tìm hiểu Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu phối khí dùng xupap

Đại học Công Nghiệp Hà Nội

1

Khoa công nghệ Ô Tô

LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ.
Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt để
chuyên chở người hàng hóa với các khoảng cách khác nhau, trên nhiều địa hình.
Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển với nhiều ứng dụng mới, công nghệ
mới và ngày càng thân thiện với môi trường.
Nhiều loại nhiên liệu được dùng cho ô tô,nhưng Xăng và dầu Diesel vẫn được dùng
phổ biến.Một cơ cấu không thể thiếu trên ô tô là cơ cấu phối khí : sử dụng để cung
cấp nhiên liệu cho động cơ,giúp động cơ làm việc tốt ở các tải trọng và điều kiện
khác nhau.
Nghiên cứu về cơ cấu phối khí là rất quan trọng, giúp mọi người hiểu được sự hoạt
động của động cơ ở nhiều chế độ làm việc, giúp tiết kiệm nhiên liệu đồng thời làm
giảm các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường.
Nội dung của đồ án gồm 3 chương :
Chương I. Tổng quan về ô tô và cơ cấu phối khí
Chương II. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu phối khí dùng xupap
Chương III. Đặc điểm kết cấu của cơ cấu phân phối khí dùng xupap
Do kiến thức lý luận và thực tiễn còn hạn chế, bài làm của em không thể tránh khỏi
sự thiếu sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp, cũng như những
chỉ bảo tận tình của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Hòa Bình đã giúp em hoàn thành đồ án
này.
Hà Nội, Tháng 05 Năm 2010
( Sinh Viên thực hiện)
Trịnh Văn Tùng

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

2

Khoa công nghệ Ô Tô

Chương I :
TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ VÀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1.1 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ
Suốt thế kỷ XIX, ngành vận tải đã tiến hành các cuộc cách mạng. Đầu tiên là ngành
đường sắt, đó là các đầu máy có khả năng vận chuyển những khối hàng khổng lồ.
Cuối thế kỷ XIX, sự vận chuyển bằng đường bộ cũng bắt đầu tiến bộ với sự phát
triển của xe hơi. Vận chuyển hàng không, bằng hình thức khí cầu cũng đã bắt đầu.
Những bước đột phá đó là chiếc phi cơ vận hành động lực đầu tiên do hai anh em
nhà Wright ở Hoa Kỳ sáng chế. Sự vận chuyển đường thuỷ có khuynh hướng chậm
hơn, bởi sự ma sát với nước. Tốc độ của tàu thuyền không cải thiện được nhiều so
với trước đây, những loại tàu hiện đại chỉ đáp ứng vận tải trên các đoạn đường ngắn
( tàu cánh ngầm, tàu đệm không khí ).
1.1.1 Các loại phương tiện vận tải.
Có thể phân loại phương tiện vận tải theo những loại chính sau:
- Phương tiện vận tải đường bộ.
- Phương tiện vận tải đường sắt.
- Phương tiện vận tải đường thuỷ.
- Phương tiện vận tải hàng không.

Ô tô là phương tiện cơ giới đường bộ dùng để chở người, hàng hoá hoặc phục vụ
thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt.
1.1.2 Lịch sử phát triển phương tiện vận tải ô tô.
Năm 1650 chiếc xe có bốn bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng được thiết kế
bởi nghệ sỹ, nhà phát minh người ý Leonardo da Vinci. Sau đó là sự phát triển của
nguồn động lực cho ôtô : động cơ gió, động có không khí nén. Năm 1769 đánh dấu
sự ra đời của động cơ máy hơi nước ( khói đen, ồn , khó vận hành.. ) và vào thời kỳ
này chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời.
Năm 1860 động cơ bốn kỳ chạy ga ra đời đánh dấu cho sự ra đời của ô tô con ( loại
xe này dùng cho giới thượng lưu người Pháp).
Năm 1864 động cơ bốn kỳ chạy xăng ra đời và sau 10 năm loại xe với động cơ này
đạt được công suất 20 kw và có thể đạt vận tốc 40 km/h.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

3

Khoa công nghệ Ô Tô

Năm 1885, Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô
đầu tiên.
Năm 1891 ô tô điện ra đời ở Mỹ do hãng Morris et Salon ở Philadel sản xuất.
Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và đã
cho chế tạo hàng loạt. Vào thời gian này, đã hình thành tổng thể ôtô con, ôtô tải, ôtô
chở người với lốp khí nén.
Cuộc cách mạng xe hơi chỉ bắt đầu vào 1896 do Henry Ford hoàn thiện và bắt đầu

lắp ráp hàng loạt lớn. Vào những năm tiếp theo là sự ra đời các loại xe hơi của các
hãng Renault và Mercedes (1901). Peugeot (1911).
Ngày nay chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện đại, công nghiệp xe hơi đã trở
thành ngành công nghiệp đa ngành.
Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934
Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng cơ khí.
Ô tô phát triển đi cùng với tính năng an toàn: 1971 ABS: Anti-lock Brake System
(hệ thống trống bó cứng bánh xe khi phanh),1979 (Đk kỹ thuật số ), EBD:
Electronic Brake Distrition (phân phối lực phanh điện tử), TRC: Traction Control
(điều khiển lực kéo), điều khiển thân xe:Active Body Control (ABC)....
Tốc độ của xe cũng được cải thiện không ngừng: Năm 1993 vận tốc của xe đạt 320
km/h và đến năm 1998, V = 378 km/h. Cho đến nay ô tô có thể đạt tốc độ lớn hơn
Max

400km/h.
1.1.3. Logo của một số hãng sản xuất

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

4

Khoa công nghệ Ô Tô

1.2. TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1.2.1 Nhiệm vụ , yêu cầu và điều kiện làm việc :

a. Nhiệm vụ :
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 liên tục.
b. Yêu cầu :
- Đảm bảo thải sạch và nạp đầy
- Các xupap phải đóng mở đúng thời điểm quy định
- Độ mở phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông
- 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.
c. 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 thể tăng đến 30.000 N.
Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng.
Do xupap trực tiếp tiếp 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 0C, trong động cơ
diezel là 500-600 0C. 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 0C đối với động cơ diezel còn
ở động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200 0C. Hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn,
mới bắt đầu thải có 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 học và
hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao.
1.2.2 Công dụng và phân loại :
1.2.2.1. Công dụng :
Cơ cấu phối khí hay còn gọi là hệ thống phân phối khí có công dụng điều khiển quá
trình trao đổi khí trong xylanh. Thực hiện các công việc đóng mở các cửa nạp và
cửa xả với mục đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy gồm xăng Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

5

Khoa công nghệ Ô Tô

không khí đối với động cơ xăng) và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh.
1.2.2.2. Phân loại :
1.2.2.2.1. Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo :
Cơ cấu phân phối khí có xupap treo ( Hình 1.1), các xupap được bố trí ở phía trên
của nắp máy. Hệ thống nạp xả này được dùng hầu hết trong động cơ diesel và động
cơ cơ xăng có tỷ số nén cao. Cơ cấu xupap treo gồm: trục cam, con đội, đũa đẩy,
đòn gánh, lò xo, ống đẫn hướng và đế xupap.
Đối với cơ cấu xupap treo có trục cam đặt ở phía trên nắp máy. Thì có thể không có
đũa đẩy mà thay vào đó là xích hoặc bánh răng. Và có thể có hoặc không có đòn
gánh. 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 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 đội 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,
hở nhiệt.

Hình 1.1. Cơ cấu phân phối khí xupap treo

1- Cò mổ. 2- Đũa đẩy. 3- Xupap. 4- Con đội. 5- Trục cam.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

6

Khoa công nghệ Ô Tô

1.2.2.2.2. Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng (xupap đặt):
Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng trình bầy trên hình 1.2, loại này thường dùng
ở máy xăng.

Hình 1.2. Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng.
1 –đế xupap; 2 – xupap; 3- ống dẫn huớng xupap; 4 – lò xo xupap;5– móng
hãm hình côn; 6 – đĩa chặn lò xo; 7 – bulông điều chỉnh;; 8– con đội; 9– trục cam.
Ở đây không có đũa đẩy, đòn gánh, con đội 8 trực tiếp truyền động cho xupap 2.
Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông 7 và ốc hãm sẽ điều chỉnh
được khe hở nhiệt. Loại hệ thống nạp xả có xupap đứng này làm tăng diện tích
buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupap treo do đó độ tin cậy khi làm việc
của loại này cao hơn hệ thống nạp xả có xupap treo. Và an toàn hơn loại xupap treo,
vì giả sử móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vào xylanh, không gây
hư hỏng cho piston, xylanh đặc biệt khi khi động cơ đang làm việc.
1.2.2.2.3. Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap:
( Hình 1.3)
Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap thể hiện trên
hình vẽ (hình 1.3). Khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp điều khiển

việc đóng, mở xupap, không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh…… Tuy nhiên hệ trục
và hai cặp bánh răng côn có phức tạp, chế tạo khó, nhưng nó có ưu điểm là làm việc
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

7

Khoa công nghệ Ô Tô

êm hơn, ít gây tiếng ồn. Bởi vì cơ cấu này không có chi tiết làm việc theo chuyển
động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp có đòn gánh và đũa đẩy. Loại này có
xupap rỗng, ghép. Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap, sẽ cho phép điều
chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupap). Tuy nhiên, đối với xupap
xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 – 400)0C. vì vậy các đường ren dễ bị kẹt do
han rỉ, điều chỉnh bu lông 5 rất khó. Lò xo xupap ở đây có hai chiếc có độ cứng
khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau. Nhờ vậy tránh được
sự cộng hưởng nên bền lâu hơn. Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối,
như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này, nhà chế tạo để
khe hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy
làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.

Hình 1.3. Cơ cấu phân phối khí có xupap được dẫn động trục tiếp bằng cam
1–xupap xả; 2–lò xo xupap; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh; 6–thân
xupap rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ;
1.2.2.2.4. Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn
gánh : ( hình 1.4)

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh được
thể hiện trên hình vẽ (Hình 1.4). Trục cam đặt trên nắp xylanh, nhưng cam không
trực tiếp tỳ vào xupap mà thông qua đòn gánh. Chuyển động từ trục khuỷu cho trục
cam bằng xích. Điều chỉnh khe hở nhiệt được thực hiện nhờ vít điều chỉnh và ốc
hãm ở đầu đòn gánh.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

8

Khoa công nghệ Ô Tô

Hình1.4. Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có
đòn gánh.
1.2.2.2.5. Cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử:
a. Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát
liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm
biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp
hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cả biến.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng

Đại học Công Nghiệp Hà Nội

9

Khoa công nghệ Ô Tô

Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần
thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu.
ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn
đoán khi có sự cố xảy ra. Điều khiển đông cơ bao gồm điều khiển phun nhiên liệu,
điều khiển đánh lửa, điều khiển góc phối cam, điều khiển ra tự động.
b. Sơ đồ cấu tạo: (hình 1.6)

Hình1.6. Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển kiểu Valvetronic.
1:Mô tơ bước; 2:Bộ truyền trục vít bánh vít; 3:Cần dẫn hướng; 4:Trục nắp cần
dẫn hướng; 5: Đòn gánh; 6:Lò xo xupap; 7: Xupap.
Hê thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họng bướm
ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu. Bướm ga mở
càng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càng nhiều. Tại vùng họng bướm
ga, bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng, nhưng những piston vẫn còn
hoạt động, không khí được lấy vào từ một phần của ống thông của đường ống phân
phối đầu vào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga và buồng đốt có độ chân không
thấp ngăn cản tác động của sự hút vào và bơm vào của những piston, làm lãng phí
năng lượng.Các kỹ sư ô tô nói đến hiện tượng này như sự bỏ phí năng lượng khi có
sự bơm. Động cơ hoạt động càng chậm thì các bướm ga đóng càng nhiều, và sự
lãng phí năng lượng càng lớn. Valvetronic giảm tối thiểu mất mát khi bơm bằng sự
giảm bớt sự tăng lên của trục van và số lượng không khí đi vào buồng cháy. So với
những động cơ cam đôi kiểu cũ với sự xuất hiện của bánh con lăn có bộ phận định
hướng, valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, một mô tơ điện và một số cần

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

10

Khoa công nghệ Ô Tô

đẩy (đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của các xupap. Nếu
đòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupap lớn nhất
và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất. Như vậy, valvetronic có khả
năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy
hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳ thuộc vào vị trí định
trước trên động cơ.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

11

Khoa công nghệ Ô Tô

Chương II :

SƠ ĐỒ CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CỞ CẤU
PHÂN PHỐI KHÍ
2.1. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Hình 2.1.Cơ cấu phối khí dùng xupap
1 - đai dẫn động ; 2 - con dội ; 3,5 - đòn gánh ; 4 - đũa đẩy ; 6 - cổ trục cam

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

12

Khoa công nghệ Ô Tô

2.1.1. Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo :

Hình 2.2 Cơ cấu phối khí dùng xupap treo
2.1.1.1. Loại dẫn động gián tiếp:
a. Sơ đồ cấu tạo ( Hình 2.3)

Hình 2.3. Cơ cấu phân phối khí có xupap treo dẫn động gián tiếp
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- Lò xo xupap. 10- Xupap. 11- Bạc dẫn
hướng xupap.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

13

Khoa công nghệ Ô Tô

b. Nguyên lý làm việc:
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.
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 10
xuống mở cửa 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 xo 9 giãn ra làm xupap đậy kín bệ xupap, đồng thời
đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại. Bạc dẫn hướng 11 có nhiệm vụ định hướng
cho xupap 10 chuyển động tịnh tiến. Móng hãm 8, đĩa tựa lò xo có tác dụng cố định
cán xupap với đĩa ép lò xo, không cho xupap rơi xuống buồng đốt. Lò xo 9 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.
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 độn cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt bị hở, động cơ
hoạt động 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 - 1,5 mm, còn
xupap nạp nằm trong khoảng 0,1 – 0.2 mm.
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 điều kiện tiên quyết có tỷ số nén

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

14

Khoa công nghệ Ô Tô

cao. Mặt khác, dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tạo điều kiện thải
sạch và nạp đầy hơn.
2.1.1.2. Loại dẫn động trực tiếp: (hình 2.4)

Hình 2.4. Trục cam dẫn động trực tiếp xupap
a. Sơ đồ cấu tạo: ( hình 2.5)

Hình 2.5. Cơ cấu phân phối khí có xupap treo dẫn động gian tiếp - trục cam đặt

trên nắp xylanh.
1-Xupap xả. 2-Lò xo xupap. 3-trục cam. 4-Đĩa tựa.
5-Đệm điều chỉnh. 6-Thân xupap rỗng
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

15

Khoa công nghệ Ô Tô

b. Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, trục cam 3 quay thì quả đào trên trục cam quay sẽ 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 côn.
Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và 2 cặp bánh răng côn 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 0C, vì vậy các đường
ren dễ bị kẹt do han rỉ, làm cho việc điều chỉnh đệm điều chỉnh 6 khó khăn. Lò xo
xupap ở đây gồm hai cái khác nhau, chiều xoắn ngược nhau, chiều dài bằng nhau,
có tác dụng tránh cộng hưởng nên tăng độ bền.
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 hống
này cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.
2. 1.2. Xupap đặt :
a. Sơ đồ hệ thống phân phối khí có xupap đặt được thể hiện trên hình 2.6:
b. 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 6 giãn ra đậy nắp
xupap lại.
Hệ thống phân phối khí này hoạt động thông qua con đội 2 trực tiếp truyền
chuyển động cho xupap 7.
Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bulông 3 và ốc hãm 4 sẽ điều
chỉnh được khe hở nhiệt (giữa đuôi xupap 7 và đầu bulông 3)
Hệ thống thay đổi khí có xupap đặt làm tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

16

Khoa công nghệ Ô Tô

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.

Hình 2.6. Hệ thống phân phối khí xupap đặt

1-Trục cam. 2-Con đội. 3- Bulông điều chỉnh. 4- Ốc hãm. 5-Đĩa tựa. 6-Lò xo
xupap. 7-Xupap. 8-Bạc dẫn hướng xupap.
2.2. BỐ TRÍ XUPAP VÀ DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2.2.1. Số xupap :
Thông thường mỗi xi lanh có 1 xupap nạp và 1 xupap thải. Đường kính xupap nạp
thường lớn hơn xupap thải để ưu tiên nạp đầy cho động cơ.
Để tăng tiết kiệm thông qua cho các dòng khí nạp và thải, nhất là đối với động cơ có
đường kính xylanh lớn số xupap có thể bằng 3 (2 nạp, 1 thải) hoặc 4 ( 2 nạp và 2
thải). Hiện nay, hầu hết các động cơ đều được thiết kế với 4 xupap. Ngoài việc tăng
tiết diện thông qua cho dòng khí lưu động, người ta còn tạo ra được chuyển động
xoáy do đóng mở các xupap cùng tên trong xylanh lệch nhau, do đó hoàn thiện quá
trình hình thành khí hỗn hợp và cháy để cải thiện tính năng làm việc của động cơ.
Hiện nay đã có một số động cơ dùng 5 (hay nhiều hơn) xupap cho 1 xylanh, trong
đó 3 xupap nạp và 2 xupap thải.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

