Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec

Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ duratec

Chương 1 Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong:

1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí:

1.1.1 Mục đích:

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động

cơ Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc không khí mới vàoxilanh động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định, phát huy hết công suấtthiết kế

1.1.2 Yêu cầu:

Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định Độ mở lớn để dòng khí lưu thông, ít trở lực Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt khí Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp Ít va đập, tránh gây mòn Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.

1.1.3 Phân loại:

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trongđộng cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chínhxác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao

Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu tuy có nhiều ưu điểm như có thểđảm bảo tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít gây ồn… Nhưng do kết cấu khá phứctạp, giá thành cao nên rất ít được dùng

Trong một số động cơ hai kỳ, việc nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston củachúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Loại dùng trong động

cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục –thanh truyền dẫn động piston

Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí

1.2 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:

Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉchiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Quá trình thải trong động cơ hai kỳchủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy rangoài Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy,đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới Chất lượng cácquá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếuphụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải

Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:

Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.

Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét Cửa quét thườngđặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quéttrong xilanh

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:

Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn

Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâmxilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tớinắp xilanh mới vòng xuống cửa thải

Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ

và áp suất không khí quét lớn

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:

Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trívan một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mớivào hàng lổ phía trên

Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp Chiềucao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác củađộng cơ

+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:

Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupáp thảiđược đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanhrồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy vàkhí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khínạp lớn

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn Cửa quétđặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vậnđộng xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn,đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí

Hình 1-1 Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ.

a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theohướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp; d) - Hệ thống quét thẳng

qua xupáp thải; e) - Hệ thống quét vòng đặt một bên

1.3 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ:

Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thựchiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng Tùy theocách bố trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳthành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùngxupáp đặt…

I.3.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp:

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt:

Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫnđộng xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trítheo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một Khi bố trí từngcặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đườngnạp trở thành đơn giản hơn

Hình 1-2 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.

1 – Trục cam; 2 – Thân máy; 3 – Con đội; 4 – Đế lò xo xupáp; 5 – Lò xo xupáp; 6 –

Ống dẫn hướng; 7 – Xupáp; 8 – Bánh răng dẫn động bánh răng cam;

Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của nắpxilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng

Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn Một khuyếtđiểm nữa là đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và giacông thân máy, đường thải, nạp khó thanh thoát, tổn thất nạp thải lớn

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo:

Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy,đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp

Khi dùng xupáp treo có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyềnnhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt

Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dòng khílưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng đượctiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểmnhư dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắpxilanh hết sức phức tạp, rất khó đúc và gia công

Để dẫn động xupáp, trục cam có thể bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếphoặc dẫn động qua đòn bẫy Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thânmáy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…

Hình 1-3 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.

1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Vít điều chỉnh; 5 – Trục đòn bẫy; 6 –Đòn bẫy; 7 – Đế chặn lò xo; 8 - Lò xo xupáp; 9 - Ống dẫn hướng; 10 – Xupáp; 11 –

Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu

Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp Có thể sử dụngphương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy,hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp

Hình 1-4 Các phương án dẫn động xupáp

a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn động trực

tiếp; c) – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy

Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp nạp đặttrên thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh Khi bố trí như thế kết cấu của

cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất nhiều

do đó có thể tăng khả năng cường hóa động cơ Kết cấu này thường dùng trong cácloại động cơ xăng tốc độ cao

Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt và treo thấy

rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được  cao còn động cơ xăng có thểdùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểutreo Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu treo có hiệu suất nhiệt cao hơn.Dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu quy lát rất phức tạp và dẫnđộng cũng phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt Hệ thống phân phối khíxupáp treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ

1.3.2 Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:

Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:

Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam Nếukhoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng.Nếu khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xíchrăng

Loại trục cam đặt trên nắp máy Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung giandẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng Khi dùng hệ thống bánh răng côncần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục Khi trụccam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫnđộng qua đòn quay

Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặpbánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền Tuyvậy, khi khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu lớn thì phương án này phải dùngthêm nhiều bánh răng trung gian Điều đó làm cho thân máy thêm phức tạp (vì phảilắp nhiều trục để lắp bánh răng trung gian ) và cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khilàm việc thường có tiếng ồn

Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trụccam ở khoảng cách lớn Tuy vậy phương án này có nhược điểm là đắt tiền vì giá thànhchế tạo của xích đắt hơn bánh răng nhiều Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sailệch pha phân phối

a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh

răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích

1.4 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:

1.4.1 Trục cam: Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở

xupáp hút và thải đúng theo chu kì hoạt động của động cơ

Hình 1-6 Kết cấu trục cam

1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 –

Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn

Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh Thời điểm đóng mở xupápphụ thuộc vào biên dạng cam Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các

cổ trục Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động bơmxăng, bơm cao áp vv…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm

việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc cóthể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc

Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40 hoặc thép 45 Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, củamặt đầu trục cam…) đều thấm than và tôi cứng

+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì:

Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen Số cổ loại trốn cổ Z = (i/

2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng

Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50  60 HRC Nếu trục cam lắpluồn thì kích thước cổ phải còn lớn hơn các phần khác của trục cam Đôi khi để dễ lắpngười ta làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phía cuốitrục

Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu màimòn như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhôm

Nếu trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân haynắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu nàydùng ở động cơ công suất lớn và một số động cơ có trục cam đặt trên nắp xilanh.+ Ổ chắn dọc trục:

Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máyhoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răngnghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người taphải dùng ổ chắn dọc trục Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánhrăng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫnđộng Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trụccam vì trong trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam haythân máy có giãn nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí nhưtrường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn

Hình 1-7 Kết cấu đầu trục cam.

1 – Vỏ máy; 2 – Bulông hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng chắn; 6 - Ổ

đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then; 10 –

Bánh răng dẫn động trục cam

1.4.2 Con đội:

Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đếnxupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy

Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò

xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải đượctôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt

Con đội có thể chia làm 3 loại chính:

+ Con đội hình nấm và hình trụ:

Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấmdùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội đượckhoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2

 0,3) mm Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặtcam) khi đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam

Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh đượchiện tượng cào xước

Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân

Hình 1-8 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.

