Hệ thống phđn phối khí của động cơ Duratec được dùng lă xupâp treo. Gồm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupâp (cam nạp vă cam thải). Trục cam dẫn động xupâp được đặt trín nắp mây. Ở đầu mỗi trục cam được lắp câc bânh xích dẫn động. Câc bânh xích trục cam được dẫn động bằng xích. Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thống phđn phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng xích bằng thủy lực.
Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupâp trín đỉnh buồng đốt (2 xupâp nạp vă 2 xupâp thải). Câc xupâp khâc tín được đặt nghiíng vă góc giữa chúng lă 390 .Câc đường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bín của động cơ.
Để cơ cấu phđn phối khí lăm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dêi tốc độ. Ở đầu trục cam nạp còn lắp thím bộ phận xoay cam nhằm đâp ứng được câc pha phđn phối của xupâp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ.
2.3.1. Sơ đồ bố trí xupâp vă nguyín lý lăm việc của cơ cấu phđn phối khí:
Hình 2 - 9 thể hiện phương ân bố trí vă dẫn động xupâp. Cơ cấu phđn phối khí của động cơ dùng xupâp treo. Với kiểu bố trí năy lăm cho buồng chây động cơ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ nín giảm được tổn thất nhiệt. Khả năng chống kích nổ được cải thiện nhiều. Cơ cấu phđn phối khí dùng xupâp treo lăm cho đường thải vă đường nạp thanh thoât hơn lăm cho sức cản khí động giảm nhỏ. Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupâp (2 hút, 2 xả) lăm tăng diện tích tiết diện lưu thông vă giảm được đường kính nấm xupâp, khiến cho câc xupâp không bị quâ nóng vă tăng được sức bền. Câc xupâp được bố trí thănh 2 dêy (một dêy xupâp nạp vă một dêy xupâp thải). Câc đường ống nạp vă ống thải bố trí về hai phía. Theo câch bố trí năy trong động cơ xupâp được đặt nghiíng đi một góc 19,50 so với đường tđm xilanh do đó dễ dăng bố trí đường thải vă đường nạp trong nắp xilanh. Tuy nhiín phương ân năy lại lăm cho việc dẫn động xupâp trở nín phức tạp nhiều. Để khắc phục nhược điểm năy ở động cơ Duratec dùng hai trục cam (cam nạp vă cam thải) để dẫn động trực tiếp xupâp.
* Nguyín lý lăm việc: Nguyín lý lăm việc của cơ cấu phđn phối khí được chia lăm hai quâ trình cơ bản sau: Quâ trình vấu cam đẩy mở xupâp vă quâ trình lò xo giên đóng kín xupâp.
Quâ trình vấu cam đẩy mở xupâp: Khi động cơ lăm việc trục khuỷu quay lăm cho bânh xích dẫn động cơ cấu phđn phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua bộ truyền động xích trung gian (6) dẫn động câc bânh xích (10)lắp ở đầu câc trục cam do đó lăm cho câc trục cam đóng mở xupâp quay. Khi câc vấu cam tiếp xúc với con đội (13). Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tâc động văo đuôi xupâp (4) ĩp lò xo xupâp (15) nĩn lại đồng thời xupâp chuyển động đi xuống lăm mở câc cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí văo xilanh động cơ) vă cửa thải (trong quâ trình thải) thực hiện quâ trình nạp môi chất mới vă thải khí chây ra ngoăi.
Quâ trình lò xo giên đóng kín xupâp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tđm con đội. Lúc năy con đội (13) bắt đầu di chuyển đi lín, lò xo xupâp (15) từ từ giên ra nhờ văo đế chặn lò xo (14) cùng với câc móng hêm (16) đẩy xupâp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quâ trình đóng kín xupâp. Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuđn theo chu kì lăm việc của pha phđn phối khí.
87 7 17 16 15 14 13 12 11 9 10 6 5 4 3 2 1 21 22 23 18 20 19 Hình 2-9 Sơ đồ bố trí xupâp.
1 – Xĩc măng; 2 – Piston; 3 – Đế xupâp; 4 – Xupâp; 5 – Ống dẫn hướng; 6 – Xích dẫn động; 7 – Vỏ bộ xoay cam; 8 – Cânh xoay; 9 – Bulông cố định bânh răng cam; 10 – Đĩa xích dẫn động trục cam; 11 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 12 – Trục cam; 13 – Con đội; 14 – Đĩa chặn lò xo; 15 – Lò xo xupâp; 16 – Móng hêm; 17 – Vòng chắn dầu; 18 – Nắp cổ trục cam; 19 - Vấu cam nạp; 20 – Đường ống hút; 21 – Đường ống xả; 22 – Đế chặn lò xo; 23 – Vấu cam thải;
2.3.2. Phương ân dẫn động trục cam:
Trong động cơ Duratec 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 không 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 luôn được căng phải dùng thím cơ cấu căng xích. Để chống rung còn 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.
43 0 R58 R29 8 7 6 11 10 9 1 2 3 4 5 129 Hình 2-10 Dẫn động trục cam.
1 - Lò 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; 10 – 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 vòng chia bânh xích dẫn động trục cam R = 58 (mm). Bân kính vòng chia bânh xích chủ động r = 29 (mm).
Khoảng câch từ tđm bânh xích chủ động đến tđm bânh xích dẫn động của trục cam l = 430 (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 mòn 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
piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hêm cho piston trượt trín câc rênh của chốt hêm nhờ văo lực lò xo.
2.3.3. Kết cấu xupâp:
Xupâp lă chi tiết trực tiếp cho dòng khí nạp văo buồng đốt vă thải khí chây ra ngoăi với một thời gian ngắn trong một chu kì lăm việc của pittông. Trong quâ trình lăm việc xupâp chịu tải trọng cơ học vă tải trọng nhiệt.
Về tải trọng cơ học: Nấm xupâp chịu âp suất khí thể từ 0,6 ÷ 1,5 MN/m2 vă chịu tâc động của lực quân tính nín khi lăm việc luôn bị va đập mạnh với đế xupâp nín rất dễ gđy biến dạng.
Về tải trọng nhiệt: Xupâp thải lăm việc trực tiếp với khí thải có nhiệt độ khoảng 1000 ÷ 1200 0C vă với tốc độ dòng khí văo cỡ 400 ÷ 600 (m/s), xupâp thải thường quâ nóng vă bị xđm thực. Xupâp nạp nhờ dòng khí nạp lăm mât nín chịu nhiệt nhỏ hơn xupâp xả.
Do xupâp lăm việc trực tiếp với khí chây nín vật liệu chế tạo xupâp lă câc thĩp hợp kim chịu nhiệt tốt. Với lớp hợp kim năy lăm cho xupâp ít mòn vă chống được gỉ của mặt nấm xupâp thải.
Kết cấu của xupâp gồm 3 phần chính: Phần nấm xupâp, thđn xupâp vă phần đuôi.
10 5 4 2 45° Ø30 4 3 Ø5,5 10 3 4 45° 2 4 3 Ø5,5 Ø35 XUPÁP HÚT XUPÁP XẢ
* Phần nấm:
Kết cấu của nấm xupâp chẳng những có ảnh hưởng quyết định đến giâ thănh chế tạo xupâp mă còn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng vă tình trạng của dòng khí lưu động qua họng đế xupâp nữa. Nấm xupâp nạp vă xupâp xả của động cơ Duratec được sử dụng lă loại nấm bằng. Ưu điểm của loại năy lă đơn giản dễ chế tạo.
