Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong skyactiv g 2 0l trên xe mazda cx 5
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3 MB, 91 trang )
..
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ
THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ
SKYACTIV-G 2.0L TRÊN XE MAZDA CX-5
Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN QUANG TRUNG
Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC HƯNG
Số thẻ sinh viên: 103150044
Lớp: 15C4A
Đà Nẵng, 25/06/2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ
THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ
SKYACTIV-G 2.0L TRÊN XE MAZDA CX-5
Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN QUANG TRUNG
Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC HƯNG
Số thẻ sinh viên: 103150044
Lớp: 15C4A
Đà Nẵng, 25/06/2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng
2. Lớp: 15C4A
Số thẻ SV: 103150044
3. Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong Skyactiv-G
2.0L trên xe Mazda CX-5
4. Người hướng dẫn: Nguyễn Quang Trung
Học hàm/ học vị: Tiến sĩ
II. Nhận xét đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, sáng tạo và ứng dụng của đồ án: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
4. NCKH: (nếu có bài báo khoa học hoặc ĐATN là đề tài NCKH: cộng thêm 1đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:
/10
2. Đề nghị:
Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 06 năm 2020
Người hướng dẫn
Ts. Nguyễn Quang Trung
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
V. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng
2. Lớp: 15C4A
Số thẻ SV: 103150044
3. Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong Skyactiv-G
2.0L trên xe Mazda CX-5
4. Người phản biện:
Học hàm/ học vị:
VI. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
TT Các tiêu chí đánh giá
1
1a
1b
1c
1d
1e
1f
2
2a
2b
3
Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải
quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự
nhiên trong vấn đề nghiên cứu
- Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên ngành
trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mơ phỏng,
tính tốn trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn:
Kỹ năng viết:
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích
- Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định dạng
Tổng điểm đánh giá: theo thang 100
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
Điểm Điểm
tối đa trừ
80
15
25
10
10
10
10
20
15
5
1. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Ý kiến khác:
……………………………………………………………………………………
3. Đề nghị:
Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng 07 năm 2020
Người phản biện
Điểm
còn lại
CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I.
Thông tin chung:
1.
Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng
2.
Lớp: 15C4A
3.
Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn, kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trong Skyactiv-G
2.0L trên xe Mazda CX-5
4.
Người phản biện:
Số thẻ SV: 103150044
Học hàm/ học vị:
II. Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời
1. ……………….……………….……..……………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. ………………………………………..……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Đáp án: (người phản biện ghi vào khi chấm và nộp cùng với hồ sơ bảo vệ)
1. ……………….……………….……..……………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. ………………………………………..……………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Đà Nẵng, ngày
tháng 07 năm 2020
Người phản biện
TĨM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ
Skyactiv-G2.0L trên ô tô Mazda CX-5
Sinh viên thực hiện: Lê Đức Hưng
Mã số SV: 103150044
Lớp: 15C4A
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm các chương sau:
❖ Thuyết minh:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân phối khí trên ơ tơ.
Chương 2: Giới thiệu các hệ thống trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Chương 3: Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Chương 4: Tính tốn và kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G
2.0L.
Chương 5: Bảo dưỡng và sửa chữa hư hỏng hệ thống phân phối khí trực trên động cơ
Skyactiv-G 2.0L.
Chương 6: Kết luận.
❖ Bản vẽ:
1: Bản vẽ mặt cắt động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
2: Bản vẽ dẫn động trục cam trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
3: Bản vẽ bố trí xupáp trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
4: Bản vẽ kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối động cơ Skyactiv-G 2.0L (02A3)
5: Bản vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống S-VT (01A3)
6: Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng điện (01A3)
7: Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng thủy lực (01A3)
8: Bản vẽ sơ đồ bố trí nguyên lý làm việc của bộ điều khiển (01A3)
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA: CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Đức Hưng
Số thẻ sinh viên: 103150044
Lớp: 15C4A
Khoa: Cơ khí giao thơng
Ngành: Kĩ thuật cơ khí
1. Tên đề tài đồ án:
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ SkyactivG2.0L trên ô tô Mazda CX-5
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Thông số xe Mazda CX-5 và các tài liệu liên quan.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
−
−
−
−
−
−
Tổng quan về hệ thống phân phối khí trên ô tô.
Giới thiệu các hệ thống trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Tính tốn và kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Bảo dưỡng và sửa chữa hư hỏng hệ thống phân phối khí trực trên động cơ Skyactiv-G 2.0L.
Kết luận.
5.Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): 9 bản vẽ
−
Bản vẽ mặt cắt động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
−
Bản vẽ dẫn động trục cam trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
−
Bản vẽ bố trí xupáp trong động cơ Skyactiv-G 2.0L (01A3)
−
Bản vẽ kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối động cơ Skyactiv-G 2.0L (02A3)
−
Bản vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống S-VT (01A3)
−
Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng điện (01A3)
−
Bản vẽ kết cấu bộ điều khiển bằng thủy lực (01A3)
−
Bản vẽ sơ đồ bố trí nguyên lý làm việc của bộ điều khiển (01A3)
−
1. Họ tên người hướng dẫn:
Phần/ Nội dung:
Nguyễn Quang Trung
2. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2020.
3. Ngày hoàn thành đồ án:
26/06/2020.
Trưởng Bộ mơn
KT Ơ tơ và MĐL
PGS. TS Dương Việt Dũng
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 02 năm 2020
Người hướng dẫn
TS. Nguyễn Quang Trung
Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L
MỞ ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn
chất lượng, nó đóng một vai trị quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa
học công nghệ... Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu
thuỷ, máy bay và các máy động cơ cở nhỏ v.v..
Đề tài tốt nghiệp em thực hiện là khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân
phối khí trên động cơ Skyactiv-G, tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng
mục đích của đề tài rất thiết thực, nó khơng những giúp cho em có điều kiện để chuẩn
lại các kiến thức đã học ở trường mà cịn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp
xúc với thực tế. Đề tài tập trung đi sâu vào nghiên cứu và tìm hiểu sơ đồ bố trí các bộ
phận trong cơ cấu phân phối khí trên động cơ. Đề tài gồm 4 phần chính, ở mục 1 của
đồ án em đã trình bày tổng quan về cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong đồng thời
giới thiệu cơ cấu phân phối khí thay đổi được góc phân phối khí. Ở mục 2 và 3 của đồ
án em đi sâu phân tích kết cấu các chi tiết, phương án bố trí và dẫn động xupáp,
phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam. Đồng thời cũng ở mục này em có đi
vào nghiên cứu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống thay đổi góc phân phối khí
trong cơ cấu phân phối khí động cơ Skyactiv-G. Mục 4 là mục tính tốn các thơng số
cơ bản cũng như kiểm nghiệm sức bền của các chi tiết trong hệ thống phân phối khí
động cơ Skyactiv-G.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung, các thầy
cơ trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các
kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Do kiến thức của em có hạn
lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong
các thầy cơ góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hồn thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Nguyễn
Quang Trung cùng các thầy cơ trong khoa đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hồn
thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Lê Đức Hưng
i
Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L
CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan những nội dung Đồ án tốt nghiệp “ KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN
KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ SKYACTIV-G 2.0L
TRÊN XE MAZDA CX-5 ” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang
Trung. Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu
tham khảo. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng. Kết quả trình bày trong đồ án là hồn tồn trung
thực, nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm và chịu mọi kỹ thuật của bộ môn và nhà
trường đề ra.
