă tản nhiệt, vì vậy để phât huy vai trò năy phần thđn thường xu hướng lăm tăng đường kính phần thđn. Tuy nhiín phần thđn cũng khơng được lăm q lớn vì supap có u cầu phải gọn nhẹ vă dịng khí lưu thơng dễ dăng.

Trục cam trực tiếp dẫn động xupap, lực nghiíng xuất hiện ở thđn xupap lớn nhất nín có thể tăng cường đường kính thđn xupap

chọn dt = 5mm cho cả xupap nạp vă xupap thải

chiều dăi thđn xupap lt = 76mm cho cả xupap nạp vă xupap thải Để xupap khơng kẹt trong ớng dẫn hướng lúc nóng nín có thể thu nhỏ đường kính thđn xupap phần đầu hoặc khoĩt rộng lỗ ớng dẫn hướng một ít ở phần đầu.

79 c, Đuôi xupap:

Đuôi của xupap có hình dạng đặc biệt để lắp ghĩp với đĩa lò xo.

Khi dẫn động xupap, đĩa lò xo lắp với xupap bằng hai móng hêm hình cơn lắp văo phần đi xupap. Mặt cơn phía ngoăi của móng hãm ăn khớp với mặt côn của lỗ đĩa lò xo. Câc rãnh hãm trín đi xupap có thể lă rênh hình trụ, hình nón, hình cơn, một rênh hoặc nhiều rênh.

Để tăng tuổi thọ của xupap vă đảm bảo xupap lăm việc tớt, có thể thiết kế cơ cấu xoay xupap quanh đường đường tđm của nó. Xupap vừa chuyển động tịnh tiến vừa xoay tròn quanh tđm, lăm cho thđn xupap lđu mòn vă nấm xupap tiếp xúc tốt với đế. Tốc độ quay thường nhỏ, văi chục lần đóng mở, xupap mới quay được 1 vịng.

2, Đế xupap:

- Trong cơ cấu phđn phới khí, đế xupap được lắp văo nắp xylanh trong cơ cấu xupap treo để giảm măi mòn cho nắp xylanh khi chịu va đập của xupap. - Đế xupap được chế tạo bằng hợp kim chống măi mòn cao, được ĩp chặt văo nắp mây. Khi lăm việc đế xupap chịu va đạp với nấm xupap vă nhiệt độ cao trong buồng chây.

- Kết cấu của đế xupap lă vịng trịn hình trụ, trín có vât mặt cơn để tiếp xúc với mặt cơn của nấm xupap

Đường kính trong của đế xupap nạp do= 32mm Đường kính trong của đế xupap thải do= 30mm

Chiều dăy đế: ld=(0,08- 0,12do)= 2,4- 3,6 chọn ld= 2,5 mm chọn cho cả xupap nạp vă xupap thải

Chiều cao đế: bd=(0,18-0,25dn)= 5,76- 8 chọn bd= 4,5 mm chọn cho cả xupap nạp vă xupap thải

80

3, lò xo xupap:

- Lò xo xupap dùng để đóng kín xupap trín đế xupap, khơng có hiện tượng va đập trín mặt cam vă đờng thời bảo đảm xupap chuyển động theo đúng quy luật của cơ cấu phđn phới khí

- Lị xo xupap lăm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi rất đột ngột. Vật liệu chế tạo lă thĩp C65.

- Kết cấu của lị xo dạng xoắn ớc hình trụ, hăi vịng ở hai đầu của lị xo quấn sít nhau vă được măi phẳng để lắp ghĩp. Sớ vịng cơng tâc của lị xo căng nhỏ thì lị xo chịu ứng suất căng lớn cịn sớ vịng căng lớn thì độ cứng lị xo giảm vă dễ xảy ra dao động cộng hưởng lăm lò xo bị gẫy vă gđy va đập trong cơ cấu.

Đường kính của lò xo Φlx = 3 mm Chiều dăi của lò xo llx= 24mm Sớ vịng cơng tâc của lị xo: 8 vịng

81 - ớng dẫn hướng xupap lă một chi tiết rời được lắp văo thđn mây

hoặc nắp xylanh theo chế độ lắp lỏng. Chức năng của ống dẫn hướng xupap lă để dẫn hướng cho xupap chuyển động theo một quy luật nhất định, thuận tiện trong quâ trình sửa chữa vă trânh hao mòn cho thđn mây hoặc nắp xylanh.

- ống dẫn hướng xupap được chế tạo bằng hợp gang hợp kim hoặc bằng hợp kim đồng nhôm.

- Kết cấu của ớng dẫn hướng dạng hình trụ, được đóng ĩp văo thđn

mây hoặc nắp xylanh đến một khoảng câch nhất định. Loại có vai cũng khơng hay dùng vă được đóng lút x́ng đến sât vai, do có mặt vai tuy dễ lắp nhưng công nghệ kĩm.

chiều dăy ống dẫn hướng bh= 2,5- 4 chọn bh= 3mm

chiều dăi ống dẫn hướng lh= (1,75-2,5dn) = 56- 80 chọn lh= 60mm

5, trục cam:

- Trục cam dùng để đóng mở xupap theo một quy luật nhất định. Trục cam bao gồm cam nạp, cam thải vă câc ổ trục. Ngoăi câc cam dẫn động xupap trín một sớ động cơ, trục cam cịn có câc cam dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm cao âp, bộ chia điện,…

- Trong quâ trình lăm việc, câc bề mặt của trục cam chịu ma sât vă măi mòn rất lớn nín câc bề mặt năy được thấm than vă tôi cứng.

- Trục cam được chế tạo bằng thĩp hợp kim có thănh phần cacbon thấp như: 15X, 15MH,.. hoặc thĩp có thănh phần cacbon trung bình như thĩp 40 hay 45. - Trong động cơ ô tô câc cam được lăm liền với trục, hình dạng vă vị trí đặt cam quyết định thứ tự lăm việc vă góc độ phới khí cũng như sớ ký trín động cơ. Xđy dựng biín dạng cam lời

82 góc lệch giữa 2 cam cùng tín liín tiếp 𝜑𝑐 =𝛿𝑘

2 = 180

2 = 90𝑜 góc cơng tâc của cam nạp 𝜑𝑛 = 180𝑜+𝛼1+𝛼2

2 =180+43+25

2 = 124𝑜

góc cơng tâc của cam thải 𝜑𝑡 =180𝑜+𝛽1+𝛽2

2 =180+45+3

2 = 114𝑜 đường kính trục cam nạp vă cam thải: dc= 32mm

bân kính cơ sở của cam 𝑅 =𝑑𝑐

2 + (0,5 − 1) = 16,5𝑚𝑚 độ nđng lớn nhất của con đội h= 8mm tính cho cam nạp vă xê bân kính cung đỉnh cam nạp rn= 7 mm

bân kính cung đỉnh cam nạp rth= 5 mm cổ trục vă ổ trục:

đường kính cổ trục d1= 26mm đường kính ổ trục d2= 36mm

III-TÍNH TƠN PHẦN CƠ CẤU PHĐN PHỐI KHÍ:

3.1- Tiết diện lưu thông của xupâp:

- giả thiết dịng khí đi qua họng đế xupâp lă ổn định, coi dịng khí nạp, thải có tớc độ bình quđn vă tớc độ pittơng không đổi.

83 Căn cứ văo giả thiết tính ổn định, liín tục của dịng khí ta có thể xâc định được tớc độ khí qua họng xupâp:

𝑣𝑘𝑘 =𝑣𝑝.𝐹𝑝

𝑖.𝑓ℎ = 𝑣𝑝. 𝐷2

𝑖.𝐷ℎ2

Trong đó: vkk (m/s) lă tớc độ trung bình của dịng khí qua họng đế vkk = 50 m/s

Fh (m2):Tiết diện lưu thông của họng đế xupâp

𝐹ℎ = 𝜋.𝐷ℎ2

4 =𝜋.0,0322

4 = 8,042. 10−4 (𝑚2) Dh(m): Đường kính họng đế xupâp Dh= 0,032 (m) i: Số xupâp i= 8 xupap

vp: Vận tớc trung bình của piston 𝑣𝑝 =𝑆.𝑛 30 =96.10−3.6000 30 = 19,2(𝑚/𝑠) Fp: Diện tích đỉnh piston. 𝐹𝑝 = 𝜋.𝐷2 4 = 𝜋.0,08852 4 = 6,1514. 10−3 (𝑚2) Suy ra 𝑣𝑘𝑘 =𝑣𝑝.𝐹𝑝 𝑖.𝑓ℎ = 19,2.6,1514.10−3 8.8,042.10−4 = 18,35𝑚/𝑠 • Tiết diện lưu thông fk qua xupap

84 𝑓𝑘𝑥 =𝜋.ℎ′

2 (𝑑ℎ + 𝑑1)

Mă d1 = dh + 2e ; h' = h cosα ; e = h' sinα

fkx =π h (dh cosα + hsinαcos2 α)

Khi α = 0, thì fkx = πhdh, dịng khí lưu động khó (bị gấp khúc). Khi α = 300 thì fkx = πh(0,866dh + 0,375h), dùng cho xupâp nạp. Khi α = 450 thì fkx = πh(0,707dh + 0,353h), dùng cho xupâp nạp, thải Rõ răng fk phụ thuộc văo α vă h, khi α căng nhỏ tiết diện lưu thông căng lớn. Hănh trình h căng lớn fk căng lớn, tuy vậy tiết diện lưu thông fk không thể lớn hơn tiết diện họng đế xupâp:

Trong trường hợp α ≠ 0 hănh trình xupâp phải lớn hơn dh/4 mới có thể đạt được điều kiện tiết diện lưu thơng bằng tiết diện họng đế.

