1.3 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ
1.3.1 Các phương án bố trí xupap và dẫn động xupap
Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt:
Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupap thông qua con đội. Xupáp nạp và xupap 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 xupap cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn.
Hình 1.5: Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt.
1 – Trục cam; 2 – Thân máy; 3 – Con đội; 4 – Đế lò xo xupap; 5 – Lò xo xupap; 6 – Ống dẫn hướng; 7 – Xupáp; 8 – BR dẫn động bánh răng cam
Ưu điểm của phương pháp này là: chiều cao động cơ giảm xuống, số chi tiết ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề mặt cam và con đội ít bị mòn hơn.
Nhược điểm của phương pháp 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 xupap 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 xupap.
Ưu điểm của phương pháp này là: 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 xupap. 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 xupap hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí.
Nhược điểm của phương pháp này là: 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 1.6: Cơ cấu phân phối khí có xupap treo 1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Vít điều chỉnh; 5 – Trục đòn bẫy;
6 – Đòn bẫy; 7 – Đế chặn lò xo; 8 - Lò xo xupap; 9 - Ống dẫn hướng; 10 – Xupáp; 11 – Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu.
Khi trục cam quay, cam sẽ truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội làm cho đũa đẩy chuyển động tịnh tiến do đó làm cho đòn gánh quay quanh trục đòn gánh. Đầu đòn gánh sẽ nằm đè lên đuôi xupap làm cho xupap chuyển động tịnh tiến đi xuống mở cửa nạp và xả để thực hiện quá trình trao đổi khí.
Vào lúc cam không đôi con đội thì lò xo xupap sẽ giãn ra, làm cho xupap chuyển động đi lên đóng cửa nạp và xả lại để thực hiện quá trình nén, cháy, giãn nở và sinh công. Ở tư thế này, lúc máy còn nguội, giữa đầu đòn gánh và đuôi xupap sẽ có
khe hở gọi là “khe hở nhiệt”. Nhờ nó, khi máy làm việc, do nóng lên, xupap có giãn nở buồng đốt cũng không bị hơn nhiệt.
Kết luận: So sánh ưu nhược điểm của hai phương án bố trí xupap đặt và 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 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 xupap treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ.
1.3.1.2 Dẫn động xupap
Xupap được dẫn động gián tiếp thông qua các chi tiết trung gian như con đội, đũa đẩy, đòn gánh, cò mổ… Ngoài ra để giảm bớt các chi tiết dẫn động trung gian, xupap được dẫn động trực tiếp từ cam.
Hình 1.7: Các phương án dẫn động xupap
a– Xupáp được dẫn động trực tiếp; b – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy