Khóa luận thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ z6 trên xe ford focus

Việc chuyển đôi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, sỐ vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát,

MỤC LỤC

9/80/9821 0n0n088 a4 ).) ).)HẬHH ,Ô 2

1 Muc dich va ¥ nghia cia dé tas ooo ccc ccecccccececececessecececsececcevevecevevecevavevecevavavavavavaees 3

2 Tổng quan về sự phát triển của cơ cầu phân phối khí 4 kỳ từ cỗ điển đến hiện đại: 3

2.1 Nhiệm vụ, yÊH CÂN: ST HT TT ng HH nh gen ren gưkg 3

2.2 Cơ cấu phân phối khí cỗ điỂn: cà HH HH nh ng re reo 4 2.3 Cơ cấu phân phối khí hiện đại: - Án HH ng ng re re eecg 7

3 Thiết kế cơ cầu phân phối khí trên động cơ Z6: 2 - < + +x+xceeereeree 14 3.1 Các chỉ tiết của hệ thông cơ cấu phân phối khí động cơ Z6: 16 3.2 Hé thong thay doi géc phéin phoi khis c.c.cccccccececcccesesessstsseseeseesesestsseseeeeeeesen 27 3.3 Đặc điểm,kết cầu của hệ thông thay doi géc phan phoi khis 0.0 30

4 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí: -5- set 43

4.1 Xác định kích thước của tiết diện lưu thông: ccccccsreeerererrrrrrrece 43

J1 1 016 nh 46

4.3 Dựng hình cam lỖÌ: - ác TT TH HH HH TT TT ng ng ưu 47 4.4 Động học con đội đáy bằng: SH TH HH nen rưyu 51

5 Tinh kiém nghiệm các chỉ tiết trong cơ cầu phân phối khí động cơ Z6: %4

5 1 Quy dẫn khối lượng các chỉ tiết máy trong cơ cấu phối khi: «5s: 54

5 3 Tính toán kiểm nghiỆH ẨFC CŒIH: 5< nen ch hưu 58

5 4 Tính toán sức bỀn con đội: sgk Hư 62

5 5 Tính toán sức ĐÈN XHĐÁP: St HT HH TT HT ngu 62

6 Những hư hồng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chỉ tiết trong cơ cầu phân

phối khí : tt 119 cư TT TT TH TT Thư 63 SG) 7) angg : 63 6.2 Các phương pháp kiểm tra, phân loại chỉ tiẾt: ch re 63 6.3 Phương pháp kiểm tra sửa chữa các chỉ tiết của cơ cầu phân phối khí động cơ

7 KẾ luẬN: - SH TS TH TH HH TH TT TT TT TT ven 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO SE SE 9 cư cư ven 73

LỜI NÓI ĐẦU Động cơ đốt trong ngày nay dang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lân chất lượng, nó đóng một vai tro quan trong trong nhiễu lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ Là nguôn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay và các máy động cơ cở nhỏ v.V

Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng

Để tài tốt nghiệp em chọn là thiết kế cơ cấu phân phối khí trên động cơ Z6 Tuy là

một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó

không những giúp cho em có điêu kiện để ôn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiêu hơn khi tiếp xúc với thực tế Cơ cấu phân phối

khi của động cơ Z6 có nhiễu đặc điểm mới lạ Do đó việc thiết kế động cơ này thật

sự đã đem đến cho em nhiêu điêu hay và bổ ích

Được sự giúp đỡ và hướng dân tận tình của thấy Trân Văn Nam, các thầy cô trong khoa cùng với viéc tim hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận đụng các kiến thức được học, em đã cô gắng hoàn thành đề tài này Mặc đù vậy, do kiến thức

của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không trảnh khỏi những

thiếu sót Em mong các thây cô góp ÿ, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thấy hướng dân "Tran Van Nam” cùng các thây cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

Lê Thanh Nguyên

1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài:

Ngày nay, phân lớn các thương hiệu xe hơi nổi tiếng đã có mặt tại thị trường Việt Nam, trong đó Ford là hãng xe hơi đi tiên phong với hơn 15 năm kinh nghiệm, đứng thứ 2 với 14% thị phần với các dòng xe tiêu biểu như Everest, Escape,

Mondeo, Transit, Ranger, Laser, Focus Trong đó Focus là nỗi bật nhất, là chiếc sedan thành công nhất trong lịch sử của Ford, đã đạt doanh thu kỷ lục với 1030 xe

tại thị trường Việt Nam trong năm 2009 Sự thành công của Focus là nhờ được trang bị các hệ thống hiện đại như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), nội thất rộng rãi sang trọng và tỉnh tế Đặc biệt

là hệ thống điều khiển van biến thiên VCT của Ford cho phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu,

thân thiện với môi trường là xu thế mới là tiêu chí hàng đầu trong lĩnh vực nhiên cứu chế tạo động cơ ô tô ngày nay Đó là lý do em chọn đề tài “Thiết kế cơ cầu

phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus” được lắp trên xe Focus của Ford Trong để tài này em tập trung vào vấn đề kết câu và nguyên lý hoạt động của các chỉ tiết trong hệ thống phân phối khí động cơ Z6, tính toán các thông số kích thước cơ bản, ngoài ra em còn phân tích các nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục các hư hỏng

Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần cho em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách nghiên cứu làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai

2 Tong quan về sự phát triển của cơ cấu phân phối khí 4 kỳ từ cô điển đến hiện đại:

2.1 Nhiệm vụ, yêu câu:

* Nhiệm vụ: Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiến quá trình thay đôi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh đê động cơ làm việc được liên tục Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiên liệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định Việc nạp không khí và làm sạch xilanh động cơ 4 kỳ thực hiện thông qua xupáp nạp và xả

* Yêu cầu:

- Đóng mở xupáp đúng thời gian qui định

- Độ mở lớn để dong khi dễ lưu thông

- Đóng kín và không được hở ( tì chặt lên đế xupáp) Tránh gây lọt khí sẽ làm giảm

áp suât trong hành trình nén làm giảm công suât của động cơ

- Ít mòn và ít ôn ào (do va đập)

- Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giả thành hạ

- Đóng mở các cửa nạp và cửa thải theo đúng qui luật pha phối khí động cơ

2.2 Cơ cấu phân phối khí cỗ điển:

2.2.1 Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt:

