CHƯƠNG 2 : CÁC CỤM KẾT CẤU CƠ KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
2.2 CƠ CẤU PHÂN PHỚI KHÍ
2.2.3 Các phương pháp dẫn động trục cam
Cĩ nhiều phương pháp dẫn động trục cam. Tuỳ thuộc vào từng loại động cơ với thiết kế vị trí trục cam khác nhau mà người ta chọn cách dẫn động trục cam thích hợp. Để thực hiện đúng các pha phới khí thì các thời điểm mở và đĩng của xupáp phải tương đương với vị trí nhất định của pít tơng. Để đảm bảo khơng bị trượt tương đới trong truyền động từ trục khuỷu đến trục cam phải đảm bảo tỉ sớ truyền 2:1 (động cơ 4 kỳ), 1:1 (động cơ 2 kỳ). Đáp ứng nhu cầu đĩ thì cĩ các cách dẫn động như sau:
- Dẫn động trực tiếp giữa bánh răng cơ và bánh răng cam. - Dẫn động gián tiếp thơng qua các bánh răng trung gian. - Dẫn động bằng xích.
- Dẫn động bằng đai (thường sử dụng bằng đai răng).
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng: Bánh răng chủ động 2 được lắp ở đầu trục khuỷu truyền chuyển động cho trục cam nhờ ăn khớp với một hay hai bánh răng cam 1. Dạng bớ trí dẫn động trực tiếp này được dùng trên động cơ ơ tơ tải, cơng suất lớn và trục cam ở gần trục khuỷu. Bộ truyền bánh răng nghiêng cho phép làm việc êm, và đảm bảo liên kết chính xác giữa
hai trục. Một sớ kết cấu sử dụng các bánh răng phi kim loại nhằm giảm độ ồn trong làm việc, hoặc nhiều cặp bánh răng để tăng khoảng cách giữa các trục. Dạng truyền động bánh răng cần phải bơi trơn thường xuyên.
Bộ truyền xích: Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích phù hợp với khoảng cách trục lớn, tuy nhiên độ chính xác của pha phới khí và độ ồn kết cấu phụ thuộc vào độ căng xích. Để đảm bảo độ căng xích, bộ truyền sử dụng bộ phận giảm chấn và cơ cấu căng xích 5, 10 theo phương pháp tự động điều chỉnh hoặc thủ cơng
Bộ truyền xích cũng cĩ khả năng truyền được lực lớn (nhỏ hơn bộ truyền bánh răng), dùng để truyền khi khoảng cách trục truyền xa. Bộ truyền xích cĩ nhược điểm là tiếng ồn lớn và phải bơi trơn thường xuyên. Đới với các động cơ cơng suất lớn cần lực dẫn động cam lớn thường sử dụng bộ truyền xích.
Trong bộ truyền xích người ta thường dùng các miếng nhựa để căng xích thơng qua lị xo hay sử dụng áp suất dầu.
2.2.4 Bố trí xupáp và trục cam.
Nhằm đảm bảo yêu cầu nạp đầy và thải sạch, xu hướng chung bớ trí nhiều xu páp trên một xy lanh.
Với các loại động cơ cĩ kích thước xi lanh nhỏ, thường bớ trí dạng a (kết cấu truyền thớng): một trục cam điều khiển sự làm việc cả xu páp nạp và xả, bớ trí dạng b, c: sử dụng nhiều xu páp với hai trục cam đặt song song. Bớ trí dạng d được sử dụng với xi lanh cĩ đường kính lớn.Việc bớ trí xu páp cịn liên quan tới việc bớ trí lỗ lắp bugi (hay lỗ vịi phun cao áp) và trục cam
2.2.5 Các dạng bớ trí dẫn động xu páp
Trục cam được được bớ trí dọc theo thân máy để dẫn động xu páp. Trên hình 2.8 được trình bày các kết cấu dẫn động xu páp trong động cơ.
Bớ trí một trục cam trong thân máy (SV – side valve), dẫn động xu páp đặt thơng qua cớc đỡ . Xu páp dịch chuyển nhờ con đội và đũa đẩy. Dạng bớ trí này phù hợp với khoảng cách trục cam và trục khuỷu nhỏ, cho phép rút ngắn chiều cao động cơ, tuy nhiên thể tích buồng cháy kém gọn.
