MỤC LỤC

MỤC LỤC.......................................................................................................................................1

 LỜI NÓI ĐẦU ...............................................................................................................................2

1. Tổng quan về hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong ........................................3

1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu của hệ thống..............................................................................3

1.2 Hệ thống phân phói khí dùng trong động cơ 2 kỳ................................................................... 4

1.3 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ 4 kỳ................................................................... 5

1.4 Các chi tiết, cụm chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ 4 kỳ......................................... 9

1.5 Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại.....................................................................................16

2. Khảo sát hệ thống phân phối khí trong động cơ Duratec...................................................21

2.1. Giới thiệu về động cơ.............................................................................................................21

2.2. Hệ thống nạp, thải của động cơ.............................................................................................23

2.3. Đặc điểm hệ thống phân phối khí trong động cơ Duratec..................................................... 31

2.4. Hệ thống thay đổi góc phân phối khí..................................................................................... 42

2.5. Kết cấu hệ thống thay đổi góc phân phối khí.........................................................................46

3. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí................................................. 54

3.1 Xác định kích thướt tiết diện lưư thông.................................................................................. 54

3.2 Phân tích chọn dạng cam........................................................................................................57

3.3 Dựng hình cam lồi...................................................................................................................57

3.4  Động học con đội đáy bằng....................................................................................................62

4  Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí.................................................65

4.1. Quy dẫn khối lượng các chi tiết máy......................................................................................66

4.2. Tính toán lò xo xupáp.............................................................................................................66

4.3 Tính kiểm nghiệm trục cam.....................................................................................................70

4.4. Tính bền con đội....................................................................................................................73

4.5 Tính bền xupáp.......................................................................................................................73

5. Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sữa chữa các chi tiết trong cơ cấu..............74

5.1 Những hư hỏng......................................................................................................................74

5.2 Các phương pháp kiểm tra phân loại chi tiết..........................................................................74

5.3 Phương pháp kiểm tra sữa chữa các chi tiết của cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec....75

KẾT LUẬN....................................................................................................................................83

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................84

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ... Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay và các máy động cơ cở nhỏ v.v..

Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng. Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là khảo sát hệ thống phân phối khí trên động cơ DURATEC. Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã  học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế. Hệ thống phân phối khí của động cơ DURATEC có nhiều đặc điểm mới lạ. Do đó việc khảo sát động cơ này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích.

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy:……..........…., 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 không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô 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:……..........…. cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này.

                                                                                                                                                    ...., ngày ... tháng ... năm 20....

                                                                                                                                                      Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                      ……………….....

1. Tổng quan về hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong:

1.1. Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí:

1.1.1. Mục đích:

Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động cơ. Thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp nạp hoặc không 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 yêu cầu sau: Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch. Đóng mở xupáp đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dòng khí lưu thông, ít trở lực. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt khí. Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn. 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 thông 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 (Quét vòng), piston của chúng làm nhiệm vụ của van trượt, đóng mở lỗ thải và lỗ nạp. Loại dùng trong động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng nên vẫn dùng cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền dẫn động piston.

Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.

1.2. Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ:

 Ở chế độ bình thường, dưới tác dụng của lò xo chống cần đẩy và giữ cho van biến thiên đường nạp hoặc van xoáy lốc khí nạp mở. Khi có sự tác động của áp suất chân không từ cổ nạp đến buồng chân không làm kéo màng ngăn về phía cổ nạp. Do cần đẩy được bắt chặt với màng ngăn vì vậy cần đẩy được kéo theo và làm cho các van được đóng lại.

2.2.2. Đặc điểm hệ thống thải trong động cơ Duratec:

Hệ thống thải trong động cơ có nhiệm vụ thải sạch khí cháy ra ngoài qua đó nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh động cơ. Bên cạnh đó hệ thống xả của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô 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 > p_thải (Áp suất khí trong đường thải) tạo ra sự chênh áp. Độ chênh áp này phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng 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 dòng 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 môi trường bên ngoài ít gây ra ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn.

Để đảm bảo các yêu cầu trên, cổ góp thải của hệ thống thải trong động cơ Duratec  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 quá 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 môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn như CO₂, H₂O, N₂ còn chứa các sản vật chưa được cháy hoàn toàn. Đầu tiên là ôxit cácbon CO được hình thành khí nhiên liệu cháy trong điều kiện thiếu ôxy. Dưới tác động của nhiệt độ cao CO được ôxy hóa thành CO₂. 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 ngoài khí quyển chúng được ôxy hóa một phần thành NO₂. Ngoài 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 không những gây nên ô nhiễm mà còn dễ gây nên ung thư đối với con người.

2.3. Đặc điểm hệ thống phân phối khí trong động cơ Duratec:

2.5.3.  Van điều khiển phối khí:

Van điều khiển phối khí làm nhiệm vụ điều khiển đường dầu đến bộ điều khiển theo tín hiệu điều khiển của ECU.

Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua dắt nối điều khiển van điện từ đóng mở các đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ.

Van  điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển quay trục cam nạp tương ứng với các vị trí đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn  hoặc duy trì thời điểm phối khí.

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ của động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.

Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua dắt nối điều khiển van điện từ đóng mở các đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ.

Hình 2-21 Cấu tạo của van điều khiển phối khí (OCV).

1 - Vỏ van ; 2 -  Lò xo ; 3 - Đường dầu về;  4 - Đường dầu đi;5 - Đường dầu về; 6 -  Phớt chắn dầu; 7 -  Cuộn dây điện từ; 8 - Piston; 9 -Dắt cắm; 10 - Đến bộ điều khiển (Phía mở muộn); 11 - Đến bộ điều khiển (Phía mở sớm).

2.5.4.  Cảm biến vị trí trục cam:

Hình 2-22  Cảm biến vị trí trục cam.

1 - Cuộn dây; 2 - Thân cảm biến ; 3 - Lớp cách điện; 4 - Giắc cắm.

3. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí:

3.1.  Xác định kích thướt của tiết diện lưu thông:

Tiết diện lưu thông của xupáp ảnh hưởng đến chất lượng nạp thải của động cơ. Vì vậy khi thiết kế cần tăng đường kính xupáp càng lớn càng tốt nhưng bị hạn chế bởi đường kính xilanh, Diện tích mặt nấm xupáp của các động cơ hiện nay thường chiếm khoảng 25 - 40% diện tích đỉnh pittông, tuy vậy trong động cơ xăng dùng buồng cháy bán cầu hoặc chõm cầu, xupáp bố trí nghiêng hai bên nên diện tích xupáp lớn đến 35% diện tích đỉnh pittông. Ở động cơ Duratec dùng nhiều xupáp cho một xilanh (4 xupáp) thì diện tích này mới tăng được 60% so với diện tích đỉnh pittông. Diện tích xupáp nạp thường lớn hơn diện tích xupáp thải khoảng 10 - 15% và thường bằng 15 - 35% diện tích đỉnh pittông.

Khi tính toán tiết diện lưu thông của xupáp phải dựa vào giả thiết lưu động ổn định của dòng khí khi đi qua họng đế xupáp. Ta coi dòng khí nạp hoặc thải có tốc độ bình quân và tốc độ của pittông không đổi.

Căn cứ vào điều kiện lưu động ổn định và liên tục của dòng khí, ta có:

                                          .................................................                          (3 – 1).

Trong đó:   ......... - Tốc độ trung bình của dòng khí qua họng đế xupáp (m/s).

                  ......... - Tiết diện lưu thông của họng đế xupáp (cm²).

                                          ......................................

                  .......... - Đường kính họng đế xupáp

...................................................................................................................................

...................................................................................................................................

.........................................................

3.3. Dựng hình cam lồi:

* Cam nạp: Góc công tác của cam nạp ................................     (3 – 7).

Trong đó:

       ...............= 12⁰  góc mở sớm của xupáp nạp.

      ................= 60⁰ Góc đóng muộn của xupáp nạp.

      ................       ......................................................

Đường kính trục cam: d_c = 25 (mm).

Độ nâng lớn nhất của con đội: h_max = 7,9 (mm).

Bán kính cung đỉnh cam nạp: r = 4,7 (mm).

Bán kính lưng cam: R₁ = 16,5 (mm).

Cách dựng: Đối với cam nạp ...............

+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R₁ = 16,5 (mm), xác định góc AOA’ = .................

+ Trên đường phân giác của góc AOA’ ta lấy EC = h_nmax (E thuộc vòng tròn bán kính R₁).

+ Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O₁ bán kính r = 4,7 nằm trên đường phân giác đó. Vòng tròn này đi qua điểm C.

Kẻ O₁M vuông góc với OA. Xét tam giác vuông O₁MO₂ có:

(O₁O₂)² = (O₁M)² + (O₂M)².

Đặt D = R₁ + h_max – r = 16,5 + 7,9 – 4,7 = 19,7 (mm).

+ Kiểm tra độ đảo trục cam: Đặt trục cam lên hai khối V. Sử dụng đồng hồ so, đo độ đảo tại cổ trục giữa. Nếu thấy độ đảo vượt quá giới hạn thì phải thay trục cam.

+ Kiểm tra chiều cao vấu cam. Dùng thướt panme đặt vào 2 đầu của vấu cam như hình 5.12. Xác định được giá trị cần đo. Chiều cao vấu cho phép nhỏ nhất. Đối với cam nạp h = 42,44 (mm). Đối với cam thải h = 41,18. Nếu xác định nhỏ hơn 2 giá trị này cần thay thế cam hoặc phục hồi lại biên dạng và độ bóng bề mặt cam (hàn đắp rồi gia công cơ khí) việc sữa chữa sao để đảm bảo được góc đóng mở xupáp.

+ Kiểm tra cổ trục cam:

Dùng thướt kẹp đo cổ trục theo 2 phương X và Y như hình 22. Đường kính cổ trục nhỏ nhất cho phép là 24,95 (mm). Nếu nhỏ hơn giá trị này cần được sữa chữa. Khi trục cam bị mòn được sữa chữa bằng gia công cơ khí theo cốt. Việc mài cổ trục được thực hiện trên máy mài chuyên dùng và trục cam được định vị trên 2 mũi tâm, được dẫn động bằng tốc kẹp. Bạc cam cũng được thay mới theo kích thướt cốt sữa chữa tương ứng của cổ trục cam.

+ Trước khi thay bạc cần kiểm tra và thực hiện các bước:

Vệ sinh sạch bạc cần ép.

Kiểm tra kích thướt lỗ cần lắp bạc, kiểm tra mật độ xướt, đảo của bề mặt so với đường tâm chung.

Xác định chính xác thứ tự các bạc vì kích thướt cổ trục cam khác nhau và nhỏ dần từ ổ đầu tiên đến ổ cuối cùng, chọn trục dẫn có kích thướt phù hợp để lắp bạc.

Chú ý ép bạc vào vị trí sao cho các lỗ dầu trùng với các lỗ dầu trên thân máy.

Sau khi lắp xong cần kiểm tra độ thẳng tâm của chúng.

5.3.7. Kiểm tra dắt cắm van dầu OCV:

+ Kiểm tra dắt cắm van điều khiển OCV: Ngắt nguồn điện van OCV. Dùng ôm kế đo điện trở tại 2 điểm A và B của van. Nếu các giá trị điện trở đo được không nằm trong khoảng cho phép là (6,9 -7,9) ôm, thì phải thay thế.

KẾT LUẬN

Sau thời gian hơn ba tháng làm đồ án tốt nghiệp với đề tài "Khảo sát cơ cấu phối khí trên động cơ Duratec" đến nay em đã cơ bản hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô trong khoa.

Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu tính năng hoạt động và khảo sát cơ cấu phân khí trong động cơ Duratec. Ở mục 1 của đồ án em đã trình bày tổng quan về cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong đồng thời giới thiệu cơ cấu phân phối khí thay đổi được góc phân phối khí. Ở mục 2, mục trọng tâm của đồ án em đi sâu phân tích kết cấu các chi tiết, phương án bố trí và dẫn động xupáp, phương án bố trí trục cam và dẫn động trục cam. Đồng thời cũng ở mục này em đi sâu nghiên cứu kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống thay đổi góc phân phối khí trong cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec. Mục 3 và 4 là mục tính toán các thông số cơ bản cũng như kiểm nghiệm sức bền của các chi tiết trong hệ thống phân phối khí động cơ Duratec. Mục 5 của đồ án em nêu ra một số hư hỏng và phương pháp sữa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí.

Thông qua đồ án tốt nghiệp giúp em hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của cơ cấu phối khí và điều đó cũng đã được các nhà chuyên môn luôn nghiên cứu và tìm cách nâng cao tính năng của động cơ nhằm phục vụ cho nhu cầu của đời sống. Do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, tài liệu tham khảo còn hạn chế và chưa cập nhật đủ thông tin nên cần phải hoàn thiện thêm.

Qua đề tài này đã bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên ngành động cơ đốt trong, hiểu sâu về động cơ Duratec đặc biệt là hệ thống phân phối khí, Duratec là động cơ được trang bị bởi nhiều cơ cấu, nhiều chi tiết mang tính tự động điều khiển… Những điều đó làm cho động cơ luôn hoạt động tối ưu ở mọi chế độ làm việc. Sau cùng em rất mong được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để em được hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như đề tài này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong”. Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp; 1979.

[2]. Phạm Minh Tuấn. “Động Cơ Đốt Trong”. Hà Nội: NXB Khoa học và kỹ thuật; 1999.

[3]. Trần Thanh Hải Tùng. “Giáo Trình Động Cơ Đốt Trong ”. Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng.

[4]. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong ”. Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000.

[5]. Nguyễn Khắc Tùng. “Giáo Trình Động Cơ Diezel ”. Sài Gòn: Xí nghiệp toa xe Sài Gòn; 2006.

[6]. “Ford Escape Overhaul Manual”. 2006.

[7]. http://www.DANAFORD.htm. Tháng 3  2008.

[8]. http://www.General Specs on the 2-3L Duratec - Focus Fanatics.htm. Tháng 3 - 2008.

[9]. http://www_mazda6tech_com-images-engine_tech-enginetech_vvt_gif.htm. Tháng 3 2008.                                 

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"