* Nguyên lý làm việc :

Khi động cơ làm việc thông qua dẫn

động từ bánh răng trục khuyu 10

làm cho trục cam 8§ quay, khi trục cam

quay vấu cam sẽ tác động lên con đội

7 làm cho con đội chuyển động đi

lên và tác dụng vào đuôi xupáp l

làm cho xupáp chuyên động đi lên lúc

này lò xo 3 bị nén lại Khi xupáp

chuyên động đi lên sẽ mở thông cửa

nạp với bên trong xilanh (nếu ở xupáp

hút) ở bên trong xilanh với cửa xả

(nếu ở xupáp xả) Khi vấu cam 8

không tác động vào con đội nữa lúc

này lò xo 3 dãn ra và làm cho xupap

đóng lại, kết thúc quá trình hút hoặc

quá trình thải của động cơ

Hình 2-] Kết cấu cơ cấu phân phối khí xupáp đặt; 1-Xuppádp; 2-Ông dân hướng; 3-Lò xo; 4-Đĩa lò xo; 5-Ôc

điểu chỉnh; 6-Đai ốc điều chỉnh; 7-Con đội; 8-Cam; 9-Bảnh răng trục cam; 10-

bánh răng frục cơ

+ Ưu điểm: Chiều cao động cơ giảm, kết câu nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp

dễ dàng thuận tiện Sô chỉ tiết của cơ câu ít nên lực quán tính của cơ câu nhỏ, bê mặt cam và con đội ít bi mòn

+ Nhược điểm:

Buông cháy không gọn (V; tăng) làm cho tỉ số nén giám dẫn đến động cơ có tỉ số nén thấp

Diện tích làm mát lớn dẫn tới tôn thất nhiệt nhiều, dẫn đến rị, giảm

Tăng tốn thất khí động Do có nhiều hạn chế nên người ta chỉ sử dung phương án

4

này cho các loại động cơ xăng có tỉ số nén thấp (<7,5) và số vòng quay không cao

từ trục cơ làm cho trục cam quay Khi

bề mặt làm việc của vấu cam 11 tác

động vào con đội 10 làm cho con đội

chuyên động đi lên, dẫn đến đũa đây 9

cũng chuyên động đi lên, khi đũa đây 9

chuyên động đi lên thì sẽ tác động vào

đuôi đòn bẩy 6 làm cho đuôi đòn bẩy 6 chuyển động đi lên và xoay xung khí xupáp treo; I-Ông dẫn hướng, 2-

quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bây Lò xo xupáp, 3-Đĩa lò xo; 4-Móng

6 chuyên động đi xuống tác động vào hãm, 5-Xupáp, 6-Đòn bẩy, 7-Ví

đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyên chỉnh xupáp; 8-Đề xupáp; 9-Đãa đây;

động đi xuống lúc này lò xo 2 bị nén 10-Con đội; 11- Cam

lại Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh (nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả) Khi vấu cam 11 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2 dan ra va lam cho xupap 5 dong lai, kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ Quá trình này diễn ra liên tục trong suốt quá trình làm việc của động cơ

- Ưu điểm:

+ Buông cháy nhỏ gọn, điện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm được tốn thất nhiệt

+ Dễ tăng tỷ số nén, đường nạp đường thải thông thoáng, tăng hệ số nạp, giảm hệ số khí sót đảm bảo góc phối khí chính xác hơn Đối với động cơ xăng có thể tăng tỉ số nén mà không kích nỗ

- Nhược điểm:

+ Dẫn động xupáp phức tạp

+ Tăng chiều cao động cơ

+ Kết câu nắp xilanh phức tạp, khó chế tao

+ Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt

2.2.3 Cơ cẩu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục cam:

* Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm

việc thông qua cơ cấu truyền động đến

trục cam 6 làm cho trục cam 6 quay Khi

bề mặt làm việc của cam 6 tác động vào

con đội 5 làm cho nó chuyển động đi

xuống, tác động vào đuôi xupáp 1 làm

cho xupáp 1 chuyển động đi xuống dẫn

đến mở thông cửa nạp với bên trong xỉ

lanh nếu như ở xupáp nạp và bên trong xi

lanh với bên ngoài cửa xả nếu như ở

xupáp xả, lúc này lò xo 3 bị nén lại Khi

bê mặt làm việc của cam 6 không tác

Để xupáp động vào con đội 5 lúc này nhờ lực đây lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên

và đóng kín không cho thông giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa

2.2.4 Nhược điểm của cơ cấu phân phối khí cô điển:

Do tính chất của hòa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupáp ở tốc độ thấp và tốc độ cao rất khác nhau Đối với động

cơ cô điển thì công suất và mô-men xoắn cực đại ở tốc độ nào của xe thì phụ thuộc

vào điều kiện sử dụng của xe đó Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupap

ở tốc độ thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng thái tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn Ngược lại, nếu đặt điều

kiện tối ưu ở số tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp Từ những hạn chế đó, thì cơ cau phối khí hiện đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tác

động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng

vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để

lấy đầy hòa khí vào buồng đốt

2.3 Cơ cấu phân phối khí hiện đại:

2.3.1 Cơ cẩu phân phối khí VTEC của Honda:

Hệ thống VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu

hóa hiệu quả của động cơ Được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis

Nagahrro sáng tạo

2.3.1.1.Cấu tạo hệ thống:

Hình 2-4 Cấu tạo của hệ thong VTEC

1- Truc cam ; 2- Tam dinh vi ; 3 - Co mé thir cap ; 4 - Co mé thik hai ;

5 - Piston đồng bộ ; 6 - Piston tác động ; 7— Xupáp hút

Động cơ bố trí 4 xupáp cho mỗi xylanh, bao gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp xả

có biên độ mở nhỏ Các piston lắp đặt bên trong cò mô sẽ đây piston đồng bộ di

chuyên cùng hướng dé ép pIston chặn và lò xo hoàn lực lại tạo sự liên kết hai cò mô

lại với nhau Khi mất áp lực dầu, dưới sự hoàn lực của lò xo théng qua piston chan

sẽ được piston đồng bộ trở về làm tách 2 cò mồ mở riêng rẽ Ở tốc độ thấp, hai cò

mồ được tách rời, vì thế xupáp hút thứ nhất điều khiển sự phân phối chính trong khi

đó xupáp hút thứ hai chỉ hé mở để ngăn chặn nhiên liệu tích luỹ ở cửa nạp Ở tốc độ cao, hai cò mô được liên kết thành một khối nhờ vào piston đồng bộ Vì vậy tốc độ này cả hai xupáp đều chịu sư tác động của vấu cam có biên độ mở lớn nhất

2.3.1.2 Quả trình hoạt động:

Kỹ thuật thay đổi thời gian phân phối khí và mức độ nâng xupáp được sử dụng cho động cơ nhằm mục đích tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất nhưng công suất phát ra vẫn cao Với hệ thống này, đặc điểm nổi bật là với một tỷ lệ hoà khí tiết kiệm

nhưng vẫn tạo ra một momen lớn ở tốc độ thấp, đồng thời ở tốc độ cao công suất phát ra lớn tương đương như động cơ bốn xupáp tiêu chuẩn đạt được

Co mo thir nhat và cò mô thứ hai được tách rời, do vau cam A va B điêu khiên

riêng biệt hai xupáp, khả năng nâng của cò mô thứ hai rât nhỏ đê hé mở xupáp (một xupáp điều khiến sự phân phối khí chính).

Hình 2-5 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp

1¬Piston tác động, 2- Piston đồng bộ, 3- Piston chặn, 4- Cò mồ thứ nhất,

5- Cò mồ thứ bai, 6- Cam thử nhất, 7- Cam thứ bai

* Ở tốc độ cao:

Piston tac déng duoc bố trí bên trong cò mô thứ nhất, nó được tác động bởi áp

lực dầu để di chuyển theo hướng mũi tên như hình (4) Cả hai cò mồ thứ 1 và thứ 2 được liên kết lại bằng piston đồng bộ Ở tốc độ này, biên độ mở của xupáp thứ hai

giống như biên độ mở của xupáp thứ nhất nhằm đáp ứng cho sự hoạt động ở tốc độ

cao giống như động cơ 4 xupáp thông thường (2 xupáp điều khiển phân phối khi)

Hình 2-6 Cấu tạo cua co cdu phân phối khí ở tốc độ cao

1- Áp lực dấu đên, 2- Cam thứ nhái

2.3.1.3 Hệ thông điêu khiến:

Hệ thống điều khiến cho cơ câu này được trình bày bên dưới Các cảm biến liên

tục nhận sự thay đôi bên trong động cơ như : tải, nhiệt độ nước, sé vòng quay động

cơ và tốc độ xe Những tín hiệu này sẽ được chuyển đến ECU để ECU điều khiển chính xác áp lực dầu đến các piston thuỷ lực

* Các điều kiện chuyển đổi:

Số vòng quay động cơ : 2500 víp

Hình 2-7 Sơ đô Hệ thống điều khiển cơ cầu phân phối khi bằng điện tử

2.3.1.4 Uu điểm của hệ thông:

Tính ưu việt ở loại động cơ này là công suất động cơ cao đồng thời với việc tiết kiệm nhiên liệu Cơ câu phân phối khí của động cơ này gần giống như kiểu phân phối khí của động cơ bốn xupáp thông thường, nhưng nó được cải tiến sư phân phối

tốt hơn Ở tốc độ thấp, lượng hoà khí nạp vào trong xilanh được tiết kiệm do chỉ mở

một trong hai xupáp nhưng ở tốc độ trung bình và cao, công suất phát ra lớn do mở đồng thời cả hai xupáp hút

2.3.2 Cơ cẩu phân phối khí MIVEC của Mitsubishi:

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) 1a tén viết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãng Mitsubishi

2.3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Hệ thống này có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vẫu cam khác nhau Ở dải tốc độ thấp, vẫu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ôn định, lượng khí thải

giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc

độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupấp tăng lên Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buông cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc

độ động cơ được mở rộng MIVEC được Mitsubishi giới thiệu lần đầu tiên vào năm

1992 trên động cơ 4G92, dung tích 1597 cc, 4 xilanh thắng hàng, mỗi xilanh gồm hai xupáp nạp và hai xupáp xả Thế hệ công nghệ này ra đời với tên gọi “Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control” Chiéc xe dau tién sir dung

10

công nghệ này là chiéc hatchback Mitsubishi Mirage va chiéc sedan Mitsubishi Lancer

* Nguyên lý hoạt động:

Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở dãi tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lại nâng cao công suất ở vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trên nhờ chủ động điều khiển cá thời điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp Hệ

thống MIVEC điều khiển hoán đôi các vẫu cam có cùng chức năng Một số các loại

xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục đích sinh ra nhiều công suất hơn Việc chuyển đôi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các

ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, sỐ

vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga, ECU sẽ đưa ra tín

hiệu điều khiển để kích hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC

{Oil control vatve OFF)

„ đc

ge `

Công tắc!

Ở dải túc độ cao

(Oil control valve ON)

Hình 2-8 Hoạt động của hé thong Mivec

Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của

động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc

độ thấp và vau cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gol tắt là cam tốc độ cao Các vẫu cam tốc độ thấp và các trục cò mồ, dẫn động các xupáp nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa Mỗi xupáp nạp được dẫn động bởi một cam tôc độ thâp và trục cò mô Đê chuyên sang cam tôc độ cao, một tay

đòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mô của cam tốc độ thấp Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp Lúc này các xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn động các xupáp Ở đái tốc độ cao, áp suất thủy lực đây piston thủy lực lên, bởi vậy tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mô đề chuyên sang vận hành với các cam tốc

độ cao

Nói chung, chế độ MIVEC được kích hoạt để chuyên sang vau cam tốc độ cao khi tốc độ động cơ tăng và chuyên sang vấu cam tốc độ thấp khi tốc độ động cơ giảm Ở dải tốc độ thấp, thời gian đóng mở các xu páp nạp và xả trùng nhau tăng để tăng sự ôn định ở chế độ không tải Khi tăng tốc, thời điểm xupáp nạp đóng được làm chậm lại để giảm áp lực ngược đồng thời cải thiện hiệu suất khí nạp, giúp tăng công suât động cơ cũng như giảm hệ sô ma sát

