Bài giảng cơ cấu phân phối khí

đây là bài giảng về cơ cấu phân phối khí của đông cơ đốt trong 4 kỳ, đã được trình bày đầy đủ và sát nội dung giảng dạy trong các trường dạy nghề, trung cấp, cao đẳng và đại học về động cơ đốt trong. bài giảng gồm có 7 phần: phần 1: giới thiệu chung phần II: Cơ cấu phân phối khí dùng xupap phần III: Xupap phần IV: Cơ cấu xoay xupap phần V: Trục cam phần VI: Một số chi tiết khác phần VII: Tăng áp động cơ

BÀI: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

NỘI DUNG:

I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI

II CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP III XU PÁP

IV CƠ CẤU XOAY XU PÁP

V TRỤC CAM

VI MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC

VII TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ

Cơ cấu phân phối khí để đóng mở các cửa nạp, thải thực hiện các quá trình nạp, thải theo yêu cầu làm việc của động cơ

A CÔNG DỤNG

B YÊU CẦU

- Đóng mở đúng thời điểm quy định

- Khi mở có độ mở lớn, khi đóng phải kín.

- Làm việc êm và ít bị mài mòn

- Đủ độ bền trong quá trình làm việc và dễ điều chỉnh, sửa chữa.

Cơ cấu

PPK trên

động cơ có

Cơ cấu PPK dùng xu páp

Cơ cấu PPK dùng van trượt

Cơ cấu PPK hỗn hợp: Kết hợp hai

loại trên

C PHÂN LOẠI

A PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP ĐẶT

Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ làm việc, trục khuỷu

động cơ quay, thông qua cặp bánh

răng dẫn động (6),(7) làm trục cam

(5) quay Khi cam quay đến vị trí gờ

cao tiếp xúc với con đội đẩy cho con

đội (4) và xu páp (1) đi lên, nén lò

xo (2), mở cửa nạp (thải)

Khi cam quay qua vị trí gờ cao

tiếp xúc với con đội, lò xo (2) dãn ra,

đẩy xu páp đi xuống đóng kín cửa

nạp (thải)

4 2

A PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP ĐẶT

Ưu điểm

- Giảm được chiều cao động cơ.

- Dẫn động cơ cấu phân phối khí

- Cấu tạo thân máy phức tạp.

B PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP TREO

9

1 2

4

5

6

7 8

3

1

3

7 8

10

9

2

11 12

B PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP TREO

Nguyên lý làm việc: Khi trục khuỷu

động cơ quay, thông qua cặp bánh răng dẫn

động (9),(8) làm trục cam (7) quay Khi

cam quay đến vị trí gờ cao tiếp xúc với con

đội đẩy cho con đội (6) và đũa đẩy (5) đi

lên đẩy đầu trong của cò mổ (3) và xu páp

(1) đi xuống, nén lò xo (2), mở cửa nạp

(thải)

Khi cam quay qua vị trí gờ cao tiếp xúc

với con đội, các chi tiết trở về vị trí ban

đầu, lò xo (2) dãn ra, đẩy xu páp đi lên

đóng kín cửa nạp (thải)

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản

Nhược điểm: không thích hợp

khi khoảng cách giữa trục cam

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

b Dẫn động trục cam bằng xích

Dẫn động trục cam bằng xích

1 xích; 2 bánh răng trục cam; 3 Bánh răng trục khuỷu

1 Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí

Ưu điểm: của dẫn động bằng xích

là gọn nhẹ, dẫn động được xa, khi

còn mới làm việc êm

Nhược điểm: Khi vận tốc thay đổi

đột ngột xích dễ bị rung động, sau

một thời gian sử dụng xích bị mòn

gây ồn và làm sai lệch pha phối khí

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Khi trục cam đặt trên

nắp máy cũng có thể dẫn

động trục cam bằng đai

răng Trên trục cam và

trục khuỷu có bánh đai

răng, dây đai mặt bụng có

răng để ăn khớp với răng

các bánh đai.

c Dẫn động trục cam bằng đai răng

1 Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí

Dẫn động trục cam bằng đai răng

1 Đai răng; 2 bánh răng trục cam; 3 bánh răng trục khuỷu

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Khi trục cam ở xa trục khuỷu và mô

men truyền động cần lớn thường dùng trục

trung gian Động lực được truyền từ trục

khuỷu đến trục cam thông qua các cặp

bánh răng côn và trục trung gian.

Ưu điểm: Gọn, dẫn động được xa mà ít

bị sai lệch pha phối khí

Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi

lắp ghép chính xác, hiệu suất truyền động

không cao.

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Ở vận tốc góc lớn, muốn hệ số nạp tăng, góc mở sớm và đóng muộn của xu páp đều cần muộn hơn so với khi ở vận tốc trung bình và nhỏ Để tối ưu hoá pha phối khí, một số động cơ hiện nay có bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh pha phối khí ở các dải vận tộc góc khác nhau, có thể tác động để điều chỉnh góc phối khí theo các phương án sau:

2 Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

2 Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí

a Thay đổi sườn căng đai (hoặc xích) cam

a Vị trí bình thường (pha phối

2 Cơ cấu căng đai;

3 Dây đai cam;

4 Bánh răng trục khuỷu Cơ cấu thay đổi sườn căng đai (hoặc xích cam)

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Ở vận tốc góc trung bình và

nhỏ cơ cấu căng đai để đai dẫn

động ở vị trí (a) cơ cấu có pha

phối khí bình thường Khi vận

tốc góc tăng cao, bộ phận tự

động điều chỉnh tác động vào

cơ cấu căng đai làm dịch

chuyển sườn căng đai chuyển

đai sang vị trí (b) làm góc phối

khí muộn đi

2 Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí

a Thay đổi sườn căng đai (hoặc xích) cam

Cơ cấu thay đổi sườn căng đai

(hoặc xích cam)

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

b Thay đổi góc phối khí bằng cách tự động thay đổi vị trí tương đối của trục khuỷu với trục cam thông qua khớp dẫn động đặc biệt ở đầu trục cam

a đường dầu vào;

Làm việc của khớp nối:

Khi động cơ làm việc ở vùng vận tốc góc thấp,

E.C.U chưa có dòng điện mở van nên điều khiển (1)

đóng, áp suất dầu từ động cơ cấp vào đầu bên phải pít

tông tăng cao, đẩy pít tông nén lò xo và dịch chuyển về

tận cùng bên phải, góc phối khí bình thường

Khi động cơ làm việc ở vùng vận tốc góc cao,

E.C.U cấp dòng điện mở van điều khiển, áp suất dầu ở

đầu pít tông giảm thấp, lò xo hồi vị đẩy pít tông dịch

chuyển sang trái, pít tông vừa di trượt vừa làm xoay

trục cam một góc khoảng 20 độ ngược chiều quay của

bánh xích tạo ra pha phối khí muộn.

C DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

2 Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí

b Thay đổi góc phối khí bằng cách tự động thay đổi vị trí tương đối của trục khuỷu với trục cam thông qua khớp dẫn động đặc biệt ở đầu trục cam

A CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, VẬT LIỆU CHẾ TẠO

1 Công dụng:

Xu páp để trực tiếp đóng mở các cửa nạp và thải để thực hiện các quá trình nạp, thải

2 Yêu cầu:

Có độ bền cơ học cao, khả năng chịu mài mòn và chịu ăn mòn tốt

trong điều kiện nhiệt độ cao Cấu tạo hợp lý, khối lượng nhỏ để giảm lực quán tính Khi đóng phải kín khít

3 Vật liệu chế tạo:

Xu páp thường được làm bằng thép hợp kim X9C2, 4X9C2,

X12H7C, 40CX10M…Thường chỉ dùng thép hợp kim chịu nhiệt loại tốt để làm tán xu páp, còn thân làm bằng thép hợp kim 40X, 40XH…

Xu páp nạp được dòng khí nạp làm mát nên nhiệt độ thấp hơn, vật liệu thường dùng là thép hợp kim 4CX, 40XH, X9C2…

B CẤU TẠO

1 Tán xu páp

Tán xu páp là phần trực tiếp đóng, mở cửa nạp, thải Hình dáng, kích thước của tán phù hợp với đặc điểm sử dụng Tán xu páp có các dạng: Tán bằng, tán lồi, tán lõm

B CẤU TẠO

1 Tán xu páp

Tán bằng, được sử dụng rộng rãi cho cả xu páp nạp và thải vì đơn

giản, dễ chế tạo, diện tích chịu nhiệt nhỏ

Tán lồi mặt của tán được làm lồi, cải thiện được lưu thông của dòng khí thải, tăng được độ cứng vững nhưng tăng diện tích chịu nhiệt, khó chế tạo và tăng khối lượng Để khắc phục việc tăng khối lượng, thường khoét lõm phần trên đối diện với mặt lồi của tán

Tán lõm, có bán kính góc lượn giữa thân và tán lớn, cải thiện được lưu thông của dòng khí nạp, tăng được độ cứng vững nhưng diện tích chịu nhiệt lớn và tăng khối lượng Để giảm khối lượng, mặt dưới của tán

được khoét lõm

B CẤU TẠO

Các dạng tán xu páp

a Tán bằng; b, Tán lồi; c Tán lõm

1 Tán xu páp

B CẤU TẠO

Để bao kín tốt, trên tán được làm một mặt côn Mặt côn là mặt làm việc quan trọng của tán xu páp, góc côn ( ) càng nhỏ, tiết diện lưu thông càng lớn nhưng tán xu páp càng mỏng, độ cứng vững càng kém Vì vậy, đa số các động cơ đều dùng mặt côn  = (300 –

450) để đảm bảo độ cứng vững và tiết diện lưu thông.

Với xu páp nạp, được làm mát nhờ dòng khí nạp nên nhiệt độ không cao, vì vậy góc côn và độ dầy có thể nhỏ để tăng tiết diện lưu thông (  = 300) Tán có dạng bằng hoặc lõm để giảm khối lượng, bán kính góc lượn giữa thân và tán lớn để tăng độ bền Do chênh lệch áp suất trong quá trình nạp thấp hơn nhiều so với quá trình thải, nên tiết diện lưu thông ở cửa nạp cần lớn hơn cửa thải

Vì vậy đường kính tán xu páp nạp thường lớn hơn của xu páp thải.

1 Tán xu páp

B CẤU TẠO

Xu páp thải luôn chịu nhiệt độ cao và tác động của dòng khí xả

có vận tốc lớn nên cần có độ cứng vững cao, tán xu páp được làm nhỏ và dày, góc côn (  = 450) lớn hơn xu páp nạp Dòng khí thải luôn có chiều đi ra nên tán có dạng đỉnh bằng hoặc đỉnh lồi để tăng

độ cứng vững mà vẫn không cản trở dòng khí thải

Góc côn ( ) của tán thường làm nhỏ hơn góc côn (/ ) của đế xu páp từ 0,50 đến 10 để tạo tiếp xúc đường ở vòng ngoài, tăng khả năng làm kín.

Chiều rộng (b) của mặt côn tán xu páp được làm lớn hơn chiều rộng (b/ ) của mặt côn đế xu páp nếu độ cứng của tán lớn hơn của

đế và b < b/ nếu độ cứng của tán nhỏ hơn để vẫn đảm bảo tiếp xúc kín khi bị biến dạng nhỏ do va đập trong quá trình làm việc

1 Tán xu páp

B CẤU TẠO

2 Thân xu páp

Thân xu páp để dẫn hướng cho xu páp chuyển động Thân xu páp có dạng hình trụ, có đường kính đủ lớn để dẫn hướng, tản nhiệt và chịu lực tốt nhưng cũng không lớn quá để xu páp đủ gọn, nhẹ và ít cản trở tiết diện lưu thông tại các cửa nạp, thải Chiều dài của thân xu páp phụ thuộc vào kiểu, loại động cơ và cách bố trí xu páp Để tăng khả năng truyền nhiệt, phần thân gần tán có thể làm rỗng và chứa kim loại truyền nhiệt tốt như Natri.

3 Đuôi xu páp

Đuôi xu páp là phần nhận lực từ đòn bẩy hoặc con đội để

mở xu páp và nhận lực từ lò xo để đóng xu páp Đuôi có các dạng đặc biệt để nhận động lực và lắp ghép với đĩa lò xo

B CẤU TẠO

Cấu tạo đuôi xu páp

a Lắp với đĩa xu páp bằng ren; b Lắp với đĩa xu páp bằng móng hãm; c,d Đuôi xu

páp dán hợp kim tăng bền; e Lắp với đĩa xu páp bằng chốt hãm.

1 Cấu tạo

B CẤU TẠO VÀ LÀM VIỆC

Cơ cấu xoay xu páp

1 Xu páp; 2 ống dẫn hướng; 3,7.Các vòng hãm; 4.Đế cơ cấu xoay; 5.Các

viên bi cầu;

6 Lò xo côn dạng đĩa; 8 Lò xo xu páp; 9 lò xo hồi vị; 10 Vành đàn hồi.

B CẤU TẠO VÀ LÀM VIỆC

2 Làm việc:

Khi xu páp đóng kín trên đế, lực ép của lò xo vào đĩa lò xo (6) chưa

đủ lớn để làm biến dạng vành đàn hồi, mép trong của lò xo côn tỳ lên vành bậc của đế (4), mép ngoài của lò xo côn vẫn vênh lên chưa ép vào các viên bi (5) Các viên bi được các lò xo (12) đẩy lên phần cao của rãnh

Khi xu páp (1) mở, lực ép vào lò xo côn đủ lớn làm lò xo côn bị biến dạng, mép ngoài uốn cong xuống, phần giữa tỳ lên các viên bi, mép trong rời khỏi vành bậc Các viên bi trong trường hợp này là điểm tựa của đĩa lò xo

Do lực tỳ lớn, các viên bi bị đẩy trượt theo mặt nghiêng xuống phần sâu của rãnh đem theo đĩa lò xo và xu páp xoay đi một góc Khi xu páp đóng kín trên đế, lực ép vào đĩa lò xo côn giảm, lò xo côn trở lại trạng thái ban đầu, mép trong của nó tỳ chặt lên đế (4) để giữ cho đĩa lò xo và lò xo thành một khối nhờ lực ma sát.

Mép ngoài vênh lên thôi tác dụng vào các viên bi, các viên

bi được các lò xo (12) đẩy lên phía cao của rãnh Cứ như thế

xu páp xoay quanh tâm của nó Khi vận tốc góc trục khuỷu ở

3200 vòng/phút, xu páp xoay với vận tốc góc trung bình khoảng 32 vòng/phút

việc:

B CẤU TẠO VÀ LÀM VIỆC

A CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, VẬT LIỆU CHẾ TẠO

1 Công dụng và điều kiện làm việc

Trục cam để dẫn động đóng, mở xu páp theo quy luật theo yêu cầu làm việc của động cơ và dẫn động một số bộ phận khác như: Bộ chia điện, bơm dầu, một số cảm biến…

2 Yêu cầu, vật liệu chế tạo

Trục cam phải có độ cứng vững cao, chống mài mòn tốt Cam có biên dạng hợp lý Vật liệu làm trục cam thường là thép các bon hoặc thép hợp kim như thép 40, 45, 15X, 15MH, 18XBHA…

B CẤU TẠO

Trục cam động cơ ЗИЛ-130

 1 Các chi tiết của khớp dẫn động bộ cảm biến hạn chế tốc độ động cơ;

2 Đai ốc hãm; 3 Vòng đệm; 4 Bánh răng trục cam; 5 đệm thép; 6 Mặt bích chặn dịch dọc; 7.Bánh lệch tâm dẫn động bơm xăng; 8 Cổ trục cam; 9 Cam dẫn động xu páp; 10 Bánh răng dẫn động trục trung

gian; 11 Trục trung gian dẫn động bơm dầu và bộ chia điện

B CẤU TẠO

Trục cam động cơ ôtô gồm các phần: Các cổ trục, các cam nạp, cam thải, cam dẫn động bơm nhiên liệu, các bánh răng dẫn động, bộ phận chặn dịch dọc…

Các cam nạp, cam thải, các cổ trục cam, bánh lệch tâm dẫn động bơm xăng làm liền khối Các bề mặt làm việc của cổ trục, các cam và bánh răng dẫn động được thấm các bon, tôi cứng và mài bóng Các phần khác có độ cứng thấp hơn để chịu mỏi

Cổ trục cam hình trụ, số cổ trục cam thường bằng số cổ trục khuỷu Với trục cam lắp trong thân động cơ, đường kính cổ trục lớn hơn kích thước tất cả các bộ phận còn lại Các cổ trục cam càng về phía đuôi càng có đường kính nhỏ dần để dễ lắp ghép Ổ đỡ trục cam

có dạng ống bằng thép, phía trong tráng lớp hợp kim chịu mòn (Hợp kim ba bít, hợp kim đồng chì…), bạc được ép vào thân máy

B CẤU TẠO

Khi trục cam đặt trên nắp máy, đường kính cổ trục có thể nhỏ hơn kích thước các cam và các bộ phận khác ổ đỡ được chia làm hai nửa lắp trên nắp máy và bạc lót cũng chia làm hai nửa

Cam đẫn động xu páp nạp và thải có thể làm trên cùng một trục nếu dẫn động xu páp gián tiếp qua cần bẩy, hoặc bố trí riêng khi trục cam đặt trên nắp máy và dẫn động trực tiếp cho xu páp Vị trí và số lượng của cam được quyết định bởi đặc điểm của động cơ (thứ tự làm việc, góc phối khí, số xu páp…)

Bánh răng đầu trục cam được làm bằng gang hoặc chất dẻo (Têstôtít), nếu làm bằng chất dẻo thì moay ơ được ép thêm cốt thép để tăng cứng Khi dẫn động trực tiếp thường là bánh răng trụ, răng nghiêng để ăn khớp

êm, khi dẫn động bằng đai răng hoặc bằng xích, đầu trục cam có bánh đai răng hoặc bánh răng xích Số răng của bánh răng trục cam ở động cơ

4 kỳ lớn gấp 2 lần số răng bánh răng trục khuỷu

A ĐẾ XU PÁP

Đế xu páp là chi tiết dạng vòng xuyến làm bằng gang hoặc thép hợp kim, được ép vào cửa nạp, thải nơi tiếp xúc với tán xu páp để chịu mòn thay cho nắp máy Phần tiếp xúc cũng có mặt côn tương ứng với mặt côn của tán xu páp

B CON ĐỘI

Cấu tạo:

Con đội có hai phần: Phần dẫn hướng (thân) và phần tiếp xúc với cam phối khí Các loại con đội khác nhau cấu tạo của các phần cũng khác nhau

Ta nghiên cứu về con đội thuỷ lực.

Cấu tạo của con đội thủy lực gồm: Con đội thủy lực lắp trong lỗ dẫn hướng làm trong thân máy.

9 Lò xo hồi vị con đội;

10 Ống ngoài (thân con đội);

11 Lỗ dầu vào.

B CON ĐỘI

Ở thời điểm xu páp đóng, dầu từ đường dầu bôi trơn vào qua lỗ (11) đến buồng chứa dầu giữa ống trong (4) và ống ngoài (10) qua van một chiều (6)

Áp suất dầu trong con đội bằng

áp suất trong đường dầu bôi trơn, nhờ áp lực của dầu và sức căng lò

xo (9) đẩy cho thân con đội đi xuống tỳ sát vào cam, nắp trên (2)

và thanh đẩy đi lên, lực này không

đủ lớn để mở xu páp mà chỉ triệt tiêu khe hở nhiệt ở đuôi xu páp

Khi vấu cam đẩy con đội đi lên, ống (10) đi lên, van (6) đóng, dầu trong buồng ép ống (10) đẩy toàn

bộ các chi tiết của con đội đi lên, tác động vào thanh đẩy để mở xu páp

Khi vấu cam quay qua vị trí tác động vào con đội, lò xo xu páp đẩy

xu páp đóng, thông qua cần bẩy, thanh đẩy đẩy con đội về vị trí ban đầu Dầu từ đường dầu bôi trơn qua

lỗ (11) và van (6) vào buồng chứa dầu bổ xung cho lượng dầu bị thất thoát qua khe hở lắp ghép khi dầu

bị nén

B CON ĐỘI