Cấu tạo các chi tiết cơ bản của cơ cấu phối khí

Cấu tạo các chi tiết cơ bản của cơ cấu phối khí
Cấu tạo các chi tiết cơ bản của cơ cấu phối khí
1- Trục cam
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. Hiện nay, được sử dụng phổ biến hơn cả là các cam có biên dạng
đối xứng, nó đảm bảo đóng, mở xu páp một cách êm dịu và dứt khoát.
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.
Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gối đỡ trục, các gối này thường là các ổ trượt .
2- Dẫn động trục cam
Trên các động cơ đốt trong hiện nay phổ biến 3 phương pháp dẫn động trục cam: bằng bánh răng,
bằng dây đai răng và bằng xích (hình 3.4). Việc lựa chọn phương pháp dẫn động phụ thuộc vào vị
trí bố trí trục cam, loại động cơ và truyền thống của hãng chế tạo. Chẳng hạn, các động cơ diezel
công suất lớn thường sử dụng dẫn động bằng bánh răng với các trục cam bố trí dưới (trong thân
máy). Các động cơ cỡ nhỏ, đặt trên các xe ôtô con thường sử dụng dẫn động xích hoặc đai răng.
Hình minh họa.
Bánh răng chủ động được lắp ở đầu trục khuỷu của động cơ và truyền động cho bánh răng (hoặc
các bánh răng) trên trục cam. Tỷ số truyền của các cặp bánh răng này bằng 2 đối với các động cơ 4
kỳ và bằng 1 đối với các động cơ 2 kỳ. Trong một số trường hợp các bánh răng dẫn động bơm dầu
bôi trơn, bơm nhiên liệu, bộ chia điện, ... cũng ăn khớp với bánh răng dẫn động cam, tạo thành
một cụm và thường được bố trí trong một hộp nằm ở phía đầu động cơ. Để đảm bảo độ êm dịu và
giảm độ ồn khi làm việc, các bánh răng dẫn động trục cam thường là các bánh răng nghiêng. Khi
lắp các bánh răng này cần lưu ý đặt đúng theo dấu đã đánh trên các bánh răng.
Ưu điểm của dẫn động bằng bánh răng là có độ bền và tuổi thọ cao mà kết cấu lại đơn giản, tuy
nhiên nó có nhược điểm lớn là ồn. Hiện nay, dẫn động trục cam bằng bánh răng chỉ còn được sử
dụng chủ yếu trên các động cơ lớn, còn trên các động cơ ôtô con, nó được thay thế bằng dẫn động

đai răng và dẫn động xích.
Đối với các động cơ có trục cam bố trí trên, ký hiệu OHC (overhead camshaft) và các động cơ có
2 trục cam bố trí trên, ký hiệu DOHC (dual overhead camshaft) thì trục cam nằm trên nắp máy, do
vậy dẫn động bằng đai và xích thuận lợi hơn nhiều so với dẫn động bánh răng. Hơn nữa, các dạng
dẫn động này làm việc có độ ồn ít hơn nhiều so với dẫn động bánh răng.
Dẫn động xích cũng cần phải được bôi trơn giống như dẫn động bánh răng. Để đảm bảo cho xích
luôn có độ căng nhất định trong quá trình làm việc thì cần phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc
có thể điều chỉnh được. Ngoài ra, để tránh rung động quá mạnh của xích thì phải có bộ phận giảm
chấn.
Dẫn động đai răng được sử dụng ngày càng nhiều trong thời gian gần đây và chiếm số nhiều trên
các động cơ ôtô con. Điều này được lý giải bởi các ưu điểm nổi bật của dẫn động đai là: ít ồn hơn
cả dẫn động xích, không cần bôi trơn và không đòi hỏi phải điều chỉnh độ căng trong quá trình sử
dụng. Hơn nữa, dây đai nhẹ hơn nhiều so với các bánh răng hay xích. Tuy nhiên, để chế tạo được
các dây đai đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao thì cần phải có công nghệ cao.
3- Xu páp
Các xu páp được cấu tạo gồm 2 phần: đầu và thân. Đầu 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° ). 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 (xem các hình 3.4 và 3.1- d). 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 thường được chế tạo độc lập sau đó ép vào
nắp máy. 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.
4- Các chi tiết khác
Đối với các động cơ có xu páp trên (OHV) 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.