Đà Nẵng, Ngày 24 tháng 06 năm 2020
Sinh viên
Lê Đức Hưng
ii
Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... i
Chương 1. Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong .................. 1
1.1. Phân loại và yêu cầu hệ thống phân phối khí ..................................................... 1
1.1.1. Yêu cầu....................................................................................................... 1
1.1.2. Phân loại ..................................................................................................... 1
1.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ............................................ 1
1.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ ................................................... 4
I.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp ........................................... 4
1.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam: ........................................ 7
1.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí ................................ 8
1.4.1. Trục cam ..................................................................................................... 8
1.4.2. Con đội ..................................................................................................... 10
1.4.3. Đũa đẩy .................................................................................................... 11
1.4.4. Đòn bẩy .................................................................................................... 12
1.4.5. Xupáp ....................................................................................................... 13
1.4.6. Đế xupáp................................................................................................... 14
1.4.7. Ống dẫn hướng ......................................................................................... 14
1.4.8. Lò xo xupáp .............................................................................................. 15
1.5. Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại ........................................................... 15
1.5.1. Sự khác nhau giữa cơ cấu phân phối khí hiện đại và cổ điển ..................... 16
1.5.2. Đặc điểm cơ cấu phân phối VTEC của hãng Honda .................................. 16
1.5.3. Cơ cấu phân phối khí dùng hệ thống điều khiển xoay cam ........................ 19
Chương 2. Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G ............................. 21
2.1. Các thông số kỹ thuật của xe và động cơ ......................................................... 21
2.2. Giới thiệu về cơ cấu piston,thanh truyền, trục khuỷu: ...................................... 23
2.3. Hệ thống phân phối khí: .................................................................................. 24
2.4. Hệ thống đánh lửa ........................................................................................... 25
2.5. Hệ thống bôi trơn ............................................................................................ 26
2.6 Hệ thống làm mát ............................................................................................. 27
Chương 3. Khảo sát cơ cấu phân phối khí trong động cơ Skyactiv-G...................... 29
3.1. Dẫn động trục cam: ......................................................................................... 29
3.2. Bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí .......................... 30
3.3. Kết cấu xupáp.................................................................................................. 32
3.4.Kết cấu lò xo xupáp .......................................................................................... 34
3.5 Kết cấu con đội .................................................................................................... 35
3.6 Kết cấu trục cam............................................................................................... 36
3.7 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí .................................................................... 38
iii
Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L
3.7.1. Pha phân phối khí trong động cơ .............................................................. 38
3.7.2. Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ ........ 39
3.7.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí: ................................. 40
3.8. Đặc điểm,kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí ............................. 41
3.8.1. Chức năng của hệ thống ........................................................................... 41
3.8.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp ............................... 43
3.8.4. Bộ điều khiển của hệ thống điều khiển bằng thủy lực ................................ 45
3.8.5. Van điều khiển phối khí ........................................................................... 45
3.8.6. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam xả................................ 46
3.8.6. Cảm biến vị trí trục cam ........................................................................... 50
3.8.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu: ...................................................................... 50
Chương 4. Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ
Skyactiv-G:................................................................................................................ 52
4. 1. Tính tốn động học và động lực học xupáp theo góc quay trục khuỷu, xây dựng
đồ thị tiết diện thời gian xupáp ............................................................................... 52
4.1.1. Tính tốn động học và động lực học xupáp theo góc quay trục khuỷu .......... 52
4.1.2. Xây dựng đồ thị tiết diện thời gian xupáp ..................................................... 58
4. 2. Tính tốn kiểm nghiệm trục cam: ................................................................... 62
4. 3. Tính tốn sức bền xupáp:................................................................................ 67
Chương 5. Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chi tiết trong cơ
cấu phân phối khí: .................................................................................................... 69
5.1. Những hư hỏng: .............................................................................................. 69
5.2. Các phương pháp kiểm tra, phân loại chi tiết: .................................................. 69
5.3. Phương pháp kiểm tra sữa chữa các chi tiết của hệ thống phân phối khí động cơ
Skyactiv-G ............................................................................................................. 70
5.3.1. Kiểm tra sữa chữa xupáp:.......................................................................... 70
5.3.2. Kiểm tra sữa chữa ống dẫn hướng: ............................................................ 72
5.3.3. Kiểm tra sữa chữa đế xupáp: ..................................................................... 72
5.3.4. Kiểm tra sữa chữa lò xo xupáp: ................................................................. 73
5.3.5. Kiểm tra sữa chữa con đội xupáp: ............................................................. 74
5.3.6. Kiểm tra sữa chữa trục cam:...................................................................... 75
5.3.7. Kiểm tra dắt cắm van dầu OCV: ............................................................... 77
6. Kết luận: ............................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 79
iv
Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G 2.0L
v
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
1.1. Phân loại và yêu cầu hệ thống phân phối khí
1.1.1. Yêu cầu
Cơ cấu phối phải đảm bảo các u cầu sau: Q trình thay đổi khí như nạp đầy thải
sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dịng
khí dễ dàng lưu thơng. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, khơng bị cháy
do lọt khí. Xupáp thải khơng tự mở trong q trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn. Dễ
dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
1.1.2. Phân loại
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cơ cấu được sử dụng rộng rãi trong động
cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh và làm việc chính xác hiệu
quả, mang lại hiệu suất cao.
Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cơ cấu có nhiều ưu điểm như tiết diện lưu
thơng lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn.
Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (qt vịng), piston của chúng
làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng trong động cơ này
khơng có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục – thanh
truyền dẫn động piston.
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.
1.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ
Trong động cơ hai kỳ, q trình nạp đầy mơi 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 khơng khí qt có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra
ngồi. Ở q trình này sẽ xảy ra sự hịa trộn giữa khơng khí qt với sản vật cháy,
đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh khơng có khí qt 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:
1
1
2
3
Hình 1- 1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí
1 – Piston; 2 – Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu
Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra khơng khí qt. Cửa qt thường
đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dịng khơng khí qt
trong xilanh.
+ Hệ thống qt vịng đặt ngang theo hướng lệch tâm:
Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có cơng suất lớn.
Đặc điểm: Cửa qt đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh
một góc 300, do đó khi dịng khơng khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp
xilanh mới vòng xuống cửa thải.
Đây là hệ thống quét thải hồn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu cơng tác của động cơ
và áp suất khơng khí qt lớn.
+ Hệ thống qt vịng 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 mơi chất cơng tác mới
vào hàng lổ phía trên.
2
Áp suất khí qt 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 độ
trung 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:
5
6
4
7
8
3
9
2
1
10
Hình 1–2: Cơ cấu quét thẳng qua xupáp thải
1 – Ống dẫn hướng; 2 - L ò xo xupáp; 3 – Đĩa lị xo; 4 - Móng hãm; 5 – Xupáp;
6 - Đ òn bẩy; 7 - Đ ũa đẩy; 8 - Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam.
Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupáp thải được
đặt trên nắp xilanh. Dịng khí qt chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo
xupáp thải ra ngoài nên dịng khơng khí qt ít bị hịa trộn với sản vật cháy và khí thải
được đẩy ra ngồi tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dịng khí nạp lớn.
Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho q trình nạp hồn thiện hơn. Cửa qt
đặt theo hướng tiếp tuyến nên dịng khơng khí qt đi vào xilanh tạo thành một vận
động xốy do đó q 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 q trình qt khí.
3
b)
d)
a)
c)
e)
Hình 1–3: Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ.
a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theo
hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp;
d) - Hệ thống quét qua xupáp thải; e) - Hệ thống quét vòng đặt một bên.
1.3. Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn 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…
I.3.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp
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.
4
5
8
1
2
4
3
9
10
Hình 1-4: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lị xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 –
Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
Ưu điểm của 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 khơng gọn, có dung tích lớn. 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 thốt, tổn thất nạp thải lớn.
+ 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.
Khi dùng xupáp treo có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dịng khí lưu
thơng thanh thốt hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết
diện lưu thơng của dịng 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 cơng.
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…
5
1 23 4
5
6
7
8
9
10
Hình 1-5: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lị xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 –
Đòn bẩy; 7 – Đũa đẩy; 8 – Đế xupáp; 9 – Con đội; 10 - Trục cam;
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 địn bẩy,
hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.
Hình 1-6: Các phương án dẫn động xupáp.
a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn động trực
tiếp; c) – Xupáp được dẫn động thơng qua địn bẫy.
