Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí s VT ở động cơ skyactiv g2 0 trên xe mazda 6
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.19 MB, 102 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG
PHÂN PHỐI KHÍ S – VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV – G2.0
TRÊN XE MAZDA 6.
Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN BẢO
Đà Nẵng – Năm 2019
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 VĂN BẢO
2. Lớp: 15C4B
Số thẻ SV: 103150101
3. Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động
cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6.
4. Người hướng dẫn: TRẦN VĂN NAM
Học hàm/ học vị: Giáo sư
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 11 tháng 12 năm 2019
Người hướng dẫn
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:
5. Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN BẢO
6. Lớp: 15C4B
Số thẻ SV: 103150101
7. Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở
động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6.
8. Người phản biện: LÊ MINH TIẾN
Học hàm/ học vị: Tiến sĩ
VI.Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
TT Các tiêu chí đánh giá
Điểm Điểm Điểm
tối đa trừ cịn lại
Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp,
80
giải quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự
1a
15
nhiên trong vấn đề nghiên cứu
- Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên
1b
25
ngành trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mơ
1c
10
phỏng, tính tốn trong vấn đề nghiên cứu
- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài
1d
10
ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu
1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề
10
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
1f
10
thực tiễn:
2 Kỹ năng viết:
20
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc
2a
15
tích
- Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định
2b
5
dạng
3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
3. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Ý kiến khác:
………………………………………………………………………………………..
5. Đề nghị: Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng 12 năm 2019
1
Người phản biện
TĨM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động
cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6.
Sinh viện thực hiện: LÊ VĂN BẢO
Số thẻ SV:103150101
Lớp: 15C4B
Trong những năm gần đây vấn đề năng lượng và ô nhiễm môi trường là mối quan
tâm hàng đầu của các nước trên thế giới. Từ đó ngồi việc cấp thiết là tìm ra nguồn năng
lượng mới dần thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch thì việc nghiên cứu, phát triển
tối ưu động cơ đốt trong đang được quan tâm hiện nay để vẫn đảm bảo được vấn đề môi
trường cũng như công suất của động cơ trước khi kết thúc kỷ nguyên động cơ đốt trong.
Hệ thống phân phối khí ảnh hưởng đến công suất của động cơ cũng như phát thải ơ
nhiễm. Vì vậy đã có một số cơng nghệ được phát triển để khắc phục được vấn đề này và
hệ thống phân phối khí S - VT của Mazda là một trong những công nghệ nổi bật hiện
nay.
Với đề tài“ Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở
động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6” nhằm khảo sát, nghiên cứu và tính tốn kiểm
nghiệm sự tối ưu trong q trình thay đổi góc phân phối khí ứng với từng chế độ làm
việc và dải tốc độ khác nhau của động cơ.
Đề tài gồm những nội dung như sau:
- Tổng quan về hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong.
- Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactic - G2.0
- Tính tốn các thơng số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ
Skyactic - G2.0
- Tính tốn kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động
cơ Skyactic - G2.0
- Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống
phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactic - G2.0
- Kết luận.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: LÊ VĂN BẢO
Lớp:15C4B
Số thẻ sinh viên: 103150101
Khoa:Cơ khí Giao thơng
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
1. Tên đề tài đồ án: Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT
ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6.
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: Dựa trên cơ sở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe
Mazda 6.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong.
- Chương 2: Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactiv - G2.0.
- Chương 3: Tính tốn các thơng số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động
cơ Skyactiv - G2.0.
- Chương 4: Tính tốn kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT
ở động cơ Skyactiv - G2.0.
- Chương 5: Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ
thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0.
- Kết luận.
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ 1: Các dạng hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong (1A3).
- Bản vẽ 2: Mặt cắt động cơ Skyactiv - G2.0 (1A3).
- Bản vẽ 3: Hệ thống dẫn động trục cam (1A3).
- Bản vẽ 4&5: Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ
Skyactiv - G2.0 (2A3).
- Bản vẽ 6: Kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả (1A3).
- Bản vẽ 7,8&9: Nguyên lý hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả (3A3).
- Bản vẽ 10: Kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam nạp (1A3).
6. Họ tên người hướng dẫn: GS. TRẦN VĂN NAM
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 03/09./2019
8. Ngày hoàn thành đồ án: 12/12/2019
Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ mơn Ơtơ & Máy động lực
PGS.TS.Dương Việt Dũng
tháng
năm 2019
Người hướng dẫn
GS. Trần Văn Nam
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn như ô
nhiễm mơi trường, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Một loạt các ảnh hưởng và
tác động xấu được bắt nguồn từ các vấn đề trên. Để khắc phục những vần đề khó khăn
nói trên, cùng với các ngành khoa học cơng nghệ khác thì ngành cơng nghiệp ơ tơ kết
hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi trên thế giới đã tìm cách
cải tiến và thay thế các công nghệ trên ô tô. Mục đích của các nghiên cứu, thử nghiệm
đó đều nhằm giảm sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao nhiên liệu. Đã có một vài
cơng nghệ hiện đại và tối ưu hơn được áp dụng cho ô tô, trong số đó thì cơng nghệ
Skyactiv khá nổi bật với cơng nghệ điều khiển hệ thống phân phối khí thơng minh đang
được áp dụng trong động cơ ô tô. Với những ưu điểm và hiệu quả của nó, cơng nghệ
Skyactiv trong điều khiển pha phân phối khí đang là một thế mạnh của hãng Mazda.
Với những thành công và sự cần thiết của công nghệ Skyactiv như đã nêu trên nên
em đã mạnh dạn chọn đề tài “ Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối
khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6 ” là đề tài tốt nghiệp. Với sự nỗ
lực và cố gắng của em, cùng với sự hướng dẫn tận tình của GS.Trần Văn Nam thì em
đã thực hiện và hoàn thành các khối lượng theo yêu cầu. Tuy nhiên, do đây là một đề tài
mới và phạm vi rộng cũng như còn hạn chế nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế, nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy
cô giáo cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em cũng xin chân thành cám ơn đến GS. Trần Văn Nam đã tận tâm hướng dẫn em
hoàn thành đồ án. Đồng thời em xin cảm ơn đến các thầy cơ của khoa Cơ khí Giao thơng
trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi và dạy cho em
những kiến thức chuyên nghành, để em có thể nắm vững những kiến thức cơ bản chắc
chắn, vững vàng.
Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Bảo
i
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài đồ án tốt nghiệp hoàn toàn mới. Các số liệu sử dụng
phân tích trong đồ án tốt nghiệp có nguồn gốc rõ ràng, theo đúng những tài liệu tham
khảo. Các kết quả nghiên cứu trong đề tài do em tự tìm hiểu, tính tốn, phân tích một
cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này
chưa từng được công bố trong bất kỳ đề tài đồ án tốt nghiệp nào khác.
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Bảo
ii
MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ...................................................................vii
DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT................................................................ x
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG ...................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT TRONG ĐỘNG
CƠ SKYACTIV - G2.0 ............................................................................................ 13
2.1 Giới thiệu về động cơ Skyactiv - G2.0 ........................................................... 13
2.2 Hệ thống nạp xả trong động cơ Skyactiv - G2.0 ........................................... 16
2.2.1 Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ Skyactiv - G2.0 ............................ 16
2.2.2 Đặc điểm hệ thống xả trong động cơ Skyactiv - G2.0 .............................. 18
2.3 Hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactic - G2.0 .................... 21
2.3.1 Hệ thống dẫn động trục cam .................................................................... 21
2.3.2 Sơ đồ bố trí xupap và nguyên lý làm việc của hệ thống phân phối khí .... 23
2.3.3 Kết cấu xupap ........................................................................................... 23
2.3.4 Kết cấu đế xupap ...................................................................................... 26
2.3.5 Kết cấu ống dẫn hướng xupap ................................................................. 26
2.3.6 Lò xo xupap .............................................................................................. 28
2.3.7 Kết cấu trục cam....................................................................................... 29
2.3.8 Kết cấu con đội thủy lực ........................................................................... 31
2.3.9 Cò mổ ....................................................................................................... 32
2.4 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí............................................................. 32
iii
2.4.1 Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ .... 32
2.4.2 Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí .................................. 33
2.4.3 Pha phân phối khí trong động cơ Skyactiv - G2.0.................................... 34
2.5 Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam xả............ 35
2.5.1 Chức năng của hệ thống .......................................................................... 35
2.5.2 Cấu tạo của hệ thống ............................................................................... 35
2.5.3 Van điều khiển đường dầu OCV .............................................................. 36
2.5.4 Bộ phận chấp hành điều khiển thời điểm phân phối khí trục cam xả ..... 37
2.5.5 Cảm biến vị trí trục cam xả ...................................................................... 38
2.5.6 Cảm biến vị trí trục khuỷu........................................................................ 39
2.5.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam xả .............................. 40
2.6 Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí cam nạp ......... 43
2.6.1 Chức năng của hệ thống .......................................................................... 43
2.6.2 Cấu tạo của hệ thống ............................................................................... 43
2.6.3 Motor điện điều khiển thời điểm phân phối khí ....................................... 45
2.6.4 Bộ phận chấp hành điều khiển thời điểm phân phối khí trục cam nạp ... 45
2.6.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp ............................ 47
2.6.6 So sánh thời điểm phối khí điều khiển điện và điều khiển thủy lực ........ 48
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PHÂN
PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 ........................................... 49
3.1 Xác định tiết diện lưu thông của xupap ........................................................ 49
3.2 Chọn biên dạng cam....................................................................................... 52
3.2.1 Yêu cầu ..................................................................................................... 52
3.2.2 Phương pháp thiết kế cam........................................................................ 52
3.3 Biên dạng cam lồi ........................................................................................... 53
3.3.1 Biên dạng cam nạp ................................................................................... 53
3.3.2 Biên dạng cam xả ..................................................................................... 55
3.4 Động lực học con đội ...................................................................................... 57
3.4.1 Động học con đội trong giai đoạn I.......................................................... 57
iv
3.4.2 Động học con đội trong giai đoạn II ........................................................ 59
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ
THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ SKYACTIV - G2.0 ................. 62
4.1 Quy dẫn khối lượng các chi tiết ..................................................................... 62
4.2 Tính tốn lị xo xupap .................................................................................... 63
4.2.1 Cơ sở tính tốn ......................................................................................... 63
4.2.2 Xác định đặc tính lị xo............................................................................. 64
4.2.3 Ứng suất xoắn của lị xo........................................................................... 66
4.2.4 Số vịng cơng tác của lị xo ....................................................................... 67
4.2.5 Bước xoắn của lị xo................................................................................. 67
4.3 Tính kiểm nghiệm sức bền trục cam ............................................................. 67
4.3.1 Tải trọng tác dụng .................................................................................... 67
4.3.2 Ứng suất uốn ............................................................................................ 69
4.3.3 Ứng suất xoắn .......................................................................................... 69
4.3.4 Độ võng cho phép của trục ....................................................................... 70
4.3.5 Ứng suất tiếp xúc mặt cam ....................................................................... 70
4.4 Tính sức bền con đội ...................................................................................... 71
4.5 Tính sức bền xupap ........................................................................................ 71
CHƯƠNG 5: NHỮNG HƯ HỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỬA CHỮA
CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ S - VT Ở ĐỘNG CƠ
SKYACTIV - G2.0 ................................................................................................... 72
5.1 Những hư hỏng ............................................................................................... 72
5.2 Các phương pháp kiểm tra và phân loại chi tiết........................................... 73
5.3 Kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống phân phối khí ở động cơ
Skyactiv - G2.0 ..................................................................................................... 74
5.3.1 Kiểm tra sửa chữa xupap ......................................................................... 74
5.3.2 Kiểm tra sửa chữa ống dẫn hướng xupap ................................................ 76
5.3.3 Kiểm tra sửa chữa đế xupap ..................................................................... 77
5.3.4 Kiểm tra sửa chữa lò xo xupap ................................................................ 78
v
5.3.5 Kiểm tra sửa chữa trục cam ..................................................................... 79
5.3.6 Kiểm tra sửa chữa con đội thủy lực ......................................................... 81
5.3.7 Kiểm tra sửa chữa cò mổ.......................................................................... 82
5.3.8 Kiểm tra van OCV .................................................................................... 82
5.3.9 Kiểm tra motor điện .................................................................................. 83
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 86
vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
BẢNG 2.1 Thơng số động cơ Skyactiv - G2.0.
BẢNG 4.1 Các giá trị của h, Pjx và Plx theo k .
HÌNH 1.1 Cơ cấu dùng hộp cacte để qt khí.
HÌNH 1.2 Cơ cấu qt thẳng qua xupap xả.
HÌNH 1.3 Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt.
HÌNH 1.4 Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo.
HÌNH 1.5 Các phương án dẫn động xupap.
HÌNH 1.6 Các phương án dẫn động trục cam.
HÌNH 2.1 Động cơ Skyactiv - G2.0.
HÌNH 2.2 Mặt cắt động cơ Skyativ - G2.0.
HÌNH 2.3 Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động cơ Skyactiv - G2.0.
HÌNH 2.4 Sơ đồ hệ thống xả động cơ Skyactiv - G2.0.
HÌNH 2.5 Hiệu quả giảm khí sót bằng hệ thống xả 4 - 2 - 1.
HÌNH 2.6 Hệ thống dẫn động trục cam.
HÌNH 2.7 Kết cấu xupap nạp và xupap xả.
HÌNH 2.8 Kết cấu đế xupap.
HÌNH 2.9 Kết cấu ống dẫn hướng.
HÌNH 2.10 Kết cấu lị xo xupap nạp và xả.
HÌNH 2.11 Kết cấu trục cam.
HÌNH 2.12 Kết cấu con đội thủy lực.
HÌNH 2.13 Kết cấu cị mổ.
HÌNH 2.14 Pha phân phối khí động cơ Skyactiv - G2.0.
HÌNH 2.15 Cấu tạo của van OCV.
HÌNH 2.16 Cấu tạo bộ phận chấp hành.
HÌNH 2.17 Cảm biến vị trí trục cam xả.
vii
HÌNH 2.18 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.
HÌNH 2.19 Cảm biến vị trí trục khuỷu.
HÌNH 2.20 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ đóng sớm nhất.
HÌNH 2.21 Sơ đồ ngun lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ.
HÌNH 2.22 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ đóng muộn nhất.
HÌNH 2.23 Hệ thống phân phối khí biến thiên cam nạp và cam xả.
HÌNH 2.24 Sơ đồ điện điều khiển thời điểm phối khí cam nạp.
HÌNH 2.25 Motor điện điều khiển thời điểm phối khí.
HÌNH 2.26 Cấu tạo của bộ chấp hành điều khiển thời điểm phối khí trục cam nạp.
HÌNH 2.27 Ngun lý bộ bánh răng hành tinh trong bộ phận chấp hành.
HÌNH 2.28 Góc điều khiển thời điểm phối khí bằng điều khiển điện và thủy lực.
HÌNH 3.1 Tiết diện lưu thơng qua xupap.
HÌNH 3.2 Dựng hình cam lồi của cam nạp.
HÌNH 3.3 Xác định bán kính của cam nạp.
HÌNH 3.4 Dựng hình cam lồi của cam xả.
HÌNH 3.5 Xác định bán kính của cam xả.
HÌNH 3.6 Động học con đội trong giai đoạn I.
HÌNH 3.7 Động học của con đội trong giai đoạn II.
HÌNH 4.1 Đồ thị đặc tính lị xo.
HÌNH 4.2 Sơ đồ tính bền trục cam.
HÌNH 5.1 Kiểm tra kích thước nấm xupap.
HÌNH 5.2 Kiểm tra chiều dài xupap.
HÌNH 5.3 Kiểm tra đường kính thân xupap.
HÌNH 5.4 Kiểm tra ống dẫn hướng xupap.
HÌNH 5.5 Kiểm tra khe hở giữa thân xupap và ống dẫn hướng xupap.
HÌNH 5.6 Kiểm tra chiều dài và sơn đánh dấu lò xo xupap.
HÌNH 5.7 Kiểm tra chiều dài lị xo xupap khi chịu nén.
viii
HÌNH 5.8 Kiểm tra độ vng góc của lị xo xupap.
HÌNH 5.9 Kiểm tra độ cong của trục cam.
HÌNH 5.10 Kiểm tra chiều cao cam.
HÌNH 5.11 Kiểm tra đường kính cổ trục cam.
HÌNH 5.12 Xả gió con đội thủy lực.
HÌNH 5.13 Kiểm tra cị mổ.
HÌNH 5.14 Kiểm tra điện trở van OCV.
HÌNH 5.15 Van OCV hoạt động ở chế độ sớm và trễ.
HÌNH 5.16 Kiểm tra motor điện điều khiển cam nạp.
HÌNH 5.17 Khu vực hạn chế tác dụng lực của motor điện.
ix
DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
CỤM TỪ VIẾT TẮT:
S - VT: Sequential Valve Timing.
OCV: Oil Control Valve (van điều khiển đường dầu).
ĐCT: điểm chết trên.
ĐCD: điểm chết dưới.
BLDC: Brushless Direct Current (động cơ điện không chổi than).
x
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
MỞ ĐẦU
Mục đích thực hiện đề tài: Vấn đề cải thiện công suất của động cơ đốt trong, giảm
thiểu ơ nhiễm mơi trường và tăng tính kinh tế nhiên liệu đang là vấn đề được quan tâm
hiện nay. Vì vậy đề tài “ Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S VT động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6 ” sẽ giải quyết một phần vấn đề điều khiển
đóng mở hệ thống phân phối khí tối ưu với từng chế độ làm việc của động cơ.
Mục tiêu đề tài: khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm được hệ thống điều khiển phân
phối khí thơng minh trên cả cam nạp và cam xả.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6.
- Phạm vi nghiên cứu: tập trung vào hai vấn đề sau
+ Điều khiển góc phân phối khí trên cam nạp bằng điều khiển điện.
+ Điều khiển góc phân phối khí trên cam xả bằng điều khiển thủy lực.
Phương pháp nghiên cứu: vận dụng kiến thức chuyên nghành và tìm hiểu học hỏi
các nguồn tài liệu khác.
Cấu trúc đề tài gồm những nội dung sau:
- Tổng quan về hệ thống phân phối khí động cơ đốt trong.
- Khảo sát hệ thống phân phối khí S - VT trong động cơ Skyactiv - G2.0
- Tính tốn các thơng số cơ bản của hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ
Skyactiv - G2.0
- Tính tốn kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ
Skyactiv - G2.0
- Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết trong hệ thống phân
phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0
- Kết luận.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
1
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRONG
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Cơng suất của động cơ đốt trong phụ thuộc rất nhiều vào sự làm việc của các nhóm
cơ cấu, hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, nhóm
piston - thanh truyền... Trong đó thì hệ thống phân phối khí là hệ thống ảnh hưởng trực
tiếp đến công suất của động cơ cũng như hiệu quả sử dụng nhiên liệu và quyết định đến
vấn đề ô nhiễm mơi trường.
Hệ thống phân phối khí thực hiện q trình thay đổi môi chất công tác trong buồng
cháy động cơ, giúp nạp đầy hỗn hợp hoặc khơng khí mới vào xilanh động cơ và xả sạch
khí cháy ra khỏi xilanh để động cơ làm việc được liên tục, hiệu quả.
Hệ thống phân phối khí làm việc trong điều kiện chịu tải trọng cơ học cao, luôn chịu
nhiệt độ cao từ buồng cháy, chịu mài mòn cũng như tải trọng va đập lớn. Từ điều kiện
làm việc này thì địi hỏi hệ thống phân phối khí phải đáp ứng những yêu cầu khắc khe
như là hệ thống phân phối khí phải nạp đầy môi chất và xả sạch sản phẩm cháy, đóng
mở xupap đúng quy luật và đúng thời gian quy định, độ mở lớn để dịng khí dễ dàng lưu
thơng. Ngồi ra cịn phải đóng kín khi làm việc, xupap xả khơng tự mở trong q trình
nạp. Đóng xupap phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, q trình cháy khơng bị lọt khí.
Các chi tiết trong hệ thống phân phối khí phải ít mịn, tiếng ồn nhỏ khi làm việc, dễ dàng
điều chỉnh, sửa chữa và giá thành chế tạo thấp.
Hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong có nhiều kiểu, tùy thuộc vào mục
đích sử dụng cũng như cách bố trí, thuận tiện khi sửa chữa mà có thể chia ra:
• Hệ thống phân phối khí dùng xupap: là loại hệ thống được sử dụng rộng rãi trong
động cơ 4 kỳ vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, làm việc chính
xác và hiệu suất cao. Hệ thống phân phối khí dùng xupap lại chia ra:
➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo.
➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt.
• Hệ thống phân phối khí dùng van trượt là loại hệ thống có nhiều ưu điểm như
tiết diện lưu thơng lớn, dễ làm mát và ít tiếng ồn.
• Hệ thống phân phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa xả: là loại hệ thống
phân phối khí của động cơ hai kỳ quét vòng hoặc quét thẳng. Loại này có kết cấu
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
2
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
đơn giản, không phải điều chỉnh nhưng chất lượng q trình trao đổi khí khơng
cao.
• Hệ thống phân phân phối khí hỗn hợp dùng cửa nạp và xupap xả: dùng trên động
cơ hai kỳ quét thẳng.
• Hệ thống phân phối khí cho động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.
Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy mơi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm
khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình xả 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 quét với sản vật cháy, đồng thời cũng
có các khu vực chết trong xilanh khơng có khí qt tới. Chất lượng các quá trình xả 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 xả. Hiện nay thì động cơ 2 kỳ khơng cịn được sử dụng phổ biến,
chủ yếu chỉ sử dụng động cơ 4 kỳ.
Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét xả sau:
➢ Hệ thống quét vịng đặt ngang theo hướng song song.
Hình 1.1 Cơ cấu dùng hộp cacte để quét khí.
1 - Piston; 2 - Thanh truyền; 3 - Trục khuỷu.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
3
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
Đặc điểm: dùng cacte 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. Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ.
➢ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm.
Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có cơng 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 dịng khơng khí qt vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp
xilanh mới vòng xuống cửa xả.
Đây là hệ thống qt xả hồn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công 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 xả, bên trong có bố trí
van một chiều để sau khi đóng kín cửa xả vẫn có thể nạp thêm mơi chất cơng tác
mới vào hàng lỗ 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 cơng 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 xả sau
khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét.
➢ Hệ thống quét thẳng qua xupap xả.
Đặc điểm: cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến. Xupap xả được
đặt trên nắp xilanh. Dịng khí qt chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi
theo xupap xả ra ngồi nên dịng khơng khí qt ít bị hịa trộn với sản vật cháy và
khí xả 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 hoàn thiện hơn.
Cửa quét 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 q trình cháy xảy ra
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
4
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong q
trình qt khí.
Hình 1.2 Cơ cấu qt thẳng qua xupap xả.
1 - Cam; 2 - Xupap; 3 - Piston; 4 - Bơm quét khí.
Trên động cơ 4 kỳ việc xả sạch khí xả và nạp đầy mơi chất mới được thực hiện bởi
cơ cấu cam - xupap, cơ cấu này được sử dụng rất đa dạng. Tùy theo cách bố trí xupap
và trục cam, người ta chia hệ thống phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều loại
khác nhau như hệ thống phân phối khí dùng xupap treo, hệ thống phân phối khí dùng
xupap đặt.
➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt:
Xupap được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động
xupap thông qua con đội. Xupap nạp và xupap xả 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 xupap
cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành
đơn giản hơn.
Ưu điểm của phương án này là chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của nắp
xilanh đơn giản, dẫn động xupap cũng dễ dàng.
Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy khơng gọn, có dung tích lớn. Một khuyết
điểm nữa là đường nạp, xả phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và gia công
thân máy, đường xả, nạp khó thanh thốt, tổn thất nạp xả lớn.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
5
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
Hình 1.3 Hệ thống phân phối khí dùng xupap đặt.
1 - Đế xupap; 2 - Xupap; 3 - Ống dẫn hướng xupap; 4 - Lò xo; 5 - Móng hãm;
6 - Bulơng điều chỉnh; 7 - Đai ốc hãm; 8 - Con đội; 9 - Cam.
➢ Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo:
Xupap 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 xupap.
Khi dùng xupap treo có ưu điểm: tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Đường nạp, xả 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 xupap hợp lý nên có thể tăng được tiết
diện lưu thơng của dịng khí.
Tuy vậy hệ thống phân phối khí dùng xupap treo cũng tồn tại một số khuyết điểm
như dẫn động xupap 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 xupap, trục cam có thể bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc
dẫn động qua địn bẫy. Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy,
xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
6
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
Hình 1.4 Hệ thống phân phối khí dùng xupap treo.
1 - Xupap; 2 - Nắp; 3 - Đũa đẩy; 4 - Con đội.
Khi bố trí xupap treo thành hai dãy thì dẫn động xupap rất phức tạp. Có thể sử dụng
phương án dẫn động xupap dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy hoặc
có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.
Hình 1.5 Các phương án dẫn động xupap.
a - Các xupap được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b - Xupap được dẫn động trực tiếp;
c - Xupap được dẫn động thơng qua địn bẫy.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
7
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
Trong một số động cơ xăng, xupap có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupap nạp đặt
trên thân máy còn xupap xả 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.
Xét về ưu khuyết điểm của hai phương án bố trí hệ thống phân phối khí dùng xupap
đặt và hệ thống phân phối khí dùng xupap treo thấy rằng động cơ diezel chỉ dùng xupap
treo do tạo được 𝜀 cao cịn động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay xupap đặt nhưng
ngày nay thường dùng hệ thống phân phối khí kiểu xupap treo. Động cơ sử dụng hệ
thống phân phối khí kiểu xupap treo có hiệu suất nhiệt cao hơn. Dùng hệ thống phân
phối khí kiểu treo tuy làm cho kết cấu và dẫn động phức tạp nhưng đạt hiệu quả phân
phối khí rất tốt. Hệ thống phân phối khí xupap treo chiếm ưu thế tuyệt đối trong động
cơ 4 kỳ hiện nay.
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.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
8
Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí S - VT ở động cơ Skyactiv - G2.0 trên xe Mazda 6
Trục cam có thể đặt trên nắp máy hoặc ở hộp trục khuỷu. Loại trục cam đặt trong
thân máy 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 xupap, 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 mòn gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân
phối khí.
Hệ thống phân phối khí cổ điển khi làm việc ở các chế độ tải và tốc độ khác nhau
thì khơng đạt được u cầu về cơng suất cũng như tính kinh tế nhiên liệu và ơ nhiễm khí
thải. Chẳng hạn khi xe chạy với tốc độ cao và tải lớn thì tốc độ đóng mở xupap sẽ nhanh
hơn, làm cho q trình nạp mơi chất mới và thải sạch sản vật cháy ít lại, từ đó ảnh hưởng
trực tiếp đến công suất động cơ. Tốc độ động cơ ảnh hưởng lớn nhất đến hệ số nạp v ,
khi tăng n thì sẽ tăng tốc độ mơi chất đi qua xupap nạp cũng như xupap xả. Làm giảm
Pa và làm tăng Pr, mặt khác cũng làm giảm T (do giảm thời gian tiếp xúc) dẫn đến giảm
hệ số nạp v .
Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa học công nghệ kỹ thuật. Các
hãng sản xuất ô tô như Mazda, Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ra nhiều sản phẩm
với động cơ có những tính năng cải thiện rõ rệt về hệ thống phân phối khí. Một trong
những tính năng đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí
trong động cơ. Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp
với từng dải tốc độ của động cơ, đảm bảo được các yêu cầu khắt khe đặt ra như việc sử
dụng động cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu khi sử dụng. Ngoài ra
động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều quy định về mức độ ô nhiễm môi trường của
các quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng. Tuy các biện pháp tiến
hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cách điều khiển và chế tạo
các cơ cấu để dẫn động hệ thống phân phối khí gần với giá trị tính tốn lý thuyết lý
tưởng.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Bảo
Hướng dẫn: GS. Trần Văn Nam
9
