Khe hở giữa thđn xupâp nạp vă ống dẫn hướng (0,024 ¿ 0,069) (mm).
Chiều dăy ống thường văo khoảng 3 (mm). Chiều dăi ống dẫn hướng phụ thuộc
văo đường kính vă chiều dăi thđn xupâp vă có trị số văo khoảng (1,75 ¿ 2,5). X với
X lă đường kính nấm xupâp.
Chiều dăi ống dẫn hướng đối với xupâp nạp: ln = 2,05.35 = 72 (mm). Chiều dăi ống dẫn hướng đối với xupâp thải: lt = 2,4.30 = 72 (mm). Đường kính trong của ống dẫn hướng: d = 5,509 (mm).
Để bôi trơn ống dẫn hướng vă thđn xupâp dùng phương phâp hứng dầu từ phía trục cam. Tuy nhiín cũng khơng cần bơi trơn nhiều vì dầu có thể văo buồng chây dọc theo đường thđn xupâp xuống nấm gđy hiện tượng kết muội.
Một đầu của ống dẫn hướng được vât côn để việc lắp ghĩp được dễ dăng.
* Lò xo xupâp:
Lò xo xupâp dùng để đóng kín xupâp trín đế xupâp vă đảm bảo xupâp chuyển động theo đúng qui luật của cam phđn phối khí, do đó trong q trình mở đóng xupâp khơng có hiện tượng va đập trín mặt cam.
Kết cấu lị xo dạng hình trụ. Bước xoắn trín cùng của lị xo có đường kính nhỏ hơn so với câc vịng cịn lại của lị xo. Sự chính lệch năy có kích thướt A = 1,95 (mm).
Hình 2. 17 Kết cấu lị xo xupap
Kết cấu lò xo của xupâp nạp vă thải trong động cơ lă giống nhau. Có chiều dăi lớn nhất lă llx = 48,89(mm). Lị xo có tổng cộng 8 vịng. Số vịng cơng tâc lă 6 (khơng kể 2 vịng đầu của lị xo). Nếu số vịng cơng tâc của lă xo căng ít thì mỗi vịng của lị xo biến dạng căng nhiều vì vậy lị xo chịu ứng suất xoắn căng lớn. Ngược lại, nếu số vịng cơng tâc nhiều q, lị xo quâ dăi, độ cứng của lò xo giảm, tần số dao động tự do thấp dễ bị cộng hưởng, sinh va đập với mặt cam.
Bước xoắn của lị xo được quấn giống nhau trín toăn bộ chiều dăi của lị xo.
Lò xo xupâp lăm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vì vậy vật liệu chế tạo lị xo thường dùng dđy thĩp có đường kính 4 (mm).
Đường kính lớn nhất của lò xo dl = 18,5 (mm).
* Kết cấu cò mổ:
Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sât, do đó cải thiện
Hình 2. 18 Kết cấu cị mổ 8- Ổ bi kim; 7 – Chốt Cò mổ.
* Kết cấu con đội:
Động cơ 1TR-FE sử dụng loại con đội thuỷ lục.
Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: duy trì khe hở xu pâp ln bằng “0” nhờ
âp lực của dầu vă lực lị xo.
Hình 2. 19 Kết cấu con đội thuỷ lực
1- Piston đẩy; 2- Buồng âp suất thấp; 3- Đường dầu; 4- Lò xo; 5- Buồng dầu âp suất cao; 6- Lò xo van bi; 7- Van bi.
– Cam quay sẽ nĩn bộ pitton đẩy vă dầu trong buồng âp suất cao.
– Khi đó cị mổ sẽ ĩp tới xu pâp bằng câch dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực lăm
– Lị xo đẩy piston đẩy đi lín, van 1 chiều sẽ mở ra vă dầu sẽ điền đầy văo từ buồng âp suất thấp
– Do piston được đẩy lín, vă khe hở xu pâp sẽ được duy trì khơng đổi bằng
không.
2.4.2. Cụm trục cam
Trục cam dẫn động trực tiếp xupâp. Trong động cơ khảo sât gồm 2 trục cam: Trín mỗi trục cam có câc cam nạp vă cam thải. Trín câc trục cam có cam nạp dẫn động xupâp nạp vă cam thải dẫn động xupâp thải riíng biệt, vă câc cổ trục. Ở đầu mỗi trục cam có gắn câc bânh răng dẫn động trục cam. Để giảm bớt độ trượt giữa bânh răng dẫn động cam với cam người ta còn lắp thím vịng đệm ma sât.
Trục cam chịu hầu hết câc lực của cơ cấu phđn phối khí như: lực lị xo xupâp, lực quân tính con đội, lực khí thể bắt đầu thải, chịu măi mịn,.. Vì vậy địi hỏi trục cam phải có độ cứng vững, độ bền tốt.
Vật liệu chế tạo trục cam thường lă thĩp có thănh phần câcbon thấp. Câc mặt lăm việc của cam được thấm than vă tơi cứng để giảm sự măi mịn.
Cam chế tạo cần phải có độ đồng tđm cao. Sai lệch độ đồng tđm cho phĩp lớn nhất lă 0,03 (mm).
Đường kính cổ trục cam dc = 27 (mm).
* Cam nạp vă cam thải: Trín 2 trục cam, cam nạp vă cam thải được bố trí liền trục nhau. Kích thướt của câc cam lớn hơn kích thướt trục. Hình dạng của cam phụ thuộc văo pha phđn phối khí vă quy luật đóng mở xupâp.
- Số cam nạp: 8 cam.
- Số cam thải: 8 cam.
- Chiều cao cam nạp hn = 42,71 (mm).
- Chiều cao cam thải ht = 42,12 (mm).
- Chiều cao vấu cam nạp hn = 6,5 (mm).
- Chiều cao vấu cam thải htt = 6,5 (mm).
Trong động cơ một hăng xilanh góc lệch đỉnh cam của hai cam cùng tín được xâc định bởi thứ tự lăm việc của câc xilanh vă chiều quay của trục cam. Trong động cơ 4 kỳ góc lệch 1 giữa hai đỉnh cam cùng tín của hai xilanh lăm việc kế tiếp nhau bằng nửa góc cơng tâc k của hai xilanh ấy. 1 = k/2.
Với k =
1800.τ
i .
Trong đó: lă số kỳ động cơ. = 4.
i lă số xilanh. i = 4. ⇒ϕ1=δk 2 = 1800. 4 4 . 2 =90 0 .
Để bơi trơn trục cam. Trong đường tđm trục cam có khoan đường dẫn dầu đi bơi trơn. Trín câc cổ trục được khoang câc lỗ dầu để dẫn dầu bơi trơn câc cổ trục cam.
Hình 2. 20 Kết cấu trục cam
a) - Trục cam nạp; b) - Trục cam thải. * Cổ trục vă ổ trục cam:
Số cổ trục cam: Z = 5.
Câc trục cam được cố định trín nắp mây bằng câc ổ trục cam. Ổ trục cam được cắt thănh hai nữa, dùng bulông để bắt chặt hai nữa ổ trục.
* Vòng đệm ma sât:
Khi cơ cấu phđn phối lăm việc sẽ xảy ra sự trượt tương đối giữa bânh răng dẫn động vă trục cam. Điều năy gđy sai lệch pha phđn phối khí lăm giảm cơng suất động cơ. Vì vậy trong động cơ Toyota ở mỗi đầu trục cam nạp vă thải, giữa câc bânh xích
Hình 2. 21 Dẫn động trục cam
nhiệm vụ định vị bânh xích văo trục cam dễ dăng hơn, cản trở sự trượt tương đối giữa trục cam vă bânh xích mang lại hiệu quả cao khi động cơ lăm việc.