α = 450 hmax = 0,31dh

Hiện nay thường dùng hmax = (0,18 ÷ 0,3)dh= 6,4.10-3

Tiết diện lưu thơng qua xupâp thoả mên điều kiện sau:

{

𝑣𝑘𝑘 < 70 − 90𝑚/𝑠 𝑣𝑘𝑘 = 𝑣𝑝. 𝐹𝑝

𝑖. 𝑓𝑘𝑥

tiết diện lưu thông của xupâp quyết định bởi quy luật động học của cam vă pha phđn phới khí. lựa chọn câc thơng sớ năy hợp lý lăm cho trị số tiết diện lưu thơng trung bình fktb đạt giâ trị lớn nhất.

3.2- chọn biín dạng cam:

Xđy dựng biín dạng cam lời theo câc bước - Góc cơng tâc của cam nạp 𝜑𝑛 =180𝑜+ 𝛼1+ 𝛼2

2 = 180𝑜+ 43𝑜+ 25𝑜

2 = 124𝑜 =; α1, α2

lă góc mở sớm đóng muộn xupâp nạp. - Góc cơng tâc của cam thải𝜑𝑡 = 180𝑜+ 𝛽1+ 𝛽2

2 = 180𝑜+ 45𝑜+ 3𝑜

2 = 113𝑜; β1, β2 lă góc mở sớm đóng muộn xupâp thải.

85 R=16,5mm: bân kính cơ sở của cam

H=7 mm: độ nđng lớn nhất của con đội r: bân kính cung đỉnh cam

𝑟 = 𝑅 − ℎ𝑐𝑜𝑠 𝜑 2 1−𝑐𝑜𝑠𝜑 2 = 16,5 − 7.𝑐𝑜𝑠62 1−𝑐𝑜𝑠62= 10𝑚𝑚

Vẽ vòng tròn tđm O bân kính R, xâc định góc AOA' = φ = 124o Trín đường phđn giâc của góc AOA' ta lấy EC = h = 7 mm

Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tđm O1 bân kính r nằm trín đường phđn giâc ấy, vịng trịn ấy đi qua C.

Vẽ cung trịn bân kính ρ tiếp tuyến với hai vịng trịn trín có tđm O2 nằm trín đường kĩo dăi của AO

* Tương tự phần tính tơn biín dạng cam nạp, ta âp dụng cho biín dạng cam thải.

3.3, Động học con đội đây lăm việc với cam lồi:

Con đội đây bằng chỉ lăm việc với cam lời. Nghiín cứu quy luật động học của con đội trín hai cung AB bân kính ρ vă BC bân kính r, mỗi giai đoạn có một quy luật riíng.

* Động học của con đội đây bằng tron giai đoạn 1 (cung AB)

Ta xĩt chuyển vị, vận tớc vă gia tớc của con đội theo góc quay của trục cam. Giả sử trục cam quay một góc θ thì chuyển vị con đội lă hθ, vận tốc vθ, gia tốc jθ sẽ được xâc định:

86 a, chuyển vị của con đội:

khi cam quay một góc θ, con đội tiếp xúc với cam nạp tại M, chuyển vị: hθ = ME = MO2 – (EN +NO2) = ρ – [R+ (ρ – R)cosθ]

hθ = (ρ – R)(1 – cosθ) b, vận tốc của con đội: 𝑣𝜃 = 𝜔𝑐𝑑.ℎ𝜃

ℎ𝜃 mă vận tốc trục cam lă 𝜔𝑐 = 𝑑𝜃

𝑑𝑡

Nín 𝑣𝜃 = 𝜔𝑐(𝜌 − 𝑅)𝑠𝑖𝑛𝜃 c, gia tốc con đội:

87 𝑗𝜃 = 𝜔𝑐𝑑.𝑣𝜃

𝑑𝜃

Nín 𝑗𝜃 = 𝜔𝑐2(𝜌 − 𝑅)𝑐𝑜𝑠𝜃

Khi con đội tiếp xúc tại điểm A của cam thì θ = 0

Khi con đội tiếp xúc tại điểm B thì θ = θmax góc θmax xâc định theo tam giâc O1O2M.

Khi θ = 0 thì gia tớc đạt cực đại:

𝑗𝜃 = 𝜔𝑐2(𝜌 − 𝑅)

* Động học con đội đây bằng trong giai đoạn 2 ( cung BC)