6
Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp nạp đặt
trên thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh. Khi bố trí như thế kết cấu của
cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thơng rất nhiều
do đó có thể tăng khả năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các
loại động cơ xăng tốc độ cao.
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.
1.3.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam:
Trục cam có thể đặt trong hộp trục khuỷu hay trên nắp máy:
Loại trục cam đặt trong hộp trục khuỷu được dẫn động bằng bánh răng cam. Nếu
khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu nhỏ thường chỉ dùng một cặp bánh răng.
Nếu khoảng cách trục lớn, phải dùng thêm các bánh răng trung gian hoặc dùng xích
răng.
Loại trục cam đặt trên nắp máy. Dẫn động trục cam có thể dùng trục trung gian dẫn
động bằng bánh răng côn hoặc dùng xích răng. Khi dùng hệ thống bánh răng cơn cần
có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục và khống chế độ rơ dọc trục. Khi trục cam
dẫn động trực tiếp xupáp, trục cam được dẫn động qua ống trượt, trục cam dẫn động
qua đòn quay.
Phương án dẫn động bằng bánh răng có ưu điểm rất lớn là kết cấu đơn giản, do cặp
bánh răng phân phối khí thường dùng bánh răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền.
Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục
cam ở khoảng cách lớn.. Khi xích bị mịn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân
phối.
7
a)
b)
c)
e)
d)
Hình 1-7: Các phương án dẫn động trục cam.
a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh
răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
1.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí
1.4.1. Trục cam
Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở xupáp hút và thải
đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.
Hình 1-8: Kết cấu trục cam.
1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 –
Bánh răng dẫn động bơm dầu bơi trơn.
Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở xupáp
phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp và các
8
cổ trục. Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam cịn có vấu cam dẫn động bơm
xăng, bơm cao áp vv…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ tự làm
việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được chế tạo liền trục hoặc có
thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như
thép 15X, 15MH, 12XH ... hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40
hoặc thép 45. Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của
mặt đầu trục cam…) đều thấm than và tôi cứng.
+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì:
Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen. Số cổ loại trốn cổ Z =
(i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng.
Các cổ phải mài bóng, bề mặt có độ cứng đạt 50 60 HRC. Trục cam lắp theo
kiểu đặt, phải dùng ổ hai nửa, một nửa đúc trên thân hay nắp xilanh, nửa kia làm thành
nắp ổ rồi lắp lại bằng bulông hay gu giông, kết cấu này dùng ở động cơ công suất lớn
và một số động cơ có trục cam đặt trên nắp xilanh.
+ Ổ chắn dọc trục:
Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi trục cam, thân máy
hoặc nắp xylanh giãn nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng
nghiêng dẫn động trục cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta
phải dùng ổ chắn dọc trục. Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh
răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn
động. Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam
vì trong trường hợp này, trục cam khơng chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân
máy có giãn nở khác nhau cũng khơng làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như
trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng cơn.
Hình 1-9: Kết cấu đầu trục cam.
1 – Vỏ máy; 2 – Bulơng hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vịng chắn; 6 - Ổ
đỡ trục cam; 7 – Đêm vênh; 8 – Bulông cố định bánh răng dẫn động; 9 – Then;
10 – Bánh răng dẫn động trục cam.
9
1.4.2. Con đội
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến
xupáp thông qua đũa đẩy và đòn bẩy.
Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lị xo
xupáp và lực qn tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được
tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ:
Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm
dùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đơi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được
khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có rc lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2
0,3) mm. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt con đội (hoặc mặt
cam) khi đường tâm con đội khơng thẳng góc với đường tâm trục cam.
Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với mặt cam tốt hơn, nên tránh được
hiện tượng cào xước.
Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của thân.
Hình 1-10: Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn. Lò xo chặn có tác dụng
khơng cho con đội xoay. Ngồi ra, cịn có bulơng bắt trong thân máy để con đội hoạt
động đúng hướng.
10
Hình 1-11: Kết cấu con đội con lăn.
Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn. Cơ cấu con đội con lăn có tác dụng làm
giảm ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu nhiên liệu.
+ Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn và va đập,
trong các xe du lịch cao cấp người ta thường dùng loại con đội thủy lực. Dùng loại con
đội này sẽ khơng cịn tồn tại khe hở nhiệt.
Ngồi ra, dùng con đội thủy lực cịn có một ưu điểm đặc biệt là có thể tự động thay
đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối khí. Vì khi tốc độ động cơ tăng lên,
do khả năng rò rỉ dầu giảm đi, nên xupáp mở sớm hơn khi chạy với tốc độ này, điều đó
rất có lợi đối với q trình nạp của động cơ.
Dùng con đội thủy lực, tuy có nhiều ưu điểm như trên, nhưng điều cần đặc biệt chú
ý là con đội thủy lực làm việc tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của dầu
bơi trơn. Vì vậy dầu dùng trong động cơ có con đội thủy lực phải rất sạch và độ nhớt
ổn định, ít thay đổi.
1.4.3. Đũa đẩy
Hình 1-12: Các dạng đũa đẩy
11
Nhiệm vụ: Đũa đẩy là chi tiết trung gian trong cơ cấu phân phối khí dẫn động gián
tiếp. Truyền chuyển động và lực từ con đội đến đòn bẩy.
Kết cấu: Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xupáp treo thường là một thanh
thép nhỏ, dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy. Để giảm nhẹ
trong lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp
xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm (đầu tiếp xúc với vít điều
chỉnh). Đơi khi cả hai đầu tiếp xúc của đũa đẩy đều là hình cầu.
Vật liệu chế tạo: Đũa đẩy thường làm bằng thép cácbon thành phần trung bình, đầu
tiếp xúc làm bằng thép cácbon thành phần cácbon thấp, hàn gắn với đũa đẩy rồi tơi đạt
độ cứng HRC 50 60.
1.4.4. Địn bẩy
Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực truyền động từ đũa đẩy hoặc trục cam để đóng mở xupáp
theo đúng theo pha phân phối khí. Địn bẩy được gắn trên trục của nó. Hoạt động của
địn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam. Nhờ có địn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha
phân phối khí.
Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh khe
hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đi xupáp thường có
mặt tiếp xúc hình trụ được tơi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mịn thay thế
được dễ dàng.
Hình 1-13: Kết cấu địn bẩy.
Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên địn bẩy được bơi trơn bằng dầu nhờn chứa
trong phần rỗng của trục. Ngồi ra trên địn bẩy người ta cịn khoan lỗ để dẫn dầu đến
bơi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.
12
Vât liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung
bình.
1.4.5. Xupáp
Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngồi với
thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston. Xupáp hoạt động được theo chiều
thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp.
Miệng xupáp được vát 300 hoặc 450 để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt
truyền qua xupáp khi xupáp đóng. Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp
phải chịu nhiệt độ khoảng 4000C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 – 8000C.
Kết cấu xupáp được chia làm 3 phần: Phần nấm, phần thân và phần đuôi. Phần nấm
do chịu tác dụng của áp suất khí thể và chịu tác dụng của lực quán tính nên khi làm
việc chịu va đập lớn gây biến dạng. Phần đi có nhiệm vụ định vị lò xo khi lắp ráp.
Để tránh hao mòn thân máy và nắp xilanh người ta thường ép vào họng đường ống nạp
và thải một vòng đế xupáp.
Vật liệu chế tạo:Miếng tăng cứng là một hợp kim: Cobalt (Co) Crom (Cr) và
Tungsten (W). Hợp kim này rất cứng, chịu được mài mịn cao và chống lại sự oxy hóa
ở nhiệt độ cao. Miếng tăng cứng này được hàn vào mặt xupáp hay đế xupáp để tăng
khả năng chịu nhiệt
Hình 1-14: Kết cấu xupáp.
a) - Nấm bằng; b) – Nấm lõm; d, đ,e) – Nấm lồi; c) – Nấm xupáp được làm rỗng.
13