+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn Lò xo chặn có tác dụngkhông cho con đội xoay Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạtđộng đúng hướng

Hình 1-9 Kết cấu con đội con lăn

Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn Cơ cấu con đội con lăn có tác dụnglàm giảm ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu nhiên liệu

+ Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn và va đập,

trong các xe du lịch cao cấp người ta thường dùng loại con đội thủy lực Dùng loạicon đội này sẽ không còn tồn tại khe hở nhiệt

Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu điểm đặc biệt là có thể tự động thayđổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí Vì khi tốc độ động cơ tăng lên,

do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều

đó rất có lợi đối với quá trình nạp của động cơ

Dùng con đội thủy lực, tuy có nhiều ưu điểm như trên, nhưng điều cần đặc biệt chú

ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của dầu

bôi trơn Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con đội thủy lực phải rất sạch và độ nhớt

ổn định, ít thay đổi

1.4.3 Đũa đẩy:

Nhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ

cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp Truyền chuyển

động và lực từ con đội đến đòn bẩy

Kết cấu: Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối

khí xupáp treo thường là một thanh thép nhỏ, dài, đặc

hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy

Để giảm nhẹ trong lượng, đũa đẩy thường làm bằng

ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp xúc

hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm

(đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh) Đôi khi cả hai đầu

tiếp xúc của đũa đẩy đều là hình cầu

Vật liệu chế tạo: Đũa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung bình, đầutiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với đũa đẩy rồi tôi đạt

độ cứng HRC 50  60

1.4.4 Đòn bẩy:

Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupáptheo đúng theo pha phân phối khí Đòn bẩy được gắn trên trục của nó Hoạt động củađòn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng phaphân phối khí

Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh Sau khi điều chỉnhkhe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường

có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thaythế được dễ dàng

Hình 1-11 Kết cấu đòn bẩy

Hình 1-10 Các dạng đũa đẩy

Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứatrong phần rỗng của trục Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đếnbôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.

Vât liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trungbình

1.4.5 Xupáp:

Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài vớithời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston Xupáp hoạt động được theo chiềuthẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp

Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệttruyền qua xupáp khi xupáp đóng Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạpphải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 – 8000C

Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi Phầnnấm do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khilàm việc chịu va đập lớn gây biến dạng Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắpráp Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đườngống nạp và thải một vòng đế xupáp

Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) vàTungsten (W) Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mòn cao và chống lại sự oxy hóa

ở nhiệt độ cao Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupáp hay đế xupáp để tăngkhả năng chịu nhiệt

Hình 1-12 Kết cấu xupáp

1.4.6 Đế xupáp: Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế xupáp ép vào họng của

đường ống nạp và đường ống thải

Hình 1-13 Kết cấu đế xupáp

a) - Đế có mặt ngoài dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngoài hình côn; c) - Đế lắp vào nắp

xilanh bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren

Đế có mặt ngoài là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữchắc đế xupáp Có khi mặt ngoài là mặt côn Loại này có khi không ép sát đáy mà đểkhe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra Có loại đế lắp vào thân máyhoặc nắp xilanh bằng ren Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy để kim loạibiến dạng giữ chặt đế Loại này ít dùng

1.4.7 Ống dẫn hướng:

Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp xupáp,người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này Xupáp được lắp vào ống dẫnhướng theo chế độ lắp lỏng

Ống dẫn hướng thường chế tạo bằng các loại gang hợp kim có tổ chức peclít.Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanhnhôm Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng khôngxảy ra hiện tượng kẹt xupáp

1.4.7 Lò xo xupáp:

Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không cho khínén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm việc củaxupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khi xupápchuyển động do đó đóng mở xupáp chính xác theo biên dạng cam

Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ởngoài Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng củaxupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Lò xo xupáp thường được dùng là lò xokín hay lò xo tác động kép Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc độ cao

Hình 1-15 Kết cấu lò xo xupáp

a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lò xo hình côn

Do lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột Vì vậy vậtliệu chế tạo lò xo thường dùng là thép C65, C65A…

1.5 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại:

Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa họccông nghệ Các hãng sản xuất ôtô như Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ra nhiềusản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại Một trong những tính năng

đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí trong động cơ.Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp với từng dãitốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc sử dụngđộng cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối thiểu khi sử dụng.Động cơ phải phát huy được hết công suất ở những dải tốc độ khác nhau Ngoài rađộng cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ ô nhiễm môi trường củacác quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng Tuy các biện pháp tiếnhành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điều khiển và chếtạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần với giá trị tính toán lý thuyết lý tưởng

1.5.1 Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển:

Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển Cơ cấu phối khíhiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mởcủa xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại luôn luôn làmviệc ở điều kiện tối ưu nhất

Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển ở những

bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mởxupáp, hệ thống điều khiển điện tử

Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và truyềntín hiệu về bộ điều khiển điện tử

Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộđiều khiển điện tử và thực hiện theo những tín hiệu nhận được

Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lí tín hiệu vàtruyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp

1.5.2 Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda:

Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) Cónghĩa là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi qui luật nângcủa xupáp bằng điện tử

Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh góc độphối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp với chế độ, tốc độ của động

cơ Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ

Với cách sử dụng cơ cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làmviệc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ Cơ cấuphối khí VTEC có hai kiểu sau:

DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạp

và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên

SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạpbằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên

* Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối DOHC VTEC:

Ở số vòng quay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp các piston thủy lực A và

B chưa hoạt động và ở vị trí như hình 1 – 16 Các đòn bẩy thứ nhất và thứ hai hoạtđộng riêng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tâm ở giữa không tham gia vào hoạt động đóng

mở các xupáp ở chế độ này

VẤ U CAM DẪ N ĐỘ NG Ở TỐ C ĐỘ THẤ P

1

Hình1-16 Hoạt động DOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

1 - Piston A; 2 - Piston B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trunggian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ thấp

Ở số vòng quay cao: Khi hoạt động ở số vòng quay cao, dưới âp lực của dầu sẽđẩy piston A dịch chuyển về bín phải theo hướng mũi tín trín hình Lăm cho đòn bẩythứ nhất, thứ hai vă đòn bẩy trung gian được nối với nhau thănh một khối chuyểnđộng thống nhất Tất cả câc đòn bẩy di chuyển bởi cam ở tốc độ cao Điều đó có nghĩa

lă câc xupâp được điều chỉnh thời điểm vă qui luật nđng khi hoạt động ở tốc độ cao

Hình 1-17 Hoạt động của DOHC-VTEC ở số vòng quay cao

1 - Piston A; 2 - Piston B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trunggian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ cao

Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành ở tốc độcao của DOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn 5300(vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát phải lớn hơn 600C.

