Mô phỏng hệ thống phân phối khí sohc vtec trên động cơ honda d17z2
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.21 MB, 69 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ SOHC VTEC
TRÊN ĐỘNG CƠ HONDA – D17Z2
Sinh viên thực hiện: LÊ THANH TÂM
PHẠM THANH SƠN
Đà Nẵng – Năm 2018
TĨM TẮT
Tên đề tài : Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ
Honda –D17Z2
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn
Số thẻ sinh viên: 103130174
Lớp: 13C4B
Sinh viên thực hiện: Lê Thanh Tâm
Số thể sinh viên: 103130176
Lớp: 13C4B
Nội dung đồ án với phần đầu là giới thiệu về tổng quan hệ thống phân phối khí động
cơ đốt trong
Phần tiếp theo, giới thiệu tổng quan về động cơ D17Z2, lịch sử ra đời của hệ thống
phân phối khí thơng minh VTEC , cấu tạo của hệ thống phân phối khí VTEC, nguyên lý
hoạt động cũng như ưu nhược điểm của hệ thống. Bên cạnh đó là so sánh giữa hệ thống
phân phối khí VTEC của Honda với một số hệ thống phân phối khí của các hãng xe khác.
Ngồi ra giới thiệu sơ lược về phần mềm catia V5R21 và những ứng dụng thực tế trong
công việc.
Phần cuối cùng là phần xây dựng đồ thị động học theo góc quay trục khuỷu.
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 tên sinh viên: Phạm Thanh Sơn
Số thẻ sinh viên: 103130174
Lớp: 13C4B
Khoa: Cơ khí Giao thơng
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
1. Tên đề tài đồ án: Mô phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ
Honda- D17Z2.
2. Đề tài thuộc diện:☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ với kết quả thực hiện.
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Thông số kĩ thuật của động cơ D17Z2.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Giới thiệu về hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong, động cơ D17Z2, hệ thống
phân phối khí VTEC của hãng Honda, xây dựng đồ thị động học của xupáp theo góc
quay trục khuỷu.
Các bản vẽ, đồ thị:
Tổng thể hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ D17Z2 (A3).
Tổng thể động cơ D17Z2 (A3).
Cụm xupáp thải của hệ thống phân phối khí trên động cơ D17Z2 (A3).
Cụm xupáp nạp của hệ thống phân phối khí trên động cơ D17Z2 (A3).
Cụm trục cam- cò mổ của hệ thống phân phối khí trên động cơ D17Z2 (A3).
Cị mổ trung gian – cị mổ của hệ thống phân phối khí trên động cơ D17Z2 (A3).
Xupáp nạp –Xupáp thải của hệ thống phân phối khí trên động cơ D17Z2 (A3).
5. Họ tên người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quang Trung.
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
29/01/2018.
7. Ngày hoàn thành đồ án:
25/05/2018.
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2018
Trưởng Bộ môn
Người hướng dẫn
PGS.TS Dương Việt Dũng
LỜI NÓI ĐẦU
Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trị rất quan trọng.
Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là mô phỏng hệ thống phân phối khí SOHC
VTEC trên động cơ Honda - D17Z2. Đây là một đề tài mới 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 thêm nhiều kiến thức mới đặc biệt là
phần mềm CATIA phần mềm đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong lĩnh vực thiết
kế và mô phỏng chi tiết máy và cơ cấu máy. Bên cạnh đó việc khảo sát động cơ D17Z2
thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy ThS.Nguyễn Quang Trung, các
thầy cô 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. Mặc dù vậy, do kiến thức
của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu
sót. Em mong các thầy cơ góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện
hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn " Nguyễn Quang
Trung” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hồn
thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Phạm Thanh Sơn
i
CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn
khoa học của thầy ThS. Nguyễn Quang Trung. Các nội dung nghiên cứu, số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các cơng trình khác. Những
số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá từ các nguồn
khác nhau được ghi rõ ở phần tài liệu tham khảo. Nếu khơng đúng như đã nêu trên, tơi
xin hồn tồn chịu trách nhiệm về đề tài của mình.