7.1.3 dẫn động trục cam:
Trong động cơ 1TR-FE trục cam được bố trí phía trín nắp xi lanh vì vậy trục cam được dẫn động bằng xích. Xích được lăm bằng thĩp hợp kim có sức bền rất cao vă khi hoạt động khơng gđy nín tiếng ồn. Loại dẫn động năy có nhiều ưu điểm như: Kết cấu gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng câch lớn. Tuy nhiín dùng phương ân dẫn động năy giâ thănh cao. Hơn nữa khi phụ tải vă tốc độ thay đổi đột ngột xích dễ bị rung động. Sau một thời gian sử dụng xích thường bị rơ gđy nín tiếng ồn vă lăm sai lệch pha phđn phối khí. Để giữ cho xích ln được căng phải dùng thím cơ cấu căng xích. Để chống rung cịn dùng thím bộ dẫn hướng cho xích.
Bânh răng dẫn động xích được lắp ở đầu trục khuỷu. Phía đầu trục khuỷu có biín độ dao động xoắn lớn vì vậy khi lắp theo kiểu năy lăm cho hệ thống phđn phối khí chịu dao dộng xoắn lăm sai lệch pha phđn phối vă chịu tải trọng phụ do dao động đó gđy nín. Ngoăi ra khi trục cam bị ảnh hưởng của dao động xoắn thì góc phun sớm hoặc góc đânh lửa sớm cũng bị ảnh hưởng. Tuy vậy khi lắp bânh răng ở đuôi trục khuỷu sẽ lăm cho kết cấu dẫn động trở nín phức tạp.
1 - Lị xo vấu hêm; 2 – Vấu hêm; 3 – Piston; 4 – Lò xo; 5 – Van bi; 6 – Đĩa xích dẫn động trục cam nạp; 7 – Đĩa xích dẫn động cam thải; 8 – Bộ căng xích; 9 – Đĩa xích chủ
động; 10 – Xích dẫn động; 11 – Thanh dẫn hướng.
Khoảng câch giữa 2 bânh xích dẫn động trục cam nạp vă trục cam thải tính từ tđm, l = 129 (mm).
- Bân kính vịng chia bânh xích dẫn động trục cam R = 58 (mm).
- Bân kính vịng chia bânh xích chủ động r = 29 (mm).
Nguyín lý lăm việc của bộ căng xích:
Khi động cơ bắt đầu hoạt động, xích dẫn động lăm việc vă căng theo. Trong quâ trình hoạt động lđu dăi câc mắt xích sẽ bị mịn lăm cho độ chùng của xích tăng lín vượt quâ giới hạn cho phĩp. Khi xích chùng đến giới hạn đó dầu có âp suất cao được đưa văo qua van bi. Dưới âp lực dầu, piston bị ĩp về phía bín trâi đẩy thanh dẫn hướng xích đi theo vă xích được căng ra. Trín piston có khía rênh, câc khía rênh năy ăn khớp với rênh trín chốt hêm. Nhờ đó piston sẽ được giữ lại tại vị trí có độ chùng cho phĩp khi âp lực dầu khơng cịn tâc dụng. Muốn cho piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hêm cho piston trượt trín câc rênh của chốt hêm nhờ văo lực lị xo.
Chương 3. TÍNH TƠN CÂC THƠNG SỐ CHÍNH CỦA CƠ CẤU
PHĐN PHỐI KHÍ VVT-i CỦA ĐỘNG CƠ 1TR-FE
THƠNG SỐ BAN ĐẦU
Tín thơng số Ký hiệu Thứ ngun Giâ trị Cơng suất có ích Ne Kw 100 Tỷ số nĩn 9,8 Số vòng quay n Vòng/ phút 5600 Đường kính xi lanh D mm 86 Hănh trình piston S mm 86 Số xi lanh i 4 Số kỳ 4 Góc mở sớm xupâp nạp 1 Độ 520~00 Góc đóng muộn xupâp nạp 2 Độ 120~640 Góc mở sớm xupâp thải 3 Độ 440
Góc đóng muộn xupâp thải 4 Độ 80
Bảng 3. 1 Thông số ban đầu
CÂC THƠNG SỐ CHỌN
Tín thơng số Ký hiệu Thứ nguyín Giâ trị
Âp suất khí nạp Pk MN/m2 0,1
Nhiệt độ khí nạp Tk K 298
Hệ số dư lượng khơng khí 1
Âp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,0847
Âp suất khí sót Pr MN/m2 0,11
Nhiệt độ khí sót Tr K 900
Độ sấy nóng khí nạp mới T 8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,865
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,95
Tỷ số tăng âp 4
Hệ số nạp thím 1 1,02
Hệ số quĩt buồng chây 2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,17
Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,968
Bảng 3. 2 Thông số chọn 3.1. Xâc định kích thước tiết diện lưu thơng
Tiết diện lưu thông của xupâp ảnh hưởng đến chất lượng nạp thải của động cơ. Vì vậy khi thiết kế cần tăng đường kính xupâp căng lớn căng tốt nhưng bị hạn chế bởi đường kính xilanh, Diện tích mặt nấm xupâp của câc động cơ hiện nay thường chiếm
khoảng 25 ¿ 40% diện tích đỉnh pittơng, tuy vậy trong động cơ xăng dùng buồng
chây bân cầu hoặc chõm cầu, xupâp bố trí nghiíng hai bín nín diện tích xupâp lớn đến 35% diện tích đỉnh pittơng. Ở động cơ Toyota dùng nhiều xupâp cho một xilanh (4 xupâp) thì diện tích năy mới tăng được 60% so với diện tích đỉnh pittơng. Diện tích
xupâp nạp thường lớn hơn diện tích xupâp thải khoảng 10 ¿ 15% vă thường bằng 15
¿ 35% diện tích đỉnh pittơng.
Khi tính tơn tiết diện lưu thông của xupâp phải dựa văo giả thiết lưu động ổn định của dịng khí khi đi qua họng đế xupâp. Ta coi dịng khí nạp hoặc thải có tốc độ bình quđn vă tốc độ của pittơng khơng đổi.
Căn cứ văo điều kiện lưu động ổn định vă liín tục của dịng khí, ta có:
vk.i.fk.γk=vp.Fp.γp (3 – 1).
Trong đó: vk - Tốc độ trung bình của dịng khí qua họng đế xupâp (m/s).
fk - Tiết diện lưu thông của họng đế xupâp (cm2).
fk=π.d2h
4
dh - Đường kính họng đế xupâp
γk vă γp - mật độ của dịng khí ở họng xupâp vă ở trong xilanh, xem γk = γp .
vp - Tốc độ bình quđn của pittơng.
Từ cơng thức (3 – 1) ta có: vk=vp.Fp fk.i = 4 .vp.Fp i.π.dh2 (3 – 2) Với vp= S.n 30 = 86.5600 .10−3 30 =16,05 (m/s). Vă Fp= π.D2 4 = π.8,62 4 =58 . 05 (cm2) S – Hănh trình pittơng. S = 86 (mm). n – Số vòng quay trục khuỷu. n = 5600 (vịng/phút) D – Đường kính xilanh. D = 86 (mm).
Từ (3 – 2) ta rút ra tốc độ bình quđn của dịng khí qua họng đế xupâp.
vk=vp.D2
i.dh2 (3 – 3)
Đường kính họng đế xupâp: dh
=√vp.D2
vk.i (3 – 4)
Tốc độ bình quđn của dịng khí thải thường lớn hơn dịng khí nạp khoảng 20
¿ 50%. Do đó xupâp thải lăm nhỏ hơn xupâp nạp. Vì vậy mặt nấm của xupâp thải
Hình 3. 1 Tiết diện lưu thông qua xupap
Tiết diện lưu thông fkx qua xupâp (tiết diện vănh khăn) được xâc định theo công thức:
fkx=π.h'
2 (dh+d1)
(3 – 5)
Với: d1 = dh + 2.e ; h’ = h.cos α ; e = h’.sin α
Thay văo (3 – 5) ta được:
fkx = π .h.(dh. cos α + h.sin α .cos2 α ). (3 – 6)
Rõ răng fkx phụ thuộc văo α vă h, khi α căng nhỏ tiết diện lưu thông căng
lớn. Hănh trình h căng lớn fkx căng lớn. Tuy vậy hănh trình h bị hạn chế bởi tiết diện của họng đế xupâp, tiết diện lưu thông không thể lớn hơn tiết diện họng đế xupâp.