* Nguyên lý làm việc cơ cấu phân phối SOHC VTEC:

Ở số vòng quay thấp: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp đòn bẩy thứnhất và thứ hai hoạt động riêng lẻ, không được liên kết với nhau Lúc này các pistonthủy lực A và B chưa hoạt động và vấu cam ở giữa không tham gia vào chuyển độngđóng mở các xupáp

7 3

2 1

6 5

4

Hình 1-18 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đònbẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;

Ở số vòng quay cao: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, piston thuỷ lực dichuyển theo hướng mũi tên như trên hình 1 – 19 Kết quả là đòn bẩy thứ nhất, thứ hai

và đòn bẩy trung gian được nối cứng với nhau bởi hai pis ton thủy lực A và B thànhmột khối và chuyển động thống nhất Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi vấu cam trungtâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điều chỉnh thời điểmđóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao

Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành ở tốc độcao của SOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn 4800(vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát là 600C

7 3

2 1

Hình 1-19 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đònbẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;

Hệ thống điều khiển: Cơ cấu DOHC – VTEC và SOHC – VTEC được điều khiểnbởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng thái làm việc củađộng cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay động cơ, tốc độ của xe.Những tín hiệu này được truyền đến bộ vi xử lí để xử lí các tín hiệu rồi từ đó điềukhiển một cách chính xác hoạt động của cơ cấu phân phối khí của động cơ dưới mọiđiều kiện

1.5.3 Cơ cấu phân phối khí dùng hệ thống điều khiển xoay cam:

Cùng với hãng Toyota, hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực chú tâm cải tiến hệthông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện đại Trong đó

có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VVT – i (têngọi của hãng Toyota) Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của cácxupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng nămgần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Camry, Corolla Altis,Vios, Escape, Transit…

VVT-i là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc củađộng cơ VVT-i là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Varaible Valve Timing –intelligent(Thay đổi thời điểm phối khí thông minh)

Đối với các động cơ thông thường thì có thời điểm phối khí là cố định và thườngđựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trụckhuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có hệ

thống VVT-i thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ.

Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trụccam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ thốngnày có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểmphối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến

và điều khiển bằng ECU động cơ

Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải,tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường Đặc điểm kếtcấu và nguyên lý làm việc của hệ thống VVT – i sẽ được phân tích ở phần 2 (Phầnkhảo sát cơ cấu phân phối khí của động cơ Duratec HE do hãng Ford sản xuất) Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và qui luật nâng của xupáp, làm cho

cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm cho động

cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc gia tốc thayđổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm và đạt công suấtcao Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịu trong thành phốcũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độ cao Tuy nhiên bêncạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhược điểm là: Có nhiều chitiết, cụm chi tiết, cần chế tạo với độ chính xác cao Hệ thông điều khiển phức tạp.Việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

2 Khảo sát và tính toán hệ thống phân phối khí trong động cơ Duratec:

2.1 Giới thiệu động cơ Duratec:

Động cơ Duratec do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe Escape 2.3L Escape2.3L là xe du lịch một phiên bản hoàn toàn mới của làn xe Escape nói chung Xe đượcthiết kế 2 cầu chủ động (4 x 4) Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến

về các trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho Escape 2.3L có những tính năng vượt trội

so với các dòng xe đương thời Về ngoại thất, cụm đèn pha theo dạng chóa đèn màuđen mới mang lại tầm nhìn tốt hơn cho người điều khiển Bên trong cabin, bảng điềukhiển trung tâm với vòng tròn bạc viền quanh cụm đồng hồ cùng với ánh sáng xanhcủa các nút điều khiển giúp người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an toàn khi điềukhiển xe Hệ thống phanh đĩa bốn bánh kết hợp với hệ thống chống bó cứng ABScùng với hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD Hai túi khí cùng dây đai an toànđảm bảo an toàn tối đa cho người lái và hành khách khi xảy ra va chạm…

Hơn hết xe được trang bị động cơ Duratec, một trong những động cơ có tính năngvượt trội so với những động cơ đương thời Duratec là động cơ xăng với 4 xilanhđược đặt thẳng hàng, 16 xupáp Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam Cam được

đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOHC) Duratec 2.3L tích hợp hệthống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho phép tối ưu hóa thờigian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm đượcnhiên liệu

Bên cạnh đó động cơ còn tích hợp hệ thống xúc tác lọc khí thải, hệ thống đóng mởcửa gió thứ cấp VICS (Variable Inertia Charging System) và hệ thống van điều khiểntạo xoáy dòng khí nạp TSCV (Tumble Swirl Control Valve) Dùng hệ thống phunxăng điện tử theo chu kỳ Với những cải tiến này mang lại cho động cơ hoạt động tốtnhất ở mọi chế độ làm việc

Bảng 2 - Thông số động cơ:

Hình 2-1 Mặt cắt động cơ Duratec

1 – Các te; 2 – Lọc dầu bôi trơn; 3 - Ống dẫn dầu bôi trơn; 4 – Trục khuỷu; 5 – Bánhxích đầu trục khuỷu; 6 – Buly trục khuỷu; 7 – Xích dẫn động; 8 – Bánh xích dẫn độngtrục cam; 9 – Trục cam; 10 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 11 – Xupáp; 12 – Con đội; 13 –Đĩa chặn lò xo; 14 – Lò xo xupáp; 15 - Ống dẫn hướng; 16 – Xi lanh; 17 – Đế xupáp;

18 – Xéc măng; 19 – Chốt piston; 20 – Thanh truyền; 21 – Phớt chắn dầu; 22 – Đuôitrục khuỷu; 23 – Đai ốc; 24 – Bạc lót; 25 – Chốt khuỷu; 26 – Cổ trục khuỷu

2.2 Hệ thống nạp, thải trong động cơ Duratec:

8 Số vòng quay không tải tối thiểu 650 v/phút

Công nhận rằng công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào khối lượng và thànhphần khí nạp Rõ ràng rằng lượng không khí đi vào xilanh trong quá trình nạp sẽ phụthuộc vào việc xilanh của động cơ được thải sạch ở mức độ nào đó trong chu trìnhtrước Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vật cháy củachu trình trước ra khoải xi lanh để nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ Hai quátrình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau Vì vậy kết cấu của hệ thống nạp thảiphải thiết kế sao cho động cơ làm việc với hiệu quả cao nhất.

Các quá trình trao đổi khí không chỉ có quan hệ với nhau mà việc tạo hướngchuyển động của mồi mới khí nạp trong thời gian nạp ở xilanh động cơ phụ thuộc vàoviệc phân bố các xupáp trên nắp xilanh Đây là một trong những yếu tố cơ bản có khảnăng cải thiện việc tạo thành hỗn hợp và đôt cháy

Các thí nghiệm chỉ ra rằng, để trao đổi khí tốt hơn xupáp nạp cần được mở sớmkhi píttông đến điểm chết trên còn xupáp xả cần đóng muộn sau ĐCT

Như vậy theo những nhận định trên, các hệ thống nạp và thải của động cơ ảnhhưởng trực tiếp đến hệ thống phân phối khí của động cơ như: Thời gian đóng mở cácxupáp, kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí cũng như việc bố trí cácxupáp…Vì vậy khi phân tích đặc điểm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí chúng tacần phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống và nạp thải trong động cơ

2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Duratec:

Theo nguyên lý động cơ đốt trong, lượng môi chất nạp vào xi lanh trong mỗi chutrình động cơ bốn kỳ phụ thuộc nhiều nhất vào độ chênh áp suất của môi chất trướcxupáp nạp (pk) và áp suất môi chất trong xilanh (pa) Suốt kỳ nạp áp suất trong xi lanhđều thấp hơn pk Sự chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi chất mới đi vào xilanhqua xupáp nạp, nó ảnh hưởng đến trợ lực của xupáp nạp đối với dòng chảy

Hệ số nạp v là một trong những thông số đặc trưng cơ bản của động cơ trongquá trình trao đổi môi chất Đó là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vàoxilanh ở đầu quá trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng môi chấtmới theo lý thuyết có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xilanh ở điều kiện nhiệt độ

và áp suất của môi chất trước xupáp nạp Ảnh hưởng đến hệ số nạp có rất nhiều yếu tốnhư: Tỷ số nén, áp suất cuối quá trình nạp, kết cấu đường ống nạp…

Sức cản của đường nạp: Tổn thất áp suất khi nạp là p a p0  p a Tổn thất p a

càng lớn thì áp suất pa càng nhỏ và do đó mật độ mồi mới khí nạp trong xilanh và hệ

số khí nạp càng nhỏ Tổn thất của đường nạp có thể tính theo công thức:

2 ).

1 (

2k



Với Bn là hệ số cản của hệ thống nạp, đặc trưng cho tính chất đường nạp ví dụnhư tiết diện lưu thông qua xupáp nạp.

Trong hệ thống nạp của động cơ, xupáp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ nhấtnên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp Tăng đường kính xupáp

sẽ mở rộng tiết diện lưu thông qua xupáp, nhưng lại bị hạn chế bởi vị trí và cấu tạocủa xupáp Việc tăng hành trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở các xupáp, tăng thờigian giữ xupáp ở vị trí mở lớn nhất, đều làm tăng khả năng lưu thông qua xupáp Thếnhưng những vấn đề trên đều bị giới hạn bởi phụ tải động do lực quán tính của cơ cấuphân phối khí tạo ra Mặt khác khi xupáp đã mở hết hành trình khoảng cách từ mépnấm đến thành cũng gây ảnh hưởng đến lực cản của dòng chảy Khoảng cách trên nếunhỏ sẽ làm giảm hiệu suất lưu thông của tiết diện sát thành xilanh và làm tăng lực cản.Ngoài ra trong quá trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường nạp cũng ảnhhưởng rất nhiều đến việc nạp đầy môi chất mới vào xilanh Các sóng này được truyềnqua lại trong đường ống nạp tạo nên hiệu ứng động của dao động áp suất Nếu sóngnén được truyền đến khu xupáp mà xupáp chưa đóng sẽ làm tăng áp suất ở khu vựctrước xupáp và làm tăng số nạp Khi tốc độ động cơ tăng thì vận tốc dòng khí lưuthông qua xupáp nạp cũng tăng theo Sự dao động của dòng khí nạp phụ thuộc vào sựđóng mở xupáp nạp

Từ những đặc điểm phân tích như trên trong hệ thống nạp và với mục đích cảithiện hệ thống nạp để hiệu suất của động cơ là cao nhất ở mọi dãi tốc độ Hệ thốngnạp trong động cơ Duratec được thiết kế với hình dạng đường nạp là tốt nhất Đườngnạp được làm bằng nhựa cứng làm giảm trọng lượng cho động cơ Cùng với những cơcấu điều khiển dòng khí nạp sao cho phù hợp như: Cơ cấu biến thiên đường nạp, cóthể làm cho đường nạp dài thêm hoặc ngắn lại làm tăng mômen xoắn của động cơ từdãi tốc độ thấp lên tốc độ cao Cơ cấu đóng mở van xoáy lốc khí nạp khi đi vào trongxilanh động cơ điều này cải thiện được sự phát xạ ô nhiễm của nhiên liệu cháy Bộphận cộng hưởng làm giảm tiếng ồn trong quá trình nạp Những tính năng này làmcho động cơ Duratec luôn tạo ra được hiệu suất làm việc cao ở mọi chế độ làm việc

Hình 2-2 Sơ đồ hệ thống nạp không khí động cơ Duratec.

1- Buồng cộng hưởng; 2 - Ống lấy gió ngoài; 3 – Lọc gió; 4 – Buồng cộng hưởng; 5 –

Cổ nạp; 6 – Cơ cấu đóng mở van xoáy lốc khí nạp; 7 – Cơ cấu đóng mở van biến thiênđường nạp; 8 – Van điện từ biến thiên đường nạp; 9 – Van điện từ xoáy lốc khí nạp;

10 – Buồng chân không; 11 – Cụm bướm ga

* Chức năng của hệ thống biến thiên đường nạp:

Hệ thống biến thiên đường nạp làm tăng mô-men cho động cơ từ dãi tốc độ thấp

đến cao Làm thay đổi chiều dài đường ống nạp khi tốc độ của động cơ vượt quá 4.600

(vòng/ phút) để làm tăng hiệu suất trong quá trình nạp Điều này làm cho động cơ đạtđược mômen cao hơn ở mọi dãi tốc độ

+ Tác dụng của quá trình nạp môi chất theo quán tính:

Sự dao động của dòng khí trong cổ nạp phụ thuộc vào sự đóng mở của xupáp nạp.Khi xupáp nạp đóng, không khí bị nén lại gần phía xupáp nạp do lực quán tính Điềunày làm tạo ra một sóng áp suất của khí nạp dội ngựợc về bề mặt cánh bướm ga vàđồng thời sau đó ngược lại sóng áp suất này cũng dội ngược lại về phía xupáp nạp đếnkhi nó điền đầy vào buồng tích áp Việc thay đổi chiều dài đường ống nạp là để làmcho áp suất của dòng khí nạp quay về phía xupáp nạp đúng vào kỳ nạp của động cơ

Từ đó cải thiện được lượng khí nạp mới vào trong xilanh và làm tăng mômen xoắncủa động cơ

+ Khoảng tác động của đường nạp (cổ nạp):

Khoảng tác động cổ nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp.Với sự đóng mở củavan biến thiên đường nạp để thay đổi khoảng tác động chiều dài đường nạp làm chodòng sóng áp suất khí nạp luôn ở trạng thái sẵn sàng nạp

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống biến thiên đường nạp:

- Cấu tạo gồm: Van điện từ, van biến thiên đường nạp, cơ cấu điều khiển và buồngchân không

- Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Khi tốc độ động cơ nhỏ hơn 4.600 (vòng/phút) - Van biến thiên đường nạp đóng

Áp suất chân không trong cổ nạp được dùng để điều khiển thông qua hoạt động củavan điện từ để đóng van biến thiên đường nạp Ở điều kiện này, khoảng tác động củađường nạp là từ xupáp hút đến buồng tích áp (A―C) Lúc này đường ống nạp dài ra,với tác dụng của lực quán tính khí nạp, lượng không khí nạp được tăng lên, mô-menxoắn của động cơ cũng tăng lên ở vòng quay từ thấp đến trung bình

1

2

Hình 2-3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ

1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp đóng

Khi tốc độ động cơ ở 4.600 (vòng/phút) hoặc cao hơn - Van biến thiên đường nạp

mở Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồngtích áp (B―C) Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạpngắn lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ cũngtăng lên theo ở tốc độ cao

2

Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ cao

1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp mở

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống xoáy lốc khí nạp:

Chức năng của van xoáy lốc khí nạp là làm giảm sự phát xạ ô nhiễm khí xả lúc

động cơ còn nguội Khi động cơ còn nguội, van xoáy lốc khí nạp đóng lại làm hẹp

miệng cửa nạp để tăng tốc độ của dòng khí nạp Làm cho sự hoà trộn hỗn hợp nhiên liệu được tốt hơn Ngoài ra, nó còn tạo được lực xoáy lốc bên trong buồng đốt

khí-để làm tơi hỗn hợp khí nhiên liệu Điều này làm giảm được sự phát xạ ô nhiễm khí xả.Cấu tạo gồm các bộ phận: Van điện từ, van xoáy lốc, cơ cấu điều khiển van xoáylốc và buồng chân không

3

2 1 4

Hình 2-5 Sơ đồ hệ thống xoáy lốc khí nạp

1 – Buồng chân không; 2 – Van điện từ; 3 – Cơ cấu đóng mở van xoáy lốc khí nạp;

4 – Van xoáy lốc khí nạp

- Nguyên lý làm việc:

Khi tốc độ động cơ khoảng 3.750 (vòng/phút) hoặc cao hơn và nhiệt độ nước làm

mát khoảng 63˚C {145˚F} hoặc cao hơn - Van xoáy lốc khí nạp đóng Áp suất chân

không trong cổ nạp được dùng để điều khiển cơ cấu đóng mở van xoáy lốc thông quahoạt động của van điện từ Lúc này miệng cửa nạp nhỏ hơn bình thường để làm tăngtốc độ dòng khí nạp và cũng để tạo ra dòng xoáy bên trong buồng đốt.

2

3

1

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xoáy lốc khí nạp

1 - Dòng khí bị xoáy; 2 – Van xoáy lốc khí nạp; 3 – Buồng đốt

Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu điều khiển van biến thiên đường nạp, van xoáy lốc khí nạp: Cơ cấu bao gồm phần vỏ, cần đẩy, màng ngăn và lò xo

4

3

2 1

b) a)

Hình 2-7 Cơ cấu điều khiển.van a) Van mở; b) Van đóng

1 – Lò xo; 2 – Buồng chân không; 3 – Cần đẩy; 4 – Van biến thiên đường nạp hoặc

van xoáy lốc

Ở chế độ bình thường, dưới tác dụng của lò xo chống cần đẩy và giữ cho van biến thiên đường nạp hoặc van xoáy lốc khí nạp mở Khi có sự tác động của áp suất chân không từ cổ nạp đến buồng chân không làm kéo màng ngăn về phía cổ nạp Do cần đẩy được bắt chặt với màng ngăn vì vậy cần đẩy được kéo theo và làm cho các van được đóng lại

2.2.2 Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ Duratec:

Hệ thống thải trong động cơ có nhiệm vụ thải sạch khí cháy ra ngoài qua đó nạpđầy môi chất mới vào trong xilanh động cơ Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơcũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môitrường Thỏa mãn điều kiện này, kết cấu các chi tiết của cơ cấu phân phối khí cần phảiphù hợp Vì vậy khi phân tích hệ thống phối khí cần phân tích hệ thống xả của độngcơ

Sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy với áp suất pr > pthải (áp suất khí trongđường thải) tạo ra sự chênh áp Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòngkhí qua xupáp thải và phụ thuộc vào trở lực của bản thân đường thải

Xupáp thải thường đóng sau điểm chết trên nhằm làm tăng thêm giá trị “tiết diệnthời gian” mở cửa thải đồng thời để tận dụng độ chênh áp giữa pr và áp suất trongđường thải cùng với quán tính của dòng khí thải tiếp tục thải sạch khí sót ra ngoài làmtăng hiệu quả cho động cơ

Ngoài ra hệ thống phải đảm bảo cho khí thải ra môi trường bên ngoài ít gây ra ônhiễm môi trường, giảm tiếng ồn

Để đảm bảo các yêu cầu trên, cổ góp thải của hệ thống thải trong động cơ Duratecđược chế tạo bằng vật liệu inox Với vật liệu này làm tản nhiệt nhanh trên đường thảihiện đại hơn các động cơ khác cổ góp được chế tạo bằng gang

Trong quá trình cháy trong động cơ, đã sản sinh ra các chất độc hại, gây ảnhhưởng không nhỏ đến ô nhiễm môi trường Khí cháy từ xilanh động cơ đi ra môitrường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn như CO2, H2O, N2 còn chứa các sản vật chưađược cháy hoàn toàn Đầu tiên là ôxit cácbon CO được hình thành khí nhiên liệu cháytrong điều kiện thiếu ôxy Dưới tác động của nhiệt độ cao CO được ôxy hóa thành

CO2 Ôxit Nitơ được tạo thành ở vùng sản phẩm cháy sau màng lửa, lượng này tăngnhanh khi nhiệt độ tăng Khi đi ra hệ thống xả hoặc ngoài khí quyển chúng được ôxyhóa một phần thành NO2 Ngoài các thành phần độc hại trên, trong sản phẩm cháy còn

có những chất độc hại khác như: Muội than, cacburhydro, andehyd…Với những chấtnày không những gây nên ô nhiễm mà còn dễ gây nên ung thư đối với con người

Hình 2-8 Hệ thống thải động cơ Duratec.