Đà Nẵng, 25 tháng 05 năm 2018
Người cam đoan
Phạm Thanh Sơn
ii
MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN
i
LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT
ii
MỤC LỤC
iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
vi
Trang
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG. ......................................................................................................................... 2
1.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí: .............................................. 2
1.1.1. Mục đích ................................................................................................................ 2
1.1.2. Yêu cầu.................................................................................................................. 2
1.1.3. Phân loại ................................................................................................................ 2
1.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ bốn kỳ .................................................. 2
1.2.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp ..................................................... 3
1.2.2. Phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam .................................................... 9
1.3. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí...................................... 10
1.3.1. Trục cam .............................................................................................................. 10
1.3.2. Con đội ................................................................................................................ 12
1.3.3. Đũa đẩy ............................................................................................................... 14
1.3.4. Đòn bẩy ............................................................................................................... 15
1.3.5. Xupáp .................................................................................................................. 15
1.3.6. Đế xupáp.............................................................................................................. 16
1.3.7. Ống dẫn hướng .................................................................................................... 17
1.3.8. Lò xo xupáp ......................................................................................................... 18
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ D17Z2. ..................................................... 20
2.1. Thông số kỹ thuật .................................................................................................. 20
iii
2.2. Kết cấu động cơ D17Z2 .......................................................................................... 20
2.2.1. Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu ............................................................... 20
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí ........................................................................................... 23
2.2.3. Hệ thống bơi trơn ................................................................................................. 24
2.2.4 Hệ thống làm mát.................................................................................................. 25
2.2.5 Hệ thống nhiên liệu ............................................................................................... 26
Chương 3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ D17Z2 ........... 27
3.1 Giới thiệu về động cơ D17Z2 ................................................................................... 27
3.2 Lịch sử ra đời hệ thống phân phối khí VTEC của HONDA. ..................................... 28
3.3. Đặc điểm của hệ thống phân phối khí thơng minh VTEC của động cơ D17Z2 ........ 28
3.3.1 Cấu tạo của hệ thống ............................................................................................. 29
3.3.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................................. 30
3.4. Ưu điểm của hệ thống ............................................................................................. 32
3.5. So sánh cơ cấu phân phối khí VTEC của HONDA với một số cơ cấu phân phối khí
của các hãng xe khác ..................................................................................................... 32
Chương 4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA V5R21 ............................................. 35
4.1. Lịch sử ra đời và các tính năng của phần mềm catia ................................................ 35
4.1.1. Lịch sử ra đời Catia .............................................................................................. 35
4.1.2. Tính năng của phần mềm Catia ............................................................................ 35
4.2. Thiết kế chi tiết 3D trong MODUL PART DESIGN .............................................. 41
4.3. Trình ứng dụng lắp ráp ASEMBLY DESIGN ......................................................... 43
4.3.1. Tính năng của Assembly Design .......................................................................... 43
4.3.2. Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design ........................ 44
Chương 5 . MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ
D17Z2 ........................................................................................................................... 47
5.1. Thiết kế 3D hệ thống phân phối khí ........................................................................ 47
5.1.1. Thiết kế 3D xupap của hệ thống phân phối khí động cơ D17Z2. .......................... 47
5.1.3. Thiết kế trục cam của hệ thống phân phối khí động cơ D17Z2 ............................. 49
5.1.4. Thiết kế 3D cò mổ của hệ thống phân phối khí động cơ D17Z2 .......................... 52
5.1.5. Lắp ráp 3D hệ thống phân phối khí động cơ D17Z2 ............................................ 53
5.2. Xây dựng đồ thị động học của piston theo góc quay trục khuỷu .............................. 55
5.3. Đồ thị động học của xupáp theo góc quay trục khuỷu. ............................................ 56
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 58
iv
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59
v
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt
Hình 1.2. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo
Hình 1.3. Sơ đồ bố trí hai hàng xupáp và dẫn động chúng trực tiếp bằng trục cam đặt trên
nắp xylanh
Hình 1.4. Bố trí xupáp và các phương án dẫn động xupáp trong động cơ dùng bốn xupáp
cho một xylanh
Hình 1.6. Các phương án dẫn động trục cam
Hình 1.7. Kết cấu trục cam
Hình 1.8. Kết cấu đầu trục cam
Hình 1.9. Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm
Hình 1.10. Kết cấu con đội con lăn
Hình 1.10. Kết cấu con đội con lăn
Hình 1.11. Các dạng đũa đẩy
Hình 1.12. Kết cấu địn bẩy.