Khi α = 00 , thì fkx = π.dn.h≤
π.dh2
4 vă hănh trình xupâp hmax = dh /4
Khi α = 450 thì hănh trình xupâp phải lớn hơn mới có thể đạt được điều kiện
tiết diện lưu thơng bằng tiết diện họng đế xupâp. Cụ thể: hmax = 0,31.dh. Trong động cơ
ngăy nay, hănh trình xupâp nằm trong phạm vi: h = (0,18 ¿ 0,3)dh
* Tiết diện lưu thơng qua xupâp nạp:
Theo thực nghiệm vă tính tơn nhiệt tốc độ của dịng khí nạp được chọn:
vkn = (40 ¿ 115) (m/s) chọn vkn = 50 (m/s)
dhn = √16,05 .8,62
50.2 =34,45 (mm)
Chọn h = (0,18 ¿ 0,3).dhn =(0,18 ¿ 0,3).34,45 = 6,2 ¿ 10,33 (mm)
Chọn h = 6,5
Góc cơn của nấm xupâp nạp: α = 450
Từ (3 – 6) ta có:
fkx = π .6,5.(34,45.cos450 + 6,5.sin450.cos2450) = 544,08(mm2). Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của xupâp nạp theo (3– 2).
vkn = vp.
Fp
i.fkx = 16,05.
58,05
2.544,08.10−2= 85,63 (m/s).
vkn < (70 ¿ 90) (m/s). Vậy vkn thỏa mên điều kiện.
* Tiết diện lưu thông qua xupâp thải:
Theo thực nghiệm vă tính tơn nhiệt tốc độ của dịng khí thải được chọn:
vkt = (1,2 ¿ 1,5).vkn = 1,2.85,63 = 102,7(m/s)
Số xupâp thải i = 2.
Từ (3 – 4) suy ra đường kính họng thải:
dht = √16,05.862
102,7.2 =25 (mm)
Chọn h = (0,18 ¿ 0,3).dhn =(0,18 ¿ 0,3).25 = 4,5 ¿ 7,5 (mm)
Chọn h = 6,5
Góc cơn của nấm xupâp thải: α = 450
Từ (3 – 6) ta có:
fkx = π .6,5.(25.cos450 + 6,5.sin450.cos2450) = 527 (mm2). Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của xupâp thải theo (3 – 2).
vkt = vp. Fp i.fkx = 16,05. 58,05 2.527.10−2= 88,39 (m/s).
vkt < (70 ¿ 90) (m/s). Vậy vkt thỏa mên điều kiện.
3.2. Dựng hình cam
* Yíu cầu:
- Dạng cam phải đảm bảo cơ cấu phối khí có trị số “thời gian – tiết diện” lớn nhất nghĩa lă khả năng lưu thơng dịng khí lớn nhất. Vì vậy cam phải mở xupâp thật nhanh, giữ cho xupâp mở ở vị trí lớn nhất thật lđu vă khi đóng thì đóng thật nhanh xupâp. - Dạng cam phải thích hợp để giai đoạn mở vă đóng xupâp có gia tốc vă vận tốc nhỏ nhất. Do đó cơ cấu phđn phối khí lăm việc ím, ít va đập vă hao mòn.
- Dạng cam phải đơn giản, dễ chế tạo.
Trín cơ sở đảm bảo 3 yíu cầu trín, động cơ ta đang khảo sât dùng loại cam lồi.
* Phương phâp thiết kế cam:
Cam của động cơ Toyota được thiết kế trín cơ sở định sẵn dạng cam. Với phương phâp năy, mặt cam lă tập hợp của những cung tròn, cung parabol hoặc đường thẳng.v.v. để dễ gia cơng. Sau đó căn cứ văo quy luật nđng đê định, đạo hăm hai lần với góc quay