Sửa chữa động cơ đốt trong - Hệ thống phân phối khí pptx

57













I
I
.
.


N
N
h
h
i
i
ệ
ệ
m
m

v
v
u
u
,
,


y
y
ê
ê
u
u


c
c
ầ
ầ
u
u


v
v
à
à

đ
đ
i
i
ề
ề
u
u


k
k
i
i
ệ
ệ
n
n


l
l
à
à
m
m


v

v
i
i
ệ
ệ
c
c


1
1
.
.
1
1


N
N
h
h
i
i
ệ
ệ
m
m


v

v
ụ
ụ


Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ dùng để thực hiện quá trình thay đổi
khí. Thải sạch khí thải ra khỏi xylanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc khí mới vào xylanh
để động cơ làm việc lin tục.
1
1
.
.
2
2
.
.


Y
Y
ê
ê
u
u


c
c
ầ
ầ

u
u





_
Đảm bảo thải sạch và nạp đầy
_
_


C
C
á
á
c
c


x
x
u
u
p
p
a
a
p

p


p
p
h
h
ả
ả
i
i


đ
đ
ó
ó
n
n
g
g


m
m
ở
ở


p

p
h
h
ả
ả
i
i


đ
đ
ú
ú
n
n
g
g


t
t
h
h
ờ
ờ
i
i


đ

đ
i
i
ể
ể
m
m


q
q
u
u
y
y


đ
đ
ị
ị
n
n
h
h




_

_


Đ
Đ
ộ
ộ


m
m
ở
ở


p
p
h
h
ả
ả
i
i


l
l
ớ
ớ
n

n


đ
đ
ể
ể


đ
đ
ò
ò
n
n
g
g


k
k
h
h
í
í


d
d
ễ

ễ


l
l
ư
ư
u
u


t
t
h
h
ô
ô
n
n
g
g




_
_

Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giản nở.
_ Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, công chi phí thấp.

1.3 Điều kiện làm việc
Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt
rất lớn.
Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên đến 10.000 đến
20.000 N, trong động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có th
ể tăng đến 30.000
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PHÂN
PHỐI KHÍ

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

58
N.Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến
dạng. Do xupap trực tiếp tiêp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt độ rất
cao. Nhiệt độ của xupap thải trong động cơ xăng thường đạt 800-850
0
C, trong động
cơ diezel là
500-600
0
C. Nhất là trong kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng
khí thải có nhiệt độ rất cao, vào khoảng 700-900
0
C đối với động cơ diezel còn ở
động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200
0
C. hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn, mới
bắt đầu thải cơ thể đạt được 400-600 m/s nên khiến cho xupap nhất là xupap xả
thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn.
Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt

nấm xupap. Vì vậy vật liệu dùng để chế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu
nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa họ
c và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có
nhiệt độ cao.
2
2
.
.


S
S
ơ
ơ


đ
đ
ồ
ồ


c
c
ấ
ấ
u
u

t
t
ạ
ạ
o
o


v
v
à
à


n
n
g
g
u
u
y
y
ê
ê
n
n


l
l

ý
ý


h
h
o
o
ạ
ạ
t
t


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g


c
c
ủ
ủ
a
a

h
h
ệ
ệ


t
t
h
h
ố
ố
n
n
g
g


p
p
h
h
â
â
n
n

p
p
h
h
ố
ố
i
i


k
k
h
h
í
í


ở
ở


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g

c
c
ơ
ơ


4
4


k
k
ỳ
ỳ
.
.
2
2
.
.
1
1


X
X
u
u

p
p
a
a
p
p


t
t
r
r
e
e
o
o




+ Sơ đồ cấu tạo của hệ thống trao đổi khí có xupap treo được thể hiện như
hình 1.1.
+ Nguyên lý hoạt động :
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay sẽ làm bánh răng trục khuỷu lai
bánh răng trục cam quay theo. Bánh răng trục cam liên kết với trục cam quay ngược
chiều với trục khuỷu.
59
Hình 1.1_ Cơ cấu phân phối khí có xupap treo
1-Trục cam. 2-Con đội. 3-Đũa đẩy. 4-Vít điều chỉnh. 5-Đai ốc hãm. 6-Đòn
gánh. 7-Trục đòn gánh. 8-Móng hãm. 9-Cone hãm. 10-Lò xo xupap. 11-Đĩa tựa lò

xo xupap. 12-Bạc dẫn hướng xupap. 13-Xupap. 14-Bệ xupap. 15-bánh răng trục
cam. 16-Bánh răng trục khuỷu.

Khi trục cam 1 quay, quả đào truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội 2 và
đũa đẩy 3 làm đòn gánh 6 quay quanh trục đòn gánh 7, đầu đòn gánh đè xupap 13
xuống mở cử
a xylanh, khi vấu cam ở vị trí cao nhất thì xupap mở hoàn toàn.
Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi xuống, lúc này cam không còn đội
con đội nữa, dưới tác dụng của lực lò xo10 giãn ra làm xupap đậy kín bệ xupap,
đồng thời đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại.
Bạc dẫn hướng 12 có nhiệm vụ định hướng cho xupap 13 chuyển động tịnh
tiến. Móng hãm 8, cone hãm 9, đĩa tựa lò xo có tác dụng cố định cán xupap với đĩa
ép lò xo, không cho xupap rơ
i xuống buồng đốt. Lò xo 10 có tác dụng luôn luôn đẩy
xupap đóng kín bệ xupap.
Vít điều chỉnh 4 có tác dụng điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap.
60
Tùy loại xupap nạp hay xả mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các
xupap này. Sở dĩ cần phải có khe hở nhiệt là vì khi động cơ hoạt động, dưới tác
dụng của nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao, xupap
tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt
bị hở, động cơ hoạt độ
ng với công suất không đạt yêu cầu, hiệu suất không cao.
Ngoài ra hệ thống còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc mở hé xupap để thực hiện
việc giảm áp cho xylanh khi cần.
Thông thường khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng 0,3

1,5mm,
còn xupap nạp nằm trong khoảng 0,1


0,2mm.
Số xupap trên nắp xylanh, tỷ số kết cấu của xupap được bố trí và chọn sao
cho phù hợp. Động cơ diesel 4 kỳ bố trí từ 2 đến 4 xupap trên nắp xylanh. Góc côn
của đĩa xupap thường chọn γ = 30

45°.
Ưu nhược điểm của loại cơ cấu này : có nhiều chi tiết hơn và được bố trí ở
thân máy và nắp xylanh nên làm tăng chiều cao động cơ. Lực quán tính của các chi
tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn hơn. Nắp máy của động cơ phức tạp hơn
nên khó khăn khi chế tạo. Tuy nhiên, do xupap bố trí trong phần không gian của
xylanh dạng treo nên buồng cháy rất gọn. Đây là đ
iều kiện tiên quyết có tỷ số nén
cao. Mặt khác, dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tạo điều kiện thải
sạch và nạp đầy hơn.
2.2 Xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh :

Sơ đồ hệ thống trao đổi khí xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh được
thể hiện trên hình 1. 2 :
Nguyên lý hoạt động :
Khi động cơ làm việc, trục cam 3 quay thì quả đào trên trục cam quay s
ẽ
truyền chuyển động tịnh tiến trực tiếp cho xupap1, khi đó trục cam trực tiếp điều
khiển quá trình làm việc của các xupap, không cần thông qua con đội, đũa đẩy, đòn
gánh … mà trục cam quay do truyền động của hệ bánh răng cone 5.
61

Hình 1.2_ Cơ cấu phân phối khí có xupap treo, trục cam đặt trên nắp
xylanh.
1-Xupap xả. 2-Lò xo xupap. 3-trục cam. 4-Đĩa tựa. 5-Hệ bánh răng côn
truyền động. 6-Bulông điều chỉnh. 7-Thân xupap rỗng.

Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và 2 cặp bánh răng cone có phức tạp,
chế tạo khó, nhưng cơ cấu làm việc dịu êm hơn. Bởi vì không có chi tiết máy
chuyển động tịnh tiến qua lại có điểm dừng.
Loại này có xupap rỗng, ghép. Bulông 6 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap,
sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữa mặt tựa của cam và đuôi xupap).
Tuy nhiên khi làm việc, xupap xả thường nóng tới 300

400

C, vì vậy
các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ, làm cho việc điều chỉnh bulông 6 khó khăn.
Lò xo xupap ở đây gồm 2 cái khác nhau, chiều xoắn ngược nhau, chiều dài
bằng nhau, có tác dụng tránh cộng hưởng nên tăng độ bền.
62
Với các máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền thành một khối, như vậy không
điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này người ta để khe hở nhiệt lớn
một chút, khi mòn càng lớn ta có thể nghe tiếng gõ khi máy làm việc. Nhưng hệ
thống này cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.
2.3 Xupap đặt :
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí có xupap đặt được thể hiện trên hình 1.3 :
Hình1. 3_ H
ệ thống trao đổi khí có xupap đặt
1-Bánh răng trục cam. 2-Trục cam. 3-Con đội. 4-Ốc hãm. 5-Bulông điều
chỉnh. 6-Đĩa tựa. 7-Lò xo xupap. 8-Xupap. 9-Bạc dẫn hướng xupap. 10-Bệ đặt
xupap. 11-Hệ bánh răng truyền động.
Nguyên lý hoạt động :
Khi động cơ làm việc, trục cam quay, quả cam truyền chuyển động cho con
đội, con đội đẩy xupap lên mở cửa cho khí đi vào xylanh mà không cần thông qua
đũa đẩy, đòn gánh …Vào lúc cam không còn đội con đội nữa thì lò xo 7 giãn ra đậy

nắp xupap lại.
Hệ thống phân phối khí này hoạt động thông qua con đội 3 trực tiếp truyền
chuyển động cho xupap 8.
63
Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bulông 5 và ốc hãm 4 sẽ điều
chỉnh được khe hở nhiệt (giữa đuôi xupap 8 và đầu bulông 5)
Hệ thống thay đổi khí có xupap đặt làm tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi
tiết và làm việc an toàn hơn hệ thống thay đổi khí có xupap treo. Vì giả sử móng
hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vào trong buồng đốt, không gây hư
hỏng cho nhóm xylanh-piston.
3
3
.
.


S
S
ơ
ơ


đ
đ
ồ
ồ


c
c

ấ
ấ
u
u


t
t
ạ
ạ
o
o


v
v
à
à


n
n
g
g
u
u
y
y
ê
ê

n
n


l
l
ý
ý


h
h
o
o
ạ
ạ
t
t


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g

c
c
ủ
ủ
a
a


h
h
ệ
ệ


t
t
h
h
ố
ố
n
n
g
g


p
p
h
h

â
â
n
n


p
p
h
h
ố
ố
i
i


k
k
h
h
í
í


ở
ở


đ
đ

ộ
ộ
n
n
g
g


c
c
ơ
ơ


2
2


k
k
ỳ
ỳ




+
+

H
H
ệ
ệ


t
t
h
h
ố
ố
n
n
g
g


t
t
r
r
a
a
o
o


đ
đ

ổ
ổ
i
i


k
k
h
h
í
í


q
q
u
u
é
é
t
t


v
v
ò
ò
n
n

g
g


:
:



Dựa vào dòng khí chuyển động trong xylanh, sơ đồ thay đổi khí được phân
ra quét thẳng và quét vòng. Với phương án quét vòng, dòng khí chuyển động từ cửa
quét lên nắp xylanh, sau đó theo hướng ngược lại từ nắp xylanh xuống cửa xả, các
cửa quét và cửa xả người ta phân ra sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang và quét
vòng về một phía.
+ S
ơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang :
Phương án này dùng cho nhiều loại động cơ, các cửa quét a được bố trí đối
diện với các cửa xả, được chế tạo có góc nghiêng với trục tâm và đường kính
xylanh, chiều cao cửa xả lớn hơn chiều cao cửa quét.
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.4 :
Khi piston đi xuống, đến cuối hành trình giãn nở, các cửa xả mở, từ thời
điểm này đến lúc mở cửa quét, sản vật cháy tự do xả ra khỏi xylanh.
64
Hình 1.4_Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang
Piston tiếp tục đi xuống, và khi đỉnh của nó đi qua mép của cửa quét, khí nạp
mới đã được nén tới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển tràn vào xylanh qua cửa quét,
đẩy phần khí cháy còn lại ra khỏi xylanh động cơ, đồng thời nạp đầy không gian
công tác của xylanh. Khi piston đến gần điểm chết dưới, một phần không khí thổi
trực tiếp từ cửa quét sang cử
a xả, vì thế chất lượng làm sạch xylanh kém.

Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là : từ lúc đóng cửa quét đến lúc
đóng cửa xả thì một phần không khí bị rò lọt ra ngoài.
Do làm sạch xylanh không hoàn thiện và tổn thất khí nạp, nên đối với hệ
thống thay đổi khí quét vòng ngang, lượng khí sót tăng lên.
Ở động cơ 2 kỳ, quá trình nén bắt đầu khi kết thúc quá trình thay đổi khí.
Một phần hành trình không tham gia vào quá trình nén. Trong quá trình tính toán,
phần hành trình tổ
n thất được đánh giá bằng tỷ số giữa chiều cao các cửa, sau khi
đóng các cửa thì quá trình nén mới bắt đầu.
Phần hành trình tổn thất được tính như sau :
65
Ψs = hs/S
Trong đó : hs _ chiều cao từ mép trên cửa xả đến đỉnh của piston khi nó nằm
ở điểm chết dưới, mm.
S _ hành trình piston, mm.
Với các động cơ đã chế tạo, phần hành trình tổn thất vào khoảng (0,22 ( 0,254).
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang có nạp thêm :
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.5 :
Hình 1.5_Sơ đồ thay đổi khí quét vòng ngang có nạp thêm
a-Cửa quét. b-Cử
a xả
Các cửa quét a và cửa xả b được bố trí đối diện nhau, các cửa quét cao hơn
các cửa xả. Trong bình chứa của cửa quét có đặt van lá một chiều. Khi piston dịch
chuyển về phía dưới đến cuối hành trình giản nở, cửa quét mở sớm hơn cửa xả
nhưng không có hiện tượng xả sản vật cháy vào bình chứa nhờ các van một chiều
đóng cửa quét.
Khi piston mở cử
a xả thì bắt đầu quá trình xả tự do, quá trình này diển ra cho
đến lúc áp suất khí quyển xả thấp hơn áp suất khí trong bình nén. Tính theo góc
quay trục khuỷu, thời gian của thời kỳ này khác nhau phụ thuộc vào tải, tải càng cao

thì thời kỳ xả tự do càng dài.
Ap suất của sản vật cháy giảm đến giá trị PH, các lá van được mở ra và
không khí bắt đầu nạp vào xylanh. Từ thời điểm này đến lúc đóng cửa xả,
đồng thời
diễn ra các quá trình quét và xả cưỡng bức.
66
Sơ đồ này có ưu điểm là :
+Không có thời kỳ tổn thất khí nạp.
+Trước thời điểm đóng cửa xả, áp suất trong xylanh gần bằng áp không khí
tăng áp.
Tuy nhiên, bố trí các lá van trước cửa nạp làm kết cấu phức tạp, giảm tính tin
cậy.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng về một phía :
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.6 :
Hình 1.6_S
ơ đồ trao đổi khí quét về 1 phía
a-Cửa quét. b-Cửa xả
Ở sơ đồ này, các cửa quét a và cửa xả b được bố trí về một phía, đường ống
xả, bình chứa khí quét bố trí về một bên, làm giảm chiều rộng động cơ. Các cửa xả
được bố cao hơn các cửa quét.
Khi piston dịch chuyển xuống phía dưới, các cửa xả được mở ra, lúc này
diễn ra quá trình xả tự do. Piston tiế
p tục dịch chuyển và mở cửa quét, lúc này diễn
ra các quá trình quét và xả cưỡng bức cho đến khi đóng cửa quét. Độ nghiêng
67
xuống của các cửa quét và độ lõm của đỉnh piston tạo nên hướng chuyển động của
dòng khí về phía đỉnh, sau đó quét dọc lên nắp xylanh và quay trở lại về cửa xả.
Như vậy không khí nạp qua các cửa quét chuyển động còng theo xylanh.
Phần lớn thời gian của thời kỳ này, không khí nạp vào xylanh đẩy sản vật cháy ra
ngoài. Gần cuối thời kỳ diễn ra sự hòa trộn không khí với khí xả và tổn thấ

t qua cửa
xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí quét vòng về một phía, chất lượng làm
sạch xylanh tốt hơn ( γr = 0,05

0,09 ). Nhưng suất tiêu hao không khí quét không
lớn ( ϕa = 1,6 ).
Sau khi đóng các cửa quét, các cửa xả còn mở nên piston dịch chuyển đi lên
sẽ gây ra tổn thất khí nạp. Để rút ngắn thời kỳ này, các cửa quét được chế tạo cao
dần từ tâm ra ngoài, còn các cửa xả thì ngược lại. Phần tổn thất hành trình đối với
sơ đồ này là : Ψs = 0,23

0,26.
+
+


S
S
ơ
ơ


đ
đ
ồ
ồ


h
h

ệ
ệ


t
t
h
h
ố
ố
n
n
g
g


t
t
r
r
a
a
o
o


đ
đ
ổ
ổ

i
i


k
k
h
h
í
í


q
q
u
u
é
é
t
t


t
t
h
h
ẳ
ẳ
n
n

g
g


:
:


Dòng không khí chuyển động dọc theo tâm xylanh và đẩy sản vật cháy ra
ngoài, không khí ít hòa trộn với khí cháy. Nhờ trao đổi khí tốt, các động cơ tàu thủy
2 kỳ quét thẳng có hệ số khí sót thấp ( γr = 0,05

0,09 ). Dựa vào kết cấu của cơ
cấu điều khiển xả, sơ đồ hệ thống thay đổi khí quét thẳng được phân ra : quét thẳng
qua xupap và quét thẳng qua cửa.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap :
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí quét thẳng xupap được thể hiện trên hình 1.7 :
68
Hình 1.7_Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap
1-Xupap Xả. 2-Cửa quét

Các cửa quét 2 trong tất cả các trường hợp đều nằm phía dưới lót xylanh và
bố trí đều theo chu vi. Nhờ vậy đảm bảo tiết diện lưu thông khi chiều cao các cửa
quét không lớn, đồng thời phân bố đều không khí theo tiết diện ngang của xylanh.
Tất cả các cửa sổ được chế tạo đều nhau về hình dáng và chiều cao.
Phân bố các cửa kiể
u tiếp tuyến ( hình cắt A-A ) đảm bảo xoáy dòng khí nạp
vào xylanh và chuyển động hình vít từ cửa quét đến cửa xả 1. Vận động xoáy kiểu
tiếp tuyến của không khí được giữ nguyên cho đến cuối hành trình nén sẽ tạo điều
kiện hòa trộn môi chất công tác tốt.

Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các
đông cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1
đến 4. Các xupap được đẫn động bằng
trục phối khí thông qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực.
Khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra
trước, từ thời điểm này đến thời điểm mở cửa quét diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ
mở cửa, diễn ra đồng thời quét xylanh và xả cưỡng bứ
c. Các xupap xả được đóng
muộn hơn các cửa quét, nhưng tổn thất khí nạp không đáng kể, do đó có thể coi kết
thúc quá trình trao đổi khí và bắt đầu quá trình nén tương ứng với thời điểm đóng
các cửa quét.
Các động cơ tàu thủy có sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap có tổn thất
hành trình là : Ψs = 1,45

1,55.
Sử dụng xupap xả cho phép lựa chọn pha phối khí có lợi nhất khi chế tạo
động cơ. Để giảm tổn thất khí nạp, một số động cơ dùng pha đóng mở các xupap
không đối xứng so với điểm chết dưới : góc mở sớm lớn hơn góc đóng muộn (so
với điểm chết dưới). Trong đó các động cơ thấp tốc hiện đại, nh
ờ tính kinh tế của
chúng và hiệu quả cao của hệ thống tăng áp mà không thể dùng các pha phối khí đối
xứng làm giảm ứng suất nhiệt xupap xả và không cần đảo chiều cơ cấu dẫn động
các xupap xả.
69
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa :
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.8 :
Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa quét 2 được bố trí ở 2 phía
của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa quét.

Để đảm bảo mở sớm các cửa xả và xả khí tự do thì cơ cấu trục khu
ỷu-thanh
truyền-piston đóng mở cửa xả được đặt sớm hơn 6

12
°
góc quay trục khuỷu so
với cửa quét, theo chiều quay của trục khuỷu. Nhờ vây lúc bắt đầu trao đổi khí, các
cửa xả mở sớm hơn các cửa quét, đảm bảo xả tự do.
Hình 1.8_Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa
1-Cửa xả. 2-Cửa quét

Cuối thời kỳ thay đổi khí, các cửa quét đóng muộn hơn các cửa xả nên có thể
nạp thêm. Các cửa được bố trí đều xung quanh lót xy lanh, các cử
a quét được bố trí
theo hướng tiếp tuyến, đảm bảo vận tốc xoáy lốc dòng khí trong xylanh giống như ở
sơ đồ thay đổi khí quét thẳng qua xupap. Hệ thống này có nhược điểm là kết cấu
70
phức tạp, ứng suất nhiệt của piston đóng mở cửa xả cao, làm xấu quá trình thay đổi
khí đối với động cơ tự đảo chiều khi làm việc ở hành trình lùi.
Để hướng dòng khí theo hướng xác định khi nạp vào xylanh thì các cửa quét
được chế tạo có góc nghiêng với trục và tâm của nó.


II- CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN


2
2
.

.
1
1
.
.


T
T
r
r
ụ
ụ
c
c


c
c
a
a
m
m




Cấu tạo trục cam được thể hiện trên hình 2.1 . Trục cam mang các cam dẫn
động cơ cấu phân phối khí. Trong một số trường hợp, trên trục cam còn có các bộ
phận của hệ thống khác như : cam của bơm chuyển nhiên liệu, hay bánh răng dẫn

động bơm dầu…
Thông thường mỗi đoạn trục cam tương ứng với một xylanh, đặ
t trên 2 ổ đỡ
trượt có bạc tròn liền định vị trên thân máy. Các ổ đỡ này thường là loại ghép, bên
trong có một lớp hợp kim chống ma sát. Cũng có thể dùng loại ổ đỡ không tháo
được với các bạc lót bằng đồng thanh.
Hình 2.1_Cấu tạo trục cam
1.Đầu trục cam. 2.Cổ trục. 3.Cam nạp và cam thải
Đường kính cổ trục phải đủ lớn, sao cho khi đưa trục qua các ổ đỡ, mấu cam
có thể đi qua đượ
c. Để thuận lợi cho việc lắp ráp, đường kính các cổ trục nên nhỏ
dần tính từ phía bánh răng 8 trở lại, và các cổ hơi cone cũng theo chiều ấy (đầu to ở
phía bánh răng).
71
Để tránh bị kẹt, độ dịch dọc của trục thường được giới hạn bằng một vai tựa
tì vào thân máy. Tại đây có đệm điều chỉnh. Chiều dài các ổ đỡ được chọn trong
khoảng : l
≈
(1,0
÷
1,5)d
pp
Hình 2.2: Cam ghép
a)Ghép bằng đai ốc có rãnh côn ; b)Ghép cam bằng then
Máy lớn, tốc độ chậm, trục cam dài người ta có thể ghép từ 2 đoạn lại. Để
tiện cho việc lắp ghép, các quả cam có thể chế tạo riêng rồi ghép vào trục bằng đai
ốc (hình 2.2).
Đôi khi người ta chế tạo quả cam rời, các nửa cam được lắp vào trục phân
phối nhờ các đai ốc đặc biệt có rãnh tiện hình côn. Có trường hợ
p khác, cam là loại

liền nhưng được lắp ghép vào một bạc lót có đai ốc hãm ở mặt bên. Những loại kết
cấu này cho phép ta thay đổi được góc lệch giữa các cam . Hình dạng của quả cam
được xác định bởi qui luật chuyển động đã chọn của xupap và các thời điểm phân
phối khí.
72
Hình 2.3: Cam rời lắp trên trục
Ở các động cơ có tốc độ quay cao, với đường kính xylanh dưới 200 mm, quả
cam thường được rèn hoặc dập liền với trục cam (hình 2.4a)
Trục cam thường được truyền động bằng bánh răng từ trục khuỷu. Cách bố
trí cam sẽ xác định thứ tự nổ của động cơ. Chu vi của mỗi cam sẽ quyết định thời
gian và tốc
độ mở của mỗi xupap.
Trục cam thường được làm bằng thép hợp kim có hàm lượng cacbon thấp, bề
mặt cam và ngõng trục được thấm cacbon trước khi mài rà. Một số động cơ tốc
Hình 2.4: Quả cam rèn liền với trục
độ cao sử dụng trục cam bằng gang hợp kim hoặc thép hợp kim đã xêmentit
hoá , với cam và ngõng trục được tôi cứng. Vật liệu làm trục cam thường là thép 15,
25, 35 rèn hoặc thép hợp kim Crôm, Niken. Cổ trụ
c và mặt cam được tôi mặt ngoài.
Để tăng khả năng chống mài mòn, các cổ đỡ của trục còn được xêmentit hoá, chiều
sâu của lớp xêmentit thường vào khoảng (1,5

2,0) mm.
Ở các động cơ đang dùng hiện nay, đường kính của trục cam thường vào
khoảng : d
pp
≈ (0,2÷0,26)D
Ở các động cơ loại nhẹ, người ta thường làm trục rỗng, đường kính của lỗ
khoang trong trường hợp này vào khoảng : d
o

≈ (0,5÷0,7) d
PP
Đường kính của quả cam được xác định theo các thông số cấu tạo:
d
1
≈ (1,3÷2,0) d
PP
Chiều rộng của quả cam : b
1
≈ (0,15÷0,4) d
1
73
Biên dạng cam là mặt dẫn mở trên cam để tránh sự chậm trễ trong cơ cấu
truyền động xupap. Nó gồm có phần đỉnh để mở xupap và phần lưng để đóng xupap
.

Hình 2.5: Biên dạng cam
a)Cam có góc ở xa nhỏ ; b)Cam có góc ở xa rộng ;
c)Cam có góc ở xa rộng và góc đi xa nhỏ
Cam (hình 2.5a) có biên dạng cong khiến cam mở nhanh hơn lúc đầu và cứ
mở rộng như vậy cho đến khi mặt đóng của cam ch
ịu tác động của đệm đẩy xupap.
Cam (hình 2.5b) khiến xupap đóng và mở nhanh với khoảng thời gian mở rộng kéo
dài. Cam (hình 2.5c) được sử dụng ở động cơ tốc độ cao để tạo ra thời gian mở lâu
tối đa cho xupap.
Hình 2.6: Các dạng cam thường gặp
Có các dạng quả cam thường gặp sau : cam lồi, cam tiếp tuyến và cam lõm
được thể hiện trên hình 2.6 :

2
2
.
.
2
2
.
.


C
C
o
o
n
n


đ
đ
ộ
ộ
i
i




74
Con đội xupap là bộ phận tựa trên mấu cam, nó hoạt động trong một ống dẫn

hướng thẳng đứng, mặt tiếp xúc cam thường được tôi cứng để đảm bảo lâu
mòn. Con đội có nhiệm vụ truyền chuyển động tịnh tiến cho đũa đẩy.
Hình 2.7: Con đội con lăn
Con đội có con lăn (hình 2.7) có ưu điểm là : giảm ma sát, mòn đều, về nguyên tắc
có thể dùng cho mọi loại cam : cam lồi, cam lõm, cam ti
ếp tuyến. Nhưng thân con
đội con lăn không được phép xoay nên phải có kết cấu chống xoay cho con đội. Để
nhằm mục đích này, trên thân con đội có phay một rãnh hãm nhỏ, trên thân máy lắp
một vít hãm, đầu vít có chốt lắp khít trong rãnh hãm trên thân con đội (hình 2.7a).
Nhược điểm chính của con đội này là trọng lượng lớn nên chỉ dùng cho động
cơ có tốc độ chậm và trung bình.
Con đội có con lăn bi kim và lò xo giảm va đập có ưu điểm làm giảm va đậ
p
trong quá trình máy làm việc với tốc độ cao, hơn nữa trục con lăn bi kim ít hư hỏng
hơn trục con lăn thường khi làm việc với tốc độ cao. Vì vậy nó thường được dùng
trong máy có tốc độ cao (hình 2.8b).
75
Hình 2.8
a)Con đội thuỷ lực ; b)Con đội có con lăn và lò xo
Con đội thủy lực có tác dụng giảm va đập rất tốt nên thường được dùng (hình 2.8a).
Con đội đáy phẳng có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nhưng bề mặt làm việc
chịu ma sát lớn, loại này thường dùng cho máy nhỏ (hình 2.9).
Đòn bẩy thường được dùng thay thế cho con đội trong các động cơ tàu thuỷ. Nó
gồm có m
ột cần nhận lực hướng bên, một con lăn và một đệm đỡ cần đẩy (hình
2.9a).
Hình 2.9
76
Những con đội có con lăn ở đầu nhằm làm giảm ma sát, còn những con đội
đáy phẳng và đáy cầu người ta tạo cho nó chuyển động quay bằng cách bố trí

điểm tiếp xúc lệch tâm so với đường tâm của con đội, nhờ vậy mà mặt tiếp
xúc của con đội mòn đều, khoảng lệch tâm e thường vào khoảng (1,5

3,0)
mm.
Hình 2.10
a)Con đội hình nấm ; b)Con đội hình trụ
Trong cơ cấu phối khí xupap đặt, con đội dẫn động xupap, do đó con đội
phải có vít để điều chỉnh khe hở nhiệt ở tâm con đội (hình 2.10a). Bề mặt nấm tiếp
xúc với cam thường có đường kính lớn phụ thuộc vào kích thước của cam. Để con
đội có trọng lượng nhỏ, thân con đội được chế tạo với đường kính nhỏ
hơn đường
kính với bề mặt tiếp xúc với cam.
2
2
.
.
3
3
.
.


Đ
Đ
ũ
ũ
a
a

đ
đ
ẩ
ẩ
y
y




Đũa đẩy thường dùng cho động cơ có xupap treo. Nó truyền chuyển động từ
trục cam tới đòn gánh.
77
Hình 2.11: Cấu tạo đũa đẩy
Đũa đẩy thường được chế tạo bằng thép ống thành mỏng. Ở 2 đầu đũa đẩy
thường có dạng cầu hoặc chỏm cầu.
Liên kết giữa đũa đẩy và đòn gánh xupap có thể là khớp cầu (a), bằng con
lăn (b) hoặc bằng chỏm cầu của vít điều chỉnh khe hở nhiệt (c) được thể hiện trên
hình 2.12
Hình 2.12: Các d
ạng liên kết đũa đẩy và đòn gánh
a)Khớp cầu ; b)Con lăn ; c)Vít điều chỉnh
2
2
.
.
4
4
.

.


Đ
Đ
ò
ò
n
n


g
g
á
á
n
n
h
h




Đòn gánh thường được chế tạo bằng thép rèn hoặc dập sao cho có độ cứng
lớn nhất khi trọng lượng là nhỏ nhất.

78
Hình 2.13:Nhóm đòn gánh
1-Vít điều chỉnh ; 2-Đòn gánh ; 3-Giá đỡ trục đòn gánh ;
4-Bạc lót ; 5-Trục đòn gánh

Để giảm lực quán tính cho con đội và đũa đẩy, người ta thường làm cánh tay
đòn bên phía xupap dài hơn cánh tay đòn bên phía đũa đẩy.
Bạc lót giữa đòn gánh và trục đòn gánh thường hình ống, bằng hợp kim đồng
chì, ghép găng với đòn gánh. Bôi trơn cho bạc -trục đòn gánh bằng dầu, qua lỗ
khoan từ giá đỡ trụ
c đòn gánh tới. Vì vậy cần lưu ý lắp đúng vị trí bạc khi tháo ráp.
Ở động cơ có 2 xupap nạp và 2 xupap xả cho mỗi xylanh thì đòn gánh tiếp
xúc với một chạc hình chữ thập thay vì tiếp xúc với đũa xupap. Sau đó chạc chữ
thập mới tiếp xúc với cả 2 xupap nạp hoặc 2 xupap xả.
Hình 2.14: Đòn gánh con lăn
1-Con lăn ; 2-Đòn gánh ; 3-Trục cam ; 4-Vít điều chỉnh
Đối với các động cơ
trục cam truyền động trực tiếp cho đòn gánh, để giảm
ma sát người ta dùng đòn gánh con lăn (hình 2.14).
2
2
.
.
5
5
.
.


X
X
u
u
p
p

a
a
p
p


v
v
à
à


p
p
h
h
ụ
ụ


k
k
i
i
ệ
ệ
n
n

a
a
/
/


X
X
u
u


p
p
á
á
p
p


Các xupap có vai trò đóng mở các đường nạp và th
ải để thực hiện quá trình
trao đổi khí. Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên các xupap chịu áp lực rất lớn và
nhiệt độ cao, nhất là đối với xupap thải. Vì vậy ứng với từng loại động cơ mà xupap
có cấu tao khác nhau. Nhiệt độ của nấm xupap nằm trong khoảng sau :
79
Xupap hút Xupap xả
Động cơ chạy chậm 400 - 450

C 600 - 700


C
Động cơ chạy nhanh 450 - 500

C 700 - 900

C
Sau đây là một số loại xupap như : Loại liền, loại ghép có thể tháo được (nó
có thể điều chỉnh được chiều dài bằng bulông đuôi xupap).
Ở động cơ chạy chậm thường dùng xupap có mặt nấm phẳng để dễ chế tạo
(hình 2.15a). Xupap hút của động cơ có tốc độ cao, mặt nấm hình loa kèn cho nhẹ.
(hình 2.15b). Mặt nấm xupap xả thường có hình chỏm cầu để
khí xả thoát ra ngoài
dễ dàng (hình 2.15c). Động cơ có tốc đô cao thường làm rỗng (hình 2.16c).
Hình 2.15
Trong những động cơ chạy nhanh, người ta dùng xupap có kết cấu hàn.
Chuôi và nấm xupap là những chi tiết được chế tạo riêng rẽ bằng những vật khác
nhau rồi hàn vào với nhau. Ở những động cơ chạy chậm, xupap thường dùng là loại
ghép. Chuôi thường làm bằng thép, nấm làm bằng gang chịu nhiệt (hình 2.16a).
b/ Lò xo. Ở động c
ơ chạy chậm, người ta thường dùng 1 lò xo xupap. Ở động
cơ chạy nhanh, người ta bố trí 2 lò xo có đường kính vòng khác nhau, độ cứng khác
nhau và chiều quay khác nhau. Nhờ vậy tránh được sự gẫy hỏng do cộng hưởng gây
ra (hình 2.17).
80
Hình 2.16
c/ Đĩa tựa. Đĩa tựa của lò xo xupap được giữ bởi vành hãm hình côn xẻ rời
(hình 2.18) đặt ở đuôi xupap. Vành hãm đặt vào phần côn ở đuôi xupap hoặc đặt
vào phần cổ nhỏ hay vùng có nhiều gờ. Đĩa tựa của lò xo xupap có kết cấu phù hợp
với lò xo, đuôi xupap, cách và cấu tạo cái hãm. Sau đây là một số kiểu hãm lò xo

xupap :
Hình 2.17: Bố trí 2 lò xo xupap
1-Vành hãm ; 2-Đĩa tựa lò xo
Trên phần chuôi của xupap, ngườ
i ta làm rỗng và làm ren. Đĩa tựa của lò xo
lắp vào đuôi xupap bằng ren. Khe hở giữa xupap và bộ phận truyền động trực tiếp
cho nó được điều chỉnh bằng đĩa tựa này. Vị trí của đĩa tựa được cố định bởi khoá
hãm 3.
81
Hình 2.18

Để tăng khả năng chống mài mòn và ăn mòn, người ta phủ lên phần mặt
nghiêng của xupap một lớp hợp kim xtenlit. Thành phần của hợp kim này là :
W = 4,5% + Crom = 30% + Coban = 60%
Hình 2.19
Còn lại là cacbon, sắt và silic. Cũng có thể dùng hợp kim Crôm-Niken thay
cho xtenlit. Người ta hàn tráng lên bề mặt các chi tiết một lớp dày khoảng 0,7_1,5
mm (hình 2.19b,c).