Hình 1.13. Kết cấu xupáp
Hình 1.14. Kết cấu đế xupáp
Hình 1.15. Kết cấu ống dẫn hướng
Hình 1.16. Kết cấu lị xo xupáp
Hình 2.1. Nhóm piston, thanh truyền
Hình 2.2. Kết cấu chốt piston
Hình 2.3. Kết cấu trục khuỷu
Hình 2.4.Cơ cấu hệ thống phân phối khí
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống bơi trơn của động cơ D17Z2
Hình 2.6 Hệ thống làm mát động cơ D17Z2
Hình 3.1. Động cơ D17Z2
Hình 3.2. Cấu tạo của hệ thống VTEC
Hình 3.3. Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp
vi
Hình 3.4. Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao
Hình 4.1 Mơ hình sản phẩm catia
Hình 4.2. Mơ hình tạo bằng Mechanical Design
Hình 4.3. Mơ hình tạo bằng Shape Design and Styling
Hình 4.4. Mơ hình hóa vật thể
Hình 4.5. Mơ phỏng động học
Hình 4.6. Thể hiện sự mơ tả tính chất vật lý của vật liệu
Hình 4.7. Thể hiện modul tiện trong catia
Hình 4.8. Thể hiện modul phay trong Catia
Hình 4.9. Mơ phỏng hoạt động trong Catia
Hình 4.10. Mơ hình thể hiện khả năng thiết kế đường ống
Hình 4.11.Mơ hình thể hiện tính chất vật liệu
Hình 4.12. Màn hình giao diện sketch
Hình 4.13. Mơi trường làm việc Part Design
Hình 4.14. Dựng khối trong Catia
Hình 4.15. Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid
Hình 4.16. Mơ tả thuật tốn Surface
Hình 4.17. Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener
Hình 4.18. Mơi trường làm việc Assembly Design
Hình 4.19. Ràng buộc đối tượng đồng trục
Hình 4.20. Ràng buộc đối tượng tiếp xúc
Hình 4.21. Ràng buộc khoảng cách
Hình 5.1. Kết cấu 3D của xupap
Hình 5.2. Kết cấu của lị xo xupap.
Hình 5.3. Kết cấu 3D lị xo xupap
Hình 5.4. Kết cấu 3D trục cam
Hình 5.5. Kết cấu 3D trục cam
Hình 5.6. Kết cấu 3D trục cam SOHC VTEC
Hình 5.7 Kết cấu 3D cò mổ
vii
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đặc biệt là lĩnh vực điều
khiển số và tin học.Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc của người kỹ
sư thiết kế. Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất
nhiều thời gian.
Trong các cơng đoạn của q trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm
hỗ trợ thực sự có vai trị đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy
đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào
sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế
trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong quá trình sản xuất thực
tế.Xét về ngành cơ khí nếu trước đây chúng ta sử các chương trình như MasterCAM,
Cimatron, EdgeCAM, Pro Engineer chủ yếu để gia công và phân khuôn, SolidWork,
SoliđEge, Mechanical Destop, Inventor trong thiết kế 3D, lắp ráp, mơ phỏng chuyển
động cũng như tính tốn phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ lên từng phần trong sản
phẩm,khảo sát sự biến dạng của vật thể dưới tác dụng của lực v.v…
Các chương trình này thường làm việc riêng rẽ đôi khi không thuận tiện trong sản
xuất các hang lớn có xu hướng dung một phần mềm trọn gói khả năng đáp ứng được
nhiều cơng việc,có thể làm từng cơng đoạn riêng sau đó qua một cơng đoạn cuối cung
tổng hợp và CATIA là một trong những chương trình này.
Phần mềm CATIA thiết kế và mơ phỏng các cơ cấu máy là một trong những phầm
mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi
tiết và cơ cấu máy.
