Đồ án hệ thống phân phối khí trên xe HYUNDAI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
ĐỒ ÁN HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE HYUNDAI

Giảng viên hướng dẫn:

Nguyễn Đỗ Minh Triết

Lớp: 18DOTC4

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020

NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Đề số: …12…

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE HYUNDAI
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm…02…):


(Tên đề tài: Đồ án hệ thống phân phối khí trên xe HYUNDAI......................................

........................................................................................................................................
(2) Các dữ liệu ban đầu: Tài liệu trong sách và trên các nguồn internet.............................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
(3) Nội dung nhiệm vụ: Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt

trong................................................................................................................................
........................................................................................................................................
(4) Kết quả tối thiểu phải có:
1) Bản vẽ 2D in A0 (gồm 3 hình chiếu, có chú thích chi tiết) có chữ ký của
GVHD.
2) Cuốn thuyết minh đề tài in A4 (theo mẫu đính kèm, bao gồm các nội dung thực
hiện và bản vẽ) có đánh giá của GVHD.
3) Bảng vẽ chi tiết 3D (nếu có).
4) Bảng vẽ lắp ráp hệ thống hoặc cụm chi tiết có chú thích (nếu có).
5) Đĩa CD có nội dung thuyết minh và các bản vẽ.
Ngày giao đề tài: ……./……../……… Ngày nộp báo cáo: ……./……../………

TP. HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2020.
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
2. Tên đề tài: Đồ án hệ thống phân phối khí trên xe HYUNDAI .....................................
........................................................................................................................................

2

3. Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Đỗ Minh Triết............................................................
4. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm…2…):
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật ơ tơ.....................................................................................
Tuần
lễ

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD
(Ký tên)

1

2

3

4

5

3


Tuần
lễ

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD
(Ký tên)

6

7

Kiểm tra ngày:

Đánh giá công việc hồn thành: …………..%
Được tiếp tục: 

Khơng tiếp tục: 

9

10

11

4


Tuần
lễ

Ngày

Nhận xét của GVHD

Nội dung

(Ký tên)

12

13

14

15

5. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10, làm tròn đến 0.5)
6. Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm) 

Không được bảo vệ 

TP. HCM, ngày … tháng … năm …2020…
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

5


6

LỜI CẢM ƠN
e&f
Trong giai đoạn hiện nay ngành giao thông vận tải đang trên đà phát triển mạnh mẽ, hoà
nhập cùng với tốc độ phát triển sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đáp
ứng nhu cầu về phương tiện đi lại và vận chuyển hàng hoá, phục vụ đời sống sinh hoạt
của xã hội.
Hãng xe HYUNDAI do Hàn Quốc sản xuất và được sử dụng rất phổ biến ở nước ta hiện
nay. Đó là loại xe có nhiều chủng loại dùng để chở hàng được thiết kế và chế tạo khá
hoàn thiện về mỹ thuật cũng như tính năng hoạt động. Xe có động cơ hiệu suất, độ bền và
độ tin cậy cao, kết cấu cứng vững, gồm nhiều thiết bị đảm bảo an toàn cho người sử dụng
trong các điều kiện đường sá khác nhau. Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất
mạnh, giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao
thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường không cũng như trong nhiều
ngành công nghiệp khác. Tuy nhiên, con đường phát triển đi lên của ngành động cơ đốt
trong nói chung và ngành cơng nghiệp ơtơ nói riêng của các nước rất khác nhau. Tuỳ
thuộc chủ yếu vào năng lực của ngành cơ khí và mức độ cơng nghiệp hố của từng nước.
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta chia ra trong động cơ đốt trong cũng như
trong ôtô ra nhiều hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát,
hệ thống phân phối khí,v.v mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định. Hệ thống phân
phối khí là một trong những hệ thống chính của động cơ. Việc khảo sát một hệ thống bất
kỳ trong động cơ sẽ giúp cho sinh viên củng cố lại những kiến thức đã học và biết đi sâu
tìm hiểu những hệ thống khác. Do vậy, đề tài khảo sát hệ thống phân phối khí trên động
cơ ơtơ là một trong những đề tài đã nói trên. Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn Nguyễn Đỗ Minh Triết em đã hoàn thành đề tài này. Do kiến thức còn nhiều
hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo ít nên bài đồ án khơng tránh khỏi
những thiếu sót những vấn đề cịn sơ sài. Kính mong được quý thầy cô chỉ bảo để bài tiểu
luận của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gởi đến thầy giáo hướng dẫn và quý
thầy cô giáo trong bộ môn sự biết ơn chân thành nhất.

7


MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.........................................................................................11
1.1 Đặt vấn đề...............................................................................................................11
1.2 Mục tiêu đề tài........................................................................................................11
1.3 Nội dung đề tài........................................................................................................11
1.4 Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................11
1.5 Kết cấu đề tài..........................................................................................................11
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG................................................................................................................................ 12
2.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí.............................................12
2.1.1 Mục đích........................................................................................................... 12
2.1.2 Yêu cầu............................................................................................................. 12
2.1.3 Phân Loại.......................................................................................................... 12
2.2 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ........................................................12
2.2.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp...............................................13
2.3 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí....................................15
2.3.1 Trục cam...........................................................................................................15
2.3.2 Con đội.............................................................................................................16
2.3.3 Đũa đẩy............................................................................................................16
2.3.4 Địn bẫy............................................................................................................16
2.3.5 Xupáp...............................................................................................................17
Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ G4KA.......................18
3.1 Giới thiệu động cơ G4KA.......................................................................................18
3.2 Hệ thống nạp, thải trong động cơ G4KA................................................................19
3.2.1. Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA:.................................................20
3.2.2. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ G4KA:................................................24
Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI KHÍ THƠNG MINH CVVT TRÊN

XE HYUNDAI (Continouslya Varible Valve Timing)..........................................................26
4.1 Hệ thống phân phối khí CVVT...............................................................................27
4.1.1 Cơ cấu dẫn động trục cam....................................................................................27
5.1.2. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí...............28
4.2. Hệ thống thay đổi góc phân phối khí.....................................................................30

8


4.2.1. Pha phân phối khí trong động cơ.....................................................................30
4.2.2. Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ:.............30
4.2.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí.........................................31
4.3. Đặc điểm, kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí..................................32
4.3.1. Chức năng của hệ thống..................................................................................32
4.3.2. Bộ điều khiển của hệ thống.............................................................................34
4.3.3. Van điều khiển phối khí...................................................................................36
4.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay trục cam nạp:...................................37
Chương 5: KẾT LUẬN........................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................41

9


DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2-1: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt.
Hình 2-2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
Hình 2-3: Cấu tạo trục cam
Hình 2-4: Con đội
Hình 2-5: Cấu tạp xupáp
Hình 3-1: Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động cơ G4KA.

Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ.
Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ cao.
Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xoáy lốc khí nạp.
Hình 3-5: Hệ thống thải động cơ G4KA.
Hình 4-1: a) động cơ thường

b) động cơ có hệ thống phân phối khí CVVT

Hình 4-2: Hệ thống dẫn động trục cam.
Hình 4-3: Sơ đồ bố trí xupáp.
Hình 4-4: Sơ đồ ngun lý hệ thống CVVT
Hình 4-5: Sơ đồ điều khiển điện tử.
Hình 4-6: Cấu tạo bộ điều khiển CVVT
Hình 4-7: Van điều khiển phối khí
Hình 4-8: Sơ đồ ngun lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất.
Hình 4-9: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ.
Hình 4-10: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ mở sớm nhất.

10


Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Lý do chọn đề tài ô tô là một ngành quan trọng trên thế giới. Các nhà chế tạo ln muốn
có được một động cơ đốt trong ln đảm bảo được tính hiệu quả và tính kinh tế cao. Và
để đạt được một loại động cơ như thế thì người ta cần nghiên cứu đến những yếu tố ảnh
hưởng đến tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ. Trong khi đó, hệ thống phân phối
khí cổ điển cịn nhiều hạn chế. Để khắc phục những hạn chế đó, một ý tưởng được các kỹ
sư đưa ra là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến
thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian

mở đủ để lấy đầy hịa khí vào buồng đốt. Để tăng hệ số nạp thêm (λ1) đối với mỗi hãng
xe người ta điều có một cơng nghệ nhằm thay đổi góc phân phối khí sao cho phù hợp với
mọi chế độ làm việc của động cơ
1.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu Nhằm hiểu rõ hơn hệ thống phân phối khí thơng minh trên các dịng xe đời mới
Giúp em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách làm việc độc lập tạo
điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai.
Do đó, bài báo cáo này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hệ thống phân phối khí trên động cơ
Hyundai.
1.3 Nội dung đề tài
Tìm hiểu về vai trị, nhiệm vụ, cơng dụng của hệ thống phân phối khí trên xe Hyundai.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí động cơ G4KA.
Kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống phân phối khí động cơ Hyundai.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên internet, sách báo và thực tiễn
- Phương pháp tống hợp phân tích, so sánh
- Phương pháp thiết kế mô phỏng trên phần mềm
1.5 Kết cấu đề tài
Chương I: Giới thiệu đề tài
Chương II: Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong
Chương III: Khảo sát hệ thống phân phối khí động cơ G4KA
Chương IV: Hệ thống điều khiển phân phối khí thơng minh CVVT
Chương V: Kết luận

11


Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG
2.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí

2.1.1 Mục đích
Thực hiện q trình thay đổi khí trong buồng cháy động cơ: Thải sạch khí thải ra khỏi
xilanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc khơng khí mới vào xilanh động cơ để động cơ làm
việc được liên tục
2.1.2 Yêu cầu
Cơ cấu phối phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quá 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, không 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.
2.1.3 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 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.
2.2 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ
Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy mơi 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…

12

2.2.1 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.

Hình 2-1: 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.

13


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, địn bẫy…

Hình 2-2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
1 – Ống dẫn hướng xupáp; 2 – Lò xo; 3 – Đĩa lò xo; 4 –Móng ngựa; 5 – xupáp; 6 – Địn
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.

14


2.3 Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí
2.3.1 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.

Hình 2-3: Cấu tạo trục cam
1 – Vấu trục cam; 2 – Bánh rang dẫn động; 3 – Cổ đở cốt cam
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 tôi cứng.

15


2.3.2 Con đội

Hình 2-4: a) Con đội cơ khí; b) Con đội con lăn; c) Con đội thuỷ lực
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.
2.3.3 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.
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.
2.3.4 Đòn bẫy
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 đuôi xupáp thường có mặt tiếp

16


xúc hình trụ được tơi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mịn thay thế được dễ
dàng
2.3.5 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.
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 đuôi có nhiệm vụ định vị lị 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 mòn 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 2-5: Cấu tạp xupáp

17

Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ G4KA
3.1 Giới thiệu động cơ G4KA
Động cơ G4KA do hãng HYUNDAI MOTORS sản xuất, được lắp trên xe Sonata phiên
bản Facelift (2008 – 2010). Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các
trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho G4KA 2.0L có những tính năng vượt trội so với các
dịng xe đương thời. Về ngoại thất, gồm đèn phong cách với bốn đèn làm tăng thêm chất
lượng chiếc sang, đèn sương mù sám mờ lắp chìm mang lại tầm nhìn tốt hơn cho người
điều khiển. Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm cụm đồng hồ dễ nhìn thực tế, sử
dụng vật liệu cao cấp cùng với ánh sáng xanh của các nút điều khiển giúp người lái dễ
dàng quan sát đảm bảo tính an tồn khi điều khiển xe. Hệ thống phanh gồm phanh ABS
bốn kênh, bốn cảm biến, phân bố lực phanh điện tư. Sáu túi khí cùng dây đai an toàn đảm
bảo an toàn tối đa cho người lái và hành khách khi xảy ra va chạm…
Hơn hết xe được trang bị động cơ G4KA, một trong những động cơ có tính năng vượt
trội so với những động cơ đương thời. G4KA là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt
thẳng hàng, 16 xupáp. Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam. Cam được đặt trên nắp
máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (CVVT). G4KA 2.0L tích hợp hệ thống điều khiển
van biến thiên lưu lượng dầu OCV (Oil-Flow Control Valve) cho phép tối ưu hóa thời
gian, tiết kiệm được nhiên liệu.
Bên cạnh đó động cơ cịn tích hợp hệ thống cảm biến nhiệt độ dầu OTS (Oil Temperature
Sensor) và dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ. Với những cải tiến này mang
lại cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế độ làm việc.

18


STT

Hạng mục

Thông số

Đơn vị

1

Loại máy

G4KA

2

Số xi lanh

4 xi lanh

3

Cơ cấu xupáp

DOHC

4

Cam đóng mở xupáp

CVVT

5

Tổng dung tích

6

Đường kính piston x Hành trình

7

Tỷ số nén

10,5

8

Số vịng quay lớn nhất

6000

v/phút

9

Cơng suất cực đại

104/6000

KW/rpm

10

Mơmen xoắn cực đại

188/4250

N.m/rpm

11

Thứ tự nổ

12

Dung tích thùng chứa nhiên liệu

55

13

Phun xăng điện tử

có

1998

cc

86 x 86

mm2

1-3-4-2
Lit

3.2 Hệ thống nạp, thải trong động cơ G4KA
Công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào khối lượng và thành phần khí nạp. Rõ ràng
rằng lượng khơng khí đi vào xilanh trong q trình nạp sẽ phụ thuộc vào việc xilanh của
động cơ được thải sạch ở mức độ nào đó trong chu trình trước. Trong chu trình làm việc
của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vật cháy của chu trình trước ra khoải xi lanh để
nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ. Hai quá trình nạp và thải liên quan với nhau.
Vì vậy kết cấu của hệ thống nạp thải phải thiết kế sao cho động cơ làm việc với hiệu quả
cao nhất.
Các q trình trao đổi khí khơng chỉ có quan hệ với nhau mà việc tạo hướng chuyển động
của mồi mới khí nạp trong thời gian nạp ở xilanh động cơ phụ thuộc vào việc phân bố các
xupáp trên nắp xilanh. Đây là một trong những yếu tố cơ bản có khả năng cải thiện việc
tạo thành hỗn hợp và đơt cháy. Để trao đổi khí tốt hơn xupáp nạp cần được mở sớm khi
píttơng đến điểm chết trên cịn xupáp xả cần đóng muộn sau điểm chết trên.

19


Như vậy theo những nhận định trên, các hệ thống nạp và thải của động cơ ảnh hưởng trực
tiếp đến hệ thống phân phối khí của động cơ như: Thời gian đóng mở các xupáp, kết cấu
các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí cũng như việc bố trí các xupáp…Vì vậy khi phân
tích đặc điểm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí chúng ta cần phân tích đặc điểm kết
cấu của hệ thống và nạp thải trong động cơ.
3.2.1. Đặc điểm hệ thống nạp trong động cơ G4KA:
Theo nguyên lý động cơ đốt trong, lượng môi chất nạp vào xi lanh trong mỗi chu
trình động cơ bốn kỳ phụ thuộc nhiều nhất vào độ chênh áp suất của môi chất trước
xupáp nạp (pk) và áp suất môi chất trong xilanh (p a) . Suốt kỳ nạp áp suất trong xi lanh
đều thấp hơn pk. Sự chênh áp ấy tạo nên dịng chảy của mơi chất mới đi vào xilanh qua

xupáp nạp, nó ảnh hưởng đến trợ lực của xupáp nạp đối với dòng chảy.
Hệ số nạp là một trong những thông số đặc trưng cơ bản của động cơ trong q trình
trao đổi mơi chất. Đó là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xilanh ở đầu q
trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng môi chất mới theo lý thuyết có
thể nạp đầy vào thể tích cơng tác của xilanh ở điều kiện nhiệt độ và áp suất của môi chất
trước xupáp nạp. Ảnh hưởng đến hệ số nạp có rất nhiều yếu tố như: Tỷ số nén, áp suất
cuối quá trình nạp, kết cấu đường ống nạp…
Sức cản của đường nạp: Tổn thất áp suất khi nạp là . Tổn thất càng lớn thì áp suất p a
càng nhỏ và do đó mật độ mồi mới khí nạp trong xilanh và hệ số khí nạp càng nhỏ. Tổn
thất của đường nạp có thể tính theo công thức:

Với là hệ số cản của hệ thống nạp, đặc trưng cho tính chất đường nạp ví dụ như tiết
diện lưu thông qua xupáp nạp.
là tốc độ trung bình của mồi mới khí nạp ở tiết diện đặc trưng của xupáp nạp. Như
vậy tốc độ dịng khí nạp ảnh hưởng rất lớn đến tổn thất áp suất .
Một trong những biện pháp làm tăng hệ số nạp là bố trí bốn xupáp cho mỗi xilanh
động cơ. Sức cản của hệ thống nạp phụ thuộc đáng kể vào chỗ ngặt, co thắt và độ nhám
bề mặt của xupáp.
Trong hệ thống nạp của động cơ, xupáp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ nhất
nên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Tăng đường kính xupáp sẽ
mở rộng tiết diện lưu thơng qua xupáp, nhưng lại bị hạn chế bởi vị trí và cấu tạo của
xupáp. Việc tăng hành trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở các xupáp, tăng thời gian giữ
xupáp ở vị trí mở lớn nhất, đều làm tăng khả năng lưu thông qua xupáp. Thế nhưng
những vấn đề trên đều bị giới hạn bởi phụ tải động do lực quán tính của cơ cấu phân phối
khí tạo ra. Mặt khác khi xupáp đã mở hết hành trình khoảng cách từ mép nấm đến thành
cũng gây ảnh hưởng đến lực cản của dòng chảy. Khoảng cách trên nếu nhỏ sẽ làm giảm
hiệu suất lưu thông của tiết diện sát thành xilanh và làm tăng lực cản.

20

Ngồi ra trong q trình nạp của động cơ, sóng áp suất trong đường nạp cũng ảnh
hưởng rất nhiều đến việc nạp đầy mơi chất mới vào xilanh. Các sóng này được truyền
qua lại trong đường ống nạp tạo nên hiệu ứng động của dao động áp suất. Nếu sóng nén
được truyền đến khu xupáp mà xupáp chưa đóng sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước
xupáp và làm tăng số nạp. Khi tốc độ động cơ tăng thì vận tốc dịng khí lưu thơng qua
xupáp nạp cũng tăng theo. Sự dao động của dịng khí nạp phụ thuộc vào sự đóng mở
xupáp nạp.

Hình 3-1: Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động cơ G4KA.
1- Buồng cộng hưởng; 2 - Ống lấy gió ngồi; 3 – Lọc gió; 4 – Buồng cộng hưởng; 5 – Cổ
nạp; 6 – Cơ cấu đóng mở van xốy lốc khí nạp; 7 – Cơ cấu đóng mở van biến thiên
đường nạp; 8 – Van điện từ biến thiên đường nạp; 9 – Van điện từ xốy lốc khí nạp; 10 –
Buồng chân khơng; 11 – Cụm bướm ga.
* Chức năng của hệ thống biến thiên đường nạp:
Hệ thống biến thiên đường nạp làm tăng mô-men cho động cơ từ dãi tốc độ thấp đến
cao. Để làm tăng hiệu suất trong quá trình nạp. Điều này làm cho động cơ đạt được
mômen cao hơn ở mọi dãi tốc.
+ Tác dụng của quá trình nạp mơi chất theo qn tính:
Sự dao động của dịng khí trong cổ nạp phụ thuộc vào sự đóng mở của xupáp nạp.
Khi xupáp nạp đóng, khơng khí bị nén lại gần phía xupáp nạp do lực quán tính. Điều này
làm tạo ra một sóng áp suất của khí nạp dội ngựợc về bề mặt cánh bướm ga và đồng thời
sau đó ngược lại sóng áp suất này cũng dội ngược lại về phía xupáp nạp đến khi nó điền
đầy vào buồng tích áp. Việc thay đổi chiều dài đường ống nạp là để làm cho áp suất của
dịng khí nạp quay về phía xupáp nạp đúng vào kỳ nạp của động cơ. Từ đó cải thiện được
lượng khí nạp mới vào trong xilanh và làm tăng mômen xoắn của động cơ.
+ Khoảng tác động của đường nạp (cổ nạp):

21

Khoảng tác động cổ nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp.Với sự đóng mở của van
biến thiên đường nạp để thay đổi khoảng tác động chiều dài đường nạp làm cho dịng
sóng áp suất khí nạp ln ở trạng thái sẵn sàng nạp.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống biến thiên đường nạp:
- Cấu tạo gồm: Van điện từ, van biến thiên đường nạp, cơ cấu điều khiển và buồng chân
không.
- Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Khi tốc độ động cơ nhỏ hơn 4.600 (vịng/phút) - Van biến thiên đường nạp đóng. Áp
suất chân không trong cổ nạp được dùng để điều khiển thơng qua hoạt động của van điện
từ để đóng van biến thiên đường nạp. Ở điều kiện này, khoảng tác động của đường nạp là
từ xupáp hút đến buồng tích áp. Lúc này đường ống nạp dài ra, với tác dụng của lực qn
tính khí nạp, lượng khơng khí nạp được tăng lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng
lên ở vịng quay từ thấp đến trung bình.

Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ nhỏ.
1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp đóng.
Khi tốc độ động cơ ở 4.600 (vòng/phút) hoặc cao hơn - Van biến thiên đường nạp mở.
Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp.
Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp ngắn lại làm tăng
lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên theo ở tốc độ
cao.

22


2

1

Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khi tốc độ động cơ cao.
1 – Buồng tích áp; 2 – Van biến thiên đường nạp mở.
* Cấu tạo và ngun lý làm việc của hệ thống xốy lốc khí nạp:
Chức năng của van xốy lốc khí nạp là làm giảm sự phát xạ ơ nhiễm khí xả lúc động
cơ cịn nguội. Khi động cơ cịn nguội, van xốy lốc khí nạp đóng lại làm hẹp miệng cửa
nạp để tăng tốc độ của dịng khí nạp. Làm cho sự hồ trộn hỗn hợp khí-nhiên liệu được
tốt hơn. Ngồi ra, nó cịn tạo được lực xốy lốc bên trong buồng đốt để làm tơi hỗn hợp
khí nhiên liệu. Điều này làm giảm được sự phát xạ ơ nhiễm khí xả.
2

3

1

Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xoáy lốc khí nạp.
1 - Dịng khí bị xốy; 2 – Van xốy lốc khí nạp; 3 – Buồng đốt.

23


3.2.2. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ G4KA:
Hệ thống thải trong động cơ có nhiệm vụ thải sạch khí cháy ra ngồi qua đó nạp đầy
mơi chất mới vào trong xilanh động cơ. Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơ cũng cần
đảm bảo cho việc khí xả thốt ra ngồi mơi trường ít gây ơ nhiễm môi trường. Thỏa mãn
điều kiện này, kết cấu các chi tiết của cơ cấu phân phối khí cần phải phù hợp. Vì vậy khi
phân tích hệ thống phối khí cần phân tích hệ thống xả của động cơ.
Sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy với áp suất p r > pthải (áp suất khí trong
đường thải) tạo ra sự chênh áp. Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dịng
khí qua xupáp thải và phụ thuộc vào trở lực của bản thân đường thải.
Xupáp thải thường đóng sau điểm chết trên nhằm làm tăng thêm giá trị “tiết diện thời

gian” mở cửa thải đồng thời để tận dụng độ chênh áp giữa p r và áp suất trong đường thải
cùng với quán tính của dịng khí thải tiếp tục thải sạch khí sót ra ngoài làm tăng hiệu quả
cho động cơ.
Ngoài ra hệ thống phải đảm bảo cho khí thải ra mơi trường bên ngồi ít gây ra ơ
nhiễm mơi trường, giảm tiếng ồn.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, cổ góp thải của hệ thống thải trong động cơ G4KA được
chế tạo bằng vật liệu inox. Với vật liệu này làm tản nhiệt nhanh trên đường thải hiện đại
hơn các động cơ khác cổ góp được chế tạo bằng gang.
Trong q trình cháy trong động cơ, đã sản sinh ra các chất độc hại, gây ảnh hưởng
không nhỏ đến ô nhiễm môi trường. Khí cháy từ xilanh động cơ đi ra mơi trường, ngoài
các sản vật cháy hoàn toàn như CO 2, H2O, N2 cịn chứa các sản vật chưa được cháy hồn
tồn. Đầu tiên là ơxit cácbon CO được hình thành khí nhiên liệu cháy trong điều kiện
thiếu ôxy. Dưới tác động của nhiệt độ cao CO được ơxy hóa thành CO 2. Ôxit Nitơ được
tạo thành ở vùng sản phẩm cháy sau màng lửa, lượng này tăng nhanh khi nhiệt độ tăng.
Khi đi ra hệ thống xả hoặc ngồi khí quyển chúng được ơxy hóa một phần thành NO 2.
Ngồi các thành phần độc hại trên, trong sản phẩm cháy còn có những chất độc hại khác
như: Muội than, cacburhydro, andehyd…Với những chất này khơng những gây nên ơ
nhiễm mà cịn dễ gây nên ung thư đối với con người.

24


Hình 3-5: Hệ thống thải động cơ G4KA.
1 – Ống góp thải; 2 - Cảm biến ơxy; 3 - Ống dẫn phía trước;
4 – Bộ chuyển đổi khí xả; 5 - Ống giảm thanh chính
Đảm bảo điều này hệ thống thải trong động cơ còn lắp hệ thống giảm âm, bộ phận
xúc tác khí xả. Khí xả khi đi qua lớp xúc tác của katalizator, làm tăng tốc quá trình phản
ứng oxy hóa hoặc hồn ngun. Để cho việc xúc tác xảy ra sử dụng các kim loại khác
nhau như platin, đồng, nikel…Để trung hịa NO x ở katalizator có mơi trường hồn
ngun, tức là liên kết hóa học oxy có ở khí xả. Các chất này khi đi qua bộ phận xúc tác

khí xả sẽ bị khử nhờ ơxi hóa hoặc làm giảm bớt đi nồng độ của chúng trước khi ra mơi
trường bên ngồi. Tuy nhiên khi sử dụng bộ xúc tác khí xả thường bị đóng muội than.

25