Tiểu luận hệ thống phân phối khí CVVT 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

TIỂU LUẬN MƠN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH
(CVVT) TRÊN ĐỘNG CƠ HUYNDAI G4KA
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Lớp: 21DOTA3
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện :

TP.HCM, ngày 11 tháng 03 năm 2022

1


LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp đi đầu,kéo theo sự
phát triển của các ngành cơng nghiệp khác.Vì vậy, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô
được xem là nhân tố tác động tích cực thúc đẩy các ngành có liên quan phát triển,tạo động lực xây dựng
nền cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.Cùng với sự phát triển của các ngành cơng nghiệp khác thì ơ
tơ ln là ngành cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng trong nền công nghiệp thế giới. Trong những năm
gần đây thì các hãng ơ tơ vẫn khơng ngừng đưa ra các mẫu xe mới ngày càng tân tiến hơn,hiện đại hơn
với những cơng nghệ tối ưu và an tồn ,tiết kiệm nhiên liệu hơn để đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu ,nhằm
đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng. Huyndai là hãng xe tiên phong cho lĩnh vực nâng cấp và cải
tiến mẫu mã ,thiết kế phù hợp với thị trường.Sau những lần họp nhóm chúng em cũng tìm được đề tại phù
hợp với nhóm em là đề tài: Tìm hiểu hệ thống phân phối khí thơng minh (CVVT) trên động cơ
HUYNDAI G4KA

2

Mục lục
MỤC LỤC...................................................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ........................................6
1.1. Mục đích:.......................................................................................................................................................................6
1.2. u cầu:.........................................................................................................................................................................6
1.3. Phân loại:.......................................................................................................................................................................6
1.4. Hệ thống phân phối khí trong động cơ 4 kỳ............................................................................................................6
1.4.1. Các phương án bố trí supáp và dẫn động supáp:....................................................................................6
1.5. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:..............................................................................10
1.5.1. Trục cam:................................................................................................................................................ 10
1.5.2. Con đội:................................................................................................................................................... 12
1.5.3. Đũa đẩy:.................................................................................................................................................. 13
1.5.4. Đòn bẩy:.................................................................................................................................................. 14
1.5.5. Suppap:................................................................................................................................................... 15
1.5.6. Đế suppap:............................................................................................................................................... 15
1.5.7. Ống dẫn hướng:...................................................................................................................................... 16
1.5.8. Lò xo xupap:........................................................................................................................................... 17

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ G4KA.................................................................18
2.1. Giới thiệu động cơ G4KA:........................................................................................................................................18
2.2Hệthống nạp, thải trong động cơ G4KA:.................................................................................................................20
2.3. Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA:......................................................................................................21
2.3. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ G4KA:......................................................................................................24

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH CVVT
(CONTINUOUSLYVARIBLE VALVE TIMING)............................................................25
3.1 Giới Thiệu chung về hệ thơng phối khí trên động cơ G4KA:..............................................................................25

3.1.1 Cơ cấu dẫn động trục cam:..................................................................................................................... 25
3.1.2. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí:..................................................26
3.2. Đặc điểm , cấu tạo của hệ thống thay đổi góc phân phối khí:............................................................................27
3.2.1. Bộ điều khiển của hệ thống:................................................................................................................... 29
3.2.2. Van điều khiển phối khí:........................................................................................................................ 30
3.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp:........................................................................31
3.2.4. Cảm biến vị trí trục cam:....................................................................................................................... 33

CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN............................................................................................... 35
4.1. Những hư hỏng...........................................................................................................................................................35
4.2. Các phương pháp kiểm tra, phân loại chi tiết.......................................................................................................35

3


Danh mục hình
Hình 1-1: Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt.
Hình 1-2: Cơ cấu phân phối khí dùng suppap treo.
Hình 1-3: Các phương án dẫn động xupap
Hình 1-4: Các phương án dẫn động trục cam
Hình 1-5: Kết cấu trục cam.
Hình 1-6: Kết cấu đầu trục cam.
Hình 1-7: Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
Hình 1-8: Kết cấu con đội con lăn.
Hình 1-9: Các dạng đũa đẩy
Hình 1-10: Kết cấu địn bẩy.
Hình 1-11: Kết cấu suppap
Hình 1-12: Kết cấu đế suppap.
Hình 1-13: Kết cấu ống dẫn hướng.
Hình 1-14: kết cấu lị xo xupap

Hình 2-1: Hình chiếu đứng động cơ G4KA.
Hình 2-2: Mặt cắt động cơ G4KA
Hình 2-3: Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động cơ G4KA.
Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ
Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xốy lốc khí nạp
Hình 3-1: Hệ thống dẫn động trục cam.
Hình 3-2: Sơ đồ bố trí xupáp.
Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CVVT
Hình 3-4: Sơ đồ điều khiển điện tử.
Hình 3-5: Cấu tạo bộ điều khiển.
Hình 3-6: Cấu tạo của van điều khiển phối khí (OCV).
Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất.
Hình 3-8: Cảm biến vị trí trục cam.
Hình 3-9: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.
4


5


CHƯƠNG 1: Khái quát về hệ thống phân phối khí
1.1. Mục đích:
Thực hiện nhiêm vụ điển khiển q trình trao đổi khí trong xilanh động cơ: đẩy
khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp khí hoặc khơng khí mới vào xilanh động cơ,
để động cơ có thể hoạt động được liên tục.
1.2. Yêu cầu:
Cơ cấu phối khí phải đảm bảo các u cầu sau:
Q trình thay đổi khí như nạp đầy thải sạch.
Đóng mở suppap đúng quy luật và đúng thời gian quy định.
Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thơng.

Đóng suppap phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, cháy khơng bị lọt khí.
Ít mịn và va đập, mòn đều trong điều kiện nhiệt độ cao.
Dễ dàng điều chỉnh, thay thế, sửa chữa, và giá thành chế tạo thấp.
1.3. Phân loại:
Cơ cấu phân phối khí dùng suppap: 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 (qt vịng), piston của chúng
làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng trong động cơ này
khơng 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 van trượt để nạp và xuppap để thải
khí.
1.4. Hệ thống phân phối khí trong động cơ 4 kỳ
Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy mơi chất mới được thực hiện bởi
cơ cấu cam - xupap, cơ cấu cam - xupap được sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố trí
xuppap 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 xupap treo, cơ cấu phối khí dùng xupap đặt…
1.4.1. Các phương án bố trí supáp và dẫn động supáp:
1.4.1.1. Phương án bố trí xupap
* Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt:
6


Suppap được lắp ở một bên thân máy, phía trên trục cam và được trục cam dẫn động
xupap thông qua con đội. Xupap 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.

Hình 1-1: Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt.
1 – Ống dẫn hướng suppap; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lị xo; 4 –Móng ngựa; 5 – suppap; 6 –
Địn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế suppap; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
Ưu điểm:
Giảm chiều cao động cơ
Kết cấu của nắp máy đơn giản và dẫn động xupap cũng dễ dàng
Khuyết điểm:
Buồng cháy không gọn,
Việc đúc và gia cơng phức tạp thân máy, đường thải,
Diện tích chuyền nhiệt lớn nên tính kinh tế cảu động cơ kém ( tiêu hao nhiên liệu, giảm
hệ số nạp..)
+ Cơ cấu 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.
Ưu điểm:
Tạo được buồng cháy gọn,
7


Diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Tăng ty số nến
Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dịng khí lưu
thơng thanh thốt hơn, làm cho sức cản khơng khí nhỏ nên tang được hệ số nạp từ 5-7%
Khuyết điểm:
Dẫn động xupap phức tạp
Làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh hết sức phức tạp, rất khó đúc
và gia cơng.
1.4.1.2. Phương pháp dẫn động xupap.
Để dẫn động xupap, trục cam có thể bố trí trên nắp máy hoặt hộp trục khủy, 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, địn bẫy…

Hình 1-2 Cơ cấu phân phối khí dùng suppap treo.
1 – Ống dẫn hướng xupap; 2 – Lị xo; 3 – Đĩa lị xo; 4 –Móng ngựa; 5 – suppap; 6 –
Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupap; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
Khi bố trí xupap treo thành hai hàng, 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 địn bẩy, hoặc
có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.
.

8


Hình 1-3 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 thơng qua địn bẫy.
Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt
trên thân máy còn xupap 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 thơng 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 xupap đặt và treo thấy
rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupap treo, do tạo đượccao 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.
1.4.1.3. 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 cơn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh răng cơn cần có ổ

9


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 mịn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối.

Hình 1-4 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.
1.5. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:
1.5.1. Trục cam:
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupap hút và thải
đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.

10


Hình 1-5Kết 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 bơi trơn.

Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở xupap 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 cịn 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
+ 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. Cịn 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 cơn.

Hình 1-6 Kết cấu đầu trục cam.

11


1 – Vỏ máy; 2 – Bulơng hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vịng 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.
1.5.2. Con đội:
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến xupap
thông qua đũa đẩy và đòn bẩy.

Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lị xo
xupap và lực qn tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được tôi
cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ:
Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm dùng
cho hệ thống phối khí xupap đặt, đơi khi dùng cho suppap kiểu treo, con đội được khoét
rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2 0,3) mm.
Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt 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 suppap đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở suppap bắt trên phần đầu của thân.

Hình 1-7 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lị xo chặn, chốt và con lăn. Lị xo chặn có tác dụng
khơng cho con đội xoay. Ngồi ra, cịn có bulơng bắt trong thân máy để con đội hoạt
động đúng hướng.

12


Hình 1-8 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 khơng cịn tồn tại khe hở nhiệt.

Ngồi ra, dùng con đội thủy lực cịn 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 suppap mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều đó rất có
lợi đối với q 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 bơi
trơn. Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con đội thủy lực phải rất sạch và độ nhớt ổn định,
ít thay đổi.
1.5.3. Đũa đẩy:

Hình 1-9 Các dạng đũa đẩy

13


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 xupap 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). Đơi 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 tơi đạt độ
cứng HRC 50 60.
1.5.4. Địn bẩy:
Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupap theo
đúng theo pha phân phối khí. Địn bẩy được gắn trên trục của nó. Hoạt động của đòn bẩy
nhờ vào đũa đẩy hoặc cam. Nhờ có địn bẩy xupap 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 đi xupap thường có mặt tiếp
xúc hình trụ được tơi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mịn thay thế được dễ
dàng.

Hình 1-10 Kết cấu địn bẩy.
Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên địn bẩy được bơi trơn bằng dầu nhờn chứa trong
phần rỗng của trục. Ngồi ra trên địn bẩy người ta cịn khoan lỗ để dẫn dầu đến bơi trơn
mặt tiếp xúc với đuôi xupap và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.
Vật liệu chế tạo: Địn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung bình.

14


1.5.5. Suppap:
Nhiệm vụ của xupap là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngồi với thời
gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston. Xupap hoạt động được theo chiều thẳng
đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupap.
Miệng xupap được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupap và dẫn nhiệt truyền
qua xupap khi xupap đóng. Xupap được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupap nạp phải chịu
nhiệt độ khoảng 4000C và xupap xả phải chịu nhiệt độ 500 – 8000C.
Kết cấu xupap: 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 đi có nhiệm vụ định vị lị xo khi lắp ráp. Để tránh hao
mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp và thải một
vòng đế xupap.
Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) và Tungsten
(W). Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mòn cao và chống lại sự oxy hóa ở nhiệt độ
cao. Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupap hay đế xupap để tăng khả năng chịu
nhiệt

Hình 1-11 Kết cấu suppap
a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; d, đ,e) – Nấm lồi; c) – Nấm xupap được làm rỗng.
1.5.6. Đế suppap:
Để tránh hao mòn thân máy người ta dùng đế suppap ép vào họng của đường ống
nạp và đường ống thải.

15


Hình 1-12 Kết cấu đế suppap.
a) - Đế có mặt ngồi dạng hình trụ; b) - Đế mặt ngồi hình côn; c) - Đế lắp vào nắp
xilanh bằng ren; d) - Đế ép khi bị lỏng ra; e) - Đế có ren.
Đế có mặt ngồi là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ chắc
đế xupap. Có khi mặt ngồi là mặt cơn. Loại này có khi khơng 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.
1.5.7. Ống dẫn hướng:
Để dễ sữa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xilanh ở chỗ lắp xupap,
người ta lắp ống dẫn hướng trên các chi tiết máy này. Xupap 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 cịn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanh nhôm. Loại
ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bơi trơn cũng khơng xảy ra hiện tượng
kẹt xupap.

Hình 1-13 Kết cấu ống dẫn hướng.
a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai.

16

1.5.8. Lị xo xupap:
Lị xo xupap có nhiệm vụ giữ cho xupap đóng kín sát với đế xupap khơng cho khí nén
trong buồng đốt bị lọt ra ngồi. Lị xo xupap giữ cho các chi tiết làm việc của xupap nạp
và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lị xo trong khi suppap chuyển động do
đó đóng mở xupap chính xác theo biên dạng cam.
Mỗi suppap thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ở ngồi.
Mỗi lị xo có độ cứng khác nhau. Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng của xupap khi
động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Lò xo xupap thường được dùng là lị xo kín hay lị xo tác
động kép. Nó đảm bảo xupap làm việc tốt ở tốc độ cao.

Hình 1-14 kết cấu lò xo xupap
a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lị xo hình cơn.
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…

17


Chương 2: Khảo sát động cơ G4KA
2.1. Giới thiệu động cơ G4KA:
Động cơ G4KA do hãng HUYNDAI sản xuất, được lắp trên xe ACCENT 2022. Động
cơ G4KA là một trong những động cơ có tính năng vượt trội so với những động cơ đương
thời. Động cơ G4KA là động cơ xăng với 4 xilanh được sếp thẳng hàng, có 16 xupap bao
gồm 8 nạp và 8 xả. Các xupap đựợc dẫn động trực tiếp từ trục cam. Trục cam được đặt
trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupap (CVVT). G4KA 2.0L tích hợp 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.
Bên cạnh đó động cơ cịn tích hợp hệ thống cảm biến nhiệt độ dầu OTS (Oil

Temperature Sensor) và dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ. Với những cải tiến
này mang lại cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế độ làm việc.

Hình 2-3: Hình chiếu đứng động cơ G4KA.
1 – Bơm nước; 2- Bệ đở động cơ hình thang; 3 - Cát te;

18


19

18

17

16

15

14
13
12

20

11
10

21
9

22

8
7
6
5
4

3
23
2
24

25

26

1

27

Hình 2-4: Mặt cắt động cơ G4KA
1 – Cácte; 2 - Lọc dầu bôi trơn; 3 – Ống dẫn hướng dầu bơi trơn; 4 - Trục khuỷu;
5 – Đĩa xích đầu trục khuỷu; 6 – Buly trục khuỷu; 7 – Xích dẫn động;
8 – Thanh truyền; 9 - Chốt piston; 10 – Xécmăng; 11 – Bánh xích dẫn động trục cam;
12 – Cánh xoay; 13 - Vỏ xoay trục cam; 14 - Trục cam; 15 – Xupáp;
16 – Đĩa chặn lò xo; 17 – Con đội; 18 – Lò xo xupáp; 19 - Ống dẫn hướng;
20 - Đế xupáp; 21 – Xilanh; 22 - Phớt chắn dầu; 23 – Đuôi trục khuỷu;
24 - Bạc lót; 25 – Đai ốc bắt chặt catte và than máy; 26 - Chốt khuỷu;
19

27 - Cổ trục khuỷu
Bảng 2 - Thông số động cơ:
Hạng mục
Thông số

S
Đơn
2.2Hệthố TT
ng nạp,
vị
thải trong
động cơ
1
Loại máy
G4KA
2
Số xi lanh
4 xi lanh
G4KA:
3
Cơ cấu xupáp
DOHC
Cơng suất
của động cơ
4
Cam đóng mở xupáp
CVVT
phụ thuộc

rất lớn vào
5
Tổng
dung
tích
1998
cc
khối lượng
và chất
6
Đường
kính
piston
x
Hạnh
86
x
86
mm2
lượng khí
nạp. Lượng
trình
khơng khí
đi vào
7
Tỷ
số
nén
10,5
xilanh trong

q trình
8
Số vịng quay lớn nhất
6000
v/phú
nạp sẽ phụ
thuộc vào
t
việc xilanh
của động cơ
9
Cơng suất cực đại
104/6000
KW/r
được thải
sạch ở mức
pm
độ nào đó
trong chu
10
Mơmen xoắn cực đại
188/4250
N.m/r
trình trước.
Trong chu
pm
trình làm
việc của
11
Thứ tự nổ

1-3-4-2
động cơ đốt
trong cần
12
Dung tích thùng chứa nhiên
55
Lit
thải sạch
sản vật
liệu
cháy của
chu trình
13
Phun xăng điện tử
có
trước ra
khoải
xilanh để nạp đầy mơi chất mới vào xilanh động cơ. Hai quá trình nạp và thải liên quan
với nhau. Vì vậy kết cấu của hệ thống nạp thải phải thiết kế sao cho động cơ làm việc với
hiệu quả cao nhất.
Các q trình trao đổi khí khơng chỉ có quan hệ với nhau mà việc tạo hướng chuyển
động của mồi mới khí nạp trong thời gian nạp ở xilanh động cơ phụ thuộc vào việc phân
bố các xupáp 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 xupáp nạp cần được mở sớm trước khi píttơng đến ĐCT cịn
xupáp xả cần đóng muộn sau khi píttơng đến ĐCT.
Như vậy theo những nhận định trên, các hệ thống nạp và thải 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 cơ cấu phân phối khí cũng như việc bố trí các xupáp…Vì vậy khi
phân tích đặc điểm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí chúng ta cần phân tích đặc

điểm kết cấu của hệ thống và nạp thải trong động cơ

20


2.3. Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA:
Theo nguyên lý động cơ đốt trong, lượng môi chất nạp vào xilanh trong mỗi chu trình
động cơ bốn kỳ phụ thuộc nhiều nhất vào độ chênh áp suất của môi chất trước xupáp 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 xupáp nạp, nó
ảnh hưởng đến trợ lực của xupáp nạp đối với dịng chảy.
Hệ số nạp là một trong những thơng số đặc trưng cơ bản của động cơ trong quá trình
trao đổi mơi chất. Đó là tỷ số giữa lượng mơi chất mới thực tế nạp vào xilanh ở đầu quá
trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng mơi chất mới theo lý thuyết có
thể nạp đầy vào thể tích cơng tác của xilanh ở điều kiện nhiệt độ và áp suất của môi chất
trước xupáp nạp. Ảnh hưởng đến hệ số nạp có rất nhiều yếu tố như: Tỷ số nén, áp suất
cuối quá trình nạp, kết cấu đường ống nạp…
Sức cản của đường nạp: Tổn thất áp suất khi nạp là . Tổn thất càng lớn thì áp suất p a
càng nhỏ và do đó mật độ mồi mới khí nạp trong xilanh và hệ số khí nạp càng nhỏ. Tổn
thất của đường nạp có thể tính theo cơng thức:
Với là hệ số cản của hệ thống nạp, đặc trưng cho tính chất đường nạp ví dụ như tiết
diện lưu thơng qua xupáp nạp.
là tốc độ trung bình của mồi mới khí nạp ở tiết diện đặc trưng của xupáp nạp. Như vậy
tốc độ dịng khí nạp ảnh hưởng rất lớn đến tổn thất áp suất .
Một trong những biện pháp làm tăng hệ số nạp là bố trí bốn xupáp cho mỗi xilanh động
cơ. Sức cản của hệ thống nạp phụ thuộc đáng kể vào chỗ ngặt, co thắt và độ nhám bề mặt
của xupáp.
Trong hệ thống nạp của động cơ, xupáp nạp là nơi có tiết diện lưu thơng nhỏ nhất nên
trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Tăng đường kính xupáp sẽ mở
rộng tiết diện lưu thông qua xupáp, nhưng lại bị hạn chế bởi vị trí và cấu tạo của xupap.

Việc tăng hành trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở các xupap, tăng thời gian giữ xupap ở
vị trí mở lớn nhất, đều làm tăng khả năng lưu thông qua xupap. Thế nhưng những vấn đề
trên đều bị giới hạn bởi phụ tải động do lực quán tính của cơ cấu phân phối khí tạo ra.
Mặt khác khi xupap đã mở hết hành trình khoảng cách từ mép nấm đến thành cũng gây
ảnh hưởng đến lực cản của dòng chảy. Khoảng cách trên nếu nhỏ sẽ làm giảm hiệu suất
lưu thông của tiết diện sát thành xilanh và làm tăng lực cản.
Ngoài ra trong q trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường nạp cũng ảnh
hưởng rất nhiều đến việc nạp đầy mơi 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

21


làm tăng số nạp. Khi tốc độ động cơ tăng thì vận tốc dịng khí lưu thơng qua xupap nạp
cũng tăng theo. Sự dao động của dịng khí nạp phụ thuộc vào sự đóng mở xupap nạp.

Hình 2-5: Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động cơ G4KA.
1- Buồng cộng hưởng; 2 - Ống lấy gió ngồi; 3 – Lọc gió; 4 – Buồng cộng hưởng; 5 –
Cổ nạp; 6 – Cơ cấu đóng mở van xốy lốc khí nạp; 7 – Cơ cấu đóng mở van biến thiên
đường nạp; 8 – Van điện từ biến thiên đường nạp; 9 – Van điện từ xốy lốc khí nạp; 10 –
Buồng chân không; 11 – Cụm bướm ga.
* Chức năng của hệ thống biến thiên đường nạp:
Hệ thống biến thiên đường nạp làm tăng mô-men cho động cơ từ dãi tốc độ thấp đến
cao. Để làm tăng hiệu suất trong quá trình nạp. Điều này làm cho động cơ đạt được
mơmen cao hơn ở mọi dãi tốc.
+ Tác dụng của quá trình nạp mơi chất theo qn tính:
Sự dao động của dịng khí trong cổ nạp phụ thuộc vào sự đóng mở của xupap nạp. Khi
xupap nạp đóng, khơng khí bị nén lại gần phía xupap nạp do lực quán tính. Điều này làm
tạo ra một sóng áp suất của khí nạp dội ngựợc về bề mặt cánh bướm ga và đồng thời sau

đó ngược lại sóng áp suất này cũng dội ngược lại về phía xupap nạp đến khi nó điền đầy
vào buồng tích áp. Việc thay đổi chiều dài đường ống nạp là để làm cho áp suất của dịng
khí nạp quay về phía xupap nạp đúng vào kỳ nạp của động cơ. Từ đó cải thiện được
lượng khí nạp mới vào trong xilanh và làm tăng mômen xoắn của động cơ.
+ Khoảng tác động của đường nạp (cổ nạp):
Khoảng tác động cổ nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp.Với sự đóng mở của van
biến thiên đường nạp để thay đổi khoảng tác động chiều dài đường nạp làm cho dịng
sóng áp suất khí nạp ln ở trạng thái sẵn sàng nạp.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống biến thiên đường nạp:
- Cấu tạo: Van điện từ, van biến thiên đường nạp, cơ cấu điều khiển và buồng chân
không.
- Nguyên lý làm việc của hệ thống:

22


Khi tốc độ động cơ nhỏ hơn 4.600 (vòng/phút) - Van biến thiên đường nạp đóng. Áp
suất chân khơng trong cổ nạp được dùng để điều khiển thông qua hoạt động của van điện
từ để đóng van biến thiên đường nạp. Ở điều kiện này, khoảng tác động của đường nạp là
từ xupáp hút đến buồng tích áp. Lúc này đường ống nạp dài ra, với tác dụng của lực qn
tính khí nạp, lượng khơng khí nạp được tăng lên, mơ-men xoắn của động cơ cũng tăng
lên ở vịng quay từ thấp đến trung bình.

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ.
1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp đóng.
Khi tốc độ động cơ ở 4.600 (vịng/phút) hoặc cao hơn - Van biến thiên đường nạp mở.
Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động đường nạp là từ xupap nạp đến buồng tích áp.
Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp ngắn lại làm tăng
lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên theo ở tốc độ
cao.

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống xốy lốc khí nạp:
Chức năng của van xốy lốc khí nạp là làm giảm sự phát xạ ơ nhiễm khí xả lúc động cơ
cịn nguội. Khi động cơ cịn nguội, van xốy lốc khí nạp đóng lại làm hẹp miệng cửa nạp
để tăng tốc độ của dịng khí nạp. Làm cho sự hồ trộn hỗn hợp khí-nhiên liệu được tốt
hơn. Ngồi ra, nó cịn tạo được lực xoáy lốc bên trong buồng đốt để làm tơi hỗn hợp khí
nhiên liệu. Điều này làm giảm được sự phát xạ ơ nhiễm khí xả.

23


2

3

1

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xốy lốc khí nạp.
1 - Dịng khí bị xốy; 2 – Van xốy lốc khí nạp; 3 – Buồng đốt.
2.3. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ G4KA:
Hệ thống thải trong động cơ có nhiệm vụ thải sạch khí cháy ra ngồi qua đó nạp đầy
mơi chất mới vào trong xilanh động cơ. Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơ cũng cần
đảm bảo cho việc khí xả thốt ra ngồi mơi trường ít gây ơ nhiễm mơi trường. Thỏa mãn
điều kiện này, kết cấu các chi tiết của cơ cấu phân phối khí cần phải phù hợp. Vì vậy khi
phân tích hệ thống phối khí cần phân tích hệ thống xả của động cơ.
Sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy với áp suất pr > pthải (áp suất khí trong đường
thải) tạo ra sự chênh áp. Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dịng khí qua
xupap thải và phụ thuộc vào trở lực của bản thân đường thải.
Xupap thải thường đóng sau điểm chết trên nhằm làm tăng thêm giá trị “tiết diện thời
gian” mở cửa thải đồng thời để tận dụng độ chênh áp giữa pr và áp suất trong đường thải
cùng với qn tính của dịng khí thải tiếp tục thải sạch khí sót ra ngồi làm tăng hiệu quả

cho động cơ.
Ngoài ra hệ thống phải đảm bảo cho khí thải ra mơi trường bên ngồi ít gây ra ô nhiễm
môi trường, giảm tiếng ồn.

24


CHƯƠNG 3: Hệ thống điều khiển phân phối khí thơng minh CVVT
(ContinuouslyVarible Valve timing)
3.1 Giới Thiệu chung về hệ thông phối khí trên động cơ G4KA:
Hệ thống phân phối khí của động cơ G4KA được dùng là xupap treo. Gồm 2 trục cam
dẫn động trực tiếp xupap (cam nạp và cam thải). Trục cam dẫn động xupáp được đặt trên
nắp máy. Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh xích dẫn động. Các bánh 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 tự động căng xích bằng thủy lực.
Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupap nạp và 2
xupap thải). Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là 390 .Các đường
ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ.
Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ. Ở đầu trục cam
nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối của xupap
phù hợp với tốc độ hoạt động cơ.
3.1.1 Cơ cấu dẫn động trục cam:

Hình 3-1: Hệ thống dẫn động trục cam.
1 – Lò xo vấu hãm; 2 - Vấu hãm;3 – Piston; 4 – Lò xo; 5 – Van bi;
6 – Đĩa xích dẫn động trục cam nạp; 7 – Đĩa xích dẫn động trục cam thải;
8 - Bộ căn xích; 9 – Đĩa xích chủ động ;10 – Đĩa xích chủ động dẫn động bơm ;
11 –xích dẫn động; 12 cần căng xích.
Trong động cơ G4KA trục cam được bố trí phía trên nắp xi lanh 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. Khi xích ăn khớp dễ bị rung
25