Lo xo

Cù mô ứng với TU Ti Củ mũ ứng với cam tũc đãcan \ cam tắc độ thấp

Hình 2-9 Cáu tạo của hệ thông Mivec

2.3.2.2 Ưu điểm của hệ thống:

Hệ thống MIVEC điều khiển bốn chế độ vận hành tối ưu của động cơ như sau:

12

* Trong hầu hết các điều kiện làm việc, để đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao nhất, thời gian đóng xupáp trùng nhau tăng lên để giảm tôn thất bơm Thời điểm xupáp

xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén, tăng tính kinh tế của nhiên liệu

* Khi cần công suất cực đại (tốc độ và tải trọng cao), thời điểm đóng xupáp nạp được làm chậm lại đê đồng nhất hóa không khí nạp với thể tích nạp là lớn nhất

* Ở dải tốc độ thấp và tải nặng, MIVEC đảm bảo tối ưu mômen xoắn do thời điểm

xupáp nạp đóng được làm trễ hơn để đảm bảo đủ lượng khí nạp Cùng lúc đó, thời

điểm xupáp xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén và cải thiện hiệu suất động

co

* Ở chế độ không tải, thời điểm xupap xa và nạp trùng nhau được loại bỏ để ôn định quả trình chảy

2.3.3 Cơ cấu phân phối khí VCT của hãng Ford:

Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực cải tiến hệ thông 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 VCT Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng năm gân đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại

xe nhu: Focus, Mondeo, Escape, Transit

Hình 2-10 Hé thong co cau phân phối khí VCT VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của

động cơ VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing

Đối với các động cơ cô điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc

tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục

khuyu dén cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có

13

hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đôi theo điều kiện làm việc của động

cơ Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đôi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ

thống này có thê xoay trục cam một góc 40” tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối 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

2.3.4 Ưu điểm của cơ cấu phân phối khí biện đại so với cổ điển:

Việc sử dụng các bộ phận thay đôi thời điểm và quy 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 thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, it gây ô nhiễm và đạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cầu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịu trong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độ

cao

2.3.5 Ưu điểm của VCT so với VTEC và MIVEC:

Đối với động cơ sử dụng VTEC và MIVEC thì mặc dù cho công suất tối đa lớn

nhưng không cải thiện được mô men xoắn cực đại và có cơ chế hoạt động phức tạp,

chỉ hoạt động được 2 hoặc 3 pha và không liên tục Trong khi đó VCT công nghệ của Ford giúp tối ưu hoạt động của xupáp nạp và xả trên toàn bộ đãi tốc độ của động cơ, biến thiên góc quay trục cam cho phép xupáp đóng mở tại các thời điểm khác nhau trong mỗi chu trình cháy (4 kỳ) để phân bố công suất của động cơ phù hợp theo tốc độ và tải (chân ga) một cách nhanh chóng

3 Thiết kế cơ cấu phân phối khí trên động cơ Z6:

Động cơ Z6 do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe Focus 1,6L Z6 là động cơ

xăng với 4 xilanh được đặt thắng hàng, 16 xupáp Các xupap duoc dẫn động trực tiếp từ cam Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOHC) Z6 tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm được nhiên liệu Dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ Với những cải tiến này mang lại cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế độ

14

11 12 13 14 15 l6 17

22

Hinh 3-1 Mat cat động cơ Z6

1 - Các te; 2 — Lọc dầu bôi trơn; 3 - Ong dẫn dầu bôi trơn; 4— Trục khuyu; 5 —

Bánh xích đầu trục khuỷu; 6 — Buly trục khuỷu; 7 — Xich dan d6ng; 8 — Banh xich

dẫn động trục 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 - Xilanh;

17 — Dé xupap; 18 — Xéc mang; 19 — Chốt piston; 20 — Thanh truyền; 21 — Phớt chăn dầu; 22 — Đuôi trục khuỷu; 23 — Đai ốc; 24 — Bạc lót; 25 — Chốt khuỷu; 26 —

Cô trục khuỷu

3.1 Các chỉ tiết của hệ thông cơ cấu phân phối khí động cơ Z6:

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

Cơ câu phân phối khí của động cơ dùng xupáp treo vì cơ cầu phân phối khí này

có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Ưu điểm của kiểu bố trí này là làm cho buồng cháy động cơ nhỏ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì

16

vậy giảm được tốn thất nhiệt Khả năng chống kích nỗ được cải thiện nhiều nên có thể tăng tỷ số nén lên 0,5 + 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Cơ cầu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ Mỗi xilanh của động cơ được bồ trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông, hệ số nạp tăng lên 5 + 7%

và giám được đường kính nắm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền Các xupáp được bồ trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một

dãy xupáp xả) Các đường ống nạp và ống thải bố trí về một phía dé ống thải có thê say nóng ông nạp khiến nhiên liệu dé bay hơi

* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cầu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đây mở xupáp và quá trình lò xo giãn

đóng kín xupáp

Quá trình vẫu cam đây mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuýu 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 con đội (13) Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (4) ép lò xo xupáp (15) nén lại đồng thời xupáp chuyên động đi xuống làm

mở các cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá trình thải) thực hiện 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 đi chuyển theo cho đến khi đỉnh của vẫu cam vượt qua đường tâm con đội Lúc này

con đội (13) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (15) từ từ giãn ra nhờ vào để chặn lò xo (14) cùng với các móng hãm (16) đây xupáp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quá trình đóng kín xupáp Chu trình đóng mở được lặp di lap lại như vậy tuân theo chu kì làm việc của pha phân phối khi

10 — Đĩa xích dẫn động trục cam; I1 — Đường dẫn dầu bôi trơn; 12 - Trục cam; 13

- Con đội; 14 - Đĩa chặn lò xo; 15 - Lò xo xupáp; 16 — Mong ham; 17 — Vòng chắn đầu; 18 - Nắp cô trục cam; 19 - Vấu cam nạp; 20 —- Đường ống hút; 21 - Đường

ống xa; 22 — Dé chan 16 xo; 23 — Vau cam thai

3.1.2 Phương án dẫn động trục cam:

Trục cam được bố trí phía trên nắp xilanh, khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu là rất lớn, nếu dùng phương pháp dẫn động bằng bánh răng sẽ rất phức tạp,

cơ cầu dẫn động trở nên cồng kènh, khi làm việc sẽ có tiếng ồn, vì thế trong trường

hợp này trục cam được sẽ được dẫn động bằng xích

Xích được làm bằng thép hợp kim có sức bên rất cao và khi hoạt động không gây nên tiếng ồn Loại dẫn động này có nhiều ưu điểm như: Kết câu gọn 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 đễ bị rung