Bớ trí trục cam nằm trong thân máy, xu páp treo thơng qua cớc đỡ và địn đẩy , cị mổ . Kết cấu cho phép rút gọn thể tích buồng đớt, nhưng dẫn động từ cam tới xu páp thơng qua địn đẩy dài.
Bớ trí một trục cam 1 trên nắp máy (OHC – Overhead camshaft) như trên (hình 2.8a). Trục cam điều khiển xu páp thơng qua cị mổ . Trên đầu cị mổ bớ trí cơ cấu vít điều chỉnh .
Bớ trí một trục cam trên nắp máy (OHC – hình 2.8b). Trục cam bớ trí giữa nắp máy dẫn động hai dãy xu páp hút và xả.
Bớ trí hai trục cam trên nắp máy (hình 2.8c - DOHC – Double overhead camshaft). Mỗi trục cam dẫn động các xu páp cần thiết. Cấu trúc gọn, cho phép dễ dàng làm mát thân xu páp, và được dùng phổ biến trên động cơ ơ tơ hiện nay. Bớ trí một trục cam trong nắp máy (Hình 2.8d - CIH – Camshaft in head ). Trục cam 3 đặt trong nắp máy 2 dẫn động xu páp.
Nguyên tắc dẫn động xu páp là thực hiện điều khiển xu páp dịch chuyển tịnh tiến, đĩng mở các cửa nạp thải khí, thơng qua chuyển động quay của trục cam. Trên trục cam bớ trí các cam cĩ biên dạng phù hợp với hành trình dịch chuyển của xu páp nạp hay xu páp xả. Như vậy, mỗi một cam điều khiển một xu páp.
Khi xu páp đang ở trạng thái đĩng, giữa cị mổ 4 và đuơi xu páp cĩ khe hở nhất định, (khe hở nhiệt). Khe hở này nhằm đảm bảo cho xu páp cĩ thể đĩng hồn tồn khi nhiệt độ động cơ cao, các chi tiết bị giãn nở nhiệt. Khe hở nhiệt
được bớ trí phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc các chi tiết và chiều dài giãn nở, các loại động cơ hiện nay cĩ giá trị nằm trong khoảng (0,2 0,3) mm.
Nếu khe hở nhiệt quá nhỏ, xu páp cĩ thể khơng được đĩng kín hồn tồn. Ngược lại nếu khe hở quá lớn, trong quá trình làm việc sẽ gây ồn và giảm tuổi thọ các chi tiết trong cơ cấu. Khe hở nhiệt cần được định kỳ điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
Sau khi lắp ráp hoặc sau một thời gian sử dụng cần phải điều chỉnh khe hở nhiệt trong cơ cấu. Để điều chỉnh khe hở xu páp, cần quay trục khủyu đến vị trí xu páp đĩng hồn tồn, sau đĩ tiến hành điều chỉnh đúng kích thước khe hở quy định.
Để tránh va đập giữa các chi tiết trong khe hở nhiệt và gây ồn khi động cơ làm việc, động cơ ơ tơ hiện nay thường dùng đệm, hay gới đỡ thủy lực. 2.2.6 Trục cam.
Trục cam là chi tiết điều khiển việc đĩng, mở của các xu páp tuân theo đúng pha phới khí của động cơ.
Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim và được bớ trí ở thân máy hay nắp máy thơng qua bạc trục cam. Thơng thường các cam được chế tạo liền với trục. Để giảm ma sát và mài mịn khi làm việc, bề mặt của cam và của cổ trục được gia cơng chính xác, thấm Các bon, Ni tơ, tơi cứng và mài bĩng.
Kết cấu trục cam gồm: các vấu cam (sớ lượng vấu cam đúng bằng sớ xu páp cần điều khiển), các cổ trục và mới ghép với bánh răng cam. Sớ cổ trục được bớ trí nhằm đảm bảo độ cứng vững của trục, sớ lượng và cách bớ trí các xi lanh. Các vấu cam được bớ trí tương ứng với thứ tự làm việc của các xi lanh. Biên dạng vấu cam quyết định thời điểm đĩng, mở các xu páp. Chiều cao của đỉnh cam, quyết định độ mở (hành trình) của xu páp. Biên dạng cam cĩ thể đới xứng hoặc khơng đới xứng, đảm bảo đĩng, mở xu páp một cách êm dịu và dứt khốt.
Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gới đỡ trục, các gới này thường là các ổ trượt (bạc cam). Trục cam được chặn dọc trục ở cổ trục đầu tiên, ngay
sau bánh răng trục cam để tăng độ cứng vững, giảm khả năng bị cong do dãn nở nhiệt.
2.2.7 Xu páp và lị xo xu páp
Xu páp cùng với đế xu páp cĩ nhiệm vụ đĩng mở các đường nạp và thải khí, thực hiện q trình trao đổi khí của xi lanh. Trong q trình động cơ làm việc, các xu páp tiếp xúc với khí cháy (đặc biệt là xu páp xả) chịu áp lực và nhiệt độ cao, chịu ăn mịn và mài
mịn nên vật liệu chế tạo xu páp thường là Thép hợp kim cĩ thành phần Mangan, Niken, Crơm…
Tán cĩ dạng đĩa phẳng, lồi hoặc lõm, gắn với phần thân xu páp. Mặt làm kín của tán (chỗ tiếp xúc với đế xu páp) được chế tạo vát hợp lý, nhằm hạn chế tổn thất dịng khí. Đế xu páp nằm trên nắp máy và cũng cĩ mặt vát tương ứng nhưng bề rộng mặt vát nhỏ hơn. Các mặt tỳ của xu páp và đế thường hay bị cháy rỗ nên trong sửa chữa cần được rà khít với nhau. Một sớ xu páp xả được chế tạo với một khoang rỗng, kín nằm trong phần tán và thân, chứa Natri để làm mát.
Thân xu páp cĩ nhiệm vụ dẫn hướng và giúp tản nhiệt cho tán. Trong quá trình làm việc, thân xu páp di chuyển trong ớng dẫn hướng 1 (hình 2.10d). Ống 1 cĩ nhiệm vụ dẫn hướng, làm kín, thường được chế tạo độc lập và ép vào nắp máy. Phần thân trượt xu páp và ớng dẫn hướng được gia cơng với độ chính xác, độ bĩng cao. Giữa thân xu páp và ớng dẫn hướng cĩ phớt bao kín 2 để
khơng cho dầu lọt vào đường nạp và thải. Phần nới tán thường được làm nhỏ lại để dễ gia cơng và tránh hiện tượng kẹt xu páp trong ớng dẫn hướng do dãn nở nhiệt. Phần tán và thân cĩ thể được chế tạo rời rồi hàn ghép lại, để tiết kiệm vật liệu quý. Đuơi xu páp là nơi lắp đĩa đỡ lị xo xu páp 5, thường cĩ rãnh vịng hoặc mặt cơn để lắp hai nửa mĩng hãm 11 vào trong đĩa đỡ lị xo xu páp. Các nửa mĩng hãm 11 cĩ dạng hình nêm, bị chặn phía trên bởi đĩa đỡ lị xo 5, và truyền lực đẩy của lị xo sang thân xu páp. Khi xu páp ở trạng thái đĩng, lực lị xo làm cho nấm xu páp luơn tỳ chặt lên đế, đảm bảo độ kín cho buồng đớt.
Ở một sớ động cơ, xu páp được bớ trí tự xoay khi làm việc (hình 2.10d). Cơ cấu tự rà xu páp đặt giữa lị xo xu páp 1 và nắp máy, thơng qua cơ cấu bi lị xo 2 đặt trong đĩa 3 cĩ các rãnh nghiêng.
Nguyên lý xoay thân xu páp dựa trên cơ sở thay đổi lực ép F của lị xo khi làm việc. Ở hành trình tăng lực F của lị xo, viên bi bị đẩy chạy trên rãnh nghiêng, thực hiện xoay lị xo và xu páp với đế xu páp gĩc nhỏ. Khi giảm lực F, viên bị bị đẩy ngược trở lại, nhưng khơng đủ tác dụng xoay ngược lị xo và xu páp.
