Khảo sát và tính toán, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong skyactiv g 2 0l trên xe mazda CX 5

Đồng thời cũng ở mục này em có đi vào nghiên cứu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống thay đổi góc phân phối khí trong cơ cấu phân phối khí động cơ Skyactiv-G.. Phân loại Cơ cấu p

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ

SKYACTIV-G 2.0L TRÊN XE MAZDA CX-5

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN QUANG TRUNG

Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC HƯNG

Số thẻ sinh viên: 103150044

Lớp: 15C4A

Đà Nẵng, 25/06/2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ

SKYACTIV-G 2.0L TRÊN XE MAZDA CX-5

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN QUANG TRUNG

Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC HƯNG

Số thẻ sinh viên: 103150044

Lớp: 15C4A

Đà Nẵng, 25/06/2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

V Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng

2 Lớp: 15C4A Số thẻ SV: 103150044

3 Tên đề tài: Khảo sát và tính toán, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong Skyactiv-G 2.0L trên xe Mazda CX-5

4 Người phản biện: Học hàm/ học vị:

VI Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

tối đa

Điểm trừ

Điểm còn lại

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng,

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

1 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng

2 Lớp: 15C4A Số thẻ SV: 103150044

3 Tên đề tài: Khảo sát và tính toán, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong Skyactiv-G 2.0L trên xe Mazda CX-5

4 Người phản biện: Học hàm/ học vị:

II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời

1 ……….……….…… ………

………

2 ……… ………

………

Đáp án: (người phản biện ghi vào khi chấm và nộp cùng với hồ sơ bảo vệ) 1 ……….……….…… ………

………

………

………

2 ……… ………

………

………

………

………

Đà Nẵng, ngày tháng 07 năm 2020

Người phản biện

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân phối khí trên ô tô

Chương 2: Giới thiệu các hệ thống trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Chương 3: Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Chương 4: Tính toán và kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Chương 5: Bảo dưỡng và sửa chữa hư hỏng hệ thống phân phối khí trực trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Chương 6: Kết luận

❖ Bản vẽ:

1: Bản vẽ mặt cắt động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

2: Bản vẽ dẫn động trục cam trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

3: Bản vẽ bố trí xupáp trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

4: Bản vẽ kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối động cơ Skyactiv-G 2.0L (02A3)

5: Bản vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống S-VT (01A3)

6: Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng điện (01A3)

7: Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng thủy lực (01A3)

8: Bản vẽ sơ đồ bố trí nguyên lý làm việc của bộ điều khiển (01A3)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA: CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng Số thẻ sinh viên: 103150044

Lớp: 15C4A Khoa: Cơ khí giao thông Ngành: Kĩ thuật cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ G2.0L trên ô tô Mazda CX-5

Skyactiv-2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Thông số xe Mazda CX-5 và các tài liệu liên quan

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

− Tổng quan về hệ thống phân phối khí trên ô tô

− Giới thiệu các hệ thống trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

− Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

− Tính toán và kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

− Bảo dưỡng và sửa chữa hư hỏng hệ thống phân phối khí trực trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

− Kết luận

5.Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): 9 bản vẽ

− Bản vẽ mặt cắt động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

− Bản vẽ dẫn động trục cam trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

− Bản vẽ bố trí xupáp trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)

− Bản vẽ kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối động cơ Skyactiv-G 2.0L (02A3)

− Bản vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống S-VT (01A3)

− Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng điện (01A3)

− Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng thủy lực (01A3)

− Bản vẽ sơ đồ bố trí nguyên lý làm việc của bộ điều khiển (01A3)

−

1 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

Nguyễn Quang Trung

2 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2020

3 Ngày hoàn thành đồ án: 26/06/2020

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 02 năm 2020 Trưởng Bộ môn

MỞ ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ Là nguồn 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

Đề tài tốt nghiệp em thực hiện là khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G, 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 điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế Đề tài tập trung đi sâu vào nghiên cứu và tìm hiểu sơ đồ bố trí các bộ phận trong cơ cấu phân phối khí trên động cơ Đề tài gồm 4 phần chính, ở mục 1 của

đồ án em đã trình bày tổng quan về cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong đồng thời giới thiệu cơ cấu phân phối khí thay đổi được góc phân phối khí Ở mục 2 và 3 của đồ

án em đi sâu phân tích kết cấu các chi tiết, phương án bố trí và dẫn động xupáp, phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam Đồng thời cũng ở mục này em có đi vào nghiên cứu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống thay đổi góc phân phối khí trong cơ cấu phân phối khí động cơ Skyactiv-G Mục 4 là mục tính toán các thông số

cơ bản cũng như kiểm nghiệm sức bền của các chi tiết trong hệ thống phân phối khí động cơ Skyactiv-G

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy

cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này Do kiến thức của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy cô góp ý, 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 thầy hướng dẫn TS Nguyễn Quang Trung cùng các thầy cô trong khoa đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Hưng

Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung Đồ án tốt nghiệp “ KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ SKYACTIV-G 2.0L TRÊN XE MAZDA CX-5 ” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang Trung Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng Kết quả trình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỹ thuật của bộ môn và nhà trường đề ra

Đà Nẵng, Ngày 24 tháng 06 năm 2020

Sinh viên

Lê Đức Hưng

MỤC LỤC MỞ ĐẦU i

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

1.1 Phân loại và yêu cầu hệ thống phân phối khí 1

1.1.1 Yêu cầu 1

1.1.2 Phân loại 1

1.2 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ 1

1.3 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ 4

I.3.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp 4

1.3.2 Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam: 7

1.4 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí 8

1.4.1 Trục cam 8

1.4.2 Con đội 10

1.4.3 Đũa đẩy 11

1.4.4 Đòn bẩy 12

1.4.5 Xupáp 13

1.4.6 Đế xupáp 14

1.4.7 Ống dẫn hướng 14

1.4.8 Lò xo xupáp 15

1.5 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại 15

1.5.1 Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển 16

1.5.2 Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda 16

1.5.3 Cơ cấu phân phối khí dùng hệ thống điều khiển xoay cam 19

Chương 2 Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G 21

2.1 Các thông số kỹ thuật của xe và động cơ 21

2.2 Giới thiệu về cơ cấu piston,thanh truyền, trục khuỷu: 23

2.3 Hệ thống phân phối khí: 24

2.4 Hệ thống đánh lửa 25

2.5 Hệ thống bôi trơn 26

2.6 Hệ thống làm mát 27

Chương 3 Khảo sát cơ cấu phân phối khí trong động cơ Skyactiv-G 29

3.1 Dẫn động trục cam: 29

3.2 Bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí 30

3.3 Kết cấu xupáp 32

3.4.Kết cấu lò xo xupáp 34

3.5 Kết cấu con đội 35

3.6 Kết cấu trục cam 36

3.7 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí 38

Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

3.7.1 Pha phân phối khí trong động cơ 38

3.7.2 Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ 39

3.7.3 Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí: 40

3.8 Đặc điểm,kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí 41

3.8.1 Chức năng của hệ thống 41

3.8.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp 43

3.8.4 Bộ điều khiển của hệ thống điều khiển bằng thủy lực 45

3.8.5 Van điều khiển phối khí 45

3.8.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam xả 46

3.8.6 Cảm biến vị trí trục cam 50

3.8.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu: 50

Chương 4 Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ Skyactiv-G: 52

4 1 Tính toán động học và động lực học xupáp theo góc quay trục khuỷu, xây dựng đồ thị tiết diện thời gian xupáp 52

4.1.1 Tính toán động học và động lực học xupáp theo góc quay trục khuỷu 52

4.1.2 Xây dựng đồ thị tiết diện thời gian xupáp 58

4 2 Tính toán kiểm nghiệm trục cam: 62

4 3 Tính toán sức bền xupáp: 67

Chương 5 Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí: 69

5.1 Những hư hỏng: 69

5.2 Các phương pháp kiểm tra, phân loại chi tiết: 69

5.3 Phương pháp kiểm tra sữa chữa các chi tiết của hệ thống phân phối khí động cơ Skyactiv-G 70

5.3.1 Kiểm tra sữa chữa xupáp: 70

5.3.2 Kiểm tra sữa chữa ống dẫn hướng: 72

5.3.3 Kiểm tra sữa chữa đế xupáp: 72

5.3.4 Kiểm tra sữa chữa lò xo xupáp: 73

5.3.5 Kiểm tra sữa chữa con đội xupáp: 74

5.3.6 Kiểm tra sữa chữa trục cam: 75

5.3.7 Kiểm tra dắt cắm van dầu OCV: 77

6 Kết luận: 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Phân loại và yêu cầu hệ thống phân phối khí

1.1.1 Yêu cầu

Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí như nạp đầy thải sạch Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định Độ mở lớn để dòng

khí dễ dàng lưu thông 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

1.1.2 Phân loại

Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong động

cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chính xác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao

Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn

Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của chúng 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 chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài 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 các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ 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:

2

3

Hình 1- 1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí

1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu

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 thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quét trong 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 tâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp 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 trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới vào hàng lổ phía trên

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

+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:

5

2 3 4

6 7

9

8

Hình 1–2: Cơ cấu quét thẳng qua xupáp thải

1 – Ống dẫn hướng; 2 - L ò xo xupáp; 3 – Đĩa lò xo; 4 - Móng hãm; 5 – Xupáp;

6 - Đ òn bẩy; 7 - Đ ũa đẩy; 8 - Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam

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

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động 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

b) c)

d)

e) a)

Hình 1–3: 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 theo

hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp;

d) - Hệ thống quét 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 thực hiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng Tùy theo cách bố trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp 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 dẫn động xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một Khi bố trí từng cặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn

4 3

2

1 8 5

10 9

Hình 1-4: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 –

Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;

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

Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn Một khuyết điểm nữa là đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và gia công 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 truyền nhiệt 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 khí lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh 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 tiếp hoặc dẫn động qua đòn bẫy Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…

Hình 1-5: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 –

Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;

Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp Có thể sử dụng phương 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 1-6: 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 đặt trên 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 các loại 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 thể dùng xupáp treo, hay đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo 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 dẫn động cũng phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt Hệ thống phân phối khí xupáp 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 Nếu khoảng 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 xích răng

Loại trục cam đặt trên nắp máy Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng Khi dùng hệ thống bánh răng côn cần

có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động qua đòn quay

Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặp bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch 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 1-8: 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 xupáp phụ 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 bơm xăng, 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 có thể 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, của mặt 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 Trục cam lắp theo kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng 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 máy hoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam

vì trong trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy có giãn nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn

Hình 1-9: 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

cam) 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 được hiện 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 1-10: 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 dụng không cho con đội xoay Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt động đúng hướng

Hình 1-11: Kết cấu con đội con lăn

Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn Cơ cấu con đội con lăn có tác dụng làm 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 loại con 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 thay đổi 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

Hình 1-12: Các dạng 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, đầu tiếp 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 xupáp theo đúng theo pha phân phối khí Đòn bẩy được gắn trên trục của nó Hoạt động của đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha phân phối khí

Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh Sau khi điều chỉnh khe

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 thay thế được dễ dàng

Hình 1-13: Kết cấu đòn bẩy

Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi 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 trung bình

1.4.5 Xupáp

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

Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt truyền qua xupáp khi xupáp đóng Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp phải 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 Phần nấm

do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khi làm việc chịu va đập lớn gây biến dạng Phần đuôi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp

Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp

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 1-15: 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 giữ chắc đế xupáp Có khi mặt ngoài là mặt côn Loại này có khi không ép sát đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để còn ép tiếp khi bị lỏng ra Có loại đế lắp vào thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren Loại đế mà sau khi lắp phải cán bề mặt nắp máy để kim loại biến 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 dẫn hướng 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 thanh nhôm Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không xảy ra hiện tượng kẹt xupáp

Hình 1-16: Kết cấu ống dẫn hướng

a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai

b)

c) a)

e)

1.4.8 Lò xo xupáp

Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không cho khí nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm việc của xupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khi xupáp chuyển 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 ở ngoài Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng của xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Lò xo xupáp thường được dùng là lò xo kín hay lò xo tác động kép Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc độ cao

Hình 1-17: 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 vật liệu 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 học công nghệ Các hãng sản xuất ôtô như KIA MOTORS, HONDA, TOYOTA, FORD…đã lần lượt đưa ra nhiều sản 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 dãi tốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc sử dụng động 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 ra động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ

ô nhiễm môi trường của các quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng Tuy các biện pháp tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điều khiển và chế tạo 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 khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại luôn luôn làm việc

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 mở xupáp, hệ thống điều khiển điện tử

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

Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều 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 và truyền 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) Có nghĩa là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp bằng điện tử

Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh góc độ phối 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 làm việc

ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ Cơ cấu phối 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 nạp bằng 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 hoạt động riêng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tâm ở giữa không tham gia vào hoạt động đóng

mở các xupáp ở chế độ này

VẤU CAM DẪN ĐỘNG Ở TỐC ĐỘ THẤP

1

Hình1-18: 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 trung gian; 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 sẽ đẩy piston A dịch chuyển về bín phải theo hướng mũi tín trín hình Lăm cho đòn bẩy thứ nhất, thứ hai vă đòn bẩy trung gian được nối với nhau thănh một khối chuyển động 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 1-19: 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 trung gian; 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 độ cao 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 thứ nhất và thứ hai hoạt động riêng lẻ, không được liên kết với nhau Lúc này các piston thủy lực A và B chưa hoạt động và vấu cam ở giữa không tham gia vào chuyển động đóng mở các xupáp

7 3

2 1

6 5

4

Hình 1-20: Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy 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 di chuyển 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 thành một khối và chuyển động thống nhất Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi vấu cam trung tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điều chỉnh thời điểm đóng 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 độ cao 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 1-21: Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao

1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy 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 khiển bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng thái làm việc của động 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 điều khiển một cách chính xác hoạt động của cơ cấu phân phối khí của động cơ dưới mọi điều kiện

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

Bên cạnh hãng Toyota và hãng Ford thì hãng KIA MOTOR đã chú tâm 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 CVVT 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 những năm gần đây CVVT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ CVVT là cụm

từ viết tắt từ tiếng anh: Continusly Varaible Valve Timing (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 thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có hệ thống CVVT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ

Hệ thống CVVT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 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

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 thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm và đạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cấu 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 Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhược điểm là: Có nhiều chi tiết, 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

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIV-G 2.0L

2.1 Các thông số kỹ thuật của xe và động cơ

Động cơ Skyactiv-G do hãng MAZDA sản xuất, được lắp trên xe Mazda CX-5 Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho Skyactiv-G 2.0L có những tính năng vượt trội so với các dòng xe đương thời Về ngoại thất, được thiết kế theo ngôn ngữ Kudo, những đường nét khỏe khoắn, đèn xi nhan được bố trí trên gương chiếu hậu có thiết kế sắc lẹm và giúp phương tiện

dễ nhận biết hơn khi tín hiệu này sáng, đèn sương mù sám mờ lắp chìm mang lại tầm nhìn tốt hơn cho người điều khiển Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm cụm đồng hồ dễ nhìn thực tế, sử dụng vật liệu cao cấp cùng với ánh sáng xanh của các nút điều khiển giúp người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an toàn khi điều khiển xe Hệ thống phanh gồm phanh ABS bốn kênh,bốn cảm biến, phân bố lực phanh điện tử Sáu túi khí cùng dây đai an toàn đảm bảo an toàn tối đa cho người lái và hành khách khi xảy ra va chạm

Xe được trang bị động cơ Skyactiv-G, một trong những động cơ có tính năng vượt trội so với những động cơ đương thời Skyactiv-G là động cơ xăng với 4 xilanh được 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 (S-VT) Động cơ Skyactiv-G 2.0L tích hợp đồng thời hệ thống điều khiển điện bằng môtơ điều khiển thời điểm phân phối khí

và hệ thống điều khiển van biến thiên lưu lượng dầu OCV (Oil-Flow Control Valve) cho phép tối ưu hóa thời gian, tiết kiệm được nhiên liệu

Hình 2-1: Hình ảnh động cơ Skyactiv-G 2.0L

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật xe Mazda CX-5

Bảng 2.2: Các trang bị trên xe Mazda CX-5

Mâm xe Hợp kim 19 inch

2.2 Giới thiệu về cơ cấu piston,thanh truyền, trục khuỷu:

Piston: động cơ sử dụng loại piston loại Crank được làm bằng hợp kim nhôm có

đường kính 83.5(mm), đỉnh piston bằng để tránh tổn thất nhiệt Sécmăng số 1, 2 có phân biệt mặt trên, dưới Động cơ sử dụng cụm piston-thanh truyền dạng lệch tâm, việc sử dụng có ưu điểm là làm giảm lực ngang tác dụng lên cụm Việc sử dụng piston dạng Crank còn có các ưu điểm sau, làm giảm đường kính cổ trục, tăng độ cứng váy

piston và giúp làm giảm lực bung của xéc măng

Hình 2-2: Nhóm piston động cơ Skyactiv-G 2.0L

Thanh truyền: được đúc bằng thép hợp kim, kết cấu thanh truyền được mô tả như

Trục khuỷu: Động cơ sử dụng trục khuỷu có kết cấu có 4 khuỷu trục, mỗi khuỷu trục

gồm cố trục, má khuỷu, cổ biên và đối trọng Vật liệu sản xuất: thép cacbon và thép hợp kim được mô tả như hình bên dưới, gồm:

Hình 2.4: Trục khuỷu động cơ Skyactiv-G 2.0L 2.3 Hệ thống phân phối khí:

Động cơ Skyactiv-G 2.0L (CX-5) sử dụng hệ thống phân phối khí dạng DOHC Cơ cấu phối khí điều khiển đồng thời góc mở của xupáp và thời điểm điểm đóng, mở của xupáp nạp, thải Hệ thống gồm có hai trục cam dẫn động như hình bên dưới

Hình 2.5: Hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Với cơ cấu điều khiển thời điểm phân phối thông minh được sử dụng trên cam nạp

và cam xả nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ đó giảm thiểu độ ô nhiễm môi trường, gồm:

Cam nạp: cơ cấu điều khiển thời điểm phân phối khí thông minh được điều khiển

bằng điện Cảm biến vị trí cam nạp (Intake CMP sensor), môtơ điều khiển thời điểm phân phối khí và rơ-le bộ điều khiển phân phối điện tử

Cam xả: cơ cấu điều khiển thời điểm phân phối khí thông minh được điều khiển bằng thủy lực Cảm biến vị trí cam xả (Exhaust CMP sensor)

Ngoài ra, cơ cấu phân phối dùng trục cam có bề mặt cam được gia công với độ nhẵn cao Xupáp sử dụng bạc đạn bi kim tại cò mổ làm giảm tải trọng đặt lên lò xo xupáp Sên cam được sử dụng có độ cứng cao giúp giảm sức căng lên sên cam

2.4 Hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trong động cơ Skyactive 2.0L trên xe Mazda CX-5 là loại đánh lửa trực tiếp (đánh lửa trực tiếp đơn chiếc), nghĩa là mỗi bugi sẽ được đánh lửa bởi một bô bin đánh lửa và có thự tự đánh lửa là 1-3-4-2 Bugi đánh lửa được dùng loại có

số hiệu là PE011810, được thể hiện như hình bên dưới

Hình 2-6: Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Quá trình đánh lửa của hệ thống:

Hệ thống điều khiển bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng làm việc của đông cơ, ECM tính toán thời điểm và thời gian phun cho phù hợp với tín hiệu các cảm biến, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa và tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa trên các tín hiệu ECM

Các cảm biến xác định lưu lượng không khí nạp, số vòng quay động cơ, tải động

cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc-giảm tốc Cảm biến gửi tín hiệu về ECM, sau

đó ECM sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gửi tín hiệu đến các kim phun thông qua bộ biến đổi điện áp EDU, các kim phun nhiên liệu vào đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECM

Thời gian đánh lửa được điều khiển bởi hệ thống điều khiển thời gian đánh lửa bằng điện tử thời gian đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện động cơ dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản

đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và không cần đặt thời điểm đánh lửa kết quả giúp tiết kiệm nhiên liệu và tang công suất phát ra

2.5 Hệ thống bôi trơn

Động cơ sử dụng xích dẫn động bơm dầu loại mới, giảm được lực kéo bơm dầu giúp tối ưu hóa mạch dầu để giảm tổn thất áp lực trong hệ thống Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng ống phân phối dầu loại giảm lực cản dòng chảy

Van solenoid điều khiển áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn, áp lực dầu hồi được điều khiển bởi cơ cấu thủy lực (2 cấp độ hồi)

Hệ thống bôi trơn sử dụng điều khiển áp lực dầu hai cấp độ giúp làm giảm lực cản mạch dầu và giảm áp đầu vào các thiết bị

Hình 2-7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

Áp lực dầu hệ thống sử dụng (kPa) [rpm]: 110-175 [1,500] Loại bơm có thông số

áp lực mở đường dầu hồi (kPa) [rpm] là 300-430 [4,500], loại bánh răng (Trochoid) Loại lọc có thông số áp lực mở đường dầu tắt (kPa) là 78-118

Dưới đây là sơ đồ đường đi của dầu bôi trơn trong hệ thống:

Hình 2-8: Sơ đồ đường đi của bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G 2.0L

2.6 Hệ thống làm mát

Sử dụng hệ thống làm mát dung dịch và quạt điện Dung tích 8.1L Sử dụng bơm ly tâm và dẫn động đai Van hằng nhiệt loại sáp, nhiệt độ mở van 80.5-83.5 C, nhiệt độ

mở van tối đa 95C, độ mở van tối đa 8.5mm

Két nước loại Colgate(Sealed) của nhà cung cấp Visteon Nắp két nước có áp suất

mở van 90-110Kpa Quạt két nước thuộc loại dẫn động điện của nhà cung cấp Bosch, đường kính quạt 390mm và có 7 cánh Bộ cánh bơm cái tiến được làm từ plastic làm giảm lực cản mạch dẫn nước làm mát Hệ thống làm mát có sơ đồ như hình dưới đây

Hình 2-9: Sơ đồ hệ thống làm mát trên động cơ Skyactiv-G

1- Bình chứa nước làm mát; 2- Mô tơ quạt số 2; 3-Mô tơ quạt số 1; 4- Bơm nước

5- Van hằng nhiệt; 6- Két nước làm mát; 7-Nắp két nước

Bảng 2.4: Thông số hệ thống làm mát của động cơ Skyactiv-G 2.0L