CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Nhiệm vụ Hình 1.1 Hệ thống phân phối khí trên ô tô Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ nạp đầy hỗn hợp hòa khí (xăng + không khí) hay không khí sạch vào xylanh trong kỳ nạp và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh trong kỳ xả.2 Yêu cầu Hệ thống phân phối pháp đáp ứng được các yêu cầu khắc khe như: - Xupap cần được mở sớm và đóng muộn tùy theo kết cấu của từng loại động cơ và điều kiện vận hành của động cơ. - Phải đóng mở đúng thời gian quy định. - Phải đảm bảo đóng kín buồng cháy trong kỳ nén và nổ. - Độ mở xupap phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông vào buồng cháy.
8 - Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa… và các yêu cầu khác… 1.3 Phân loại Trong một số động cơ hai kỳ nạp thải khí bằng lỗ (quét vòng), piston của chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí. Còn đối với động cơ 4 kỳ chia thành các cơ cấu: - 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 thông lớn, dễ làm mát, ít tiếng ồn.1 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ 2 kỳ Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xylanh động cơ chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu.
Quá trình thải trong động 4 cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải, hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau: + Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song: Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra khí quét. Cửa quét thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng khí quét trong xilanh 9 Hình 1.2 Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí 1-Piston 2-Thanh truyền 3-Trục khuỷu Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí được dùng chủ yếu trên động cơ 2 kỳ cỡ nhỏ + Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm: Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn.
Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xylanh một góc 300, do đó khi dòng khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải. + Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp: Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công 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 công tác của động cơ.
+ Hệ thống quét vòng đặt một bên: Chỉ sử dụng cho các động cơ hai kỳ tĩnh tại, động cơ tàu thủy cỡ nhỏ có tốc độ trung bình. 10 Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét nghiêng xuống một góc 150. Trong hệ thống có thể có van xoay để đóng cửa thải sau khi kết thúc quét khí nhằm giảm tổn thất khí quét. + Hệ thống quét thẳng qua xupáp thải: Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến.
Xupáp thải được đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn. Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn. Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí.2 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ 4 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 và theo các phương pháp phân loại khác nhau: * Theo phương án bố trí xupáp: Các động cơ đốt trong cơ cấu phân phối dùng xupáp ngày nay đều bố trí xupáp theo một trong hai phương án chủ yếu là xupáp đặt và xupáp treo. - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt Một loại được lắp với mặt xupáp hướng lên trên (hướng lên nắp máy), đuôi xupáp hướng xuống dưới (hướng về phía lốc máy) được gọi là xupáp đặt… + Ưu điểm: 11 Kết cấu dẫn động trục cam đơn giản, chiều cao máy nhỏ, dẫn động trục cam ngắn và không có khả năng xupáp rơi chạm đỉnh. + Nhược điểm: Do buồng cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế động cơ kém, tiêu hao nhiều nhiên liệu, ở tốc độc cao, hệ số nạp làm giảm mức độ cường hóa công suất. Đồng thời khó tăng tỉ số nén nhất là khi động cơ có tỉ số nén lớn hơn 7,5 rất khó bố trí buồng cháy.3 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt 1: trục can, 2: con đội, 3: lò xo xupáp, 4: xupáp, 5: thân máy, 6: trục cam, Vì vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt thường chỉ dùng trong một số động cơ xăng có tỉ số nén thấp, số vòng quay không cao lắm.
Khả năng thải khí cháy chậm và còn sót lại nhiều. Kết cấu buồng đốt cồng kềnh do đó tỉ số nén không cao. - Cơ cấu phân phối khí xupáp treo 12 Một loại nữa xupáp được lắp với mặt xupáp quay xuống dưới hướng vào đỉnh piston, đuôi xupáp quay lên trên và được lò lo giữ ở dạng treo nên được gọi là xupáp treo. +Ưu điểm: Khi dùng cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo, buồng cháy rất gọn, diện tich tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Đối với động cơ xăng khi dùng cơ cấu phân phối khí xupáp treo do buồng cháy nhỏ gọn, khó kích nổ nên có thể tăng lên từ 0,5÷ 2 so với cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo còn làm cho dạng đường cong thanh thoát hơn khiến sức cản khí động nhỏ, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lí, hơn nữa có thể tăng được tiết diện lưu thông dòng khí. Khiến cho hệ số nạp có thể tăng lên từ 5 ÷ 7%. Do có ưu điểm trên nên cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo dược dùng rộng rãi trong các động cơ cường hóa (động cơ có công suất và số vòng quay lớn).4 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo 1: trục can, 2: con đội, 3: lò xo xupáp, 4: xupáp, 5: nắp máy, 6: thân máy, 13 7: đũa đẩy, 8: đòn gánh, 9: cò mổ.
+ Nhược điểm: So với cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt thì xupáp treo có kết cấu phức tạp hơn, số lượng chi tiết nhiều. Kết cấu của nắp xilanh phức tạp hơn khi bố trí xupáp treo. Dẫn động xupáp phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ. Khoảng cách truyền động cam dài hoặc truyền động xupáp xa.
Dễ bị hiện tượng xupáp chạm đỉnh piston do bị tuột xupáp hay do điều chỉnh cam sai. * Phân loại theo các phương pháp bố trí trục cam - Cơ cấu phân phối khí dùng trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp. Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trục tiếp cho xupáp khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp đóng mở xupáp không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh (hình I.5 Dẫn động trực tiếp xupáp + Ưu điểm: 14 Làm việc êm dịu không gây tiếng ồn, bởi vì ở cơ cấu này không có chi tiết chuyển động tịnh tiến khi làm việc như ở cơ cấu phân phối khí dùng đòn gánh và đũa đẩy. Cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn + Nhược điểm: Hệ trục và hai cặp bánh răng côn phức tạp, khó chế tạo.
Đối với máy nhỏ được đúc liền thành một khối thì không điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này người ta chế tạo khe hở nhiệt lớn hơn một chút nhưng như thế có thể có tiếng gõ khi xe làm việc. - Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên đỉnh nhưng vẫn có đòn gánh.6 Dẫn động trục cam Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên đỉnh nhưng vẫn có đòn gánh. Trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng không trực tiếp tì vào xupáp mà thông qua đòn gánh.
Khe hở nhiệt được điều chỉnh nhờ khe hở nhiệt ở đầu đòn gánh. - Bố trí một trục cam trên đỉnh dẫn động cho hai hàng xupáp 15 Hình 1.7 Dẫn động hai dãy xupáp bằng một trục cam trên đỉnh Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy dẫn động xupáp rất phước tạp, có thể bố trí dẫn động xupáp như (hình 1.7) dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy hoặc hai trục can dẫn động trực tiếp. - Trục cam bố trí trong nắp máy dẫn động cho xupáp. Đối với phương án bố trí này trục cam có các cam nhỏ hơn đường kính trục để có thể lắp theo kiểu luồn qua.8 Dẫn động xupáp bằng trục cam bố trí trong nắp máy * Phân loại theo các phương án dẫn động trục cam: + Dẫn động bánh răng: Trục cam bố trí trên thân máy hoặc ở hộp trục khuỷu thường được dẫn động bằng bánh răng.