1 – Ống góp thải; 2 - Cảm biến ôxy; 3 - Ống dẫn phía trước; 4 – Bộ chuyển đổi khí

xả; 5 - Ống giảm thanh chính

Đảm bảo điều này hệ thống thải trong động cơ còn lắp hệ thống giảm âm, bộ phậnxúc tác khí xả Khí xả khi đi qua lớp xúc tác của katalizator, làm tăng tốc quá trìnhphản ứng oxy hóa hoặc hoàn nguyên Để cho việc xúc tác xảy ra sử dụng các kim loạikhác nhau như platin, đồng, nikel…Để trung hòa NOx ở katalizator có môi trườnghoàn nguyên, tức là liên kết hóa học oxy có ở khí xả Các chất này khi đi qua bộ phậnxúc tác khí xả sẽ bị khử nhờ ôxi hóa hoặc làm giảm bớt đi nồng độ của chúng trướckhi ra môi trường bên ngoài Tuy nhiên khi sử dụng bộ xúc tác khí xả thường bị đóngmuội than

Khi lắp bình tiêu âm thì áp suất trên đường thải nhỏ vì vậy hệ số khí sót trong động

cơ nhỏ, nâng cao hiệu suất cho động cơ

2.3 Đặc điểm hệ thống phân phối khí trong động cơ Duratec:

Hệ thống phân phối khí của động cơ Duratec được dùng là xupáp treo Gồm 2 trụccam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thải) Trục cam dẫn động xupáp đượcđặt trên nắp máy Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh xích dẫn động Các bánhxích trục cam được dẫn động bằng xích Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thốngphân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng xích bằng thủy lực

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupáp nạp

và 2 xupáp thải) Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là 390 Cácđường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ

Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ Ở đầu trụccam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối củaxupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ

2.3.1 Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí:

Hình 2 - 9 thể hiện phương án bố trí và dẫn động xupáp Cơ cấu phân phối khí củađộng cơ dùng xupáp treo Với kiểu bố trí này làm cho buồng cháy động cơ gọn, diệntích mặt truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt Khả năng chống kích nổ đượccải thiện nhiều Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đườngnạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ Mỗi xilanh của động cơ được

bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giảm đượcđường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền.Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp thải) Cácđường ống nạp và ống thải bố trí về hai phía Theo cách bố trí này trong động cơxupáp được đặt nghiêng đi một góc 19,50 so với đường tâm xilanh do đó dễ dàng bốtrí đường thải và đường nạp trong nắp xilanh Tuy nhiên phương án này lại làm choviệc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều Để khắc phục nhược điểm này ở động cơDuratec dùng hai trục cam (cam nạp và cam thải) để dẫn động trực tiếp xupáp

* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm haiquá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo giãn đóngkín xupáp

Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm cho

bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua

bộ truyền động xích trung gian (6) dẫn động các bánh xích (10)lắp ở đầu các trục cam

do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay Khi các vấu cam tiếp xúc với conđội (13) Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (4) ép lò xoxupáp (15) nén lại đồng thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các cửa nạp (nếutrong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá trình thải) thựchiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài

Quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di

chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội Lúc này conđội (13) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (15) từ từ giãn ra nhờ vào đế chặn lò xo(14) cùng với các móng hãm (16) đẩy xupáp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quátrình đóng kín xupáp Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu kìlàm việc của pha phân phối khí

8 7

17 16 15 14 13 12 11

9 10

21 22

23 18

20 19

Hình 2-9 Sơ đồ bố trí xupáp

1 – Xéc măng; 2 – Piston; 3 – Đế xupáp; 4 – Xupáp; 5 – Ống dẫn hướng; 6 – Xích dẫnđộng; 7 – Vỏ bộ xoay cam; 8 – Cánh xoay; 9 – Bulông cố định bánh răng cam; 10 –Đĩa xích dẫn động trục cam; 11 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 12 – Trục cam; 13 – Conđội; 14 – Đĩa chặn lò xo; 15 – Lò xo xupáp; 16 – Móng hãm; 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 án dẫn động trục cam:

Trong động cơ Duratec trục cam được bố trí phía trên nắp xi lanh vì vậy trục camđược dẫn động bằng xích Xích được làm bằng thép hợp kim có sức bền rất cao và khihoạt động không gây nên tiếng ồn Loại dẫn động này có nhiều ưu điểm như: Kết cấugọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn Tuy nhiên dùng phương

án dẫn động này giá thành cao Hơn nữa khi phụ tải và tốc độ thay đổi đột ngột xích

dễ bị rung động Sau một thời gian sử dụng xích thường bị rơ gây nên tiếng ồn và làmsai lệch pha phân phối khí Để giữ cho xích luôn được căng phải dùng thêm cơ cấucăng xích Để chống rung còn dùng thêm bộ dẫn hướng cho xích

Bánh răng dẫn động xích được lắp ở đầu trục khuỷu Phía đầu trục khuỷu có biên

độ dao động xoắn lớn vì vậy khi lắp theo kiểu này làm cho hệ thống phân phối khíchịu dao dộng xoắn làm sai lệch pha phân phối và chịu tải trọng phụ do dao động đógây nên Ngoài ra khi trục cam bị ảnh hưởng của dao động xoắn thì góc phun sớmhoặc góc đánh lửa sớm cũng bị ảnh hưởng Tuy vậy khi lắp bánh răng ở đuôi trụckhuỷu sẽ làm cho kết cấu dẫn động trở nên phức tạp

R58

R29 8

7

6

11

10 9

1 2

3 4

5 129

piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hãm cho piston trượt trên các rãnh củachốt hãm nhờ vào lực lị xo.

2.3.3 Kết cấu xupáp:

Xupáp là chi tiết trực tiếp cho dịng khí nạp vào buồng đốt và thải khí cháy rangồi với một thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của pittơng Trong quá trìnhlàm việc xupáp chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt

Về tải trọng cơ học: Nấm xupáp chịu áp suất khí thể từ 0,6  1,5 MN/m2 và chịutác động của lực quán tính nên khi làm việc luơn bị va đập mạnh với đế xupáp nên rất

dễ gây biến dạng

Về tải trọng nhiệt: Xupáp thải làm việc trực tiếp với khí thải cĩ nhiệt độ khoảng

1000  1200 0C và với tốc độ dịng khí vào cỡ 400  600 (m/s), xupáp thải thườngquá nĩng và bị xâm thực Xupáp nạp nhờ dịng khí nạp làm mát nên chịu nhiệt nhỏhơn xupáp xả

Do xupáp làm việc trực tiếp với khí cháy nên vật liệu chế tạo xupáp là các théphợp kim chịu nhiệt tốt Với lớp hợp kim này làm cho xupáp ít mịn và chống được gỉcủa mặt nấm xupáp thải

Kết cấu của xupáp gồm 3 phần chính: Phần nấm xupáp, thân xupáp và phần đuơi

XUPẠP HỤT XUPẠP XAÍ

Hình 2-11 Kết cấu xupáp nạp và thải

* Phần nấm:

Kết cấu của nấm xupáp chẳng những có ảnh hưởng quyết định đến giá thành chếtạo xupáp mà còn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và tình trạng của dòng khí lưuđộng qua họng đế xupáp nữa Nấm xupáp nạp và xupáp xả của động cơ Duratec được

sử dụng là loại nấm bằng Ưu điểm của loại này là đơn giản dễ chế tạo

Mặt làm việc quan trọng của phần nấm là mặt côn, có góc độ  450 Điều nàyvừa đảm bảo được độ bền của nấm, vừa đảm bảo tiết diện lưu thông khi mở xupáp vàvừa đảm bảo dòng khí lưu động dễ dàng Góc  này càng nhỏ thì tiết diện lưu thôngcàng lớn Tuy nhiên nếu  càng nhỏ thì mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững của mặtnấm càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xupáp