18

động Sau một thời gian sử dụng xích thường bị rơ gây nên tiếng ôn và làm sai lệch pha phân phối khí Để giữ cho xích luôn được căng phải dùng thêm cơ cấu căng

xích Để chống rung 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 khí chịu dao động xoắn làm sai lệch pha phân phối và chịu tải trọng phụ do dao động đó gây nên Ngoài ra khi trục cam bị ảnh hưởng của dao động xoắn thì góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm cũng bị ảnh hưởng Tuy vậy khi lắp bánh răng ở đuôi trục khuỷu sẽ làm cho kết cầu dẫn động trở nên phức tạp

Nhờ đó piston sẽ được giữ lại tại vị trí có độ chùng cho phép khi áp lực dầu không còn tác dụng Muốn cho piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hãm cho piston

trượt trên các rãnh của chốt hãm nhờ vào lực lò xo

3.1.3 Kết cấu xupáp:

Xupáp là chỉ tiết trực tiếp cho đòng khí nạp vào buồng đốt và thải khí cháy ra ngoài với một thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của pittông Trong quá trình làm việc xupáp chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn

Về phụ tải động: Lực khí thể tác dụng lên mặt nắm xupáp từ 10000 + 20000 N

và chịu tắc động của lực quán tính nên khi làm việc luôn bị va đập mạnh với đề

xupáp nên rất đễ gây biến dạng

và phụ tải nhiệt: Xupấp xả làm việc trực tiếp với dòng khí thải có nhiệt độ khoảng 1100 + 1200 ”C và với tốc độ dòng khí vào cỡ 400 + 600 (m/s), xupap xa thường quá nóng và bị xâm thực Xupấp nạp nhờ dòng khí nạp làm mát nên chịu nhiệt nhỏ hơn xupắp xả

Do xupáp làm việc trực tiếp với khí cháy nên vật liệu chế tạo xupáp là các thép hợp kim chịu nhiệt tốt Với lớp hợp kim này làm cho xupáp ít mòn và chống được

gi cua mat nam xupáp xả Chiều dài của xupáp nạp L = 97,4 (mm), chiều dài của xu

* Phần nắm:

Kết câu của nắm xupáp chẳng những có ảnh hưởng quyết định đến giá thành chế tạo xupáp mà còn ảnh hưởng đến độ bên, trọng lượng và tình trạng của dòng khí lưu động qua họng đề xupáp nữa Nắm xupáp của động cơ Z6 được ta chọn là loại nằm bằng Ưu điểm của loại này là đơn gián dễ chế tạo, có thể dùng cho cả xupáp xả và Xupáp nạp

Mặt làm việc quan trọng của phần nắm là mặt côn có góc độ ø = 15 + 45° ta chọn góc độ ø = 45° Điều này vừa đảm bảo được độ bền của nắm, vừa đảm bảo tiết diện lưu thông khi mở xupáp và vừa đảm bảo dòng khí lưu động dễ dàng Góc

a này càng nhỏ thì tiết diện lưu thông càng lớn Tuy nhiên nếu z càng nhỏ thì mặt

nam càng mỏng, độ cứng vững của mặt nam cang kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp

xúc không kín khít với để xupáp

Đôi khi góc của mặt côn trên nắm xupáp còn làm nhỏ hơn góc của mặt côn trên

đề xupáp từ (0,5 + 1”) để xupáp có thê tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài

của mặt côn Làm như vậy có thê đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nắm có bị biến dạng nhỏ

Đường kính của nắm xupap nap d,, = 27,8 (mm)

Đường kính của nắm xupáp xả dạ: = 24,7(mm)

Chiều rộng của mặt côn trên nắm xupáp nạp và thải b= (0,05 + 0,12) dạ= 1,4 (mm) Chiều dày của nắm xupdp nap bang (0,08 + 0,12) di, = 0,108.27,8 =3 (mm)

Chiều dày của nắm xupáp xảbằng (0,08 + 0,12) dy =0,12.24,7 = 3 (mm)

* Phần thân xupáp:

Thân xupáp có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt và chịu được lực nghiêng khi xupáp đóng mở Để giảm nhiệt độ cho xupáp người ta có xu hướng tăng đường kính của thân xupáp và kéo dài ống dẫn hướng đến gan nam xupáp Nhưng đo phải đảm bảo tiết điện lưu thông và gọn nhẹ nên thân xupáp cũng không thể làm quá lớn

Thân xupáp nạp và thải có dạng hình trụ dài Chỗ chuyển tiếp giữa thân và nâm

trong phạm vi khá lớn l, = (2,5 + 3,5) dụ Chiều dài của thân xupắp cần lựa chọn đủ

để lắp ống dẫn hướng và lò xo xupáp

Chiều đài thân của xupáp nạp: l„ = 2,5.27,8 = 69,5(mm)

Chiều dài thân của xupáp xả: 1, = 2,75.24,7 = 67,925 (mm)

* Đuôi xupấp:

Phần đuôi xupáp trực tiếp va đập với con đội do đó mặt trên của phần đuôi phải

được tôi cứng Ở phần đuôi xupáp có đoạn khoét rãnh để lắp móng hãm

Hình 3-5 Kết cầu phần đuôi xupáp

Đề chặn lò xo phía trên được lắp với xupáp bằng 2 móng hãm hình côn lắp vào

đoạn có đường kính nhỏ trên đuôi Mặt phía ngoài của móng hãm ăn khớp với mặt

côn của lỗ đĩa lò xo

Móng hãm được chế tạo dạng hình côn

Kiểu lắp dùng móng hãm có ưu điểm lớn là không gây nên ứng suất tập trung

trên đuôi xupáp Tuy vậy việc gia công móng hãm rất khó khăn

3.1.4 Để xupáp:

Cơ cầu phân phối khí của động cơ đang thiết kế dùng xupáp treo, đường thải và

đường nạp bố trí trong nắp xilanh Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xi lanh khi chịu lực va đập của xupáp, người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và

