TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ thực hiện quá trình thay đổi khí trong động cơ
Để động cơ hoạt động liên tục và ổn định, cần thải sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp không khí mới hoặc hỗn hợp nạp vào xilanh, giúp động cơ phát huy tối đa công suất thiết kế.
Cơ cấu phối khí cần đáp ứng các yêu cầu quan trọng như quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, đảm bảo nạp đầy và thải sạch Việc đóng mở xupáp phải tuân theo quy luật và thời gian quy định, với độ mở lớn để dòng khí lưu thông dễ dàng và ít trở lực Xupáp phải đóng kín để duy trì áp suất nén, ngăn ngừa hiện tượng cháy do lọt khí, đồng thời xupáp thải không được tự mở trong quá trình nạp Cần hạn chế va đập để tránh gây mòn cho các linh kiện.
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp
Cơ cấu phân phối khí sử dụng xupáp là một giải pháp phổ biến trong động cơ 4 kỳ nhờ vào thiết kế đơn giản, dễ sản xuất và điều chỉnh Nó hoạt động hiệu quả, mang lại hiệu suất cao cho động cơ.
Cơ cấu phối khí sử dụng van trượt mang lại nhiều lợi ích như tiết diện lưu thông lớn, khả năng làm mát hiệu quả và độ ồn thấp Tuy nhiên, do cấu trúc phức tạp và chi phí sản xuất cao, loại cơ cấu này ít được áp dụng trong thực tế.
Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp và thải khí được thực hiện qua lỗ quét vòng, trong đó piston hoạt động như van trượt, điều khiển việc đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Đặc biệt, loại động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trượt riêng biệt, mà vẫn sử dụng cơ cấu khuỷu trục và thanh truyền để điều khiển piston.
Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải khí.
Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ bốn kỳ
Trên động cơ bốn kỳ, quá trình thải khí thải và nạp môi chất mới được thực hiện thông qua cơ cấu cam - xupáp, một hệ thống có tính đa dạng cao Tùy thuộc vào cách bố trí xupáp và trục cam, cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm cơ cấu phối khí sử dụng xupáp treo và cơ cấu phối khí sử dụng xupáp đặt.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS Nguyễn Quang Trung
1.2.1 Các phương án bố trí xupáp và dẫn động xupáp
Các động cơ đốt trong hiện nay sử dụng hai phương án chính cho hệ thống phân phối khí là xupap đặt và xupap treo Động cơ diesel chỉ áp dụng phương án xupap treo do dung tích buồng cháy nhỏ và tỷ số nén cao Trong khi đó, động cơ xăng có thể sử dụng cả hai loại xupap, nhưng xu hướng hiện tại là ưa chuộng xupap treo vì những ưu điểm vượt trội của nó so với xupap đặt.
Cơ cấu phân phối khí xupap treo giúp buồng cháy gọn gàng và diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ, từ đó giảm tổn thất nhiệt Đối với động cơ xăng, buồng cháy nhỏ gọn và khó kích nổ cho phép tăng tỷ số nén thêm từ 0,5 đến 2 so với cơ cấu xupap đặt, nâng cao khả năng chống kích nổ Ngoài ra, cơ cấu này cũng cải thiện đường nạp thải, giảm sức cản khí động, và cho phép bố trí xupap hợp lý hơn, tăng tiết diện lưu thông của dòng khí, dẫn đến hệ số nạp tăng từ 5 đến 7%.
Cơ cấu phân phối khí xupap treo được sử dụng phổ biến trong các động cơ cường hóa nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó, đặc biệt là trong các động cơ có công suất lớn và tốc độ vòng quay cao.
Cơ cấu phân phối khí xupap treo mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số khuyết điểm đáng kể Khuyết điểm chính là hệ thống dẫn động xupap phức tạp, dẫn đến việc tăng chiều cao của động cơ Hơn nữa, việc bố trí xupap treo làm cho cấu trúc của nắp xanh trở nên phức tạp, gây khó khăn trong quá trình đúc.
Khi sử dụng cơ cấu phân phối khí xupap đặt, chiều cao động cơ giảm, giúp cấu trúc nắp xylanh đơn đơn giản hơn và việc dẫn động xupap dễ dàng hơn Tuy nhiên, buồng cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn dẫn đến hiệu suất kinh tế kém, tiêu hao nhiên liệu nhiều Ở tốc độ cao, hệ số nạp giảm làm giảm cường độ động cơ, đồng thời việc tăng tỷ số nén trở nên khó khăn, đặc biệt khi tỷ số nén vượt quá 7,5 Do đó, cơ cấu phân phối khí xupap đặt thường chỉ được áp dụng trong một số loại động cơ nhất định.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sơn Hướng dẫn : ThS Nguyễn Quang Trung
Cơ xăng với tỷ số nén thấp và số vòng quay không cao thường có cấu trúc xupap đặc biệt Hình 1.1 minh họa cách bố trí xupap, trong đó xupap được lắp ở một bên thân máy, ngay trên trục cam và được dẫn động qua con đội Xupap nạp và xupap thải có thể được bố trí theo nhiều kiểu khác nhau, bao gồm xen kẽ hoặc theo từng cặp Việc bố trí xupap cùng tên theo từng cặp giúp đơn giản hóa đường nạp, như thể hiện trong hình 1.1 a.
Cơ cấu phân phối khí xupap treo có thể được bố trí theo nhiều kiểu khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng buồng cháy và cấu trúc của cơ cấu Đối với động cơ có đường kính trung bình và nhỏ (D