Đôi khi góc của mặt côn trên nấm xupáp còn làm nhỏ hơn góc của mặt côn trên đếxupáp từ (0,5  10) để xupáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài củamặt côn Làm như vậy có thể đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biếndạng nhỏ

Chiều rộng của mặt côn trên nấm xupáp nạp và thải b = 2 (mm)

Đường kính của nấm xupáp nạp xn = 35 (mm)

Đường kính của nấm xupáp thải xt = 30 (mm)

Chiều dày của nấm xupáp nạp bằng (0,08 0,12) Xn = 0,114.35 = 4 (mm).Chiều dày của nấm xupáp thải bằng (0,08 0,12) Xt = 0,12.30 = 4 (mm)

* Phần thân xupáp:

Thân xupáp có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt và chịu đượclực nghiêng khi xupáp đóng mở Để giảm nhiệt độ cho xupáp người ta có xu hướngtăng đường kính của thân xupáp và kéo dài ống dẫn hướng đến gần nấm xupáp.Nhưng do phải đảm bảo tiết diện lưu thông và gọn nhẹ nên thân xupáp cũng không thểlàm quá lớn Vì hệ thống phân phối khí của động cơ đang khảo sát, xupáp được dẫnđộng trực tiếp từ cam do đó xupáp chịu lực ngang lớn nên đường kính thân xupáp lớn.Thân xupáp nạp và thải có dạng hình trụ dài Chỗ chuyển tiếp giữa thân và nấm cógóc lượn

Đường kính thân xupáp nạp: dtn = 5,5 (mm)

Đường kính thân xupáp xả: dtx = 5,5 (mm)

Chiều dài của thân xupáp tùy thuộc vào cách bố trí xupáp Nó thường thay đổitrong phạm vi khá lớn lt = (2,5 3,5).X Chiều dài của thân xupáp cần lựa chọn đủ đểlắp ống dẫn hướng và lò xo xupáp

Chiều dài thân của xupáp nạp: ltn = 79,78 (mm)

Chiều dài thân của xupáp thải: ltt = 81,72 (mm)

Hình 2-12 Kết cấu phần đuôi xupáp.

Đế chặn lò xo phía trên được lắp với xupáp bằng 2 móng hãm hình côn lắp vàođoạn có đường kính nhỏ trên đuôi Mặt phía ngoài của móng hãm ăn khớp với mặtcôn của lỗ đĩa lò xo

Móng hãm được chế tạo dạng hình côn

Rãnh ở phần đuôi có chiều dài l = 2,5 (mm)

Kiểu lắp dùng móng hãm có ưu điểm lớn là không gây nên ứng suất tập trung trênđuôi xupáp Tuy vậy việc gia công móng hãm rất khó khăn

2.3.4 Đế xupáp:

Cơ cấu phân phối khí của động cơ đang khảo sát dùng xupáp treo, đường thải vàđường nạp bố trí trong nắp xilanh Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xi lanh khichịu lực va đạp của xupáp, người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và đườngnạp Vì thân máy và nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nên đế xupáp được

ép cho cả đường nạp và đường thải

Kết cấu của đế xupáp rất đơn giản Mặt ngoài của đế là hình trụ trên có vát mặtcôn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupáp Đế được chế tạo bằng thép hợp kim chịumài mòn

Mặt côn của đế xupáp nạp và thải 450

Chiều cao đế xupáp nạp hn = 7,9 (mm)

Chiều cao của đế xupáp thải ht = 7,4 (mm)

Đường kính họng đế xupáp nạp dn = 35 (mm)

Đường kính họng đế xupáp thải dt = 33,17 (mm)

Ø30 Ø33,17

Hình 2-13 Kết cấu đế xupáp

Ngoài ra để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắpxupáp người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết này Xupáp được lắp vào ống dẫnhướng theo chế độ lắp lỏng Khe hở giữa ống dẫn hướng và thân xupáp phụ thuộc vàođường kính thân xupáp.

Khe hở giữa thân xupáp nạp và ống dẫn hướng (0,024  0,069) (mm)

Chiều dày ống thường vào khoảng 3 (mm) Chiều dài ống dẫn hướng phụ thuộcvào đường kính và chiều dài thân xupáp và có trị số vào khoảng (1,75  2,5) X với X

là đường kính nấm xupáp

Chiều dài ống dẫn hướng đối với xupáp nạp: ln = 2.35 = 70 (mm)

Chiều dài ống dẫn hướng đối với xupáp thải: lt = 2.30 = 60 (mm)

Đường kính trong của ống dẫn hướng: d = 5,509 (mm)

Ø5,5 3

Ø5,5 3

Hình 2-14 Kết cấu ống dẫn hướng

a) - Ống dẫn hướng xupáp nạp; b) - Ống dẫn hướng xupáp thải

Để bôi trơn ống dẫn hướng và thân xupáp dùng phương pháp hứng dầu từ phía trục cam Tuy nhiên cũng không cần bôi trơn nhiều vì dầu có thể vào buồng cháy dọc theo đường thân xupáp xuống nấm gây hiện tượng kết muội.

Một đầu của ống dẫn hướng được vát côn để việc lắp ghép được dễ dàng

2.3.6 Lò xo xupáp:

Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyểnđộng theo đúng qui luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupápkhông có hiện tượng va đập trên mặt cam

Lò xo chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ và chịu dao động

Kết cấu lò xo dạng hình trụ Bước xoắn trên cùng của lò xo có đường kính nhỏ hơn

so với các vòng còn lại của lò xo Sự chênh lệch này có kích thướt A = 1,95 (mm)

Bước xoắn của lò xo được quấn giống nhau trên toàn bộ chiều dài của lò xo

Lò xo xupáp làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột Vì vậyvật liệu chế tạo lò xo thường dùng dây thép 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 là chi tiết máy truyền lực trung gian Kết cấu của con đội gồm hai phần:phần dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc

Động cơ Duratec sử dụng loại con đội hình trụ Khi dùng con đội laọi này thì dạngcam phân phối khí phải là cam lồi Đường kính mặt tiếp xúc với cam phải có đườngkính lớn để tránh hiện tượng kẹt

Loại con đội này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo Đường kính thân conđội có kích thướt bằng đường kính mặt tiếp xúc

Mặt tiếp xúc giữa con đội thường không phải là mặt phẳng mà là mặt cong cóđường kính khá lớn nên khó nhận ra Làm như vậy để tránh hiện tượng mòn vẹt conđội khi mà đường tâm con đội không thẳng góc với đường tâm trục cam

Ngoài ra để thân con đội và mặt nấm mòn đều ta thường lắp con đội lệch với cammột khoảng e = 1 – 3 (mm) Như thế trong quá trình làm việc con đội vừa tịnh tiếnvừa có thể xoay quanh trục của nó

Động cơ Duratec có cơ cấu phân phối khí cam dẫn động trực tiếp xupáp nên conđội có đường kính lớn để lồng lò xo vào bên trong con đội

Đường kính đáy và chiều dài thân của con đội của xupáp nạp và xupáp thải nhưnhau

Đường kính thân con đội d = 31 (mm)

Chiều dài thân con đội l = 27,5 (mm)

Bề dày tiếp xúc với xupáp nạp b = 3,302 (mm)

Bề dày tiếp xúc với xupáp thải b = 3,30 (mm)

b) a)

Ø31

3,30 Ø31

3,302

Hình 2-16 Kết cấu con đội

a) - Con đội xupáp nạp; b) - Con đội xupáp thải

2.3.8 Kết cấu trục cam:

Trục cam dẫn động trực tiếp xupáp Trong động cơ khảo sát gồm 2 trục cam: Trênmỗi trục cam có các cam nạp và cam thải Trên các trục cam có cam nạp dẫn động

xupáp nạp và cam thải dẫn động xupáp thải riêng biệt, và các cổ trục Ở đầu mỗi trụccam có gắn các bánh răng dẫn động trục cam Để giảm bớt độ trượt giữa bánh răngdẫn động cam với cam người ta còn lắp thêm vòng đệm ma sát.

Trục cam chịu hầu hết các lực của cơ cấu phân phối khí như: lực lò xo xupáp, lựcquán tính con đội, lực khí thể bắt đầu thải, chịu mài mòn, Vì vậy đòi hỏi trục camphải có độ cứng vững, độ bền tốt

Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép có thành phần cácbon thấp Các mặt làmviệc của cam được thấm than và tôi cứng để giảm sự mài mòn

Cam chế tạo cần phải có độ đồng tâm cao Sai lệch độ đồng tâm cho phép lớn nhất là0,03 (mm)

Chiều dài các trục cam đều bằng nhau: L = 431 (mm)

Đường kính cổ trục cam dc = 25 (mm)

* Cam nạp và cam thải: Trên 2 trục cam, cam nạp và cam thải được bố trí liền trụcnhau Kích thướt của các cam lớn hơn kích thướt trục Hình dạng của cam phụ thuộcvào pha phân phối khí và quy luật đóng mở xupáp

Số cam nạp: 8 cam

Số cam thải: 8 cam

Chiều cao cam nạp hn = 42,12 (mm)

Chiều cao cam thải ht = 41,08 (mm)

Chiều cao vấu cam nạp hn = 7,9 (mm)

Chiều cao vấu cam thải htt = 7,4 (mm)

Trong động cơ một hàng xilanh góc lệch đỉnh cam của hai cam cùng tên được xác định bởi thứ tự làm việc của các xilanh và chiều quay của trục cam Trong động cơ 4

kỳ góc lệch 1 giữa hai đỉnh cam cùng tên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng nửa góc công tác k của hai xilanh ấy 1 = k/2

Với k =

i



180 0

.Trong đó:  là số kỳ động cơ  = 4

i là số xilanh i = 4.

0 0

2 4

4 180

14

41.08 Ø23

B

b)

a)

B A A

M? T C? T A-A M? T C? T B - B Ø33

2.4 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí:

2.4.1 Pha phân phối khí trong động cơ:

Để thải sạch sản vật cháy ra khỏi xi lanh, xupáp xả không đóng tại vị trí ĐCT

mà đóng chậm hơn một chút (khi trục khuỷu đã quay quá ĐCT vào khoảng 5  300

góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi bắt đầu kỳ một)

Để giảm cản cho quá trình nạp, có nghĩa là đảm bảo cho đường thông quaxupáp nạp đã được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupáp nạpcũng được mở sớm hơn một chút (trước khi piston đến ĐCT khoảng 10  400 gócquay trục khuỷu) Như vậy vào cuối kỳ bốn và đầu kỳ một cả xupáp nạp và xả đều

mở Giai đoạn cùng mở của các xupáp nạp và xả được gọi là thời kỳ trùng điệp của

các xupáp Thời kỳ này có tác dụng tốt đến việc thải sạch khí xả và nạp đầy môi chấtmới vào xilanh nhờ tác dụng hút của dòng khí xả trên đường ống thải.

Giai đoạn tính từ lúc mở đến lúc đóng các xupáp (tính bằng góc quay trụckhuỷu) được gọi là pha phân phối khí

Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến quá trình nạp và thải của động cơ bốn kỳđược thể hiện qua hệ số nạp thêm  1 và hệ số quét buồng cháy  2 Các hệ số nàylàm cho giá trị của hệ số khí nạp v và hệ số khí sót r tính theo pha phân phối khí

lý thuyết được sát với giá trị thực trong động cơ thực tế

Hiện nay chưa có một phương pháp giải tích chặt chẽ để xác định  1 và  2

theo thời điểm mở và đóng các xupáp nạp và xupáp xả,  1 và  2 được chọn dựa vào

số liệu thực nghiệm Vì vậy cần phải tìm hiểu kỹ các pha phân phối của những động

cơ đã chế tạo và ảnh hưởng của chúng đến diễn biến quá trình nạp và thải của độngcơ

ĐCD ĐCT

Hình 2-18 Pha phân phối khí

1 Vị trí mở xupáp nạp; 2 Vị trí đóng xupáp nạp.3 Vị trí mở xupáp xả; 4 Vị trí đóng

xupáp xả

2.4.2 Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ:

Xupáp thải bắt đầu mở sớm trước khi piston tới ĐCD nhằm tạo điều kiện thuận lợicho quá trình thải, bằng cách cho sản vật cháy tự thoát ra nhờ chênh áp giữa xilanh vàđường thải Với mục đích làm giảm tải trọng động cho xupáp, cần phải cho xupáp mở

và đóng đường thông một cách từ từ Chính vì vậy việc mở sớm xupáp thải nhằm tạo

ra giá trị “thời gian – tiết diện” đủ để áp suất trong xilanh được giảm đến mức yêu cầukhi piston bắt đầu đi ngược từ ĐCD lên ĐCT Khi đã mở sớm xupáp thải vào thờiđiểm hợp lý sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải Nhưng nếu mở xupápthải quá sớm sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị công, qua đó làm giảm công suấtđộng cơ Tốc độ của động cơ càng cao thì thời điểm mở xupáp thải phải càng sớm