Đế xu páp (hình 2.10c) cĩ thể được gia cơng trực tiếp trên nắp máy (với nắp máy đúc bằng gang) hoặc chế tạo thành chi tiết rời, ép vào nắp máy.
Vật liệu của đế xu páp rời mềm hơn vật liệu tán xu páp. Trong quá trình làm việc đế bị mịn dần và cĩ thể được thay thế. Xu páp và đế xu páp trong quá trình làm việc được rà khít với nhau, đảm bảo khả năng đĩng kín buồng đớt, do vậy khi tháo xu páp, cần phải đánh dấu tránh lắp lẫn các xu páp ở các vị trí khác nhau.
Lị xo xu páp cĩ nhiệm vụ ép chặt mặt tỳ của xu páp lên đế xu páp, đảm bảo giữ cho xu páp luơn đĩng kín. Để nâng cao độ tin cậy làm việc, kết cấu thường sử dụng 2 lị xo lồng, cĩ hướng xoắn ngược nhau.
2.2.8 Con đội, địn đẩy, cị mổ
Con đội là chi tiết tiếp xúc với cam để truyền chuyển động đến địn đẩy và xu páp, thường cĩ mặt trên trên cơ cấu phới khí dạng SV, OHV. Con đội truyền chuyển động trực tiếp đến cị mổ hay xu páp.
Yêu cầu đới với con đội là: khới lượng nhỏ, diện tích tiếp xúc với bề mặt cam lớn, ma sát nhỏ, thường được chế tạo bằng thép hợp kim.
Kết cấu một sớ dạng con đội cơ khí trình bày trên . Bề mặt làm việc của con đội cĩ kết cấu dạng hình nấm , hình trụ , dạng con đội con lăn . Con đội con lăn cho phép giảm nhỏ ma sát ở dạng ma sát lăn. Để bớ trí khe hở nhiệt, một sớ con đội cĩ kết cấu điều chỉnh khe hở ở con đội . Trên động cơ ơ tơ con sử dụng con đội thuỷ lực (khơng khe hở nhiệt), giúp cơ cấu làm việc êm hơn, khơng phải điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
Địn đẩy là chi tiết nới con đội với cị mổ. Nĩ cĩ dạng thanh, làm bằng thép đặc hoặc rỗng, các đầu thanh cĩ dạng mặt cầu để tỳ lên con đội (đầu dưới) và đế của vít điều chỉnh. Các đầu tỳ này được thấm các bon và tơi cứng để đảm bảo chớng mài mịn tớt trong quá trình làm việc.
Cị mổ là chi tiết truyền lực giữa đũa đẩy với đuơi xu páp trên các loại cơ cấu phới khí OHV, hoặc truyền lực giữa cam và xu páp trên cơ cấu phới khí OHC, DOHC, CIH. Kết cấu bớ trí cị mổ trình bày trên.
Cị mổ 1 được chế tạo từ thép hợp kim bằng cơng nghệ dập hoặc đúc, và kết cấu ở dạng địn gánh hay bơi.
Cị mổ dạng địn gánh cĩ trục quay cớ định. Điểm tựa quay cĩ thể nằm ở một đầu hay nằm giữa hai điểm truyền lực, phụ thuộc vào vị trí trục cam. Điểm tựa địn gánh được lắp trên trục nhờ bạc bằng đồng.
Cị mổ dạng bơi bớ trí tự lựa thơng qua gới tựa cầu.Trên cị mổ cịn bớ trí vít điều chỉnh khe hở nhiệt 4 cho cơ cấu phới khí. ngày nay sử dụng nhiều dạng gới đỡ thủy lực khác nhau.
2.2.9 Con đội thủy lực và gới đỡ thủy lực
Cấu trúc con đội thủy lực, gới đỡ thủy lực được trình bày trên. Con đội thủy lực được bớ trí ở vị trí thay thế của con đội cơ khí, kết cấu của nĩ được trình bày trên (hình 2.16a). Gới đỡ thuỷ lực (hình 2.16b) được bớ trí ở: đầu cị mổ tại chỗ tỳ vào xu páp (hình 2.16b), điểm tựa cớ định của cị mổ (hình 2.16c). Cơ cấu phới khí sử dụng con đội thủy lực hay gới đỡ thủy lực, khơng cần điều chỉnh
khe hở nhiệt trong quá trình sử dụng.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một con đội thủy lực được thể hiện trên Cị mổ được bớ trí tại điểm điểm tựa cớ định. Khi cam quay ở phần thấp, lị xo đẩy pit tơng 3 đi lên tạo thơng lỗ dầu động cơ vào bên trong pit tơng. Khi cam quay đến phần lồi, đầu cị mổ cĩ xu hướng bị ấn vào gới đỡ của nắp máy, pit tơng 3 nén lị xo và đi xuớng, bịt lỗ cấp dầu, van một chiều 2 đĩng. Dầu bên trong pit tơng bị nén, đẩy ngược vào đầu cị mổ. Khi cam quay qua đỉnh lồi, pit tơng 3 đi lên bù êm khe hở và xu páp đĩng lại. Nếu xuất hiện khe hở trong cơ cấu, pit tơng đi lên, mở dầu từ hệ thớng bơi trơn cấp vào khoang trong thân con đội, triệt tiêu được khe hở. Thực chất con đội thủy lực sử dụng áp suất dầu bơi trơn trong động tạo nên đệm dầu cĩ khả năng tự điều chỉnh chiều dài làm việc. Kết cấu con đội thủy lực, gới đỡ thủy lực và cả đệm thủy lực đặt ở đầu tỳ xu páp (hình 2.14c) được gặp nhiều trong các cơ cấu phới khí hiện nay.
2.3 Kết cấu thân máy, nắp máy.
Hình 2.20: Cấu tạo thân máy và nắp máy (1)Nắp máy; (2)Gioăng nắp quy lát; (3)Thân máy.
2.3.1 Thân máy
Vai trị: là nơi lắp đặt các cơ cấu và hệ thớng của động cơ. Lấy nhiệt từ thành vách xilanh tỏa ra mơi trường xung quanh để làm mát động cơ trong quá trình hoạt động.
Vật liệu chế tạo: Hợp kim nhơm, được sử dụng phổ biến trên các động cơ ơ tơ. Nhẹ nên giảm được trọng lượng động cơ, dẫn nhiệt tớt nhưng cĩ nhiệt độ thấp và độ bền cơ học kém hơn gang.
Gang (gang xám), được sử dụng trên các động cơ cỡ lớn. Cĩ độ bền cơ học cao nhưng nặng và cĩ nhiệt độ cao.
Điều kiện làm việc: Chịu nhiệt độ cao trong quá trình làm việc; Trong q trình làm việc chịu lực khí thể rất lớn và trọng lượng cao.
Kết cấu thân máy: Thân máy là một chi tiết cơ bản của động cơ. Thân máy cĩ nhiều kiểu với kết cấu khác nhau. Căn cứ vào cách bớ trí xi lanh, thân máy được chia thành hai loại: loại thân đúc liền và thân đúc rời.
Hình 2.21: Kết cấu thân máy
Loại đúc liền: là hợp chung cho các xi lanh, dùng cho động cơ cỡ nhỏ và trung bình.
Loại đúc rời: Các xi lanh đúc riêng từng khới và ghép lại với nhau, dùng cho các động cơ cỡ lớn.
Loại thân máy cĩ xi lanh đúc liền với thân máy thành một bộ phận gọi là thân xi lanh.
Loại thân máy cĩ ớng lĩt xi lanh làm riêng rồi lắp vào thân máy gọi là thân động cơ.
Hiện nay thân máy cĩ thể đúc liền với nửa trên của các te hoặc thân máy đúc liền với cả các te.
Hình dáng, kích thước của thân máy phụ thuộc vào loại động cơ, sớ lượng xi lanh, phương án bớ trí cơ cấu phân phới khí, phương pháp làm mát .v.v...