Phần mềm này sẽ giúp cho những người học tập và làm việc trong lĩnh vực thiết kế
cơ khí có thêm công cụ để giải quyết việc thiết kế chi tiết máy, góp phần giảm bớt thời
gian cho cơng việc này.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
1
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
1.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí:
1.1.1. Mục đích
Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện q trình thay đổi khí trong động cơ.
Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc khơng khí mới vào xilanh
động cơ để động cơ làm việc được liên tục, ổn định, phát huy hết công suất thiết kế.
1.1.2. Yêu cầu
Cơ cấu phối phải đảm bảo các u cầu sau: Q trình thay đổi khí phải hồn hảo, nạp
đầy thải sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để
dịng khí lưu thơng, ít trở lực. 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 mịn.
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
1.1.3. 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 tuy có nhiều ưu điểm như có thể đảm
bảo tiết diện lưu thơng lớn, dễ làm mát, ít gây ồn… Nhưng do kết cấu khá phức tạp, giá
thành cao nên rất ít được dùng.
Trong một số động cơ hai kỳ, việc 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 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…
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
2
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
1.2.1. Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp
Các động cơ đốt trong có cơ cấu phân phối khí dùng xupap ngày nay đều bố trí
xupap theo một trong hai phương án chủ yếu là bố trí xupap đặt và bố trí xupap treo.
Động cơ diêzel chỉ dùng phương án bố trí xupap treo. Vì dung tích buồng cháy của
động cơ đêzel nhỏ, tỷ số nén rất cao. Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay xupap
đặt, nhưng ngày nay cũng thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì cơ cấu phân
phối khí này có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupap đặt.
Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo, buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu phân
phối khí xupap treo, do buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên có thể tăng tỷ số nén lên
thêm từ 0,5 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt. Nói một cách khác khi
chuyển từ cơ cấu phân phối khí xupap đặt sang cơ cấu phân phối khí xupap treo, khã
năng chống kích nổ tăng lên rất rõ rệt. Cơ cấu phân phối khí xupap treo cịn làm cho dạng
đường nạp thải thanh thốt hơn khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí
xupap hợp lý hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thơng của dịng khí nhưng điều đó khiến
cho hệ số nạp tăng lên 5 7 %.
Do có các ưu điểm trên, cơ cấu phân phối khí xupap treo được dùng rộng rãi trong các
động cơ cường hóa (động cơ có cơng suất lớn và số vòng quay lớn).
Tuy vậy cơ cấu phân phối khí xupap treo cũng tốn tại một số khuyết điểm, khuyết
điểm cơ bản của cơ cấu phân phối khí này là dẫn động xupap phức tạp và làm tăng chiều
cao động cơ. Ngồi ra bố trí xupap treo làm cho kết cấu của nắp xanh trở nên hết sức
phức tạp, rất khó đúc.
Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt, chiều cao của động cơ giảm xuống, kết cấu
của nắp xylanh đơn giảm hơn, dẫn động xupap cũng dể dàng hơn, nhưng do buồng cháy
khơng gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém, tiêu hao nhiều
nhiên liệu, ở tốc độ cao hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hóa của động cơ. Đồng
thời khó tăng được tỷ số nén, nhất là khi tỷ số nén của động cơ lớn hơn 7,5 rất khó bố trí
buồng cháy. Vì vậy cơ cấu phân phối khí xupap đặt thường chỉ dùng trong một số động
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
3
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
cơ xăng có tỷ số nén thấp, số vịng quay khơng cao lắm. Hình 1.1 giới thiệu kết cấu và
cách bố trí xupap đặt. Xupap lắp ở một bên thân máy, ngay phía trên trục cam và được
trục cam dẫn động qua con đội. Xupap nạp và xupap thải có thể bố trí theo nhiều kiểu
khác nhau: bố trí xen kẻ nhau hoặc bố trí theo từng cặp một. Khi bố trí từng cặp xupap
cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở nên
đơn giản hơn. Phương án bố trí các xupap cùng tên kề nhau giới thiệu trên hình 1.1 a.
a)
b)
Hình 1.1. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt
Cơ cấu phân phối khí xupap treo có thể bố trí xupap theo nhiều kiểu khác nhau. Cách
bố trí phụ thuộc vào hình dạng buồng cháy và kết cấu của cơ cấu phân phối khí. Động cơ
có đường kính trung bình và nhỏ (D<200 mm) thường dùng hai xupap cho một xylanh
(một xupap thải và một xupap nạp), những động cơ có đường kính xylanh lớn thường
dùng bốn xupap cho một xylanh: hai xupap thải và hai xupap nạp hhoặc dùng 3 xupap (2
xupap nạp 1 xupap thải). Khi dùng 3 xupap bố trí bố trí vịi phun hoặc buji rất khó. Trong
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
4
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
những động cơ dùng 2 xupap cho một xylanh, xupap có thể bố trí một dãy hay hai dãy
dọc theo thân máy. Khi bố trí một dãy, xupap có thể đặt xen kẽ nhau như hình 1.1a. Kiểu
bố trí đường nạp và đường thải trên hình này thường dùng cho động cơ diêzen. Trong
động cơ xăng, đường thải và đường nạp thường phải bố trí về cùng một phìa để ống thải
có thể sấy nóng ống nạp khiến nhiên liệu dễ bay hơi. Ngược lại động cơ điêzen thường bố
trí đường thải và đường nạp về hai phía là để giảm sự sấy nóng khơng khí nạp do đó nâng
cao được hệ số nạp.
d)
Hình 1.2. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo
Để dẫn động xupap, trục cam có thể bố trí trên nắp xylanh để dẫn động trực tiếp hoặc
qua địn bẫy như trên hình 1.2. Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân
máy, xupap được dẫn động trực tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy ...Dẫn động trực tiếp
xupap tuy không cần đến các chi tiết máy trung gian như con đội, đũa đẩy... nhưng cơ cấu
dẫn động trục cam trở thành phức tạp. Chính vì vậy động cơ ôtô máy kéo ngày nay (kể cả
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
5
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
động cơ chữ V) đa số vẫn dùng kiểu dẫn động xupap gián tiếp (động cơ chữ V thường
dùng một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động tồn bộ các xupap; bố trí trục
cam và cách dẫn động như thế làm cho kết cấu động cơ rất gọn).
Khi bố trí xupap thành hai dãy (một dãy xupap nạp và một dãy xupap thải), ống thải và
ống nạp bố trí về hai phía, xupap có thể đặt nghiêng đi một góc nhất định đối với đường
tâm xylanh để có thể tăng đường kính nấm xupap và dễ bố trí đường thải, đường nạp
trong xylanh.
Cách bố trí này thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy bán cầu hoặc ovan. Một
số động cơ điêzen, chữ V như động cơ Tatra của Tiệp Khắc cũng dùng kiểu bố trí xupap
này.
Nếu bố trí xupap song song với đường tâm xylanh, có thể tăng kích thước của nấm
xupap băng cách đúc lõm nắp xylanh để tạo thành buồng cháy trên nắp xylanh. Để tiện
việc lắp vòi phun hoặc bugi, các xupap thường bố trí chéo đi một ít.
Hình 1.3. Sơ đồ bố trí hai hàng xupáp và dẫn động chúng
trực tiếp bằng trục cam đặt trên nắp xylanh
Khi bố trí xupap treo thành hai dãy, dẫn động xupap rất phức tạp. Có thể sử dụng
phương án dẫn động như hình 1.3 a và b, dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các
địn bẫy, hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp. Nếu chỉ dùng một trục cam bố
trí ở thân máy thì phải dùng cơ cấu đòn bẩy khá phức tạp.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
6
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
Phương án dẫn động này cũng được dùng khá phổ biến trong động cơ chữ V. Các loại
động cơ chữ V dùng trên ô tô máy kéo có buồng cháy hình chêm, các xupap thường bố trí
theo một dãy và nghiêng đi một góc so với đường tâm xylanh. Vì vậy thường hay dùng
một trục cam đặt giữa hai hàng xylanh để dẫn động toàn bộ các xupap .
Trong các động cơ có đường kình xylanh lớn, người ta thường dùng bốn xupap để tăng
diện tích tiết diện lưu thơng và để giảm đường kính nấm xupap, khiến cho xupap khơng
bị q nóng và tăng được sức bền. Các xupap cùng tên của loại động cơ này có thể bố trí
thành hai dãy hoặc thành một dãy.
Khi bố trí theo cách thứ nhất ( Hình 1.4 a), có thể giảm bớt số đường nạp, đường
thải trong nắp xylanh và có thể để đường thải và đường nạp về cùng một phía. Trong
nhiều kết cấu của động cơ chữ V, bố trí như trên có nhiều thuận lợi. Tuy vậy kiểu bố trí
này thường làm cho xupap thải bên phải q nóng.
Hình 1.4. Bố trí xupáp và các phương án dẫn động xupáp trong
động cơ dùng bốn xupáp cho một xylanh
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
7
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
Bố trí xupap theo kiểu thứ hai (Hình 1.4 b) tuy phải dùng hai trục cam nhưng tránh được
thiếu sót trên, ngồi ra cịn làm cho việc bố trí đường thải và đường nạp thuận lợi, nhất là
đối với động cơ điêzen. Để đảm bảo dẫn động các xupap cùng tên đóng mở đồng thời,
nên người ta bố trí trục cam dẫn động các xupap cùng tên này bằng các địn bẩy hình
nạng (Hình 1.4 c), địn ngang (Hình 1.4 d) hoặc hai cam cùng tên trực tiếp dẫn động.
Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt
trên thân còn xupap thải lắp chéo trên nắp xylanh như hình 1.5. 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 khã năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các
loại động cơ xăng tốc độ cao.
Hình 1.5. Bố trí xupáp hỗn hợp
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.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
8
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
1.2.2. 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 cơn 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. Tuy
vậy, khi khoảng cách giữa trục cam với trục khuỷu lớn thì phương án này phải dùng thêm
nhiều bánh răng trung gian. Điều đó làm cho thân máy thêm phức tạp (vì phải lắp nhiều
trục để lắp bánh răng trung gian ) và cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc
thường có tiếng ồn.
Truyền động bằng xích có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam
ở khoảng cách lớn. Tuy vậy phương án này có nhược điểm là đắt tiền vì giá thành chế tạo
của xích đắt hơn bánh răng nhiều. Khi xích bị mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha
phân phối.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
9
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
a)
b)
c)
d)
e)
Hình 1.6. 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.
1.3. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí
1.3.1. 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.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
10
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
Hình 1.7. 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 bôi 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 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 tơi 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. Nếu trục cam lắp luồn thì
kích thước cổ phải cịn lớn hơn các phần khác của trục cam. Đôi khi để dễ lắp người ta
làm đường kính các cổ khác nhau, cổ có đường kính nhỏ nhất ở phía cuối trục.
Các ổ trục cam được ép trên thân máy đều là ống thép có tráng hợp kim chịu mài mịn
như ba bít, hợp kim đồng chì, hợp kim nhơm.
Nếu 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.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
11
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
+ 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. Cịn 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 không chịu lực dọc trục và dù trục cam hay thân máy có giãn nở khác nhau
cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng
nghiêng và bánh răng cơn.
Hình 1.8. Kết cấu đầu trục cam.
1 – Vỏ máy; 2 – Bulơng hãm bích; 3 – Bích chắn; 4 – Trục cam; 5 – Vòng 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.
1.3.2. Con đội
Nhiệm vụ: Là chi tiết trung gian dùng để truyền chuyển động từ trục cam đến xupáp
thơng qua đũa đẩy và địn bẩy.
Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lị xo
xupáp và lực quán 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:
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
12
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
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 1.9. 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.
Hình 1.10. Kết cấu con đội con lăn.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
13
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mịn. 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 quá 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.
1.3.3. Đũa đẩy
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.
Hình 1.11. Các dạng đũa đẩy
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
14
Mơ phỏng hệ thống phân phối khí SOHC VTEC trên động cơ Honda – D17Z2
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 tôi đạt độ
cứng HRC 50 60.
1.3.4. Đòn 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.
Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên địn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa
trong phần rỗng của trục. Ngồi ra trên địn bẩy người ta cịn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi
trơn mặt tiếp xúc với đi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.
Hình 1.12. Kết cấu địn bẩy.
Vât liệu chế tạo: Địn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung bình.
1.3.5. 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.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quang Trung
15