Mặt lăm việc quan trọng của phần nấm lă mặt côn, có góc độ α =450. Điều năy vừa đảm bảo được độ bền của nấm, vừa đảm bảo tiết diện lưu thông khi mở xupâp vă vừa đảm bảo dòng khí lưu động dễ dăng. Góc α năy căng nhỏ thì tiết diện lưu thông căng lớn. Tuy nhiín nếu α căng nhỏ thì mặt nấm căng mỏng, độ cứng vững của mặt nấm căng kĩm do đó dễ bị cong vính, tiếp xúc không kín khít với đế xupâp.
Đôi khi góc của mặt côn trín nấm xupâp còn lăm nhỏ hơn góc của mặt côn trín đế xupâp từ (0,5 ÷ 10) để xupâp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mĩp ngoăi của mặt côn. Lăm như vậy có thể đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ.
Chiều rộng của mặt côn trín nấm xupâp nạp vă thải b = 2 (mm). Đường kính của nấm xupâp nạp xn = 35 (mm).
Đường kính của nấm xupâp thải xt = 30 (mm).
Chiều dăy của nấm xupâp nạp bằng (0,08 ÷0,12). Xn = 0,114.35 = 4 (mm).
Chiều dăy của nấm xupâp thải bằng (0,08 ÷0,12). Xt = 0,12.30 = 4 (mm). * Phần thđn xupâp:
Thđn xupâp có đường kính thích đâng để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt vă chịu được lực nghiíng khi xupâp đóng mở. Để giảm nhiệt độ cho xupâp người ta có xu hướng tăng đường kính của thđn xupâp vă kĩo dăi ống dẫn hướng đến gần nấm xupâp. Nhưng do phải đảm bảo tiết diện lưu thông vă gọn nhẹ nín thđn xupâp cũng không thể lăm quâ lớn. Vì hệ thống phđn phối khí của động cơ đang khảo sât, xupâp được dẫn động trực tiếp từ cam do đó xupâp chịu lực ngang lớn nín đường kính thđn xupâp lớn. Thđn xupâp nạp vă thải có dạng hình trụ dăi. Chỗ chuyển tiếp giữa thđn vă nấm có góc lượn
Đường kính thđn xupâp nạp: dtn = 5,5 (mm). Đường kính thđn xupâp xả: dtx = 5,5 (mm).
Chiều dăi của thđn xupâp tùy thuộc văo câch bố trí xupâp. Nó thường thay đổi trong phạm vi khâ lớn lt = (2,5 ÷3,5).X. Chiều dăi của thđn xupâp cần lựa chọn đủ để
lắp ống dẫn hướng vă lò xo xupâp.
Chiều dăi thđn của xupâp nạp: ltn = 79,78 (mm). Chiều dăi thđn của xupâp thải: ltt = 81,72 (mm).
* Đuôi xupâp:
Phần đuôi xupâp trực tiếp va đập với con đội do đó mặt trín của phần đuôi phải được tôi cứng. Ở phần đuôi xupâp có đoạn khoĩc rênh để lắp móng hêm.
Ø 5,5Ø 24 Ø 24
Hình 2-12 Kết cấu phần đuôi xupâp.
Đế chặn lò xo phía trín được lắp với xupâp bằng 2 móng hêm hình côn lắp văo đoạn có đường kính nhỏ trín đuôi. Mặt phía ngoăi của móng hêm ăn khớp với mặt côn của lỗ đĩa lò xo
Móng hêm được chế tạo dạng hình côn Rênh ở phần đuôi có chiều dăi l = 2,5 (mm).
Kiểu lắp dùng móng hêm có ưu điểm lớn lă không gđy nín ứng suất tập trung trín đuôi xupâp. Tuy vậy việc gia công móng hêm rất khó khăn.
2.3.4. Đế xupâp:
Cơ cấu phđn phối khí của động cơ đang khảo sât dùng xupâp treo, đường thải vă đường nạp bố trí trong nắp xilanh. Để giảm hao mòn cho thđn mây vă nắp xi lanh khi chịu lực va đạp của xupâp, người ta dùng đế xupâp ĩp văo họng đường thải vă đường nạp. Vì thđn mây vă nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nín đế xupâp được ĩp cho cả đường nạp vă đường thải.