17

Khoa công nghệ Ô Tô

2.2.2. Bố trí xupap :

Hình 2.7
Để tận dụng nhiệt của khí thải sấy nóng khí nạp mới,nhờ đó tăng cường quá trình

bay hơi và hòa trộn nhiên liệu với không khí trên đường nạp đối với động cơ xăng,
người ta bố trí các xupap thải và nạp xen kẽ nhau nên các đường thải và nạp nằm
cùng một phía động cơ.
Nhưng có những trường hợp, nhằm hạn chế ảnh hưởng tăng nhiệt độ của khí
nạp,đường nạp thải được bố trí về hai phía của động cơ. Hầu hết động cơ diesel và
một số động cơ xăng bố trí đường nạp thải theo phương án này.
Xupap thường được bố trí song song với đường tâm xylanh nhưng có một số trường
hợp phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy, xupap được bố trí nghiêng đi để buồng cháy
gọn.
2.2.3. 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 hoặc dẫn động qua một số chi tiết trung gian
như đòn bẩy để khuyếch đại hành trình xupap. Tuy vậy phải giải quyết vấn đề dẫn
động trục cam với khoảng cách xa.
2.2.4. Dẫn động trục cam :
Các phương pháp dẫn động trục cam bao gồm: Truyền động bằng bánh răng,Truyền
động bằng đai,Truyền động xích

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

18

Khoa công nghệ Ô Tô

2.2.4.1. Truyền động bằng bánh răng: (hình 2.8)
Phương pháp này dùng cho những động cơ có trục cam đặt ở thân máy, khoảng
cách giữa các trục không lớn. Có hai kiểu dẫn động bằng bánh răng :

Hình 2.8. Truyền động bánh răng
1 – Bánh răng trục cam; 2 – Dấu đặt trục cam; 3 – Bánh răng trục khuỷu; 4 – Cò
mổ; 5 – Chốt bi;6 – Lò xo;7 – Xupap;8 – Đũa đẩy; 9 – Con đội; 10 – Vấu cam; 11
– Trục cam: 12 – Cam.
- Kiểu ăn khớp trực tiếp: Loại này bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam ăn
khớp trực tiếp với nhau, khi đó hai trục quay ngược chiều nhau.
- Kiểu có bánh răng trung gian: Bánh răng trục khuỷu và trục cam không ăn khớp
trực tiếp mà thông qua một bánh răng trung gian, khi đó hai trục quay cùng chiều
với nhau.
2.2.4.2. Truyền động bằng đai: ( hình 2.9)
Loại này thường dùng cho các động cơ có trục cam đặt ở nắp máy, khoảng cách
giữa các trục lớn. Phương pháp dẫn động này có đặc điểm:
- Quá trình truyền động êm, ít tiếng ồn
- Không cần phải bôi trơn.
- Dễ chế tạo, giá thành giảm
- Phải định kỳ thay dây đai dẫn động
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

19

Khoa công nghệ Ô Tô

Hình 2.9. Dẫn động bằng đai
1 – Bánh đai trục cam; 2 – Căng đai; 3 – Bơm nước; 4 – Bánh đai trục khuỷu; 5 –
Đai dẫn động; 6 – Trục cam xả; 7 – Trục cam nạp; 8 – Pu ly trung gian.
2.2.4.3. Truyền động xích: ( hình 2.10)
Loại này thường sử dụng trên các động cơ có khoảng cách giữa hai trục khá lớn.
Trục cam có thể đặt ở thân máy hoặc nắp máy. Loại này có đặc điểm:
- Quá trình truyền động gây tiếng ồn
- Phải bôi trơn thường xuyên cho xích và bánh xích
- Phải chăm sóc thường xuyên bộ truyền động

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

20

Khoa công nghệ Ô Tô

Hình 2.10. Truyền động xích
1 – Xích cam; 2 – Bộ căng xích; 3 – Thanh chống trượt; 4 – Thanh bảo vệ; 5 – Trục
cam xả; 6 – Trục cam nạp; 7 – Đệm; 8 – Xupap nạp; 9 – Xupap xả; 10 – Bánh xích
cam; 11 – Dấu đặt cam; 12 – Bánh xích trục khuỷu.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng

Đại học Công Nghiệp Hà Nội

21

Khoa công nghệ Ô Tô

Chương III :
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA CƠ CẤU
PHÂN PHỐI KHÍ

Hình 3.1.kết cấu nắp xilanh
1-roăng xupap; 2-ống lót vòi phun; 3- bulông áp lực; 4- vòi phun; 5- roăng vòi
phun; 6-đĩa lò xo; 7-móng hãm; 8-lò xo lớn xupap; 9- lò xo nhỏ xupap; 10-bộ phận
làm xoay xupap; 11-đế xupap xả; 12-xupap xả; 13-ống dẫn hướng xupap; 14-ống
bảo vệ vòi phun; 15-Xupap nạp; 16- Đế xupap nạp ; a- nước làm mát động cơ lên;
b-đường dầu bôi trơn; c- Khí xả; d- khí nạp.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

22

Khoa công nghệ Ô Tô

3.1. TRỤC CAM: ( hình 3.2)
3. 1.1. Vai trò :
Trục cam mang các cam dẫn động cơ cấu 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, bánh răng dẫn động bơm dầu, dẫn động chia điện – đánh lửa….
3. 1.2. Điều kiện làm việc :
Về mặt tải trọng, trục cam không phải chịu nhiều điều kiện làm việc nặng nhọc. Các
bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường là dạng trượt nên dạng hỏng chủ yếu của
trục cam là mài mòn.
3.1.3. Vật liệu :
Để chế tạo trục cam, người ta sử dụng thép ít cacbon như thép C30, thép cacbon
trung bình như thép C40, C45 hoặc thép hợp kim như 15Cr, 15Mn, 12CrNi….
Các bề mặt làm việc của cam và các cổ trục được thấm than và tôi cứng với độ thấm
tôi khoảng 0,7 – 2 mm đạt HRC 52 – 65. Những bề mặt còn lại có độ cứng đạt
HRC 30 – 40.
3.1.4. Kết cấu :
Cấu tạo trục cam được thể hiện trên hình 3.2 . 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, đặt 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 3.2. Kết cấu trục cam
1- Đầu trục cam, 2- Cổ trục cam, 3- Cam nạp và cam thải
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng

Đại học Công Nghiệp Hà Nội

23

Khoa công nghệ Ô Tô

Đường kính cổ trục phải đủ lớn, sao cho khi đưa trục qua các ổ đỡ, mấu cam có thể
đi qua được. 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 côn cũng theo chiều ấy (đầu to ở phía
bánh răng).
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) dpp

a)

b)
Hình 3.3. 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
3.3).

Hình 3.4. Cam rời lắp trên trục
Đôi khi người ta chế tạo quả cam rời ( hình 3.4), các nửa cam được lắp vào trục
phân phối nhờ các đai ốc đặc biệt có rãnh tiện hình côn.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

24

Khoa công nghệ Ô Tô

Có trường hợp khác, cam là loại liền nhưng được lắp ghép vào một bạc lót có đai ốc
hãm ở mặt bên (hình 3.5). 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.

Hình 3.5. Quả cam rèn liền với 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 3.3a).
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 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 trục 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 :
dpp ≈ (0,2÷0,26)D.
Ở các động cơ loại nhẹ, người ta thường làm trục rỗng, đường kính của lỗ khoảng
trong trường hợp này vào khoảng :
do ≈ (0,5÷0,7) dpp
Đường kính của quả cam được xác định theo các thông số cấu tạo:
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

25

Khoa công nghệ Ô Tô

d1 ≈ (1,3÷2,0)dpp
Chiều rộng của quả cam :
b1 ≈ (0,15÷0,4) d1
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 3.6.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 3.6 a) có biên dạng cong khiến cam mở nhanh hơn lúc đầu và cứ mở
rộng như vậy cho đến khi mặt đóng của cam chịu tác động của đệm đẩy xupap.
Cam (hình 3.6b) khiến xupap đóng và mở nhanh với khoảng thời gian mở rộng kéo
dài. Cam hình 3.6c) được sử dụng ở động cơ tốc độ cao để tạo ra thời gian mở lâu

tối đa cho xupap.
Có các dạng quả cam thường gặp sau : cam lồi, cam tiếp tuyến và cam lõm được thể
hiện trên hình 3.7 .

Hình 3.7. Các dạng cam thường gặp
a, b – Cam nồi; c – Cam tiếp tuyến; d – Cam lõm
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng