Bài giảng cơ cấu phân phối khí

BÀI: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

NỘI DUNG:
I. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
III. XU PÁP
IV. CƠ CẤU XOAY XU PÁP
V. TRỤC CAM
VI. MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC
VII. TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ


I – CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI

A. CÔNG DỤNG
Cơ cấu phân phối khí để đóng mở các cửa nạp, thải thực hiện các quá trình nạp, thải theo yêu cầu làm
việc của động cơ.
B. YÊU CẦU
- Đóng mở đúng thời điểm quy định.
- Khi mở có độ mở lớn, khi đóng phải kín.
- Làm việc êm và ít bị mài mòn.
- Đủ độ bền trong quá trình làm việc và dễ điều chỉnh, sửa chữa.


I – CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
C. PHÂN LOẠI

Cơ cấu PPK dùng xu páp

Cơ cấu PPK trên
động cơ có

Cơ cấu PPK dùng van trượt

Cơ cấu PPK hỗn hợp: Kết hợp hai loại trên


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
A. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP ĐẶT
Phương án này thường dùng ở các động cơ kiểu cũ có công suất vừa và nhỏ như động cơ ôtô ЗАЗ51,63, ЗИЛ-157...

Sơ đồ phương án bố trí xu páp đặt
1

1. Xu páp;
2

2. Lò xo xu páp;
3. Vít điều chỉnh khe hở nhiệt;

3
4

4. Con đội;

5

5.Trục cam và cam;
6

6. Bánh răng trục cam;

7. Bánh răng trục khuỷu

7


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
A. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP ĐẶT
Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu động cơ quay, thông qua
cặp bánh răng dẫn động (6),(7) làm trục cam (5) quay. Khi cam
quay đến vị trí gờ cao tiếp xúc với con đội đẩy cho con đội (4)
và xu páp (1) đi lên, nén lò xo (2), mở cửa nạp (thải)
Khi cam quay qua vị trí gờ cao tiếp xúc với con đội, lò xo
(2) dãn ra, đẩy xu páp đi xuống đóng kín cửa nạp (thải).

1
2

3
4
5

6

7


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
A. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP ĐẶT

- Giảm được chiều cao động cơ.
Ưu điểm

- Dẫn động cơ cấu phân phối khí dễ dàng.
- Cấu tạo của nắp máy đơn giản.

- Buồng cháy không gọn, hiệu suất nhiệt không cao.

Nhược điểm

- Tổn thất dòng nạp, thải lớn nên hệ số nạp thấp
- Cấu tạo thân máy phức tạp.


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
B. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP TREO

7
4

Chú thích:

3

2

1- xupap
2- lò xo

8

3

5

2
12

1

1

3- cò mổ
11

4- chốt
5- đũa đẩy

6
10

6- con đội
7- trục cam
8,9- bánh răng

7
8

9
9

10- xích
11- con lăn
12- con trượt

(b)

(a)
Dẫn động xupap bằng đũa đẩy

Dẫn động xupap bằng xích


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
B. PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XU PÁP TREO
Nguyên lý làm việc: Khi trục khuỷu động cơ quay, thông qua cặp bánh
răng dẫn động (9),(8) làm trục cam (7) quay. Khi cam quay đến vị trí gờ cao
tiếp xúc với con đội đẩy cho con đội (6) và đũa đẩy (5) đi lên đẩy đầu
trong của cò mổ (3) và xu páp (1) đi xuống, nén lò xo (2), mở cửa nạp (thải)
Khi cam quay qua vị trí gờ cao tiếp xúc với con đội, các chi tiết trở về
vị trí ban đầu, lò xo (2) dãn ra, đẩy xu páp đi lên đóng kín cửa nạp (thải).


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1. Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí
a. Dẫn động trục cam bằng bánh
răng

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản

Nhược điểm: không thích hợp khi khoảng cách giữa
trục cam và trục khuỷu lớn

Dẫn động trục cam bằng bánh răng


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1. Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí

b. Dẫn động trục cam bằng xích

Ưu điểm: của dẫn động bằng xích là gọn nhẹ, dẫn động
được xa, khi còn mới làm việc êm.

Nhược điểm: Khi vận tốc thay đổi đột ngột xích dễ bị rung
động, sau một thời gian sử dụng xích bị mòn gây ồn và làm
sai lệch pha phối khí.

Dẫn động trục cam bằng xích
1. xích; 2. bánh răng trục cam; 3. Bánh răng trục khuỷu


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1. Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí
c. Dẫn động trục cam bằng đai răng

Khi trục cam đặt trên nắp máy cũng có
thể dẫn động trục cam bằng đai răng. Trên

trục cam và trục khuỷu có bánh đai răng, dây
đai mặt bụng có răng để ăn khớp với răng các
bánh đai.

Dẫn động trục cam bằng đai răng
1. Đai răng; 2. bánh răng trục cam; 3. bánh răng trục khuỷu


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
1. Dẫn động không tự động điều chỉnh góc phối khí
d. Dẫn động trục cam bằng trục
trung gian

Khi trục cam ở xa trục khuỷu và mô men truyền động cần lớn
thường dùng trục trung gian. Động lực được truyền từ trục khuỷu đến trục
cam thông qua các cặp bánh răng côn và trục trung gian.
Ưu điểm: Gọn, dẫn động được xa mà ít bị sai lệch pha phối khí.
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi lắp ghép chính xác, hiệu suất
truyền động không cao.

Dẫn động bằng trục trung gian
1. Bánh răng trục cam; 2. Trục và bánh răng trung gian; 3. Bánh răng trục khuỷu


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2. Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí

Ở vận tốc góc lớn, muốn hệ số nạp tăng, góc mở sớm và đóng muộn của xu páp đều cần muộn hơn so với khi ở vận tốc

trung bình và nhỏ. Để tối ưu hoá pha phối khí, một số động cơ hiện nay có bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh pha phối khí ở
các dải vận tộc góc khác nhau, có thể tác động để điều chỉnh góc phối khí theo các phương án sau:


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2. Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí
a. Thay đổi sườn căng đai (hoặc xích) cam.

a.

Vị trí bình thường (pha phối khí sớm) ở vận tốc
trung bình và thấp;

b. Vị trí điều chỉnh (pha phối khí muộn) ở vận tốc cao
1. Bánh đai trục cam;
2. Cơ cấu căng đai;
3. Dây đai cam;
4. Bánh răng trục khuỷu

Cơ cấu thay đổi sườn căng đai (hoặc xích cam)


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2. Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí
a. Thay đổi sườn căng đai (hoặc xích) cam.
Ở vận tốc góc trung bình và nhỏ cơ cấu căng đai
để đai dẫn động ở vị trí (a) cơ cấu có pha phối khí
bình thường. Khi vận tốc góc tăng cao, bộ phận tự

động điều chỉnh tác động vào cơ cấu căng đai làm
dịch chuyển sườn căng đai chuyển đai sang vị trí (b)
làm góc phối khí muộn đi.

Cơ cấu thay đổi sườn căng đai (hoặc xích cam)


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2. Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí
b. Thay đổi góc phối khí bằng cách tự động thay đổi vị trí tương đối của trục khuỷu với trục cam thông qua khớp dẫn động
đặc biệt ở đầu trục cam.

1. Van điều khiển tháo dầu;
2. Pit tông;
3. Vỏ khớp dầu;
4. Lò xo hồi vị;
5. Bánh răng cam;
6. Trục cam;
a. đường dầu vào;
b. Đường dầu ra

Khớp nối tự động thay đổi góc phối khí


II. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPÁP
C. DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2. Dẫn động có tự động điều chỉnh góc phối khí
b. Thay đổi góc phối khí bằng cách tự động thay đổi vị trí tương đối của trục khuỷu với trục cam thông qua khớp dẫn động
đặc biệt ở đầu trục cam.

Làm việc của khớp nối:
Khi động cơ làm việc ở vùng vận tốc góc thấp, E.C.U chưa có dòng điện mở van nên điều
khiển (1) đóng, áp suất dầu từ động cơ cấp vào đầu bên phải pít tông tăng cao, đẩy pít tông nén
lò xo và dịch chuyển về tận cùng bên phải, góc phối khí bình thường.
Khi động cơ làm việc ở vùng vận tốc góc cao, E.C.U cấp dòng điện mở van điều khiển,
áp suất dầu ở đầu pít tông giảm thấp, lò xo hồi vị đẩy pít tông dịch chuyển sang trái, pít tông
vừa di trượt vừa làm xoay trục cam một góc khoảng 20 độ ngược chiều quay của bánh xích tạo
ra pha phối khí muộn.


III. XU PÁP

A. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, VẬT LIỆU CHẾ TẠO

1.

Công dụng:

Xu páp để trực tiếp đóng mở các cửa nạp và thải để thực hiện các quá trình nạp, thải.
2. Yêu cầu:
Có độ bền cơ học cao, khả năng chịu mài mòn và chịu ăn mòn tốt trong điều kiện nhiệt độ cao. Cấu tạo hợp lý, khối
lượng nhỏ để giảm lực quán tính. Khi đóng phải kín khít.
3. Vật liệu chế tạo:
Xu páp thường được làm bằng thép hợp kim X9C2, 4X9C2, X12H7C, 40CX10M…Thường chỉ dùng thép hợp kim
chịu nhiệt loại tốt để làm tán xu páp, còn thân làm bằng thép hợp kim 40X, 40XH…Xu páp nạp được dòng khí nạp làm
mát nên nhiệt độ thấp hơn, vật liệu thường dùng là thép hợp kim 4CX, 40XH, X9C2…


III. XU PÁP

B. CẤU TẠO
1. Tán xu páp
Tán xu páp là phần trực tiếp đóng, mở cửa nạp, thải. Hình dáng, kích thước của tán phù hợp với đặc điểm sử dụng. Tán
xu páp có các dạng: Tán bằng, tán lồi, tán lõm.

a. Xu páp;
b. Góc côn (α) tán xu páp
1. Tán xu páp;
2. Thân xu páp;
3. Đuôi xu páp.

Sơ đồ cấu tạo xu páp


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO
1. Tán xu páp
Tán bằng, được sử dụng rộng rãi cho cả xu páp nạp và thải vì đơn giản, dễ chế tạo, diện tích chịu nhiệt nhỏ.
Tán lồi mặt của tán được làm lồi, cải thiện được lưu thông của dòng khí thải, tăng được độ cứng vững nhưng tăng diện
tích chịu nhiệt, khó chế tạo và tăng khối lượng. Để khắc phục việc tăng khối lượng, thường khoét lõm phần trên đối diện với
mặt lồi của tán
Tán lõm, có bán kính góc lượn giữa thân và tán lớn, cải thiện được lưu thông của dòng khí nạp, tăng được độ cứng vững
nhưng diện tích chịu nhiệt lớn và tăng khối lượng. Để giảm khối lượng, mặt dưới của tán được khoét lõm.


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO
1. Tán xu páp

Các dạng tán xu páp

a. Tán bằng; b, Tán lồi; c. Tán lõm.


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO
1. Tán xu páp

Để bao kín tốt, trên tán được làm một mặt côn. Mặt côn là mặt làm việc quan trọng của tán xu páp, góc côn (α)
càng nhỏ, tiết diện lưu thông càng lớn nhưng tán xu páp càng mỏng, độ cứng vững càng kém. Vì vậy, đa số các động
0
0
cơ đều dùng mặt côn α = (30 – 45 ) để đảm bảo độ cứng vững và tiết diện lưu thông.
Với xu páp nạp, được làm mát nhờ dòng khí nạp nên nhiệt độ không cao, vì vậy góc côn và độ dầy có thể nhỏ
0
để tăng tiết diện lưu thông (α = 30 ). Tán có dạng bằng hoặc lõm để giảm khối lượng, bán kính góc lượn giữa thân
và tán lớn để tăng độ bền. Do chênh lệch áp suất trong quá trình nạp thấp hơn nhiều so với quá trình thải, nên tiết
diện lưu thông ở cửa nạp cần lớn hơn cửa thải. Vì vậy đường kính tán xu páp nạp thường lớn hơn của xu páp thải.


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO
1. Tán xu páp

Xu páp thải luôn chịu nhiệt độ cao và tác động của dòng khí xả có vận tốc lớn nên cần có độ cứng vững cao,
0
tán xu páp được làm nhỏ và dày, góc côn (α = 45 ) lớn hơn xu páp nạp. Dòng khí thải luôn có chiều đi ra nên tán có
dạng đỉnh bằng hoặc đỉnh lồi để tăng độ cứng vững mà vẫn không cản trở dòng khí thải.
/
0
0

Góc côn (α) của tán thường làm nhỏ hơn góc côn (α ) của đế xu páp từ 0,5 đến 1 để tạo tiếp xúc đường ở
vòng ngoài, tăng khả năng làm kín.
/
Chiều rộng (b) của mặt côn tán xu páp được làm lớn hơn chiều rộng (b ) của mặt côn đế xu páp nếu độ cứng
/
của tán lớn hơn của đế và b < b nếu độ cứng của tán nhỏ hơn để vẫn đảm bảo tiếp xúc kín khi bị biến dạng nhỏ do
va đập trong quá trình làm việc.


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO
2. Thân xu páp
Thân xu páp để dẫn hướng cho xu páp chuyển động. Thân xu páp có dạng hình trụ, có đường kính đủ lớn để
dẫn hướng, tản nhiệt và chịu lực tốt nhưng cũng không lớn quá để xu páp đủ gọn, nhẹ và ít cản trở tiết diện lưu
thông tại các cửa nạp, thải. Chiều dài của thân xu páp phụ thuộc vào kiểu, loại động cơ và cách bố trí xu páp. Để
tăng khả năng truyền nhiệt, phần thân gần tán có thể làm rỗng và chứa kim loại truyền nhiệt tốt như Natri.
3. Đuôi xu páp
Đuôi xu páp là phần nhận lực từ đòn bẩy hoặc con đội để mở xu páp và nhận lực từ lò xo để đóng xu
páp. Đuôi có các dạng đặc biệt để nhận động lực và lắp ghép với đĩa lò xo.


III. XU PÁP
B. CẤU TẠO

Cấu tạo đuôi xu páp
a. Lắp với đĩa xu páp bằng ren; b. Lắp với đĩa xu páp bằng móng hãm; c,d. Đuôi xu páp dán hợp kim tăng bền; e. Lắp với đĩa xu páp bằng chốt
hãm.