Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí s VT ở động cơ skyactiv g2 0 trên xe mazda 6

Với đề tài“ Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6” nhằm khảo sát, nghiên cứu và tính toán kiểm nghiệm sự tối ưu tron

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

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S – VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV – G2.0

TRÊN XE MAZDA 6

Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN BẢO

Đà Nẵng – Năm 2019

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 VĂN BẢO

2 Lớp: 15C4B Số thẻ SV: 103150101

3 Tên đề tài: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động

cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

4 Người hướng dẫn: TRẦN VĂN NAM Học hàm/ học vị: Giáo sư

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:

5 Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN BẢO

6 Lớp: 15C4B Số thẻ SV: 103150101

7 Tên đề tài: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

8 Người phản biện: LÊ MINH TIẾN Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

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 quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao 80

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

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

phỏng, tính toán trong vấn đề nghiên cứu 10

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

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

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

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

TÓM TẮT

Tên đề tài: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động

cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

Sinh viện thực hiện: LÊ VĂN BẢO

Số thẻ SV:103150101 Lớp: 15C4B

Trong những năm gần đây vấn đề năng lượng và ô nhiễm môi trường là mối quan tâm hàng đầu của các nước trên thế giới Từ đó ngoài việc cấp thiết là tìm ra nguồn năng lượng mới dần thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch thì việc nghiên cứu, phát triển tối ưu động cơ đốt trong đang được quan tâm hiện nay để vẫn đảm bảo được vấn đề môi trường cũng như công suất của động cơ trước khi kết thúc kỷ nguyên động cơ đốt trong

Hệ thống phân phối khí ảnh hưởng đến công suất của động cơ cũng như phát thải ô nhiễm Vì vậy đã có một số công nghệ được phát triển để khắc phục được vấn đề này và

hệ thống phân phối khí S - VT của Mazda là một trong những công nghệ nổi bật hiện nay

Với đề tài“ Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở

động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6” nhằm khảo sát, nghiên cứu và tính toán kiểm

nghiệm sự tối ưu trong quá trình thay đổi góc phân phối khí ứng với từng chế độ làm việc và dải tốc độ khác nhau của động cơ

Đề tài gồm những nội dung như sau:

- Tổng quan về hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong

- Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactic - G2.0

- Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactic - G2.0

- Tính toán kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động

cơ Skyactic - G2.0

- Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactic - G2.0

- Kết luận

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 tên sinh viên: LÊ VĂN BẢO Số thẻ sinh viên: 103150101

Lớp:15C4B Khoa:Cơ khí Giao thông Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

1 Tên đề tài đồ án: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT

ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

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: Dựa trên cơ sở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

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

- Chương 2: Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactiv - G2.0

- Chương 3: Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động

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

- Bản vẽ 1: Các dạng hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong (1A3)

- Bản vẽ 2: Mặt cắt động cơ Skyactiv - G2.0 (1A3)

- Bản vẽ 3: Hệ thống dẫn động trục cam (1A3)

- Bản vẽ 4&5: Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 (2A3)

- Bản vẽ 6: Kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả (1A3)

- Bản vẽ 7,8&9: Nguyên lý hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả (3A3)

- Bản vẽ 10: Kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam nạp (1A3)

6 Họ tên người hướng dẫn: GS TRẦN VĂN NAM

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 03/09./2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 12/12/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

Trưởng Bộ môn Ôtô & Máy động lực Người hướng dẫn

PGS.TS.Dương Việt Dũng GS Trần Văn Nam

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn như ô nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Một loạt các ảnh hưởng và tác động xấu được bắt nguồn từ các vấn đề trên Để khắc phục những vần đề khó khăn nói trên, cùng với các ngành khoa học công nghệ khác thì ngành công nghiệp ô tô kết hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi trên thế giới đã tìm cách cải tiến và thay thế các công nghệ trên ô tô Mục đích của các nghiên cứu, thử nghiệm

đó đều nhằm giảm sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao nhiên liệu Đã có một vài công nghệ hiện đại và tối ưu hơn được áp dụng cho ô tô, trong số đó thì công nghệ Skyactiv khá nổi bật với công nghệ điều khiển hệ thống phân phối khí thông minh đang được áp dụng trong động cơ ô tô Với những ưu điểm và hiệu quả của nó, công nghệ Skyactiv trong điều khiển pha phân phối khí đang là một thế mạnh của hãng Mazda Với những thành công và sự cần thiết của công nghệ Skyactiv như đã nêu trên nên

em đã mạnh dạn chọn đề tài “ Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6 ” là đề tài tốt nghiệp Với sự nỗ lực và cố gắng của em, cùng với sự hướng dẫn tận tình của GS.Trần Văn Nam thì em

đã thực hiện và hoàn thành các khối lượng theo yêu cầu Tuy nhiên, do đây là một đề tài mới và phạm vi rộng cũng như còn hạn chế nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy

cô giáo cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em cũng xin chân thành cám ơn đến GS Trần Văn Nam đã tận tâm hướng dẫn em hoàn thành đồ án Đồng thời em xin cảm ơn đến các thầy cô của khoa Cơ khí Giao thông trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi và dạy cho em những kiến thức chuyên nghành, để em có thể nắm vững những kiến thức cơ bản chắc chắn, vững vàng

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Bảo

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài đồ án tốt nghiệp hoàn toàn mới Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng, theo đúng những tài liệu tham khảo Các kết quả nghiên cứu trong đề tài do em tự tìm hiểu, tính toán, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ đề tài đồ án tốt nghiệp nào khác

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Bảo

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT TRONG ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 13

2.1 Giới thiệu về động cơ Skyactiv - G2.0 13

2.2 Hệ thống nạp xả trong động cơ Skyactiv - G2.0 16

2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Skyactiv - G2.0 16

2.2.2 Đặc điểm hệ thống xả trong động cơ Skyactiv - G2.0 18

2.3 Hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactic - G2.0 21

2.3.1 Hệ thống dẫn động trục cam 21

2.3.2 Sơ đồ bố trí xupap và nguyên lý làm việc của hệ thống phân phối khí 23

2.3.3 Kết cấu xupap 23

2.3.4 Kết cấu đế xupap 26

2.3.5 Kết cấu ống dẫn hướng xupap 26

2.3.6 Lò xo xupap 28

2.3.7 Kết cấu trục cam 29

2.3.8 Kết cấu con đội thủy lực 31

2.3.9 Cò mổ 32

2.4 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí 32

2.4.1 Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ 32

2.4.2 Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí 33

2.4.3 Pha phân phối khí trong động cơ Skyactiv - G2.0 34

2.5 Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả 35

2.5.1 Chức năng của hệ thống 35

2.5.2 Cấu tạo của hệ thống 35

2.5.3 Van điều khiển đường dầu OCV 36

2.5.4 Bộ phận chấp hành điều khiển thời điểm phân phối khí trục cam xả 37

2.5.5 Cảm biến vị trí trục cam xả 38

2.5.6 Cảm biến vị trí trục khuỷu 39

2.5.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam xả 40

2.6 Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam nạp 43

2.6.1 Chức năng của hệ thống 43

2.6.2 Cấu tạo của hệ thống 43

2.6.3 Motor điện điều khiển thời điểm phân phối khí 45

2.6.4 Bộ phận chấp hành điều khiển thời điểm phân phối khí trục cam nạp 45

2.6.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp 47

2.6.6 So sánh thời điểm phối khí điều khiển điện và điều khiển thủy lực 48

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 49

3.1 Xác định tiết diện lưu thông của xupap 49

3.2 Chọn biên dạng cam 52

3.2.1 Yêu cầu 52

3.2.2 Phương pháp thiết kế cam 52

3.3 Biên dạng cam lồi 53

3.3.1 Biên dạng cam nạp 53

3.3.2 Biên dạng cam xả 55

3.4 Động lực học con đội 57

3.4.1 Động học con đội trong giai đoạn I 57

3.4.2 Động học con đội trong giai đoạn II 59

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 62

4.1 Quy dẫn khối lượng các chi tiết 62

4.2 Tính toán lò xo xupap 63

4.2.1 Cơ sở tính toán 63

4.2.2 Xác định đặc tính lò xo 64

4.2.3 Ứng suất xoắn của lò xo 66

4.2.4 Số vòng công tác của lò xo 67

4.2.5 Bước xoắn của lò xo 67

4.3 Tính kiểm nghiệm sức bền trục cam 67

4.3.1 Tải trọng tác dụng 67

4.3.2 Ứng suất uốn 69

4.3.3 Ứng suất xoắn 69

4.3.4 Độ võng cho phép của trục 70

4.3.5 Ứng suất tiếp xúc mặt cam 70

4.4 Tính sức bền con đội 71

4.5 Tính sức bền xupap 71

CHƯƠNG 5: NHỮNG HƯ HỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 72

5.1 Những hư hỏng 72

5.2 Các phương pháp kiểm tra và phân loại chi tiết 73

5.3 Kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống phân phối khí ở động cơ Skyactiv - G2.0 74

5.3.1 Kiểm tra sửa chữa xupap 74

5.3.2 Kiểm tra sửa chữa ống dẫn hướng xupap 76

5.3.3 Kiểm tra sửa chữa đế xupap 77

5.3.4 Kiểm tra sửa chữa lò xo xupap 78

5.3.5 Kiểm tra sửa chữa trục cam 79

5.3.6 Kiểm tra sửa chữa con đội thủy lực 81

5.3.7 Kiểm tra sửa chữa cò mổ 82

5.3.8 Kiểm tra van OCV 82

5.3.9 Kiểm tra motor điện 83

KẾT LUẬN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG 2.1 Thông số động cơ Skyactiv - G2.0

BẢNG 4.1 Các giá trị của h, Pjx và Plx theo k

HÌNH 1.1 Cơ cấu dùng hộp cacte để quét khí

HÌNH 1.2 Cơ cấu quét thẳng qua xupap xả

HÌNH 1.3 Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt

HÌNH 1.4 Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo

HÌNH 2.14 Pha phân phối khí động cơ Skyactiv - G2.0

HÌNH 2.15 Cấu tạo của van OCV

HÌNH 2.16 Cấu tạo bộ phận chấp hành

HÌNH 2.17 Cảm biến vị trí trục cam xả

HÌNH 2.18 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam

HÌNH 2.24 Sơ đồ điện điều khiển thời điểm phối khí cam nạp

HÌNH 2.25 Motor điện điều khiển thời điểm phối khí

HÌNH 2.26 Cấu tạo của bộ chấp hành điều khiển thời điểm phối khí trục cam nạp HÌNH 2.27 Nguyên lý bộ bánh răng hành tinh trong bộ phận chấp hành

HÌNH 2.28 Góc điều khiển thời điểm phối khí bằng điều khiển điện và thủy lực HÌNH 3.1 Tiết diện lưu thông qua xupap

HÌNH 3.2 Dựng hình cam lồi của cam nạp

HÌNH 3.3 Xác định bán kính của cam nạp

HÌNH 3.4 Dựng hình cam lồi của cam xả

HÌNH 3.5 Xác định bán kính của cam xả

HÌNH 3.6 Động học con đội trong giai đoạn I

HÌNH 3.7 Động học của con đội trong giai đoạn II

HÌNH 4.1 Đồ thị đặc tính lò xo

HÌNH 4.2 Sơ đồ tính bền trục cam

HÌNH 5.1 Kiểm tra kích thước nấm xupap

HÌNH 5.2 Kiểm tra chiều dài xupap

HÌNH 5.3 Kiểm tra đường kính thân xupap

HÌNH 5.4 Kiểm tra ống dẫn hướng xupap

HÌNH 5.5 Kiểm tra khe hở giữa thân xupap và ống dẫn hướng xupap

HÌNH 5.6 Kiểm tra chiều dài và sơn đánh dấu lò xo xupap

HÌNH 5.7 Kiểm tra chiều dài lò xo xupap khi chịu nén

HÌNH 5.8 Kiểm tra độ vuông góc của lò xo xupap

HÌNH 5.9 Kiểm tra độ cong của trục cam

HÌNH 5.10 Kiểm tra chiều cao cam

HÌNH 5.11 Kiểm tra đường kính cổ trục cam

HÌNH 5.12 Xả gió con đội thủy lực

HÌNH 5.13 Kiểm tra cò mổ

HÌNH 5.14 Kiểm tra điện trở van OCV

HÌNH 5.15 Van OCV hoạt động ở chế độ sớm và trễ HÌNH 5.16 Kiểm tra motor điện điều khiển cam nạp HÌNH 5.17 Khu vực hạn chế tác dụng lực của motor điện

DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

CỤM TỪ VIẾT TẮT:

S - VT: Sequential Valve Timing

OCV: Oil Control Valve (van điều khiển đường dầu)

ĐCT: điểm chết trên

ĐCD: điểm chết dưới

BLDC: Brushless Direct Current (động cơ điện không chổi than)

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài: Vấn đề cải thiện công suất của động cơ đốt trong, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng tính kinh tế nhiên liệu đang là vấn đề được quan tâm hiện nay Vì vậy đề tài “ Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S -

VT động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6 ” sẽ giải quyết một phần vấn đề điều khiển đóng mở hệ thống phân phối khí tối ưu với từng chế độ làm việc của động cơ

Mục tiêu đề tài: khảo sát và tính toán kiểm nghiệm được hệ thống điều khiển phân phối khí thông minh trên cả cam nạp và cam xả

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6

- Phạm vi nghiên cứu: tập trung vào hai vấn đề sau

+ Điều khiển góc phân phối khí trên cam nạp bằng điều khiển điện

+ Điều khiển góc phân phối khí trên cam xả bằng điều khiển thủy lực

Phương pháp nghiên cứu: vận dụng kiến thức chuyên nghành và tìm hiểu học hỏi các nguồn tài liệu khác

Cấu trúc đề tài gồm những nội dung sau:

- Tổng quan về hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong

- Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactiv - G2.0

- Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0

- Tính toán kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0

- Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0

- Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Công suất của động cơ đốt trong phụ thuộc rất nhiều vào sự làm việc của các nhóm

cơ cấu, hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, nhóm piston - thanh truyền Trong đó thì hệ thống phân phối khí là hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của động cơ cũng như hiệu quả sử dụng nhiên liệu và quyết định đến vấn đề ô nhiễm môi trường

Hệ thống phân phối khí thực hiện quá trình thay đổi môi chất công tác trong buồng cháy động cơ, giúp nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ và xả sạch khí cháy ra khỏi xilanh để động cơ làm việc được liên tục, hiệu quả

Hệ thống phân phối khí làm việc trong điều kiện chịu tải trọng cơ học cao, luôn chịu nhiệt độ cao từ buồng cháy, chịu mài mòn cũng như tải trọng va đập lớn Từ điều kiện làm việc này thì đòi hỏi hệ thống phân phối khí phải đáp ứng những yêu cầu khắc khe như là hệ thống phân phối khí phải nạp đầy môi chất và xả sạch sản phẩm cháy, đóng

mở xupap đúng quy luật và đúng thời gian quy định, độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông Ngoài ra còn phải đóng kín khi làm việc, xupap xả không tự mở trong quá trình nạp Đóng xupap phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, quá trình cháy không bị lọt khí Các chi tiết trong hệ thống phân phối khí phải ít mòn, tiếng ồn nhỏ khi làm việc, dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa và giá thành chế tạo thấp

Hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong có nhiều kiểu, tùy thuộc vào mục đích sử dụng cũng như cách bố trí, thuận tiện khi sửa chữa mà có thể chia ra:

• Hệ thống phân phối khí dùng xupap: là loại hệ thống được sử dụng rộng rãi trong động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, làm việc chính

xác và hiệu suất cao Hệ thống phân phối khí dùng xupap lại chia ra:

➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo

➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt

• Hệ thống phân phối khí dùng van trượt là loại hệ thống có nhiều ưu điểm như

tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát và ít tiếng ồn

• Hệ thống phân phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa xả: là loại hệ thống phân phối khí của động cơ hai kỳ quét vòng hoặc quét thẳng Loại này có kết cấu

đơn giản, không phải điều chỉnh nhưng chất lượng quá trình trao đổi khí không

cao

• Hệ thống phân phân phối khí hỗn hợp dùng cửa nạp và xupap xả: dùng trên động

cơ hai kỳ quét thẳng

• Hệ thống phân phối khí cho động cơ 2 kỳ và động cơ 4 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 xả 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 xả 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 xả Hiện nay thì động cơ 2 kỳ không còn được sử dụng phổ biến, chủ yếu chỉ sử dụng động cơ 4 kỳ

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

➢ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song

Hình 1.1 Cơ cấu dùng hộp cacte để quét khí

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

Đặc điểm: dùng cacte 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 Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ

➢ 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 xả

Đây là hệ thống quét xả 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 xả, bên trong có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa xả vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới vào hàng lỗ 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 xupap xả

Đặc điểm: cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupap xả được đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo xupap xả ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí xả 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

Hình 1.2 Cơ cấu quét thẳng qua xupap xả

1 - Cam; 2 - Xupap; 3 - Piston; 4 - Bơm quét khí

Trên động cơ 4 kỳ việc xả sạch khí xả và nạp đầy môi chất mới được thực hiện bởi

cơ cấu cam - xupap, cơ cấu này được sử dụng rất đa dạng Tùy theo cách bố trí xupap

và trục cam, người ta chia hệ thống phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như hệ thống phân phối khí dùng xupap treo, hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt

➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt:

Xupap được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupap thông qua con đội Xupap nạp và xupap xả 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 xupap cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn

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

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

Hình 1.3 Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt

1 - Đế xupap; 2 - Xupap; 3 - Ống dẫn hướng xupap; 4 - Lò xo; 5 - Móng hãm;

6 - Bulông điều chỉnh; 7 - Đai ốc hãm; 8 - Con đội; 9 - Cam

➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo:

Xupap 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 xupap

Khi dùng xupap treo có ưu điểm: tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt

Đường nạp, xả 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 xupap hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy hệ thống phân phối khí dùng xupap treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫn động xupap 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 xupap, 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, xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy

Hình 1.4 Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo

1 - Xupap; 2 - Nắp; 3 - Đũa đẩy; 4 - Con đội

Khi bố trí xupap treo thành hai dãy thì dẫn động xupap rất phức tạp Có thể sử dụng phương án dẫn động xupap dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy hoặc

có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp

Hình 1.5 Các phương án dẫn động xupap

a - Các xupap được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b - Xupap được dẫn động trực tiếp;

c - Xupap được dẫn động thông qua đòn bẫy

Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt trên thân máy còn xupap xả 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

Xét về ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt và hệ thống phân phối khí dùng xupap treo thấy rằng động cơ diezel chỉ dùng xupap treo do tạo được 𝜀 cao còn động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay xupap đặt nhưng ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu xupap treo Động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí kiểu xupap treo có hiệu suất nhiệt cao hơn Dùng hệ thống phân phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu và dẫn động phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân phối khí rất tốt Hệ thống phân phối khí xupap treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động

cơ 4 kỳ hiện nay

Hình 1.6 Các phương án dẫn động trục cam

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

Trục cam có thể đặt trên nắp máy hoặc ở hộp trục khuỷu Loại trục cam đặt trong thân máy 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 xupap, 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 khí

Hệ thống phân phối khí cổ điển khi làm việc ở các chế độ tải và tốc độ khác nhau thì không đạt được yêu cầu về công suất cũng như tính kinh tế nhiên liệu và ô nhiễm khí thải Chẳng hạn khi xe chạy với tốc độ cao và tải lớn thì tốc độ đóng mở xupap sẽ nhanh hơn, làm cho quá trình nạp môi chất mới và thải sạch sản vật cháy ít lại, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ Tốc độ động cơ ảnh hưởng lớn nhất đến hệ số nạp  , vkhi tăng n thì sẽ tăng tốc độ môi chất đi qua xupap nạp cũng như xupap xả Làm giảm

Pa và làm tăng Pr, mặt khác cũng làm giảm T(do giảm thời gian tiếp xúc) dẫn đến giảm

hệ số nạp  v

Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa học công nghệ kỹ thuật Các hãng sản xuất ô tô như Mazda, Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ra nhiều sản phẩm với động cơ có những tính năng cải thiện rõ rệt về hệ thống phân phối khí 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 dải tốc độ của động cơ, đảm bảo được các yêu cầu khắt khe đặt ra như việc sử dụng động cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu khi sử dụng Ngoài ra động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều quy 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 hệ thống phân phối khí gần với giá trị tính toán lý thuyết lý tưởng

Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống với hệ thống phân phối khí cổ điển Hệ thống phân phối khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở của xupap theo từng dải tốc độ của động cơ Nhờ đó mà hệ thống phân phối khí hiện đại luôn luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất

Đối với một hệ thống phân phối khí hiện đại sẽ có thêm các bộ phận khác so với hệ thống phân phối khí cổ điển ở những bộ phận sau: bộ cảm biến tốc độ quay, cơ cấu chấp hành thay đổi thời điểm đóng mở xupap, hệ thống điều khiển điện tử Bộ cảm biến 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 chấp hành thời điểm đóng mở của xupap 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 biến, xử lý tín hiệu và truyền tín hiệu đến

cơ cấu chấp hành thay đổi thời điểm đóng mở của xupap

Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và quy luật đóng mở xupap, làm cho

hệ thống phân phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm cho động cơ sử dụng hệ thống phân 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 hệ thống 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 hệ thống phân phối khí hiện đại có nhược điểm là

có nhiều chi tiết, cụm chi tiết, cần chế tạo với độ chính xác cao Hệ thống điều khiển phức tạp, việc bảo quản, sửa chữa khó khăn và giá thành cao

Hệ thống phân phối khí hiện đại điều khiển thời điểm phối khí thông minh của các hãng chủ yếu điều chỉnh theo hai cách: theo cách bố trí vấu cam (Honda ) và cách xoay trục cam (Toyota, Mazda )

* Hệ thống phân phối khí của hãng Honda là VTEC [9] (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) có nghĩa là hệ thống điều chỉnh góc phối khí kết hợp với sự thay đổi quy luật đóng mở của xupap bằng điện tử Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa việc điều chỉnh góc phối khí với sự thay đổi quy luật đóng

mở của xupap phù hợp với các 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 Hệ thống phân phối khí VTEC có hai kiểu sau:

➢ DOHC VTEC: hệ thống phân phối khí điều khiển thời điểm đóng mở của xupap nạp và xả bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên

➢ SOHC VTEC: hệ thống phân phối khí điều khiển thời điểm đóng mở của xupap nạp và xả bằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên

Hệ thống điều khiển cơ cấu DOHC VTEC và SOHC VTEC được điều khiển bởi ECU 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 lý để xử lý các tín hiệu rồi từ đó điều khiển một cách chính xác hoạt động của hệ thống phân phối khí của động cơ dưới mọi điều kiện

* Hệ thống phân phối khí của hãng Toyota là VVT-i [8] (Variable Valve Timing with Intelligence) đây là hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh, điều khiển góc phân phối khí bằng cách điều khiển xoay trục cam tương ứng Hệ thống VVT-i điều khiển xoay trục cam bằng cách dùng van điều khiển áp suất dầu (OCV) để xoay trục cam phù hợp từng chế độ làm việc của động cơ ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến

vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến áp suất khí nạp để tính toán và xử

lý Từ đó gửi tín hiệu điều khiển đến van OCV để điều khiển đường dầu xoay trục cam tương ứng với từng chế độ làm việc của động cơ

Trong công cuộc chạy đua công nghệ giữa các hãng xe thì hãng Mazda cũng cho ra đời hệ thống điều khiển xoay trục cam hay gọi là hệ thống phân phối khí thông minh S

- VT trong chuỗi công nghệ Skyactiv của Mazda Cụm từ S - VT là viết tắt từ tiếng anh Sequential Valve Timing (thay đổi thời điểm phối khí thông minh) Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí phù hợp với từng dải tốc độ làm việc của động cơ Đối với các động cơ thông thường thì có thời điểm phối khí là cố định và thường được 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 phân phối khí S - VT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của tốc độ động cơ Hệ thống phân phối khí S - VT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển van điện từ OCV điều khiển xoay trục cam xả và điều khiển động cơ điện không chổi than để xoay trục cam nạp Từ đó 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 xả, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường

Qua đó việc nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống phân phối khí thông minh S - VT trong chuỗi công nghê Skyactic của hãng ô tô Mazda là rất thiết thực, cần thiết Góp phần bổ

sung và áp dụng kiến thức đã học vào quá trình khảo sát, tính toán kiểm nghiệm trên động cơ Skyactiv - G2.0

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT TRONG

ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0

2.1 Giới thiệu về động cơ Skyactiv - G2.0

Động cơ Skyactiv - G2.0 là động cơ xăng đốt cháy cưỡng bức do hãng Mazda sản xuất, được lắp trên các dòng xe Mazda 3, Mazda 6, Mazda CX - 5 Trong khi thế giới đang dần chuyển sang động cơ điện thì công nghệ Skyactiv của Mazda trên động cơ xăng lại đang đi theo hướng phát huy tối đa tiềm năng của động cơ đốt trong trước khi chuyển sang thời kì của động cơ điện Phần lớn các nhà sản xuất ô tô khác tập trung nghiên cứu phát triển xe Hybrid và xe điện, Mazda tập trung vào việc phát triển những công nghệ đặc biệt nhằm phát huy tiềm năng của kỷ nguyên động cơ đốt trong

Hình 2.1 Động cơ Skyactiv - G2.0 Theo [5] thì động cơ Skyactiv - G2.0 có tỉ số nén cao 14:1, một tỉ số nén đáng mơ ước của động cơ đốt cháy cưỡng bức và đã khắc phục được hiện tượng hòa khí tự cháy trước khi bugi đánh lửa Đồng thời kết hợp với hệ thống phun xăng trực tiếp đa điểm, khi đó xăng được xé tơi thành hơi sương và dễ hòa trộn với không khí, dẫn đến quá trình cháy kiệt hơn và nâng cao hiệu suất đốt cháy nhiên liệu

Ngoài ra theo [10] còn kết hợp dùng hệ thống xả 4 - 2 - 1 để giảm áp suất xả của xilanh trước đó lên xilanh đang thực hiện quá trình xả Sử dụng piston đỉnh lõm để ép hòa khí vào gần tia lửa điện của bugi đã làm tăng 15% hiệu quả sử dụng nhiên liệu

Đồng thời hệ thống làm mát có bộ bơm cải tiến làm từ plastic, giảm lực cản mạch dẫn nước làm mát Sử dụng sên cam có độ cứng cao, giảm sức căng lên sên cam Xupap

sử dụng bạc đạn bi kim tại cò mổ, hành trình piston dài Hệ thống bôi trơn điều khiển

áp lực dầu hồi hai cấp độ, giảm lực cản của mạch dầu, giảm áp đầu vào các thiết bị là những tính năng cải tiến đáng kể trên động cơ Skyactiv - G2.0

Theo [5] ta có bảng sau:

Bảng 2.1 Thông số động cơ Skyactiv - G2.0

Số lượng & bố trí xilanh

Hình 2.2 Mặt cắt động cơ Skyativ - G2.0

1 - Cacte dầu; 2 - Lọc dầu; 3 - Ống dẫn dầu; 4 - Trục khuỷu;

5 - Đĩa xích dẫn động; 6 - Puly trục khuỷu; 7 - Xích dẫn động;

8 - Thanh truyền; 9 - Piston; 10 - Xéc măng; 11 - Cánh xoay; 12 - Vỏ; 13 - Trục cam;

14 - Xupap; 15 - Đĩa chặn lò xo; 16 - Lò xo xupap; 17 - Ống dẫn hướng;

18 - Đế xupap; 19 - Xilanh; 20 - Phớt chắn dầu; 21 - Bạc lót; 22 - Đuôi trục khuỷu;

23 - Má khuỷu; 24 - Đai ốc bắt cacte với thân máy; 25 - Ốc xả nhớt

1 2 3 4

6

5

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

Bên cạnh đó động cơ Skyactiv - G2.0 còn giảm thiểu khoảng 30% ma sát của các chi tiết máy vì thế nâng cao được tuổi thọ và giảm tiêu hao nhiên liệu Đồng thời động

cơ được tinh giảm chi tiết để giảm khoảng 10% khối lượng so với các thế hệ động cơ thế hệ cũ, làm cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế độ làm việc

Khối xilanh có khoảng không gian bao quanh xilanh để nước chuyển động làm giảm nhiệt độ cho động cơ và tăng cường các gân trong máy, khối xilanh đảm bảo độ cứng vững và sức bền khi làm việc của động cơ

Khi khối xilanh được đúc bằng vật liệu hợp kim nhôm làm có thể giảm nhẹ hơn so với khối xilanh đúc bằng gang qua đó hiệu suất sử dụng vật liệu tăng lên Trong xilanh cho thấy hình dạng, kết cấu của áo nước được thiết kế liền một khối, dẫn tới hiệu qủa của nước chuyển động trong áo nước làm giảm nhiệt độ động cơ đến mức tối thiểu và đúng lúc

2.2 Hệ thống nạp xả trong động cơ Skyactiv - G2.0

Công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào khối lượng và thành phần khí nạp Rõ ràng lượng không khí đi vào xilanh trong quá trình nạp sẽ phụ thuộc vào việc xilanh của động cơ được xả sạch ở mức độ nào đó trong chu trình trước Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần xả sạch sản vật cháy của chu trình trước ra khỏi xilanh để nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ Hai quá trình nạp và xả liên quan mật thiết với nhau Vì vậy kết cấu của hệ thống nạp xả phải thiết kế sao cho động cơ làm việc với hiệu quả cao nhất

Các quá trình trao đổi khí không chỉ có quan hệ tương quan với nhau mà việc tạo ra hướng chuyển động của khí nạp trong thời gian nạp ở xilanh động cơ phụ thuộc rất nhiều vào việc phân bố các xupap trên nắp xilanh Đây là một trong những yếu tố cơ bản có khả năng cải thiện việc tạo thành hỗn hợp và đốt cháy Để trao đổi khí tốt hơn xupap nạp cần được mở sớm khi piston đến điểm chết trên còn xupap xả cần đóng muộn sau điểm chết trên

Như vậy theo những nhận định trên, các hệ thống nạp và xả của động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống phân phối khí của động cơ như thời gian đóng mở các xupap, kết cấu các chi tiết trong hệ thống phân phối khí cũng như việc bố trí các xupap Vì vậy khi phân tích đặc điểm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí chúng ta cần phân tích đặc điểm của hệ thống và nạp xả trong động cơ

2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Skyactiv - G2.0

Theo nguyên lý động cơ đốt trong [2], lượng môi chất nạp vào xilanh trong mỗi chu trình động cơ 4 kỳ phụ thuộc nhiều nhất vào độ chênh áp suất của môi chất trước xupap

nạp Pk và áp suất môi chất trong xilanh Pa Suốt kỳ nạp áp suất trong xilanh đều thấp hơn Pk Sự chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi chất mới đi vào xilanh qua xupap nạp, nó ảnh hưởng đến trở lực của xupap nạp đối với dòng chảy

Hệ số nạp  là một trong những thông số đặc trưng cơ bản của động cơ trong quá vtrình trao đổi môi chất Đó là tỉ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xilanh ở đầu quá trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa xả so với lượng môi chất mới theo lý thuyết có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xilanh ở điều kiện nhiệt độ và áp suất của môi chất trước xupap nạp Ảnh hưởng đến hệ số nạp có rất nhiều yếu tố như tỉ số nén, áp suất cuối quá trình nạp, kết cấu đường ống nạp…

Tổn thất áp suất khi nạp là P a =P0 −P a Tổn thất P a càng lớn thì áp suất Pa càng nhỏ và do đó mật độ môi chất của khí nạp trong xilanh và hệ số khí nạp càng nhỏ Tổn thất của đường nạp có thể tính theo công thức:

2 ).

1 (

2

k k Bn a

Ngoài ra trong quá trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường nạp cũng ảnh hưởng rất nhiều đến việc nạp đầy môi chất mới vào xilanh Các sóng này được truyền qua lại trong đường ống nạp tạo nên hiệu ứng động của dao động áp suất Nếu sóng nén

được truyền đến khu xupap mà xupap chưa đóng sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làm tăng số nạp Khi tốc độ động cơ tăng thì vận tốc dòng khí lưu thông qua xupap nạp cũng tăng theo Sự dao động của dòng khí nạp phụ thuộc vào sự đóng mở xupap nạp

Hệ thống nạp gồm các chi tiết chính sau: bộ lọc không khí, buồng cộng hưởng, bướm ga, cổ góp nạp, ống dẫn và các cảm biến

Hệ thống nạp sử dụng cùng lúc các loại cảm biến đo lưu lượng khí nạp (MAF) và cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP), cảm biến vị trí bướm ga Bướm ga dùng để thay đổi lượng không khí trong quá trình hoạt động của động cơ, cảm biến vị trí bướm

ga lắp trên trục của bướm ga nhằm nhận biết độ mở của bướm ga Motor bướm ga để

mở và đóng bướm ga và một lò xo hồi để đóng bướm ga về vị trí cố định Motor bướm

ga là là motor điện một chiều có độ nhạy cao và ít tiêu thụ năng lượng

Bộ lọc không khí dùng để lọc không khí, bụi bẩn trước khi đi vào động cơ, đảm bảo khí nạp sạch cung cấp trong quá trình cháy Ngoài ra còn làm giảm sự mài mòn trên động cơ

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống nạp không khí động cơ Skyactiv - G2.0

1 - Bộ lọc khí; 2 - Cảm biến MAF; 3 - Bướm ga;

4 - Cổ họng gió; 5 - Cảm biến MAP; 6 - Đường ống nạp

2.2.2 Đặc điểm hệ thống xả trong động cơ Skyactiv - G2.0

Hệ thống xả trong động cơ có nhiệm vụ xả sạch khí cháy ra ngoài, qua đó nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh động cơ Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môi trường để đảm bảo tiêu chuẩn khí xả quốc tế Để thỏa mãn điều kiện này, kết cấu các chi tiết của hệ

thống phân phối khí cần phải phù hợp Vì vậy khi phân tích hệ thống phân phối khí cần phân tích hệ thống xả của động cơ

Sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy với áp suất Pr > Pxả (áp suất khí trong đường xả) tạo ra sự chênh áp Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí qua xupap xả và phụ thuộc vào trở lực của bản thân đường xả

Xupap xả thường đóng sau điểm chết trên nhằm làm tăng thêm giá trị tiết diện thời gian mở cửa xả đồng thời để tận dụng độ chênh áp giữa Pr và áp suất trong đường xả cùng với quán tính của dòng khí xả tiếp tục xả sạch khí sót ra ngoài làm tăng hiệu quả cho động cơ

Ngoài ra hệ thống phải đảm bảo cho khí xả ra môi trường bên ngoài ít gây ra ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn Trong quá trình cháy trong động cơ, đã sản sinh ra các chất độc hại, gây ảnh hưởng không nhỏ đến ô nhiễm môi trường Khí cháy từ xilanh động cơ

đi ra môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn như CO2, H2O, N2 còn chứa các sản vật chưa được cháy hoàn toàn Đầu tiên là oxit cacbon CO được hình thành khí nhiên liệu cháy trong điều kiện thiếu oxy Dưới tác động của nhiệt độ cao CO được oxy hóa thành CO2 Oxit Nitơ được tạo thành ở vùng sản phẩm cháy sau màng lửa, lượng này tăng nhanh khi nhiệt độ tăng Khi đi ra hệ thống xả hoặc ngoài khí quyển chúng được oxy hóa một phần thành NO2 Ngoài các thành phần độc hại trên, trong sản phẩm cháy còn có những chất độc hại khác như muội than, cacbuahydro, andehyd…Với những chất này không những gây nên ô nhiễm mà còn dễ gây ảnh hưởng đối với con người

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xả động cơ Skyactiv - G2.0

1 - Cổ góp xả; 2 - Bộ xúc tác ba chức năng; 3 - Giảm âm phụ; 4 - Giảm âm chính

Để đảm bảo các yêu cầu trên, cổ góp xả của hệ thống xả trong động cơ Skyactiv - G2.0 được chế tạo bằng vật liệu inox Với vật liệu này làm tản nhiệt nhanh trên đường

xả hiện đại hơn các động cơ khác cổ góp được chế tạo bằng gang

Để đảm bảo vấn đề ô nhiễm môi trường thì hệ thống xả trong động cơ còn lắp bộ phận xúc tác khí xả Khí xả khi đi qua lớp xúc tác của katalizator, làm tăng tốc quá trình phản ứng oxy hóa hoặc hoàn nguyên Để cho việc xúc tác xảy ra sử dụng các kim loại khác nhau như platin, đồng, nikel…Để trung hòa NOx ở katalizator có môi trường hoàn nguyên, tức là liên kết hóa học oxy có ở khí xả Các chất này khi đi qua bộ phận xúc tác khí xả sẽ bị khử nhờ oxy hóa hoặc làm giảm bớt đi nồng độ của chúng trước khi ra môi trường bên ngoài Tuy nhiên khi sử dụng bộ xúc tác khí xả thường bị đóng muội than Theo [6] hệ thống xả 4-2-1-3 có ống xả lớn hơn và dài hơn, được bố trí sao cho đoạn kết nối giữa các ống xả 4-2, 2-1, 1-3, 3-4 là dài nhất (trên 60 cm) Đoạn ống xả nối giữa xilanh số 2 và 3 tuy ngắn nhưng đây không phải là hai xilanh xả khí liên tiếp nhau Hệ thống ống xả 4-2-1-3 có tiết diện lớn hơn để giảm áp suất, dài hơn để áp lực khí xả tác động đến xilanh kế tiếp phải chậm lại, không rơi vào đúng thời điểm xupap xả được mở Việc kéo dài ống xả cũng giúp cho khí xả giảm được nhiệt độ trước khi tiếp xúc với chất xúc tác ở bình lọc khí xả, giúp cho tuổi thọ của các chất xúc tác được kéo dài và nâng cao hiệu quả của việc loại bỏ các chất khí độc hại Qua đó thải sạch sản vật cháy và giảm nhiệt độ khí sót trong xilanh và nâng cao được tỉ số nén mà không xảy ra hiện tượng cháy sớm

Hình 2.5 Hiệu quả giảm khí sót bằng hệ thống xả 4 - 2 - 1

Trên ống xả có gắn cảm biến oxy để thu nhận tín hiệu nồng độ oxy có trong khí xả rồi báo về ECU xử lý, xác định tỉ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu có giàu hay nghèo hơn tỉ lệ hỗn hợp lý tưởng, từ đó ECU sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào cho phù hợp

Đồng thời khí xả trước khi ra ngoài môi trường phải đi qua bộ giảm âm, cho phép động cơ hoạt động êm dịu ở tốc độ thấp và làm giảm áp lực tác dụng lên đường ống xả khi động cơ hoạt động ở tốc độ trung bình hoặc cao

2.3 Hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactic - G2.0

Hệ thống phân phối khí của động cơ Skyactiv - G2.0 thuộc kiểu dùng xupap treo, gồm hai trục cam dẫn động gián tiếp xupap là cam nạp và cam xả Trục cam dẫn động xupap được đặt trên nắp máy, ở đầu mỗi trục cam được lắp bánh răng xích dẫn động từ trục khuỷu động cơ và các bánh răng xích trục cam được dẫn động bằng xích Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ căng xích tự động bằng thủy lực

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupap trên đỉnh buồng đốt gồm 2 xupap nạp và 2 xupap xả Các đường ống nạp xả của động cơ được bố trí sang hai bên của động cơ

Để hệ thống phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dải tốc độ động cơ thì

ở đầu trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay trục cam điều khiển bằng điện thông qua motor điện, còn ở đầu trục cam xả thì cơ cấu xoay trục cam được điều khiển thủy lực thông qua van điện từ OCV Từ đó đáp ứng được các pha phân phối khí của xupap phù hợp với từng dải tốc độ làm việc của động cơ

2.3.1 Hệ thống dẫn động trục cam

Trong động cơ Skyactiv - G2.0 trục cam được bố trí phía trên nắp xilanh và dây xích dùng để dẫn động trục cam thường là loại xích răng cao tốc làm bằng thép hợp kim có sức bền rất cao khi chuyển động gây ra tiếng động ở mức thấp nhất Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách xa Khi xích ăn khớp dễ bị rung động và sau một thời gian sử dụng xích thường bị rão con lăn, chốt xích gây ra tiếng ồn và sai lệch pha phân phối khí do đó phải tăng cường sức bền cho sên cam để làm việc đạt hiệu qủa tốt nhất

Tuy nhiên truyền động bằng xích khá đắt tiền, dễ bị rung động khi thay đổi tải và gây ra tiếng ồn Quá trình làm việc bộ truyền xích cần được bôi trơn và sử dụng bộ phận dẫn hướng, giảm chấn Ngoài ra để đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định cần phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được

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 dộng 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 cấu dẫn động trở nên phức tạp

Hình 2.6 Hệ thống dẫn động trục cam

1 - Lò xo vấu hãm; 2 - Vấu hãm; 3 - Piston; 4 - Lò xo; 5 - Van bi;

6 - Rãnh trượt; 7 - Đĩa xích dẫn động cam nạp; 8 - Xích cam;

9 - Đĩa xích dẫn động cam xả; 10 - Dẫn hướng xích cam;

11 - Tăng xích cam; 12 - Bánh răng dẫn động xích cam

Nguyên lý làm việc của bộ căng xích tự động: khi động cơ bắt đầu hoạt động, xích dẫn động làm việc và căng theo Trong quá trình hoạt động lâu dài các mắt xích sẽ bị mòn làm cho độ chùng của xích tăng lên vượt quá giới hạn cho phép Khi xích chùng đến giới hạn đó dầu có áp suất cao được đưa vào qua van bi Dưới áp lực dầu, piston bị

ép về phía bên trái đẩy thanh dẫn hướng xích đi theo và xích được căng ra Trên piston

có khía rãnh, các khía rãnh này ăn khớp với rãnh trên chốt hãm 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

2.3.2 Sơ đồ bố trí xupap và nguyên lý làm việc của hệ thống phân phối khí

Hệ thống phân phối khí của động cơ Skyactiv - G2.0 dùng xupap treo Với kiểu bố trí này làm cho buồng cháy động cơ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt Ngoài ra với trang bị cảm biến ion nhằm phát hiện và ngăn chặn cháy sớm, cháy kích nổ từ đó cải thiện độ ổn định và hiệu quả làm việc của động cơ

Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo làm cho đường xả và đường nạp thanh thoát hơn khi các đường ống nạp và ống xả bố trí về hai phía của động cơ, làm cho sức cản khí động học giảm Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupap làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giảm được đường kính nấm xupap, từ đó các xupap không bị quá nóng và tăng được sức bền

Nguyên lý làm việc của hệ thống phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản

là quá trình vấu cam tác động lên cò mổ để mở xupap và quá trình lò xo giãn đóng kín xupap

• Quá trình vấu cam tác động lên cò mổ để mở xupap: khi động cơ làm việc dẫn đến trục khuỷu quay theo, thông qua dẫn động xích làm cho bánh răng xích cam lắp ở đầu trục cam quay theo nên làm cho trục cam đóng mở xupap quay Vấu cam tiếp xúc với cò mổ thì một đầu cò mổ tác dụng nén lên piston đẩy, lúc này van bi 1 chiều đóng, dầu trong buồng áp suất được giữ kín nên con đội cố định làm điểm tựa để cò mổ nén lò xo lại và đồng thời xupap dịch chuyển đi xuống

mở cửa nạp để nạp môi chất mới vào buồng đốt động cơ Qúa trình mở xupap xả

để thực hiện quá trình xả khí cháy ra ngoài môi trường tương tự như mở xupap nạp

• Quá trình lò xo giãn đóng kín xupap: khi trục cam quay dẫn tới vấu cam di chuyển cho đến khí đỉnh của vấu cam nhả dần cò mổ làm cò mổ đi lên, lúc này piston con đội thủy lực đi lên theo nên van bi mở ra để dầu điền vào buồng áp suất, đẩy xupap tịnh tiến về ban đầu nhờ lực đàn hồi của lò xo xupap thực hiện quá trình đóng kín xupap

2.3.3 Kết cấu xupap

Xupap là chi tiết trực tiếp cho dòng khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài với một thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston Trong quá trình làm việc xupap chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt lớn

• Về tải trọng cơ học: nấm xupap chịu áp suất khí thể và chịu tác động của lực quán tính nên khi làm việc luôn bị va đập với đế xupap nên rất dễ gây biến dạng

• Về tải trọng nhiệt: xupap xả làm việc trực tiếp với khí xả có nhiệt độ khoảng

10001200 0C và với tốc độ dòng khí đi qua xupap lớn, xupap xả thường quá nóng và bị xâm thực Xupap nạp nhờ dòng khí nạp làm mát nên chịu nhiệt nhỏ hơn xupap xả

Vật liệu chế tạo xupap là các thép hợp kim chịu nhiệt tốt, với lớp hợp kim này làm

cho xupap ít mòn và chống được gỉ của mặt nấm xupap xả

Kết cấu của xupap gồm 3 phần chính: nấm xupap, thân xupap và đuôi xupap

Hình 2.7 Kết cấu xupap nạp và xupap xả

* Nấm xupap:

Kết cấu của nấm xupap có ảnh hưởng quyết định đến phương pháp chế tạo xupap,

bề mặt chịu nhiệt, độ bền, trọng lượng và tình trạng của dòng khí lưu động qua họng đế xupap Nấm xupap nạp và xupap xả của động cơ Skyactiv - G2.0 được sử dụng là loại nấm bằng vì của loại này là đơn giản, dễ chế tạo

Mặt làm việc quan trọng của phần nấm xupap là mặt côn, có góc độ  45= 0 Góc

 này càng nhỏ thì tiết diện lưu thông càng lớn Tuy nhiên khi  nhỏ thì mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững của mặt nấm càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xupap

Góc của mặt côn trên nấm xupap còn làm nhỏ hơn góc của mặt côn trên đế xupap

từ 0,510 để xupap có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt côn Làm như vậy có thể đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ

2

Ø 31.7

Ø5.5 3

45° 3.2