Kết cấu của đế xupâp rất đơn giản. Mặt ngoăi của đế lă hình trụ trín có vât mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupâp. Đế được chế tạo bằng thĩp hợp kim chịu măi mòn.
Mặt côn của đế xupâp nạp vă thải 450. Chiều cao đế xupâp nạp hn = 7,9 (mm). Chiều cao của đế xupâp thải ht = 7,4 (mm). Đường kính họng đế xupâp nạp dn = 35 (mm). Đường kính họng đế xupâp thải dt = 33,17 (mm).
Ø30Ø33,17 Ø33,17 7, 4 Ø38,17 7, 9 Ø35 b) a) 45° 45° Hình 2-13 Kết cấu đế xupâp.
2.3.5. Ống dẫn hướng xupâp:
Ống dẫn hướng xupâp lăm nhiệm vụ dẫn hướng thđn xupâp. Để đảm bảo độ chính xâc thẳng hăng giữa mặt xupâp vă bệ đỡ, lỗ dẫn hướng phải trùng tđm với đế xupâp. Để dẫn hướng được xupâp vă để dễ gia công sửa chữa, thay thế cũng như có thể dùng vật liệu tốt nhằm tăng tuổi thọ, ống dẫn hướng được chế tạo rời rồi lắp văo nắp xi lanh.
Ngoăi ra để dễ sữa chữa vă trânh hao mòn cho thđn mây hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp xupâp người ta lắp ống dẫn hướng trín câc chi tiết năy. Xupâp được lắp văo ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng. Khe hở giữa ống dẫn hướng vă thđn xupâp phụ thuộc văo đường kính thđn xupâp.
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 = 2.35 = 70 (mm). Chiều dăi ống dẫn hướng đối với xupâp thải: lt = 2.30 = 60 (mm). Đường kính trong của ống dẫn hướng: d = 5,509 (mm).
a) b) 70 60 Ø5,5 3 Ø5,5 3 Hình 2-14 Kết cấu ống dẫn hướng.
Để bôi trơn ống dẫn hướng vă thđn xupâp dùng phương phâp hứng dầu từ phía trục cam. Tuy nhiín cũng không cần bôi 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.
2.3.6. 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 quâ trình mở đóng xupâp không có hiện tượng va đập trín mặt cam.
Lò xo chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ vă chịu dao động.
Kết cấu lò xo dạng hình trụ. Bước xoắn trín cùng của lò xo có đường kính nhỏ hơn so với câc vòng còn lại của lò xo. Sự chính lệch năy có kích thướt A = 1,95 (mm).
Ø20Ø16,23 Ø16,23 44 ,9 2 3 Hình 2-15 Kết cấu lò xo xupâp.
Kết cấu lò xo của xupâp nạp vă thải trong động cơ lă giống nhau. Có chiều dăi lớn nhất lă llx = 44,92 (mm). Lò xo có tổng cộng 8 vòng. Số vòng công tâc lă 6 (không kể 2 vòng đầu của lò xo). Nếu số vòng công tâc của lă xo căng ít thì mỗi vòng của lò xo biến dạng căng nhiều vì vậy lò xo chịu ứng suất xoắn căng lớn. Ngược lại, nếu số vòng công tâc nhiều quâ, lò 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 lò xo được quấn giống nhau trín toăn bộ chiều dăi của lò xo.
Lò xo xupâp lăm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vì vậy vật liệu chế tạo lò xo thường dùng dđy thĩp có đường kính 3 (mm).
Đường kính lớn nhất của lò xo dl = 20 (mm). Đường kính nhỏ nhất của lò xo dn = 16,23 (mm).
2.3.7. Kết cấu con đội:
Con đội lă chi tiết mây truyền lực trung gian. Kết cấu của con đội gồm hai phần: