tài liệu về hệ thống phân phối khí

I.

MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây cùng với sự phát triển chung của xã hội, sự tiến bộ
về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên một tầm cao mới. Rất
nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sáng chế mang đậm chất
hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát
triển, nước ta đã và đang có những cải cách để thúc đẩy nền kinh tế. Việc tiếp
nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới được nhà nước
quan tâm cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển của các ngành công nghiệp mới, với
mục đích đưa nước ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu kém phát triển thành
một nước công nghiệp phát triển . Trải qua nhiều năm phấn đấu và phát
triển. Hiện nay nước ta đã là thành viên của khối kinh tế WTO. Việc tiếp cận
các quốc gia có nền kinh tế phát triển, chúng ta có thể học hỏi kinh nghiệm,
tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến để phát triển nhiều hơn
nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trên con đường
quá độ lên XHCN.
Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng phát
triển thì ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành có tiềm năng và
được đầu tư phát triển mạnh mẽ. Do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật quá
trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển mạnh mẽ, nhu cầu của con
người ngày càng được nâng cao. Để đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho con
người vận hành và chuyển động của xe, rất nhiều hãng sản xuất như: FORD,
TOYOTA, KIA MOTORS, MAZDA,.....đã có nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng
công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe nhằm đảm bảo an toàn cho
người sử dụng.
Trong ngành công nhệ ô tô, bên cạnh các công việc thiết kế, chế tạo, lắp
ráp và sử dụng thì các tính năng vận hành, độ tin cậy, tính kinh tế và tuổi thọ
của xe đều bị biến đổi theo chiều hướng xấu, do đó phải bảo dưỡng định kì và

sửa chữa lớn. Công tác bảo dưỡng và sửa chữa ô tô không những kéo dài tuổi
thọ, tăng độ tin cậy của phương tiện mà còn làm tăng hiệu quả kinh tế trong
sử dụng ô tô.


2.1 Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực cơ khí trong đó có
ô tô đưa đến sự hoàn thiện về ô tô trên phương diện động cơ, tính tiết kiệm
nhiên liệu,... những yếu tố trên chính là do hệ thống phân phối khí quyết định.
Vì vâỵ ta sẽ tìm hiểu vấn đề đó qua phần đồ án chuyên ngành sau đây.

3.1 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi, mục đích, mục tiêu
Với đề tài :” Nghiên cứu hệ thống phân phối khí trên xe ô tô MAZDA
CX5” nhằm mục đích sử dụng những kiến thức chuyên ngành đã được học,
góp phần vào việc sử dụng và sửa chữa hiệu quả xe ô tô. Nắm rõ cấu tạo và
sửa chữa cơ cấu phân phối khí trong động cơ đót trong dùng cho ô tô.
4.1 Phương pháp
Phương pháp nhiên cứu bằng cách thu thập thông tin khoa học trên cơ
sở nghiên cứu các văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy
loogic để rút ra kết luận khoa học cần thiết.
Bước 1:Thu thập, tìm tòi tư liệu viết về hệ thống phân phối khí nói chung và
trên xe MAZDA CX5 nói riêng.
Bước 2:Sau đó sắp xếp các tài liệu một cách khoa học theo một hệ thống kiến
thức, loogic, các vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.
Bước 3:Rồi đọc nghiên cứu, phân tích, hệ thống hóa lại kiến thức tạo ra một
lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.
II.

1)

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI


Nhiệm vụ

I.

Điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác trong động cơ. Thải sạch

•

khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh
động cơ.

Điều kiện làm việc:

II.
•

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 tới 10.000
đến 20.000 N, trong động cơ cường hóa và tăng áp lực này có thể lên 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 tại xupap thải trong đông cơ xăng
thường đạt 800-850˚C , trong động cơ diezel là 500-600˚C. Nhất là trong
kì thải nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất
cao khoảng 700-900˚C còn ở động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200˚C. Hơn
nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn, mới bắt đầu thải có thể đạt 400-600 m/s
nên khiến cho xupap nhất là xupap thải thương bị quá nóng và bị dòng
khí ăn mòn khí thải thường gồm NOx, CO2, CO, CmHn, SO2...vì tạo ra các
axit sau khi cháy nên mặt nấm xupap thường bị mòn. Vì vậy vật liệu dùng
chế tạo xupap phải có độ 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.

III.
•
•
•
•
•
•
•
IV.

Yêu cầu

Đảm bảo thải sạch nạp đầy
Các xupap phải đóng mở đúng thời điểm quy định
Độ mở phải lớn để dòng khí dễ lưu thông
Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giãn nở
Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, chi phí thấp
Ít va đập, chịu mài mòn
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa

Phân loại


•

CCPPK dùng cam- xupap là loại cơ cấu phối khí phổ biến có kết cấu đơn

•

giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm
CCPPK dùng van trượt là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu
thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn tuy nhiên cấu tạo phức tạp giá thành

•

cao nên ít sử dụng chỉ dùng cho động cơ đặc biệt trên xe đua
CCPPK dùng cửa nạp xupap thải loại cơ cấu này sử dụng trên động cơ 2

•

thì quét thẳng
CCPPK dùng piston đóng mở cửa nạp thải là loại cơ cấu dùng cho động
cơ 2 kì quét vòng hoặc quét thẳng, quét thẳng có thể qua xupap xả hoặc
cửa xả dùng piston đối đỉnh. CCPPK này có kết cấu đơn giản, không
phải điều chỉnh, làm việc tin cậy nhưng chất lượng quá trình trao đổi
khí không cao. Trong cơ cấu loại này piston đóng vai trò như một van
trượt đóng mở cửa nạp và cửa thải. Loại động cơ này không có cơ cấu
dẫn động van trượt riêng mà dùng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền để
dẫn động piston

Số xupap và cách bố trí xupap

V.
•

Thông thường mỗi xylanh có 1 xupap thải và 1 xupap nạp. Đường kính
nấm xupap nạp thường lớn hơn để ưu tiên nạp đầy cho động cơ. Để
tăng tiết diện lưu thông qua các dòng khí nạp và khí thải, nhất là đối
với động cơ có đường kính xylan lớn, số xupap có thể là 3( 2 nạp 1 xả)
hoặc 4 xupap (2 nạp 2 thải). Hiện nay ngay cả đường kính xylanh nhỏ
như ô tô du lịch người ta cũng thiết kế 4 xupap cho 1 xylanh. Ngoài việc
tăng tiết diện lưu thông cho dòng khí lưu động người ta còn tạo ra
chuyển động xoáy do đóng mở các xupap cùng tên trọng xylanh lệch
nhau. Do đó hoàn thiện quá trình hoàn thành hỗn hợp khí và cháy để

•

cải thiện tính năng làm việc của động cơ.
Cách bố trí xupap


Hình 1.1 bố trí xupap
a.
b.
c.
d.

Xupap nạp và thải nằm cùng 1 phía
Xupap nạp và thải nằm về hai phía

Xupap bố trí song song với xylanh
Xupap bố trí nghiêng so với xylanh

Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí do đặc điểm hòa khí
hình thành ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân
không tại họng do vậy hòa khí hình thành chưa đồng nhất để
tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu hòa trộn tốt hơn thì
nhiệt độ cao của dòng khí thải được tận dụng dể sấy nóng
dòng khí nạp nên 2 đường nạp thải bố trí sen kẽ nhau
Hoặc có thể bố trí đường nạp thải về hai phía, ở trường hợp
này nhiệt độ nước làm mát động cơ sử dụng để gia nhiệt cho
dòng khí nạp
Còn với động cơ phun xăng điện tử hòa khí được hình thành
rất tốt nhờ kim phun đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp không
khí vào buồng đốt nên để tránh sự truyền nhiệt từ nắp máy và
dòng khí thải đường ống nạp làm bằng nhựa cách nhiệt rất tốt
và bố trí về 2 phía khác nhau
Xupap thường bố trí song song với xylanh nhưng một số
trường hợp phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy xupap được bố
trí nghiêng đi để buồng cháy được gọn

Nguồn: giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong+
đồ án ĐỖ BÁ TUẤN 123doc.org
III.

NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU


a)

Các phương pháp dẫn động trục cam



Dẫn động trục cam phụ thuộc vào vị trí đặt trục cam trên động cơ, công
suất và bí quyết công nghệ của các hãng chế tạo xe hơi.
Có nhiều phương pháp dẫn động trục cam. Tùy thuộc vào
từng loại động cơ có thiết kế trục cam khác nhau mà người
ta chọn cách dẫn động trục cam thích hợp:
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền đai

•




•

Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích



Xích được bôi trơn từ hệ thống bôi trơn qua ống trục khuỷu
qua bánh xích hay có vòi dẫn hướng dầu
Bộ truyền xích có thể sử dụng để dẫn động trục cam ở nắp
máy hoặc trong thân máy. Ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ và
truyền động dễ dàng ở khoảng cách trục lớn. Nhưng nhược
điểm cơ bản là dễ bị rung động khi thay đổi tải và gây ra

tiếng ồn. Giá thành tương đối cao, làm việc lâu dài thường
dẫn đến hiện tượng rão do mòn con lăn, chốt xích dẫn đến
phải thay bộ truyền mới.
Quá trình làm việc của bộ truyền xích cần được bôi trơn và sử
dụng bộ dẫn hướng, giảm chấn. Ngoài ra để đảm bảo cho xích
luôn có độ căng nhất định cần phải có cơ cấu căng xích từ
động hoặc có thể điều chỉnh được.






Hình 1.2: dẫn động xích cho trục cam
1. Đĩa răng trục cam
4. Bộ căng xích
đặt cam

2. Xích cam 3. Đĩa răng trục khuỷu

6. Giảm chấn xích 7. Trục cam thải 8. Dấu

•

Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng



Bánh răng được lắp ở đầu trục khuỷu của động cơ hoặc đuôi
trục khuỷu. Để kết cấu đơn giản thì lắp bánh răng ở đầu trục tuy

nhiên cơ cấu này sẽ chịu hiện tượng dao động xoắn
Bộ truyền bánh răng bao gồm hai cặp bánh răng ăn khớp trực
tiếp thì hai trục quay ngược chiều nhau hoặc qua bánh răng
trung gian khi đó hai trục quay cùng chiều nhau. Đối với động
cơ 4 kỳ hai vồng quay của trục khuỷu tương ứng với một vòng
quay của trục cam nên tỉ số truyền bằng 2 với động cơ 1 kỳ thì
bằng 1
Ưu điểm là bánh răng có độ bền và tuổi thọ cao, hiệu suất lớn,
kết cấu đơn giản, tuy nhiên nó có nhược điểm là gây ra tiếng ồn
và khó bố trí khi dẫn động với khoảng cách trục lớn. Các bánh
răng thường được sử dụng là răng trụ răng nghiêng để giảm
tiếng ồn và kích thước chiều trục. Thường dùng trên các động cơ
cỡ lớn như ô tô tải và tàu thủy,...






•

Dẫn động trục cam bằng bộ truyền đai



Bộ truyền đai thường được sử dụng khi trục cam đặt trên nắp máy và
phổ biến ở xe du lịch, xe tải nhỏ. Ưu điểm nổi bật là làm việc êm dịu,
không cần bôi trơn và đòi hỏi đọ căng trong quá trình sử dụng. Dây đai
có giá thành thấp, nhẹ hơn so với các bánh răng hay xích. Tuy nhiên
tuổi thọ và độ bền thấp.

Hình 1.3: dẫn động đai cho trục cam
1.

Đĩa răng trục cam 2. Bộ căng đai 3. Bơm nước 4. Đĩa răng trục khủy


5. Dây đai dẫn động trục cam 6. Các trục cam nạp 7. Puly trung tâm
8. Trục cam thải
b)

Đặc điểm kết cấu của CCPPK trên động cơ 2 kỳ

Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động
cơ chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải
trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp
suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở quá trình này sẽ xảy ra sự
hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu
vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải
sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu
phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải.
Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:
Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét. Cửa quét
thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng
không
khí quét trongxilanh.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:
Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn.

Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm
xilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng
đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải.
Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của
động cơ và áp suất không khí quét lớn.
+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:
Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có
bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi
chất công tác mới vào hàng lổ phía trên.
Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp.
Chiều cao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ
tiêu công tác của động cơ.


+ Hệ thống quét vòng đặt một bên:
Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc
độtrung bình.
Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa
quét nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng
cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét.
+ Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải:
Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp thải
được đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp
xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với
sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót
nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn.
Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn. Cửa
quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo
thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá
trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm

được sức cản trong quá trình quét khí.


 Nguồn: giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong+ Oto-

hui.com

c)

Đặc điểm kết cấu của CCPPK trên động cơ 4 kỳ

Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất
mới được thực hiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được
sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố trí xupáp 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 xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp
đặt…


+
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt:
Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục
cam dẫn động xupáp thông qua con đội. Xupáp nạp và xupáp 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 xupáp cùng tên, các xupáp
nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành
đơn
giản
hơn.

1 – Trục cam; 2 – Thân máy; 3 – Con đội; 4 – Đế lò xo xupáp; 5 – Lò xo
xupáp; 6 – Ống dẫn hướng; 7 – Xupáp; 8 – Bánh răng dẫn động bánh răng
cam;



Ưu điểm : phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của
nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng.
Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn, diện
tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế không cao, tiêu hao nhiều nhiên
liệu, ở tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hóa của động
cơ, khó tăng tỉ số nén. 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.

Vì vậy CCPPK xupap đặt thường dùng cho động cơ xăng có tỉ số nén thấp, số
vòng quay không cao lắm.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp 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 xupáp.
 Ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì
vậy giảm được tổn thất nhiệt, tỉ số nén rất cao. Thường dùng cho động
cơ diezel cỡ nhỏ, đối với động cơ xăng khi dùng CCPPK xupap treo do
buồng cháy nhỏ nên khó kích nổ nên tăng được tỉ số nén thêm 0,5-2 so
với CCPPK dùng xupap đặt
 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 xupáp hợp lý
nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí.
 Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số

khuyết điểm như dẫn động xupáp 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 xupáp, 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, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy,


đòn bẫy…

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 xupáp; 9 - Ống dẫn hướng; 10 –
Xupáp; 11 – Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu.


Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp. Có thể
sử dụng phương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián
tiếp qua các đòn bẩy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.
Kết luận: So sánh ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí xupáp đặt
và treo thấy rằng: Động cơ diezel chỉ dùng xupáp treo, do tạo được
cao còn động cơ xăng có thể dùng xupáp 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 xupáp treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động cơ 4 kỳ.

 Nguồn: giáo

Luanvan.co

+Doc.edu.vn

trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong+


Cấu tạo các chi tiết cơ bản của cơ cấu phối khí
Hệ thống phân phối khí trong động cơ ô tô bao gồm các xu-páp và một
hệ cơ khí điều khiển chúng đóng mở đúng thời điểm. Hệ thống đóng, mở
được gọi là trục cam, trục cam có các vấu cam đẩy các xu-páp lên và
xuống. Các xupáp hút và xả cần phải được mở ra đúng thời điểm để
lượng không khí nạp vào xilanh nhiều nhất và thải sạch lượng khí cháy
trong xilanh ra đường xả. Các xupáp nạp và thải đều đóng ở kỳ nén và
nổ để buồng cháy được bịt kín.
 Trục cam
 Trục cam mang các cam dẫn động ccppk, một số trường hợp trục cam

còn có các bộ phận của hệ thống khác: cam của bơm nhiên liệu hay
bánh răng dẫn động bơm dầu, dẫn động chia điện đánh lửa
 Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện làm việc nặng

nhọc. Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng trượt nên
dạng hỏng chủ yếu là mài mòn
 Trục được làm bằng thép, cấu tạo bởi các các vấu cam và các cổ trục.

Số lượng cam đúng bằng số xu páp, chúng được bố trí sao cho đảm bảo
thứ tự nổ của các xi lanh của động cơ. Số cổ trục được tính toán, thiết
kế tuỳ theo số lượng xi lanh và cách bố trí các xi lanh, sao cho đảm bảo
độ cứng vững cho trục.

 Biên dạng cam quyết định thời điểm đóng, mở các xu páp, vì vậy nó phải

được tính toán sao cho đảm bảo được các pha phối khí của động cơ theo
như thiết kế, còn chiều cao của đỉnh cam thì quyết định độ mở của xu
páp
 Để chế tạo trục cam người ta dùng thép ít cacsbon như C30, C40, C45,

thép hợp kim 15Cr, 15Mn,...
 Thông thường các cam được chế tạo liền với trục. Để giảm ma sát và

mài mòn khi làm việc, bề mặt của cam phải được gia công kỹ lưỡng: tôi
thấm các bon, thấm ni tơ và mài bóng. ở động cơ lớn cam làm rời được
lắp vào trục bằng then và kẹp chặt bằng đai ốc
 Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gối đỡ trục, các gối này thường

là các ổ trượt . các cổ trục có đường kính bằng nhau một số động cơ các
cổ cam có đường kính nhỏ dần về phía đuôi trục để dễ lắp ghép. số cổ
trục cam Zc thông thương phụ thuộc số xylanh z theo quan hệ:
Zc


Các dạng cam thường gặp có cam lồi, cam tiếp tuyến và cam lõm. Phổ

biến là cam lồi gồm các cung trong như: cam hai cung và cam 3 cung chúng


thường có dạng đối xứng nó đảm bảo đóng, mở xu páp một cách êm dịu và
dứt khoát.

Nguồn: giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong
Xu páp

Nguồn: đứcanh89( www.2banh.vn)
 Các xupap có vai trò đóng mở các đường nạp thải để thực hiện quá

trình trao đổi khí
 Điều kiện làm việc: mặt nấm xupap chịu phụ tải trọng động và phụ tải

nhiệt rất lớn. Lực khí thể tác dụng có thể lên 20.000N. trong động cơ


cường hóa và tăng áp có thể lên 30.000N. nhiệt độ tiếp xúc của xupap rất
cao với động cơ xăng là 1073-1123*K còn động cơ diezel là 773-873*K.
Tốc độ dòng khí thải rất lớn 400-600*K
 Các xupap nhất là xupapp thải thường dễ bị quá nóng và bị ăn mòn bởi

dòng khí
 Vật liệu chế tạo xupap thường là thép hợp kim chịu nhiệt có các thành

phần như silic mangan crom và được mạ coban
 Các xu páp được cấu tạo gồm 3 phần: nấm, thân và đuôi
 Nấm xupap là phần quan trọng nhất nấm xu páp có hình đĩa, mặt làm

kín (tỳ lên đế xu páp) được chế tạo vát hình côn (thường có góc nghiêng
là 45° ).góc càng nhỏ tiết diện lưu thông dòng khí càng lớn nhưng dễ bị
ngoặt làm tăng sức cản lưu động của dòng khí.
 Nấm bằng đơn giản dễ chế tạo có diện tích chịu nhiệt nhỏ
 Nấm lõm có bán kính chuyển tiếp giữa nấm và thân rất lớn nên dùng

cho xupap nạp để dòng khí đỡ bị ngoặt. Phần lõm làm giảm trọng lượng
của nấm và toàn bộ xupap
 Nấm lồi dùng cho xupap thải nhằm cải thiện quá trình thải cụ thể là

giảm các vùng chết khi thải để sạch
 Một số xupap thải rỗng với 50-60% thể tích để chứa natri giúp xupap

làm mát hiệu quả hơn
 Đế xu páp nằm trên nắp máy và cũng có mặt vát tương tự. Đế có thể

được gia công trực tiếp trên nắp máy (nếu nắp máy đúc bằng gang)
hoặc chế tạo thành chi tiết rời rồi ép vào nắp máy. Các mặt tỳ của xu páp
và đế phải được mài rà với nhau kỹ lưỡng trước khi lắp để đảm bảo độ
kín.


 Thân xu páp di chuyển trong ống dẫn hướng,ống này để dẫn hướng

xupap, ống này thường được chế tạo độc lập sau đó ép vào nắp máy để
dễ gia công sửa chữa tăng tuổi thọ.Nó vừa có nhiệm vụ dẫn hướng vừa
làm kín. Do vậy, phần thân xu páp trượt trong ống phải được gia công
với độ chính xác và độ bóng cao.
 Đuôi của xu páp thường là nơi bố trí chi tiết hãm. Kết cấu của khoá

hãm tương đối đa dạng, nhưng phổ biến hơn cả là loại khoá hãm 2 nửa:
mặt ngoài côn, mặt trong trụ và có gờ ăn vào rãnh tiện trên đuôi xu páp.
Khoá này chặn đĩa đỡ phía trên của lò xo, nhờ nó mà lực đẩy của lò xo
được truyền sang thân xu páp, đảm bảo cho mặt tỳ của xu páp luôn tỳ
chặt lên đế, nghĩa là đảm bảo độ kín cho buồng đốt khi xu páp ở trạng
thái đóng.

 Trong quá trình làm việc của động cơ, xu páp xả phải chịu nhiệt độ rất

cao do luồng khí cháy đi qua nó ở kỳ xả. Vì vậy, xu páp xả thường được
chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt, còn xu páp hút được chế tạo bằng
thép crôm. Đôi khi phần đầu và thân của xu páp được chế tạo rời từ các
loại vật liệu khác nhau và ghép lại với nhau bằng mối hàn. Trong một số
trường hợp, thân và đầu xu páp được làm rỗng, trong đó chứa các loại
muối nóng chảy hay natri kim loại (nóng chảy ở nhiệt độ 97° C). Khi gặp
nhiệt độ cao, các chất này nóng chảy, làm tăng khả năng điều hoà nhiệt
độ trên toàn thân xu páp (dẫn nhiệt nhanh từ vùng nóng sang vùng
nhiệt độ thấp hơn) và làm giảm nhiệt độ cho khu vực chịu nhiệt cao của
xu páp.
 Lò xo xu páp có nhiệm vụ ép chặt mặt tỳ của xu páp lên đế của nó để

đảm bảo giữ cho xu páp luôn đóng kín. Để định vị cho xu páp nằm chính
xác trên đế của nó, trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng 2 lò xo
lồng vào nhau và có hướng xoắn ngược nhau.ngoài sức căng ban đầu
lod xo chịu tải trọng đột ngột và tuần hoàn trong quá trình đóng mở
xupap




Nguồn: giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt
trong+123doc.org( đồ án môn học nguyễn thanh hùng-cao đẳng
kt lý tự trọng)

 Các chi tiết khác
 Đối với các động cơ có xu páp trên và trục cam đặt dưới thì các cam

điều khiển các xu páp đóng mở theo đúng pha phối khí nhờ một hệ thống
dẫn động cơ khí bao gồm con đội, đũa đẩy và đòn mở .
 Con đội thường có dạng cốc hình trụ, mặt dưới của nó tỳ lên vấu cam,

còn trong cốc chứa đầu dưới của đũa đẩy. Phía dưới của con đội có thể
lắp con lăn hoặc có dạng hình nấm để giảm ma sát tiếp xúc trong quá
trình làm việc
 Đũa đẩy có dạng đũa, làm bằng thép đặc hoặc rỗng, các đầu của nó có

các mặt cầu để tỳ lên con đội (đầu dưới) hay đế của vít chỉnh ở đầu đòn
mở (đầu trên). Các đầu tỳ này được tôi thấm các bon để đảm bảo độ bền
chống mài mòn trong quá trình làm việc.
 Đòn mở có dạng đòn quay quanh một trục với 2 nửa đòn có độ dài

không bằng nhau. Các đòn được chế tạo từ thép bằng công nghệ dập,
chúng được lắp lên trục của giàn xu páp thông qua các bạc bằng đồng.
Đầu dài của đòn mở có mặt cầu để tỳ lên đuôi của xu páp.
 Đối với các động cơ có trục cam đặt ở trên nắp máy (OHC và DOHC) thì

cơ cấu phối khí không có đũa đẩy, các cam có thể tác động trực tiếp lên
các xu páp hoặc thông qua các đòn mở đặc biệt.
 Trên một số động cơ của ôtô du lịch hiện đại, người ta sử dụng con đội

thuỷ lực với mục đích đảm bảo cho đầu dài đòn mở luôn tỳ sát vào đuôi
của xu páp (không có khe hở nhiệt), nhờ nó mà trong quá trình sử dụng


không cần phải điều chỉnh xu páp. Hơn nữa con đội thuỷ lực giúp cho cơ
cấu làm việc êm dịu và ít ồn hơn.
Nguồn: giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong+ timtailieu.vn

(bài viết của maiphuongtt)


Hệ thống ppk thông minh trên các xe hiện đại
hiện nay



VVT-i

•

Kĩ thuật thay đổi thời điểm đóng mở xupap VVT-i(variable valve timing
with intelligence) áp dụng trên ô tô được phát triển bởi toyota. Hệ
thống VVT-i từ năm 1991 bắt đầu trên động cơ 4A-GE 20 Valve

•

VVT-i được giới thiệu năm 1996 thay đổi thời điểm nạp bằng cách điều
chỉnh quan hệ giữa hệ thống dẫn động trục cam và trục cam nạp. Hiện
nay công nghệ thay đổi thời điểm nạp cũng như xả của toyota gồm
VVT-i, VVTL-i và VVT-Ie

•

Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp làm thay
đổi thời điểm phối khí cho thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ
nhằm làm tăng hiệu suất, cải thiện kinh tế về nhiên liệu cũng như hạn
chế khí xả ô nhiễm môi trường.

•

Để thay đổi thời điểm ppk cho phù hợp với điều kiện làm việc của động
cơ ECU sẽ điều khiển bộ chấp hành sau khi đã tính toán các giá trị gửi
về từ các cảm biến của hệ thống như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm
biến khối lượng khí nạp, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ
nước làm mát, tín hiệu tốc độ xe, cảm biến VVT

•

Về nlhd sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến máy tính sẽ đưa tín hiệu
điều khiển bộ chấp hành hoạt động ở 3 chế độ: mở sớm, mở muộn, giữ
vị trí sao cho thích hợp nhất.



Hệ thống VVTL-i

•

Năm 1998 toyota đã nghiên cứu một công nghệ mới có thể thay đổi cả
thời điểm và độ nâng của xupap đó là công nghệ VVTL-i(variable valve
timing and lift with intelligence). Hệ thống này là hệ thống phát triển
nhất trong các thiết kế VVT hiện tại. Nó bao gồm các chức năng sau:


-

Làm thay đổi các thời điểm đóng mở xupap

-

Làm thay đổi khoảng đội xupap và thời gian đóng mở xupap

-

Được thiết kế điều khiển cả xupap nạp và xupap thải

•

Khác với VVT-i ở hệ thống VVTL-i có 2 cam hành trình trên trục cam
nạp, một cam hành trình ngắn và một cam hành trình dài . tùy theo tốc
độ động cơ và điều khiển cam hành trình ngắn hay dài. Việc kết nối
giữa cam hành trình dài với con đội( slipper follower) thông qua chốt
trượt được diều khiển bằng áp lực dầu. Cam hành trình dài thường
hoạt động khi số vòng quay động cơ cao thường trên 6000 vòng/phút



Hệ thống VVT-Ie

 VVT-iE(variable valve timing and lift with

intelligence by electric
motor) là một công nghệ điều khiển thay đổi thời điểm xupap được
thực hiện bằng moto điện. Công nghệ này sử dụng riêng cho Lexus.
Công nghệ sử dụng bộ chấp hành điện để điều chỉnh và duy trì thời
điểm nạp. Sau hệ thống VVT-i thì chỉ có duy nhất VVT-Ie sử dụng bộ
chấp hành điện. Sau đó bộ chấp hành thủy lực ít được sử dụng cho cam
nạp nhưng cam thải vẫn sử dụng

 Cấu trúc VVT-ie gồm:
-

Cảm biến vị trí trục khuỷu

-

Cảm biến vị trí trục cam

-

Bộ khuếch đại tín hiệu EDU

-

Động cơ điện

-

Bộ giảm tốc

 Nguyên lí hoạt động

ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa tín hiệu đến EDUđể điều khiển
động cơ điện theo ba chế độ sau:
-

Để duy trì thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động cùng tốc độ
với trục cam

-

Để điều khiển sơm thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động
nhanh hơn tốc độ với trục cam

-

Để điều khiển muộn hơn thời điểm trục cam, động cơ điện sẽ hoạt động
chậm hơn tốc độ với trục cam



Hệ thống VTEC(variable valve timing and lift electronic
control)

•

Hệ thống cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng
tua động cơ khác nhau.VTEC của honda là một trong nhiều công nghệ
điều van biến thiên trên thế giới như VVT-I của toyota hay variocam
plus của porsche

•

I-VTEC là sự kết hợp bởi VTEC và VTC( varible timing control) i-VTEC
cho phép điều khiển rất chính xác thời điểm mở van, độ nâng và toàn
bộ các hoạt động của động cơ để đạt được sự can bằng, công suất tối
đa, tiết kiệm nhiên liệu và đạt độ hiệu suất về khí xả. Nhờ đó mà nâng

cao được sự ổn định khi chạy không tải mang lại một công suất lớn ở
tốc độ thấp và trung bình kể cả ở tốc độ cao i-VTEC tạo cho đông cơ tốt
hơn cho quá trình nạp ở mọi tốc độ. Dựa trên 3 nguyên tắc: ổn định
chạy không tải, cân bằng sự tiêu hao nhiên liệu và đầu ra lớn

•

Khi so sánh cơ cấu cam của động cơ thương và động cơ VTEC ta thấy
có sự khác biệt ở số lượng vấu cam và cò mổ. Động cơ thường ở cam
nạp chỉ có 2 vấu cam được điều khiển cùng thời điểm và cùng khoảng
nâng nhất định. ở động cơ VTEC được trang bị hai vấu cam nạp với
biên độ mở khác nhau, một cho dải tốc độ thấp , một cho dải tốc độ cao.
Bên cạnh đó động cơ trang bị VTEC có thêm một cò mổ thiết kế phục vụ
cho động cơ hoạt động ở tốc độ cao

•

Các cò mổ sẽ được liên kết với nhau thông qua chốt liên kết được điều
khiển bằng áp lực dầu. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp chốt liên
kết cò mổ không được tác động do đó cò mổ dành cho hoạt động ở tốc
độ cao sẽ được cam có biên độ lớn điều khiển xoay tự do. Khi động cơ
hoạt động ở tốc độ cao áp lực dầu được điều khiển mở bởi các van điện
để cấp dầu đến điều khiển chốt liên kết cò mổ, lúc này hai cò mổ ở hai
tốc độ được liên kết với nhau và làm việc theo biên độ cam lớn. Khi
động cơ trở lại làm việc ở tốc độ thấp các van điện sẽ dừng tác động,
lúc này lực lỗ bên trong chốt liên kết cò mổ đẩy chốt liên kết trả về vị trí
ban đầu, ngắt liên kết các cò mổ do đó cơ cấu trở lại làm việc ở tốc độ
thấp

Nguồn :tạ vũ thành đạt 123doc.org
Trong khi động cơ SOHC cho thấy ưu thế ở tốc độ thấp, thì loại
DOHC thể hiện bản lĩnh ở tốc độ cao.



 SOHC và DOHC nói tới 2 kết cấu hệ thống phân khối khí trong động cơ.

Cả hai đều cần trục cam, con đội, cò mổ, xu-páp, lò xo.

 SOHC (Single Overhead Camshaft) nghĩa rằng động cơ có duy nhất một

trục cam bố trí ở đỉnh máy, phía trên các van. Trục cam dẫn động trực
tiếp cả xu-páp nạp và xả thông qua con đội hoặc cò mổ. SOHC cho phép
bố trí 2 hoặc 3 van cho mỗi xi-lanh, nếu dùng 4 van, kết cấu truyền động
sẽ rất phức tạp.

 DOHC (Double Overhead Camshaft) chỉ loại động cơ sử dụng 2 trục

cam bố trí trên đỉnh mỗi xi-lanh. Phương án bố trí 4 van cho mỗi xi-lanh
tương đối dễ dàng. Động cơ có thể đạt tốc độ vòng quay lớn. Đồng thời
cho phép đặt xu-páp ở các vị trí tối ưu tăng khả năng vận hành. Tuy
nhiên nhược điểm là trong lượng hệ thống phân phối khí tăng, kết cấu
phức tạp, tốn nhiều công suất quay trục cam và giá thành cao.

 Nguyên nhân chính của việc sử dụng DOHC là tăng số lượng van trên

mỗi xi-lanh. SOHC cho phép tối đa 4 van cho mỗi xi-lanh thì DOHC có thể
là 5 van hoặc thậm chí nhiều hơn. Tuy vậy với mục tiêu 4 van cho mỗi xilanh thì việc sử dụng DOHC không thực cho nhiều hiệu quả, trong khi lại
cồng kềnh hơn SOHC.

 DOHC còn có ưu điểm khác là cho phép bố trí bu-gi ở chính giữa đỉnh

buồng đốt nhằm tăng hiệu quả cháy. Loại SOHC, trục cam luôn đặt chính
giữa đỉnh bởi nó phải truyền động cho cả van nạp, van xả.

 Ở tốc độ thấp, động cơ cùng dung tích và 16 van, loại SOHC tạo mô-men

cao hơn DOHC. Nhưng ở tốc độ cao, mô-men và công suất tối đa của
SOHC lại thấp hơn.

 Một ưu thế khác của DOHC là khả năng ứng dụng công nghệ van biến

thiên (điều chỉnh trục cam nhằm tối ưu hóa chế độ vận hành). Trong khi
việc sử dụng công nghệ này trên loại SOHC gặp nhiều khó khăn.
 Nguồn: Autodaily.vn

Ngoài VVT của toyota VTEC của honda còn có các hệ thống ppk thông minh
khác như MITEC( mitsubishi innovative valve timing and lifting electronic


control) trên động cơ mitsubishi và VANOS( variable nockenwellen
steuerung) trên động cơ BMW
Trên một động cơ ô tô các xupap nạp và thải có tổng thể là 8 trạng thái khi
hoạt động
1. Van nạp đóng muộn (LIVC)
2. Van nạp đóng sớm( EIVC)
3. Van nạp mở muộn( LIVO)
4. Van nạp mở sớm (EIVO)
5. Van xả đóng sớm (EEVC)

6. Van xả đóng muộn (LEVC)
7. Van xả mở sớm (EEVO)
8. Van xả mở muộn (LEVO)

Mỗi một trạng thái hoạt động của các van đều có một mục đích mà nhà chế
tạo muốn mang lại cho hiệu quả làm việc của động cơ. Nếu đi phân tích trạng
thái làm việc của một động cơ có VVT sẽ thấy ý nghĩa của nó so với một động
cơ bình thường.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong

(NGUYỄN TUẤN NGHĨA- LÊ HỒNG QUÂN- PHẠM MINH HIẾU)
 Nguyên lý động cơ đốt trong

(NGUYỄN VĂN BÌNH- NGUYỄN TẤT TIẾN)
 123doc.org( đồ án môn học nguyễn thanh hùng-cao đẳng kt lý tự

trọng)

 Luanvan.co
 Oto-hui.com
 Autodaily.vn


 Vnexpress.net(Bảo Sơn)
 Doc.edu.vn
 Www.baomoi.com (ts. Nguyễn văn trà)

The end