đường nạp Vì thân máy và nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nên dé

xupáp được ép cho cả đường nạp và đường thải

Mặt ngoài của đề là hình trụ trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn cha nam xupáp Đề được chế tạo bằng thép hợp kim chịu mài mòn

Đường kính họng đề xupáp nạp dụ = 29,12 (mm)

Đường kính họng đề xupáp xả dụ; = 24,74 (mm)

Chiều cao của đề xupáp nạp hạ = (0,18 + 0,25) dạ= 0,25.29,12 = 7,28 (mm)

Chiều cao của đế xupáp xả h, = (0,18 + 0,25) d, = 0,25.24,74 = 6,185 (mm)

22

a) Kết cầu đề xupáp nạp; b) Kết cầu xupáp xả

3.1.5 Ong dan hướng xupáp:

Ống dẫn hướng xupáp làm nhiệm vụ dẫn hướng thân xupáp Để dam bao độ chính xác thắng hàng giữa mặt xupáp và bệ đỡ, lỗ dẫn hướng phái trùng tâm với đề xupáp Đề dẫn hướng được xupáp và để dễ gia công sửa chữa, thay thế cũng như có thê dùng vật liệu tốt nhằm tăng tuôi thọ, ống dẫn hướng được chế tạo rời rồi lắp vào nắp xilanh Ống dẫn hướng được chế tạo băng loại gang hợp kim CH21-40 có tô chức péclit Bôi trơn ống dẫn hướng và thân xupáp băng cách tiện rãnh hứng dau để bôi trơn bằng dầu vung té Ông dẫn hướng có kết cấu hình trụ được dùng do tính công nghệ đơn giản Xupáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng Khe

hở giữa ống dẫn hướng và thân xupáp phụ thuộc vào đường kính thân xupáp Khe

hở giữa thân xupáp nạp và ống dẫn hướng (0,005 + 0,01) dạ = 0,01.5,48 = 0,0548

(mm) Khe hở giữa thân xupáp thải và ống dẫn hướng (0,008 +0,012) d„= 0,011

5,48 = 0,06028(mm)

Chiều dày ống dẫn hướng thường vào khoảng (2,5 + 4) (mm) ta chọn 3 (mm)

Chiều dài ống dẫn hướng phụ thuộc vào đường kính và chiều dài thân xupáp và có trị số vào khoảng (1,75 + 2,5) duvới d; là đường kính nắm xupáp

Chiều dài ống dẫn hướng đối với xupáp nạp: lạ = 2.27,8 = 55,6 (mm)

Chiều dài ống dẫn hướng đối với xupáp xả: l,= 2,15.24,7 = 53,1(mm)

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

3.1.6 Lo xo xupap:

Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyển

động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng

xupáp không có hiện tượng va đập trên mặt cam Lò xo chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ và chịu dao động.Vật liệu chế tạo lò xo xupáp thường dùng dây thép có

đường kính 3 + 5(mm), ta chọn 3 (mm) loại thép C65

Kết cầu lò xo dạng xoắn ốc hình trụ Hai vòng ở hai đầu lò xo quấn sít nhau và mài phẳng để lắp ghép 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 thước A = 1,95 (mm)

3.1.7 Kết cấu con đội:

Con đội là chỉ tiết máy truyền lực trung gian Kết cầu của con đội gồm hai phan: phan dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc

Động cơ Z6 ta chọn loại con đội hình trụ vì loại con đội hình nam duoc ding chủ yếu trong cơ cầu phân phối xupáp đặt Khi dùng con đội hình trụ này thì dạng

24

cam phân phối khí phải là cam lồi Đường kính mặt tiếp xúc với cam phải có đường kính lớn để tránh hiện tượng kẹt

Loại con đội này có kết câu đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo Đường kính thân

con đội có kích thước bằng đường kính mặt tiếp xúc

Mặt tiếp xúc giữa con đội thường không phải là mặt phẳng mà là mặt cong có

đường kính khá lớn Làm như vậy để tránh hiện tượng mòn vẹt con đội khi mà

đường tâm con đội không thắng góc với đường tâm trục cam

Ngoài ra để thân con đội và mặt nắm mòn đều ta thường lắp con đội lệch với cam một khoảng e = l + 3 (mm) Như thế trong quá trình làm việc con đội vừa tịnh tiến vừa có thể xoay quanh trục của nó

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

nhau

Đường kính thân con đội d = 29,96 (mm)

Chiều dài thân con đội l = 27,5 (mm)

Hình 3- 9 Kết cầu con đội

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

3.1.8 Kết cấu trục cam:

Trục cam dẫn động trực tiếp xupáp Động cơ thiết kế gồm 2 trục cam: Trên mỗi trục cam có các cam nạp và xả 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 trục cam có

gắn các bánh răng dẫn động trục cam Để giảm bớt độ trượt giữa bánh răng dẫn

động cam với cam ta lắp thêm vòng đệm ma sát

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

Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép có thành phần cácbon thấp Các mặt

Cam chế tạo cần phải có độ đồng tâm cao Sai lệch độ đồng tâm cho phép lớn nhất

la 0,03 (mm)

Duong kinh cé truc cam d, = 25 (mm)

* Cam nap va cam xa: Trên 2 trục cam, cam nạp và cam xả được bố trí liền trục

nhau Kích thước của các cam lớn hơn kích thước trục Hình dạng của cam phụ

thuộc vào pha phân phối khí và quy luật đóng mở xupáp

Số cam nạp: 8 cam

Số cam thai: 8 cam

Chiều cao cam nạp hạ = 41,373 (mm)

Chiều cao cam xả h,= 41,495 (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 @¡ giữa hai đỉnh cam cùng tên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng nửa góc công tác ồ, của hai xilanh Ay @, = 8/2

26

Hinh 3-10 Két cau truc cam

a) - Truc cam nap; b) - Truc cam xa

3.2 Hệ thông thay đổi góc phân phối khí:

3.2.1 Pha phân phối khí trong động cơ:

Để thải sạch sản vật cháy ra khỏi xilanh, xupáp xả không dong tai vi tri DCT ma đóng chậm hơn một chút (khi trục khuỷu đã quay quá ĐCT vào khoảng 5 + 30” 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 qua xupáp nạp đã được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupáp nạp cũng

được mở sớm hơn một chút (trước khi piston đến ĐCT khoảng 10 + 40) góc quay

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 chất mới 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 trục khuỷu) được gọi là pha phân phối khí

Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến quá trình nạp và thải của động cơ bốn kỳ được thể hiện qua hệ sỐ nạp thêm 4, và hệ sỐ quét buông cháy 4„ Các hệ số này làm cho giá trị của hệ số khí nạp 7;, và hệ số khí sót , 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 4, và 4, theo

thời điệm mở và đóng các xupấp nạp và xupáp xả, 2, và 2; được chọn dựa vào sô

27

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 động cơ

ĐCT

ĐCD

Hình 3-11 Pha phân phối khí

1 VỊ trí mở xupáp nạp; 2 VỊ trí đóng xupấp nap.3 V1 tri mo xupap xa; 4 Vi tri

dong xupap xa

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

Xupáp xả bắt đầu mở sớm trước khi piston t6i DCD nham tạo điều kiện thuận

lợi cho quá trình thải, bằng cách cho sản vật cháy tự thoát ra nhờ chênh áp giữa xilanh và đường thải Với mục đích làm giảm tải trọng động cho xupáp, cần phải cho xupap mo và đóng đường thông một cách từ từ Chính vì vậy việc mở sớm xupáp thải nhằm tạo ra giá trị “thời gian — tiết điện” đủ để áp suất trong xilanh được

giảm đến mức yêu cầu khi piston bắt đầu đi ngược từ ĐCD lên ĐCT Khi đã mở sớm xupáp xả vào thời điểm hợp lý (điểm 3) sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc

đây khí thải Nhưng nếu mở xupáp xả quá sớm (điểm 2) sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị công, qua đó làm giảm công suất động cơ Tốc độ của động cơ càng cao thì thời điểm mở xupáp xả phải càng sớm

Xupáp xả bao giờ cũng đóng muộn (sau khi piston đã đi qua ĐCT) nhằm đảm bảo đủ trị số “thời gian — tiết diện” cho sản vật cháy đi ra ở cuối hành trình thải, mặt

khác nhằm lợi dụng chênh áp Ap, =p, - p„ > 0 để sản phẩm cháy được thải tiếp,

giảm lượng khí sót còn lại trong xilanh Ngoài ra, việc đóng muộn xupắp xả còn nhằm sử dụng quán tính của dòng khí trên đường thải, sinh ra giảm áp có tính chu

kỳ, thấp hơn giá trị trung bình của p„,, tạo điều kiện thuận lợi để thải sạch hơn

Thời gian bắt đầu mở xupáp nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xilanh (đo giãn nở của khí sót) hạ xuống thấp hơn áp suất môi chất trên đường nạp, thì tiết diện lưu thông của xupáp nạp đã đủ lớn để môi chất mới đi vào Do đó thường phải mở sớm xupáp nạp (trước khi ptston tới ĐCT)

Xupáp nạp cũng thường đóng muộn, sau khi piston đã vượt qua DCD nham nap thêm môi chất mới vì ở ĐCD tiết diện lưu thông qua xupáp còn mở lớn, áp suất pạ trong xilanh còn thấp hơn áp suất p„ Quán tính của môi chất mới từ đường nạp vào xilanh vẫn còn Do đó có thể kéo dài quá trình nạp thêm một giai đoạn sau ĐCD cho đến khi áp suất trong xilanh trở nên lớn hơn px

3.2.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khi:

Động cơ hoạt động ở các tốc độ khác nhau, ở mỗi tốc độ tương ứng với một pha phân phối khí cũng khác nhau đề cho hệ số nạp 7, là lớn nhất Khi hệ số nạp ?, đạt được tối ưu đồng nghĩa với công suất động cơ phát ra là tối ưu ở đãi tốc độ đó Theo nguyên lý động cơ thì người ta muốn các giá trị thực tế của hệ số nạp và hệ

số khí sót tính theo pha phân phối được gần với giá trị theo lý thuyết

Mặt khác khi các xupáp đóng mở các cửa nạp và thải đúng lúc theo từng tốc độ khác nhau cũng cải thiện được các sản vật cháy sinh ra ít gây ô nhiễm môi trường Như vậy, để cho động cơ làm việc tốt nhất, hiệu quả nhất ở mỗi chế độ làm việc thì phải cần có một pha phân phối tương ứng hay nói cách khác thì các góc đóng

mở của các xupáp phải thay đôi theo phù hợp với tốc độ động cơ Đối với các động

cơ thông thường việc làm này rất khó khăn

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nhất là công nghệ điều khiển tự động Hơn hết là điều khiển tự động bằng thủy lực Điều khiển bằng thủy lực làm việc có hiệu quả cao, độ nhạy lớn, phù hợp với việc điều khiển

các cơ cầu mang tính chính xắc cao Nhiều nhà sản xuất, chế tạo động cơ trên thế

giới đã áp dụng công nghệ này vào việc điêu khiên các cơ câu, các chi tiết, trong

động cơ Đi đầu là nhà sản xuất động cơ Ford áp dụng hệ thống xoay trục cam nạp vào việc điều khiển cơ cấu phân phối khí trong động cơ Với hệ thống này sẽ tự động điều khiến xoay trục cam nạp đi một góc nào đó để thay đôi góc phân phối khí phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

Hệ thống xoay trục cam nạp sử dụng áp suất đầu bôi trơn của động cơ cùng với

sự điều khiến của van điện từ làm xoay trục cam dẫn động xupáp

Khi sử dụng hệ thống này trong cơ cầu phân phân phối khí có thể làm cho các giá trị của hệ số khí nạp và hệ số khí sót thực tế gần với giá trị theo tính toán lý thuyết ở các tốc độ khác nhau của động cơ Đồng thời cũng làm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, làm giảm nồng độ khí xả độc hại, mang lại tính kinh tẾ cao đáp ứng được các yêu cầu của người tiêu dùng và tiêu chuẩn về mức độ ô nhiễm môi trường của thế giới đặt ra

Tuy nhiên để việc điều khiển chính xác cho hệ thống trong cơ cấu phân phối khí cần phải lắp các cảm biến để nhận biết được trạng thái làm việc của động cơ như

cảm biến vị trí trục khuyu, cảm biến vị trí bướm ga, cam biến vị trí trục cam, cảm

biến nhiệt độ nước làm mát, Các giá trị nhận được từ các cảm biến sẽ truyền đến

bộ xử lý tính toán ECU của động cơ

3.3 Đặc điểm,kết cầu của hệ thông thay đổi góc phân phối khí:

3.3.1 Chức năng của hệ thống:

Hệ thống làm thay đôi góc phân phối khí sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ Hệ thống sử đụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp và thay đôi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối

ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 40” tính theo góc quay trục khuỷu

để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu nhận được từ các cảm biến và được điều khiển băng 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

* Cấu tạo:

Cấu tạo hệ thống gồm: Bộ điều khiển phối khí, van điều khiển phối khí, ECU

động cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến vị trí

bướm ga, cảm biên vị trí trục cam, cảm biên nhiệt độ nước làm mát Trong đó hai

30

bộ phận quan trọng nhất của hệ thống là van điều khiển phối khí (OCV) và bộ điều

khiển,

(Phñ mở sơm) (Phía mở muộn) =>

3.3.2 Bộ điều khiển của hệ thong:

Bộ điều khiển làm nhiệm vụ quay trục cam nạp theo sự điều khiển của ECU

động cơ

Bộ điều khiển bao gom một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh quay

được gắn cô định trên trục cam nạp bằng bulông và chốt định vị Trong cánh quay

có các đường dẫn dầu thông với trục cam để dẫn dầu vào các khoang bên trong bộ điều khiến Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hay phía làm muộn trục cam nạp

sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển hệ thống theo hướng tương ứng để thay đôi

thời điểm phối khí của xupáp

Lo Canh quay

Chot ham (cd dinh yao truc cam nap)

Ngoài ra trên cánh quay còn có lắp chốt hãm, cố định cánh quay với đĩa xích khi động cơ chưa làm việc Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không đến bộ điều

khiển hệ thống ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cầu

hoạt động của bộ điều khiến hệ thống xoay cam nạp đề tránh tiếng gõ

3.3.3 Van điêu khiển phối khí:

Van điều khiển phối khí làm nhiệm vụ điều khiển đường dầu đến bộ điều khiển

theo tín hiệu điều khiển của ECU

Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua giắc nối điều khiển van điện từ đóng mở các đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển quay trục cam nạp tương ứng với các vị trí đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tôi ưu đưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ của động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt

độ nước làm mát để điều khiển van phối khí trục cam Hơn nữa, ECU dùng các tín

hiệu từ các cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuyu để tính toán thời

điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn

Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua giắc nối điều khiển van điện từ đóng mở các đường đến bộ điều khiến về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào chê độ làm việc của động cơ

32

11 10

CÚ

Hình 3-15 Cấu tạo của van điều khiển phối khí (OCV)

1 - Vỏ van ; 2 - Lò xo ; 3 - Đường dầu về; 4- Đường dầu đi;5 — Đường dầu về; 6 -

Phớt chắn dầu; 7 - Cuộn dây dién tir; 8 — Piston; 9 — Dắt cắm; 10 — Đến bộ điều

khiển (phía mở muộn); 11 - Đến bộ điều khiển (phía mở sớm)

3.3.4 Cảm biến vị trí bướm ga:

Có 2 loại cảm biến vị trí bướm ga như sau:

* Loại tiếp điểm (bật- tắc)

* Loại tuyến tính

+ Cảm biến biến trở (loại tiếp xúc)

+ Cảm biến Hall (loại không tiếp xúc)

Ta chọn loại cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính (cảm biến Hall) vì nó có ưu điểm như sau: nó nhận biết góc mở bướm ga một cách liên tục (và phát ra đữ liệu này từ tín hiệu VTA), do đó loại này nhận biết góc mở bướm ga chính xác hơn

* Kết cầu và nguyên lý hoạt động:

Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bang các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp trên trục của bướm ga và quay cùng trục bướm ga

Khi bướm ga mở các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của ching Vao lic dé IC Hall phat hiện thay đôi từ thông gây ra bởi sự

thay đôi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VTFA và

VTA2 theo mức thay đôi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga

33

Hình 3-16 Cảm biến vị trí bướm ga 1: Các IC Hall; 2: Các nam châm; 3: Bướm ga

* Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA và VTA2 VTA được dùng

để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được dùng để phát hiện hư hỏng trong VTA Điện áp cấp vào VTA và VTA2 thay đôi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga và VTA

* Nguyên lý làm việc: Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có 3 răng Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vẫu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi Sự thay đôi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G này được truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp

nó với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên kì nén của mỗi xy lanh

để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuýu ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

KOU , G2

› NHE-

Hình 3-19 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam

1 - Rôto tín hiệu ; 2 - Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam

3.3.6 Cảm biến vị trí trục khuyu:

Hinh 3-20 Cam bién vi tri truc khuyu

1 - Cuộn dây; 2 - Thân cảm biến ; 3 - Lớp cách điện; 4 - Giắc cắm

Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyên động quay của một răng ta sẽ xác định được 10” của góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ) Chuyên động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay

đôi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm

cơ bản dựa vào tín hiệu này Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không

35

khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện

một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh

càng lớn Tín hiệu sinh ra thay déi theo vi tri của răng, và nó được ECU đọc xung

điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ

Loại tín hiệu NE này có thê nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục

khuyu tai vi tri rang thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải

Hình 3-21 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

1 - Rôto tín hiệu; 2 - Cuộn đây cảm biến vị trí trục cam

3.3.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:

Hình 3-22 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1: Điện trở; 2: Thân cảm biến; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm dây

* Nguyên lý làm việc: Cảm biến này nhận biết nhiệt độ của nước làm mát bằng một nhiệt điện trở bên trong Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ thấp, vì vậy cần có

một hỗn hợp đậm hơn Vì lý do này, khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THW cao được đưa đến ECU Dựa vào tín

hiệu này, ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong

quá trình hoạt động của động cơ lạnh Ngược lại khi nhiệt độ nước làm mắt cao, một tín hiệu điện áp THW thấp được gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu

Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong của cảm biến nhiệt độ nước làm

mát được mắc nối tiếp nên điện ấp của tín hiệu THW thay đôi khi giá trị điện trở

36